DE1086402B

DE1086402B - Abflussduese fuer Giesspfannen oder sonstige Metallschmelzgefaesse

Info

Publication number: DE1086402B
Application number: DEI16164A
Authority: DE
Original assignee: GRENOBLOISE ETUDE APPL; Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Current assignee: GRENOBLOISE ETUDE APPL; Institut de Recherches de la Siderurgie Francaise IRSID
Priority date: 1958-03-20
Filing date: 1959-03-19
Publication date: 1960-08-04

Description

Um geschmolzenes Metall am Boden einer Pfanne abzuziehen, wie dies beispielsweise beim Kokillen-Stahlguß üblich ist, sieht man im Boden der Pfanne eine Düse vor, deren obere öffnung durch einen Stopfen verschlossen werden kann, um den Abfluß des Metalls bei der Füllung der Pfanne zu verhindern. Wird der Stopfen angehoben, so fließt das Metall unter dem Einfluß der Schwerkraft ab.

Die Form und Struktur des Strahles ist eine Funktion der geometrischen und hydraulischen Eigenschäften des Systems »Düse-Stopfenkopf«, dessen Lage im Verhältnis zum Boden der Pfanne und der Höhe der flüssigen Charge in der Pfanne. Im allgemeinen zeigt der Strahl, der bei seinem Austritt aus der Pfanne eine turbulente Strömung aufweist, eine unruhige Struktur, was darauf zurückzuführen ist, daß der erzwungene Ausfluß des Metalls innerhalb der Düse sich in einen freien, in dem ihn umgebenden gasförmigen Medium sich verbreiternden Strahl umwandelt. Die turbulente Strömung des Metalls, insbesondere in ,'der Nähe der die Strömung begrenzenden Düsenwandung, beeinflußt die Struktur des Flüssigkeitsstrahles beim Verlässen der Düse', also an der Stelle, wo die Beeinflussung der Strömung durch die Düsenwandung aufhört. Auch hat die Lage des Stopfenkopfes, wenn dieser sich nicht in genügend großer Entfernung vom Rand der Düse befindet, einen nachhaltigen Einfluß auf die in der Düse sich ausbildende Strömung und die Struktur des aus der Düse austretenden Strahles. Befindet sich nämlich der Stopfenkopf in der Nähe des Düsenrandes, so führt dies zu teils konvergierenden, teils divergierenden Strömungen, so daß sich die Strömung von der Düsenwandung ablöst, wodurch die Randstruktur des Flüssigkeitsstrahls beim Austritt aus der Düse' ebenfalls gestört wird.

Je mehr der Strahl gestört wird und sich auflöst, desto mehr ist das ausfließende.Metall einer Oxydation ausgesetzt,' was einen erheblichen Nachteil bedeutet, da die dabei gebildeten Oxyde zu unerwünschten Einschlüssen im Güß führen. Das

Abflußdüse für Gießpfannen
oder sonstige Metallschmelzgefäße

Anmelder:

Institut de. Rectiercües de la Siderurgie,

Saint Germain-enxLaye, Seine-et-Oise,

und Societe Grenobloise d'Etudes

et d'Applications Hydrauliques,

Grenoble, Isere {Frankreich)

Vertreter: Dr.-Ing. W.-'Höger, Dr.-Ing. B. Maier '~
und Dipl.-Ing. M. Sc. W."'Stellrecht, Patentanwälte,
Stuttgart O.XJhlandstr. 16

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 20, März 1958

Versuche haben nun gezeigt, daß, wenn man der Düse eine geeignete Form gibt, ein Strahl erhalten wird, der auf eine Entfernung, die mehr als dem Hundertfachen des Durchmessers der Austrittsöffnung der Düse entspricht, glatt und zusammenhängend bleibt. ' ·

Die bisher allgemein üblichen Düsen wiesen entweder eine zylindrische Form auf, die sich nach oben kegelstumpf förmig oder auch nur mittels, abgerundeter Ränder erweitert,, oder eine nach, oben schwach Be- 40 konisch sich erweiternde Kegelstumpf form mitabstreben geht daher dahin, zur Verhinderung bzw.' Ver- gerundetem oberem Rand. Die Stopfenköpfe hatten minderung einer solchen Oxydation einen möglichst meist eine kugelförmige oder nahezu kugelförmige glatten und zusammenhängenden Strahl zu erzeugen. Teiloberfläche. Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß Ein solcher zusammenhängender, Strahl reißt keine aus solchen Düsen und Stopfenköpfen bestehende Luft mit sich und gibt somit auch keine Veran- 45 Systeme einen Strahl ergaben, der aus den im vorherlassung zu aufsteigenden Gasblasen und zu Spritzern, gehenden aufgeführten Gründen gestört war, wenn der Flüssigkeitsstrahl auf das bereits ausgeflossene, flüssige Metall auftrifft. Dies hat insbesondere beim Kokillenguß den Vorteil, daß die Wandungen einer Kokille viel weniger oder überhaupt 50
nicht bespritzt werden, so daß eine saubere Oberfläche
aufweisende Blöcke oder Brammen erhalten werden,
wodurch Kosten für die Bearbeitung der Zwischenpro

dukte gespart werden.

Um diese Nachteile zu vermeiden und um einen vollkommen glatten und zusammenhängenden Strahl zu erhalten, wurde eine neue Düsen- und Stopfenkopfform entwickelt, mit der überraschend günstige Resultate erzielt wurden.

Die Düse ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß sie eine obere, mit dem Stopfenkopf zusammenwirkende Zone aufweist, deren Wandung eine im senkrechten

009 569/369

Schnitt konvexe Rundung mit einem geeignet gewählten Krümmungsradius "besitzt und die dazu dient, das flüssige Metall in eine im wesentlichen senkrechte Strömung umzulenken, eine an diese erste Zone sich anschließende, sich verengende zweite Zone, deren Wandung eine im senkrechten Schnitt konkave Rundung besitzt, eine dritte Zone, die sich im wesentlichen kegelstumpf förmig verjüngt, und gegebenenfalls eine kurze an diese Zone sich anschließende zylindrische Zone.

Beim Übergang der ersten Zone in die zweite Zone kann die Wandung der Düse auf eine kurze Strecke zylindrisch ausgebildet sein.

An Stelle dieses zylindrischen Überganges von der ersten Zone zur zweiten Zone kann die Wandung der Düse auf eine Strecke, die ungefähr das 2V2tache des Durchmessers der Düse an dieser Stelle beträgt, kegelstumpfförmig ausgebildet sein, wobei die Erzeugende durch eine Tangente an die Kurven der ersten Zone und der zweiten Zone gebildet wird, die mit der Düsenachse einen Winkel von etwa 3 bis 10° bildet. Die einzelnen Zonen der Düse haben jede für sich eine ganz bestimmte Aufgabe und tragen dazu bei, daß ein geschlossener, zusammenhängender Strahl erzielt wird. In der ersten Zone der Düse wird die im wesentlichen an der Bodenfläche der Pfanne vorherrschende, horizontale Strömung in eine senkrechte Strömung im Kern der Düse umgewandelt. In den beiden sich in einem stetigen Übergang an diese Zonen anschließenden Zonen der Düse, die auch untereinander einen stetigen Übergang aufweisen, werden Unterschiede in der Geschwindigkeitsverteilung der Strömung ausgeglichen. Die unterste, zylindrische Zone der Düse ist mehr konstruktiv bedingt und hat keinen Einfluß auf die Ausbildung des Strahls. Es ist sogar notwendig, darauf zu achten, daß der Strahl, der sich am unteren Rand der dritten Zone der Düse von der Wandung der Düse ablöst, sich nicht wieder an die Wandung der zylindrischen Zone anlegt. Dadurch, daß diese letzte zylindrische Zone nur sehr kurz gehalten wird, wird eine Belüftung der Ringzone zwischen der zylindrischen Wandung und dem Strahl erzielt, die verhindert, daß sich der Strahl an diesen Teil der Wandung anlegt, was den angestrebten Zweck vollkommen vereiteln würde.

Der zum Verschluß der Düse dienende Stopfenkopf weist eine längliche Eiform auf, die vorzugsweise in eine Spitze ausläuft.

Auf diese Weise wird vermieden, daß sich im Mittelpunkt des Systems Düse—Stopfenkopf eine turbulente Strömung ausbildet. Diese Turbulenzzone ist der Ausgangspunkt für die sich im Inneren des Strahles bildenden Wirbelzöpfe, die unvermeidlich den aus der Düse austretenden, glatten, geschlossenen Strahl auflösen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der beiden Teile des erfindungsgemäßen Pfannenverschlusses dargestellt.

Die mit dem Stopfenkopf 2 zusammenwirkende Düsel mit dem inneren Durchmesser D besteht aus einer oberen Zone 3, deren konvexe Krümmung durch den Krümmungsradius R_s bestimmt wird, und aus einer sich an diese Zone anschließenden zylindrischen Zone 5 von der Höhe b. Am Übergang dieser obersten Zone der Düse in die Bodenfläche der Pfanne wird der Winkel α gebildet. An die zylindrische Zone 5 schließt sich eine konkav sich verengende Zone 6 an, deren Krümmung durch den Krümmungsradius R₁ bestimmt wird und an die sich die kegelstumpfförmige Zone7 anschließt, die einen Neigungswinkel/? und eine Höhe c aufweist. An den den Durchmesser d aufweisenden Rand 8 der kegelstumpf forangen Zone 7 schließt sich die zylindrische Zone 9 mit der nur sehr geringen Höhe α an.

Der Stopfenkopf 2 weist eine im wesentlichen längliche Eiform auf mit einem Durchmesser H im oberen Teil; der untere Teil weist zwei verschieden gekrümmte Zonen 10 und 11 mit den Krümmungshalbmessern i?3 und i?₄ auf.

ίο Es kann vorteilhaft sein, an Stelle der gekrümmten Zone 11 mit dem Krümmungsradius i?₄ eine sich verjüngende Spitze 12 vorzusehen, die durch den Krümmungsradius R₅ bestimmt wird und die eine Höhe h aufweist. Die Spitze soll jedoch nicht scharf ausgebildet, sondern abgerundet sein.

Um den der Erfindung zugrunde liegenden Zweck zu erreichen, dürfen die oben angegebenen Parameter (Winkel, Längen, Durchmesser, Krümmungsradien) sich nur wenig von den im folgenden angegebenen

Werten entfernen:

1. Werte für die Düse
0 < α < 40°,

R
0,5 < —— < 1, vorzugsweise nahe 1,

< 3, vorzugsweise nahe 1,5,

0,25 < < 1, vorzugsweise nahe 0,75.

Die Werte c, b variieren entsprechend der Höhe der Düse und dem Durchmesser d des gewünschten Strahles ; vorzugsweise ist c etwa gleich groß wie b.

20° < β < 40°, vorzugsweise β = 30°,

a = 3 mm ± 2 mm.
40

2. Werte für 2,5 <	den H D	Stopfenkopf - < 5,
1,5 <	R₃	- <4,
0,5 <	D	- < 1,
1 <	~D	- <2,
0,3 <	D	■ < 0,6.
h D

Auch die Verwendung eines üblichen Stopfenkopfes mit der erfindungsgemäßen Düse bringt schon eine merkliche Verbesserung der Strahleigenschaften.

Claims

PATENTANSPKÜCHE:

1, Im Boden einer Gießpfanne oder sonstigen Metallschmelzgefäßes angeordnete Düse, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen drei Zonen aufweist, die so ausgebildet sind, daß die Wandung der mit einem Stopfenkopf zusammenwir-, kenden ersten Zone eine, im senkrechten Schnitt konvexe Rundung, die Wandung der sich daran anschließenden zweiten Zone eine im senkrechten

Schnitt konkave Rundung und die Wandung der dritten Zone die Form eines Kegelstumpfmantels aufweist.
2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die dritte kegelstumpfförmige Zone der Düse eine kurze, zylindrische Zone anschließt.
3. Düse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und der zweiten Zone eine zylindrische Zwischenzone geringer Länge vorgesehen ist.
4. Düse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übergang von der ersten

Zone zur zweiten Zone eine Zwischenzone vorgesehen ist, deren Wandfläche durch den Mantel eines Kegelstumpfes gebildet wird, dessen Erzeugende eine Tangente an die Mantellinien der ersten und zweiten Zone bildet und die mit der Düsenachse einen Winkel zwischen 3 und 10° bildet, wobei die Länge dieser Zwischenzone etwa das 2V2fache des größten Durchmessers dieser Zone beträgt.
5. Mit einer Düse nach den Ansprüchen 1 und 4 zusammenwirkender Stopfenkopf, dadurch gekennzeichnet, daß er eine längliche Eiform aufweist und vorzugsweise in eine stumpfe Spitze ausläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen