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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine obere Düse bzw. einen oberen Ausguss, die bzw. der dazu geeignet ist, in eine Ausgußöffnung einer Gießpfanne oder eines Verteilers bzw. Tundish eingepasst zu werden, und insbesondere eine obere Düse, die dazu geeignet ist, die Bildung von Ablagerungen zu verhindern.
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Hindergrundtechnik
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Bei einer obere Düse, die dazu geeignet ist, in eine Ausgußöffnung eines Verteilers oder einer Gießpfanne eingepasst zu werden, und in der eine Öffnung ausgebildet ist, durch die geschmolzener Stahl bzw. Flüssigstahl fließen kann, können Aluminiumoxid oder andere Einschlüsse an der Innenseite der Öffnung anhaften und Ablagerungen darauf bilden, wodurch ein Durchflusskanal verengt und ein Gießvorgang behindert wird, oder der Durchflusskanal kann vollständig verstopfen, wodurch der Gießvorgang unterbunden wird. Als ein Beispiel einer Technik zum Verhindern der Bildung von Ablagerungen ist vorgeschlagen worden, einen Gasinjektionsport zum Injizieren eines Inertgases bereitzustellen (vgl. z.B. die nachstehend zitierten Patentdokumente 1 und 2).
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Eine in den Patentdokumenten 1 und 2 dargestellte obere Düse ist jedoch eine Düse des Gasinjektionstyps, deren Herstellung aufgrund ihrer komplizierten Struktur zeit- und arbeitsaufwändig ist, und die für einen Gießvorgang ein Inertgas erfordert, wodurch die Kosten steigen. Außerdem ist es auch bei einer derartigen Düse des Gasinjektionstyps schwierig, die Bildung von Ablagerungen vollständig zu verhindern.
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Eine obere Düse ist beispielsweise in den folgenden zwei Konfigurationen weit verbreitet verwendet worden: eine Konfiguration, bei der in einem oberen Teil (Stromaufwärtsseite) der oberen Düse ein sich nach unten verjüngender Bereich und in einem unteren Teil (Stromabwärtsseite) der oberen Düse ein gerader Bereich ausgebildet ist (vgl. 12(a)); und die andere Konfiguration mit einem bogenförmigen Bereich, der sich vom nach unten verjüngenden Bereich, und vom geraden Bereich kontinuierlich erstreckt (vgl. 13 (a)). In jeder der 2 bis 13 zeigt das Diagramm (a) eine obere Düse, die in einer Gleitdüseneinheit (nachstehend als „GD-Einheit“ bezeichnet) installiert ist, wobei ein unterhalb (stromabwärts) der strichpunktierten Linie angeordneter Bereich eine Öffnung einer oberen Platte ist, und ein bezüglich einer Position, an der zwei Öffnungen nicht miteinander ausgerichtet sind, unten angeordneter Bereich eine Öffnung einer Zwischenplatte oder einer unteren Platte ist.
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Als Ergebnis von Berechungen einer Verteilung von Drücken, die auf eine Wandfläche einer Öffnung (Öffnungsoberfläche) einer oberen Düse (mit einer Länge von 230 mm) mit der in 12(a) dargestellten Konfiguration während eines Flüssigstahlflusses durch die Öffnung ausgeübt werden sollen, wurde verifiziert, dass der Druck sich in einem Bereich jenseits einer Position (180 mm von einem oberen (stromaufwärtsseitigen) Ende der Öffnung), wo die Öffnungsoberfläche sich von der sich nach unten verjüngenden Konfiguration zur geraden Konfiguration ändert, rapide ändert, wie durch die gestrichelte Linie in 12(b) dargestellt ist.
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Außerdem wurde als Ergebnis von Berechungen einer Verteilung von Drücken, die auf eine Wandfläche einer Öffnung (Öffnungsoberfläche) einer oberen Düse (mit einer Länge von 230 mm) mit der in 13 (a) dargestellten Konfiguration während eines Flüssigstahlflusses durch die Öffnung ausgeübt werden sollen, verifiziert, dass der Druck sich in einer bogenförmigen Kurve ändert, d.h. eine Druckänderung ist nicht konstant, wie in 13 (b) dargestellt ist, wobei im Vergleich zur in 12 (a) dargestellten oberen Düse, deren Öffnungsoberfläche sich von einer sich nach unten verjüngenden Konfiguration in eine gerade Konfiguration ändert, eine rapide Druckänderung unterdrückt wird. In jeder der 2 bis 13 zeigt ein Bereich rechts von der strichpunktierten Linie im Graph (b) Drücke, die auf eine Wandoberfläche der Öffnung (Öffnungsoberfläche) der oberen Platte ausgeübt werden sollen.
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Die rapide Druckänderung und die bogenförmige Druckänderung werden dadurch hervorgerufen, dass sich ein Flüssigstahlfluss ändert, wenn sich die Öffnungsoberfläche von der sich nach unten verjüngenden Konfiguration in die gerade Konfiguration ändert. Außerdem wird bei einer Wirbeldüse, die dazu geeignet ist, einen Flüssigstahlfluss absichtlich zu ändern, eine Ablagerung um eine Position herum beobachtet, an der der Flüssigstahlfluss sich ändert. Daher wird in Betracht gezogen, dass eine Ablagerung im Inneren der Öffnung der oberen Düse durch Erzeugen eines glatten Flüssigstahlflusses unterdrückt werden kann, d.h. eines Flüssigstahlflusses mit einer im Wesentlichen konstanten Druckänderung auf der Öffnungsoberfläche.
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Als eine Technik zum Stabilisieren eines Flüssigstahlflusses ist eine Erfindung vorgeschlagen worden, die mit einer Konfiguration einer Öffnung eines Abstichrohrs für einen Konverter in Beziehung steht (vgl. z.B. das nachstehend zitierte Patentdokument 3).
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- [Patentdokument 1] JP 2007-90423A
- [Patentdokument 2] JP 2005-279729A
- [Patentdokument 3] JP 2008-501854A
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösende Probleme
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Durch die im Patentdokument 3 beschriebene Technik soll jedoch verhindert werden, dass in einem Mittenbereich eines Flüssigstahlflusses ein Unterdruckbereich entsteht, um den Einschluss von Schlacke und Sauerstoff, Stickstoff, usw. zu verhindern, es ist jedoch nicht vorgesehen, die Ausbildung von Ablagerungen zu verhindern. Außerdem ist die im Patentdokument 3 beschriebene Technik für einen Konverter (Frischungsbehälter) konfiguriert, wobei eine Zeitdauer, während der eine Wirkung zum Verhindern von Einschlüssen von Schlacke, Sauerstoff, Stickstoff, usw. maßgeblich wird, eine letzte Phase des Flüssigstahlabstichs ist (vorausgesetzt, dass eine Abstichzeit 5 Minuten beträgt, dauert die letzte Phase etwa 1 Minute). Zum Verhindern der Bildung von Ablagerungen in einer Gießpfanne oder in einem Verteiler (Gieß- oder Eingießgefäß), ist es dagegen erforderlich, eine beabsichtigte Wirkung insbesondere innerhalb einer Zeitdauer zu erzielen, die von der letzten Phase des Flüssigstahlabstiches verschieden ist, d.h. es ist ein anderer Zeitpunkt zum Erzielen einer beabsichtigten Wirkung erwünscht.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einlaufdüse bzw eine obere Düse mit einer Öffnungskonfiguration bereitzustellen, die dazu geeignet ist, eine Stabilisierung eines von einem Außenumfangsbereich bzw. einem äußeren peripheren Bereich eines Flüssigstahlflusses auf eine Öffnungsoberfläche auszuübenden Drucks zu unterstützen, um einen Flüssigstahlfluss mit niedrigem Energieverlust (einen glatten Flüssigstahlfluss) zu erzeugen und dadurch die Ausbildung von Ablagerungen zu unterdrücken.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Durch die vorliegende Erfindung wird eine obere Düse bereitgestellt, die dazu geeignet ist, in eine Ausgußöffnung eines Verteilers oder einer Gießpfanne eingepasst zu werden, und in der eine Öffnung ausgebildet ist, durch die Flüssigstahl fließen kann. Die Öffnung weist eine Öffnungsoberfläche auf, die, betrachtet in einem Querschnitt entlang einer Öffnungsachse, eine Konfiguration hat, die in einer spezifischen Kurve derart ausgebildet ist, dass sie zwischen zwei Kurven, die durch die folgenden jeweiligen Gleichungen dargestellt werden, kontinuierliche Differentialwerte von r (z) bezüglich z aufweist:
wobei L eine Länge der oberen Düse, H eine rechnerisch ermittelbare hydrostatische Druckhöhe und r(z) einen Radius der Öffnung bei einem Abstand z von einem oberen (stromaufwärtsseitigen) Ende der Öffnung bezeichnen, und wobei die rechnerisch ermittelbare hydrostatische Druckhöhe H durch die folgende Gleichung gegeben ist:
wobei der Radius r(0) der Öffnung an ihrem oberen Ende größer oder gleich dem 1,5-fachen des Radius r(L) der Öffnung an ihrem unteren (stromabwärtsseitigen) Ende ist.
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In der vorliegenden Erfindung können mindestens 80% der Öffnungsoberfläche, betrachtet in einem Querschnitt entlang der Öffnungsachse, als die spezifische Kurve konfiguriert sein.
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In der vorliegenden Erfindung kann die Öffnungsoberfläche, betrachtet in einem Querschnitt entlang der Öffnungsachse, als eine spezifische Kurve konfiguriert sein, die durch die folgende Gleichung dargestellt wird:
(n=1,5 bis 6). In diesem Fall können ebenfalls mindestens 80% der Öffnungsoberfläche als die spezifische Kurve konfiguriert sein.
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Wirkung der Erfindung
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Durch die vorliegende Erfindung kann die Ausbildung von Ablagerungen auf der Öffnung der oberen Düse unterdrückt werden, so dass Flüssigstahl geeignet durch die Öffnung fließen kann.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Vertikalschnittansicht zum Darstellen eines Beispiels einer erfindungsgemäßen oberen Düse;
- 2(a) und 2(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=1,5 ist;
- 3(a) und 3(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=2 ist;
- 4(a) und 4(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=4 ist;
- 5(a) und 5(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=5 ist;
- 6 (a) und 6(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=6 ist;
- 7(a) und 7(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=7 ist;
- 8(a) und 8(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=8 ist;
- 9(a) und 9(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=1 ist;
- 10(a) und 10(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei n=4 und ein Radienverhältnis = 1,5 beträgt;
- 11(a) und 11(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die obere Düse fließt, wobei das Radienverhältnis = 1 beträgt;
- 12(a) und 12(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer herkömmlichen oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die herkömmliche obere Düse fließt; und
- 13(a) und 13(b) zeigen ein Diagramm zum Darstellen einer Konfiguration einer herkömmlichen oberen Düse bzw. einen Graphen zum Darstellen einer Druckverteilung, die erhalten wird, während Flüssigstahl durch die herkömmliche obere Düse fließt.
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Bezugszeichenliste
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- 10:
- Obere Düse
- 11:
- Öffnung
- 12:
- Breites Ende
- 13:
- Schmales Ende
- 14:
- Öffnungsoberfläche
- 15:
- Öffnungsoberfläche für n=1,5
- 16:
- Öffnungsoberfläche für n=6
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Beste Technik bzw. Ausführung zum Implementieren der Erfindung
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Nachstehend wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen die beste Technik zum Implementieren der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Querschnittansicht zum Darstellen eines Beispiels einer erfindungsgemäßen oberen Düse entlang einer axialen Richtung einer in der oberen Düse ausgebildeten Öffnung, durch die Flüssigstahl fließen kann.. Wie in 1 dargestellt ist, ist in einer erfindungsgemäßen oberen Düse 10 eine Öffnung 11 ausgebildet, durch die Flüssigstahl fließen kann. Die Öffnung weist ein breites Ende 12, das dazu geeignet ist, in eine Ausgußöffnung eines Verteilers oder einer Gießpfanne eingepasst zu werden, ein schmales Ende 13, das dazu geeignet ist, geschmolzenen Stahl oder Flüssigstahl auszugeben, und eine Öffnungsoberfläche 14 auf, die sich vom breiten Ende 12 kontinuierlich zum schmalen Ende 13 erstreckt.
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In der vorliegenden Erfindung hat die Öffnungsoberfläche
14, betrachtet in einem Querschnitt entlang einer axialen Richtung der Öffnung
11 eine Konfiguration (log(z)), die einer glatten Kurve entspricht, die zwischen zwei Kurven
15,
16 definiert ist, die durch die folgenden jeweiligen Gleichungen definiert sind:
und
und insbesondere eine Kurve, die durch die folgende Gleichung definiert ist:
wobei n = 1,5 bis 6 ist. Der hierin verwendete Ausdruck „glatte Kurve“ bezeichnet eine Kurve mit kontinuierlichen Differentialwerten von r(z), d.h. eine Linie, die durch eine Kurve und eine Tangente zur Kurve definiert ist.
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Unter der Voraussetzung, dass ein Flüssigstahlfluss mit niedrigem Energieverlust oder ein glatter (konstanter) Flüssigstahlfluss durch Stabilisieren einer Druckverteilung auf einer Öffnungsoberfläche einer oberen Düse in einer Höhenrichtung der oberen Düse erzeugt werden kann, haben die Erfinder dieser Anmeldung eine erfindungsgemäße Öffnungskonfiguration gefunden, die dazu geeignet ist, eine rapide Druckänderung auf einer Öffnungsoberfläche zu verhindern, wie nachstehend beschrieben wird..
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Obwohl die durch eine Öffnung einer oberen Düse fließende Flüssigkeitsmenge durch eine GD-Einheit gesteuert wird, die unterhalb (unmittelbar stromabwärts von) der oberen Düse angeordnet ist, entspricht die Energie zum Bereitstellen einer Fließgeschwindigkeit von geschmolzenem oder Flüssigstahl in einem Verteiler grundsätzlich einem hydrostatischen Druck von Flüssigstahl. Daher wird eine Fließgeschwindigkeit v(z) von Flüssigstahl an einer Position z, die einen Abstand von einem oberen Ende der Öffnung in einer vertikalen Abwärtsrichtung (Stromabwärtsrichtung) bezeichnet, folgendermaßen dargestellt:
wobei g die Schwerebeschleunigung, H' eine hydrostatische Druckhöhe des Flüssigstahls und k eine Fließkonstante bezeichnen.
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Ein Fließvolumen bzw. Volumenstrom Q von durch die Öffnung der oberen Düse fließendem Flüssigstahl ist ein Produkt aus der Fließgeschwindigkeit v und einer Querschnittsfläche A. Daher wird das Fließvolumen Q folgendermaßen dargestellt:
wobei L eine Länge der oberen Düse, v(L) eine Fließgeschwindigkeit von Flüssigstahl am unteren Ende der Öffnung und A(L) eine Querschnittsfläche des unteren Endes der Öffnung bezeichnen.
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Außerdem ist das Fließvolumen Q an jeder Position der Öffnung in einem Querschnitt senkrecht zur Öffnungsachse konstant. Daher wird eine Querschnittsfläche A(z) an einer Position z, die dem Abstand vom oberen Ende der Öffnung entspricht, folgendermaßen dargestellt:
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Die vorstehende Gleichung kann durch Teilen der linken und der rechten Seite durch A(L) folgendermaßen dargestellt werden:
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Unter Verwendung des Verhältnisses π zwischen dem Umfang eines Kreises und seinem Durchmesser wird A(z) = πr (L)
2 erhalten. Die vorstehende Gleichung wird daher folgendermaßen dargestellt:
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Daher wird der Radius r(z) an einer beliebigen Position der Öffnung folgendermaßen dargestellt:
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Daher kann ein Energieverlust minimiert werden, indem eine Querschnittkonfiguration der Öffnungsoberfläche derart festgelegt wird, dass diese Bedingung erfüllt ist.
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Während eines Gießvorgangs wird eine Flüssigstahlmenge in einem Verteiler im Wesentlichen konstant gehalten, d.h. die hydrostatische Druckhöhe des Flüssigstahls ist konstant. Es ist jedoch bekannt, dass nicht der Flüssigstahl, der sich in der Nähe des Flüssigstahlpegels im Verteiler befindet, direkt in eine obere Düse fließt, sondern der Flüssigstahl, der sich in der Nähe einer Bodenfläche des Verteilers befindet. Außerdem ist bekannt, dass bei einer Gießpfanne, auch wenn der Pegelstand des Flüssigstahls sich ändert, der Flüssigstahl, der sich in der Nähe einer Bodenfläche der Gießpfanne befindet, auf die gleiche Weise wie bei einem Verteiler in eine obere Düse fließt. Ein Radius (Durchmesser) des unteren (schmalen) Endes der Öffnung der oberen Düse ist durch einen erforderlichen Durchsatz bestimmt.
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Durch verschiedenartige Forschungsarbeiten haben die Erfinder festgestellt, dass eine rapide Druckänderung, die in der Nähe des oberen Endes der Öffnung auftreten kann, unterdrückt werden kann, indem ein Innenradius (-durchmesser) des oberen (breiten) Endes der Öffnung größer oder gleich 1,5-mal einem Innenradius (-durchmesser) des unteren (schmalen) Endes der Öffnung ausgebildet wird. Der Grund hierfür ist, dass es, wenn der Innenradius des oberen Endes kleiner als 1,5-mal dem Innenradius des unteren Endes ist, schwierig ist, eine geeignete Länge zum Glätten einer Konfiguration vom Verteiler oder von der Gießpfanne zur oberen Düse zu gewährleisten, ohne dass sich die Konfiguration rapide ändert. Vorzugsweise ist der Innenradius des oberen Endes kleiner oder gleich 2,5-mal dem Innenradius des unteren Endes. Der Grund hierfür ist, dass, wenn der Innenradius des oberen Endes größer als 2,5-mal dem Innenradius des unteren Endes wird, eine Ausgußöffnung des Verteilers oder der Gießpfanne unrealistisch vergrößert wird.
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Gemäß der vorstehenden Gleichung (1) wird ein Radienverhältnis zwischen dem breiten Ende und dem schmalen Ende der Öffnung folgendermaßen dargestellt:
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D.h., dass, wenn die jeweiligen Innenradien des oberen und des unteren Endes und ein Radienverhältnis zwischen dem obern und dem unteren Ende bestimmt sind, eine berechnete hydrostatische Druckhöhe H erhalten werden kann. Insbesondere wird die hydrostatische Druckhöhe H folgendermaßen berechnet:
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Dann haben die Erfinder berücksichtigt, dass in einer Gleichung „log(r(z)) = (1/n)xlog((H+L)/(H+z))+log(r(L))“, die durch Umwandeln der vorstehenden Gleichung „log(r(z)) = (1/4)×log((H'+L)/(H'+Z))+log(r(L))‟ durch Substituieren der hydrostatischen Druckhöhe H' des Flüssigstahls durch die berechnete hydrostatische Druckhöhe H erhalten wird, auch wenn n eine von 4 verschiedene Zahl ist, ein Flüssigstahlfluss glatter wird als dies bisher möglich war, so lange in einer oberen Düse eine Öffnung ausgebildet ist, deren Öffnungsoberfläche eine Querschnittskonfiguration hat, die durch Ändern eines Wertes von n erhalten wird, und einen auf eine Öffnungsoberfläche jeder von mehreren oberen Düsen ausgeübten Druck verifiziert, deren Öffnungsoberflächen durch Ändem des Wertes von n in verschiedenen Konfigurationen ausgebildet waren.
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Außerdem wurde bei dieser Verifizierung der Parameter n auch angewendet, um die vorstehende Gleichung der berechneten hydrostatischen Druckhöhe H folgendermaßen umzuwandeln:
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Das Radienverhältnis zwischen dem breiten Ende und dem schmalen Ende der Öffnung wird folgendermaßen dargestellt: r (0) /r (L) = ((H+L)/(H+0))1/4 = 1,5 bis 2,5. Daher kann, wenn die Innenradien des oberen Endes und des unteren Endes und das Radienverhältnis zwischen dem oberen und dem unteren Ende bestimmt sind, eine berechnete hydrostatische Druckhöhe H für jeden Wert n erhalten werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen ausführlicher beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die folgenden Beispiele lediglich anhand erläuternder Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt werden und die vorliegende Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt ist.
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In den folgenden Beispielen wird die Verteilung von Drücken dargestellt, die auf eine Öffnungsoberfläche einer oberen Düse ausgeübt werden sollen, wobei eine Länge der oberen Düse 230 mm, ein Durchmesser eines breiten Endes einer Öffnung der oberen Düse 140 mm, ein Durchmesser eines schmalen Endes der Öffnung der oberen Düse 70 mm und eine hydrostatische Druckhöhe eines Verteilers oder einer Gießpfanne 1000 mm betragen. Im Beispiel 1 wurde die Druckverteilung unter Verwendung einer in 2 (a) dargestellten oberen Düse berechnet, deren Öffnungsoberfläche eine durch log(r(z))=(1/n)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration aufweist, wobei n = 1,5 ist, d.h. log(r(z))=(1/1,5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)). Ein Ergebnis der Berechnung ist in 2(b) unter der Voraussetzung dargestellt, dass ein Druck, der auf eine Öffnungsoberfläche an einem oberen Ende einer in 11 dargestellten herkömmlichen oberen Düse ausgeübt werden soll, 0 (null) beträgt. Außerdem wurde auf die gleiche Weise wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 die Druckverteilung unter Verwendung von sieben Typen von oberen Düsen berechnet, wobei n = 2 (erfindungsgemäßes Beispiel 2), n = 4 (erfindungsgemäßes Beispiel 3), n = 5 (erfindungsgemäßes Beispiel 4), n = 6 (erfindungsgemäßes Beispiel 5), n = 7 (Vergleichsbeispiel 1), n = 8 (Vergleichsbeispiel 2) bzw. n = 1 ist (Vergleichsbeispiel 3), d.h. unter Verwendung:
- einer in 3 (a) dargestellten oberen Düse (erfindungsgemäßes Beispiel 2), wobei die Öffnungsoberfläche eine durch log(r(z))=(1/2)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration hat;
- einer in 4(a) dargestellten oberen Düse (erfindungsgemäßes Beispiel 3), wobei die Öffnungsoberfläche eine durch log(r(z))=(1/4)xlog((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration hat;
- einer in 5(a) dargestellten oberen Düse (erfindungsgemäßes Beispiel 4), wobei die Öffnungsoberfläche eine durch log(r(z))=(1/5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration hat;
- einer in 6(a) dargestellten oberen Düse (erfindungsgemäßes Beispiel 5), wobei die Öffnungsoberfläche eine durch log(r(z))=(1/6)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration hat;
- einer in 7(a) dargestellten oberen Düse (Vergleichsbeispiel 1), wobei die Öffnungsoberfläche eine durch log(r(z))=(1/7)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration hat;
- einer in 8(a) dargestellten oberen Düse (Vergleichsbeispiel 2), wobei die Öffnungsoberfläche eine durch log(r(z))=(1/8) × log ((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration hat; und
- einer in 9(a) dargestellten oberen Düse (Vergleichsbeispiel 3), wobei die Öffnungsoberfläche eine durch log(r(z))=(1/1)xlog((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration hat.
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Die Ergebnisse der Berechnungen sind in den 3(b), 4(b), 5(b), 6(b), 7(b), 8(b) und 9(b) dargestellt.
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In den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 3 (N = 1,5 bis 4) wurde verifiziert, dass der Druck sich in einem Bereich vom oberen Ende zum unteren Ende der Öffnung allmählich änderte. Hinsichtlich der Tatsache, dass keine rapide Druckänderung auftritt, ist nachgewiesen, dass ein Flüssigstahlfluss im Wesentlichen konstant ist.
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In den erfindungsgemäßen Beispielen 4 und 5 (n = 5 und 6) wurde verifiziert, dass, obwohl in der Nähe des oberen Endes der Öffnung eine relativ große Druckänderung beobachtet wurde, der Druck sich anschließend allmählich ändert. Dadurch ist nachgewiesen, dass ein Flüssigstahlfluss in einem Bereich, der -von der Nähe des oberen Endes der Öffnung verschieden ist, wo der Öffnungsdurchmesser relativ groß ist und ein Ablagerungsproblem weniger wahrscheinlich auftritt, im Wesentlichen konstant ist.
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In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 (n = 7 und 8) änderte sich der Druck von etwa 100 Pa oder etwa 200 Pa in der Nähe des oberen Endes der Öffnung stark. Insbesondere wurde verifiziert, dass am oberen Ende der Öffnung ein Druck erzeugt wird, der größer ist als derjenige in der in 11 dargestellten herkömmlichen oberen Düse, und dann in der Nähe des oberen Endes der Öffnung eine extrem große Druckänderung auftritt. In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 hat sich gezeigt, dass sich, weil der Radius (Durchmesser) der Öffnung in der Nähe des oberen Endes der Öffnung stark reduziert ist, ein Flüssigstahlfluss sich in einem Bereich, in dem der Öffnungsdurchmesser relativ klein ist, rapide ändert, so dass das Ablagerungsproblem mit größerer Wahrscheinlichkeit auftritt.
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Im Vergleichsbeispiel 3 (n = 1), bei dem die Öffnungsinnenwand eine sich nach unten verjüngende Konfiguration hat und eine Ecke in einem Kontaktbereich mit der oberen Platte ausgebildet ist, wurde verifiziert, dass, obwohl eine Druckänderung in der oberen Düse relativ klein ist, eine rapide Druckänderung auftritt, unmittelbar nachdem der Flüssigstahl von der oberen Düse in die obere Platte fließt, was beispielsweise anhand eines Vergleichs zwischen den 2(b) und 9(b) ersichtlich ist.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, wurde in der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass eine Änderung eines auf die Öffnungsoberfläche auszuübenden Drucks während des Flüssigstahlflusses durch die Öffnung der oberen Düse im Wesentlichen konstant ist, d.h., der Flüssigstahlfluss hat einen geringen Energieverlust oder ist konstant. Ein Flüssigstahlpegel in einer Gießpfanne nimmt allmählich von etwa 4000 mm ab, und ein Flüssigstahlpegel in einem Verteiler beträgt etwa 500 mm. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist jedoch der Flüssigstahl, der in eine Ausgußöffnung fließt, Flüssigstahl, der sich in der Nähe einer Bodenfläche des Verteilers oder der Gießpfanne befindet. Daher hat, auch wenn der Flüssigstahlpegelstand sich ändert, eine Druckverteilung die gleiche Charakteristik wie sie in den erfindungsgemäßen und in den Vergleichsbeispielen erhalten wird, auch wenn der Druckwert sich ändert.
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(Erfindungsgemäßes Beispiel 6)
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Im erfindungsgemäßen Beispiel 6 wurde die Druckverteilung auf die gleiche Weise wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 unter Verwendung einer in 10(a) dargestellten oberen Düse berechnet, wobei: die Länge der oberen Düse 230 mm beträgt, ein Durchmesser D eines schmalen (unteren) Endes einer Öffnung der oberen Düse 70 mm beträgt, der Durchmesser eines breiten (oberen) Endes der Öffnung der oberen Düse 108 mm beträgt und damit dem 1,5-fachen Durchmesser D des schmalen Endes der Öffnung (1,5D) entspricht, und n = 4 beträgt, d.h., die Öffnungsoberfläche hat eine durch log(r(z)) = (1/4) × log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration. Ein Ergebnis der Berechnung ist in 10(b) dargestellt.
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(Vergleichsbeispiel 4)
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Im Vergleichsbeispiel 4 wurde die Druckverteilung auf die gleiche Weise wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 unter Verwendung einer in 11(a) dargestellten oberen Düse berechnet, wobei: die Länge der oberen Düse 230 mm beträgt, der Durchmesser D eines schmalen (unteren) Endes einer Öffnung der oberen Düse 70 mm beträgt, ein Durchmesser eines breiten (oberen) Endes der Öffnung der oberen Düse 73 mm beträgt und damit etwa 1-mal dem Durchmesser D des schmalen Endes der Öffnung (1,06D) entspricht, und n = 4 beträgt, d.h., die Öffnungsoberfläche hat eine durch log(r(z)) = (1/4) × log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) dargestellte Konfiguration. Ein Ergebnis der Berechnung ist in 11(b) dargestellt.
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Im Vergleichsbeispiel 4, in dem das Radienverhältnis zwischen dem breiten Ende und dem schmalen Ende der Öffnung etwa 1 (1,06) beträgt, ist die Druckänderung in der Nähe des oberen Endes der Öffnung relativ groß. Im erfindungsgemäßen Beispiel 6, bei dem das Radien(Durchmesser)verhältnis 1,5 beträgt (Radius des oberen Endes = 1,5D), und im erfindungsgemäßen Beispiel 3, bei dem das Radienverhältnis 2 beträgt (Radius des oberen Endes = 2D), wurde dagegen verifiziert, dass die Druckänderung auch in der Nähe des oberen Endes der Öffnung im Wesentlichen konstant ist. Wenn die Konfiguration der Öffnungsoberfläche durch log(r(z)) dargestellt wird, wird eine Wandoberfläche, die sich von einem Verteiler oder einer Gießpfanne kontinuierlich zur oberen Düse erstreckt, in Kombination mit einer Zunahme des Radius (Durchmessers) der Öffnung glatter. Dies zeigt, dass eine rapide Druckänderung in der Nähe des oberen Endes der Öffnung unterdrückt werden kann, indem der Radius (Durchmesser) des oberen Endes der Öffnung derart eingestellt wird, dass er größer oder gleich 1,5-mal dem Radius (Durchmesser) des unteren Endes der Öffnung ist.
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Außerdem wird, wenn eine Ecke oder eine eckenähnliche Konfiguration vorliegt, ähnlich wie bei der herkömmlichen oberen Düse und den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 eine rapide Druckänderung beobachtet. Daher kann, wenn eine Öffnungsoberfläche mit einer vertikalen Querschnittskonfiguration, die zwischen log(r(z))=(1/1,5)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) und log(r(z))=(1/6)×log((H+L)/(H+z))+log(r(L)) definiert ist, derart ausgebildet wird, dass sie glatt ist und keine Ecke aufweist, d.h., wenn sie kontinuierliche Differentialwerte von r(z) bezüglich z(d(r(z))/dz) aufweist, ein Flüssigstahlfluss derart stabilisiert werden, dass die Ausbildung von Ablagerungen unterdrückt wird.
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Eine Konfiguration eines Bereichs in der Nähe des oberen Endes der Öffnung kann durch einen Faktor, z.B. eine Konfiguration einer Absperr- oder Verschlussvorrichtung, geeignet festgelegt werden. Außerdem hat der Bereich in der Nähe des oberen Endes der Öffnung einen relativ großen Innenradius (-durchmesser), so dass er durch Ablagerungen in geringerem Maße beeinflusst wird. Eine Konfiguration in einem Bereich in der Nähe des unteren Endes der Öffnung kann durch einen produktionsbedingten Faktor geeignet festgelegt werden. Beispielsweise muss in einigen Fällen der Bereich in der Nähe des unteren Endes der Öffnung als gerader Körper ausgebildet werden, weil es erforderlich ist, während eines Herstellungsprozesses ein Werkzeug darin einzuführen. Daher kann die Öffnungsoberfläche mit einer vertikalen Querschnittskonfiguration ausgebildet werden, die über mindestens 80% davon durch
dargestellt wird. Außerdem kann in Kombination damit ein Blasenbildungs- bzw. Bubblingmechanismus verwendet werden, der dazu geeignet ist, ein Inertgas einzuleiten, wie beispielsweise Ar-Gas.