DE2053232A1 - Vessel for processing molten metal - Google Patents
Vessel for processing molten metalInfo
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Description
DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANNDR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE DR. RER. NAT. K. HOFFMANN
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Vesuvius Crucible Company, Swissvale, Pittsburgh, Pa./USAVesuvius Crucible Company, Swissvale, Pittsburgh, Pa./USA
Gefäß zum Verarbeiten geschmolzenen MetallsVessel for processing molten metal
Die Erfindung betrifft ein Bodengießgefäß zur Verarbeitung von geschmolzenem Metall mit einer mit feuerfestem Material ausgekleideten Schale und einer Auslaßöffnung im Boden der Schale, insbesondere einen Bodengießtrichter. Die Erfindung (| betrifft im einzelnen ein solches Gefäß, welches eine Öffnungsplatte aufweist, durch die geschmolzenes Metall in eine Stranggießform abgegeben wird, wobei der Aufbau derart ist, daß das sog. "Unterbinden" des Metallflusses infolge des Erstarrens des Metalls an der öffnung, durch welche das geschmolzene Metall aus dem Trichter abgegeben wird, auf einThe invention relates to a bottom pouring vessel for processing of molten metal with a shell lined with refractory material and an outlet opening in the bottom of the Bowl, especially a bottom pouring funnel. The invention relates in particular to such a vessel which has an orifice plate through which molten metal is poured into a Continuous casting mold is released, the structure being such that the so-called "preventing" the flow of metal due to solidification of the metal at the opening through which the molten metal is discharged from the funnel
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Minimum gebracht wird. Die Erfindung richtet sich auf die. Zu- - fuhr von Metall mit einer starken Neigung zum Verfestigen oder Erstarren, wie von mit Aluminium beruhigtem Stahl, durch eine öffnung mit geringem Durchmesser mit wenig oder keinem Tenter-Minimum is brought. The invention is directed to. Supply - supply of metal with a strong tendency to solidify or Solidify, like steel killed with aluminum, by a Small diameter orifice with little or no tenting
. binden des Metallflusses. : ". bind the metal flow. : "
Besonders bei der Herstellung von Stahl und Stahllegierungen ist es üblich, geschmolzenes Metall von einem Ofen in eine ] Gießpfanne abzulassen, die Gießpfanne in einen Gießstand zuParticularly in the production of steel and steel alloys, it is customary to discharge molten metal from a furnace into a] ladle, the ladle into a casting stand to
™ - bringen und das flüssige Metall durch einen Trichter in eine Stranggießform bodenzugieöen. Gewöhnlich, wird der MetallfluJ von der Gießpfanne in den Trichter gesteuert, um einen "ferro-■ statischen Kopf in dem Trichter zu erhalten* welcher seinerseits einen gleichmäßigen Fluß durch eine Bodengießtriohterdüse in die Stranggießform ergibt, Diese Bodendüse wird.normalerweise nur für eine Gießpfannenfüllung verwendet, worauf sie entfernt und eine neue eingesetzt wird. Diese Düsen sind der Grund für Beschränkungen und Schwierigkeiten, Feuerfeste Materialien, welche in der Vergangenheit für Trichterdüsen verwendet worden sind, haben sich mit übersiäßiger Geschwindigkeit abgenutzt oder haben Verstopfungen infolge des. Er-™ - bring the liquid metal through a funnel into a Continuous casting mold bottom cast. Usually, the metal flow from the ladle into the funnel controlled to a "ferro- ■ static head in the funnel * which in turn provides an even flow through a bottom pouring triohter nozzle into the continuous casting mold, this floor nozzle is normally only used for one ladle filling, whereupon it is removed and a new one inserted. These nozzles are the reason for limitations and difficulties in refractories, which in the past were used for funnel nozzles Have been used at an excessive rate worn or clogged as a result of the.
φ Λ starrens von Metall und Sehlackenstoffen und deren Anhaften in der Düsenbohrung ergeben. Dieses Verstopfen ist besonders errißt beim Gießen von mit Aluminium beruhigten Stählen. Eine der primären Begrenzungen besteht darin, daß in der Vergangenheit das Stranggießen von mit Aluminium beruhigten Stählen auf eine große Düsenbohrung und niedrige.Aluminiumzusät^e beschränkt gewesen ist.φ Λ stiff from metal and lacquer materials and their adhesion in the nozzle bore result. This clogging is particularly cracked when casting aluminum killed steels. One of the primary limitations is that in the past continuous casting of steels killed with aluminum has been limited to a large nozzle bore and low aluminum additions.
Entsprechend der Erfindung wird ein Bodengießgerät zur Verarbeitung von geschmolzenem Metall mit einer mit feuerfestem Material ausgekleideten Sehale und einer Auslaßöffnung ira So- -den der Sohale vorgesehen, welches dadurch gekennzeichnet ist, das Geflß eine Öffnungsplatte an der Aualaööffnung auf-According to the invention there is provided a floor pouring apparatus for processing of molten metal with a shell lined with refractory material and an outlet opening in the sun - the sohale provided, which is characterized by the vessel has an opening plate at the outlet opening
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weist, durch welche geschmolzenes Metall fließen kann, mit einer Einrichtung aus wärmeisolierendem Material zum Tragen der Öffnungsplatte in der mit feuerfestem Material ausgekleideten Schale.has through which molten metal can flow a device made of heat-insulating material for carrying the orifice plate in the shell lined with refractory material.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben werden. In der Zeichnung zeigen:In the following the invention with reference to the Drawing will be described in detail. In the drawing demonstrate:
Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Darstellung einer Bodengießpfanne zum Zuführen geschmolzenen Metals in einen Trichter, in welchem die Erfindung verwirklicht ist, wobei der Trichter seinerseits das geschmolzene Metall einer Stranggießform zuführt,Fig. 1 is a schematic view showing a bottom pouring ladle for feeding molten metal into a hopper in which the invention is embodied, the funnel in turn feeding the molten metal to a continuous casting mold,
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht in vertikalem Schnitt eines Teils des in Fig. 1 gezeigten Aufbaus, welche eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, undFIG. 2 is an enlarged fragmentary view in vertical section of part of the structure shown in FIG. 1, which shows an embodiment of the invention, and
Fig. 5 eine Teilansicht in vertikalem Schnitt des oberen Teils des in Fig. 2 gezeigten Aufbaus, jedoch modifiziert zurFig. 5 is a partial view in vertical section of the upper part of the structure shown in Fig. 2, but modified to
Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der Öffnungsplatte mit einer Öffnung gleichmäßiger Größe entlang der Dicke der Öffnungsplatte.Representation of the preferred embodiment of the orifice plate with an orifice of uniform size along it the thickness of the orifice plate.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann eine verbesserte Anordnung einer Trichterdüse zum Bodengießen vorgesehen sein. Die DUsenöffnungsplatte ist aus hartem dichtem feuerfestem Oxyd hergestellt, wie z.B. einer feuerfesten Zusammensetzung, welche nach dem Brennen die mineralogischen Phasen Korund, Spinell und Graphit homogen dispergiert zeigt. In Gewichtsverhältnissen können diese Mineralphasen vorhanden sein im Bereich von etwa 9<$ Korund und etwa 7 1/2 % Graphit, mit dem Rest Spinell. Der Düsenkörper kann aus einer feuerfesten Zusammenstellung von tongebundenem Zirkon und geschmolzenem Zirkonaluminiumoxyd sein.In one embodiment of the invention, an improved arrangement of a funnel nozzle for bottom pouring can be provided. The DU orifice plate is made of hard, dense, refractory oxide, such as a refractory composition, which after firing shows the mineralogical phases corundum, spinel and graphite homogeneously dispersed. In weight ratios, these mineral phases can be present in the range of about 9 <$ corundum and about 7 1/2 % graphite, with the remainder being spinel. The nozzle body can be made from a refractory composition of clay bonded zircon and fused zirconia alumina.
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In Gewichtsverhältnissen können diese Phasen vorhanden sein im Bereich von etwa 65 f Zirkon, 25 % geschmolzenem Zirkonaluminiumoxyd und 10 % Feuerton. Die Düsenummantelung; in dieser Ausführungsform ein Zubehörteil, kann aus einer feuerfesten Zusammenstellung hergestellt sein, welche aus kohlenstoffgebundenem geschmolzenem Aluminiumoxyd, Graphitflocken und glasbildenden Materialien besteht. In Gewichtsverhältnissen können diese Phasen in einem Bereich von etwa 50 % Aluminiumoxyd, 25 % Graphit, 8 % Kohlenstoff und der Rest aus Gläsern gebildet aus Feldspat, Silizium, Borax und Kryolit sein. Die feuerfesten Komponenten der Düse sollen die Düsenöffnung hinauf in das heiße Metall mit einem minimal leitenden Weg zur Trichterauskleidung und -schale bringen.In weight ratios, these phases can range from about 65 % zirconia, 25% fused zirconia alumina, and 10 % fire clay. The nozzle jacket; in this embodiment, an accessory, can be made from a refractory assembly consisting of carbon-bonded fused alumina, graphite flakes, and glass-forming materials. In weight ratios, these phases can be in a range of about 50 % aluminum oxide, 25 % graphite, 8 % carbon and the remainder of glasses formed from feldspar, silicon, borax and cryolite. The refractory components of the nozzle are intended to bring up the nozzle opening into the hot metal with a minimally conductive path to the hopper liner and bowl.
In Fig. 1 ist ein Bodengießtrichter gezeigt, welcher so angeordnet ist, daß er einen gesteuerten Fluß von flüssigem Metall aus einer Gießpfanne aufnimmt, wobei der Trichter eine Bodengießdüsenanordnung nach der Erfindung aufweist. Die Gießpfanne zum Steuern des Flusses von flüssigem Metall in einem Trichter besteht im allgemeinen aus einer äußeren Metallschale 5> welche mit einem geeigneten feuerfesten Material 6 ausgekleidet ist. Ein Stopfenkopf 7 schließt gegen einen Düsensitz 8. Ein Anheben des Stopfenkopfö 7 ermöglicht, daß Metall durch die Öffnung oder den Düsensitz 8 einer Pfannendüse 9 und ein unter dem Eintritt angebrachtes Rohr 10 fließt. Der Metallspiegel 11 in dem Bodengießtrichter wir! willkürlich durch die Wirkung des Stopfenkopfes 7 gesteuert. Sin solcher Bodengießtrichter besteht normalerweise aus einer äußeren Metallschale 12, welche mit einem geeigneten feuerfesten Material 15 ausgekleidet ist. Durch den Boden öffnet sich eine Düse 14. Ein nach unten ragendes Rohr 22 unter dem Eintritt führt das fließende Metall in eine Übliche Gießform M.In Fig. 1 there is shown a bottom pouring funnel which is arranged to have a controlled flow of liquid Receives metal from a ladle, the funnel having a bottom pouring nozzle assembly according to the invention. the A ladle for controlling the flow of liquid metal in a funnel generally consists of an outer metal cup 5> which is lined with a suitable refractory material 6. A plug head 7 closes against one Nozzle seat 8. Raising the plug head 7 enables Metal flows through the opening or nozzle seat 8 of a pan nozzle 9 and a pipe 10 attached under the inlet. The metal mirror 11 in the bottom pouring funnel we! controlled arbitrarily by the action of the plug head 7. Sin such Bottom pouring funnel normally consists of an outer metal bowl 12 which is lined with a suitable refractory Material 15 is lined. Opens through the floor a nozzle 14. A downwardly projecting tube 22 under the inlet guides the flowing metal into a conventional casting mold M.
Wie oben dargestellt, neigten bisherige übliche Düsen der in dem Gießpfannenaufbau nach Fig. 1 gezeigten Art zum Ver-As shown above, conventional nozzles tended to the in the pouring ladle structure shown in Fig. 1 for dispensing
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stopfen oder "Erstarren", wenn der Aluminiumoxydgehalt des Stahls vergrößert wurde. Das Problem wird besonders ernst, wenn der Aluminiumoxydgehalt größer.als etwa 0,02 % ist, wenn die Düsenöffnung im Durchmesser kleiner als etwa 5 cm ist, und die Temperatur des flüssigen Metalls innerhalb von etwa 27,80C um ihren Erstarrungspunkt liegt.plug or "freeze" when the alumina content of the steel has been increased. The problem is particularly severe when the alumina content is about 0.02% größer.als when the nozzle hole smaller in diameter than about 5 cm, and the temperature of the liquid metal is within about 27.8 0 C to its solidification point.
Es besteht keine allgemeine Übereinstimmung bezüglich der primären Grunde oder des grundlegenden Mechanismus, durch welchen der typische "Eiszapfen" bei mit Aluminiumoxyd beruhigten (deoxydierten) Stählen auftritt. Bei bisherigen Verfahren zum Gießen von mit Aluminiumoxyd beruhtigem Stahl wurden folgende Praktiken verwendet: Verwendung von Sauerstofflanzen zum periodischen Wiederaufbrennen eines Lochs durch die verstopfte Düse, Verwendung von Düsen, welche ausgefressen werden und so ständig offen bleiben, und Zufügen des Metalldeoxydationsmittels mit Aluminiumoxyd unterhalb der Düse oder direkt in die Gießform. Eine naheliegende andere Alternative, mit heißerem Metall zu gießen, ist für die Arbeit mit Stranggießformen ungeeignet.There is no general consensus as to the primary cause or the basic mechanism by which the typical "icicle" when calmed with aluminum oxide (deoxidized) steels occurs. Previous methods for casting alumina-based steel have been as follows Practices Used: Use of Oxygen Lances for Periodic Re-burning of a hole through the clogged nozzle, Use of nozzles, which are eroded and thus remain open all the time, and the addition of the metal deoxidizer with aluminum oxide below the nozzle or directly in the casting mold. Another obvious alternative to casting with hotter metal is to work with continuous casting molds not suitable.
Die Erfindung rückt von einer solchen Technologie ab und stellt eine Düse zur Verfügung, welche keine Sauerstofflanze benötigt, welche nicht ausgefressen wird, welche das Gießen von Stahl mit einem Aluminiumoxydgehalt von mehr als 0,02 % durch öffnungpntvon weniger als 5 cm (Öffnungen mit einem Durchmesser von 1,59 cm wurden erfolgreich verwendet) erlaubt, und welche keine übermäßige Stahltemperatur erforderlich macht.The invention moves away from such technology and provides a nozzle which does not require an oxygen lance, which is not eroded, which enables the casting of steel with an alumina content of more than 0.02% through opening pnt of less than 5 cm (openings with a 1.59 cm diameters have been used successfully) and which does not require excessive steel temperature.
In Pig. 2 ist die Düse 14 In der Bodenöffnung 15 eines Bodengießtrichters angeordnet gezeigt. Der Düsenkörper 16 wird von der Metallplatte oder Metallschale 12 getragen, welche einen Behälter für die Auskleidung aus feuerfestem Material 13 bildet. Der Düsenkörper 16, von welchem zum Zwecke der Darstellung angenommen werden kann, daß er aus einer Zirkon-Ton-Zirkonoxyd-Mischung besteht, welche als isolierendes feuer-In Pig. 2, the nozzle 14 is shown arranged in the bottom opening 15 of a bottom pouring funnel. The nozzle body 16 is carried by the metal plate or shell 12 which is a container for the refractory lining 13 forms. The nozzle body 16, of which for the purpose of Representation can be assumed that it consists of a zirconium-clay-zirconium oxide mixture exists, which is used as an insulating fire
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festes Material hergestellt ist, ist in die Auskleidung aus feuerfestem Material innerhalb der Bodenöffnung 15 eingekittet. Die Düsenöffnungsplatte oder Öffnungsplatte 17, welche. . aus einem hoch verdichteten erosionsbeständigen feuerfesten Material besteht, ist in die obere Öffnung 18 des Düseriteörpers 16 fest eingefügt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnungsplatte 17 in die obere öffnung .18 mit üblichem feuerfesten Mörtel eingekittet. Wie in Fig." 2 gezeigt, ist die Öffnungsplatte vorzugsweise nur mit ihrem äußeren Umfangsteil an dem Düsenkörper 16 befestigt, so daß sie eine minimale Berührung mit dem Düsenkörper aufweist und der die Öffnung bildende Teil der Öffnungsplatte weit Von dem Düsenkörper entfernt ist. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform 1st die öffnungsplatte 17 mit einer Öffnung 19 ,hergestellt, welche mit einem Radius ausgeführt ist, um einen nicht auseinanderlaufenden Strom von Metall nach unten au füh-, ren. Die bevorzugte Aiisführungsform der Öffnungsplatte ist jedoch in Fig. 5 gezeigt, wo die Öffiiung 19 entlang der Dicke, der Öffnungsplatte eine einheitliche Größe hat. Die Bohrungsoberfläche 20 des Düsenkörpers 16 und ebenso die Bohrungsoberfläche 21 des Rohres 22uiter dem Eintritt brauchen mit dein Metallstrom nicht in Berührung zu kommen. Die Öffnung der Öffnungsplatte ist geringer als die Bohrung mit der Bohrujngsoberfläche 20, so daß ein Strom geschmolzenen Metalls, welcher durch die öffnung austritt, eine minimale Berührung mi,tr'-der Wandung der Bohrung aufweist.is made of solid material is cemented into the lining of refractory material within the floor opening 15. The nozzle orifice plate or orifice plate 17, which. . consists of a highly compacted, erosion-resistant refractory material, is firmly inserted into the upper opening 18 of the nozzle body 16. In a preferred embodiment of the invention, the opening plate 17 is cemented into the upper opening .18 with conventional refractory mortar. As shown in FIG. 2, the orifice plate is preferably attached to the nozzle body 16 by only its outer peripheral portion so that it has minimal contact with the nozzle body and the portion of the orifice plate forming the orifice is far from the nozzle body In the embodiment shown in FIG. 2, the opening plate 17 is produced with an opening 19 which is designed with a radius in order to lead a non-diverging flow of metal downwards. The preferred embodiment of the opening plate is shown in FIG shown where the opening 19 is of uniform size along the thickness of the orifice plate. The bore surface 20 of the nozzle body 16 and also the bore surface 21 of the tube 22 at the entrance need not come into contact with the metal flow. The opening of the orifice plate is less than the bore with the Bohrujngsfläche 20, so that a stream of molten metal, which through the öff voltage emerges, a minimal contact with mi, t r '-the wall of the bore.
Wie bereits ausgeführt ist das Gefäß zur Verarbeitung von geschmolzenem Metall zwar hauptsächlich für die Verarbeitung geschmolzenen Metalls geeignet und ausgelegt, jedoch nicht hierauf beschränkt. Die Öffnungsplatte 17* der DüsenkÖrper 16 und das Rohr 22 unter dem Eintritt sollten für minimale Berührung des fließenden geschmolzenen Metalls mit den Wandungen der Öffnung 19, der Bohrungsoberfläche 20 des Düsenkörpers 16 und der Bohrungsoberfläche 21 des Rohres 22 unter dem Eintritt entworfen sein. Die Öffmmgspliifce sollte in vertikaler Richtung eine Dicke aufweisen, so klein sie für die im Gebrauch As already stated, the vessel for processing molten metal is mainly suitable and designed for processing molten metal, but is not limited to this. The orifice plate 17 * of the nozzle body 16 and the tube 22 below the inlet should be designed for minimal contact of the flowing molten metal with the walls of the orifice 19, the bore surface 20 of the nozzle body 16 and the bore surface 21 of the tube 22 below the inlet. The opening joint should have a thickness in the vertical direction as small as it is for use
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auftretenden Temperatur- und Erosionsbedingungen des fließenden geschmolzenen Stahls ausführbar ist. Diese Dicke sollte im allgemeinen ein Drittel der maximalen äußeren horizontalen Abmessung der Öffnungsplatte nicht überschreiten. Die Öffnung der Öffnungsplatte sollte ihre maximalen Querabmessungen auf der oberen Oberfläche der öflhungsplatte aufweisen. Die Öffnung kann wie in Fig. 5 gezeigt von einheitlicher Größe entlang der gesamten Dicke der öffnungsplatHce sein, oder sie kann unter der oberen Oberfläche der Öffnungsplatte vergrößert sein. Dies dient dazu, den horizontalen Fluß des geschmolzenen Metalls über die obere Kante der Öffnung in Richtung der Öffnungsachse zu fördern und die Berührung des fließenden geschmolzenen Stahls mit der Wandung der Öffnung auf ein Minimum zu bringen. Eine Berührung des fließenden geschmolzenen Stahls mit der Wandung der Öffnung hat die Wirkung, daß Wärme von dem fließenden geschmolzenen Stahl abgezogen oder dieser gekühlt wird. Ein solches Kühlen des fließenden geschmolzenen Stahls fördert ein Ausfallen aus der Lösung von Aluminium in dem geschmolzenen Stahl. Das ausgefallene Aluminium oxydiert zu Aluminiumoxyd, welches an der Öffnungsplatte hängt und dazu neigt, sich um die Öffnung aufzubauen. Das Aluminiumoxyd verklumpt sich und verstopft schließlich die Öffnung und verhindert das Fließen von geschmolzenem Stahl durch diese.occurring temperature and erosion conditions of the flowing molten steel is executable. This thickness should be in generally not exceed one third of the maximum external horizontal dimension of the orifice plate. The opening of the Orifice plate should have its maximum transverse dimensions on the top surface of the orifice plate. The opening can as shown in Fig. 5 of uniform size along the whole Thickness of the opening plate, or it can be below the top Surface of the orifice plate be increased. This serves to increase the horizontal flow of molten metal over the to promote the upper edge of the opening in the direction of the opening axis and minimize contact of the flowing molten steel with the wall of the opening. One touch of the flowing molten steel with the wall of the opening has the effect of removing heat from the flowing molten steel Steel is removed or it is cooled. Such cooling of the flowing molten steel promotes failure from the solution of aluminum in the molten steel. The precipitated aluminum oxidizes to aluminum oxide, which is an the orifice plate hangs and tends to build up around the orifice. The aluminum oxide clumps and clogs finally the opening and preventing molten steel from flowing through it.
Beim tatsächlichen Gießen mit einem Bodengießtrichter und Stahl, welcher durch Aluminiumzusätze bis zu 0,04 % beruhigt war, hat die Substitution der Erfindung für die übliche Praxis ein Knüppelstranggießen mit einem Stromdurchmesser von 1,59 cm ermöglicht.In actual casting with a bottom pouring funnel and steel which was pacified by the addition of aluminum up to 0.04 % , the substitution of the invention for the usual practice has enabled billet casting with a flow diameter of 1.59 cm.
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