DE3320322A1

DE3320322A1 - Verfahren zum zufuehren einer metallschmelze

Info

Publication number: DE3320322A1
Application number: DE19833320322
Authority: DE
Inventors: Martin Ing. HTL. Venthône Bolliger; Kurt Dr.rer.nat. Sierre Buxmann
Original assignee: Alusuisse Holdings AG; Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: LAUENER ENGINEERING AG THUN CH
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-04
Publication date: 1984-12-06
Also published as: CH662073A5; IT1174119B; GB2140720A; GB8413639D0; FR2546782A1; SE8402845L; IT8421170A1; BE899772A; JPS606251A; SE8402845D0; IT8421170A0; NL8401742A; DE3320322C2; LU85381A1; GB2140720B

Description

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Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze durch zumindest einen Durchlasskanal einer Düse mit ggf. einem Düsenmundstück in einen Giessspalt zwischen Walzen, Kokillen, Bänder od.dgl. einer Giessmaschine, sowie eine Düse hierfür.

Eines der schwierigsten Probleme beim kontinuierlichen Giessen, insbesondere von Eisen- und Nichteisenmetallen bietet die Zuführdüse, mit welcher das flüssige Metall in den Giessspalt zwischen beispielsweise zwei Walzen oder Raupenkokillen eingegeben wird. Gerade bei letztgenannter Giessmaschine werden verhältnismässig dünne Bänder, z. B. von 20 mm Dicke und darunter, gegossen. Das wiederum bedeutet, dass die Düse, insbesondere im Bereich des Düsenmundstücks verhältnismässig gering dimensioniert sein muss.

Wesentliche Gefahren für die Düse kommen einmal von den sehr hohen Temperaturen des durchfliessenden Metalls. Es gibt nur wenig Werkstoffe, welche einer Erosion oder Auflösung im Metall widerstehen. Unter den wenigen Werkstoffen, die diesen Forderungen entsprechen, ist Graphit zu nennen. Doch Graphit bietet den Nachteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit, die Wärme wird so schnell von der Metallschmelze abgeführt, dass das Metall die Neigung hat, in der Düse zu erstarren.

Ein weiterer feuerfester Werkstoff ist eine Mischung von 30 % Diatomeenerde (praktisch reine Kieselsäure in Form von mikroskopischen Zellen), 30 % lange Asbestfasern, 20 %

Natriumsilikat (Trockengemisch) und 20 % Kalk (zur Bildung von Kalziumsilikat). Eine derartige Düse findet in der Regel beim Vergiessen von Aluminium Anwendung, während beim Giessen von Stahl meist Düsen aus ZrO2 ,oder ZrSiO4 verwendet werden.

Die Düse muss aber nicht nur den thermischen Beanspruchungen widerstehen, die sich durch die Temperaturen des Giessmetalls ergeben, sondern gleichermassen dem daraus resultierenden chemischen Angriff sowie den mechanischen Einwirkungen infolge von Schwingbewegungen der Kokille oder Walze und Verbiegungen der Düse infolge des relativ hohen Gewichts der hindurchfliessenden Schmelze. Gerade dieses Durchbiegen führt zu einem Reiben, insbesondere des Düsenmundstücks an der Walze oder der Kokillenwandung und damit zu einem Zerstören der Düse.

Durch die CH-PS 508 433 ist eine Zuführdüse bekannt geworden, die in der Nähe des Aussenrandes des Mundstücks aussen.

auf ihrem ganzen Umfang mit Einlagen aus einem selbstschmierenden Werkstoff versehen ist. Diese Einlagen stehen gerade soweit aus der Oberfläche des Mundstückes hervor, dass jede direkte Berührung der Düsenoberfläche mit den Kokillenhälften und ein Eindringen von Schmelze in das Spiel zwischen Mundstück und Kokillenhälfte verhindert wird. In der Praxis wurde jedoch als Nachteil empfunden, dass Reibspuren der Graphiteinsätze "aktivierte" Streifen darstellen, die eine schroffere Erstarrung aufweisen und dementsprechend ungleichmässiges Gussgefüge, oft auch Oberflächenrisse, verursachen. Zur Verminderung dieser Nachteile bei der mechanischen Beanspruchung der Düse, insbesondere

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des Düsenmundstücks, ist aus der Schweizer Patentanmeldung .... ein Verfahren bekannt, mittels dessen der Abstand des Düsenkörpers von den Walzen, Kokillen, Bänder od.dgl. beim Betrieb der Giessmaschine bestimmt wird. Beispielsweise befinden sich in dem Düsenkörper Luftkanäle, welche in den Zwischenraum zwischen Düse bzw. Düsenmundstück und WaI-. ze, Kokille oder Band einmünden. Infolge von Luftzugabe durch die Luftkanäle wird in dem Zwischenraum ein sog. hydrodynamisches Paradoxon aufgebaut, welches verhindert, dass das Düsenmundstück in Berührung mit der Walze, Kokille oder dem Band kommt.

Ein weiteres Problem bildet das sog. Hinterfliessen der Düse durch die aus der Düse austretende Metallschmelze. Die aus der Düse austretende Metallschmelze bildet im Bereich zwischen Austrittsöffnung und dem ersten Kontakt mit den mitlaufenden Wandungen der Walze, Kokille, des Bandes od. dgl. einen Krümmungsradius, welche im wesentlichen von der Oberflächenspannung des Metalls, dem metallostatischen Druck, mit dem das Metall aus der Düse austritt, und der Geschwindigkeit der mitlaufenden Wandungen der entsprechenden Giessmaschinenteile abhängt. Hierbei kann es auch infolge einer frühzeitigen Erstarrung des Metalls zu einem Rückstau kommen, welcher bewirkt, dass das Metall das Dusenmundstück hinterfliesst. Diese Erscheinung ist sehr unangenehm, da sie den Ablauf des kontinuierlichen Giessens wesentlich stört und auch das Zusammenspiel von Düsenmundstück und Giessmaschine behindert.

Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie eine Düse der obengenannten Art zu entwickeln, mittels wel-

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chem bzw. welcher ein Hinterfliessen der Düse verhindert wird und gleichzeitig ggf. das obenbeschriebene Reiben der Düse an der Kokillenwand od.dgl. vermieden wird. Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass in einem Zwischenraum Zwischen der Düse bzw. dem Düsenmundstück und den Walzen, Kokillen, Bänder od.dgl. ein Luftkissen aufgebaut wird, mittels dessen ein Krümmungsradius der Metallschmelze zwischen einer Auslassöffnung des Düsenmundstückes und einem Kontaktpunkt der Schmelze mit der Walze, Kokille, dem Band od.dgl. beeinflusst wird. Dabei können die in der obengenannten schweizerischen Patentanmeldung beschriebenen Vorteile des hydrodynamischen Paradoxons mit den jetzt erzielten Vorteilen der Verhinderung des Hinterfliessens der Düse gekoppelt werden.

Eine Düse zur Durchführung des Verfahrens ist in ihrer oberen und/oder unteren Düsenwand mit Luftkanälen durchsetzt, welche in einen Zwischenraum zwischen Düse bzw. Düsenmundstück und Walze, Kokille, Band od.dgl. einmünden, und dort ein Luftkissen mit einem bestimmten Druck ausbilden. Dieser Druck des Luftkissens wirkt auf einen Krümmungsradius der aus dem Düsenmundstück unter einem metallostatischen austretenden Metallschmelze mit einer Oberflächenspannung und verändert ihn.

Findet eine Düse in der Form Anwendung, wie sie in der

Schweizerischen Patentanmeldung beschrieben ist,

sind die Luftkanäle bevorzugt in die metallischen Düsenversteifungsstücke eingelassen.

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Das flüssige Metall, das mit einem bestimmten Druck p_met, gegeben durch den statischen und dynamischen Druck nach Bernoulli, aus der Auslassöffnung in dem Düsenmundstück austritt, würde einen Krümmungsradius R = <& /Pmet erzeugen, wobei (© die Oberflächenspannung des flüssigen Metalls ist. Durch das Luftkissen wird ein Gegendruck ρ erzeugt, woraus sich ein Krümmungsradius der Schmelze, nämlich R= <D/(p_met - p) einstellt. Damit kann der Zwischenraum zwischen Düse und Walze, Kokille, Band od. dgl. im Bereich des Düsenmundstücks von vorneherein vergrössert werden, ohne dass das Metall die Düse hinterfliesst. Damit wird auch die Gefahr verringert, dass die Düse an der Walze, Kokille oder dem Band reibt.

Weiterhin hat das Luftkissen den Vorteil, dass es die Kühlung des Metalls bereits vor dessen Berührung mit der Walze, Kokille oder dem Band einleitet und so beschleunigt.

Als für den Aufbau des Luftkissen verwendetes Gas wird bevorzugt ein Inertgas durch die Luftkanäle in den Zwischenraum geführt. Dabei bietet sich insbesondere Argon an, welches wiederum den Vorteil mit sich bringt, dass die Oberflächenoxidation des flüssigen Metalls nach dem Austritt aus der Düse verringert wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen schematisch dargestellten, quergeschnittenen Ausschnitt eines Düsenmundstücks 1 in Gebrauchslage zwischen zwei mitlaufenden Kokillenbänder 2 und 3 einer nicht näher gezeigten Raupenkokil-

Ie. Das Düsenmundstück 1 weist eine obere Düsenwand 4 und eine untere Düsenwand 5 auf, zwischen denen sich ein Durchlasskanal 6 zur Führung einer Schmelze 7 eines flüssigen Metalls befindet. Diese Schmelze 7 tritt aus einer Auslassöffnung 8 aus dem Düsenmundstück 1 aus und gelangt zwischen die beiden Kokillenbänder 2 und 3, wobei sie in Berührung mit gekühlten Kokillenwandungen 9 und 10 kommt. Die Kühlung bewirkt, dass kurz nach der Berührung die Schmelze von aussen her zu einer Metallschicht 11 zu erstarren beginnt.

Je nach der Geschwindigkeit der mitlaufenden Bänder 2 und 3 im Verhältnis zu der der austretenden Schmelze 7 und nach der Oberflächenspannung des flüssigen Metalls kann ein Kontaktpunkt 12 der Schmelze 7 mit der Wandung 9 bzw. 10 weiter oder näher zu der Austrittsöffnung 8 liegen. Dabei bleibt in der Regel die Geschwindigkeit der Bänder 2 und 3 konstant, während die Geschwindigkeit der Schmelze 7 von einem metallostatischen Druck p_met abhängt. Ein Krümmungsradius r eines gedachten Kreisbogens zwischen Austrittsöffnung 8 und Kontaktpunkt 12 bestimmt sich dann im wesentlichen nach dem Verhältnis der Oberflächenspannung zu dem metallostatischen Druck Pmet· ^In ^en Düsenwänden 4 und 5 sind weiterhin Luftkanäle 14 angeordnet, welche durch Bohrungen 15 in den Zwischenraum ρ zwischen Kokillenwand 9, 12 und Mundstück 1 münden. Durch die eingeführte Luft wird in dem Innenraum J ein Luftkissen ausgebildet, welches den Krümmungsradius r beeinflusst und zwar etwa nach dem Verhältnis von Oberflächenspannung <£> zu metallostatischen Druck p_met abzüglich der Druckes ρ des Luftkissens.

Claims

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PATENTANSPRÜECHE

. Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze durch zumindest einen Durchlasskanal einer Düse mit ggf. einem Düsenmundstück in einen Giessspalt zwischen Walzen, Kokillen, Bänder od.dgl. einer Giessmaschine,
dadurch gekennzeichnet,

dass in einem Zwischenraum zwischen der Düse bzw. dem Düsenmundstück und den Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. ein Luftkissen aufgebaut wird, mittels dessen ein Krümmungsradius der Metallschmelze zwischen einer Auslassöffnung des Düsenmundstückes und einem Kontaktpunkt der Schmelze mit der Walze, Kokille, dem Band od.dgl. beeinflusst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftkissen als ein hydrodynamisches Paradoxon wirkt, mit dem das Düsenmundstück in einem vorgegebenen Abstand von der Walze, Kokille, dem Band od.dgl. gehalten wird.
3. Düse mit ggf. einem Düsenmundstück zum Zuführen einer Metallschmelze durch zumindest einen Durchlasskanal in einen Giessspalt zwischen Walzen, Kokillen, Bänder od.dgl. einer Giessmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere und/oder eine untere Düsenwand (4 und/ oder 5) mit Luftkanälen (14) durchsetzt ist, welche in einen Zwischenraum (J) zwischen Düse bzw.Düsenmundstück (1) und Walze, Kokille (2, 3), Band od.dgl. einmünden und dort ein Luftkissen mit einem Druck (p) ausbilden.
Ί Α. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über den Druck (p) des Luftkissens ein Krümmungsradius (r) der aus dem Düsenmundstück (1) unter einem metallostatischen Druck (p_met) austretenden Metallschmelze (7) mit einer Oberflächenspannung (Gd ) zwischen einer Austrittsöffnung (8) und einem Köntaktpunkt (12) mit beispielsweise einer Kokillenwand (9, 10) veränderbar ist.
5. Düse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Krümmungsradius (r) nach dem Verhältnis von Oberflächenspannung ( Co ) der Metallschmelze (7) zu dem metallostatischen Druck (Pmet) vermindert um den Druck (p) des Luftkissens bestimmt.
6. Düse nach wenigstens einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftkissen im wesentlichen aus einem durch die Luftkanäle (14) zugeführten Inertgas, bevorzugt Argon, aufgebaut ist.