DE2238913A1

DE2238913A1 - Verfahren und vorrichtung zur einleitung des abgiessens aus einem giessgefaess mit bodenausguss

Info

Publication number: DE2238913A1
Application number: DE2238913A
Authority: DE
Inventors: Richard Evans Lyman
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1971-08-09
Filing date: 1972-08-07
Publication date: 1973-02-15
Also published as: AU4505072A; ES405391A1; FR2148504A1; DK129321B; IE36603L; US3743139A; AR192966A1; IE36603B1; PL75973B1; CA968524A; ATA682672A; BR7205300D0; FR2148504B1; IT964902B; NO134037C; AU465563B2; DK129321C; RO59796A; AT325793B; GB1407502A

Description

USS ENGINEERS AND CONSULTANTS, INC, PITTSBURGH, PENNS YLVANIEN^. 600 GRANT STREET -'' '' V. St. A.

Verfahren und Vorrichtung zur Einleitung des Abgießens aus einem Gießgefäß mit Bodenausguß

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einleitung des Abgießens aus einem mit einer Bodenausgußöffnung versehenen Gießgefäß, das geschmolzenes Metall enthält, wenn die Ausgußöffnung durch Metall blockiert worden ist, das sich während einer vorangegangenen Schließperiode der Ausgußöffnung verfestigt hat*

Beim kontinuierlichen Gießen von Metallen, beispielsweise Stahl, wird geschmolzenes Metall aus einer Gießpfanne in ein Zwischengießgefäß, beispielsweise in einen Vorratsbehälter oder ein Entgasungsgefäß abgegossen, von wo aus es dann in eine Gießform gelangt₉ Die Steuerung des Metallschmelzenstroms durch

die Bodenausgußöffnung des Zwischengießgefäßes mit Hilfe eines schieberartigen, hitzebeständigen Verschlußkörpers, der über

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

der Öffnung angeordnet wird, hat sich als vorteilhaft erwiesen« Das Zwischengießgefäß ist gewöhnlich über der Öffnung mit einer Aussparung versehen· Üblicherweise 1st es von Vorteil und in gewissen Fällen ist es notwendig, das Zwischengießgefäß bei geschlossenem Schieber solange zu füllen, bis die Höhe der Metallschmelze im Gefäß ein bestimmtes Niveau erreicht· Während sich das Gefäß füllt, wird jedooh die über der Ausgußöffnung vorhandene Aussparung von ruhender Schmelze eingenommen, die sich verfestigt und an den Seiten und über dem Boden der Öffnung eine Haut bildet.

Wenn dann der Schieber geöffnet wird, ist die verfestigte Metallhaut oftmals so dick und stark, daß sie den Schmelzenfluß durch die Öffnung behindert. Derselbe Zustand ergibt sich häufig, wenn der Schieber geschlossen wird, während das Ausgießen noch im Gange ist«, Das übliche Verfahren zum öffnen einer blockierten Aussparung besteht bisher darin, die Metallhaut mit einer Sauerstofflanze durchzubrennen, die durch die Schieberdüse nach oben hindurchgesteckt wird. Dies ist jedoch eine an sich unerwünschte Methode, da sich die Lage der Lanze und die Richtung des Sauerstoffstroms nur schwer steuern lassen und die Schiebe ■ düsen sowie die benachbarte hitzebeständige Auskleidung deshalb gewöhnlich beschädigt werden und auch eine Verschmutzung des Stahls erfolgt« Des weiteren hat es sich herausgestellt, daß gewisse Gießverfahren keinen ausreichenden Zugang zu den Schieberdüsen ermöglichen, um eine Lanze einführen zu können« Beispiele hierfür sind das in der USA-Patentschrift 3 572 422 beschriebene Abgießen durch eine Mantelfläche und das Abgießen durch ein verlängertes Rohr, wie es die USA-Patentschrift 3 572 541 zeigt.

Reagierende und inerte Gase werden häufig in Metallschmelze eingeleitet, um dadurch verschiedenartige Behandlungen vorzunehmen, beispielweise Entgasen, Rühren, Entkohlen und Ausgleichen der Metalltemperatür im ganzen Gefäß· Es ist bekannt, Gas in eine

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Metallschiaelzenmasse durch eine Gefäß leitung einzublasen (USA-Patentschrift 2 811 346), ferner rund um die Düse (USA-Patentschrift 3 253 30?) und durch die Stopfenstange (USA-Patentschrift 3 214 804), Es ist ferner bekannt, Schieber an Bodenausgußöffnungen aufweisenden Gießgefäßen zu verwenden (USA-Patentschrift 3 352 465)·

Es ist auch bekannt, einen durchlässigen, hitzebeständigen Schieherblock zu benutzen, durch den Gas in die Bodensenke eines Bodenausgußgefäßes eingeblasen wird_s um die Metallschmelze in Bewegung zu halten und die Bildung einer festen Metallhaut zu unterdrücken» Wenn ein Inertgas, beispielsweise Argon, in dieses System eingeblasen wird, dann beginnt der Gießstrom nldit immer zu fließen, wenn der Schieber geöffnet wird. Wenn ein Reaktionsgas, beispielsweise Sauerstoff, eingeblasen wird, so kann eine Metallverschmutzung in einem unerwünschten Ausmaß stattfinden«, Auch kann eine Reaktion zwischen Metall, Sauerstoff und hitzebeständiger Auskleidung die Arbeitsfläche der öur hlässigen, eine geringe Dichte aufweisenden, hitzebeständigen Au&Kleidung abtragen, so daß sich zwischen den stationären und den sich bewegenden Schieberauskleidungen'ein Stahlgrat bilden kann, wenn der Schieber geöffnet wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen der Metallschmelzenfluß so in Gang gebracht werden kann, daß keine Beschädigung der umgebenden Ausrüstung und nur eine geringe oder gar keine Verschmutzung der Metallschmelze erfolgen,,

Das zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß entwickelte Verfahren zur Einleitung des Abgießens aus einem Metallschmelze enthaltenden Gefäß mit Bodenausgußöffnung, die durch einen massiven Schieber verschiebbar ist, der einen Verschlußteil aufweist, geht davon aus, daß die Ausgußöffnung des Gefäßes durch

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eine Haut aus verfestigtem Metall blockiert wird, die den Schmelzendurchfluß durch eine Düsenöffnung in einem Steuerschieber, der den massiven Schieber zum Ingangsetzen des Auegießens ersetzt, verhindert. Erfindungsgemäß wird nun ein Reaktionsgas in eine zeitweilige Kammer eingeleitet, die in der Düsenöffnung des Steuerschiebers mit Hilfe einer Trennwand gebildet wird, welche ein begrenztes Entweichen des Reaktionsgases ermöglicht und bei Berührung durch Metallschmelze zerstört wird, wobei der Reaktionsgasstrom solange aufrechterhalten wird, bie die Schale oder Hülle aus verfestigtem Metall durchbrochen ist und der ingang-gesetzte Metallfluß die Trennwand zerstört. ^l

Des weiteren wird erfindungsgemäß ein Steuerschieber zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens geschaffen, der eine Düsenöffnung aufweist, die mit einer Ausgußöffnung in einem geschmolzenes Metall enthaltenden Gefäß duroh die Schiebebewegung eines folgenden Schiebers, der einen Verschlußteil aufweisen kann, in fluchtende Überdeckung bringbar ist, wobei sich erfindungsgemäß der Steueschieber durch einen Trennwandkörper kennzeichnet, der in der DUsenöffnung des Schiebers so angeordnet ist, daß er unter einer heißen Haut aus verfestigtem Metall, die sich in der Ausgußöffnung des Gefäßes bildet, wenn diese duroh einen vorhergehenden massiven Schieber verschlossen wird, eine Kammer bildet« Ein in dem Steuerschieber vorhandener Kanal ist an eine unter Druck stehende Reaktionsgasquelle ansohließbar und läßt Reaktionsgas in die Kammer einströmen, und ein verengter Strömungs* bereich in dem Trennwandkörper ermöglicht, dass unter Druck stehendes Reaktionsgas aus dieser Kammer in beschränktem Umfang entweicht, wobei der Trennwandkörper durch geschmolzenes Metall zerstörbar 1st, dessen Fluß nach der Reaktion des Gases mit der heißen Metallhaut ingang-gesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung benutzte Vorrichtung ermöglichen also ein verläßliches

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und steuerbares Ingangsetzen eines Metallschmelzenstroms aus einem mit einer Bodenausgußöffnung versehenen Gießbehälter, nachdem der Behälter gefüllt worden ist oder nachdem der Ausguß aus dem Behälter zeitweilig unterbrochen wurde»

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der einzigen Zeichnungsfigur beispielshalber dargestellten Vorrichtung näher erläutert«, Die Zeichnungsfigur zeigt einen Querschnitt durch die Düse eines Bodenausgußgefäßes, das mit einem Düsen-Lanzen-Schieber der im obigen beschriebenen Art ausgerüstet ist·

Das Bodenausgußgefäß 10, von dem in der Zeichnung ein Teil zu sehen ist, ist mit einer hitzebeständigen Auskleidung 12 zur Aufnahme von Metallschmelze versehen. Die Bodenwand des Gefäßes hat eine Senke oder Vertiefung 13 und eine Austrittsöffnung 14, die mit einer erosionsbeständigen, hitzebeständigen Auskleidung versehen ist. Die Bodenwand trägt eine Düsenplatte 16, die an ihrer Unterseite befestigt ist und eine hitzebeständige Düse 17 besitzt, welche mit der Öffnung fluchtet. Ein Gleitschiebersteuer— körper oder ein Düsen-Lanzen-Schieber 18 ist unter der Düse angeordnet. Der Schieber 18 besitzt eine Düsenöffnung, kann jedoch durch einen massiven oder Vollschieber ersetzt werden, der mit einem Verschlußteil versehen ist und hier nicht dargestellt ist, Der Schieber läßt sich auf an sich beliebige Weise tragen und betätigen, deshalb ist hier der Trag- und Betätigungsmechanismus nicht gezeigt. Der Schieber enthält einen massiven, hitzebeständigen Teil 19, der mit einer zentral angeordneten, hitzebeständigen Düse 20 versehen ist und auf seinen Seiten und seinem Boden vpn einem Stahlmantel 21 abgedeckt wird._;Ein^dickwandiges Rohr 22 erstreckt sich durch den Mantel 21 und die Düse 20, wo es in einer schlackenbeständigen, basischen, hitzebeständigen Auskleidung 29 befestigt ist,.

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Die Düse 20 trägt in ihrer Bohrung einen Trennwandkörper in Form einer Tasse oder Scheibe 25» der eine kleine Öffnung 26 aufweist, die vorzugsweise in bezug auf die Scheibenmitte versetzt liegt und dazu dient, eine begrenzte Menge Gas entweichen zu lassen· Der Innendurchmesser des Rohres 22^»ollte größer sein als der Durchmesser der Öffnung 26. Die Scheibe ist aus einem Material geringen Gewichts angefertigt, beispielsweise Aluminium oder Plastik, das einen Schmelzpunkt aufweist, der unter demjenigen von geschmolzenem Stahl liegt· In gewissen Fällen läßt sich auch eine Stahlscheibe geeigneter Dicke verwenden·

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Sauerstoff oder ein anderes Reaktionsgas wird demEohr 22 durch eine Sauerstoffzuführleitung 28 zugeführt, die ein tassenförmiges Endpaßstück 29 trägt.

Wenn das Gefäß 10 zur Aufnahme von geschmolzenem Metall vorbereitet wird, wird an der Stelle des Steuerschiebers 18 ein Massivschieber angeordnet» Das geschmolzene Metall, das sich in der Austrittsöffnung 14 absetzt, läßt eine heiße, verfestigte Haut 30 entstehen, wenn es Wärme an die Umgebung verliert· Wenn nun das Abgießen von Metall aus dem Gefäß 10 beginnen soll, wird der Steuerschieber 18 unter der Düse 17 plaziert. Wenn die ferrostatische Druckhöhe im Gefäß nicht ausreicht, um die verfestigte Metallhaut aufzureißen, wird die Sauerstoffzuführleitung 28 in Stellung gebracht, so daß das Paßstück 29 die äußere Öffnung des Rohres 22 schließt und Sauerstoff durch die Zufuhrleitung 28 strömen kann· Der Sauerstoff strömt durch die Leitung 22 und zirkuliert unter Turbulenzbildung in der Druckkammer, die von der Bohrung der Düse 20 und der Scheibe 25 begrenzt wird, um durch die Öffnung 26 in der Scheibe 25 sowie durch irgendwelche Leckageöf fnungeii auszutreten, die zwischen dem Boden der Düsenplatte 16 und der Oberseite des Schieber 18 vorhanden sein können, Das Reaktionsgas wird vorzugsweise unter einem Druck eingeleitet,

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der geringer ist als der statische Druck des flüssigen Metalls. Der Sauerstoff reagiert mit. dem heißen Stahl, brennt in der Kammer und schmilzt die verfestigte Haut. Wenn also die Haut dünn ist und heiß genug ist, um nur durch das Brennen und Schmelzen durchlöchert zu werden, dann strömt kein Gas durch die Austrittsöffnung 14 nach oben in das Metall hinein.

Wenn in kurzer Zeit kein auslaufendes Metall erscheint, wird der Gasstrom verstärkt und gleichzeitig wird der Gasdruck in der Kammer auf einen Wert erhöht, der erheblich über dem auf die Haut einwirkenden ferrostatischen Druck liegt, um dadurch am Boden der Haut 30 zusätzlich zu der von der Oxidation des Eisens ausgehenden thermo-chemiseben Wirkung eine Aufbrechkraft zu erzeugen· Im letzteren Falle können Gasblasen nach oben in die Metallschmelze hineinwandern, wenn die verfestigte Haut einreißt. Da in der Kammer nur eine geringe Gasmenge vorhanden ist, ist der sich ergebende Grad der Metallverschmutzung unbedeutend. Wenn die Haut 30 durchbrochen oder durchlöchert wird, bewegt sich geschmolzenes Metall abwärts in Richtung auf die Scheibe 25, um diese augenblicklich zu schmelzen und damit den Durchgangsweg durch die Düse 20 freizumachen· Wenn das. Metall zu fließen beginnt, wird das Druckgas in der Kammer augenblicklich ausgetragen, und der Gasstrom durch das Rohr 22 wird sofort unterbrochen, was durch bloßes Entfernen des Endpaßstücks 29 von dem Ende der dickwandigen Rohrleitung 22 geschehen kann«. Geschmolzenes Metall tritt in das Rohr 22 ein, und die dicke Wand bewirkt eine Abkühlung des geschmolzenen Metalls, so daß es sich im Rohr verfestigt, wodurch das Röhr wirksam gegen Leckage abgedichtet wird.

Wenn ein Metallstrom an der Austrittsöffnung erscheint, dieser Strom jedoch in kurzer Zeit aufgrund einer übermäßig starken Abkühlwirkung im Gefäß 10 versiegt, wird der Düsen-Lanzen-Schieber 18 durch einen zweiten Düsen-Lanzen-Schieber ersetzt, der eine Scheibe 25 mit einem höheren Widerstand gegen

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Durchlöcherung oder Durchbrechen aufweist als die Scheibe des ersten Schiebers. Dies ermöglicht eine längere Aufreohterhaltung der Sauerstofflanzenwirkung in der Düse«, Diese Verfahrensweise läßt sich mit einem Schieber wiederholen, der eine noch widerstandsfähigere Scheibe aufweist, falls dies verlangt wird, bis der Metallfluß kontinuierlich austritt.

Obgleich im obigen das hier beschriebene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung an einem Bodenausgießgefäß dargestellt wurden, leuchtet ein, daß sie sich auch für andere Gießgefäße mit dUsenförmiger Ausgußöffnung verwenden lassen, und zwar unabhängig davon, ob sidbnui die Düse ira der Bodenwand, Seitenwand oder in der Ecke des Gießgefäßes befindet.

Aus dem obigen ergibt sich, daß mit dem neuartigen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung zur Ingangbringung eines Gießstroms aus einer blockierten Gießöffnung eines Gießgefäßes die umgebende Einrichtung nicht beschädigt wird, und daß eine nur geringe oder gar keine Verschmutzung des geschmolzenen Metalls erfolgt. Das Verfahren führt zu dem gewünschten Ergebnis, weil das Sauerstoffeinblasen unter dem erforderlichen Druck solange fortgesetzt werden kann, bis die Schmelze aus der Bodenausgußöffnung ausströmt.

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PATENTANSPRÜCHE

[ l,r Verfahren zur Einleitung des Abgießens 4üs einem ge« Vchmolzenes Metall enthaltenden Gießgefäß mit Bodenausguß« öffnung, die durch einen Massivschieber verschließbar ist, in dem sich ein Versehlußteil befindet, durch den die Ausguß« öffnung des Gefäßes von einer Haut aus verfestigtem Metall blockiert wird, das den Metalldurchfluß durch eine Düsen« öffnung in einem Steuerschieber verhindert, welcher zur Einleitung des Abgießens gegen den Massivschieber austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsgas in eine zeit« weilig bestehende Kammer eingeleitet wird, die in der Düsen« öffnung des Steuerschiebers mit Hilfe einer Trennwand geschaffen wird, welche ein beschränktes Entweichen des Reaktionsgases ermöglicht und bei Berührung durch geschmolzenes Metall zerstörbar ist, und daß der Reaktionsgasstrom solange aufrechterhalten wird, bis die Haut aus verfestigtem Metall durchbrochen wird und der einsetzende Metallstrom die Trennwand zerstört.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas anfänglich unter einem geringen Druck eingeleitet wird, und daß der Gasdruck stufenweise erhöht wird, um die Strömungsgeschwindigkeit des Gases zu steigern, bis durch den Brennvorgang die Trennwand zerstört wird,

3c Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand so ausgewählt wird, daß ihre mechanische Festigkeit einem Gasdruck widersteht, der dem ferrostatischen Druck des in dem Gefäße befindlichen Metalls übersteigt, und daß der Druck des Reaktionsgases auf einen Wert erhöht wird, bei dem auf die Haut eine Aufbrechkraft einwirkt.

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Λο Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber durch Einschieben eines zweiten Steuerschiebers an die Stelle des ersten Steuerschiebers ©rjs^tzt wird, und daß für die Trennwand im zweiten Steuerschieber eine mechanische Festigkeit ausgewählt wird, die größer ist als die der Trennwand des ersten Steuerschiebers.

5t Steuerschieber zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I₁ mit einer Düsenöffnung, die mit einer in dem geschmolzenes Metall enthaltenden Gefäß befindlichen Ausgußöffnung durch Einschieben eines folgenden Schiebers fluchtend auerichtbar ist, der einen Verschlußteil aufweisen kann, gekennzeichnet durch einen Trennwandköjp er (25), der in der Düsenöffnung des Steuerschiebers (18) angeordnet ist, um unter einer heißen Haut aus verfestigtem Metall (3O)₉ die sich in der Ausgußöffnung (14) des Gefäßes (lO) gebildet hat, als letztere durch einen vorhergehenden Massivschieber verschlossen wurde, eine Kammer zu bilden, einen in dem Steuerschieber (18) befindlichen Durchgangskanal (22), der an eine unter Druck stehende Reaktionsgasquelle (28) anschließbar ist, die einen Druckgasstrom in die Kammer einleitet, und durch einen eingeschnürten Strömungsbereich (26) in dem Trennwandkörper (25)» der in begrenztem Umfang ein Entweichen des Druckgases aus der Kammer zuläßt, wobei der Trennwandkörper (25) durch gesehmr¹-zenes Metall zerstörbar ist, dessen Fluß ingang-gesetzt wiru» wenn das Druckgas mit der heißen Metallhaut reagiert.

6, Steuerschieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangskanal (22) in dem Steuerschieber (i8) ein dickwandiges Rohr aufweist, das auf das ,Haus der Kammer eindringende geschmolzene Metall eine Abkühlungswirkung ausübt·

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7. Steuerschieber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Rohr (22) vorhandene Gasströmungsquerschnitt größer ist als der für das entweichende Gas zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt.

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