DE2841186A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTINUOUS PASTING OF MOLTEN METAL ROTATING IN A COCILLE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR CONTINUOUS PASTING OF MOLTEN METAL ROTATING IN A COCILLEInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Vergießen von in einer Kokille rotierendem schmelzflüssigem MetallMethod and device for the continuous casting of molten metal rotating in a mold
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Vergießen von in einer Kokille rotierendem schmelzflüssigem Metall sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem klassischen kontinuierlichen Gießverfahren dadurch, daß auf das in der Kokille befindliche, den Gießstrang bildende flüssige Metall mittels eines von einem stationärenThe invention relates to a method for the continuous casting of molten liquid rotating in a mold Metal and a device for carrying out the method. This procedure is different from that classic continuous casting process in that the cast strand is located in the mold and forms the cast strand liquid metal by means of one of a stationary
909814/0052909814/0052
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£ 13.9.19 78 £ 9/13/19 78
i - dmi - dm
Mehrphaseninduktor erzeugten magnetischen Drehfeldes eine zentrifugale Beschleunigung ausgeübt wird. Das um die Achse der Kokille rotierende Drehfeld wird hierbei von einem Mehrphaseninduktor erzeugt, der in der Kühlwasserkammer der Kokille angeordnet ist.A centrifugal acceleration is exerted by the rotating magnetic field generated by the multiphase inductor. That about the axis The rotating field rotating in the mold is generated by a multi-phase inductor in the cooling water chamber of the mold is arranged.
Es ist bekannt, daß beispielsweise ein solches Stahlgießverfahren im Verhältnis zum klassischen kontinuierlichen Gießverfahren zu einer Verbesserung der Qualität der Gußerzeugnisse, sowohl hinsichtlich ihrer Oberflächenreinheit als auch ihrer Beschaffenheit im Inneren führt. Man hat festgestellt, daß die in dem Metall vorhandenen nicht-metallischen Einschlüsse das Bestreben haben, sich in Richtung auf die Gießstrangachse zu verlagern, so daß im mittleren Bereich eines Gußerzeugnisses eine Anhäufung dieser nicht-metallischen Einschlüsse erfolgt. Diese Erscheinung führt zu Gußfehlern, die man an Walzerzeugnissen festgestellt hat, und insbesondere zu Gußfehlern, die man an der Innenwand von Stahlrohren feststellt, die man aus Gußstücken gefertigt hat, die im kontinuierlichen Gießverfahren mit zentrifugaler Beschleunigung des Metalls erhalten wurden.It is known that, for example, such a steel casting process in relation to the classic continuous casting process to improve the quality of the cast products, both in terms of their surface cleanliness and their internal properties. It has been found that the non-metallic inclusions present in the metal tend to move in the direction of the To shift cast strand axis, so that in the central area of a cast product an accumulation of these non-metallic Inclusions occurs. This phenomenon leads to casting defects that have been found in rolled products, and especially on casting defects found on the inner wall of steel pipes made from castings obtained in the continuous casting process with centrifugal acceleration of the metal.
Es konnte festgestellt werden, daß diese nicht-metallischen Einschlüsse zum Teil von Schlackenteilchen herrühren, dieIt was found that these non-metallic inclusions partly originate from slag particles which
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Λ 13.9.19Λ 9/13/19
V i - dm V i - dm
auf der freien Metalloberfläche der Kokille schwimmen, oder die sich bei der Beschickung der Kokille durch eine erneute Oxidation des Metalls durch den Sauerstoff der umgebenden Luft bilden.float on the free metal surface of the mold, or when the mold is being charged with a new one Oxidation of the metal by the oxygen in the surrounding air will form.
Es wurden schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die Zahl der nicht-metallischen Einschlüsse im Inneren eines Gußerzeugnisses zu verringern. Einige von ihnen bestehen im wesentlichen darin, den Gießstrahl aus der Achse der Kokille zu verlagern, um auf diese Weise den mittleren Bereich der freien, einen Meniskus aufweisenden Metalloberfläche zum leichten Abschöpfen dieser oxidierten oder auch Schlacken-Teilchen zugänglich zu machen. Eine solche Vorrichtung ist in der FR-PS der Anmelderin No. 2 329 383 beschrieben.Various methods have been proposed for determining the number of non-metallic inclusions inside a cast product to reduce. Some of them essentially consist in moving the pouring stream off the axis of the mold to shift in order to in this way the central area of the free, meniscus metal surface to the easy skimming of these oxidized or slag particles to make accessible. Such a device is in the applicant's FR-PS no. 2,329,383.
Neben diesen Maßnahmen, die man als Vorsorgemaßnahmen bezeichnen kann, sind auch schon solche Verfahren vorgeschlagen worden, die dem Zweck dienen, die Möglichkeit der Ausbildung solcher Einschlüsse zu beschränken, indem die erneute Oxidation des flüssigen Metalls beim Eingießen in die Kokille verhindert wird. Hierbei handelt es sich um Maßnahmen, die bei klassischen kontinuierlichen Gießverfahren schon bekannt waren. Ein solches Verfahren ist in der FR-PS 2 150 723 beschrieben und besteht darin, sowohl den Gießstrahl nach seinem Austreten aus einem Verteiler, an denIn addition to these measures, which can be described as precautionary measures, such procedures have already been proposed The purpose of which is to limit the possibility of such inclusions being formed by the renewed Oxidation of the liquid metal when pouring into the mold is prevented. These are measures which were already known from classic continuous casting processes. Such a procedure is in FR-PS 2 150 723 and consists of both the pouring stream after it has emerged from a distributor, to the
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IRSID - ff - A 12IRSID - ff - A 12
-χ 13.9.1978 -χ 13.9.1978
+ i -dm + i -dm
ein In die freie Metalloberfläche eintauchendes senkrechtes feuerfestes Röhr angeschlossen ist, als auch diese freie Oberfläche mittels einer Schlackenschicht oder auch mittels eines inerten Gases gegen eine erneute Oxidation zu schützen, wobei das Inerte Gas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, verflüssigt ist.a vertical refractory tube dipping into the free metal surface is connected, as well as this free one Surface by means of a slag layer or by means of to protect an inert gas against renewed oxidation, the inert gas, for example nitrogen or argon, is liquefied.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Vorsorgemaßnahme dienendes Verfahren zu entwickeln, mit dem eine weitere Verbesserung der Eigenschaft des Gußerzeugnisses hinsichtlich seiner Freiheit von Einschlüssen erzielt wird und das einen raschen Verschleiß des feuerfesten Zuleitungsrohrs aufgrund einer mehr oder weniger raschen, durch das rotierende flüssige Metall verursachten Erosion verhindert.The invention is based on the object as a precautionary measure To develop a serving process with which a further improvement of the properties of the cast product is achieved in terms of its freedom from inclusions and the rapid wear of the refractory feed pipe due to a more or less rapid, by the rotating liquid metal prevents erosion caused.
Bei einem Verfahren der vorgenannten Art, bei demIn a method of the aforementioned type in which
ein senkrechter Strahl flüssigen Metalls aus einem Verteiler in die Kokille geleitet wird, und das flüssige Metall in der Kokille der Wirkung eines magnetischen, um die Achse des Gießstrangs rotierenden Drehfeldes unterworfen wird, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung mit den Mitteln gelöst, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführt sind. Als flüssiges Gas dient hierbei vorzugsweise Stickstoff oder Argon.a vertical jet of liquid metal from a distributor is directed into the mold, and the liquid Metal in the mold is subjected to the action of a magnetic rotating field rotating around the axis of the cast strand is, this object is achieved according to the invention with the means as described in the characterizing part of the patent claim are listed. The liquid gas used here is preferably nitrogen or argon.
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IRSID - JS - A 12 227IRSID - JS - A 12 227
§ 13.9.1978§ 13.9.1978
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Vorteilhafterweise wird das flüssige neutrale Gas gegen den unteren Bereich des aus dem feuerfesten Rohr austretenden Gießstrahls geleitet. Das Verfahren kann aber auch so durchgeführt werden, daß das flüssige Gas in unmittelbarer Nähe der Kokillenwandung gegen die freie Oberfläche des in der Kokille befindlichen Metalls geleitet wird. Eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Auftreffpunkt des Gießstrahls auf die freie Oberfläche des in der Kokille befindlichen Metalls aus dem Mittelpunkt dieser freien Metalloberfläche verlagert wird und zwar vorteilhafterweise an einen in der Mitte zwischen der Kokillenwandung und dem Mittelpunkt der freien Metalloberfläche gelegenen Punkt.Advantageously, the liquid neutral gas against the guided lower area of the pouring stream emerging from the refractory tube. However, the process can also be carried out in this way be that the liquid gas in the immediate vicinity of the mold wall against the free surface of the in the Metal located in the mold is passed. Another modification of the method according to the invention is that the point of impact of the pouring stream on the free surface of the metal in the mold is displaced from the center of this free metal surface, advantageously to one located in the middle between the mold wall and the center of the free metal surface Period.
Eine der Schwierigkeiten, die bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu überwinden waren, besteht darin, daß die Maßnahmen zum Schutz des flüssigen Metalls gegen ein erneutes Oxidieren, so wie sie beim klassichen kontinuierlichen Gießverfahren angewendet werden, nicht ohne Schwierigkeiten auf ein Verfahren übertragen werden können, wie es der Erfindung zugrundeliegt.One of the difficulties encountered in developing the inventive Procedure to be overcome is that the measures to protect the liquid metal against a renewed oxidation, as they are used in the classic continuous casting process, not without Difficulties can be transferred to a method as the invention is based.
Einerseits muß von der Anwendung der Pulverbeschichtung, wie sie bei dem klassischen Verfahren gehandhabt wird,On the one hand, the application of powder coating, as it is handled in the classic process,
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IRSID - ί - A 12 227IRSID - ί - A 12 227
Q 13.9.1978Q 9/13/1978
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dringend abgeraten werden, wenn sie nicht überhaupt ausgeschlossen werden muß, da das Pulver sich hierbei aufgrund der konkaven Ausbildung der einen Meniskus bildenden freien Metalloberfläche im mittleren Bereich des Meniskus ansammelt. Dies führt zum einen zu einer erneuten Oxidation im peripheren entblößten Bereich des Metalls und zum anderen zur Gefahr einer zusätzlichen Verunreinigung des axialen Bereichs des Gußerzeugnisses, da das Pulver aufgrund der schraubenförmigen Bewegung des Metalls in den achsnahen Bereich des Gießstrangs gefördert wird, was dem erfindungsgemäßen Zweck zuwiderläuft. Andererseits führt die Verwendung einer in das Metall eintauchenden Düse aufgrund der Rotationsbewegung des Metalls zu einem vorzeitigen Verschleiß der Düse,was zu einer Ansammlung des Abriebs im axialen Bereich führt und damit ebenfalls dem erfindungsgemäßen Zweck zuwiderläuft.Strongly discouraged if not excluded at all must be, since the powder here due to the concave design of the free metal surface forming a meniscus accumulates in the central area of the meniscus. On the one hand, this leads to renewed oxidation in the peripheral area exposed area of the metal and on the other hand to the risk of additional contamination of the axial area of the Cast product because the powder due to the helical Movement of the metal is promoted in the near-axis area of the cast strand, which runs counter to the purpose of the invention. On the other hand, the use of a nozzle immersed in the metal, due to the rotational movement of the Metal leads to premature wear of the nozzle, which leads to an accumulation of abrasion in the axial area and thus also runs counter to the purpose of the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährt somit der freien Oberfläche des flüssigen Metalls einen zuverlässigen Schutz gegen eine erneute Oxidation, indem einerseits der Gießstrahl von seinem Austritt aus dem Verteiler bis zu einer Stelle oberhalb des Meniskus in einer verhältnismäßig langen Leitung, vorzugsweise einem feuerfesten Rohr, geführt wird, und andererseits der Meniskus und der freie Gießstrahl unterhalb des Zuleitungsrohres von einer Schicht flüssigen inerten Gases bedeckt wird. Das flüssige Gas kann ein neutrales Gas, wie beispielsweise Stickstoff bei einer Tempe-The method according to the invention thus grants the free surface of the liquid metal provides reliable protection against renewed oxidation by, on the one hand, the pouring stream from its exit from the distributor to a point above the meniscus in a relatively long line, preferably a refractory tube, and on the other hand the meniscus and the free pouring stream below the Feed pipe is covered by a layer of liquid inert gas. The liquid gas can be a neutral gas such as Nitrogen at a temperature
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ratur von -196°C oder Argon von einer Temperatur von -186°C oder ein beliebiges anderes, das schmelzflüssige Metall nicht oxidierendes Gas sein.temperature of -196 ° C or argon of a temperature of -186 ° C or any other, the molten metal be non-oxidizing gas.
Auf diese Weise ist das Metall in der Kokille sicher gegen eine erneute Oxidation geschützt, da, wie festgestellt wurde, das Ln die Kokille eingeleitete flüssige Gas sich auf dem Meniskus ausbreitet, dessen Bewegungen das flüssige Gas mitmacht. Dasselbe trifft auf den freien Teil des GießstrahlsIn this way, the metal in the mold is reliably protected against renewed oxidation, since, as has been determined, The liquid gas introduced into the mold spreads on the meniscus, the movements of which the liquid gas follows. The same applies to the free part of the pouring stream
Der obere Teil des Gießstrahls ist in der Rohrleitung eingeschlossen, deren unteres Ende nicht in das schmelzflüssige Metall der Kokille eintaucht, so daß eine Verunreinigung des Metalls durch den Abrieb dieser Zuleitung nicht zu befürchten ist.The upper part of the pouring stream is enclosed in the pipeline, the lower end of which is not immersed in the molten metal of the mold, so that an impurity of the metal due to the abrasion of this supply line is not to be feared.
Darüberhinaus ist es möglich, die Schlackenteilchen, die sich in der Senke des Meniskus ansammeln, abzuschöpfen, da die Transparenz der den Meniskus bedeckenden Schicht flüssigen Gases ausreichend ist, um die auf der Metalloberfläche schwimmenden Schlackenteilchen im Gegenlicht des schmelz— flüssigen Metalls zu erkennen. Um das Herausfischen der Schlackenteilchen zu ermöglichen, ist es notwendig, einen freien Gießstrahl genügender Höhe vorzusehen.In addition, it is possible to skim off the slag particles that accumulate in the depression of the meniscus, since the Transparency of the layer of liquid gas covering the meniscus is sufficient to reflect on the metal surface floating slag particles can be seen in the backlight of the molten metal. To fish out the To enable slag particles, it is necessary to provide a free pouring stream of sufficient height.
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IRSID - Si - A 12 227IRSID - Si - A 12 227
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DarUberhinaus kann das Herausfischen der Schlackenteilchen dadurch noch erleichtert werden, wie das bei einem vollkommen freien Gießstrahl der Fall ist, daß man den Gießstrahl aus der Mitte verlagert, was bei einem in das Metall eintauchenden Zuleitungsrohr kaum ratsam wäre, weil der Verschleiß aufgrund der mit größerem Radius zunehmenden Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Metalls ein noch wesentlich größerer ist. Eine Verlagerung des Gießstrahls ist auch deshalb von Interesse, weil das Herausfischen der Schlackenteilchen bei einem vorhandenen Gießstrahl möglich ist, wenn dessen unterhalb des Zuleitungsrohres freier Teil auf ein genaues Menimum begrenzt werden kann, wobei man den während des Gießverfahrens unvermeidlichen Änderungen der Höhe des Meniskus Rechnung trägt. Eine zu große Höhe des freien durch das flüssige Gas geschützten Strahls muß deshalb vermieden werden, weil der Strahlquerschnitt nur selten vollkommen zylindrisch ist und die Gefahr, daß das flüssige Metall wegen des Eindringens des flüssigen Gases in das Metall aus der Kokille herausspritzt, mit der Höhe des zu schützenden freien Strahls zunimmt.In addition, the fishing out of the slag particles can be made easier, as it is completely free pouring stream is the case that the pouring stream is shifted from the center, which is the case with one immersed in the metal Supply pipe would hardly be advisable because of the wear and tear due to the circumferential speed increasing with the larger radius of the rotating metal is an even larger one. A shift of the pouring stream is therefore also of Interest, because it is possible to fish out the slag particles from an existing pouring stream if it is below it the free part of the supply pipe can be limited to an exact Menimum, whereby the during the casting process takes into account inevitable changes in the height of the meniscus. Too great an amount of free by the Liquid gas protected jet must be avoided because the jet cross-section is rarely completely cylindrical is and the risk that the liquid metal due to the penetration of the liquid gas into the metal the mold spurts out, increases with the height of the free jet to be protected.
Weitere Versuche haben gezeigt, daß eine der optimalen Verfahrensbedingungen bei Durchführung des erfindungsgemäßen Gießverfahrens darin besteht, den freien Gießstrahl etwa in der Mitte zwischen dem Mittelpunkt und der Wandung derFurther experiments have shown that one of the optimal process conditions when carrying out the casting process according to the invention is to use the free pouring stream for example in the middle between the center and the wall of the
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IRSID - ? - A 22IRSID -? - A 22
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Kokille auftreffen zu lassen. Zu ähnlichen Ergebnissen gelangte man bei kontinuierlichen Gießverfahren mit elektromagnetisch hervorgerufener Zentrifugalbeschleunigung und völlig freiem Gießstrahl ohne einen Schutz des Metalls gegen eine erneute Oxidation.To let the mold hit. Similar results were obtained with continuous casting processes with electromagnetic induced centrifugal acceleration and completely free pouring stream without protection of the metal against a renewed oxidation.
Über seine Hauptaufgabe hinaus, nämlich den Schutz des schmelzflüssigen Metalls gegen eine erneute Oxidation, bietet das den oberen Teil des Gießstrahls umhüllende Zuleitungsrohr gegenüber dem vollkommenen Schutz des Gießstrahls mittels flüssigen Gases noch eine Anzahl weiterer Vorteile, wie sie im folgenden aufgeführt sind:In addition to its main task, namely the protection of the molten metal against renewed oxidation, it provides the supply pipe enveloping the upper part of the pouring stream against the complete protection of the pouring stream a number of other advantages using liquid gas, as listed below:
Zunächst stellt sie einen wirtschaftlichen Vorteil dar, nämlich die Einsparung an flüssigem Gas, dessen Verbrauch um so geringer ist, je kleiner die zu schützende Fläche ist.First of all, it presents an economic advantage represents, namely the saving of liquid gas, the consumption of which is lower, the smaller the amount protective surface is.
Des weiteren bietet sie einen besseren Wärmeschutz als eine Schicht flüssigen Gases, die für die Wärmestrahlung des flüssigen Metalls durchlässig ist«Furthermore, it offers better thermal protection than a layer of liquid gas, which is used for thermal radiation of the liquid metal is permeable "
Schließlich besteht ein wesentlicher Vorteil in der Möglichkeit, einen Gießstrahl großen Querschnitts zu verwenden, was in Verbindung mit dem Schutz einesFinally, there is a significant advantage in the possibility of a pouring stream with a large cross-section to use anything in conjunction with protecting a
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Meniskus mittels eines neutralen flüssigen Gases, wie es scheint zum ersten Mal, das kontinuierliche, unter Zentrifugalbeschleunigung erfolgende Vergießen von sehr stark mittels eines desoxidie~ renden Stoffes wie z.B. Aluminium beruhigten Stählen erlaubt, d.h. von Stählen mit weniger als etwa 10 % Sauerstoff und bis zu 0,1 % und mehr Aluminium, ohne ein frühzeitiges Verstopfen des Ausflusses des Verteilers befürchten zu müssen. Die geometrische Form des Gießstrahls hat kaum eine Bedeutung und die Ausflußmenge kann mit jedem beliebigem bekannten Mittel geregelt werden, beispielsweise mittels einer in den Verteiler eintauchenden Stopfenstange, deren Verschlußpfropfen die im Boden des Behälters vorgesehene Ausflußöffnung mehr oder weniger verschließt.Meniscus by means of a neutral liquid gas, it seems for the first time, allows the continuous casting of steels which have been killed very strongly by means of a deoxidizing substance such as aluminum, i.e. steels with less than about 10% oxygen and up to 0.1 % and more aluminum without having to worry about premature clogging of the outflow of the distributor. The geometric shape of the pouring stream is of little importance and the outflow can be regulated by any known means, for example by means of a stopper rod dipping into the distributor, the stopper of which more or less closes the outflow opening provided in the bottom of the container.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der für die Durchführung des erfxndungsgemäßen Verfahrens ausgebildeten Kokille in schematischer Weise dargestellt. Es zeigenIn the drawing, two embodiments are for the Implementation of the inventive method formed mold shown in a schematic manner. Show it
Fig. 1 den oberen Teil eines Kokillenaufbaus mit einer zentral auf den freien Gießstrahl gerichteten Strömung von flüssigem Stickstoff;1 shows the upper part of a mold structure with a flow of liquid nitrogen directed centrally onto the free pouring jet;
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909814/0852909814/0852
IRSID - yl - A 12 227IRSID - yl - A 12 227
/J£| 13.9.1978/ J £ | 13.9.1978
i - dmi - dm
Fig. 2 denselben Aufbau einer Kokille wie Fig. 1, bei der jedoch der flüssige Stickstoff im außenliegenden Bereich des Meniskus in unmittelbarer Nähe der Kokillenwandung eingeleitet wird.FIG. 2 shows the same structure of a mold as FIG. 1, but in which the liquid nitrogen is located on the outside Area of the meniscus is initiated in the immediate vicinity of the mold wall.
Sofern nichts anderes angegeben, erfolgt die folgende Beschreibung dor beiden in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele unter gleichzeitiger Bezugnahme auf diese beiden Figuren, deren Einzelteile mit denselben Hinweisziffern versehen sind.Unless otherwise specified, the following description is given dor two embodiments shown in FIGS with simultaneous reference to these two figures, their individual parts with the same reference numbers are provided.
Ein den schmelzflüssigen Stahl als Verteiler aufnehmender Behälter 1 weist in seinem Boden eine Ausflußöffnung 2 auf. Aus dieser Öffnung fließt ein senkrechter Gießstrahl außerachsig in eine wassergekühlte Kokille 4, an deren unterem Ende eine teilweise erstarrte Nassel 5 kontinuierlich abgezogen wird. In bekannter Weise weist die Kokille einen doppelwandigen Ringkanal mit einer Ringschürze 6 auf, die zusammen mit der aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehenden Innenwand 7 einen vom Kühlwasser durchströmten Ringspalt 8 bildet. Eine horizontale als Ringscheibe ausgebildete TrennwandA container holding the molten steel as a manifold 1 has an outflow opening 2 in its bottom. A vertical pouring stream flows off-axis from this opening into a water-cooled mold 4, at the lower end of which a partially solidified nasal 5 is continuously withdrawn will. In a known manner, the mold has a double-walled annular channel with an annular skirt 6, which together forms with the inner wall 7 made of copper or a copper alloy an annular gap 8 through which the cooling water flows. A horizontal partition designed as an annular disk
9 trennt die Kokille in zwei übereinander liegende Kammern9 separates the mold into two chambers lying one above the other
10 und 11, deren jede eine Öffnung 12 bzw. 13 aufweist. Das Kühlwasser tritt durch die Öffnung 12 in die untere Kammer ein, steigt dann in dem Ringspalt 8 nach oben in die obere10 and 11, each of which has an opening 12 and 13, respectively. The cooling water enters the lower chamber through opening 12 a, then rises in the annular gap 8 upwards into the upper one
9098U/08529098U / 0852
IRSID - yt - A 12 227IRSID - yt - A 12 227
13.9.1578 i - dm13.9.1578 i - dm
Kammer 11, aus welcher es durch die Öffnung 13 wieder ausströmt. In der oberen Kammer 11 ist ein stationärer elektromagnetischer Induktor 14 angeordnet. Dieser besteht aus mehreren, einen magnetischen Innenkern aufweisenden Spulen, die sich gleichmäßig über den Umfang des Ringkanals verteilen. Der Induktor ist in bekannter Weise an ein Drehstromnetz angeschlossen und erzeugt ein gleichmäßiges, senkrecht zur Achse 15 der Kokille gerichtetes Magnetfeld, das sich um die Achse 15 mit einer der Frequenz des Stroms entsprechenden Winkelgeschwindigkeit dreht.Chamber 11, from which it flows out again through the opening 13. In the upper chamber 11 is a stationary electromagnetic Inductor 14 arranged. This consists of several coils, which have a magnetic inner core distribute evenly over the circumference of the ring channel. The inductor is connected to a three-phase network in a known manner and generates a uniform magnetic field directed perpendicular to the axis 15 of the mold, which revolves around the Axis 15 rotates at an angular speed corresponding to the frequency of the current.
Um die im Kontakt mit dem schmelzflüssigen Metall stehende Innenwand 7 zu schmieren, ist eine Ölzuleitung 25 vorgesehen.To those in contact with the molten metal To lubricate the inner wall 7, an oil supply line 25 is provided.
Eine ausführlichere Beschreibung dieses bekannten Kokillenaufbaus findet sich in der DE-OS 2 628 293.A more detailed description of this known mold structure can be found in DE-OS 2 628 293.
Unter der Wirkung des magnetischen Drehfeldes erfolgt eine Drehbewegung des Gießstrangs um die Achse der Kokille in dem in der Zeichnung durch einen Pfeil angezeigten Drehsinn. Hierdurch bildet sich ein konkaver Meniskus 16 aus.Under the effect of the rotating magnetic field, the cast strand rotates around the axis of the mold the direction of rotation indicated by an arrow in the drawing. As a result, a concave meniscus 16 is formed.
Der Gießstrahl 3 durchströmt ein mit dem Boden des Verteilerbehälters 1 verbundenes, aus feuerfestem Werkstoff bestehen-The pouring stream 3 flows through with the bottom of the distribution container 1 connected, made of refractory material
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9098U/08B29098U / 08B2
28411852841185
IRSID - y> - A 12 217IRSID - y> - A 12 217
13.9.1978 i - dm13.9.1978 i - dm
des Rohr 17, dessen Durchmesser um ein geringes größer ist als der Durchmesser der Öffnung im Boden des Verteilers. Hinsichtlich der Gestaltung dieses Zuleitungsrohres ist lediglich von Bedeutung, daß sein unteres Ende 18 sich im Abstand von der Meniskusoberfläche befindet. Der aus diesem Zuleitungsrohr 17 austretende freie Gießstrahl 19, der eine Lange von einigm Zentimetern, beispielsweise 5 cm, aufweist, wird ebenso wie der Meniskus 16 mit einer Schicht 20 flüssigen Stickstoffs bedeckt, der den Luftzutritt und damit eine erneute Oxidation des Metalls verhindert.of the tube 17, the diameter of which is slightly larger than the diameter of the opening in the bottom of the manifold. With regard to the design of this supply pipe is only It is important that its lower end 18 is at a distance from the meniscus surface. The one from this Feed pipe 17 exiting free pouring stream 19, which has a length of a few centimeters, for example 5 cm, is as well as the meniscus 16 covered with a layer 20 of liquid nitrogen, the air admission and thus a prevents renewed oxidation of the metal.
Die Zufuhr des flüssigen Stickstoffs 22 erfolgt aus einem, beispielsweise als Dewar-Gefäß ausgebildeten Behälter 21, in den der Stickstoff aus einem unter Druck stehenden Behälter über eine Leitung 24 eingeleitet wird. Das flüssige Gas strömt über eine Leitung 27 zu einem in seiner Ausbildung bekannten, einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden RLngkanal 28, durch den die Gas-Phase abgetrennt wird. An seiner Oberseite weist dieser Ringkanal eine Mehrzahl kleiner Auslässe 30 auf, durch die der gasförmige Stickstoff austreten kann, während in der unteren Hälfte des Ringkanals eine. Mehrzahl von kalibrierten Düsen 31 vorgesehen ist, durch die der flüssige Stickstoff kontinuierlich auf die Metalloberfläche geleitet wird.The liquid nitrogen 22 is supplied from a container 21, designed for example as a Dewar vessel, in which the nitrogen is introduced from a pressurized container via a line 24. The liquid gas flows Via a line 27 to an elongated channel 28 known in its design and having a circular cross-section, through which the gas phase is separated. On its upper side, this ring channel has a plurality of small outlets 30, through which the gaseous nitrogen can escape, while in the lower half of the ring channel one. Majority of calibrated Nozzles 31 is provided through which the liquid nitrogen is continuously passed onto the metal surface will.
- 14 '-- 14 '-
8098U/0ÖS28098U / 0ÖS2
IRSID -VL- A 12 227IRSID -VL- A 12 227
13.9.1978 i - dm13.9.1978 i - dm
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der der Phasentrennung dienende Ringkanal 28 um das untere Ende 18 des Zuleitungsrohres 17 in unmittelbarer Nähe des austretenden freien Gießstrahls 19, an verschiedenen Haltern 26 aufgehängt, angeordnet. Der flüssige Stickstoff gelangt aufgrund der Schrägstellung der Düsen 31 im freien Fall an die Oberfläche des Gießstrahls 19 und breitet sich auf dem Meniskus 16 in radialer Richtung nach außen bis zum Kontakt mit der Innenwandung 7 der Kokille aus. Die Schichtdicke beträgt hierbei je nach der gewählten Zuflußmenge etwa 1 bis 3 cm, so daß sämtliche freien Oberflächen des schmelzflüssigen Metalls wirksam gegen die oxidierende Wirkung der Außenluft geschützt sind.In the embodiment according to FIG. 1, that is the phase separation serving annular channel 28 around the lower end 18 of the supply pipe 17 in the immediate vicinity of the exiting free pouring stream 19, suspended on various holders 26, arranged. The liquid nitrogen gets due the inclination of the nozzles 31 in free fall to the surface of the pouring stream 19 and spreads on the meniscus 16 in the radial direction outward until contact with the inner wall 7 of the mold. The layer thickness is about 1 to 3 cm, depending on the selected inflow amount, so that all exposed surfaces of the molten metal are effective against the oxidizing effect of the outside air are protected.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ruht der einen gegenüber delm Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 größeren Durchmesser aufweisende, die Phasentrennung bewirkende Ringkanal 28' mittels Stützen 29 auf der oberen Abdekkung der Kokille und die Düsen 31 sind so ausgerichtet, daß der flüssige Stickstoff in unmittelbarer Nähe der Innenwand 7 der Kokille auf den sich ausbildenden Meniskus 16 'auftrifft· Der flüssige Stickstoff fließt zunächst in Richtung auf die tiefste Stelle des Meniskus, bis der Spiegel der den Meniskus erfüllenden Schicht 20 das untere Ende 18 des Zuleitungs-In the embodiment shown in Fig. 2, the rests one compared to the exemplary embodiment according to FIG. 1 Ring channel 28 'having a larger diameter and causing the phase separation by means of supports 29 on the upper cover the mold and the nozzles 31 are aligned so that the liquid nitrogen is in the immediate vicinity of the inner wall 7 of the mold hits the meniscus 16 'that is being formed. The liquid nitrogen initially flows in the direction of the deepest point of the meniscus until the level of the layer 20 filling the meniscus reaches the lower end 18 of the supply line
- 15 -- 15 -
9098H/08S29098H / 08S2
IRSID - γ - A 12 227IRSID - γ - A 12 227
/β 13.9.1978/ β 9/13/1978
i - dmi - dm
rohres 17 erreicht, so daß der freie Teil 19 des Gießstrahls ebenfalls gegen ein Oxidieren durch den Luftsauerstoff geschützt ist.tube 17 reached so that the free part 19 of the pouring stream is also protected against oxidation by the atmospheric oxygen is.
Die beiden Ausführungsbeispiele weisen jeweils besondere Eigenschaften auf, die im folgenden beschrieben werden sollen.The two exemplary embodiments each have special properties which are to be described below.
Die am Umfang des freien Gießstrahls 19 eriolyende, mehr in.it.-tige Zuleitung des flüssigen Stickstoffs macht eine vollständige Ausfüllung des Meniskus mit einer bis zum unteren Ende 18 des Zuleitungsrohres reichenden Schicht entbehrlich. Man kommt somit mit einer Schichtdicke von etwa 2 cm aus, wobei trotzdem die Länge des freien Gießstrahls 19 zwischen 5 undThe eriolyend at the periphery of the free pouring stream 19, more in.it.-tige Feeding the liquid nitrogen makes a complete filling of the meniscus with one to the lower end 18 of the supply pipe reaching layer unnecessary. One gets by with a layer thickness of about 2 cm, whereby nevertheless the length of the free pouring stream 19 between 5 and
be
10 cm tragen kann. Es macht jedoch die Anordnung des die Phasentronnung bewirkenden Ringkanals 28 oberhalb des Miniskus
16 notwendig, was in konstruktiver Hinsicht insbesondere bei Kokillen kleiner Durchmesser hinderlich sein kann. Eine
solche Anordnung ist daher mehr für Kokillen für größere Gußerzeugnisse, beispielsweise Bioomen geeignet.be
10 cm can carry. However, it makes the arrangement of the ring channel 28 causing the phase separation necessary above the miniscus 16, which can be a hindrance from a structural point of view, particularly in the case of molds with small diameters. Such an arrangement is therefore more suitable for molds for larger cast products, for example bioomes.
Die Zufuhr des Stickstoffs bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel macht im Hinblick auf die verhältnismäßig große Menge des den Meniskus ausfüllenden Stickstoffs zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen notwendig, um zu verhindern,The supply of nitrogen in the case of the one shown in FIG Embodiment makes in view of the relatively large amount of nitrogen filling the meniscus additional precautionary measures are necessary to prevent
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' 8098U/06B2'8098U / 06B2
IRSID _ yS - A 12 2',.Ί IRSID _ yS - A 12 2 ',. Ί
/JOj 13.9.19 78/ JOj 13.9.19 78
i - dmi - dm
daß der flüssige Stickstoff über die Wandung der Kokille überschwappt. Ihr Vorteil besteht jedoch, unabhängig von der Größe der Gußerzeugnisse, in einem verhältnismäßig geringem Raumbedarf, woraus sich weitere Vorteile im Betrieb einer solchen Kokille ergeben, wie z.B. die Möglichkeit der visuellen Überwachung des Kokillen-Inneren, die für ein einwandfreies Arbeiten mit der Kokille, beispielsweise hinsichtlich der Geschwindigkeitssteuerung, nützlich, wenn nicht sogar unerläßlich ist. Diese zweite Ausführuiujsform ist daher in besonderer Weise für Gußerzeugnisse kleineren Formats, beispielsweise Knüppel, geeignet.that the liquid nitrogen spills over the wall of the mold. However, their advantage exists regardless of the size of the cast products, in a relatively small space requirement, which gives further advantages in operation such a mold, such as the possibility of visual monitoring of the inside of the mold, which is necessary for a flawless Working with the mold, for example in terms of speed control, useful, if not even is essential. This second embodiment is therefore Particularly suitable for small-format cast products, such as billets.
Bei beiden Ausführungsformen besteht jedoch der Vorteil, soweit dem nicht andere Gesichtspunkte entgegenstehen, mit einem freien Gießstrahl möglichst geringer Höhe arbeiten zu können, was aus zwei Gründen anzustreben ist. Der eine Grund ist der, daß der aus dem Zuleitungsrohr ausströmende Gießstrahl sehr unruhig und zerklüftet, somit wenig homogen ist und keinen vollkommen zylindrischen Querschnitt aufweist, so daß die Gefahr des Auftretens kleiner Metallexplosionen infolge des Eindringens des flüssigen Gases in das Metall mit größerer Länge des freien Gießstrahls zunimmt. Der zweite Grund besteht darin, daß je kleiner die zu schützende Fläche ist, der Schutz desto leichter und wirksamer ist. Im Grenz-In both embodiments, however, there is the advantage, insofar as there are no other aspects to the contrary, with one to be able to work free pouring stream as low as possible, which is desirable for two reasons. One reason is that the pouring stream flowing out of the supply pipe is very restless and fissured, and therefore not very homogeneous and does not have a perfectly cylindrical cross section, so that there is a risk of small metal explosions occurring as a result the penetration of the liquid gas into the metal increases as the length of the free pouring stream increases. The second The reason is that the smaller the area to be protected, the easier and more effective the protection. In the border
- 17 -- 17 -
809814/0852809814/0852
IRSID - yi - A 12 227IRSID - yi - A 12 227
<5)λ 13.9.1978<5) λ 9/13/1978
i - dmi - dm
fall wäre es somit anzustreben, daß das untere Ende 18 des Zuleitungsrohres 17 den Minsikus berührt. In der. Praxis ist dies jodocn deshalb nicht ratsam, weil die Höhe des Meniskus in der Kokille unvermeidbaren Schwankungen unterworfen ist. Die Amplitude dieser Schwankungen übersteigt zwar nur selten die Größe von etwa 3 bis 15 cm, so daß die Länge des freien Gießstrahls zweckmäßigerweise ebenfalls diesen Wert aufweist. Wenn auch eine vollkommene Umhüllung des freien Gießstrahls mit einer Flüssigkeitsschicht wünschenswert ist-, so stellt sie jedoch keinesfalls eine unerläßliche Voraussetzung für einen vollkommenen Schutz des schmelzflüssigen Metalles dar. Da der flüssige Stickstoff auf dem Meniskus verdampft, so bildet sich oberhalb des Meniskus und somit auch rings um den freien Gießstrahl eine Schutzatmosphäre, die etwaige Lücken in der Flüssigkeitsschicht überdeckt. In case it would therefore be desirable that the lower end 18 of the feed pipe 17 touches the minicus. In the. practice this iodocn is not advisable because of the height of the meniscus is subject to unavoidable fluctuations in the mold. The amplitude of these fluctuations only exceeds rarely the size of about 3 to 15 cm, so that the length of the free pouring stream expediently also this Has value. Even if a complete coating of the free pouring stream with a layer of liquid is desirable However, it is by no means an indispensable prerequisite for perfect protection of the molten liquid Metal. As the liquid nitrogen evaporates on the meniscus, it forms above the meniscus and thus also a protective atmosphere around the free pouring stream, which covers any gaps in the liquid layer.
Das Verfahren wird etwa unter folgenden.Bedingungen durchgeführt: The procedure is carried out under the following conditions:
Unter Berücksichtigung der Temperatur des schmelzflüssigen Stahls, die in dem Verteiler etwa 15500C beträgt, erhält man bei einer Menge flüssigen Kohlenstoffs zwischen etwa 18 und 24 Liter je Minute und je Quadratmeter zu_.schützender Oberfläche gute.Resultate.Taking into account the temperature of the molten steel, which is about 1550 ° C. in the distributor, good results are obtained with an amount of liquid carbon between about 18 and 24 liters per minute and per square meter of surface to be protected.
809914/0952 " 18 "809914/0952 " 18 "
28411812841181
IRSID _ 1£ _ a 12 IRSID _ £ 1 _ a 12
13.9.1978 i - dm13.9.1978 i - dm
Beim Gießen von Knüppeln mit einem kreisförmigen Querschnitt von ungefähr 20 cm Durchmesser beträgt die zu schützendeWhen casting billets with a circular cross-section about 20 cm in diameter is the one to be protected
2
Fläche etwa 0,04 m unter Mitberücksichtigung der Oberfläche des freien Gießstrahls 19. In diesem Fall beträgt der Zufluß
an flüssigem Stickstoff unter den vorgenannten Voraussetzungen etwa 0,8 l/min.2
Area about 0.04 m taking into account the surface of the free pouring stream 19. In this case, the inflow of liquid nitrogen under the aforementioned conditions is about 0.8 l / min.
Je nach der Natur des flüssigen Gases, soweit dieses gegenüber dem schmelzflüssigen Metall keine oxidierenden Eigenschaften aufweist, wie dies bei Stickstoff, gleichermaßen bei Argon, Helium und anderen inerten Gasen der Fall ist, können sich bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Abweichungen von den vorgenannten Werten ergeben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch nicht nur beim Vergießen von Stahl, sondern bei beliebigen anderen Metallen anwendbar. Es ist jedoch an die Voraussetzung eines senkrechten Gießstrahls gebunden, da ohne einen solchen der Schutz des Gießstrahls sowohl mittels eines feuerfesten Zuleitungsrohres als auch mittels einer Umhüllung des flüssigen Gases praktisch nicht durchführbar wäre. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren in besonderem Maße beim kontinuierlichen Gießen unter Einwirkung einer elektromagnetisch erzeugten Zentrifugalkraft geeignet.Depending on the nature of the liquid gas, as long as it has no oxidizing properties compared to the molten metal as is the case with nitrogen, argon, helium and other inert gases, There may be deviations from the aforementioned values when the method according to the invention is carried out. That The method according to the invention can also be used not only when casting steel, but also with any other metals. However, it is tied to the requirement of a vertical pouring stream, since without such the protection of the Pouring stream both by means of a refractory feed pipe and by means of an envelope of the liquid gas would not be practically feasible. Therefore, the method according to the invention is particularly continuous Casting under the action of an electromagnetically generated centrifugal force is suitable.
9098U/08529098U / 0852
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