DE10195658B4

DE10195658B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Zuführen von geschmolzenem Metall in eine Form beim Stranggießen

Info

Publication number: DE10195658B4
Application number: DE10195658T
Authority: DE
Inventors: Sang-Joon Kim; In-Cheol Kim; Myung-Jong Cho
Original assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Current assignee: Research Institute of Industrial Science and Technology RIST
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2021-12-23
Also published as: DE10195658T1; WO2002051568A1; JP2004516145A; KR20020051088A

Abstract

Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall in eine Form zum Stranggießen, nachdem sie von einer Gießpfanne mit dem geschmolzenen Metall gespeist wurde und es zwischengespeichert hat, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
– einen Zwischenspeicher (Tundish), der das von der Gießpfanne zugeführte geschmolzene Metall enthält und der neben der Form angeordnet ist; und
– ein in einer gekrümmten Form ausgebildetes Verbindungsrohr, von dem ein Einlassende unter die Oberfläche des in dem Tundish gespeicherten geschmolzenen Metalls eingetaucht ist, und von dem ein Auslassende in die Form eingetaucht ist,
– wobei das Niveau einer Oberfläche des in dem Tundish gespeicherten geschmolzenen Metalls höher gehalten wird als das Niveau einer Oberfläche des der Form zugeführten geschmolzenen Metalls.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen von geschmolzenem Metall mit konstantem Volumenstrom durch ein Rohr, indem ein Zwischenspeicher (Tundish) einer Stranggießanlage über ein Rohr mit der Form verbunden ist und eine Siphonage angewendet wird, die sich aus einer Differenz der Niveaus der Oberflächen des geschmolzenen Metalls in dem Tundish und in der Form ergibt.

Allgemein hat sich das Stahlstranggießverfahren seit den 60er Jahren weltweit verbreitet, und mehr als 60% des derzeit produzierten Stahls wird durch Stranggießen hergestellt, da es viele Vorteile gegenüber dem älteren Stand der Technik aufweist. In den Hauptstahlerzeugungsregionen wie Korea, Japan und Westeuropa wird über 90% des Stahls durch Stranggießen hergestellt.

Wie in 4 gezeigt ist, umfasst eine Stranggießanlage, wie sie zum Stranggießen verwendet wird, eine Gießpfanne 2 zum Zuführen von geschmolzenem Metall 1 über einen Auslass 3 der Gießpfanne 2 in einen Tundish 4, und eine Form 6, in der Erzeugnisse wie eine Platte stranggegossen werden, nachdem sie von dem Tundish 4 mit geschmolzenem Metall gespeist wurden.

Ein Tauchrohr 5, das nach unten geöffnet ist, ist am Boden des Tundish 4 ausgebildet und weist einen Schieber 7 auf, so dass die Menge oder die Richtung des durch das Tauchrohr 5 in die Form 6 gegebenen geschmolzenen Metalls gesteuert werden kann. Zusätzlich weist der Tundish 4 einen Stopfen 8 auf, um die Öffnung des Tauchrohrs 5 zu steuern.

Bei einer solchen Stranggießanlage wird das geschmolzene Metall von der Gießpfanne 2 durch das Tauchrohr 5, das am Boden des Tundish 4 ausgebildet ist, in die Form 6 gegossen. Die Differenz L zwischen dem Niveau der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish 4 und dem in der Form 6 beträgt mehr als 1,5 m, und das geschmolzene Metall, das durch die Schwerkraft beschleunigt wird, erreicht nach freiem Fall eine Geschwindigkeit von mehr als 5,4 m/s. Folglich kann die Fließgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls durch Steuern der Öffnung des Tauchrohrs 5 und Vergrößern des Strömungswiderstandes mit Hilfe der Schiebers 7 und/oder des Stopfens 8 verringert werden.

Beim Gießprozess variiert die Dicke der Platte zwischen ungefähr 230 und 250 mm, und die Breite variiert von etwa 1 bis 1,6 m, jedoch weist der Auslass des Tauchrohrs 5 eine Querschnittsfläche von ca. 80 × 70 mm² auf. Und zwar ist die Querschnittsfläche der Platte zwanzig bis vierzig mal so groß wie die des Auslasses des Tauchrohrs. Somit ist die Einbringgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls am Ende des Tauchrohrs zwanzig bis vierzig mal so hoch wie die Gießgeschwindigkeit.

Wie erwähnt, wird das geschmolzene Metall mit einem Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Einbringen und dem Gießen in die Form 6 eingebracht, und die Strömung des geschmolzenem Metalls in der Form 6 wird äußerst instabil. Daher kann sich die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Form stark aufwerfen und eine Drift verursachen.

Darüber hinaus werden die verflüssigte oder verfestigte Schlacke auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls sowie viele nichtmetallische, eingeschlossene Stoffe, die in dem flüssigen Metall enthalten sind, in der Form gemischt und steigen nicht zur Oberfläche auf. Demzufolge können alle genannten Probleme beträchtliche Mängel hinsichtlich der Qualität des Erzeugnisses bewirken.

Ein Verfahren, bei dem der Absenkwinkel des Tauchrohrs variiert wird, wurde bislang verwendet, um zu versuchen, die genannten Probleme zu lösen und die Qualität der erzeugten Platte zu verbessern, da der Absenkwinkel des Tauchrohrs die Strömung des geschmolzenen Metalls stark beeinflussen kann.

Das heißt, nimmt der Absenkwinkel des Tauchrohrs zu, so nimmt der Abwärtsvolumenstrom zu und der Aufwärtsvolumen-Strom ab, so dass die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls in der Nähe der Oberfläche der Form vergleichsweise geringer ist, so dass die Oberfläche des geschmolzenen Metalls stabil gehalten wird. Demzufolge sind die Betriebsbedingungen verbessert und eine frühe Verfestigung schreitet konstant voran. Daraus folgt, dass die Qualität der Plattenoberfläche verbessert ist.

Andererseits dringen viele nichtmetallische, eingeschlossene Stoffe und Luftblasen mit der Abwärtsströmung tief in die Form und steigen nicht zur Oberfläche auf, sondern erstarren in der Platte mit dem geschmolzenen Metall, so dass sich die innere Qualität der Platte verschlechtert.

Wenn der Absenkwinkel des Auslasses verkleinert wird, nimmt der Abwärtsvolumenstrom ab, und Fehler wie eingeschlossene Stoffe und Luftblasen sind reduziert. Da andererseits ein verstärktes Aufwärtsströmen zu einem schnelleren Strömen von geschmolzenem Metall in der Nähe der Oberfläche führt, verschlechtert sich die Qualität der Plattenoberfläche aufgrund eines Vermischens mit dem geschmolzenen Fluss und der Bildung eines Wirbels an der Oberfläche. Derartige Probleme sind in jüngster Zeit in dem Maße bedeutender geworden, wie die Gießgeschwindigkeit schneller wurde.

Wie erwähnt hat das Verfahren zur Steuerung der Strömung des geschmolzenen Metalls, bei dem lediglich ein Tauchrohr verwendet wird, Grenzen, und um zu versuchen, diese Grenzen zu überwinden, wurden das schwedische Patent Nr. 8003695 und das US Patent Nr. 4495984 vorgeschlagen.

Das genannte Patent schlägt eine Vorrichtung zur Verringerung des Geschwindigkeit des geschmolzenen Materials nach Austritt aus einem Tauchrohr vor, indem ein' Gleichstrom-Magnetfeld in einem begrenzten Bereich direkt unter einem Auslass des Tauchrohrs gebildet und die Lorenztkraft, die durch das Magnetfeld und den Fluss induziert wird, genutzt wird.

Obwohl die Vorrichtung entsprechend dem genannten Vorschlag in einem Eisenwerk praktisch eingesetzt wurde, verursachte jedoch das Magnetfeld, das in einem begrenzten Bereich erzeugt wurde, dahingehend eine Störung der Strömung, dass der Strömungswiderstand und nicht die Strömungsabbremsung verhindert wurde, so dass die Vorrichtung in jüngster Zeit nicht verwendet wurde.

Darüber hinaus wurden das schwedische Patent Nr. 9100184, das US Patent Nr. 5404933 und das japanische Patent Nr. H2-284750 vorgeschlagen, um zu versuchen, die oben genannten Probleme zu lösen.

Die genannten Patente offenbaren Verfahren zur horizontalen Ausbreitung eines Magnetfeldes über die gesamte Breite der Form. Ein solches Verfahren reduziert jedoch nicht wesentlich die Ausströmungsgeschwindigkeit am Tauchrohr, so dass die oben genannten Probleme nicht gelöst sind.

Praktisch kann eine Zunahme der Querschnittsfläche des Tauchrohrs die Ausströmungsggeschwindigkeit reduzieren, da bei gleichem Volumenstrom die Geschwindigkeit umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche ist. Wird jedoch die Querschnittsfläche in der Nähe des Auslasses des Tauchrohrs erhöht, ohne dabei die Querschnittsfläche des oberen Teils des Tauchrohrs, der mit dem Tundish verbunden ist, zu erhöhen, so wird die Strömung aufgrund eines innerhalb des Tauchrohrs auftretenden Abreißens der Strömung äußerst instabil. Folglich muss gleichzeitig die Querschnittsfläche des oberen Teils des Tauchrohrs erhöht werden.

In diesem Fall wäre es jedoch sehr schwierig, den Volumenstrom oder die Zuführung von geschmolzenem Metall dadurch zu steuern, dass die Öffnung des Tauchrohrs mit einem Stopfen oder einem Schiebeventil gesteuert wird.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen bereitzustellen, das es erlaubt, die Qualität der Erzeugnisse sowohl im Innern als auch an deren Oberfläche dadurch zu verbessern, dass die Geschwindigkeit der Zuführung des geschmolzenen Metalls in eine Form gesteuert wird, wenn Stahl oder ein anderes Metall stranggegossen werden.

Es ist ein weiteres Ziel, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zuführen von geschmolzenem Metall bereitzustellen, bei der/dem die Geschwindigkeit der Zuführung des geschmolzenen Metalls vom Tundish in die Form reduziert wird.

Um die Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung bereit zum Zuführen von geschmolzenem Metall in eine Form zum Stranggießen, nachdem sie von einer Gießpfanne mit dem geschmolzenen Metall gespeist wurde und es zwischerngespeichert hat, wobei die Vorrichtung einen Tundish (Stranggießverteiler) umfasst, der das von der Gießpfanne zugeführte geschmolzene Metall enthält und neben der Form angeordnet ist, und ein in einer gekrümmten Form ausgebildetes Verbindungsrohr umfasst, von dem ein Einlassende unter die Oberfläche des in dem Tundish gespeicherten geschmolzenen Metalls eingetaucht ist, und ein Auslassende, das in die Form eingetaucht ist, wobei das Niveau der Oberfläche des in dem Tundish gespeicherten geschmolzenen Metalls höher gehalten wird als das Niveau der Oberfläche des der Form zugeführten geschmolzenen Metalls.

Das Verbindungsrohr ist an einer nach oben gekrümmten Seite mit einem Einlassventil und angrenzend an das in die Form eingetauchte Auslassende mit einem Absperrschieber versehen, womit das Verbindungsrohr am Beginn des Stranggießprozesses mit geschmolzenem Metall gefüllt werden kann.

Alternativ ist das Verbindungsrohr mit einer Seitenwand des Tundish vereinigt und auf einer nach oben gekrümmten Seite mit einem Ablassventil und angrenzend an das in die Form eingetauchte Auslassende mit einem Absperrschieber versehen, womit zu Beginn des Stranggießprozesses Luft aus dem Verbindungsrohr abgelassen werden kann.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein Haltemittel zum Auf- und Abbewegen des Tundish, wobei das Haltemittel von unten mit dem Tundish verbunden ist.

Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren bereit zum Zuführen von geschmolzenem Metall in eine Form, das die oben beschriebene Vorrichtung verwendet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Füllen des Verbindungsrohrs und des Tundish mit dem von der Gießpfanne zugeführten geschmolzenen Metall, wobei der Absperrschieber des Verbindungsrohrs geschlossen ist;
Zuführen des geschmolzenen Metalls in die Form durch Öffnen des Absperrschiebers des Verbindungsrohrs; und Konstanthalten eines Niveaus der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Form durch Steuern eines Volumenstroms von geschmolzenem Metall, das der Form über das Verbindungsrohr zugeführt wird, indem das Niveau der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish gesteuert wird.

Folglich ist es mit der Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Querschnittsfläche des Tauchrohrs zu vergrößern, indem der Volumenstrom von geschmolzenem Metall, das in die Form eingebracht wird, dadurch gesteuert wird, dass eine Differenz der Niveaus der Oberflächen des geschmolzenen Metalls in dem Tundish und in der Form ausgenutzt wird, und möglich, die Fließgeschwindigkeit bei gleichem Einbringvolumenstrom zu verringern. Somit kann die Oberfläche der Form stabil gehalten werden, und die Trennung von Luftblasen oder nichtmetallischen, eingeschlossenen Stoffen kann verbessert werden, und folglich kann sowohl die Oberflächenqualität als auch die Qualität des Inneren der Platte verbessert werden.

Außerdem kann, obwohl eine große Menge von geschmolzenem Metall der Form zugegeben wird, die Strömungsgeschwindigkeit aufrecht gehalten werden, und somit kann die Produktivität verbessert werden, ohne die Qualität der Platte zu verschlechtern.

Ein besseres Verständnis der Erfindung sowie der mit ihr verbundenen Vorteile werden schnell offensichtlich, indem diese mit Bezug auf die nachstehende ausführliche Beschreibung verständlicher wird, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3A bis 3D schematische Seitenansichten sind, die ein Verfahren zur stufenweisen Einstellung einer Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
4 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen gemäß dem Stand der Technik ist.
In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung ist nur die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben, lediglich durch Darstellung der besten Art der Ausführung der Erfindung in den Augen der Erfinder.
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet, um geschmolzenes Metall 14 einer Form 20 zuzuführen, nachdem es über einen Auslass 12 von einer Gießpfanne 10 abgelassen und zwischengespeichert wurde, wobei die Vorrichtung einen Tundish (Stranggießverteiler) 16 und ein Verbindungsrohr 22 umfasst.
Der Tundish 16 kann das von der Gießpfanne zugeführte geschmolzene Metall aufnehmen und ist seitlich von der Form angeordnet. Der Tundish 16 ist nicht mit einem Tauchrohr an seinem Boden versehen.
Das Verbindungsrohr 22 ist in einer gekrümmter Form ausgebildet, mit einem Einlassende 24, das unter die Oberfläche des in dem Tundish 16 gespeicherten geschmolzenen Metall eingetaucht ist, und mit einem Auslassende 28, das in die Form 20 eingetaucht ist.
Insbesondere umfasst das Verbindungsrohr 22, wie es in 1 gezeigt ist, vereinigt das Einlassende 24, das im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish 16 angeordnet ist, einen Verbindungsteil 26, der gebogen ist und sich horizontal von dem Einlassende 24, über die Seite des Tundish 16 hinaus, erstreckt, und das Auslassende 28, das gebogen ist und sich von dem Verbindungsteil 26 zu der Form 20 vertikal nach unten erstreckt, um darin eingetaucht zu werden.
Die Form des Verbindungsrohrs 22 ist jedoch nicht auf die obige beschränkt, sondern kann bogenförmig sein.
Das Verbindungsrohr 22 ist außerdem an der oberen Seite des Verbindungsteils 26 mit einem Einlassventil 30 angrenzend an das Auslassende 28 mit einem Absperrschieber 32 versehen.
Das Verbindungsrohr 22 kann mit geschmolzenem Metall gefüllt werden, indem am Beginn des Stranggießprozesses das Einlassventil 30 und der Absperrschieber 32 betätigt werden. Mit anderen Worten, das geschmolzene Metall wird durch das Einlassventil 30 in das Verbindungsrohr 22 eingebracht, wobei der Absperrschieber 32 geschlossen ist. Der Absperrschieber 32 kann auch zur Steuerung der Menge des durch das Auslassende 28 des Verbindungsrohrs 22 in die Form 20 eingebrachten flüssigen Metalls verwendet werden.
Bei der Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Niveau L1 der Oberfläche des in dem Tundish 16 gespeicherten geschmolzenen Metalls höher gehalten als das Niveau L2 der Oberfläche des der Form 20 zugeführten geschmolzenen Metalls.
Um die Differenz der Niveaus aufrecht zu halten, kann das Niveau L1 der Oberfläche des in dem Tundish 16 gespeicherten geschmolzenen Metalls durch Steuern der Menge des von der Gießpfanne 10 abgelassenen geschmolzenen Metalls oder durch Auf- und Abbewegen des Tundish 16 eingestellt werden. Daher umfasst die Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung außerdem ein Haltemittel 18 zum Auf- und Abbewegen des Tundish 16, das von unten mit dem Tundish 16 verbunden ist.
2 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet, um das geschmolzene Metall 14 einer Form 20 zuzuführen, nachdem es von einer Gießpfanne 10 über einen Auslass 12 gespeist und zwischengespeichert wurde, wobei die Vorrichtung im wesentlichen einen Tundish 40 und ein Verbindungsrohr 42 umfasst, die vereinigt sind.
Das heißt, das Verbindungsrohr 42 ist mit dem Tundish 40 dadurch einteilig verbunden, dass eine Seitenwand 40a des Tundish 40 als ein Teil des Einlassendes 44 des Verbindungsrohres 42 ausgebildet ist.
Das Verbindungsrohr 42 ist in gekrümmter Form ausgebildet, die sich von dem Einlassende 44, über die Steite des Tundish 40 hinaus, erstreckt, und ist erneut gekrümmt, so dass das Auslassende 48 in die Form 20 eingetaucht ist.
Insbesondere umfasst das Verbindungsrohr 42, wie es in 2 gezeigt ist, vereinigt das Einlassende 44, das im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish 40 angeordnet ist, und einen Verbindungsteil 46, der sich von dem Einlassende 44, über die Seite des Tundish 40 hinaus, erstreckt, wobei sich das Auslassende 48 von dem Verbindungsteil 46 zu der Form 20 vertikal nach unten erstreckt, um in dieser eingetaucht zu sein.
Die Form des Verbindungsrohrs 42 ist jedoch nicht auf die obige beschränkt, sondern kann bogenförmig sein.
Darüber hinaus ist das Verbindungsrohr 42 auf einer oberen Seite des Verbindungsteils 46 mit einem Ablassventil 47 und angrenzend an das Auslassende 48 mit einem Absperrschieber 50 versehen.
Luft im Innern des Verbindungsrohrs 42 kann am Beginn des Stranggießprozesses durch Betätigen des Ablassventils 47 und des Absperrschiebers 32 abgelassen werden. Mit anderen Worten, die Luft im Innern des Verbindungsrohrs 42 kann abgelassen werden, indem geschmolzenes Metall in den Tundish 40 eingebracht wird, wobei das Ablassventil 47 des Verbindungsrohrs 42 geöffnet und der Absperrschieber 50 geschlossen ist. Wenn das Verbindungsrohr 42 mit geschmolzenem Metall gefüllt und die gesamte Luft abgelassen ist, wird das Ablassventil 47 geschlossen. Der Absperrschieber 50 kann ferner zur Steuerung der Menge des über das Auslassende 48 des Verbindungsrohrs 42 in die Form 20 eingebrachten geschmolzenen Metalls verwendet werden.
Bei der Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Niveau L1 der Oberfläche des in dem Tundish 40 gespeicherten geschmolzenen Metalls höher gehalten als das Niveau L2 der Oberfläche des der Form 20 zugeführten geschmolzenen Metalls.
Um die Differenz der Niveaus aufrecht zu halten, kann das Niveau L1 der Oberfläche des in dem Tundish 40 gespeicherten geschmolzenen Metalls durch Steuern der Menge des von der Gießpfanne 10 abfließenden geschmolzenen Metalls oder durch Auf- und Abbewegen des Tundish 40 eingestellt werden. Daher umfasst die Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung außerdem ein Haltemittel 18 zum Auf- und Abbewegen des Tundish 40, das von unten mit dem Tundish 40 verbunden ist.
Das Verfahren zum Zuführen von geschmolzenem Metall, das die beschriebene Vorrichtung verwendet, ist nachfolgend offenbart.
Zuerst wird das Verbindungsrohr und der Tundish mit geschmolzenem Metall gefüllt, das von der Gießpfanne zugeführt wird, wobei der Absperrschieber des Verbindungsrohrs geöffnet ist.
Hier ist es vorteilhaft, dass das Verbindungsrohr vollständig mit geschmolzenem Metall gefüllt ist und dass das Niveau der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish höher ist als das Niveau der Oberfläche in der Form.
Bei der Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie es in 1 gezeigt ist, wird das Verbindungsrohr 22 gefüllt, indem der Absperrschieber 32 geschlossen und das geschmolzene Metall durch das Einlassventil 30 eingebracht wird, das am oberen Ende des Verbindungsteils 26 angeordnet ist.
Bei der Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie es in 2 gezeigt ist, das Verbindungsrohr 42 gefüllt, indem das Ablassventils 47 geöffnet, der Absperrschieber geschlossen, das geschmolzene Metall solange eingebracht wird, bis die gesamte Luft im Inneren durch das Ablassventil 47 abgelassen ist, und das Ablassventil 47 anschließend geschlossen wird.
Bei beiden Ausführungsformen wird der Form geschmolzenes Metall zugeführt, indem der Absperrschieber geöffnet wird.
Ein Ingangsetzungsprozess zum Stranggießen, der die Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, ist mit Bezug auf die 3A bis 3D offenbart.
Wie in 3A gezeigt ist, wird geschmolzenes Metall von der Gießpfanne dem Tundish 40 zugeführt, wobei der Absperrschieber 50 des Verbindungsrohrs 42 solange geschlossen und das Ablassventil 47 solange geöffnet ist, bis das Verbindungsrohr 42 mit geschmolzenem Metall gefüllt ist, wie es in 3B gezeigt ist.
Das Ablassventil 47 wird anschließend geschlossen, wie es in 3C gezeigt ist, und der Absperrschieber 50 wird geöffnet, um durch diesen geschmolzenes Metall in die Form' einzubringen.
Wenn das Niveau der Oberfläche des in die Form 20 eingebrachten geschmolzenen Metalls ein vorbestimmtes Niveau erreicht, bewegt sich ein Anfahrstück 52, das die Form abgedichtet hat, langsam, um das Stranggießen zu ermöglichen, wie es in 3D gezeigt ist.
Um das Niveau L2 der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Form im Stranggießprozess konstant zu halten, wird der Volumenstrom des geschmolzenen Metalls, das der Form über das Verbindungsrohr zugeführt wird, dadurch gesteuert, dass das Niveau L1 der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish gesteuert wird.
Hier kann das Niveau L1 der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish dadurch gesteuert werden, dass die Menge des geschmolzenen Metalls gesteuert wird, das von der Gießpfanne abfließt.
Alternativ kann das Niveau L1 der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish gesteuert werden, indem der Tundish mit dem daran befestigten Haltemittel auf- und abbewegt wird.
Bei der Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall wie sie oben beschrieben ist kann die Differenz der Niveaus der Oberflächen des geschmolzenen Metalls in dem Tundish und in der Form, die zum Zuführen eines vorbestimmten Volumenstroms mit einer notwendigen Geschwindigkeit erforderlich ist, folgendermaßen abgeschätzt werden.
Eine Gleichung der Flussenergie durch das Verbindungsrohr zwischen dem Niveau L1 der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish und dem Niveau L2 der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Form lautet wie folgt:
Hierin bezeichnen P, z, V, r und g Druck, Höhe, Strömungsgeschwindigkeit, Dichte bzw. Erdbeschleunigung. Ferner bezeichnet h_A die dem System zugeführte Energie, h_L einen Energieverlust, und die Subskripte t und m kennzeichnen den Tundish bzw. die Form.
In Gleichung (1) ist h_A gleich 0, da dadurch, dass der Druck P_t bei dem Tundish und der Druck P_m bei der Form gleich dem Atmosphärendruck ist, dem System keine Energie zugeführt wird, und V_t und V_m, welche Bewegungsgeschwindigkeiten einer freien Oberfläche des Tundish bzw. der Form bedeuten, können unter der Annahme vernachlässigt werden, dass das Niveau konstant gehalten wird.
Somit kann die Gleichung (1) wie folgt vereinfacht werden. zt – zm = hL (2)
Mit anderen Worten, die Differenz der Niveaus, die zur Bereitstellung eines vorbestimmten Volumenstroms mit einer notwendigen Geschwindigkeit erforderlich ist, nämlich die Differenz der Nivaus L: z_t – z_m zwischen dem Tundish und der Form, ist gleich dem Energieverlust h_L des geschmolzenen Metalls in dem Verbindungsrohr.
Ferner setzt sich der Energieverlust h_L des geschmolzenem Metalls in dem Verbindungsrohr aus einem Rohrreibungsverlust (Hauptverlust) h₁ und einem Nebenverlust h₂ zusmamen, der wie folgt abgeschätzt werden-=. kann:
Hierin bedeuten f, ΣK, L, d und V ein Reibungskoeffizient, die Summe der Verlustkoeffizienten, die Rohrlänge, den Rohrdurchmesser bzw. die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit im Rohr.
Dementsprechend wird der Rohrreibungsverlust h₁ durch den hydraulischen Durchmesser, die Länge des Rohrs und die Rauheit der inneren Oberfläche des Rohres bestimmt, und der Nebenverlust h₂ wird durch die Form der Einlass- und Auslassenden des Rohres und die Form des Rohres bei Dehnungs-, Verjüngungs- Abzweigungs- und Biegeabschnitten bestimmt.
Um eine praktische Abschätzung darzustellen, wird eine vereinfachte Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall betrachtet, wobei das Verbindungsrohr 22 zwei rechtwinklig gebogene Abschnitte und eine Länge von 1,5 m mit einem gleichmäßigen Querschnitt aufweist.
Gewöhnlich wird beim Stranggießprozess geschmolzenes Metall durch ein Auslassende des Verbindungsrohrs mit einem Durchmesser von 56 mm mit einem Volumenstrom von 2,8 Tonnen pro Minute in die Form eingebracht, wobei eine durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit von ungefähr 1,2. m/s am Auslassende vorhanden ist und eine durchschnittliche Rauheit weniger als etwa 0,2 mm beträgt.
Ebenso kann in dem Fall, bei dem der Innenquerschnitt des Auslassendes mit 2 multipliziert ist, die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit auf ca. 0,6 m/s reduziert werden, wobei die Differenz L der Niveaus, die zwischen dem Tundish und der Form erforderlich ist, wie folgt abgeschätzt werden kann.
i) Berechnung des Rohrreibungsverlusts h_i:
Da die Reynoldszahl bei 37333 aus
berechnet ist, was mehr als 2300 ist, ist die Strömung in diesem Fall turbulent, wobei der Reibungskoeffizient f auf etwa 0,028 geschätzt wurde, mit der relativen Rauheit 0,00357
aus dem Moody-Diagramm.
Daher wird der Rohrreibungsverlust h₁ bei 0,01378 m aus
mit Hilfe der Gleichung (4) berechnet.
ii) Berechnung des Nebenverlusts h₂:
Der Verlustkoffizient K₁ bei einem scharfen Einlass ist auf etwa 0,5 geschätzt, der Verlustkoeffizient K₂ bei einem Auslass auf etwa 1,0 und der Verlustkoeffizient K₃ bei einem 90°-Biegungsabschnitt auf etwa 0,4.
Somit errechnet sich die Summe der Verlustkoeffizienten über ΣK = K₁ + K₂ + 2·K₃ = 0,5 + 1,0 + 0,8 zu 2,3, und somit errechnet sich der Nebenverlust h₂, unter Verwendung der Gleichung (5), über
zu 0,0422.
Folglich beträgt der Energieverlust h_L, der durch Summierung von h₁ und h₂ gewonnen wird, 0,056 m.
Mit anderen Worten, um zu erreichen, dass die Strömungsgeschwindigkeit am Auslassende des Verbindungsrohrs 0,6 m/s beträgt, sollte die Differenz L der Niveaus zwischen der Oberfläche des geschmolzenen Metalls im Tundish und in der Form etwa 56 mm betragen.

Claims

Vorrichtung zum Zuführen von geschmolzenem Metall in eine Form zum Stranggießen, nachdem sie von einer Gießpfanne mit dem geschmolzenen Metall gespeist wurde und es zwischengespeichert hat, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: – einen Zwischenspeicher (Tundish), der das von der Gießpfanne zugeführte geschmolzene Metall enthält und der neben der Form angeordnet ist; und – ein in einer gekrümmten Form ausgebildetes Verbindungsrohr, von dem ein Einlassende unter die Oberfläche des in dem Tundish gespeicherten geschmolzenen Metalls eingetaucht ist, und von dem ein Auslassende in die Form eingetaucht ist, – wobei das Niveau einer Oberfläche des in dem Tundish gespeicherten geschmolzenen Metalls höher gehalten wird als das Niveau einer Oberfläche des der Form zugeführten geschmolzenen Metalls.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsrohr an einer nach oben gekrümmten Seite mit einem Einlassventil und angrenzend an das in die Form eingetauchte Auslassende mit einem Absperrschieber versehen ist, mit denen das Verbindungsrohr am Beginn des Stranggießprozesses mit geschmolzenem Metall gefüllt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsrohr mit der Seitenwand des Tundish vereinigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Verbindungsrohr auf einer nach oben gekrümmten Seite mit einem Ablassventil und angrenzend an das in die Form eingetauchte Auslassende mit einem Absperrschieber versehen ist, mit denen am Beginn des Stranggießprozesses Luft aus dem Verbindungsrohr abgelassen werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die darüber hinaus ein Haltemittel zum Auf- und Abbewegen des Tundish umfasst, wobei das Haltemittel von unten mit dem Tundish verbunden ist.
Verfahren zum Zuführen von geschmolzenem Metall in einer Form, das die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5 verwendet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Füllen des Verbindungsrohrs und des Tundish mit dem von der Gießpfanne zugeführten geschmolzenen Metall, wobei der Absperrschieber des Verbindungsrohrs geschlossen ist; – Zuführen des geschmolzenen Metalls in die Form durch Öffnen des Absperrschiebers des Verbindungsrohrs; und – Konstanthalten eines Niveaus der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Form durch Steuern eines Volumenstroms von geschmolzenem Metall, das der Form durch das Verbindungsrohr zugeführt wird, indem das Niveau der Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Tundish gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Füllschritt dadurch ausgeführt wird, dass geschmolzenes Metall durch ein Einlassventil in das Verbindungsrohr eingebracht wird, das auf einer nach oben gekrümmten Seite des Verbindungsrohrs angeordnet ist, wobei der Absperrschieber des Verbindungsrohrs geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Füllschritt dadurch ausgeführt wird, dass geschmolzenes Metall in den Tundish eingebracht wird, wobei das Ablassventil offen und der Absperrschieber solange geschlossen ist, bis die Luft im Innern des Verbindungsrohrs durch das Ablassventil abgelassen ist, und dann das Ablassventil geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Niveau der Oberfläche des Tundish von der Menge des von der Gießpfanne abgegebenen geschmolzenen Metalls gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Niveau der Oberfläche des Tundish durch Auf- und Abbewegen des Tundish mit dem damit verbundenen Haltemittel gesteuert wird.