DE2830840A1

DE2830840A1 - Verfahren zum automatischen giessen von geschmolzenem metall beim stranggiessen

Info

Publication number: DE2830840A1
Application number: DE19782830840
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Kobatake; Masahisa Tate; Tetsuya Yoshiwara
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1977-07-13
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1979-01-25
Also published as: DE2830840B2; GB2001154A; JPS6056580B2; US4284214A; GB2001154B; JPS5418419A; BR7804416A

Description

- 4 - U.Z. 858.5

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NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA 1-2 Marunouchi - 1 - chome,

Chiyoda - ku
TOKIO - JAPAN

VERFAHREN ZUM AUTOMATISCHEN GIESSEN VON GESCHMOLZENEM METALL BEIM STRANGGIESSEN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Gießen von geschmolzenem Metall beim Stranggießen. Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Metall aus einer Gießpfanne in eine Zwischenpfanne beim Stranggießen wird eine einzige Düsenöffnung verifendet und der Pegel der Schmelze in der Zwischenpfanne wird durch gedrosseltes Gießen gesteuert, bei dem der Öffnungsquerschnitt der Düse verändert wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens nach dem Stand der Technik besteht darin, daß das geschmolzene Metall beim gedrossel-

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ten Gießen eine schirmähnliche Strömung ergibt, wie weiter unten beschrieben wird, was unvermeidlich zur Oxydation des geschmolzenen Metallstroms durch die Luft führt, und der schwerwiegendste Nachteil des gedrosselten Gießens liegt in der verkürzten Lebensdauer des feuerfesten Steins, das heißt des Stammplattensteins, des Gleitplattensteins etc. aufgrund der Beschädigungen ihrer Teile rund um die Düsenöffnung.

Der Erfinder hat durch Experimente entdeckt, daß das gedrosselte Gießen nach dem Stand der Technik mit einer einzigen Düsenöffnung zur Bildung einer Vielzahl von großen Einschlüssen in den Gußplatten führt, und daß das Gießen mit voll geöffneter Düse ohne Drosselung eine sehr starke Reduzierung des Lufteinschlusses im geschmolzenen Metallstrom mit sich bringt und dadurch die Oxydation des strömenden Metalls durch die eingeschlossene Luft verhindert und die Bildung von großen Einschlüssen in den Gußplatten reduziert. Es wird angenommen, daß dies auf die nachstehend angegebenen Ursachen zurückzuführen ist. Nach dem Stand der Technik wird beim gedrosselten Gießen praktisch die gleiche oder eine verschiedene Düsenöffnung für die Stammplatte und die Gleitplatte gewählt, und die Mittelpunkte der Düsenbohrungen werden gegeneinander versetzt, um den wirksamen Öffnungsquerschnitt zu verändern. Dadurch wird, beim Durchfließen der versetzten Teile das geschmolzene Metall in der Umgebung der versetzten Teile verwirbelt, so daß der Schmelzverlust der feuerfesten Steine begünstigt und die Strömungslinie des geschmolzenen Metalls gestört wird, was sich auf den Fluß des geschmolzenen Metalls unmittelbar unter der Düse störend aus-

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wirkt. Dagegen wird angenommen, daß beim Gießen mit voll geöffneter Düse kein Lufteinschluß im geschmolzenen Metall stattfindet, da hierbei das geschmolzene Metall nicht verwirbelt wird und die Strömungslinien nicht gestört werden, so daß das geschmolzene Metall in ungestörter Strömung fließt. Diese Bedingungen werden unter Bezugnahme auf Fig. 11 erklärt, die nach der Fotografie einer Schnellbildkamera gezeichnet wurde und die Strömungsbedingungen des geschmolzenen Metalls unter der Gießpfannendüse zeigt, wobei Fig. 11 (A) den Zustand bei einer voll geöffneten Düse mit einem Düsendurchmesser von 50 mm zeigt, während Fig. 11 (B) den Zustand mit einer gedrosselten Düse (70 % geöffnet) mit einem Düsendurchmesser von 70 mm wiedergibt. Wie aus diesen Figuren zu ersehen ist, ergab sich beim Gießen mit voll geöffneter Düse keine Störung des geschmolzenen Metallstroms, während beim gedrosselten Gießen eine beträchtliche Störung des geschmolzenen Metallstroms eintrat.

Es ist demnach wesentlich für die Erzeugung von Qualität sgußplatten, eine drehbare Düsenanordnung mit einer Zahl von Düsen mit verschiedenen Durchmessern zu verwenden, die während des.- gesamten Gießvorgangs die erforderliche Durchflußgeschwindigkeit für das Gießen des geschmolzenen Metalls von einer Gießpfanne in eine Zwischenpfanne sicherstellen, indem wahlweise eine dieser Düsen voll geöffnet wird und das geschmolzene Metall mit normaler Strömung ausfließen läßt.

Durch die Erfindung sollen die oben genannten Nachteile ausgeschaltet und ein Verfahren zum automatischen

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Gießen von geschmolzenem Metall geschaffen werden, bei dem während des Gießens des geschmolzenen Metalls aus der Gießpfanne in eine Zwischenpfanne beim Stranggiessen die Oxydation des geschmolzenen Metalls durch die Luft verhindert und dadurch die Qualität der Gußplatten verbessert wird. Desgleichen soll dieses Verfahren den Schmelzverlust der feuerfesten Steine wie z.B. der Stammplatten, der Gleitplatten etc., reduzieren und eine längere Nutzungsdauer der Steine sicherstellen sowie die Zahl der erforderlichen Arbeitskräfte verringern und den Tätigkeitsbereich für die Bedienperson der Gießpfanne erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verfahren zum automatischen Gießen von geschmolzenem Metall aus einer Gießpfanne in eine Zwischenpfanne beim Stranggießen unter Verwendung einer drehbaren Düsenanordnung geschaffen wird, wobei die drehbare Düsenanordnung an der Gießpfanne befestigt ist, um den Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne innerhalb einer oberen und unteren Grenze bezüglich eines vorbestimmten Bezugspegels zu halten, und die drehbare Düsenanordnung eine Zahl von Düsen mit verschiedenen Durchmessern enthält, unter denen sich mindestens eine Düse befindet, die beim Gießen mit voll geöffneter Düse eine Durchflußgeschwindxgkeit ergibt, die größer ist als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich ist, und eine andere Düse, die bei voller Öffnung einen geringeren Durchfluß ergibt als der für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlichen Schmelzmetallmenge entspricht, wobei die Steuerung der Gießdüsen in den voll geöffneten oder geschlossenen Zustand in Übereinstimmung mit dem Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne erfolgt»

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Anhand der Figuren werden Ausführungsformeη der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Kurve, welche die Beziehung zwischen der Zeit seit dem Beginn des Gießvorgangs und der pro Zeiteinheit durchfließenden Metallmenge für die im Zusammenhang mit der Erfindung verwendeten Gießdüsen zeigt.

Fig. 2 eine Ausführungsform einer drehbaren Düsenanordnung gemäß der Erfindung, die an einer Gießpfanne befestigt ist, wobei Fig. 2 (A) eine Draufsicht und Fig. 2 (B) eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform mit einer Düse von großem Querschnitt und einer Düse mit kleinem Querschnitt zeigt, wobei die Düse mit großem Durchmesser in voll geöffneter Stellung steht.

Fig. 3 eine Draufsicht (A) und einen Teilquerschnitt (B) der Ausführungsform von Fig. 2, wobei die Düsen in voll geschlossener Stellung stehen.

Fig. 4 eine Draufsicht (A) und einen Teilquerschnitt (B) eineranderai Ausführungsform der Erfindung mit drei Düsen.

Fig. 5 eine Draufsicht (A) und einen Teilquerschnitt (B) einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit drei Düsen.

Fig. 6 ein Schaltbild für die Erklärung des Verfahrens zum automatischen Gießen gemäß der Erfindung.

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Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Anzeigegerätes für den Pegel des geschmolzenen Metalls in einer Zwischenpfanne zur Verwendung.im Zusammenhang mit der Erfindung.

Fig. 8 ein Fließdiagramm mit einem Beispiel für die Winkeleinstellung der drehbaren Düsenanordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 9 ein Fließdiagramm mit einem anderen Beispiel ι für die Winkeleinstellung der drehbaren Düsenanordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 10 ein zeitliches Diagramm für das· Stranggießen von Metall mit dem automatischen Gießverfahren gemäß der Erfindung.

Fig. 11 schematische Zeichnungen nach Aufnahmen mit einer Schnellbildkamera, welche die vergleichsweisen Bedingungen für die Strömung beim Gießen von geschmolzenem Metall unmittelbar unterhalb der Gießpfannendüse zeigt, wobei Fig. 11 (A) die Strömungsbedingungen an einer voll geöffnneten Düse mit einem Durchmesser von 50 mm und Fig. 11 (B) mit einer gedrosselten Düse (70 % geöffnet) mit einem Durchmesser von 70 mm zeigt.

Fig. 12 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Eintauchtiefe der Düse in die Gußform und dem Auftreten von nichtmetallischen Einschlüssen (Größe und Zahl) unter der Oberflächenschicht der Gußplatten bei dem Verfahren

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gemäß der Erfindung (Gießen mit voll geöffneter Düse) einerseits und bei gedrosseltem Giessen andererseits.

Fig. 13 schematische Zeichnungen nach fotografischen Aufnahmen, aus denen die ungleiche Verteilung von Einschlüssen in "den Stranggußplatten hervorgeht, wobei Fig. 13 (A) den Fall beim Gießen mit voll geöffneten Düsen und Fig. 13 (B) beim gedrosselten Gießen zeigt.

Die Auswahl von Gießdüsen zur Verwendung im Rahmen der Erfindung erfolgt unter Berücksichtigung folgender Punkte. (1) Daß die Durchflußmenge des geschmolzenen Metalls pro Zeiteinheit aus der Düse einer Gießpfanne im Verlauf der Zeit nach Beginn des Gießvorgangs abnimmt, da der statische Druck des geschmolzenen Metalls in der Gießpfanne und der Innendurchmesser der öffnungen in den feuerfesten Steinen infolge der Ablagerung von Tonerde in den Öffnungen abnimmt. (2) Daß der Stranggußvorgang unter Aufrechterhaltung der Gießgeschwindigkeit auf einem konstanten Wert durchgeführt wird und folglich die Durchflußgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls über die gesamte Dauer des Gießvorgangs konstant gehalten werden muß.

Diese Punkte werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 ausführlicher dargestellt. Die Gießdüsen mit verschiedenen Durchmessern, die ein wichtiges Merkmal der Erfindung darstellen, das heißt eine große Düse W, eine kleine Düse S, eine sehr kleine Düse VS und eine mittlere Düse M weisen die von den Kurven gezeigte Beziehung zwischen der Durchflußmenge des geschmolzenen Metalls pro

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Zeiteinheit und der seit Beginn des Gießvorgangs beim Stranggießen verflossenen Zeit auf. Demzufolge behält die große Düse über den gesamten Zeitraum eine Durchflußmenge pro Zeiteinheit aufrecht, die höher ist als der gezeigt Bezugspegel C, und die kleine Düse ergibt eine Durchflußgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls, die während der Anfangsphase des Gießvorgangs etwas höher liegt als der Bezugspegel und später ungenügend wird. Die sehr kleine Düse ist nicht für das Gießen einer nennenswerten Menge des geschmolzenen Metalls vorgesehen, sondern lediglich, um die Erstarrung des geschmolzenen Metalls dadurch zu verhindern, daß sie völlig geöffnet bleibt, wenn die übrigen Düsen über einen längeren Zeitraum geschlossen bleiben. Die mittlere Düse ergibt einen Durchflußwert, der zwischen denjenigen der großen und der kleinen Düse liegt und wird erforderlichenfalls von Zeit zu Zeit verwendet.

Während die Einstellung der erforderlichen Durchflußmenge oder des Bezugspegels C, auf den der Pegel des geschmolzenen Metalls in einer Zwischenpfanne geregelt werden muß, von der Stranggießmaschine und dem verwendeten Gießverfahren abhängt, ist es im tatsächlichen Betrieb schwierig, die Flüssigkeit dauernd auf dem Bezugspegel zu halten, und deshalb wird der Flüssigkeitspegel so geregelt, daß er beiderseits um den Bezugspegel innerhalb eines zulässigen Bereichs schwankt. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden die oberen Grenzen dieses zulässigen Bereichs als oberer und unterer Grenzpegel bezeichnet.

Fig. 2 bis 5 zeigen einige Ausführungsformen einer drehbaren Düsenanordnung gemäß der Erfindung, die an einer Gießpfanne befestigt sind, und Fig·. 2 zeigt eine

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Ausführungsform, bei der eine Düse mit großem Durchmesser und eine Düse mit kleinem Durchmesser auf einem gemeinsamen Umfang in einem Abstand von 180° angeordnet sind und bei der die Düse mit großem Durchmesser in der voll geöffneten Stellung steht. Fig. 3 zeigt die gleiche Ausführungsform, bei der die beiden Düsen in der voll geschlossenen Stellung stehen. In allen Figuren bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Stammplatte und 1¹ eine Gießöffnung. Die Stammplatte 1 ist so befestigt, daß die Gießöffnung 1· mit der Düsenöffnung im Boden einer nicht gezeigten Gießpfanne ausgerichtet ist. Bezugszahl 2 bezeichnet eine Gleitplatte, 2' eine große Gießöffnung der Gleitplatte 2, die praktisch den gleichen Durchmesser wie die Gießöffnung 1' besitzt, und 3 eine große Düse, die fest unter der großen Gießöffnung 2' montiert ist. Die Bezugszahl 2" bezeichnet eine kleine Gießöffnung der Gleitplatte 2, und eine kleine Düse 3' ist fest unter der kleinen Gießöffnung 2" montiert. Die Bezugs zahlen 3" und 5ⁱⁿ bezeichnen Düsenöffnungen. Die Gleitplatte 2 ist so gelagert, daß die Gleitplatte 2 auf der Unterfläche der Stammplatte 1 gleitet, während sie mit einem festen Druck in gleitender Berührung mit derselben gehalten wird. Beaugszahl 4 bezeichnet einen Tragrahmen für die Gleitplatte, 4* einen Schraubbolzen zum Befestigen des Tragrahmens an äaa.Gießpfannenkörper und 5 "bezeichnet eine Feder.

Figo 4 zeigt ©ine andere Äusführungsform der drehbaren Düsenanordnung _ΰ bei der drei Düsen auf dem gleichen. Umfang in einem Abstand von 120° angeordnet sind, und die itoordnung enthält eine Düse mit großem Durchmesser, ©ine Düse ait kleinem Durchmesser wad eine sehr kleine Düse mit einem Durchmesser in ü®t Größenordnung von 15 nun.

Die Bezugszahl 6 bezeichnet die sehr kleine Düse. Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der drehbaren Düsenanordnung, die sich von der Ausführungsform in Fig. 4 dadurch unterscheidet, daß die sehr kleine Düse durch eine Düse mit mittlerem Durchmesser ersetzt ist. Bezugszahl 7 bezeichnet die mittlere Düse.

Fig. 6 ist ein Schaltplan für das automatische Gießverfahren gemäß der Erfindung. Bezugszahl 10 bezeichnet eine Gießpfanne und 11 eine drehbare Düsenanordnung, die an der Düsenöffnung im Boden der Gießpfanne 10 befestigt ist und deren Aufbau im einzelnen aus Fig. 2 bis 5 hervorgeht. Bezugszahl 11' bezeichnet einen Elektromotor für die gleitende Drehbewegung der drehbaren Düsenanordnung 11. Bezugszahl 12 bezeichnet einen Momentgeber, der auf ein Ende der Welle des Elektromotors 11' montiert ist und die Drehbewegung der drehbaren Düsenanordnung 11 maßstabsgetreu mitvollzieht. Bezugszahl 13 bezeichnet eine Zwischenpfanne, die das geschmolzene Metall aus der Gießpfanne 10 aufnimmt und in eine Stranggießform 14 durch eine Tauchdüse 15 leitet. Bezugszahl 16 bezeichnet einen Füllstandfühler,der Zwischenpfanne, der so ausgelegt werden kann, daß er direkt den Pegel des geschmolzenen Metalls durch eine Wirbelstrom-Abstandmeßvorrichtung unter Verwendung eines rückgekoppelten Verstärkers mißt, oder der ein Meßverfahren mit einem Thermometer oder dergleichen verwendet. Bezugszahl 17 bezeichnet einen Schwenkturm, mit dessen Hilfe die Gießpfanne 10 nach völliger Entleerung durch eine andere Gießpfanne mit einer neuen Schmelze ersetzt wird. Der Hauptstromkreis ist als ausgezogene Linie und der Steuerkreis als gestrichelte Linie dargestellt. Bezugszahl 18 bezeichnet eine

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Steuereinheit für die drehbare Düsenanordnung mit einer Zahl von Winkelstellvorrichtungen 20 (einstellbar im Bereich von O bis 360°) und einem Steuerkreis für die Vorwahl einer dieser Winkelstellvorrichtungen (Vorwahl nach einem logischen Ablauf) aufgrund eines Pegelmeldesignals bezüglich des Flüssigkeitspegels in der Zwischenpfanne, und die Steuereinheit 18 für die drehbare Düsenanordnung ist mit einer Fühlereinheit 19 für den Flüssigkeitspegel in der Zwischenpfanne verbunden, die den Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne 13 aufgrund eines Signals errechnet, das von dem Füllstandfühler 16 abgegeben wird. Die Steuereinheit 18 für die drehbare Düsenanordnung spricht auf das Ausgangssignal der Fühlereinheit 19 an und wählt die entsprechende Winkelstellvorrichtung 20 in der Steuereinheit 18 für die drehbare Düsenanordnung aus. Die Fühlereinheit 19 enthält einen Füllstandsanzeiger 21, der den Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne 13 aufgrund des Rechenergebnisses von der FMhlereinheit 19 anzeigt. Bezugszahl 22 bezeichnet Organe für die Handbetätigung der Winkelstellvorrichtung 20.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Füllstandsanzeigers 21 für die Zwischenpfanne, die den automatischen Gießvorgang überwacht. Bezugszahl 32 bezeichnet eine Warnlampe für Überlastung des Motors der drehbaren Düsenanordnung, 33 eine Warnlampe für den Notausschalter, 34 einen Summer, und 35, 36, 37, 38 und 39 Anzeigelampen, die aufleuchten, wenn der Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne beim oberen Grenzwert, im oberen Bereich, im mittleren Bereich, im unteren Bereich und beim unteren Grenzwert steht.

Die Steuereinheit 18 für die drehbare Düsenanordnung sollte vorzugsweise im Kontrollraum für die Stranggießmaschine untergebracht sein, damit die Einstellung der automatischen Betätigungswinkel, die Stromaufnahme des Elektromotors während des Betriebs und die Stellung der Düsen in diesem Kontrollraum überwacht werden kann. Wenn das Muster des automatischen Ablaufs geändert werden soll, so kann dies durch Änderung der Winkeleinstellung an der Winkelstellvorrichtung 20 der Steuereinheit 18 für die drehbare Düsenanordnung erfolgen.

Die Verwendung einer drehbaren Düsenanordnung ist ein wesentliches Erfordernis für die Erfindung, insbesondere aus folgenden Gründen.

(i) Während andere Düsenarten eine einzige Öffnung enthalten, kann eine drehbare Düsenanordnung mit einer Vielzahl von Düsenöffnungen mit verschiedenen Durchmessern hergestellt werden, mit dem Ergebnis, daß die Düsenöffnungen wahlweise so verwendet werden können, daß während des gesamten Gießvorgangs mit voll geöffneter Düse gearbeitet werden· und auch die Durchflußmenge gesteuert werden kann.

(ii) Während andere Arten von Gleitdüsen so ausgelegt sind» daß sich die Gleitplatte im allgemeinen auf einer Seite der Düsenöffnung geradlinig vorbei beilegt ₉ kann die Gleitplatte einer drehbaren Düsenanordnung zu beiden Seiten der Düsenöffnung in einer Drehbewegung vorbeigleitenj, mit dem Ergebnis, daß die Gefahr einer konzentrischen Bsschädigung der Düsenkanten sowie der gleitenden Berührungsflächen der Stammplatte und der Gleitplatte geringer ist und somit ©ine längere Mutzungsdauer dieser Platten sichergestellt werden kann.

(iii) Aufgrund der Kreisbewegung ist der Gleitweg 3,14 mal größer als bei geradliniger Bewegung für Stammplatten und Drehplatten mit der gleichen Querschnittsfläche .

(iv) Da die feuerbeständigen Steine, zum Beispiel die Stammplatte und die Gleitplatte, durch Federn festgehalten werden, ist die Gefahr des einseitigen Blockierens der Platten geringer, selbst wenn die Einstellgenauigkeit der Stammplatten und Gleitplatten mehr oder weniger grob ist.

(v) Durch die Verwendung eines elektrischen Antriebs werden Hydraulikeinheiten, Schläuche, Zylinder etc. ausgeschaltet, und darüberhinaus wird die Konstruktion vereinfacht und die Gefahr von Störungen oder Fehlfunktion reduziert.

(vi) Im Vergleich zu anderen Arten kann eine drehbare Düsenanordnung für eine größere Zahl von Einsätzen verwendet werden, wodurch der Umfang und die Häufigkeit der Vorbereitungsarbeiten an den Gießpfannen reduziert wird.

(vii) Der Gießvorgang kann über Druckknöpfe anstatt im Handbetrieb ausgeführt werden und der Vorgang kann auch ferngesteuert werden, wodurch die Arbeitsgänge erleichtert und die Arbeitsbedingungen verbessert werden.

(viii) Gefährliche Arbeitsgänge, die bisher an einer Gießpfanne unter hoher Umgebungstemperatur durchgeführt wurden, zum Beispiel das Anbringen eines Schließsteins,

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20 O Π. Q- / Π Q O U- Q ^ U

können ausgeschaltet werden, was vom Sicherheitsstandpunkt aus eine Verbesserung darstellt.

Andererseits ist der automatische Betrieb mit Hilfe der oben genannten drehbaren Düsenanordnung wesentlich im Hinblick auf die drei folgenden Punkte.

(a) Beim Gießen einer Reihe von Schmelzen muß sich

die Bedienperson der Gießpfanne über einen langen Zeitraum ausschließlich mit dem Gießvorgäng beschäftigen.

(b) Um die Temperatur des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne weitgehend in einem vorbestimmten Bereich zu halten, muß der Pegel des geschmolzenen Metalls immer innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten werden.

(c) Der Füllstand oder die Menge des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne muß ebenfalls möglichst innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gehalten werden, um eine stabile Steuerung des Füllstandes in einer Gußform sicherzustellen.

Gemäß der Erfindung werden die oben genannten Vorteile der drehbaren Düsenanordnung voll ausgenützt, um diese Anforderungen zu erfüllen, und es werden mindestens zwei Gießdüsen vorgesehen„ von denen die eine einen großen und die andere einen kleinen Durchmesser besitztj die wahlweise als Gießdüsen verwendet werden^ das heißt für die große Düse wird eine solche mit einer Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse gewählt, die größer ist als für die Aufrechterhaltung des oben genannten Bezugspegels erforderlich ist, wäh-

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rend als kleine Düse eine solche gewählt wird, deren Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse kleiner ist als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich ist. Eine drehbare Düsenanordnung, die zusätzlich zu diesen Gießdüsen eine Zahl von weiteren Düsen enthält, zum Beispiel eine sehr kleine Düse, die das Erstarren des geschmolzenen Metalls verhindern soll, wenn die Gießdüsen voll geschlossen sind, eine mittlere Düse, die erforderlichenfalls verwendet werden kann, etc., wird am Boden der Gießpfanne befestigt.

Als nächstes wird der automatische Betriebsablauf der Steuereinheit 18 für die drehbare Düsenanordnung boschrieben. Die drehbare Düsenanordnung ist endlos über 360° in beiden Richtungen drehbar, und es ist unmöglich, mechanisch die voll geöffnete und voll geschlossene Stellung festzulegen. Demzufolge wird bei Verwendung von zwei Gießdüsen der Bereich von 0 bis 360° in vier Teile unterteilt,, so daß 0° und 180° den voll geöffneten Stellungen und 90° und 270° den voll geschlossenen Stellungen entspricht. Andererseits wird bei Verwendung von drei Gießdüsen der Bereich von 0 bis 360° in sechs Teile unterteilt, so daß 0°, 120° und 240°den voll ge-, öffneten Stellungen und 60° _t 180° und 300° den voll geschlossenen Stellungen entspricht. Nun wird der Betriebsablauf für den Fall der Verwendung von zwei Gießdüsen beschrieben.

(!) Die drehbare Düsenanordnung wird an der Gießpfanne befestigt;, dann wird die Winkeleinstellung so justiert, daß die voll geöffnete Düsenstellung 0° entspricht, und die drehbare Düsenanordnung wird automatisch bei 90° zum Stillstand gebracht, nachdem die voll geöffnete Düsenstellung den Ausgangspunkt darstellt.

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(II) In diesem Zustand wird die Gießpfanne mit geschmolzenem Metall gefüllt und anschließend in eine Stranggießhalle transportiert.

(Ill) Danach wird die Winkelstellvorrichtung der drehbaren Düsenano:
gang begonnen.

baren Düsenanordnung auf 90° gestellt und der Gießvor-

(IV) Eine Bedienperson ist so lange anwesend, bis der Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne eine vorbestimmte Höhe erreicht, und unterwirft den Zustand der verschiedenen Ausrüstungsteile einer Sichtkontrolle, woraufhin der Gießvorgang unbeaufsichtigt automatisch abläuft. Im ersten Stadium wird die drehbare Düsenanordnung durch Handbetätigung so eingestellt, daß die große Düse auf O steht, woraufhin der Gießvorgang mit voll geöffneter Düse erfolgt und der Pegel des geschmolzenen Metalls in der Gießpfanne innerhalb kurzer Zeit auf den vorbestimmten Bezugswert steigt.

(V) Dann wird die kleine Düse von Hand auf 180° gestellt, um mit voll geöffneter Düse zu gießen, und der Gießvorgang wird weitergeführt unter Aufrechterhaltung des Füllstands auf einem vorbestimmten Bezugspegel durch eine Steuerung des Gießvorgangs, die das Nachgießen von geschmolzenem Metall in die Gießpfanne mit dem Ausfließen des Metalls in die Gußform abstimmt.

(VI) Eine Bedienperson ist demnach anwesend, um den Zustand der verschiedenen Ausrüstungsteile einer Sichtkontrolle zu unterziehen und abzuwarten bis der Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne den vorbestimmten Bezugswert erreicht, wonach der Gießvorgang automatisch ohne Aufsicht abläuft.

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(VII) In dem dazwischen liegenden Zeitraum erfolgt der automatische Gießvorgang so, daß die kleine und die große Düse abwechslungsweise in ihre voll geöffnete Stellung geschwenkt werden (0° und 180°), was durch die oberen und unteren Grenzsignale ausgelöst wird, die aufgrund von Pegeländerungen des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne erzeugt werden, und der Füllstand wird praktisch innerhalb des vorbestimmten Bereichs gehalten, der für den Gießvorgang erforderlich ist, indem der Füllstand beiderseits des vorbestimmten Bezugspegels zwischen einem oberen und unteren Grenzwert hin und her schwankt.

(VIII) Während der Schlußphase wird der Gießvorgang von Hand gesteuert und die Einbeziehung der Schlacke aus der Gießpfanne verhindert.

Der oben beschriebene Ablauf kann wie folgt zusammengefaßt werden.

1. WC

2. WO

3. SO

4. WO

5. WO

(Signal)	(Endzustand)
von Hand	WO
von Hand	,SO
L	WO
H	SO
L von Hand	WC

Düsenöffnungsdurchmesser ^¥ = S^roßer Öffnungsdurchmesser

S = kleiner Öffnungsdurchmesser

Düsenzustand ° ^{β vo11} «eöffüet

C = voll geschlossen

Signalzustand ^H = Obergrenze

L = Untergrenze

Fig. 8 und 9 zeigen Beispiele von Winkeleinstellungen für den automatischen Betrieb der drehbaren Düsenanordnung gemäß der Erfindung. Fig. 8 zeigt die automatische Winkeleinstellung für den abwechselnden Übergang zwischen voll geöffneter kleiner Düse (SO) und voll geöffneter großer Düse (WO), und Fig. 9 zeigt die Winkeleinstellung für den automatischen Gießvorgang unter Verwendung einer drehbaren Düsenanordnung mit drei Düsen von kleinem, mittlerem und großem Durchmesser, bei dem ein übergang von der wechselweisen Verwendung der voll geöffneten kleinen Düse (SO) und der voll geöffneten mittleren Düse (MO) zur wechselweisen Benützung der voll geöffneten mittleren Düse (MO) und der voll geöffneten großen Düse (WO) erfolgt. Mit der in Fig, 8 gezeigten Winkeleinstellung wird in der Anfangsphase des Gießvorgangs die voll geöffnete kleine Düse verwendet, um das Nachgießen des geschmolzenen Metalls in die Zwischenpfanne mit dem Ausfluß des geschmolzenen Metalls aus der Zwischenpfanne abzustimmen, und in der mittleren Phase des Gießvorgangs bis zum Ende werden die große und die kleine Düse abwechslungsweise zum Gießen verwendet. Der Gießvorgang wird nach dem folgenden automatischen Ablauf und den vorgewählten Winkelwerten gesteuert.

Der automatische Ablauf SO L WO

WO H SO

Eingestellte Werte der Winkelstellvorrichtungen

1. 180° (voll geöffnete kleine Düse)

2. 0° (voll geöffnete große Düse)

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Mit der in Fig. 9 gezeigten Winkeleinstellung beginnt der Gießvorgang mit voll geöffneter mittlerer Düse, und der automatische Gießvorgang erfolgt unter abwechselnder Verwendung der mittleren und der kleinen Düse in der Art, daß, wenn der Füllstand die Untergrenze mit voll geöffneter mittlerer Düse erreicht, der Ablauf auf die abwechselnde Verwendung der mittleren und der grooen Düse umgestellt wird. Der Gießvorgang wird nach dem folgenden automatischen Ablauf und den eingestellten Winkelwerten gesteuert.

Automatischer Ablauf

MO	H	SO	S = kleine Düse
SO	L	MO	M = mittlere Düse
MO	L	WO	W = große Düse
WO	H	MO	0 = voll geöffnet
MO	L	WO

Eingestellte Werte der WinkeIstellvorrichtung

1. 120° (voll geöffnete mittlere Düse)

2. 0° (voll geöffnete große Düse)

3. 240° (voll geöffnete kleine Düse)

Fig. 10 zeigt ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des automatischen Gießvorgangs beim Stranggießen gemäß der Erfindung. Das Diagramm bezieht sich auf einen Fall, bei dem die Fühlereinheit für den Füllstand eine Wirbelstrom-Abs tandsmeßvorr ichtung verwendet. Es wird ein Fall gezeigt, bei dem das Stranggießen von zwei

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Schmelzen im automatischen Ablauf mit wechselteisem vollen öffnen und Schließen der Düsenöffnungen durchgeführt wurde. Die erste Schmelze wurde etwa 60 Minuten lang kontinuierlich gegossen und die dabei entstehende Obergrenze (H) und Untergrenze (L) des Füllstands in der Zwischenpfanne betrug H = 800 mm und L = 600 mm, was die ausgezeichneten Änderungsverhältnisse für den Füllstand und den ausgezeichneten automatischen Umschal tbetrieb der Düsen in der drehbaren Düsenanordnung zeigt. Aus Sicherheitsgründen wurde der Gießbetrieb etwa 18 Minuten lang von Hand ausgeführt, um das Auslaufen der Schlacke in der Gießpfanne während der letzten Hälfte der ersten Schmelze zu überwachen, das Auswechseln der Gießpfannen durchzuführen und den stabilen Betrieb der drehbaren Düsenanordnung nach Beginn des Gießvorgangs bei der zweiten Schmelze sicherzustellen. Bei der zweiten Schmelze ergab sich H = 800 mm und L = 700 mm, und der automatische Umschaltbetrieb zwischen der kleinen und großen Düse war stabil, obgleich die Zahl der Umschaltungen größer war. Es ist aus diesem Zeitdiagramm ersichtlich, daß der automatische Steuervorgang stabil war und daß die drehbare Düsenanordnung ausgezeichnete Gießeigenschaften über einen langen Zeitraum von 120 Minuten aufwies, wodurch bewiesen ist, daß dieses Gießverfahren allgemein eingeführt werden kann. Es wurde auch bewiesen, -daß eine zufriedenstellende Steuerung erzielt werden kann, selbst wenn der Toleranzbereich oder die Ober- und Untergrenze des Füllstands der Zwischenpfanne nach Wunsch verändert wird.

Es wird somit ersichtlich, daß die Verwendung einer drehbaren Düsenanordnung gemäß der Erfindung zum Gießen

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von geschmolzenem Metall aus einer Gießpfanne in eine Zwischenpfanne grundsätzlich erfordert, daß unter völligem Wegfall des gedrosselten Gießens von Anfang an die drehbare Düsenanordnung mit einer Zahl von Düsen mit verschiedenem Durchmesser als wesentliches Merkmal der drehbaren Düsenanordnung versehen ist, und daß diese Düsen mit verschiedenem Durchmesser abwechselnd in geeigneter Weise verwendet werden, so daß das geschmolzene Metall immer unter voller öffnung der ausgewählten Düse gegossen wird. Diese Tatsache ist sehr wichtig als wesentliches Erfordernis für die Erzeugung von Qualitätsstahl.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird zu Beginn des Gießvorgangs die große Düse geöffnet, so daß die Zwischenpfanne mit geschmolzenem Metall gefüllt wird, um den Füllstand innerhalb kurzer Zeit auf einen oberen Grenzpegel bezüglich eines vorbestimmten Bezugspegels zu bringen, so daß ein Absinken der Temperatur des geschmolzenen Metalls und das Absetzen von verfestigtem Metall verhindert wird, wonach die große Düse geschlossen und die kleine Düse voll geöffnet wird, um einen Ausgleichsgießvorgang zu erreichen, bei dem das geschmolzene Metall aus der Gießpfanne in die Zwischenpfanne proportional zum Absinken des Füllstands der Zwischenpfanne gegossen wird. In diesem Fall Jedoch, wenn der Füllstand etwas weiter ansteigt, wird die kleine Düse voll geschlossen, so lange der Füllstand höher bleibt als der obere Grenzpegel. Während der mittleren Phase des Gießvorgangs, in der die Durchflußmenge aufgrund des Absinkens des statischen Drucks des geschmolzenen Metalls in der Gießpfanne, sowie der Verengung des Öffnungsquerschnitts der Düsenöffnungen

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durch Ablagerungen von Tonerde etc. nicht mehr auszureichen beginnt, wird die kleine Düse geschlossen und die große Düse wieder voll geöffnet, um eine Steuerfolge zwischen voll geöffneter und voll geschlossener Düse zu erhalten. Dieses Verfahren wird möglich durch wahlweise Verwendung einer Zahl von Düsen mit verschiedenem Durchmesser durch eine Drehbewegung der drehbaren Düsenanordnung. Die Tatsache, daß die drehbare Düsenanordnung eine Drehbewegung in jeder Umfangsrichtung ausführen kann, macht das Verfahren noch vorteilhafter. Diese Ein-Aus-Steuerung der Düsen wird vollständig durch die Füllstandsignale von der Fühlereinheit für den Füllstand der Zwischenpfanne betätigt.

Bei dem Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Metall gemäß der Erfindung kann die Oxydation des geschmolzenen Metalls durch die Luft verhindert werden, insbesondere die Menge der nichtmetallischen Einschlüsse in der Nähe der Oberflächenschicht der Gußplatten aus mit Aluminium beruhigtem Stahl zum Kaltwalzen kann auf etwa ein Fünftel der Menge reduziert werden, die beim Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik entsteht, und auch die Menge der großen Einschlüsse in den Gußplatten kann reduziert werden, wodurch sich die Ausbeute bei der Herstellung von kaltgewalzten Blechen aus erstklassigem Stahl und aus Sonderstahl stark erhöht. Diese Tatsache wird unter Bezugnahme auf Fig. 12 erläutert, die das Verhältnis zwischen dem Vorkommen (Größe und Zähl) von nichtmetallischen Einschlüssen unter der Oberflächenschicht von Gußplatten und der Eintauchtiefe der Düse in die Gußform zeigt, sowie unter Bezugnahme auf Fig. 13, die die ungleiche Verteilung der Einschlüsse

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zeigt, die durch das gedrosselte Gießen und durch das Gießen mit voll geöffneter Düse entstehen. Nach dem bisherigen Stand der Technik ist ein Verfahren zum Reduzieren der Einschlußmenge in der Oberfläche von Blechen bekannt, bei dem die Oberflächentemperatur des geschmolzenen Metalls in einer Gußform um 30 bis 40 C höher gehalten wird als die Temperatur, bei der die Erstarrung beginnt, und die nichtmetallischen Einschlüsse, die an der Oberfläche schwimmen, werden durch Formpulver absorbiert. Für die Durchführung dieses Verfahrens wird die Eintauchtiefe der Düse im geschmolzenen Metall der Gußform verringert, so daß der Fluß des geschmolzenen Metalls an der Oberfläche durch die reduzierte Eintauchtiefe der Düse stärker aktiviert wird und folglich die Temperatur des geschmolzenen Metalls hochgehalten wird. Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, hat eine vergleichende Untersuchung über die Menge der nichtmetallischen ΑΙρΟ,-Einschlüsse von über 200 μ in Stranggußplatten für Bleche gezeigt, daß im Fall des gedrosselten Vergießens die Zahl der Oberflächeneinschlüsse etwa fünfmal größer war als beim Vergießen mit voll geöffneter Düse, und daß darüberhinaus die Schwankung der Menge etwa dreimal größer war als beim Vergießen mit voll geöffneter Düse. Es ist nach dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, daß im Fall von stranggegossenen Platten eine konzentrierte Verteilung der nichtmetallischen Einschlüsse im Bereich von 1/4 bis 1/5 des Plattenquerschnitts in Richtung der Dicke (t) festzustellen ist. Fig. 13 zeigt Zeichnungen nach fotografischen Aufnahmen, die das Ergebnis der Makroätzprobe zeigen, die an stranggegossenen Platten für Bleche durchgeführt wurden, um die Auswirkungen des gedrosselten Vergießens und des Vergießens mit voll geöff-

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neter Düse auf die konzentrierte Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen bei 1/4 t festzustellen. Wie ersichtlich zeigte sich im Fall der durch gedrosseltes Vergießen erzeugten Platte eine konzentrierte Verteilung einer hohen Zahl von großen Einschlüssen, die durch die bereits erwähnte Oxydation durch die Luft an der Stelle erzeugt wurde, die um 1/4 innerhalb der Plattenoberfläche lag, und im Fall der mit voll geöffneten Düsen erzeugten Platten war die konzentrierte Verteilung von nichtmetallischen Einschlüssen infolge einer starken Reduzierung der Oxydation des geschmolzenen Metalls durch die Luft wesentlich geringer.

Weiterhin wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung das Vergießen von geschmolzenem Metall aus einer Gießpfanne in eine Zwischenpfanne automatisch während der gesamten Vergießzeit durchgeführt, mit Ausnahme eines teilweisen Handbetriebs während der Anfangsphase sowie am Ende des Gießvorgangs. Infolgedessen kann die Bedienperson einer Gießpfanne ihre Bedienungsstellung während des automatischen Gießbetriebs verlassen. Durch die Verwendung dieses automatischen Gießverfahrens kann nicht nur die Bedienperson von einer Arbeit entlastet werden, die einen hohen Grad von Anspannung in einer Umgebung mit hoher Temperatur erfordert, nämlich dem Vergießen des geschmolzenen Metalls unter Beobachtung des Oberflächenpegels des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne während des gesamten Gießvorgangs, sondern die Bedienperson kann auch einige Zusatzhandgriffe ausführen, zum Beispiel eine Reihe von Handgriffen, die einen Teil des automatischen Gießvorgangs darstellen, zum Beispiel:

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1)7 Min/Arbeitsgang X 4 für Probenentnahme und Probenzustellung .

2) 10 Min/Arbeitsgang X 2 für Vorbereitungsarbeiten einschließlich Transport von Wärmehaltungsmittel für Zwischenpfanne etc.

3) 5 Min/Arbeitsgang X 2 für die Entgegennahme der Gießpfanne mit der zweiten Schmelze und Rückgabe der Gießpfanne für die erste Schmelze beim Stranggießen.

Somit ist eine Arbeitsersparnis sowohl für die Bedienperson als für das Hilfspersonal möglich. Durchgeführte Versuche zeigten, daß die gesamte Arbeitszeit der Bedienperson für die Gießpfanne und Gehilfen von 190 Minuten auf 100 Minuten reduziert wurde, das heißt ein Rückgang um 47 %, und der Gehilfe wurde bei dem Vorgang nur 12 Minuten lang benötigt.

Die Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:

(A) Bessere Qualität der Gußplatten (weniger Einschlüsse) durch Verhinderung der Oxydation des geschmolzenen Metallstroms, der von der Gießpfanne in die Zwischenpfanne fließt.

(B) Geringerer Schmelzverlust der feuerfesten Steine, zum Beispiel Stammplatte, Gleitplatte etc.

(C) Einsparung von Arbeitszeit und größerer Tätigkeits umfang für die Bedienperson der Gießpfanne.

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(D) Reduzierung des Umfangs der Überwachungstätigkeit beim Vergießen.

(E) Vereinheitlichung des Gießvorgangs.

(F) Leichte Steuerung des Füllstands des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne.

(G) Reduzierte TemperatürSchwankung des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne.

(H) Reduzierte PegelSchwankung des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne und dadurch geringere Oxydation (Oxydation der Wandungen der Zwischenpfanne durch Senkung des Oberflächenpegels des geschmolzenen Metalls).

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum automatischen Gießen von geschmolzenem Metall aus einer Gießpfanne in eine Zwischenpfanne beim Stranggießen unter Verwendung einer drehbaren Düsenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Düsenanordnung an die Gießpfanne angebaut ist, um den Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne zwischen einem oberen und unteren Grenzwert bezüglich eines vorbestimmten Bezugspegels zu halten, während das Metall aus der Gießpfanne in die Zwischenpfanne gegossen wird, wobei die drehbare Düsenanordnung eine Zahl von Düsen mit verschiedenem Durchmesser enthält, unter denen sich mindestens eine befindet, die eine Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse ergibt, die größer ist als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich, und mindestens eine andere Düse, die eine Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse ergibt, die geringer ist als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich, und daß die Düsen so gesteuert werden, daß sie

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je nach dem Pegel des geschmolzenen Metalls in der Zwischenpfanne wahlweise voll geöffnet oder geschlossen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Düsen mit verschiedenem Durchmesser eine große Düse enthält, deren Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse größer ist als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich, und eine kleine Düse, deren Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse etwas größer ist als für die Aufrechterhaltung dieses Bezugspegels in der ersten Phase des Gießvorgangs erforderlich ist, während die Durchflußge schwindigke it dieser kleinen Düse nach dieser ersten Phase geringer wird als für die Aufrechterhaltung dieses Bezugspegel erforderlich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Düsen mit verschiedenem Durchmesser eine große Düse enthält, deren Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse größer ist als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich, und eine mittlere Düse, deren Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse bis zu einer mittleren Phase des Gießvorgangs größer ist als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich ist, während die Durchflußgeschwindigkeit dieser mittleren Düse nach dieser mittleren Phase kleiner wird als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zahl der Düsen, deren Durchflußgeschwindigkeit

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bei voll geöffneter Düse geringer ist als für die Aufrechte rhaltung des Bezugspegels erforderlich ist, eine kleine und eine mittlere Düse enthalten ist.

Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Düsen mit verschiedenem Durchmesser eine sehr kleine Düse zum Verhindern der Erstarrung enthält, deren Durchflußgeschwindigkeit bei voll geöffneter Düse während des gesamten Gießvorgangs kleiner ist als für die Aufrechterhaltung des Bezugspegels erforderlich ist.

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