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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).
- [Patentdokument 1] JP 2007-90423 A
- [Patentdokument 2] JP
2005-279729 A
- [Patentdokument 3] JP
2008-501854 A
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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: 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)) 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: H = ((r(L))/r(0))n × L)/(1 – (r(L)/r(0))n)(n = 1, 5 bis 6), und 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: log(r(z)) = (1/n) × log((H
+ L)/(H + z)) + log(r(L))(n = 1, 5 bis 6).
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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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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Vertikalschnittansicht zum Darstellen eines Beispiels einer
erfindungsgemäßen oberen Düse;
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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;
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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;
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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;
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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;
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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;
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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;
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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;
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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;
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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;
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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;
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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
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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
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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: 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)), und insbesondere eine Kurve, die durch die
folgende Gleichung definiert ist: log(r(z)) =
(1/n) × log((H + L)/(H + z)) + log(r(L)) 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: v(z)
= k(2g(H' + z))1/2, 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: Q = v(L) × A(L)
= k(2g(H' + L))1/2 × A(L), 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: A(z) = Q/v(z)
= k(2g(H' + L))1/2 × A(L)/k(2g(H'
+ z))1/2
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Die
vorstehende Gleichung kann durch Teilen der linken und der rechten
Seite durch A(L) folgendermaßen dargestellt werden: A(z)/A(L) = ((H' + L)/(H' + z))1/2
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Unter
Verwendung des Verhältnisses π zwischen dem Umfang
eines Kreises und seinem Durchmesser wird A(z) = πr(L)2erhalten. Die vorstehende Gleichung wird
daher folgendermaßen dargestellt: A(z)/A(L) = π(rz)2/πr(L)2 = ((H' + L)/(H' + z))1/2r(z)/r(L)
= ((H' + L)/(H' + z))1/4
(1)
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Daher
wird der Radius r(z) an einer beliebigen Position der Öffnung
folgendermaßen dargestellt: log(r(z))
= (1/4) × log((H' + L)/(H' + z)) + log(r(L))
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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: r(0)/r(L) = ((H + L)/(H + 0)) 114 = 1,5 bis 2,5
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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: H = ((r(L)/r
(0))4 × L)/(1 – (r(L)/r(0))4)
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Dann
haben die Erfinder berücksichtigt, dass in einer Gleichung ”log(r(z))
= (1/n) × log((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 Andern eines Wertes
von n erhalten wird, und einen auf eine Öffnungsoberfläche jeder
von mehreren oberen Düsen ausgeübten Druck verifiziert,
deren Öffnungsoberflächen durch Andern 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: H = ((r(L)/r(0))n × L)/(1 – (r(L)/r(0))n)
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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) × log((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) × log((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
(1,5 D) 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 (1,06 D) 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 = 1,5 D), und im erfindungsgemäßen
Beispiel 3, bei dem das Radienverhältnis 2 beträgt (Radius
des oberen Endes = 2 D), 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 log(r(z))
= (1/n) × log((H + L)/(H + z)) + log(r(L))(n = 1 bis 6) dargestellt
wird. Außerdem kann in Kombination damit ein Blasenbildungs-
bzw. Bubblingmechanismus verwendet werden, der dazu geeignet ist,
ein Inertgas einzuleiten, wie beispielsweise Ar-Gas.
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Zusammenfassung
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Obere Düse
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung eines Flüssigstahlflusses
mit einem niedrigen Energieverlust oder eines glatten (konstanten)
Flüssigstahlflusses, wobei besonderes Augenmerk auf eine
Konfiguration einer Öffnung einer oberen Düse gerichtet
ist, um eine obere Düse bereitzustellen, in der eine Öffnung
mit einer Konfiguration ausgebildet ist, die dazu geeignet ist,
die Ausbildung von Ablagerungen zu unterdrücken. Zu diesem
Zweck ist in einer oberen Düse (10), durch die
geschmolzener Stahl bzw. Flüssigstahl fließen
kann, ein Radius eines oberen Endes einer Öffnung (11)
derart ausgebildet, dass er größer oder gleich
dem 1,5-fachen des Radius eines unteren Endes der Öffnung
(11) ist, und eine Öffnungsoberfläche
(14) ist in einer vertikalen Querschnittskonfiguration
ausgebildet, die durch log(r(z)) = (1/n) × log((H + L)/(H
+ z)) + log(r(L)) (n = 1,5 bis 6) dargestellt ist. (1)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-90423
A [0008]
- - JP 2005-279729 A [0008]
- - JP 2008-501854 A [0008]
