CH662073A5

CH662073A5 - METHOD FOR FEEDING A METAL MELT AND CASTING MACHINE FOR CARRYING OUT THE METHOD.

Info

Publication number: CH662073A5
Application number: CH3019/83A
Authority: CH
Inventors: Kurt Buxmann; Martin Bolliger
Original assignee: Lauener W F Ag
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1987-09-15
Also published as: DE3320322A1; JPS606251A; SE8402845L; FR2546782A1; GB2140720A; GB8413639D0; IT8421170A0; DE3320322C2; IT8421170A1; IT1174119B; GB2140720B; SE8402845D0; NL8401742A; BE899772A; LU85381A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze durch zumindest einen Durchlasskanal einer Düse mit einem Düsenmundstück in einen Giessspalt zwischen Walzen, Kokillen oder Bändern einer Giessmaschine, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Giessmaschine. The invention relates to a method for feeding a molten metal through at least one passage channel of a nozzle with a nozzle mouthpiece into a casting gap between rolls, molds or strips of a casting machine, and to a casting machine suitable for carrying out the method.

Eines der schwierigsten Probleme beim kontinuierlichen Giessen von Metallen bietet die Zuführdüse, mit welcher das flüssige Metall in den Giessspalt zwischen beispielsweise zwei Walzen oder Raupenkokillen eingegeben wird. Gerade bei letztgenannter Giessmaschine werden verhältnismässig dünne Bänder, z.B. von 20 mm Dicke und darunter, gegossen. Das wiederum bedeutet, dass die Düse, insbesondere im Bereich des Düsenmundstücks verhältnismässig gering dimensioniert sein muss. One of the most difficult problems in the continuous casting of metals is the supply nozzle, with which the liquid metal is introduced into the casting gap between, for example, two rollers or caterpillars. In the latter casting machine in particular, relatively thin strips, e.g. of 20 mm thickness and below, cast. This in turn means that the nozzle, particularly in the area of the nozzle mouthpiece, must be of relatively small dimensions.

Wesentliche Gefahren für die Düse kommen einmal von den sehr hohen Temperaturen des durchfliessenden Metalls. Es gibt nur wenig Werkstoffe, welche einer Erosion oder Auflösung im Metall widerstehen. Unter den wenigen Werkstoffen, die diesen Forderungen entsprechen, ist Graphit zu nennen. Doch Graphit bietet den Nachteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit, die Wärme wird so schnell von der Metallschmelze abgeführt, dass das Metall in der Düse erstarren kann. Significant dangers for the nozzle come from the very high temperatures of the metal flowing through. There are only a few materials that resist erosion or dissolution in the metal. Graphite is one of the few materials that meet these requirements. However, graphite has the disadvantage of high thermal conductivity, the heat is dissipated from the molten metal so quickly that the metal in the nozzle can solidify.

Ein weiterer feuerfester Werkstoff ist eine Mischung von 30% Diatomeenerde (praktisch reine Kieselsäure in Form von mikroskopischen Zellen), 30% lange Asbestfasern, 20% Natriumsilikat (Trockengemisch) und 20% Kalk (zur Bildung von Kalziumsilikat). Eine derartige Düse findet in der Regel beim Vergiessen von Aluminium Anwendung, während beim Giessen von Stahl meist Düsen aus ZrÛ2 oder ZrSi04 verwendet werden. Another refractory material is a mixture of 30% diatomaceous earth (practically pure silica in the form of microscopic cells), 30% long asbestos fibers, 20% sodium silicate (dry mix) and 20% lime (to form calcium silicate). Such a nozzle is generally used for casting aluminum, while nozzles made of ZrÛ2 or ZrSi04 are usually used for casting steel.

Die Düse muss aber nicht nur den thermischen Beanspruchungen widerstehen, die sich durch die Temperaturen des Giessmetalls ergeben, sondern gleichermassen dem daraus resultierenden chemischen Angriff sowie den mechanischen Einwirkungen infolge von Schwingbewegungen der Kokille oder Walze und Verbiegungen der Düse infolge des relativ hohen Gewichts der hindurchfliessenden Schmelze. Gerade dieses Durchbiegen führt zu einem Reiben, insbesondere des Düsenmundstücks an der Walze oder der Kokillenwandung und damit zu einem Zerstören der Düse. The nozzle not only has to withstand the thermal stresses caused by the temperatures of the casting metal, but also the chemical attack resulting from it and the mechanical effects due to oscillating movements of the mold or roller and bending of the nozzle due to the relatively high weight of the melt flowing through . It is precisely this bending that leads to rubbing, in particular of the nozzle mouthpiece on the roller or the mold wall, and thus to destruction of the nozzle.

Durch die CH-PS 508 433 ist eine Zuführdüse bekannt geworden, die in der Nähe des Aussenrandes des Mundstücks aussen auf ihrem ganzen Umfang mit Einlagen aus einem selbstschmierenden Werkstoff versehen ist. Diese Einlagen stehen gerade soweit aus der Oberfläche des Mundstük-kes hervor, dass jede direkte Berührung der Düsenoberfläche mit den Kokillenhälften und ein Eindringen von Schmelze in das Spiel zwischen Mundstück und Kokillenhälfte verhindert wird. In der Praxis wurde jedoch als Nachteil empfunden, dass Reibspuren der Graphiteinsätze «aktivierte» Streifen darstellen, die eine schroffere Erstarrung aufweisen und dementsprechend ungleichmässiges Gussgefüge, oft auch Oberflächenrisse, verursachen. Zur Verminderung dieser Nachteile bei der mechanischen Beanspruchung der Düse, insbesondere des Düsenmundstücks, ist aus der DE-OS 3 320 323 ein Verfahren bekannt, mittels dessen der Abstand des Düsenkörpers von den Walzen, Kokillen oder Bändern beim Betrieb der Giessmaschine bestimmt wird. Beispielsweise befinden sich in dem Düsenkörper Luftkanäle, welche in den Zwischenraum zwischen Düse bzw. Düsenmundstück und Walze, Kokille oder Band einmünden. Infolge von Luftzugabe durch die Luftkanäle wird in dem Zwischenraum ein sog. hydrodynamisches Paradoxon aufgebaut, welches verhindert, dass das Düsenmundstück in Berührung mit der Walze, Kokille oder dem Band kommt. From CH-PS 508 433 a feed nozzle has become known, which is provided on the entire circumference with inserts made of a self-lubricating material in the vicinity of the outer edge of the mouthpiece. These inserts protrude from the surface of the mouthpiece just enough to prevent any direct contact between the nozzle surface and the mold halves and the penetration of melt into the play between the mouthpiece and the mold half. In practice, however, it was perceived as a disadvantage that traces of friction of the graphite inserts represent “activated” strips, which have a more rugged solidification and accordingly cause an uneven casting structure, often also surface cracks. To reduce these disadvantages in the mechanical stress of the nozzle, in particular the nozzle mouthpiece, a method is known from DE-OS 3 320 323 by means of which the distance of the nozzle body from the rollers, molds or belts is determined when the casting machine is in operation. For example, there are air channels in the nozzle body, which open into the space between the nozzle or nozzle mouthpiece and the roller, mold or belt. As a result of the addition of air through the air channels, a so-called hydrodynamic paradox is built up in the intermediate space, which prevents the nozzle mouthpiece from coming into contact with the roller, mold or belt.

Ein weiteres Problem bildet das sog. Hinterfliessen der Düse durch die aus der Düse austretende Metallschmelze. Die aus der Düse austretende Metallschmelze bildet im Bereich zwischen Austrittsöffnung und dem ersten Kontakt mit den mitlaufenden Wandungen der Walze, der Kokille oder des Bandes einen Krümmungsradius, welche im wesentlichen von der Oberflächenspannung des Metalls, dem metallostatischen Druck, mit dem das Metall aus der Düse austritt, und der Geschwindigkeit der mitlaufenden Wandungen der entsprechenden Giessmaschinenteile abhängt. Hierbei kann es auch infolge einer frühzeitigen Erstarrung des Metalls zu einem Rückstau kommen, welcher bewirkt, dass das Metall das Düsenmundstück hinterfliesst. Diese Erscheinung ist sehr unangenehm, da sie den Ablauf des kontinuierlichen Giessens wesentlich stört und auch das Zusammenspiel von Düsenmundstück und Giessmaschine behindert. Another problem is the so-called backflow of the nozzle due to the molten metal emerging from the nozzle. The molten metal emerging from the nozzle forms a radius of curvature in the area between the outlet opening and the first contact with the moving walls of the roller, the mold or the belt, which is essentially dependent on the surface tension of the metal, the metallostatic pressure with which the metal exits the nozzle emerges, and depends on the speed of the moving walls of the corresponding casting machine parts. This can also lead to backflow due to premature solidification of the metal, which causes the metal to flow behind the nozzle mouthpiece. This phenomenon is very unpleasant because it significantly interferes with the continuous casting process and also interferes with the interaction of the nozzle mouthpiece and the casting machine.

Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie eine Giessmaschine der obengenannten Art zu entwik-keln, mittels welchem bzw. welcher ein Hinterfliessen der Düse verhindert wird und gleichzeitig ggf. das obenbeschriebene Reiben der Düse an der Kokillenwand vermieden wird. Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass in einem Zwischenraum zwischen dem Düsenmundstück und den Walzen, Kokillen oder Bändern ein Luftkissen aufgebaut wird, mittels dessen ein Krümmungsradius der Metallschmelze zwischen The inventor has set itself the goal of developing a method and a casting machine of the type mentioned above, by means of which the nozzle is prevented from flowing behind and, at the same time, the above-described rubbing of the nozzle on the mold wall is avoided if necessary. The solution to this problem is that an air cushion is built up in an intermediate space between the nozzle mouthpiece and the rolls, molds or belts, by means of which a radius of curvature of the metal melt between

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einer Auslassöffnung des Düsenmundstückes und einem Kontaktpunkt der Schmelze mit der Walze, der Kokille oder dem Band beeinflusst wird. Dabei können die in der DE-OS 3 320 323 beschriebenen Vorteile des hydrodynamischen Paradoxons mit den jetzt erzielten Vorteilen der Verhinderung des Hinterfliessens der Düse gekoppelt werden. an outlet opening of the nozzle mouthpiece and a contact point of the melt with the roller, the mold or the belt is influenced. The advantages of the hydrodynamic paradox described in DE-OS 3 320 323 can be coupled with the advantages now achieved of preventing the nozzle from flowing behind.

Eine Giessmaschine zur Durchführung des Verfahrens ist in ihrer oberen und/oder unteren Düsenwand mit Luftkanälen durchsetzt, welche in einen Zwischenraum zwischen Düse bzw. Düsenmundstück und Walze, Kokille oder Band einmünden, und dort ein Luftkissen mit einem bestimmten Druck ausbilden. Dieser Druck des Luftkissens kann auf einen Krümmungsradius der aus dem Düsenmundstück unter einem metallostatischen austretenden Metallschmelze mit einer Oberflächenspannung einwirken und ihn verändern. A casting machine for carrying out the method is penetrated in its upper and / or lower nozzle wall with air channels which open into an intermediate space between the nozzle or nozzle mouthpiece and the roller, mold or belt, and form an air cushion there with a certain pressure. This pressure of the air cushion can act on a radius of curvature of the molten metal exiting from the nozzle mouthpiece under a metallostatic surface and change it.

Findet eine Düse in der Form Anwendung, wie sie in der DE-OS 3 320 323 beschrieben ist, sind die Luftkanäle bevorzugt in die metallischen Düsenversteifungsstücke eingelassen. If a nozzle is used in the form as described in DE-OS 3 320 323, the air channels are preferably embedded in the metallic nozzle stiffening pieces.

Das flüssige Metall, das mit einem bestimmten Druck Pmet, gegeben durch den statischen und dynamischen Druck nach Bernoulli, aus der Auslassöffnung in dem Düsenmundstück austritt, würde einen Krümmungsradius R = a/pmet erzeugen, wobei o die Oberflächenspannung des flüssigen Metalls ist. Durch das Luftkissen wird ein Gegendruck p erzeugt, woraus sich ein Krümmungsradius der Schmelze, nämlich R = cr/(pmet — p) einstellt. Damit kann der Zwischenraum zwischen Düse und Walze, Kokille oder Band im Bereich des Düsenmundstücks von vorneherein vergrössert werden, ohne dass das Metall die Düse hinterfliesst. Damit wird auch die Gefahr verringert, dass die Düse an der Walze, Kokille oder dem Band reibt. The liquid metal that emerges from the outlet opening in the nozzle mouth at a certain pressure Pmet, given by the static and dynamic pressure according to Bernoulli, would produce a radius of curvature R = a / pmet, where o is the surface tension of the liquid metal. A counter pressure p is generated by the air cushion, which results in a radius of curvature of the melt, namely R = cr / (pmet - p). This means that the space between the nozzle and roller, mold or belt in the area of the nozzle mouthpiece can be enlarged from the outset without the metal flowing behind the nozzle. This also reduces the risk of the nozzle rubbing against the roller, mold or belt.

Weiterhin hat das Luftkissen den Vorteil, dass es die Kühlung des Metalls bereits vor dessen Berührung mit der Walze, Kokille oder dem Band einleitet und so beschleunigt. The air cushion also has the advantage that it initiates and accelerates the cooling of the metal before it comes into contact with the roller, mold or belt.

Als für den Aufbau des Luftkissens verwendetes Gas wird bevorzugt ein Inertgas durch die Luftkanäle in den Zwischenraum geführt. Dabei bietet sich insbesondere Argon an, welches wiederum den Vorteil mit sich bringt, dass die Oberflächenoxidation des flüssigen Metalls nach dem Austritt aus der Düse verringert wird. As the gas used for the construction of the air cushion, an inert gas is preferably led through the air channels into the intermediate space. Argon is particularly suitable here, which in turn has the advantage that the surface oxidation of the liquid metal is reduced after it emerges from the nozzle.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen schematisch dargestellten, quergeschnittenen Ausschnitt eines Düsenmundstücks 1 in Gebrauchslage zwischen zwei mitlaufenden Kokillenbänder 2 und 3 einer nicht näher gezeigten Raupenkokille. Das Düsenmundstück 1 weist eine obere Düsenwand 4 und eine untere Düsenwand 5 auf, zwischen denen sich ein Durchlasskanal 6 zur Führung einer Schmelze 7 eines flüssigen Metalls befindet. Diese Schmelze 7 tritt aus einer Auslassöffnung 8 aus dem Düsenmundstück 1 aus und gelangt zwischen die beiden Kokillenbänder 2 und 3, wobei sie in Berührung mit gekühlten Kokillenwandungen 9 und 10 kommt. Die Kühlung bewirkt, dass kurz nach der Berührung die Schmelze von aussen her zu einer Metallschicht 11 zu erstarren beginnt. Further advantages and details of the invention emerge from the following description of a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawing; In its single figure, this shows a schematically illustrated, cross-section of a nozzle mouthpiece 1 in the position of use between two moving mold belts 2 and 3 of a caterpillar mold, not shown in any more detail. The nozzle mouthpiece 1 has an upper nozzle wall 4 and a lower nozzle wall 5, between which there is a passage channel 6 for guiding a melt 7 of a liquid metal. This melt 7 emerges from an outlet opening 8 from the nozzle mouthpiece 1 and passes between the two mold belts 2 and 3, coming into contact with cooled mold walls 9 and 10. The cooling causes the melt to solidify from the outside into a metal layer 11 shortly after contact.

Je nach der Geschwindigkeit der mitlaufenden Bänder 2 und 3 im Verhältnis zu der der austretenden Schmelze 7 und nach der Oberflächenspannung des flüssigen Metalls kann ein Kontaktpunkt 12 der Schmelze 7 mit der Wandung 9 bzw. 10 weiter oder näher zu der Austrittsöffnung 8 liegen. Dabei bleibt in der Regel die Geschwindigkeit der Bänder 2 und 3 konstant, während die Geschwindigkeit der Schmelze 7 im Durchlasskanal 6 von einem metallostatischen Druck Pmet abhängt. Ein Krümmungsradius r eines gedachten Kreisbogens zwischen Austrittsöffnung 8 und Kontaktpunkt 12 bestimmt sich dann im wesentlichen nach dem Verhältnis der Oberflächenspannung zu dem metallostatischen Druck Depending on the speed of the moving belts 2 and 3 in relation to that of the emerging melt 7 and on the surface tension of the liquid metal, a contact point 12 of the melt 7 with the wall 9 or 10 can be further or closer to the outlet opening 8. The speed of the belts 2 and 3 generally remains constant, while the speed of the melt 7 in the through-channel 6 depends on a metallostatic pressure Pmet. A radius of curvature r of an imaginary arc between outlet opening 8 and contact point 12 is then essentially determined by the ratio of the surface tension to the metallostatic pressure

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In den Düsenwänden 4 und 5 sind Luftkanäle 14 angeordnet, welche durch Bohrungen 15 in den Zwischenraum J zwischen Kokillenwand 9, 10 und Mundstück 1 münden. Durch die eingeführte Luft wird in dem Innenraum J ein Luftkissen ausgebildet, welches den Krümmungsradius r beeinflusst und zwar etwa nach dem Verhältnis von Oberflächenspannung a zu metallostatischen Druck pmet abzüglich des Druckes p des Luftkissens. Air channels 14 are arranged in the nozzle walls 4 and 5 and open through bores 15 into the space J between the mold wall 9, 10 and the mouthpiece 1. The air introduced creates an air cushion in the interior J, which influences the radius of curvature r, approximately according to the ratio of surface tension a to metallostatic pressure pmet minus the pressure p of the air cushion.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. A method for supplying a molten metal through at least one passage channel (6) of a nozzle with a nozzle mouthpiece (1) into a casting gap between rolls, molds (2, 3) or strips of a casting machine, characterized in that in an intermediate space (3) between An air cushion is built up to the nozzle mouthpiece (1) and the rollers, molds (2, 3) or belts, by means of which a radius of curvature (r) of the metal melt (7) between an outlet opening (8) of the nozzle mouthpiece and a contact point (12) of the melt with the roller, the mold or the belt.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air cushion acts as a hydrodynamic paradox with which the nozzle mouthpiece (1) is held at a predetermined distance from the roller, the mold or the belt.

2nd

PATENT CLAIMS

3. A suitable casting machine for carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized in that an upper and / or a lower nozzle wall (4, 5) is / are interspersed with air channels (14) which are in an intermediate space (J) between the nozzle mouthpiece (1) and roller, chill mold (2, 3) or belt open and form an air cushion with a pressure (p) there.

4. Casting machine according to claim 3, characterized in that over the pressure (p) of the air cushion, a radius of curvature (r) of the metal melt (7) emerging from the nozzle mouthpiece (1) under a metallostatic pressure (pmet) with a surface tension (cj) between an outlet opening (8) and a contact point (12) with a mold wall (9, 10) can be changed.

5. Casting machine according to claim 4, characterized in that the radius of curvature (r) is determined by the ratio of surface tension (cj) of the molten metal (7) to the metallostatic pressure (pmet) reduced by the pressure (p) of the air cushion.

6. Casting machine according to one of claims 3-5, characterized in that the air cushion is essentially composed of an inert gas, preferably argon, supplied through the air channels (14).