DE2737123C2 - Feuerfestes Erzeugnis zum Ausbilden eines Durchtrittes beim Abgießen einer Metallschmelze - Google Patents

Description

dengießendes Gießgefaß mit einem Sperrschieber, der mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Düse versehen ist.

In Fig. 1 ist die Unterseite eines Gießgefäßes 10 von allgemein bekannter Konstruktion dargestellt, welches zur Aufnahme einer Metallschmelze bestimmt ist. Das Gefäß 10 umfaßt eine Metallwand 12 mit einer feuerfesten Auskleidung 14_; wobei sowohl die Metallwand als auch die Auskleidung im Bereich des Gefäßbodens mit geeignet fluchtenden Öffnungen 16 bzw. 18 versehen sind, so daß die Metallschmelze durch den Gefäßboden abgegossen werden kann. Ein im wesentlichen zylindrischer Bohrungsfutterblock 12 ist in der im Bereich der feuerfesten Auskleidung ausgebildeten Öffnung 18 angeordnet und wird von einer Bohrung 22 durchsetzt, die an ihrem oberen Ende in eine aufwärtsgerichtete kegelförmige Ausnehmung 24 übergeht. Die Bohrung 22 steht mit dem Inneren des Gefässes in Verbindung und bildet einen Teil des aus dem Gefäß herausführenden Gießpfades. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sowie bei Ausführungsformen, wo ein intermittierendes Öffnen oder Schließen der Gießöffnung beabsichtigt ist. kann eine Stopfstange 26 herkömmlicher Baum so r.ngeordnet sein, daß sie mit ihrem unteren Ende dichtend in Anlage an den Futterblock 20 bringbar ist, urn so ein Öffnen und Schließen des Gießkanals zu gestatten.

Ein aus Feuerfestmaterial bestehendes Düsen-Einsatzteil 28 nach der Erfindung ist mit einer Einrichtung versehen, die das Befestigen in der Futterblockbohrung 22 gestatten. Wie am besten den F i g. 2 und 3 zu entnehmen, umfaßt das Düsen-Einsatzteil 28 einen Körper mit im wesentlichen hohlzylindirscher Gestalt. Die Außenwand dieses Körpers besitzt einen unteren Abschnitt 30. der im Vergleich mit dem oberen Abschnitt 32 des Körpers einen etwas verringerten Durchmesser aufweist, wodurch ein ringförmiger Bund oder eine ringförmige Schulter 34 zwischen den Enden des Einsatzteils gebildet ist, was ein Einfügen in eine komplementär im Futterblock 20 ausgebildete Schulter gestattet. Es versteht sich jedoch, daß auch andere Einrichtungen als die dargestellte Schulter vorgesehen werden können, um das Einsatzteil 28 innerhalb des Gefäßes zu befestigen. Vorzugsweise wird das Düseneinsatzteil 28 mit Hilfe von Zement oder dergl. im Futterblock 20 fixiert.

Der Körper des Einsatzteils 28 ist mit einer Axiaibohrung versehen, die einen unteren Abschnitt 36 und einen oberen Abschnitt 38 besitzt, welche zwecks Definierung des Durchtrittskanals für das Metall aus dem Gießgefaß zusammenwirken. Eine ringförmige, relativ dünnwandige Scheibe 40 ist einstückig im Strömungskanal des Einsatzteils ausgebildet und steht radial aus der Durchtrittswandung sowie in Querrichtung zu deren Achse vor. Wie der Zeichnung zu entnehmen, ist die Scheibe 40 zwischen den Enden der Bohrung angeordnet und wirkt als Teiler zwischen den oberen und unteren Bohrungsabschnitten 36 bzw. 38. Eine Bohrung 42 durchsetzt die Scheibe 40 und bildet darin eine den Durchfluß begrenzende Blendenöffnung.

Die Scheibe 40 ist so dünn wie praktisch möglich ausgebildet, aber in jedem Fall soll sie eine Dicke besitzen, die nicht größer ist als das Doppelte des Durchmessers der darin ausgebildeten Blendenöffnung 42. Die obere Oberfläche 44 der Scheibe 40 ist so gestaltet, daß die Einlaßkante 40 der Blendenöffnung 42 scharfkantig ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche 44 im wesentlichen senkrecht zur Bohrungsachsc der Öffnung 42 unJ unter rechten Winkeln zu deren Wandung ausgebildet. Die Wandung der Blendenöffnung 42 kann gegebenenfalls nach unten divergierend ausgebildet sein, wobei jedoch bei einer solchen Gestaltung die Einlaßkante 48 rascher codiert wird, aus welchem Grunde die genannte Gestaltung nur für Ausnah mefälle geeignet erscheint.

Es ist ersichtlich, daß sich aus der erfindungsgemäßen Ausbildung des Gießkanals, durch welchen schmelzflüssiges Metall, insbesondere aluminium-beruhigte Stähle aus einem Gießgefaß strömen, gewisse Vorteile mit sich

bringt. Zunächst ist wegen der begrenzenden Öffnung, d. h. der Blendenöffnung 42. die in der beschriebenen Weise in einem dünnen, scheibenartigen Glied ausgebildet ist, die Gefahr der Verstopfung oder Beeinträchtigung des Strömungsdurchtrittes durch oxidische Ein-Schlüsse praktisch beseitigt. Dieser Vorteil ergibt sich daraus, daß in einer dünnen Scheibe, d. h. einer Scheibe mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von nicht mehr als 2, die Anordnung einer den Einlaß zur Blendenöffnung definierenden scharfen Kante den Strom des fließenden Metalls zu einer Verengung oder Einschnürung zwingt, wie durch die Strömungslinien in Fig. 1 angedeutet. Eine solche Ersr-dnung wird gewöhnlich als »vena contracta« bezeichnet. Die Verengung der Strömungslinien wird dadurch gefördert, daß die Oberfläche 44 senkrecht zur Achse der Blendenöffnung 42 verläuft, wodurch dem sich der Öffnung nähernden Schmelzenfluß eine signifikante radial einwärts in Richtung zur Achse der Öffnung gerichtete Geschwindigkeitskomponente erteilt wird. Da die Wan-

JO dung der Blendenöffnung kürzer ist als die Strecke, auf welcher der eingeschnürte SchmelzenstiOin wieder zu seinem normalen Durchmesser zurückkehrt, kommt es nicht zu einer Berührung der Wandung durch das strömende Metall und demzufolge nicht zur Ausbildung einer Grenzschicht im Bereich der Wand, innerhalb welcher sich Einschlüsse ansammeln könnten. Um die Ausbildung der »vena contracta« sicherzustellen, sollte der äußere Umfang der oberen Oberfläche 44 des Gliedes 40. die senkrecht zur Bohrungsachse verläuft, mit einem Durchmesser von nicht weniger als etwa dein l.4L;chen des Durchmessers der Öffnung 42 versehen sein, wobei der Durchmesser vorzugsweise nicht kleiner als etwa das Doppelte des Öffnungsdurchmessers beträgt. Außerdem wird das Material um die Blendenöffnung wegen der Dünnheit des Gliedes 40. welches die Durchfluß-Begrenzungsblende 42 enthält, rasch auf die Temperatur des schmelzflüssigen Metalls gebracht, so daß übermäßige Wärmeverluste.die zu sogenannten Anfiierungserschcinungen an der Öffnung führen können, vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus dem Umstand, daß oberhalb des scheibenförmigen Gliedes 40 der obere Bohrungsabschnitt 38 in Form eines exakt kreisförmigen Zylinders angeordnet ist. da somit eine s'hochtartige Kammer gebildet ist. die sich strömungsmäßig unmittelbar oberhalb der Blendenöffnung 42 befindet. Diese Kammer erfüllt einen zweifachen Zweck. Erstens dient sie zur Dämpfung gegebenenfalls in dem schmelzflüssigen Bad entstehenden Turbulen-

bo zen, was innerhalb des Gießgefäßes beispielsweise als Folge der Zufuhr von weiterem Metal! aus einer Vorratspfanne oder dergl. in das Gießgefäß erfolgen kann. Die Kammer kann solche Vorgänge ausgleich-,-η und beseitigt somit den schädlichen Effekt, den Turbulenzen

b5 innerhalb des Schmelzbades auf die Aufreclitcrhaluing der »vena contracta« auf den Strom des schmelzflüssigen Metalls ausüben, welches durch die Blendenöffnung hindurchsirömt. solange der Durchmesser dos Boh-

riingsabschnities 38 nicht größer ist als das jfaehe seiner Tiefe. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser etwa 2.

Zweitens liefert die durch die Wand des Bohrungsabschnittes 38 an dessen Schnittlinie mit der Oberfläche 44 des Gliedes 40 definierte Kammer einen Raum in dem unteren Hereich der Bohriingsabschnittsumgebung. aber hinreichend entfernt von der Blendenöffnung 42. in welchem der Ru(3 des Metalls relativ stagnierend ist, wodurch oxidische Einschlüsse /um Absetzen neigen.

Dadurch, daß dieser Abschnitt des Strömungskanals in der beschriebenen Weise dimensioniert ist, besitzt der so verfügbar gemachte Raum ein geeignetes Volumen, um die ausgeschiedenen Einschlüsse aufzunehmen, ohne daß diese wahrend der Lebensdauer der Vorrichtung in die Durchfluüöffnung 42 eintreten oder dieselbe störend beeinflussen.

Wie der Zeichnung zu entnehmen, ist der untere Bohrungsabschnitt 36 bei der beschriebenen Anordnung mit

ein Hund /ur Befestigung eines Düsen-fünsatzstückcs 2i darin gebildet ist. was im wesentlichen der in Verbindung mit den F i g. I bis J beschriebenen Konfiguration entspricht.

200 t-Siahlchargen mit 0.03 bis 0,05 Gew.-% Aluminium sind in einer Stranggußanlage aus einem Gefäß ver gössen worden, welches mit einem Sperrsehieberorgi'r versehen war. das ein Düsen-Einsatzstück nach der Erfindung besaß, wobei dessen Blendenöffnung einet! Durchmesser von etwa 35 mm besaß. Der Gießvorgang zeichnete sich aus durch eine im wesentlichen konstante Gießgeschwindigkeit über die gesamte Gießdauer, die typischerweise 60 min oder langer dauerte. Im Gegensatz dazu, führte die Verwendung einer herkömmlichen Ausflußdüse bei einer identischen Anlage zu einer ra sehen Abnahme der Gießgeschwindigkeit (wahrend einer Gießdauer von lediglich 10 min Dauer wurden Verminderungen der Gießgeschwindigkeit um 30.5 bis 38 cm/min beobachtet. Das gute Abschneiden der erst

ist als der Durchmesser des oberen Abschnittes 38. Dadurch, daß dieser Bohrungsabschnitt in der dargestellten Weise gestaltet ist, ist hinreichend Material unterhalb des Gliedes 40 vorgesehen, um demselben als Halterung oder Fundament zu dienen. Die Wandung dieses Bohrungsabschnittes sollte jedoch nicht so dicht an der unteren Kante 49 der Blendenöffnung 42 angeordnet sein, daß eine Oberfläche entsteht, die mit dem schmelzflüssigen Material in Berührung gelangt, welches aus der Blendenöffnung austritt. jo

Fig.4 der Zeichnung stellt eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Düsen-Einsatzteils 28 dar, welches in einem Sperrschieberorgan eines für das Stranggießen verwendeten Trichtergefässes 50 vorgesehen ist. Das Gefäß 50, dessen Bodenabschnitt in der j5 Figur dargestellt ist, besitzt eine Metallwand 52 mit einer feuerfesten Auskleidung 54. Der aus dem Gefäß herausführende Strömungskanal besteht aus einer Bohrung 56 in einem Futterblock 58. Ein allgemein mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnetes Sperrschieberorgan ist -to mit Hilfe einer Befestigungsplatte 62 am Gefäßboden angeordnet. Ein Sperrschieberorgan der in Rede stehenden Art ist im einzelnen in der US-PS 37 79 424 beschrieben. Um das Notwendigste zum Verständnis dieser Erfindung darzulegen, sei die Sperrschiebervorrichtung als mit einer ortsfesten Deckelplatte 64 versehen beschrieben, weiche mit einer Öffnung 66 versehen ist. die mit der Futterblockbohrung 56 und zwei einander gegenüberliegend im Abstand angeordneten parallelen Schienen 68 versehen ist, die unterhalb der Deckelplatte befestigt sind, um mit Metall überzogene feuerfeste Paneele oder .Schieber 70 oder 70a verschieblich zu führen. Die Schieber 70 und 70a werden aufeinanderfolgend aus einer unterhalb der Öeckelplattenöffnung 66 gelegenen Stellung mit Hilfe eines hydraulischen Operators 72 betätigt, der aus einem Fluidmotor 74, einem Stempel 76 und einem Betätigungsstab 77 besteht. Einige dieser Schieber, nämlich die mit den Bezugszeichen 70 versehenen, sind unbearbeitet und weisen keine Öffnung für den Durchtritt der Metallschmelze auf. Diese Schieber dienen in ihrer Arbeitsstellung zum Absperren des Metallflusses aus dem Trichtergefäß 50. Andere, mit dem Bezugszeichen 70a bezeichnete Schieber sind mit einet Axialbohrung 78 versehen, die den Strömungskanal für das aus dem Gefäß austretende Metall darstellt. Wie in F i g. 4 dargestellt, ist die im Schieber 70a ausgebildete Bohrung 78 mit durchmessermäßig unterschiedlichen Abschnitten versehen, so daß eine Schulter oder daß die Akkumulation von oxidischen Einschlüssen durch Verwendung des Düsen-Einsatzteiles auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Es versteht sich, daß zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen der dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele ohne erfinderisches Zutun möglich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Feuerfestes Erzeugnis zum Ausbilden eines Durchtrittes beim Abgießen einer Metallschmelze aus einem Schmelzgefäß mit einem den Durchtritt für die Metallschmelze in Form einer Durchgangsbohrung aufweisenden Körper, einer in der Durchgangsbohrung angeordneten Scheibe mit ebener Oberfläche, wobei die Scheibe eine Blendenöffnung und eine Dicke aufweist, welche nicht größer ist als etwa das Zweifache des Blendenöffnungsdurchmessers, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (44) der Scheibe (40) axial vom Einlaßende der Durchgangsbohrung in einem hinreichenden Abstand angeordnet ist, um einen strömungsaufivärts der Blendenöffnung (42) liegenden Bohrungsabschnitt (38) mit einem Verhältnis aus Tiefe zu Durchmesser zu bilden, welches im Stande ist, einen Bereich strömungsmäßiger Stagnation in diesem Bohrungsahschnitt auszubilden, um turbulente Strömungen zu dämpfen und den Metallfluß durch die Blendenöffnung zu stabilisieren,

2. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere ebene Oberfläche (44) der Scheibe (40) einen Durchmesser von nicht weniger als dem l,4fachen des Durchmessers der Blendenöffnung (42) aufweist.

3. Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strörpungsaufwärts gelegene Bohrungsabschnitt (38) ein Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser von nicht weniger als 'Λ aufweist.

4. Erzeugnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der strönungsa;-'wärts gelegene Bohrungsabschnitt (38) einen Durchmesser von nicht mehr als dem 5fachen des Dui 'imesscrs der Blendenöffnung (42) aufweist.

5. Erzeugnis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsaufwärts gelegene Bohrungsabschnitt (38) einen doppelt so großen Durchmesser aufweist wie die Blendenöffnung (42).

6. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (40) zwischen den Enden der Bohrung angeordnet ist. um einen strömungsab wärts der Scheibe ausgebildeten weiteren Bohrungsabschnitt (36) zu bilden.

7. Erzeugnis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der strömungsaufwärts gelegene Bohrungsabschnitt (38) einen größeren Durchmesser aufweist als der Strömungsabwärts der Scheibe (40) gelegene Bohrungsabschnitt (36).

8. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (40) einstückig mit dem die Durchgangsbohrung aufweisenden Körper (28) ausgebildet ist.

9. Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenoberfläche des Körpers Einrichtungen (34) vorgesehen sind, mit deren Hilfe der Körper in bezug auf das Schmdzgefäß befestigbar ist.

10. Erzeugnis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper als hohler Rotationskörper ausgebildet ist und daß die Befestigungseinrichtung eine ringförmige Schulter (34) aufweist, welche um die Außenoberfläche des Körpers verläuft.

Die Erfindung geht aus von einem feuerfesten Erzeugnis zum Ausbilden eines Durchtrittes beim Abgießen einer Metallschmelze aus einem Schmelzgefäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein derartiges feuerfestes Erzeugnis ist bereits aus der GB-PS 12 95 169 bekannt.

Diese Veröffentlichung zeigt in F i g. 3 eine Trennscheibe, welche eine Blendenöffnung im Durchtritt einer Metallschmelze aufweist. Diese Trennscheibe hat

to eine ebene obere Oberfläche und verfügt über e'ne Dikke in bezug auf den Durchmesser der Blendenöffnung, welche das Ausbilden einer scg. »Vena Contraeta« in dem durch die Blendenöffnung hindurchtretenden Metallschmelzenstrom hervorruft. Dieses hat zur Folge, daß die Metallschmelze außer Kontakt mit den Wandungen der Blendenöffnung gehalten wird. Weil das schmelzflüssige Metall nicht mit den Blendenöffnungswandungen in Kontakt tritt, wird das unerwünschte Abscheiden von Metalloxiden an den Blendenöffnungswandungen verhindert, wodurch einem allmählichen Zusetzen der Blendenöffnung vorgebeugt wird.

Das aus der genannten Veröffentlichung bekannte feuerfeste Erzeugnis weist jedoch den Nachteil auf, daß der durch die Blendenöffnung hindurchgehende Fluß schmelzflüssigen Materials aufgrund von Turbulenzen instabil wird, welche sich innerhalb des Schmelzgefäßes in dem Schmelzbad ausbilden. Diese Turbulenzen im Schmelzgerfäß führen dazu, daß der durch die Blendenöffnung hindurchgehende Schmelzfluß Lateralbewegungen ausführt, welche wiederum zur Folge haben, daß der Metallfluß doch die Blendenöffnungswandungen berührt, wodurch es zum unerwünschten Ausbilden von oxidischen Ansätzen an den Blendenöffnungsbwänden kommt, welche mit der Zeit den Durchflußquerschnitt der Blendenöffnung herabsetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die aus der GB-PS 12 95 169 bekannte Einrichtung so zu verbessern, daß zuverlässig eine ungestörte Ausbildung der »Vena Con'.racta« im Bereich der Blendenöffnung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Ansnpruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie daraus, daß strömungsmäßig oberhalb der Blendenöffnung ein Bereich beruhigter Strömung (stagnierender Strömung) ausgebildet wird, in welchem die gegebenenfalls noch wirksamen Turbulenzen des schmelzflüssigen Materials gedämpft werden. Dadurch, daß solcherart schädliche Strömungsturbulenren beseitigt werden, vermag das schmelzflüssige Material in Form eines stabilen Durchflußes durch die Blendenöffnung liindurchzutreten. was wiederum zur Folge hat, daß das schmelzflüssige Material beim Durchgang durch die Blendenöffnung nicht in Berührung mit deren Wandungen gelangt.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und unter bezug auf die Zeichnung

näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 einen teilweise Vertikalschnitt durch ein bodengießendes Gießgefäß, welches mit dem feuerfesten Gießdurchtritt versehen ist,

Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines solchen Gießdurchtritts,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Gießdurchtritt gemäß F i g. 2 und

Fig. 4 einen teilweisen Vertikalschnitt durch ein bo-