CN109562446A - 缓冲器、用于浇注金属熔液的设备以及用于浇注金属熔液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于浇注金属熔液的浇注容器的缓冲器(1)，其具有围绕冲击面(1.1)的壁(1.2)，该壁与冲击面(1.1)相连,在缓冲器(1)内部限定了开放的体积(2)，金属熔液注入此开放的体积内，缓冲器具有布置在缓冲器(1)上的至少一个用于连接到至少一个供气的导管上的接口(3)，其中，此接口(3)与至少一个开口(4,5)导气地相连，由此开口中能够导出气体。

Description

缓冲器、用于浇注金属熔液的设备以及用于浇注金属熔液的 方法

技术领域

本发明涉及一种用于浇注金属熔液的浇注容器的缓冲器，其具有环绕冲击面的壁，此壁与冲击面相连，在缓冲器内部限定了开放的体积，在此开放的体积内能够注入金属熔液，缓冲器还具有布置在缓冲器上的、用于连接到至少一个供气的导管上的至少一个接口，其中，该接口与至少一个开口导气地相连，气体能够由此开口导出。此外，本发明还涉及一种用于浇注金属熔液的设备以及一种用于浇注金属熔液的方法。

背景技术

缓冲器布置在浇注容器或者分配器中、尤其布置在所谓的中间包中，该中间包以金属熔液、优选以钢水填充，并且中间包内的钢水尤其分配到两个浇注出口，其分别与一个用于产生铸造产品的金属铸型相连。此种实施形式优选为连铸设备的一部分。缓冲器的目的在于，一方面通过进入的铸造射流保护中间包的内衬，另一方面阻止(从投影管)进入的与流出(至浸入式水口中)的铸造射流之间的短路流动，例如参见DE 10 2004 011 883 B4。

尤其在连铸过程中，钢水中呈氧化伴随元素形式的杂质、例如氧化铝颗粒使待生产的铸造产品、例如板坯中的宏观纯度变差。由于氧化伴随元素的密度较低，其在以钢水填充的中间包内上升，确切地说至熔液表面，并且能够析出到熔液表面上形成的熔渣内，但是，与氧化伴随元素的直径相关地，上升速度随着直径的减小而降低。小于50μm的直径使得上升速度降低并由此降低熔渣的析出，使得氧化伴随元素再次位于铸造产品的金属基质中，这又导致了例如板坯内的纯度很差。呈金属基质内的杂质形式的氧化伴随元素不再能够溶解并且可能对后续加工、尤其对铸造产品的塑性成形造成不利影响。

为了改善铸造产品内的纯度，在WO 2000/050190 A1中提出，设置施加气体的缓冲器。此缓冲器放置在投影管下方，铸造射流由该投影管进入中间包中，其中，缓冲器具有多孔的侧壁，气体能够穿过侧壁传导。由多孔的侧壁流出的气体以气泡的形式涌入由外部围绕进入的铸造射流在缓冲器上的冲击区域的区域并构成一种“气泡幕”，转向和/或掉转的熔液在铸造射流撞击之后穿过此气泡幕。阐述为有利的是，通过转向和/或掉转的熔液与缓冲器上的冲击区域外部的气泡之间的长的接触时间实现携入的氧化伴随元素有效地结合到气泡内，并由此能够去除不期望的杂质。但是，多孔的壁、插入部件或排放口具有以下缺点，与存在的环境压力或进气压力相关，可能无法形成设定的气泡，并且形成直径过大且不定的凝结气泡结构，之后其从多孔的结构脱离。过大和/或不确定的气泡直径不适合用于完全地吸收氧化伴随元素。在多孔的壁的孔结构处脱离的、具有明显更大的气泡直径的凝结的气泡加速地上升至熔液表面，并且，转向和/或掉转的熔液与上升的气泡之间的接触时间显著地减少。

发明内容

由上述现有技术出发，本发明的目的在于，提出一种缓冲器，其相比于现有技术在改善待生产的铸造产品内的纯度方面设计得更加有效。

根据本发明的第一方面，针对缓冲器的目的由此解决，使至少一个开口指向开放的体积的方向以使气体流出。

发明人出乎意料地确定，通过使气泡或者说气泡群涌入开放的体积能够有利且有效地利用进入的铸造射流的脉冲或者说能量以及湍流。由于剪切作用，气泡与铸造射流之间的相互作用能够进一步降低从开口流出的气泡的直径。占据冲击区域的高度湍流可以促使气泡与氧化伴随元素之间的、或者以及氧化伴随元素彼此之间的撞击的可能性更高，由此可以在气泡与氧化伴随元素之间、或者在可能形成集群的氧化伴随元素之间更经常地结合，由此，通过气泡-伴随元素组织或者气泡-伴随元素集群组织降低了密度，这又能够促使更快地上升至熔液表面并且由此促使熔液表面上的熔渣更好地析出。

根据缓冲器的一个实施例，在冲击面内设置至少一个开口或者多个开口。该开口优选以喷嘴形式构造，喷嘴例如与缓冲器一件式地由耐火材料制成，或者作为附件在缓冲器的制造期间或者之后集成在开口中。相比于多孔结构，喷嘴形式具有以下优点，即能够生成设定的气泡直径。开口可基本确定性地分布在冲击面内，例如有序地布置，但也可能无序地布置。替代地，开口可仅布置在冲击面的中间区域内，或者围绕冲击面的中间区域布置。通过在冲击面内设置开口使气泡或者说生成的气泡群直接地对抗进入的铸造射流，由此能够在作用区域内进一步降低从开口出来的气泡或者说气泡群的直径。

根据缓冲器的一个实施例，开口尤其以直径在d＝0.2至10mm之间的喷嘴的形式构造。开口的直径优选在d＝0.5至5mm之间，从而能够调节到尤其设定的、小的出来的气泡或者说气泡群的直径。

根据缓冲器的一个实施例，至少一个开口补充地或替代地设置在壁内。如果补充地设置开口，那么，横向于从冲击面内的开口流出的气泡或气泡群的流出方向、并且横向于进入的铸造射流涌入开放的体积的额外的流动则能够支持性地有利于降低气泡的直径和/或提高气泡-伴随元素组织或气泡-伴随元素集群组织的结合。

根据缓冲器的一个实施例，缓冲器可构造为圆的、椭圆的或多角的。也可设置其他几何形状并可以适合于相应的应用情况。根据缓冲器的另一实施例，可以在其中设置开口的冲击面或壁向着开放的体积的表面不必实施为光滑的，而可以具有任意几何形状的凹槽和/或突起的结构，从而在进入的铸造射流与气泡之间产生更强的剪力作用。这可额外地促进小的气泡直径的产生。

本发明的第二方面涉及一种用于浇注金属熔液以产生铸造产品的设备，其包含用于容纳金属熔液的浇注桶，其与投影管相连，通过投影管为浇注容器填充金属熔液，其中，缓冲器在浇注容器内布置在投影管下方并承受流出的铸造射流，浇注容器具有至少一个用于为与浇注容器相连的金属铸型填充金属熔液以产生铸造产品的浇注出口，优选浇注容器具有两个用于分别为一个金属铸型填充金属熔液以分别产生一个铸造产品的浇注出口，其中，缓冲器符合前述实施例中的至少一个。

为了避免重复，请参阅缓冲器的前述实施例，其中，相应的优点也在用于浇注金属熔液以产生铸造产品的设备中得出。

本发明的第三方面涉及一种用于浇注金属熔液以产生铸造产品的方法，其中，使用根据前述实施例其中之一的设备。

根据此方法的一个实施例，作为气体使用惰性气体。优选将氩气用作气体，因为其非活性的且能够低价地购得。也可考虑使用其他气体，例如氮气，从而实现与金属熔液的针对性反应，这在用于产品的后续加工中实现改善的和/或新的材料特性和/或应用特性。

为了避免重复，请参见前文。

附图说明

下面根据示出了实施例的附图进一步阐述本发明。相同的部件以相同的附图标记标识。附图示出了

图1)缓冲器的透视图，

图2)图1)中所示的缓冲器的俯视图以及

图3)结合设备的示意性透视局部图的仿真的方法。

具体实施方式

图1)以透视图示出了用于浇注金属熔液(11)的浇注容器(14)的缓冲器(1)，其具有围绕冲击面(1.1)的壁(1.2)，该壁与冲击面(1.1)相连，在缓冲器(1)内部限定了开放的体积(2)，在此体积中能够注入金属熔液(11)，缓冲器还具有至少一个尤其布置在缓冲器(1)外侧上的、用于连接到至少一个在此未示出的供气导管上的接口(3)，其中，此接口(3)与至少一个开口(4,5)导气地相连，由此开口中能够尤其向外导出气体，其中，至少一个开口(4,5)指向开放的体积(2)的方向，以流出气体，气流通过箭头标识。一个或多个开口(4)优选设置在冲击面(1.1)中。此开口(4)优选构造为喷嘴形式，其中，此开口(4)在一个区域(1.4)中围绕冲击面(1)的中间区域(1.3)布置(图2)。呈喷嘴形式的开口(4,5)具有在d＝0.2至10mm之间的、优选在d＝0.5至5mm之间的、进一步优选在d＝1至3mm之间的直径。替代地或补充地，在此未示出地，开口(4)可基本上确定性地分布在冲击面(1.1)中或者仅设置在冲击面(1.1)的中间区域(1.3)内。此外，还可以在缓冲器(1)的壁(1.2)内补充地或替代地设置至少一个开口(5)、尤其多个开口(图1)。缓冲器(1)构造为有棱角的，其中，也可考虑其他几何形式，并且可在其面(1.1,1.21)上具有槽和/或突起的结构(1.22)。

在图3)中示意性地以透视图示出了用于浇注金属熔液(11)以生成铸造产品的设备(10)的局部视图。此设备包含用于容纳金属熔液(11)的浇注桶(12)，其与投影管(13)相连，通过此投影管为浇注容器(14)填充金属熔液(11)。在投影管(13)下方的浇注容器(14)内、尤其浇注容器(14)的底面(14.1)上布置缓冲器(1)，并且缓冲器(1)承受通过投影管(13)流入的、通过箭头标识的铸造射流。浇注容器具有至少一个在此未示出的、用于为与浇注容器相连的在此未示出的金属铸型填充金属熔液以产生铸造产品的浇注出口。如果设备(10)优选为具有两个铸造分支的连续铸造设备的一部分，那么，浇注容器(14)则具有用于分别为一个在此未示出的金属铸型填充金属熔液(11)以分别产生一个铸造产品的两个浇注出口，其中，投影管(13)居中地布置在浇注容器(14)中以填入金属熔液(11)，从而避免气泡(15)沿着浇注方向进入或者再次位于待产生的铸造产品中。作为金属熔液(11)优选使用钢水。通过使气泡(15)或者说气泡群(15)涌入缓冲器(1)的开放的体积(2)中，能够有利且有效地利用在图3)中通过箭头标识的、进入的铸造射流的脉冲或者说能量以及湍流。由于剪切作用，气泡(15)与铸造射流间的相互作用可进一步降低从开口(4,5)流出的气泡(15)的直径。占据冲击区域(1.3,1.4)的高度湍流导致气泡(15)与氧化伴随元素之间的、或者氧化伴随元素相互间的撞击几率更高，由此，更频繁地出现气泡与氧化伴随元素之间、或者可能形成集群的氧化伴随元素之间的结合，从而通过结合形成气泡-伴随元素组织或者气泡-伴随元素集群组织降低了密度，这又促使更快地上升至熔液表面(11.1)并因此在熔液表面(11.1)上的熔渣(11.2)的更佳的析出。氩用作优选的气体，因为尤其相比于其他惰性气体，其在钢水内具有更低的密度，并因此能够在投影管(13)的周围、尤其与包含的氧化伴随元素或者说伴随元素集群一同更快地上升。

在图3)中所示的仿真的范围内，以图2)所示的实施例研究了根据本发明的缓冲器的效率，其中区别在于，在壁内没有设置开口。缓冲器(1)在围绕中间区域(1.3)的区域(1.4)内具有直径分别为d＝3mm的28个呈喷嘴形式的开口(4)。缓冲器(1)在每一外侧面上分别具有一个接口，其分别与布置在相应侧面上的开口列导气地相连。这些接口与四个敷设在浇注桶内的输入导管(供气导管)相连。在实践中，输入导管通过导流物质覆盖或保护，以使其免受钢水的恶劣影响而损坏。11.784l/min的氩体积流量中的氩含量为9.82E-5kg/s。每个开口(4)的出流速度约为1m/s，并且产生约13.900气泡/s。所研究的钢水的纯度相比于现有技术可改善或提高至少10％，尤其至少15％。

本发明不限于附图中所示的实施例以及普遍说明中的实施形式，而也能够仅在缓冲器的壁内设置开口和/或也能够使开口的直径不同并且不必恒定。在得知铸造射流进入冲击区域的情况下，例如通过打开和/或关闭例如为投影管的闸门的封闭系统，可通过巧妙地设置开口而最大程度地影响金属熔液的宏观纯度。壁也不是必须实施为连贯的。其能够以多样地方式具有中断、流体通道和/或其他有利于流动的几何结构。

附图标记说明

1 缓冲器

1.1 冲击面

1.2 壁

1.21 向着开放的体积的方向的壁面

1.22 凹槽和/或突起的结构

1.3 冲击面的中间区域

1.4 围绕中间区域的区域

2 缓冲器内的开放的体积

3 用于输入导管的接口

4 冲击面内的开口，喷嘴

5 壁内的开口，喷嘴

10 用于浇注的设备

11 金属熔液，钢水

11.1 熔液表面

11.2 熔液表面上的熔渣

12 浇注桶

13 投影管

14 浇注容器

14.1 浇注容器的底面

15 气泡，气泡群

d 开口、喷嘴的直径

Claims (10)

1.用于浇注金属熔液的浇注容器的缓冲器(1)，

-具有围绕冲击面(1.1)的壁(1.2)，该壁与所述冲击面(1.1)相连，在所述缓冲器(1)内部限定了开放的体积(2)，金属熔液注入此开放的体积内，

-具有布置在所述缓冲器(1)上的至少一个用于连接到至少一个供气的导管上的接口(3)，其中，此接口(3)与至少一个开口(4,5)导气地相连，由此开口中能够导出气体，

其特征在于，

所述至少一个开口(4,5)指向所述开放的体积(2)的方向以便流出气体。

2.根据权利要求1所述的缓冲器，其特征在于，至少一个或多个开口(4)设置在所述冲击面(1.1)内。

3.根据权利要求1或2所述的缓冲器，其特征在于，所述开口(4，5)以直径在d＝0.2至10mm之间的喷嘴的形式构造。

4.根据前述权利要求中任一项所述的缓冲器，其特征在于，至少一个开口(5)替代地或补充地设置在所述壁(1.2)内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的缓冲器，其特征在于，所述缓冲器(1)构造为圆的、椭圆的或多角的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的缓冲器，其特征在于，所述缓冲器(1)在其向着所述开放的体积(2)的方向的表面(1.1,1.21)上具有凹槽和/或突起的结构(1.22)。

7.用于浇注金属熔液(11)以产生铸造产品的设备(10)，所述设备包含用于容纳金属熔液(11)的浇注桶(12)，所述浇注桶与投影管(13)相连，通过所述投影管为浇注容器(14)填充金属熔液(11)，其中，缓冲器(1)在所述浇注容器(14)内放置在所述投影管(13)下方并且承受进入的铸造射流，所述浇注容器(14)具有至少一个用于为与所述浇注容器相连的金属铸型填充金属熔液(11)以产生铸造产品的浇注出口，

其特征在于，

所述缓冲器(1)根据前述权利要求中至少一项构造。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述浇注容器(14)具有两个用于分别为一个金属铸型填充金属熔液(11)以分别产生一个铸造产品的浇注出口。

9.用于浇注金属熔液(11)以产生铸造产品的方法，其特征在于，使用根据权利要求7或8所述的设备(10)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，作为气体使用惰性气体，尤其氩气。