DE1808778A1

DE1808778A1 - Ausgiessduese fuer Metallschmelzen

Info

Publication number: DE1808778A1
Application number: DE19681808778
Authority: DE
Inventors: Keisuke Hiragushi; Kaoru Kitazaki; Tomoyasu Ogawa; Michihiko Shimada; Shuhei Terao
Original assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1968-07-31
Filing date: 1968-11-14
Publication date: 1970-08-20
Also published as: FR1595162A; GB1239458A

Description

Patentanwalt
.^ Ing. A. Y ο g t
757 Baden-Baden
Beuttenmüllerstr. 8

Baden-Baden, 11. November 1968

Anmelder: Firma Yawata Iron & Steel Go., Ltd., No. 1,- 1-chome, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan

Ausgießdüse für Metallschmelzen

Die Erfindung betrifft eine Ausgießdüse für Metallschmelzen, insbesondere innerhalb der Verschlußeinrichtung für eine Gießpfanne oder einen Gießkübel.

Bei der Verarbeitung von Metallschmelzen, bei der Herstellung von Gußblöcken in Schmelz- oder Eaffinieranlagen und dgl. ergibt sich nach der herkömmlichen Technik beim Ausgießen der Ivietallschmelze, z.B. der Stahlschmelze aus Behältern wie Gießkübeln über Ausgießeinrichtungen, wie Verschlußeinrichtungen, in Gießformen oder Entgasungsbehälter die Schwierigkeit, einen gleichmäßigen Gießstrahl zu erhalten, der keine unregelmäßige Dispersion zeigt. Ein gleichmäßiger Gießstrahl ist für die Herstellung hochwertiger Gußblöcke ohne Ausschuß notwendig.

Nahezu alle Ausgießdüsen von Verschlußeinrichtungen bekannter Art sind zylinderförmig gestaltet. Dabei läßt sich eine Dispersion des Gießstrahls beim Ausgießen kaum vermeiden. Beim Ausgießen der Stahlschmelze aus einer solchen Einrichtung muß man deshalb den üffnungsgrad der Verschlußeinrichtung herabsetzen, damit die Durchflußmeiige der Metallschmelze kleiner wird, bis eine bestimmte Menge der Metallschmelze in die Gießform ausgegossen wird} dadurch soll das Verspritze» το» Metall durch Aufschlagen auf den Boden der Gießform zu Beginn des Ausgieße»· ausgeschaltet oder verringert werden.. Diese Drosselung des Ausgießens zu Anfang bringt eine Veränderung

009634/0687

oder eine Unsymmetrie in den Aus flußquer schnitt zwischen dem Oberteil der Düse und dem Kopf des Verschlußstücks, wodurch, der Gießstrahl stark .gestört wird. Eine solche Störung des Gießstrahls stellt einen Nachteil bei der Herstellung von Gußblöcken dar, weil dadurch Fehler wie Schuppen und Nähte an der Oberfläche, Oberflächenaufrauhungen und ein geringer Ausstoß bedingt sind.

Aufgabe der Erfindung ist die Überwindung der genannten Schwierigkeiten. Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Ausgießdüse für eine Verschlußeinrichtung an einem Metallschmelzenbehälter, die möglichst geringe Störungen des Gießstrahls, besonders zu Beginn des Ausgießvorgangs bedingt* Außerdem soll sich diese Ausgießdüse ohne Schwierigkeit und mit geringen Kosten herstellen lassen, sowie eine hohe Lebensdauer aufweisen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ausgießdüse aus einem hitzebeständigen Stoff mit hohem Kieselerdegehalt besteht und auf der Innenwand mehrere vorstehende Längsstege aufweist und daß die Innenwand mit Teer tauchbehandelt ist.

Durch die Anbringung der Längsstege erreicht man eine gute Längsführung des Gießstrahls, so daß derselbe keine Dispersion zeigt,

Di© Erfindung wird im folgernden anhaad bevorsugter' Msfünrungsformen im Vergleich zum Stande der Technik mter Begsngaanm'e auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Es steilem darj

fig, 1 einen Schnitt durch eine Ausgitßeinrichtumg nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 einen Querschmitt durch die AuBgießdüse.aaob der Limi© H-II, Fig, 1, - '

Fig. 5 ®imen Schnitt ■ durch eine Auegi«£Yorrioh.tumg: .

, nach der Erfindung,

E¹Ig. 4 einen Querschnitt durch &i© Ausgießdüs© nach der Erfindung nach der Linie IT-1? im Fig·-'5,

Fig. 5(A) und 5(B) ;jeweile Darstelluagta dt« Amfm»®«-

7)0*834/0887

stadiums des Ausgießvorgangs in einer bekannten Ausgießdüse und einer Ausgießdüse nach der Erfindung,

Fig. 6(A) und (B) schematische Darstellungen von Zeitrafferbildern des Ausgießvorgangs für bekannte Ausgießdüsen,

Fig. 7(A) und (B) schematische Darstellungen von Zeitrafferbildern des Ausgießvorgangs mit einer Ausgießdüse nach der Erfindung,

Fig. 8 eine schaubildliche Darstellung der Beziehung zwischen der mittleren hydraulischen Tiefe und dem Dispersionswinkel für eine bekannte Ausgießdüse und Ausgießdüsen nach der Erfindung,

Fig. 9 eine schaubildliche Darstellung der Beziehung zwischen der Düsenlänge und dem Dispersionswinkel und

Fig. 10(A) und (B) im Grundriß und Längsschnitt eine Ausführungsform der Ausgießdüse nach der Erfindung.

Zu Vergleichszwecken zeigt Fig. 1 den Ausgießvorgang für eine Metallschmelze nach dem Stand der Technik. Fig. 1 zeigt also die Störung des Gießstrahls in einer Anfangsstufe des Ausgießvorgangs , wo diese Störung von der zylinderförmigen Ausgießdüse 2 an dem Gießkübel herrührt. Diese Düse 2 ist als Steindüse bekannt und wird innerhalb der Verschlußeinrichtung für verschiedene Gießkübel bei der Stahlherstellung benutzt. Zu der Verschlußeinrichtung gehört der Verschlußstopfen 1. Der Obe.rrand der Düse ist im Querschnitt kreisbogenförmig gekrümmt, so daß sich mit dem Stirnteil des Stopfens 1 ein dichter Abschluß ergibt. Die Düse ist in die Bodenwandung 5 des Gießkübels eingesetzt. Der Durchfluß der Stahlschmelze 3 zu Beginn des Ausgießvorgangs erfolgt in dem Raum zwischen dem gekrümmten Oberrand der Düse 2 und dem Stirnteil des Stopfens 1. Dieser Durchflußquerschnitt ist so begrenzt und unregelmäßig gestaltet, daß die Stahlschmelze 3 auf die Innenwandung der Düse 2 auftrifft und unregelmäßige Strahlen 3a, 3b und 3e ergibt, die in die Gießform 4 fließen. Außerdem zeigt zu Beginn des Ausgießvorgangs, wenn der Stopfen noch nicht vollständig herausgezogen ist, der Stirnteil desselben Schwingungen, so daß sich die Öffnungsform der Düse 2 kontinuierlich ändert, vgl. Fig. 5(A).

Infolgedessen ändert sich der Gießstrahl innerhalb der Ausgießdüse 2 sehr stark in horizontaler Richtung, wodurch die Störungen des Gießstrahls vergrößert werden. Selbst wenn der Stopfen vollständig herausgezogen ist und eine normale Ausgießmenge erreicht ist, läßt sich eine.Störung der Ausgießströmung nicht vermeiden, da die Ausgießdüse 2 zylinderförmig ausgebildet ist.

Es wurden Zeitrafferbilder dieser Störung beim Ausgießen mit einer herkömmlichen Ausgießdüse aufgenommen» Schematische Darstellungen dieser Bilder sind in Fig. 6(A) unmittelbar zu Beginn des Ausgießvorgangs und in Fig. 6(B) fünf Sekunden nach Beginn des Ausgießvorgangs, gezeigt.

Im Gegensatz zu Fig. 1 zeigt Fig. 3 die Ausgießdüse nach der Erfindung. Fig. 3 zeigt den Gießstrahl der Metallschmelze 3 in die Gießform 4 in einem Anfangszustand und Figo 4 den Querschnit' der Ausgießdüse 10. Die Ausgießdüse 10 nach der Erfindung besteht aus einem hitzebeständigen Stoff mit hohem Kieselerdegeiialt und weist mehrere Längsstege 11 auf _s die an der Xnnenwandung der Düse vorstehen; die derart gestaltete Innenwandung ist in Teer getaucht»

Bei Yerwendung der Verschlußeinrichtung zusammen mit der Ausgießdüse 10 nach der Erfindung fließt der Gießstrahl nahezu störungsfrei in die Gießform 4 gemäß Fig. 3₉ da die Ablenkung des Gießstrahls im Eintrittsbereich der Ausgießdüse 10 infolg© des "beengten Strömungsquerschnitts zwischen d®r Mündung der Ausgießdüse· 10 und dem Stirnteil des Stopfens 1 innerhalb der . Auagießdiise durch Aufprall des Gießstrahls auf die Limgsstege 1" korrigiert wird, ©o daß der Grießstrahl im wesentlich©» längs der Achse d©:? Ausgießdüse 10 austritt₉ wi© im den Abschnitten 3^ 3l3⁵ -aad Je³ sngeg©b®m Selbst wenn dl® Ablsakiamgo d®© tiitBstrahls ia der AEtfasigsstiuf© des Ausgießförgaags infolge d®s St©pf@ns 1 raisostEOllis^as⁵ ist« brisuri; dl© AiisarfL@Säiis@ 10 &®.©h <ä®3 -iteuag eia® T^glsiofejaäßiguiig des GitBstmialas iafolg® des steiienilsn l;Sagast®g@ 11₉ so daß ümt Gießsfeaiii aaibLe^ii w. die Awsgisßdiis® verläßt, Tgl. S¹Ig₀ 5(B)₀ Zwo, ¥ergi®icli mit der

009834/068T

Ablenkung des Gießstrahls in einer Ausgießdüse nach dem Stand der Technik sind in Fig. 7(A) für den Anfangszustand des Ausgießvorgangs und in Fig. 7(B) fünf Sekunden nach dem Beginn des Ausgießvorgangs schematisch Zeitrafferbilder gezeigt. Im Vergleich zu den Fig. 6(A) und (B) bestätigen die Fig. 7(A) und (B), daß die Verschlußeinrichtung mit einer Ausgießdüse 10 nach der Erfindung eine Vergleichmäßigung des Gießstrahls mit sich bringt.

Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, daß mit größerer Höhe der Längsstege 11 der Ausgießdüse 10 ein umso besseres Korrekturergebnis für die Vergleichmäßigung des Gießstrahls erzielt werden kann. Diese Beziehung ist in Fig. 8 in Vergleich zu einer Ausgießdüse nach dem Stand der Technik aufgetragen. Fig. 8 zeigt die Ergebnisse von Versuchen der genannten Art, wo jedoch Wasser anstelle einer Metallschmelze benutzt ist und ebenfalls Zeitrafferbilder der Dispersion des Ausgießstrahls aufgenommen sind. Fig. 9 zeigt den Dispersionswinkel Q. Damit kann man die Störung eines Metallgießstrahls untersuchen. Wenn die Querschnittsfläche konstant ist, ergibt sich für eine kleinere mittlere hydraulische Tiefe (Quer schnitt sfläche/TJmfangslänge) ein kleinerer Dispersionswinkel O und ein größerer Korrektureinfluß auf den unregelmäßigen Gießstrahl. Die Anzahl der Längsstege 11 der Ausgießdüse 10 kann beliebig gewählt werden, doch sind fünf bis acht Stege vorzugehen.

Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen Durchmesser D und Länge L der Ausgießdüse nach der Erfindung im Vergleich zu bekannten Ausgießdüsen. Die Werte von Fig. 9 sind anhand einer entsprechenden Einrichtung unter Verwendung von Wasser anstelle einer Metallschmelze gewonnen. Wenn die Querschnittsfläche und die Ausgießbedingungen konstant gehalten werden, kann die Länge der Ausgießdüee 10 nach der Erfindung im Vergleich zu einer herkömmlichen Düse verkürzt werden. Infolgedessen ist die Ausgießdüse 10 nach der Erfindung für eine Verschlußeinrichtung in der Bodenwandung eines Gießkübels oder eines ähnlichen Behälters brauchbar, wo eine bekannte Düse nicht anwendbar ist,

weil deren Länge L achtmal größer als der Durchmesser D sein muß, damit der Gießstrahl den erforderlichen Gleichmäßigkeitsgrad aufweist. Diese Bemesse'ung ist jedoch infolge der begrenzten Dicke der Bodenwandung eines Gießkübels oder eines entsprechenden Behälters nicht möglich. Außerdem soll der Durchmesser der Ausgießdüse möglichst groß sein, damit man eine hohe Ausgießleistung erhält.

Aus folgendem Grund ist die Ausgießdüse 10 nach der Erfindung au» einem Stoff mit hohem Kieselerdegehalt hergestellt und in Teer getaucht: Wenn die Ausgießdüse Stege lediglich aus einem Stoff mit hohem Kieselerdegehalt aufweist, kommt sie zwar in dichtenden Eingriff mit dem Stirnteil des Stopfens, doch die Metallschmelze bewirkt eine Korrosion, so daß die Lebensdauer kurz ist. Wenn die Ausgießdüse lediglich aus feuerfesten Schamotte te inen besteht,, ergibt sich kein dichter Sitz gegenüber dem Stirnteil des Stopfens. Damit man einen guten Eingriff gegenüber dem Stirnteil des Stopfens und eine hohe Korrosionsbeständigkeit erhält, besteht die Ausgießdüse 10 au» einem Stoff mit hohem Kieselerdegehalt und ist in. Teer getaucht.

Diese Zusammenhange ergeben sich aus Tabelle 1, wo eine AusgieB-düee nach der Erfindung mit hohem Kieaelerdegehalt und Teer-Tauchbehandlung sowie «ine Auagießdüs* nach dem Stande der Technik mit hohem Kieselerdegehalt, jedoch ohne Tauchbehandlung verglichen sind. Die Ausgießdüse nach der Erfindung bringt danact eine Verbesserung der Hitzebeständigkeit unter betriebsmäßigen" Belastungen.

Als Stoff mit hohem Kieselerdegehalt kann Pyrophyllit, Kieselton, Schamotte, Kieselglas usw. benutzt werdenj als Teer kann man Pech, Anthracenöl sowie Teere aus chemischen Anlagen sowie andere Stoffe benutzen. Die Tauchbehandlumg in Teer, bspw. in finer Mischung von Pech und Anthracea im Verhältnis 7,0:30, erfolgt mit dem besten Erfolg bei ®in®r Temperatur von 130⁰O für eine Dauer von zehn Stunden. AuQh ein® Teilbefeandlumg^ aämlich eine Behandlung allein der Insejäßeifce, ist brauchbar. Die Diok® der Teersohlciit hängt von der !DauQ&*«it ab* ei® sollt©

UQIISC/Qffll·

größer als zehn Millimeter sein. Diese Dicke erhält man mit einer Tauchzeit zwischen 4 und 6 Stunden. Js dicker die Teerschieht sein soll, umso länger wird die Tauchzeit in gesteigertem Maße.

Nach der Tauchbehandlung nimmt man zweckmäßigerweise einen Brennvorgang vor, weil ohne eine Einbrennen der Teer in der Beschichtung infolge der hohen Temperatur der ausfließenden Stahlschmelze schmelzen würde. Dabei würde der geschmolzene Teer herabtropfen, verbrennen und Rauch abgeben, der den Ausgießvorgang sowie die gleichmäßige Führung des Gießstrahls behindern könnte. Außerdem ergibt sich eine Verschlechterung der Metallschmelze infolge des von dem brennenden Teer abgegebenen Wasserstoffs. Die Brenndauer hängt in gewissem Maße von den Eigenschaften des Teers ab. In dem oben genannten Ausführungsbeispiel betrug die Brenndauer 7 bis 8 Stunden bei einer Brenntemperatur zwischen 300 C und 350 C.

Eine Behandlung der Außenseite der Ausgießdüse 10 mit Teer erfolgt deshalb nicht, um die "Verbindung der Ausgießdüse mit der Auskleidung des Gießküb^ls zu verstärken.

009834/0687

Tabelle 1

holier Kieselerdegehalt und teerbehandelt

allein hoher Kieselerdegehalt

Massenschwere

2,08

2,18

effektive Schwere

2,25

2,53

effektive Porosität (%)

8,0

14,0

Hitzefestigkeit (SK)

Druckfestigkeit (kg/cm )

mehr als 1000

708

Hitzefestigkeit unter Belastung ° O)-

1,270

1,050

1,335

1,180

1,425

1,295

Chemische Zusammensetzung

SiO,

65 - 70

63,0

Al₂O₃

23 - 25

29,2

6-9

Nach dem obigen unterscheidet sich die Ausgießdüse 10 nach der Erfindung von dem Stand der Technik nur dadurch, daß die Form des Innenprofils von einer Zylinderform in eine Querschnittsform entsprechend einem Blütenkelch unter Bildung der Längsstege 11 geändert ist. Hinsichtlich der Herstellungskosten und der Betätigung der Verschlußeinrichtung ergibt sich keine Änderung.

Die Stege 11 brauchen nicht die gesamte Länge der Ausgießdüse 10 zu bedecken» Sie können auf eine solche Länge begrenzt werden, wie es zur Unterdrückung einer unregelmäßigen Strömung der Metallschmelze erforderlich ist. Sie können jede geeignete Form haben.

Die Behandlung mit einem Teerbad aus einer Mischung von Pech und Anthracen. im Verhältnis 70s30 bei einer Temperatur von 130⁰G für eine Dauer von zehn stunden kann auf die Innenwand der

009834/0687

Ausgießdüse 10 beschränkt werden, wo die Stege 11 vorstehen. Die Fig. 10(A) und CB) "zeigen ein Beispiel der Ausgießdüse 10 nach der Erfindung mit sechs Längsstegen 11', deren Querschnitts form einer Blüte mit sechs halbkreisförmigen Blütenblättern gleicht, die mittlere hydraulische Tiefe derselben hat den Wert 1/2.

Im folgenden sind einige Beispiele aufgeführt, womit die Wirksamkeit der Ausgießdüse nach der Erfindung unter Beweis gestellt wird: · '

Tabelle 2 zeigt Beispiele für die Verbesserung des Ausstoßes der Enderzeugnisse (Eisenbahnschienen oder dgl.).

Tabelle 2

Anzahl der Stahlbarren

Verarbeitung

!Häufigkeit von Schuppung, Nahtbildung und Drucknarbei (Ausschußquote)

Düse nach der Erfindung (Fig. 10)

161 Stück

gewalzt zu 4-0 kg-
und 50 kg-Schienen in dem Walzengerügt

4,34- %

herkömmliche Mse mit gleichem Ausgießquerschnitt

128 Stück

gewalzt zu 4-0 kg-
und 50 kg-Schienen in dem Walzengerüet

5,89

Aus der obigen Tabelle erkennt man, daß der Ausstoß an Schienen um 1,55 % geeteigert wird.

Tabelle 3 zeigt Beispiele für die Vergrößerung der Anzahl der GießvorgEnge, in denen die Formen benutzt werden können, d.h. die Lebensdauerverlängerung der Form.

- ίο -

Tabelle 3 ν-

mittlere Anzahl der
Gußvorgänge mit
einer Form

Gußart

jährlicher Ausstoß

unter Verwendung einer Ausgießdüse nach der Erfindung

unter Verwendung einer
Ausgießdüse
nach dem
Stand der
Technik

Größe
der

Stahlbarren

Bemerkungen

BP 76

51,450 t/J

BV 6B

14,487 t/J

BV 7D

6,036 t/J

90-mal 83-mal 6 t 400 Für diese

kg Testserie wurde ei

35-mal 22,7-mal 7 t 3OO ne Düse

nach der Erfindui*

25-mal 14_s7-mal 8 t 460 gem. Fig

kg 10 bzw. eine Düse nach d. Stand d. Technik mit gleichem Ausflußquerachnitt benutzt

Aus der obigen Tabelle erkeimt man^ daß bei Verwendung der Ausgießdüse 10 nach der Erfindung die lebensdauer der Gießform wesentlich verlängert wird.

Die durch die Ausgießdüse nach der Erfindung eraielbaren Vor-^ teile sind zusammengefaßt folgende: . °

1) Eine wesentliche Vtrgleichmäßlgumg des Gießstrahle, ins«

besondere des im Öffnungs» uad Schli®Bijat«si>vall# der Verschlußeinriolituiig leicht ableakljarea Gießstrsalils,

2) Verringerung des Ausschusses infolg© von Schupp am ^ Iaht·=- bildungen und damit Verringerung'der Stüokkoeten»'

ν 3) Vergleichmäßigung 'des GießetraJails imi©j?halb der halben Zeit und Vergrößerung der Ausflußmeage durch verhältnismäßige Vergrößerung des Düsendurchmessers oder durch v·»,-,Io .ilirag der Verschlußeinrichtungea oder dgl«,·

i /0

4-) Nahezu gleiche Herstellungskosten wie Düsen nach dem

Stand der Technik.
5) Verwendbar in herkömmlichen Verschlußeinrichtungen, da der Außendurchmesser gegenüber Düsen nach dem Stand der Technik gleich ist.

In der vorstehenden Beschreibung ist lediglich die Anwendung der Ausgießdüse nach der Erfindung für Metallschmelzen-Gießkübel mit einer Verschlußeinrichtungen erläutert. Selbstverständlich ist die Ausgießdüse nach der Erfindung auch bei anderen Metallschmelzfenbehältern anwendbar, bspw«. bei Gießkübeln mit Gleitdüsen an der Unterseite, auf der die Düse gleitet, sowie bei "Tandish"-Düsen für einen kontinuierlichen Betrieb.

00 9834/0 68

Claims

Patentansprüche

1. Ausgießdüse für Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe aus einem hitζebeständigen Stoff mit hohem Kieselerdegehalt besteht und auf der Innenwand mehrere vorstehende Längsstege (11) aufweist und daß die Innenwand mit Teer tauchbehandelt ist.

2* Ausgießdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hitzebeständige Stoff mit hohem Kieselerdegehalt aus mindestens einem Ausgangsstoff der Gruppe Pyrophyllit, Kieselton, Schamotte, Kieselglas oder dgl. hergestellt ist.

3. Ausgießdüse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch fünf bis acht vorstehende Längsstege (Fig. 10(A)).

4-, Ausgießdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Querschaittsbegrenzung der Längsstege aus sechs Halbkreisbögen besteht.

5. Ausgießdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichne durch eine Tauchbehandlung bei einer Temperatur von 130°C für eine Dauer von 10 Stunden in einer Mischung von Pech und Anthracen im Verhältnis von 70:30 Teilen.

6. Ausgießdüse nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß für die Teerbehandlung mindestens einer der Stoffe Pech, Anthracenöl, Teer aus chemischen Prozessen oder ähnliche Stoffe benutzt sind.

7· Verwendung einer Ausgießdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer Verschlußeinrichtung am Boden eines Gießkübels für Metallschmelzen.

00983A/0687