DE3320323A1

DE3320323A1 - Verfahren zum zufuehren einer metallschmelze

Info

Publication number: DE3320323A1
Application number: DE19833320323
Authority: DE
Inventors: Martin Ing. HTL Venthône Bolliger
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: FR2546781A1; FR2546781B1; JPS606250A; SE8402844D0; IT8421171A1; IT1174120B; IT8421171A0; GB8413640D0; GB2140721B; GB2140721A; NL8401743A; CH661882A5; US4602668A; LU85383A1; BE899774A; DE3320323C2; SE8402844L

Description

Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze durch einen Düsenkörper einer Düse 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 kommen einmal von den sehr hohen Temperaturen des durchf liessenden 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% langen Asbestfasern, 20% Na-

triumsilikat (Trockengemisch) und 20% Kalk (zur Bildung von Kalziumsilikat). Eine derartige Düse findet in der Regel beim Vergiessen von Aluminium Anwendung, während beim Vergiessen von Stahl meist Düsen aus ZrC>2 oder ZrSiO4 verwendet werden.

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

Durch die CH-PS 508 433 ist eine Zuführdüse bekanntgeworden, 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.

Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren der oben genannten Art zu entwickeln, welches dem mechanischen Verbiegen der Düse und damit einem Reiben der Düse an der Walze bzw. der Kokille entgegenwirkt. Ebenso hat er sich zur Aufgabe gesetzt, eine Düse zu entwickeln, welche für die Durchführung besonders geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt ein Verfahren der obengenannten Art, bei welchem der Abstand des Düsenkörpers von den Walzen, Kokillen, Bänder, od. dgl. beim Betrieb der Giessmaschine bestimmt wird.

Diese Lösung soll erfindungsgemäss durch zwei separat oder gemeinsam vollziehbare Verfahrensschritte verwirklicht werden. Einmal ist vorgesehen, dass der Abstand des Düsenkörpers zu den Giessspalt bildenden Vorrichtungsteilen durch Veränderung der Temperatur innerhalb des Düsenkörpers an einer Mehrzahl von Stellen des Düsenkörpers bestimmt wird. Dieser Gedanke macht sich die Fähigkeit von Werkstoffen zunutze, sich bei steigender Temperatur auszudehnen. Wird die Düse an einer Vielzahl von Stellen unterschiedlich mit Wärme beaufschlagt, so kann einem Verbiegen entgegengewirkt werden. Dies geschieht insbesondere bei einer unterschiedlichen Wärmebeaufschlagung der Düsenoberseite im Gegensatz zu ihrer Unterseite.

Desweiteren kann der Abstand des Düsenkörpers durch Erzeugung eines hydrodynamischen Paradoxon gegebenenfalls an einer Mehrzahl von Stellen zwischen Düsenkörper und Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. bestimmt werden. Durch den Aufbau des hydrodynamischen Paradoxons wird zwischen den beiden

Vorrichtungsteilen ein Abstand eingehalten, in welchem ein relativ hoher Druck herrscht. Dieser Druck wirkt einem Verbiegen der Düse entgegen.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch der Gedanke, dass Abstandsdifferenzen zwischen Düsenkörper und Walze, Kokille, Band od. dgl. von nach dem hydrodynamischen Paradoxon arbeitenden Messfühler wie. sie in der Schweizerischen Patentanmeldung Nr. 7410/82-7 aufgezeigt sind, erfasst werden. Anhand der Messergebnisse wird in einer Regeleinheit der gemessene IST-Wert mit einem SOLL-Wert verglichen und die Temperatur an bestimmten Stellen des Düsenkörpers verändert.

Die Erfindung erfasst auch eine Düse zum Zuführen einer Metallschmelze in einen Giesspalt zwischen Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. einer Giessmaschine, wobei die Düse in ihrem Düsenkörper Einrichtungen enthält, über und mittels deren ein Abstand der Düse bzw. der Düsenoberfläche von den Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. der Giessmaschine bestimm- und regulierbar ist.

Im einfachsten Fall können in den Düsenkörper Stromleiter eingearbeitet sein, welche in bestimmten Abständen angeordnete Heizpatronen miteinander verbinden. Auf diese Weise kann der Düsenkörper an unterschiedlichen Stellen mit einer unterschiedlichen Temperatur beaufschlagt werden. Diese Heizpatronen bzw. Stromleiter sind mit einer Regel- und Steuereinheit verbunden.

In einem anderen Fall ist der Düsenkörper von Luftkanälen durchsetzt, welche im Bereich zwischen Düse und Walze, Kokille, Band od. dgl. nach aussen münden, wobei durch entsprechende Luftzugabe durch die Luftkanäle ein hydrodynamisches Paradoxon zwischen Düsenoberfläche und Walze, Kokille, Band od. dgl. aufbaubar ist.

Um die Temperatur und/oder den Aufbau des hydrodynamischen Paradoxons zu steuern, können zur Messung des Abstandes zwischen Düsenkörper und Walze, Kokille, Band od. dgl. in den Düsenkörper versenkbare Stifte, ähnlich der in der Schweizerischen Patentanmeldung Nr. 7410/82-7 aufgezeigten, eingesetzt sein, welche wiederum nach dem Prinzip des hydrodynamischen Paradoxons arbeiten. Die Bewegung der Stifte werden von einem im Düsenkörper angeordneten Weggeber aufgenommen und an die Regel- und Steuereinheit weitergegeben.

Bevorzugt befinden sich die Einrichtungen zum Bestimmen des Abstandes in oder an Metallträgern, welche zusammen mit durch sie verbundene Hohlprofile mit Auslassöffnungen für die Metallschmelze den Düsenkörper bilden. Diese Metallträger haben beispielsweise den Vorteil, dass sie, wenn in ihnen Luftkanäle angeordnet sind, keine Kühlung der Düse bewirken — was im negativen Fall zu einem Einfrieren der Metallschmelze in der Düse führen könnte —, da sie nicht in direkten Kontakt mit der Schmelze kommen. Andererseits sind die Metallträger besonders geeignet, Temperaturdifferenzen schnell aufzunehmen und eine Wärmeausdehnung zu ermöglichen.

-δ.

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 Quer- und Längsschnitt durch eine Düse R.

Ein Düsenkörper 1 besteht im wesentlichen aus Hohlprofilen 2 mit Ausflusskanälen 3, welche dem Führen von flüssigem Retall dienen. Die Hohlprofile 3, aus feuerfestem Werkstoff, insbesondere keramischen Werkstoffen, hergestellt, werden durch Metallträgern 4 verbunden. In die Metallträger 4 sind Stromleiter 5 eingebaut, von welchen in bestimmten Abständen a Heizpatronen 6 abzweigen.

Der Düse R sind — nicht dargestellt — Messfühler zur Bestimmung der Düsenlage zugeordnet, welche entsprechende Werte an eine Regeleinheit übermitteln, in welcher die IST-Werte mit SOLL-Werten verglichen werden. Diese Regeleinheit gibt Steuersignale an eine Steuereinheit zur Beeinflussung der Stromzufuhr zu den Heizpatronen 6.

Als weitere oder auch zusätzliche Möglichkeit — nicht dargestellt — ist daran gedacht, die Metallträger 4 mit Luftkanälen zu durchsetzen, welche im Bereich eines in einen Giessspalt oder eine Kokille einragenden Düsenmundstückes zur Düsenober- und/oder -Unterseite nach aussen münden. Durch diese Luftkanäle wird zwischen dem Düsenmundstückes und der Walzen-, Kokillen-, od. dgl. Oberfläche ein sogenanntes hydrodynamisches Paradoxon erzeugt, welches verhin,-dert, dass die Düsenaussenflache mit Walzen, Kokillen od. dgl. in Berührung kommen. Die Steuerung der Luftzufuhr

durch die verschiedenen Luftkanäle kann ebenfalls von einer Regel- und Steuereinheit, wie oben beschrieben, übernommen werden.

Dieses hydrodynamische Paradoxon soll in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung auch als Messfühler für die Steuerung der Heizpatronen 6 Anwendung finden können. Dabei wird die Ober- und/oder Unterseite der Düse R im Bereich des Düsenmundstückes mit versenkbaren Stiften besetzt, aus denen Luft die Kokillen-, Walzen-, od. dgl. wandung anströmt. Im Düsenkörper 1, insbesondere im Metallträger 4 befindet sich ein Weggeber, welcher die Bewegung der Stifte an eine Regel- und Steuereinheit weitergibt. Diese wiederum übernimmt die Steuerung der Beheizung der Metallträger 4.

Claims

-X- Patentansprüche

1. Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze durch einen Düsenkörper einer Düse in einen Giessspalt zwischen Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. einer Giessmaschine,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Abstand des Düsenkörpers von den Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. beim Betrieb der Giessmaschine bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Düsenkörpers durch Veränderung der Temperatur innerhalb des Düsenkörpers an einer Mehrzahl von Stellen des Düsenkörpers bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Düsenkörpers durch Erzeugung eines hydrodynamischen Paradoxons gegebenenfalls an einer Mehrzahl von Stellen zwischen Düsenkörper und Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. bestimmt wird.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von Düsenkörper zur Walze, Kokille, Band od. dgl. von nach dem hydrodynamischen Paradoxon arbeitenden Messfühler erfasst und die Temperatur dementsprechend an einer Mehrzahl von Stellen im Düsenkörper verändert wird.

5. Düse zum Zuführen einer Metallschmelze in einen Giessspalt zwischen Walzen, Kokillen Bänder od. dgl. einer. Giessmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse R in ihrem Düsenkörper (1) Einrichtungen (6, u.a.) enthält, über und mittels deren ein Abstand der Düse (R) bzw. der Düsenoberfläche von den Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. der Giessmaschine bestimm- und regulierbar ist.

6. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Düsenkörper (1) Stromleiter (5) eingearbeitet sind, welche in bestimmten Abständen (a) angeordnete Heizpatronen (6) miteinander verbinden.

7. Düse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizpatronen (6) über Stromleiter (5) mit einer Regel- und Steuereinheit verbunden sind.

8. Düse nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (1) von Luftkanälen durchsetzt ist, welche im Bereich zwischen Düse (R) und Walze, Kokille, Band od. dgl. nach aussen münden, wobei durch entsprechende Luftzugabe durch die Luftkanäle ein hydrodynamisches Paradoxon zwischen Düsenoberfläche und Walze, Kokille, Band od. dgl. aufbaubar ist.

9. Düse nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Abstandes zwischen Düsenkörper (1) und Walze, Kokille, Band od. dgl. in den Düsenkörper (1) versenkbare Stifte einge-

setzt sind, zwischen denen und der Walze, Kokille, Band od. dgl. ein hydrodynamisches Paradoxon aufbaubar ist, wobei die Bewegung der Stifte über im Düsenkörper (1 ) angeordnete Weggeber auf die Regel- und Steuereinheit übertragbar sind.

10. Düse nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (6, u.a.) in oder an Metallträgern (4) angeordnet sind, welche zusammen mit durch sie verbundene Hohlprofile (2) mit Auslassöffnungen (3) für die Metallschmelze den Düsenkörper (1) bilden, wobei gegebenenfalls auf der Metallausflusseite ein für alle Auslassöffnungen (3) gemeinsames Mundstück mit einem schlitzartigen Auslauf angeordnet ist.