DE1960771A1

DE1960771A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einhuellen eines Metallschmelzenstroms und einer schmelzfluessigen Gussoberflaeche mit einem Schutzgas

Info

Publication number: DE1960771A1
Application number: DE19691960771
Authority: DE
Inventors: Lyman Richard Evans
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1968-12-10
Filing date: 1969-12-03
Publication date: 1970-08-13
Also published as: FR2025743A1; NL6918410A; CA938424A; ES374072A1; AT310369B; GB1298346A; BR6914884D0; BE742545A; US3572422A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einhüllen eines Metallschmelzenstroms und einer schmelzflüssigen Gußoberfläche

mit einem Schutzgas.

Die Erfindung befaßt sich mit einem verbesserten Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung zum Einhüllen eines Gießstroms aus geschmolzenem Metall und der Gießlinse mit einem Schutzgas.

Es ist bekannt, einen Metallschmelzenstrom beim Vergießen zu schützen, indem man ihn mit einem Inertgas oder einem reduzierenden Gas umhüllt, wenn er aus einer Gießpfanne oder einer Zwischengefäßdüse in eine Gießform läuft, wie dies beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 223 35« beschrieben ist_a Mit den bekannten· Ein-

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

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hül!Vorrichtungen wird jedoch das Metall nicht maximal geschützt. Es wird verlangt, daß die Düsenaustrittsöffnung zugänglich ist, damit erstarrte Tropfen der Schmelze mit einem Werkzeug oder einer Brennerflamme entfernt werden können. Wenn dies nicht möglich ist, so können derartige Tropfen so stark wachsen, daß sie dazu führen, daß der vergossene Schmelzenstrom erheblich sprüht und fehlgeleitet wird, oder dass das Metall tatsächlich am Oberteil der Gießform festgeschweißt wird. Um nun die Austrittsöffnung der Düse zugänglich zu machen, muß zwischen der Austrittsöffnung und der Umhüllungsvorrichtung Raum freigelassen werden, so daß der Teil des Schmelzenstroms innerhalb dieses Raumes nur durch Gas geschützt wird, das aus dem Raum entweicht. Die bekannten Vorrichtungen, beispielsweise die in der genannten französischen Patentschrift dargestellte, besitzen keinerlei Einrichtungen, Mit denen in der Umhüllungsvorrichtung ein Überdruck aufrecht erhalten werden kann. Deshalb kann in die bekannte Umhüllungsvorrichtung Luft eingesaugt werden, und es besteht keinerlei Sicherheit, daß das aus der Vorrichtung entweichende Gas den Gießstrom in der richtigen Weise umhüllt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Um- oder Einhüllverfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit Hilfe derer die Düsenaustrittsöffnung zugänglich bleibt und dennoch sicherzustellen, daß das Schutzgas sowohl den Gießstrom als auch die Gießlinse in der richtigen Weise umhüllt, um Oxidation des Metalls wirksam zu verhindern. Das neuartige Verf ahren und die dazugehörige Vorrichtung sollen dabei so beschaffen sein, daß der Gießstrom durch einen vergrößerten, mit einer Ein— schnüröffnung versehenen Raum strömt, in den ein Schutzgas eingeblasen und unter Überdruck gehalten wird, so daß es durch die Öffnung entweicht, um den (iießstrom einzuhüllen

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sowie die Gießlinse abzudecken. Ein AusfUhrungsbeispiel des Erfindungsgegenatandes ist in der Zeichnung, auf die sich die folgend· Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen:

Fig. i eine senkrechte Schnittansicht der neuartigen Einhiil!vorrichtung, angeordnet zwischen einer Düse und der Gießfora, und

Fig. 2 eine waagrechte Schnittansicht längs der Linie H-II in Figur i.

In Figur 1 sind Teile eines Bodenausgußgefäßes 10, gewöhnlich Gießpfanne oder Zwischengefäß genannt, gezeigt, sowie eine Gießform 12, die Teil einer Stranggießmaschine oder einer Kokille sein kann. Das Gefäß 10 besitzt eine Düse 13, durch die ein Gießstrom aus Metallschmelze S in die Form 12 austritt, in der er ein Schmelzbad bildet, das auf seiner Oberfläche eine Gießlinse besitzt. Gewöhnlich wurde dam Metall in einer Vakuumvorrichtung bekannter Art entgast. Das Gefäß kann mit irgendeiner geeigneten, nicht dargestellten Versohlußvorrichtung zur Steuerung der Metallabgabe durch die Düse 13 versehen sein. Die obigen Teile und ihre Betriebsweise sind bekannt und werden deshalb nicht im einzelnen beschrieben.

Die neuartige Einhiil !vorrichtung ist mit einer Stutzplatte 14 und einem »odenseitig geöffneten Kasten 15 versehen, der auf dieser Platte aufsitzt. Bequemerweise läßt sich die Platte oben auf der Gießform 12 dauerhaft befestigen. Der Kasten 15 ist vorzugsweise in Draufsicht viereckig und besteht aus den Abschnitten 15a und 15b, die entlang der quer verlaufenden Mittellinie Ib des Kastens (Figur 2) trennbar sind. Die geteilte Konstruktion ermöglicht es, daß der

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Kasten entfernt wird, während Metall vergossen wird, ohne daß dieser Vorgang unterbrochen werden muß. Die Oberseite des Kastens i5 ist mit Abstand unterhalb der Austrittsöffnung der Düse 13 angeordnet, und zwar in einer Entfernung x, die gleich etwa dem 0,5-bis 4-fachen Strömungsdurchmesser d ist. Die Oberseite weist eine Einschniiröffnung 17 auf, durch die der Strom S in den Kasten und die Gießform eintritt. Die Querschnittsfläche des Kastens ist im Vergleich zu der des Stromes groß, und der Durchmesser y der Kasten-, öffnung beträgt etwa das 2- bis 4-fache des Strömungsdurchmessers d. Die Fläche der Öffnung 17 sollte weniger als 25 % der Querschnittsfläche einer Gießform groß sein, deren Querschnitt größer als etwa 645 cm /und' kleiner als etwa 50 ie sein, falls die Gießform einen kleineren Querschnitt aufweist,, Auf der Oberseite des Kastens befindet sich vorzugsweise eine Beobachtungsöffnung 18, die von einem durchsichtigen Fenster 19 abgedeckt wird. Die Platte 14 enthält ein Gaseintrittsrohr 20 und ein Probenrohr 21. Das Gaseintrittsrohr weist an einer Stelle, die von der Öffnung 17 entfernt liegt, einen nach unten gekehrten Abschnitt 22 auf. Somit bedeckt das Gas die Linse oben auf dem Schmelzbad P₀ Das Gas steht unter einem Druck, der, wie nachfolgend erläutert ist, so groß ist, daß er in dem Raum einen Überdruck aufbaut und verhindert, daß Luft eindringt. Das Gas verläßt den Kasten durch die Öffnung 17, und bewegt sich rund um den Strom S nach oben, wie dies durch die PfeELe 23 angedeutet ist, Außerdem bildet das Gas eine dem Strom S benachbarte Verwirbelungszone 24, die durch eine sich an der Stromoberfläche bewegende Grenzschicht erzeugt wird. Im einzelnen entwickelt sich in dem Kasten 15 ein dynamischer Druck gemäß der folgenden Gleichung:

2 χ , _m » _kp

m²

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"O-

Es bedeuten:

P = Dichte des eingeleiteten Gases unter

Normtemperatur und -druck

Q_o = Gasstrom unter Norntemperatur und -druck A = Querschnittsfläche der Öffnung 17 T = Absolute Temperatur des austretenden

Gases

ur {jzt? g = Gravitationsbeschleunigung

T = Genormte absolute Temperatur (528 R)

Wenn beispielsweise folgende Werte angenommen werden:

P_o = 0,49 kp/m'

Q_o = 0,56 m³/jnin

A = 0,0047 m² (für 3 in ID)

T = 1700 + 460 = 2l60°R

Dann ergibt sich

P = 1,43 kp/m²

1,43 kp/m ist ein mehr als ausreichender Druck, um die Auftriebswirkung einer Gassäule von 927°C und weniger als 0,9 m Höhe zu überwinden, und dieser Druck verhindert wirksam, daß Luft eingesaugt und durch einen typischen, dynamischen Einhüllungskasten hindurchgezogen wird, der sich weniger als 0,9 m über der flüssigen Metalllinse in der Gießform befindet. Für tiefere Gießform-Umhüllungs-Ausbildungen wird die eingeblasene Gasmenge vergrößert. Eine doppelte Strömungsmenge Q beispielsweise vervierfacht den in dem Kasten herrschenden dynamischen Druck. Es wird darauf hingewiesen, daß diese dynamischen Druckberechnungen Werte liefern, die mit Vorbehalt zu betrachten sind, da der tatsächliche Strömungsbereich nicht den Bereich umfaßt, der von dem ausfließenden Metallschmelzenstrom S und der kon—

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zentrischen Wirbelzone 2k eingenommen wird. Die tatsächliche Gasgeschwindigkeit und der entsprechende dynamische Druck sind deshalb größer als die berechneten Werte.

Das eingeblasene Gas strömt durch die Gießform und den Kasten und spült kontinuierlich den darin befindlichen Raum. Auf diese Weise wird über den bloßen Ausschluß der Luft hinaus eine Steuerung der Atmosphäre erreicht. Die Verweilzeit des eingeblaenen Gases ist so groß, daß die aus der Metallschmelze aufgrund des niedrigen Partialdruckes herausgelösten Gase absorbiert werden können. Falls das eingeblasene Gas eine Reaktion bewirkt, beispielsweise eine Reduktion, wird durch die Verweilzeit ein guter Reaktionswirkungsgrad erreicht.

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Claims

Patentanmeldung: Verfahren und Vorrichtung zum Einhüllen eines Metallschmelzenstroms und einer schmelz— flüssigen Gußoberfläche mit einem Schutzgas. P a t «_n_t_a_n_s_£_r_U__c_h_jB

1. Verfahren zum Einhüllen eines aus miner Düse in eine darunter befindliche gießform auslaufenden Metallschmelzenstroms mit einem Schutzgas, wobei die Metallschmelze in der Gießform ein Schmelzenbad bildet, auf dessen Oberfläche eine Gießlinse vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzenstrom durch eine Umschließvorrichtung' geleitet wird, die sich oben auf der Gießform und mit Abstand unterhalb der Düse befindet, daß in dieser Umschließvorrichtung Gas eingeleitet wird, welches in der Umschließvorrichtung einen Überdruck erzeugt, durch den das Eindringen von Luft verhindert wird, daß das Gas aus der Umschließvorrichtung durch eine verengte Öffnung in der Oberseite dieser Vorrichtung, durch die der Schmelzenstrom eintritt, ausströmen kann, und daß der Schmelzenstrom auf einem Veg von der Düse zu der Umschließvorrichtung mit dem

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ausströmenden (las, das in Nachbarschaft des Schmelzstroms einen konzentrischen Wirbelstrombereieh bildet, umhüllt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas abwärtsgerichtet in die Umschließvorrichtung an einer Stelle eingeleitet wird, die von der verengten Öffnung entfernt liegt„

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Umschließvorrichtung (15) oben auf der Gießform (12) und unterhalb der Düse (13)» daß die Umschließvorrichtung (15) eine Querschnittsfläche aufweist, die in bezug auf den Schmelzenstrom (S) groß ist, daß sich oben in der Umschließvorrichtung eine verengte Öffnung (17) befindet, durch die der Schmelzenstrora eintritt, und daß Mittel (20,22) zum Einblasen eines Schutzgases in die Umschließvorrichtung an einer von der Öffnung (17) entfernten Stelle vorhanden sind und das Gas unter einem Überdruck halten, wobei die Öffnung (17) das Gas entweichen läßt, damit es den Schmelzenstrom (S) einhüllen kann.

h. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daii die Öffnung (17) einen Durchmesser y aufweist, der das 2- bis 4-fache des Schmelzenstromdurchmessers d beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschließvorrichtung (15) ein bodenseitig offener Kasten ist, der trennbare Teile (15a, 15b) aufweist, die ermöglichen, daß der Kasten entfernt wird, ohne d*n Gießvorgang zu unterbrechen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Kasten eine Beobachtungsöffnung (18) aufweist, die von einem durchsichtigen Fenster (19) abgedeckt ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasmittel für das Gas ein Eintrittsrohr (20) aufweisen, das in die Umschließvorrichtung (15) hineinführt und einen nach unten gedrehten, in die Gießform (12) hineingerichteten Abschnitt (22) besitzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Probenrohr (21), das aus der Umschließvorrichtung (15) herausführt.

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