CH653269A5 - Verfahren zum verhindern des einfrierens von metallischen schmelzen im auslaufkanal eines giessgefaesses. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern des Einfrierens von metallischen Schmelzen im Auslaufkanal eines Giessgefasses nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei den Schieberverschlüssen von Giesspfannen und Zwischengefässen für das Abgiessen von metallischen Schmelzen bemüht man sich schon seit längerer Zeit, der Gefahr des Erstarrens von Schmelze im Auslaufkanal bzw. des Einfrierens des Schieberverschlusses zu begegnen. Dabei sind schon Massnahmen bekannt geworden, die darauf abzielen, das Eindringen von Schmelze in den Auslaufkanal vor dem Giessen zu verhindern. Hierzu wird der Auslaufkanal bei leerem Gefass entweder mit einer nichtmetallischen Füllmasse oder mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt gefüllt.

Abgesehen vom arbeitsmässigen Aufwand, den diese bekannten Massnahmen darstellen, sind sie nur so lange wirksam, als das Giessen noch nicht begonnen hat. Es ist auch nicht zu verhindern, dass die Füllmasse oder das Füllmetall z.B. in die Kokille gelangen und sich dort störend auswirken.

Um nicht nur vor dem Abstich sondern auch während Giess- bzw. Betriebsunterbrüchen kürzerer Dauer das Einfrieren des Auslaufkanales eines mit einem Schieberverschluss ausgestatteten Giessgefasses vermeiden zu können, ist es ebenfalls bekannt, in den Auslaufkanal im geschlossenen Zustand des Schiebers Gas, z.B. ein Inertgas, einzubla-sen. Öffnungen für den Eintritt von Gas in den Auslaufkanal sind dabei entweder unmittelbar im Lochstein bzw. in der Lochsteinhülse, in der feststehenden Bodenplatte des Schiebers oder in der beweglichen Schieberplatte selbst vorgesehen, wobei im letzteren Fall die Gaseintrittsöffnung nur in der geschlossenen Schieberstellung mit dem Auslaufkanal in Verbindung steht.

Durch das Einblasen von Gas wird angestrebt, die im Auslaufkanal befindliche Schmelze umzuwälzen, um kältere Schmelze mit wärmerer Schmelze zu vermischen, und dadurch deren Erstarrung zu verhindern oder zu verzögern. In der Regel verbietet sich das Einblasen von Luft oder anderen nicht inerten Gasen sowie Stickstoff aus metallurgischen Gründen und es muss deshalb teureres, inertes Gas verwendet werden. Durch das Gaseinblasen ergeben sich somit nicht nur erhöhte Betriebskosten sondern die Schmelze wird durch das eintretende kalte Gas auch abgekühlt. Es besteht zudem die Gefahr, dass infolge aktiven Wärmeentzuges durch die Gasströmung, und zwar sowohl aus der im Auslaufkanal befindlichen Schmelze wie auch aus dem diesen Auslaufkanal begrenzenden Feuerfestmaterial bei ungenügender Zufuhr von Wärem aus dem Giessgefass, z.B. infolge ungenügender Umwälzung ein plötzliches Einfrieren stattfindet.

Die Tatsache, dass der Gaseintritt in den Auslaufkanal Öffnungen oder Poren in diesen begrenzenden feuerfesten Teilen-voraussetzt, zwingt im Betrieb dazu, in jedem Zeitpunkt mit einem höheren Gasdruck zu arbeiten als der ferro-statische Druck im Auslaufkanal ist. Dieser ferrostatische Druck ändert aber mit dem Füllstand beträchtlich, so dass sich die Wirkung des Gaseinblasens je nach der Höhe dieses Füllstandes in unzulässigem Ausmass ändert. Ist andererseits der Druck des Gases nicht ausreichend, so besteht die Gefahr eines Verstopfens der Öffnungen oder Poren für die Zuführung des Gases. Die entsprechenden Teile müssen dann ersetzt werden, bevor sie aus Verschleissgründen gewechselt werden müssten. In den Betriebskosten, die schon durch den Verbrauch in Inertgas belastet sind, wirkt sich dies infolge der für das Gaseinblasen aufwendigeren Teile besonders ungünstig aus.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, mit welchem das Einfrieren des Auslaufkanales, sowohl vor Beginn als auch während betriebsbedingten Unterbrüchen des Giess-vorganges zuverlässig und ohne ins Gewicht fallende Ver-grösserung der Betriebskosten vermieden werden kann.

Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der bewegliche Schieberteil des Schieberverschlusses während Giessunterbrüchen in seiner geschlossenen Stellung oszillierend angetrieben wird.

Die erfindungsgemässe Lösung zielt somit nicht darauf ab, einen Austausch von kälterer gegen wärmere Schmelze im Auslaufkanal durch ein Umwälzen derselben herbeizuführen. Vielmehr liegt dieser Lösung die Erkenntnis zugrunde, dass die Erstarrung einer auf einer ebenen Fläche ruhenden Schmelzenschicht verzögert werden kann, wenn die Begrenzungsfläche einer Hin- und Herbewegung in der Ebene unterworfen wird.

Mit der Erfindung wird die Bildung einer zusammenhängenden Erstarrungsfront in den wandnahen Schmelzenschichten unmittelbar oberhalb des beweglichen Schieberteiles im Ausgusskanal verhindert. Dies geschieht dadurch,

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dass vermittels der Oszillationsbewegung des beweglichen Schieberteiles Schubbeanspruchungen parallel zur Haupterstarrungsfront in die Schmelze eingeleitet werden. Dabei übertragen sich Kräfte offenbar auch in die wandnahen Zonen des Auslaufkanales, die in einem gewissen Abstand vom beweglichen Schieberteil liegen. Jedenfalls gelingt es, mit der erfindungsgemässen Lösung, das Einfrieren selbst noch bei Temperaturen aufzuhalten, die nur wenig über der Liquidus-Temperatur liegen.

Es hat sich gezeigt, dass der aus der Oszillation des beweglichen Schieberteiles herrührende Reibungsverschleiss der feuerfesten Schieberteile unerwartet bescheiden ist. Aber auch der Reibungsverschleiss insgesamt ist höchstens geringfügig grösser als bei konventionellem Betrieb des Schieberverschlusses. Diese Tatsache kann damit erklärt werden,

dass infolge der Oszillation des beweglichen Schieberteiles der Reibungskoeffizient der Ruhe nicht auftritt und immer derjenige der Bewegung aufrechterhalten bleibt. Für Stellbewegungen des beweglichen Schieberteiles, die während der Oszillation eingeleitet werden, werden deshalb auch messbar kleinere Stellkräfte benötigt.

Die Erfindung betrifft auch eine Ausgusseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche Einrichtung die im Anspruch 3 aufgeführten Merkmale beinhaltet.

Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausgusseinrichtung ist der Oszillationsantrieb auch für andere Stellungen als die Schliessstellung des beweglichen Schieberteiles vorgesehen. So kann beispielsweise der Oszillationsantrieb auch für die voll geöffnete Stellung oder bei einem Regelschieber zusätzlich für Zwischenstellungen zwischen der offenen und der geschlossenen Stellung vorgesehen sein. Wird der Oszillationsantrieb dem Stellantrieb entweder direkt oder in bezug auf die entsprechenden Signale überlagert, so kann der Oszillationsantrieb ununterbrochen wirksam sein.

Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die er-findungsgemässe Ausgusseinrichtung eine Programmsteuerung für periodisch durchzuführende Auf-Zubewegungen des beweglichen Schieberteiles. Die Programmsteuerung bestimmt dabei die Frequenz, die Grösse der Bewegung sowie die Verweilzeit in der jeweiligen geöffneten Stellung. Vorzugsweise ist die Programmsteuerung in bezug auf die vorgenannten Grössen einstellbar ausgebildet. Die Programmsteuerung kann Teil einer Regeleinrichtung bilden, wobei die Programmsteuerung entweder nur in der geschlossenen Stellung oder allenfalls auch in einer teilweise geöffneten Stellung des beweglichen Schieberteiles in Betrieb gesetzt werden kann.

Erfolgen solche Auf-Zubewegungen aus der geschlossenen Stellung heraus, so gestatten sie, wärmere Schmelze aus dem Giessgefäss in den Auslaufkanal nachfliessen zu lassen, währenddem kältere Schmelze aus dem Auslaufkanal austritt. Hierdurch wird es möglich, das Einfrieren auch bei länger dauernden Giessunterbrüchen gänzlich zu vermeiden. Da die Freigabe eines sehr kleinen Óffnungs- bzw. Kanalquerschnittes während einer sehr kurzen Zeit genügt, kann die dabei jeweils in geringer Menge ausfliessende Schmelze ohne Probleme absorbiert oder mit geringem zusätzlichen Aufwand aufgefangen werden.

Die Durchführung der Auf-Zubewegungen aus einer gedrosselten Schieberstellung heraus ist dann vorteilhaft, wenn aus dem Giessgefäss z.B. aluminiumberuhigter Stahl abgegossen wird. In diesem Fall empfiehlt es sich, den Hub so zu wählen, dass die bewegliche Schieberplatte am Ende der Auf-Bewegung die voll geöffnete Stellung erreicht. Hierdurch wird der Strömungsweg der Schmelze durch den Schieber begradigt. Die Oxydablagerungen, welche sich im gedrosselten Zustand bevorzugt in den strömungstoten Zonen gebildet haben, werden ausgewaschen. Da der Schieber-verschluss nur kurzzeitig in der offenen Stellung verbleiben muss, um die Ablagerungen zu entfernen, an die während dieser Zeit fliessende Schmelzenmenge durch Beeinflussung der Durchflussverhältnisse vor oder nach der Auf-Zubewe-gung kompensiert werden. Jedenfalls gestattet die erfin-dungsgemässe Ausgusseinrichtung das Zusetzen des Auslaufkanales durch die bei aluminiumberuhigtem Stahl nicht zu vermeidenden Oxydablagerungen zu verhindern.

In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen einer Ausgusseinrichtung dargestellt, anhand welcher die Erfindung näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Ausgusseinrichtung,

Fig. 2, die erfindungsgemässe Ausgusseinrichtung in einer zweiten Ausführungsform.

In der Zeichnung ist mit 2 allgemein ein schematisch dargestelltes Giessgefass (Verteiler) bezeichnet, das einen in seinem Boden 4 eingesetzten Lochstein 6 aufweist. Der Lochstein 6 begrenzt einen oberen Teil eines Auslaufkanales 8, der sich nach unten in der Bodenplatte 12 eines allgemein mit 10 bezeichneten, konventionellen Schieberverschlusses fortsetzt. Der Schieberverschluss 10, der ebenfalls nur schematisch dargestellt ist, umfasst einen plattenförmigen, beweglichen Schieberteil 14 sowie einen mit der Bodenplatte 12 starr verbundenen plattenförmigen Ausgussteil 16. Der Ausgussteil 16 weist eine mit dem Auslaufkanal 8 fluchtende Ausgussöffnung 18 auf, während der Schieberteil 14 einen Durchlass 20 besitzt.

Der zwischen Bodenplatte 12 und Ausgussteil 16 dichtend eingespannte, jedoch quer zum Auslaufkanal 8 verschiebbare Schieberteil 14 ist vermittels einer allgemein mit 22 bezeichneten Betätigungsvorrichtung zwischen einer offenen Stellung, in welcher auch der Durchlass 20 mit dem Auslaufkanal 8 fluchtet, und der geschlossenen, in der Zeichnung (Fig. 1 und 2) dargestellten Stellung beweglich, in welch letzterer die Verbindung zwischen dem Auslaufkanal 8 und der Ausgussöffnung 18 unterbrochen ist.

Die Betätigungsvorrichtung 22 umfasst eine mit dem Schieberteil 14 in WirkungsVerbindung stehende Zylinder-Kolbeneinheit 24, die über entsprechende Leitungen für ein flüssiges Medium mit einem Servo-Steuerblock 26 in Verbindung steht. Der Servo-Steuerblock 26 beherrscht in bekannter Weise die Zylinder-Kolbeneinheit 24 und steht wie dargestellt mit einer Pumpe 28 und einem Flüssigkeitstank 30 in Verbindung.

Auf den Servo-Steuerblock 26 wirkt andererseits eine schematisch dargestellte Regeleinrichtung 32 ein, die entweder von Hand betätigbar oder in einem nicht dargestellten Steuerkreis eingeschaltet ist. Die Regeleinrichtung 32 gestattet, den Servo-Steuerblock 26 zur Erzeugung der Stellbewegungen des Schieberteiles 14 zu betätigen.

Um den erfindungsgemäss vorgesehenen oszillierenden Antrieb des beweglichen Schieberteiles 14 zu ermöglichen, ist gemäss dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeipiel ein Oszillator 34 vorgesehen, der mit einem Vibrator 36 in Verbindung steht und diesen zur Erzeugung von Oszillationsbewegungen vorbestimmter Frequenz und Amplitude veranlasst. Der Vibrator 36 ist zwischen Teile 38 und 40 einer Kolbenstange eingeschaltet, die die Zylinder-Kolbeneinheit 24 mit dem beweglichen Schieberteil 14 verbindet.

Um jedenfalls in seiner Schliessstellung den oszillierenden Antrieb des beweglichen Schieberteiles 14 zu gewährleisten, ist am Teil 38 der Kolbenstange ein Arm 42 starr befestigt, der in der Schliessstellung mit einem Stellungsgeber 44, z. B. in Form eines Näherungsschalters (Reedswitch) zusammenwirkt. Der mit dem Oszillator 34 verbundene Stellungsgeber 44 schaltet den ersteren ein, bevor der bewegliche Schieberteil 14 die Schliessstellung erreicht hat, z.B. solange zwischen dem Auslaufkanal 8, dem Durchlass 20 und der

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Ausgussöffnung 18 noch eine geringfügige Überdeckung besteht. Damit wird auch der Vibrator 36 eingeschaltet, bevor der bewegliche Schieberteil die Schliessstellung erreicht hat. Andererseits kommt der Vibrator 36 erst dann zur Ruhe, wenn der bewegliche Schieberteil die Schliessstellung verlassen hat. Vermittels eines von Hand betätigbaren Schaltelementes 46, das mit dem Oszillator 34 verbunden ist, kann der oszillierende Antrieb des beweglichen Schieberteiles 14 in anderen Öffnungsstellungen des letzteren ein- und ausgeschaltet werden.

Der Oszillator 34 kann einstellbar sein, um das Ausmass (Hub) und/oder den zeitlichen Verlauf der Oszillationsbewegungen am beweglichen Schieberteil 14 zu verändern. Während Hübe in der Grössenordnung von einigen Millimetern, z.B. 3 mm geeignet sind, haben sich Frequenzen von 1-2 Hüben pro Sekunde als ausreichend erwiesen. Neben einem sinusförmigen Verlauf der Bewegung kommen auch andere zeitliche Verläufe in Betracht.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Ausgusseinrichtung ist für die Anwendung in einer Stranggiess-anlage ausgelegt. Dementsprechend weist die mit dem Servo-Steuerblock 26 verbundene Regeleinrichtung 33 einen Eingang 52 für Signale einer nicht dargestellten Messeinrichtung auf, welche an der Kokille angebracht ist und den Füllstand in derselben misst. Mit der Regeleinrichtung 33 steht weiterhin eine Programmsteuerung 48 in Verbindung, welche in vorbestimmten Zuständen der Regeleinrichtung auf diese einwirkt. Schliesslich ist die Regeleinrichtung 33 mit dem Oszillator 34 verbunden, der seinerseits unmittelbar mit dem Servo-Steuerblock 26 in Verbindung steht. Über die Regeleinrichtung setzt die Programmsteuerung 48 den Oszillator 34 in Betrieb, wenn der erstere den Schieberverschluss in die Schliessstellung fahren lässt. Dabei wirkt der Oszillator 34 dem Stellsignal überlagert, das von der Regeleinrichtung 32 erzeugt wird. Die Oszillationsbewegung wird damit von der die Stellbewegungen erzeugenden Zylinderkolben-Einheit 24 erzeugt. Damit entfällt ein besonderes Wirkeglied z.B. in Form des Vibrators 36 nach Fig. 1. Die Programmsteuerung veranlasst dabei auch Stellsignale, welche in die Regelung eingreifen und Auf-Zubewegungen des beweglichen Schieberteiles 14 über den Servo-Steuerblock 26 und die Zylinder-Kolbeneinheit 24

Versuche, welche mit der erfindungsgemässen Ausgusseinrichtung gemacht wurden, haben erstaunliche Ergebnisse gebracht. So wurde eine Ausgusseinrichtung nach Fig. 2 beispielsweise in einer Stranggiessanlage zum Einsatz gebracht. Der Auslaufkanal 8 wies einen Durchmesser von 45 mm auf. Aus dem Giessgefäss bzw. Verteiler 2 wurde ein niedriglegierter Baustahl mit einem Gehalt von 0,04 - 0,05% an metallischem Aluminium und einer Temperatur, die im Mittel 20 °C über der Liquidustemperatur lag, abgegossen.

Während den Giessunterbrüchen, welche die Anlage notwendig machte, wurde der in die Schliessstellung verbrachte Schieberteil 14 vom Oszillator 34 gesteuert, oszillierend angetrieben. Pro Sekunde werden zwei vollständige Oszillationen je aus einem Hub von 3 mm in Öffnungsrichtung und einem gleich langen Hub in Schliessrichtung bestehend durchgeführt. Dabei blieb der Durchlass 20 durch die Bodenplatte 12 vollständig überdeckt.

Mit der beschriebenen Massnahme konnte der Giessbe-trieb nach Unterbrüchen von 2 Minuten Dauer regelmässig wieder aufgenommen werden. Der bewegliche Schieberteil liess sich ohne Schwierigkeiten in eine geöffnete Stellung verfahren und der Austritt von Schmelze aus der Ausgussöffnung 18 setzt ohne Verzug ein.

Bei einem weiteren mehrfach wiederholten Versuch mit dieser Ausgusseinrichtung und mit den gleichen Bedingungen bezüglich Zusammensetzung und Temperatur der Schmelze wurde während der Giessunterbrüche die Programmsteuerung eingeschaltet. Die Programmsteuerung veranlasste dabei eine Unterbrechung der Oszillationsbewegungen alle 30 Sekunden durch eine Auf-Zubewegung des beweglichen Schieberteiles. Die Hublänge wurde so eingestellt, dass der bewegliche Schieberteil in der einen Endstellung am Auslaufkanal einen Spalt von 3 bis 5 mm Breite freigab, wobei die Verweilzeit in dieser Stellung 1 Sekunde betrug. Die während den Auf-Zubewegungen ausfliessende Schmelze gelangte in die Kokille und konnte während 3 Minuten ohne Überschreitung der in dieser vorhandenen bzw. sich durch Kontraktion des Stranges bildenden Volumenreserve aufgenommen werden. Die nach dieser Unterbrechungsdauer erfolgte Wiederaufnahme des Giessbetriebes war problemlos und es waren keinerlei Anzeichen eines Einfrierens des Auslaufkanales festzustellen.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zum Verhindern des Einfrierens von metallischen Schmelzen im Auslaufkanal (8) eines Giessgefasses, wobei der Auslaufkanal (8) von einem Schieberverschluss (10) beherrscht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Schieberteil (14) des Schieberverschlusses (10) während Giessunterbrüchen in seiner geschlossenen Stellung oszillierend angetrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem beweglichen Schieberteil (14) während den Giessunterbrüchen periodisch aus der geschlossenen Stellung heraus Auf-Zubewegungen erteilt werden.

3. Ausgusseinrichtung für ein Giessgefass (2) für metallische Schmelzen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Auslaufkanal (8), der in einem Schieberverschluss (10) endet, dessen beweglicher Schieberteil (14) quer zum Auslaufkanal (8) in eine und aus einer den Auslaufkanal absperrende Schliessstellung beweglich ist, und mit einer Betätigungsvorrichtung (22) für den beweglichen Schieberteil (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der bewegliche Schieberteil (14) mindestens in der Schliessstellung quer zum Auslaufkanal (8) oszillierend angetrieben ist.

4. Ausgusseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel für den oszillierenden Antrieb ausserhalb der Schliessstellung des beweglichen Schieberteils (14) vorgesehen sind.

5. Ausgusseinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen die Oszillationssignale erzeugenden einstellbaren Oszillator (34).

6. Ausgusseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem beweglichen Schieberteil und seiner Betätigungsvorrichtung (22) ein vom Oszillator (34) gesteuerter Vibrator (36) eingeschaltet ist.

7. Ausgusseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator (34) mit einem Steuerglied (26) der Betätigungsvorrichtung (22) in Verbindung steht.

8. Ausgusseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (22) eine mit dem Steuerglied (26) verbundene Regeleinrichtung (32) um-fasst, wobei eine Programmsteuerung (48) mit der Regeleinrichtung und über diese mit dem Oszillator (34) in Verbindung steht.