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Einlegekörper zum Schutz der Aufprallfläche eines
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Gießstrahls in einem metallurgischen Gefäß.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Einlegekörper zum Schutz der
Aufprallfläche eines Gießstrahls in einem metallurgischen Gefäß, insbesondere in
einem Zwischenbehälter für den Strangguß, mit den Aufprallbereich umgebenden Begrenzungen,
mittels deren-die von der Aufprallfläche wegschießende und wegspritzende Schmelze
zurückhaltbar ist.
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Beim Vergießen von Stahlschmelzen treten teilweise beträchtliche
Fallhöhen des Gießstrahles auf, die bewirken, daß das feuerfeste Material des metallurgischen
Gefässes im Aufprallbereich stark auf Erosion beansprucht wird. FUr Zwischenbehälter
beim Stranggießen sind Prallsteine bekannt, die im wesentlichen aus einem feuerfesten
Material (Tonerde mit mehr als 70% Aluminiumoxid, Magnesit u. dgl.) Zusätzen wie
beispielsweise SiC und einem keramischen Bindemittel bestehen. Sie besitzen ein
hohes Raumgewicht und gewährleisten daher einen hohen Erosionswiderstand,
haben
aber den Nachteil, daß sie eine hohe Wärmekapazität und insbesondere einen hohen
WärmeUbergangswert aufweisen, so daß die feuerfeste Zustellung in der Umgebung des
Prallsteins übermäßig aufgeheizt wird.
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Ein weiterer wesentlicher Nachteil der glatten Prallsteine besteht
darin, daß die Schmelze beim Gießen ungehindert zur Seite wegschießt und sehr stark
verspritzt. Wenn die verspritzten Tropfen auf die Wand des metallurgischen Gefässes
gelangen und dort erstarren und anschließend von der Schmelze wieder erreicht und
mitgenommen werden, so ergeben sich, wenn die erstarrten Tropfen nicht vollständig
wieder aufschmelzen,Fehler im Gefüge.
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Es ist nun bereits bekannt, auf den Boden einer Kokille ein Stahlwollekissen
zu legen oder dort eine Schicht Vermikulit hineinzugeben
dann durch die Stahlwolle bzw. die Schicht hindurchgegossen, wordurch der Metallstrahl
gedämpft wird.
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Diese Maßnahmen sind aber vornehmlich nur bei Gießbeginn bzw. jedenfalls
nur für metallurgische Gefäße mit begrenzter Gießdauer wie Kokillen wirksam.
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Bei längeren Gießdauern, mit denen bei den Zwischenbehältern im Strangguß
zu rechnen ist, würden die Stahlwolle und auch der Vermikulit vorzeitig weggeschmolzen
sein.
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Aus der französischen Patentschrift 864 420 ist ein den Querschnitt
einer Kokille im wesentlichen ausfüllender Ring aus feuerfestem Material bekannt,
in dem hinein der Gießstrahl gerichtet wird. Diese Ausführungsform entspricht der
eigangs genannten Art. Der Innenumfang des Ringes bildet Begrenzungen,
die
die wegspritzende Schmelze zurückhalten und daran hindern, auf die kalte Kokillenwand
zu gelangen. Der Ring schwimmt beim Füllen der Kokille mit hoch und entfaltet seine
Wirksamkeit während des gesamten Gusses. Allerdings läßt sich wegen des notwendigerweise
großen offenen Querschnitts des Ringes nicht immer vermeiden, daß doch gewisse Anteile
der Schmelze aus dem Inneren des Ringes herausspritzen. Die Öffnung des Ringes kann
nicht wesentlich enger gemacht werden, weil sonst bei einem unruhigen Gießstrahl
oder bei einem nicht genau in der Mitte der Kokille verlaufenden Gießstrahl dieser
auf den Rand des Ringes gelangen und dort stark verspritzen würden.
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Ein hochschwimmender Einlegekörper bei Kokillen ist auch in der österreichischen
Patentschrift 253 710 beschrieben. Der eigentliche Körper hat die Form einer Schüssel
mit eingezogenem Rand.
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Durch den eingezogenen Rand soll ein toroidförmiger Wirbel gebildet
werden, der dem Gießstrahl seine kinetische Energie nehmen soll. Wenn aber die Schüssel
mit Schmelze gefüllt ist, fällt der Gießstrahl frei in die Schmelze, so daß es doch
wieder zu einem Verspritzen kommt.
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Ein schüsselförmiger Körper ist auch aus der deutschen Offenlegungsschrift
20 20 713 bekannt, allerdings nicht für einen freifallenden Gießstrahl sondern für
einen in einer Zwangs führung in Gestalt eines in die Schüssel hineinreichenden
Tauchrohrs geführten Gießstrahl. Das Problem des Verspritzens tritt hierbei also
nicht auf.
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Die Erfindung hat die Aurgabe, einen Fu legekörper der eingangs genannten
Art so auszugestalten, daß bei nur geringem Wärmeübergang aus der Schmelze heraus
das Verspritzen eines frei fallenden Gießstrahls sicherer verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einlegekörper
die Form eines Rostes aus wärmeisolierendem feuerfestem Material mit wabenartignebeneinander
angeordneten , nach oben und unten offenen Ausnehmungen aufweist.
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Der Rost besteht praktisch nur aus Stegen, so daß er keine große
Wärmekapazität aufweist und wegen des wärmeisolierenden Materials bei Gießbeginn
auch keine nennenswerte Wärme in die umgebenden Bereiche der Zustellung gelangen
läßt.
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Dadurch, daß mehrere Ausnehmungen vorhanden sind, liegen die durch
den Innenumfang der einzelnen Ausnehmung gegebenen Begrenzungen immer recht nah
an der Auftreffstelle des Gießstrahls, so daß ein Verspritzen aus dem Einlegekörper
heraus erschwert ist.
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Da die Ausnehmungen von unten offen sind, füllt sich der Einlegekörper
nicht vollständig, weil die Schmelze stets nach unten abläuft. Der Einlegekörper
kann am Boden des metallurgischen Gefässes verkeilt werden oder rrei sein. Im ersteren
Fall ist er natürlich nur wirksam, solange der Füllstand der Schmelze nicht wesentlich
über seinen oberen Rand liegt.
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Im zweiten Fall schwimmt der Einlegekörper mit hoch und ragt infolge
seines geringeren spezifischen Gewichtes aus der Schmelzenoberfläche heraus, so
daß er während des ganzen Gusses in der gleichen Weise wirksam bleibt wie am Boden.
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Ein weiterer Vorteil, der durch die Vielzahl und die damit einhergehende
geringe Querschnitts ausdehnung der Ausnehmungen zustande kommt und der sich besonders
bei auf dem Boden aufliegenden Einlegekörper auswirkt, ist der daß die von der Auftreffstelle
wegschießende Schmelze nicht mit großer Geschwindigkeit ttber große Flächen parallel
zum Boden strömt, wodurch die starke Erosion zustande kommt. Das Abströmen wird
vielmehr in unmittelbarer Nähe der Auftreffstelle durch die dort befindliche Begrenzung
der jeweiligen Ausnehmung aufgehalten.
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Schließlich ist noch wesentlich, daß die Wirksamkeit des Einlegekörpers
bei veränderlichen Auftreffstellen des Gießstrahls erhalten bleibt.
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Es kommt also nicht darauf an, daß der Gießstrahl genau an einer bestimmten
Stelle niederkommt. Auch bei unruhigem Gießstrahl oder bei mehreren aufeinanderfolgenden,
an verschiedenen Stellen auftreffenden Gießstrahlen behält der Einlegekörper seine
volle Wirksamkeit. Seine Größe wird zweckmäßig so gewählt, daß er die ganze Fläche
überdeckt, auf der der Gießstrahl überhaupt niedergehen kann.
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Der Querschnitt der einzelnen Ausnehmung kann praktisch beliebig
gewählt werden. Aus geometrischen Gründen und um mit möglichst schmalen Stegen auszukommen,
werden einfache geometrische Formen wie Quadrate, Sechsecke u. dgl. zu bevorzugen
sein.
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Die Ausnehmungen können sich auch nach oben oder unten verjüngen.
Der Innenraum bildet dann entsprechend gerichtete Pyramiden oder Kegelstümpfe. Nach
oben sich verjüngende Ausnehmungen besitzen durch die Schrägstellung ihrer Wände
den Vorteil, daß die zur Seite spritzende Schmelze vorwiegend nach unten reflektiert
wird. Nach unten sich verjüngende Ausnehmungen können mit besonders schmalen Stegen
versehen werden, so daß also das Verspritzen durch das Auftreffen des Gießstrahls
auf die Stege zwischen den Ausnehmungen geringgehalten werden kann.
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Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, wenn der Einlegekörper
eine Dicke von lo bis 200 mm, vorzugsweise von 40 bis loo mm aufweist.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt;
Fig. 1 zeigt eine Ansicht des Einlegekörpers von oben; Fig. 2 zeigt einen Schnitt
nach der Linie II-II in Fig. 1; Fig. 3 zeigt einen entsprechenden Schnitt durch
eine andere Ausführungsform.
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Der in Fig. 1 dargestellte Einlegekörper lo besteht aus einem rechteckigen
Rost mit wabenartig nebeneinander angeordneten Ausnehmungen 1, die in dem Ausführungsbeispiel
quadratischen Grundriß haben und sich, wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, nach unten
hin, d.h. gegen den die Aufprallfläche 3 bildenden Boden 2 des metallurgischen Gefässes
hin verjüngen. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1
handelt es
sich um einen rechteckigen Einlegekörper mit vier Ausnehmungen 1 in der einen und
fünf in der anderen Richtung. Die zwischen den Ausnehmungen 1 verbleibenden Stege
4 sind im Verhältnis zur Ausdehnung der Ausnehmungen schmal, damit der Gießstrahl
vorwiegend in die Ausnehmungen eintrifft.
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Das wärmeisolierende feuerfeste Material kann dem Wärmeisolationsmaterial
entsprechen, wie es in Form von Platten zur Blockkopfisolierung und zur Auskleidung
von Zwischenbehältern für Stranggußanlagen verwendet wird. Es besteht aus einem
feuerfesten körnigen Füllstoff (Quarz, Schamotte u.dgl.), organischem und/oder anorganischem
Fasermaterial (Papierfasern, Asbestfasern, Gesteinswolle, Schlackenwolle, Aluminiumsilikatfasern
u.dgl.) und Zusätzen wie beispielsweise Leichtstoffe und Bindemitteln.
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Die Stege 4 des Einlegekörpers lo bilden mit ihren Seitenwänden Begrenzungen
5, auf die die von der Aufprallfläche 3 des Gießstrahls 6 parallel zu der Aufprallfläche
3 wegschießende Schmelze sogleich trifft und von denen sie zurückgehalten und umgelenkt
wird, wie es bei 7 in Fig. 3 dargestellt ist. Es kann also nicht der Fall eintreten,
daß über ein und dieselbe Stelle der Aufprallfläche 3 immer Keder aus dem Gießstrahl
6 nachgelieferte sehr heiße Schmelze parallel hinwegschießt, was sonst zu der starken
Erosion führt. Die Umlenkungen der Schmelze in dem Einlegekörper lo ergeben Turbulenzen,
die
die dem Gießstrahl 6 seine kinetische Energie entziehen, so
daß er langsam zur Seite hin abströmt. Bereits in den Ausnehmungen 1 des Einlegekörpers
lo befindliche Schmelze bildet eine Art Polster, die die aus dem Gießstrahl 6 nachgelieferte
Schmelze daran hindert, unmittelbar auf die Aufprallfläche 3 zu gelangen und dort
ihre erodierende Wirkung voll ausüben zu können.
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Der Einlegekörper lo' nach Fig. 3 unterscheidet sich nur dadurch
von dem Einlegekörper lo nach Fig. 2, daß die Ausnehmungen 1' sich nach oben verjüngen,
so daß die Begrenzungen 5' nach innen genagt sind und auf die Begrenzungen 5' auftreffende
Schmelze bevorzugt nach unten abgelenkt wird, wie es bei 8 schematisch angedeutet
ist.
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Bei dem Boden 2 kann es sich sowohl um den Boden einer Kokille als
auch beispielsweise um den Boden eines Zwischenbehälters im Strangguß handeln. Im
letzteren Fall wird der Einlegekörper 1o, lo' vorzugsweise am Boden festgekeilt,
weil die Füllstandshöhe in dem Zwischenbehälter nicht sehr groß ist und es in erster
Linie derum geht; die erodierende Wirkung des Gießstrahls 6 zu unterbinden, was
nur möglich ist, wenn der Einlegekörper lo, lo' am Boden verbleibt. In einer Kokille
jedoch kann der Einlegekörper lo, lo' hochschwimmen, weil hierbei die Füllstandshöhe
wesentlich größer und es nur zu Beginn des Gusses darauf ankommt, die Verhältsnisse
am Boden zu beherrschen.
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Der Einlegekörper hat sich in Versuchen bewährt.
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In einem plattenausgekleideten Zwischenbehälter für Stranggußanlagen,
der im Aufprallbereich des Gießstrahls mit einem hochfeuerfesten Prallstein belegt
war, wurde ein erfindungs gemäß er Einlegekörper auf dem Prallstein verkeilt, wobei
die Anordnung der der Fig. 2 entsprach. Nach dem Gießen von 50 to Stahl über eine
Gießdauer von 45 Min. konnte festgestellt werden, daß die Auswaschung der Aufprallfläche
3 des Prallsteins auf ein Minimum reduziert war.
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Ein weiterer plättenausgekleideter Zwischenbehälter wurde im Aufprallbereich
des Gießstrahles zunächst mit einer Wärmeisolierplatte ausgelegt und diese dann
mit einem Einlegekörper in der Anordnung nach Fig. 3 abgedeckt. Nach dem Gießen
unter den gleichen Gießbedingungen wie im ersten Versuch konnte festgestellt werden,
daß die unter dem Einlegekörper lo' befindliche Wärmeisolierplatte ebenso gering
beansprucht war, wie der Prallstein im ersten Versuch.
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L e e r s e i t e