DE3444228A1

DE3444228A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer gerichteten stroemung

Info

Publication number: DE3444228A1
Application number: DE19843444228
Authority: DE
Inventors: Herbert 4000 Düsseldorf Förster; Hans 4100 Duisburg Gruner; Hans 4000 Düsseldorf Schrewe
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1984-11-30
Filing date: 1984-11-30
Publication date: 1986-06-12
Also published as: DE3444228C2

Description

"Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung einer Metallschmelze, insbesondere einer Stahlschmelze beim Vergießen in eine Kokille, insbesondere in eine Stranggießkokille.
Es ist bekannt, zur Qualitätsverbesserung von Gußstücken, wie Blöcke oder nach dem kontinuierlichen Gießverfahren erzeugte Stränge, die Schmelze in der Kokille in eine um die Gießachse verlaufende Strömung zu versetzen. nas kann dadurch geschehen, daß die Schmelze einem elektromagnetischen Wanderfeld ausgesetzt wird. Als nachteilig werden die dabei häufig auftretenden F.ntreisLhungen (weiße Streifen im Gußmaterial) angesehen. Es ist ferner bekannt, die Schmelze dadurch in Rotation zu versetzen, daß der Strahlimpuls in der FlieS-richtung der einströmenden Schmelze die Energie für die Bewegung der Schmelze liefert (z.B. DE-PS 14 58 099).
Die bekannten Verfahren sind entweder technisch sehr aufwendig oder sie genügen den heutigen Qualitätsanforderungen nicht. Außerdem verbietet sich der Einsatz mechanischer Mittel zur Schmelzenbewegung bei kleinen Kokillenquerschnitten, weil dadurch die Erstarrungsbedingungen in der Kokille ungünstig beeinflußt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine möglichst gleichmäßig verteilte, gerichtete Strömung im flüssigen Innern eines Gußerzeugnisses ohne störende Nebeneinflüsse erzeugt.
Bei einem Verfahren zum Vergießen einer Schmelze aus einen Schmelzenvorratsbehälter in eine Kokille, insbesondere eine Stranggießkokille, wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schmelze bereits im Auslaufbereich des Schmelzenvorratsbehälters und/oder im Zufuhrbereich zum Gießspiegel in eine um die Zufuhrrichtung rotierende Bewegung versetzt wird. Mittels dieser erzeugten Rotation des Schmelzenstrahles wird die Schmeize in der Kokille in eine um die Längsachse des Gußstückes, insbesondere um die Strangachse umlaufende Bewegungsrichtung versetzt. Die im Zufuhrsysten eingeleitete Bewegung der Schmelze setzt sich im Stranginnern fort und erfaßt über den gesamten Querschnittsbereich auch weit unterhalb der Kokille gelegene Bereiche des flüssigen Sumpfes.
Die Strömung wird mit einer Vorrichtung erzeugt, die von einem bekannten Schmel zenvorratsbehäl ter ausgeht. Dieser Schmel zenvorratsbehälter besitzt einen im Boden angeordneten Tauchausguß, der bis in die Kokille reicht. Bei einer derartigen Einrichtung wird erfindungsgemäß die Innenoberfläche des Tauchausgusses mit zur Gießrichtung geneigten Leitflächen ausgebildet. Insbesondere ist gemäß der Erfindung vorgesehen, diese Leitflächen wendelförmig anzuordnen. Die Leitflächen können gebildet werden durch in die Innenoberfläche des Ausgusses eingearbeitete Nuten oder durch in den freien Innenquerschnitt ragende Stege. Diese Art der Ausbildung der Innenoberfläche des Tauchausgusses empfiehlt sich bei den üblichen Tauchausgüssen mit kreisförmigem Querschnitt. Bei Verwendung von Tauchrohren mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt können die Wände selbst die Leitflächen dadurch bilden, daß der Tauchausguß um seine Längsachse gedrallt ist. Es empfiehlt sich, die Leitflächen mit einem Steigungsmaß zwischen 20 bis 60 ° zu versehen. Als besonders günstig hat sich ein Steigungsmaß der Leitflächen derart ergeben, daß, bei Zugrundelegung des Innendurchmessers des Tauchausgusses als Längeneinheit, eine Steigung pro Längeneinheit gewählt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Rotation der Schmelze dadurch erzeugt, daß auf dem Boden des Schmelzenvorratsbehälters in unmittelbarer Nähe der Ausgußöffnung plattenförmige feuerfeste Elemente angeordnet sind, die lotrecht zum Boden stehen und zueinenader derart ausgerichtet sind, daß zwischen jeweils einer Stirnfläche eines Elementes und einer Seitenfläche eines benachbarten Elementes ein den Schmelzendurchfluß erlaubender Spalt verbleibt. Dabei werden vier sich jeweils gegenüberliegende Elemente benutzt. Diese Einrichtung empfiehlt sich besonders bei Schmelzenvorratsbehältern, deren Ausgußöffnung mit einem im Schmelzenvorratsbehälter angeordneten Stopfen verschlossen oder reguliert wird. Die feuerfesten Elemente sind derart angeordnet, daß sie in der Draufsicht Tangenten zum Einlauf des Tauchausgusses bilden und mit einer Kante im Berührungspunkt mit dem die Einlauföffnung umgrenzenden Kreis enden. Zueinander liegen diese Elemente jeweils um 90 ° versetzt. Sie können jedoch auch um diesen Berührungspunkt um bis zu 20 ° derart geschwenkt angeordnet werden, daß sie mit dem benachbarten Element gewissermaßen einen Einlauftrichter bilden. Die Höhe dieser Elemente sollte dem Innendurchmessers des Tauchausgusses entsprechen.
Eine weitere Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht gemäß der Erfindung darin, daß dein Schmelzenvorratsbehälter ein die Ausgußöffnung umgebender, im Betriebszustand die maximale Fülihöhe des Vorratsbehälters überragender feuerfester Hohlzylinder angeordnet ist und im Bodenbereich mindestens ein die Hohizylinderwand durchdringendes Rohr vorgesehen ist, dessen Achse eine Sekante zum Hohlzylinder bildet. Eine derartige erfindungsgemäße Einrichtung ist insbesondere verwendbar bei Schmelzenvorratsbehältern, deren Ausflußöffnung durch einen unter dem Behälter angeordneten Schieberverschluß verschließbar ist. Die Einlaufrohre für die Schmelze liegen bevorzugt in einer horizontalen Ebene. Der lichte Innenquerschnitt der Rohre ist auf den Innenquerschnitt des Tauchrohres abgestimmt.
Bei Verwendung von vier derartigen Rohren stehen diese aufeinander senkrecht und münden in der Draufsicht in einem Ringraum, der von der gedachten Verlängerung des Innenquerschnittes des Tauchrohres und der Innenwand des Hohlzylinders begrenzt ist.
Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigen Fig. 1 einen Teil einer Stranggießanlage im Längsschnitt Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Auslaufbereich eines Schmelzenvorratsbehälters im Schnitt A-B nach Fig. 3 Fig. 3 eine Draufsicht auf einen derartigen Behälter Fig. 4 eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Auslaufbereichs im Schnitt C-D nach Fig. 5 und Fig. 5 eine Draufsicht der Einrichtung In Fig. 1 ist der Schmelzenvorratsbehälter 1 mit einem Tauchausguß 2 versehen, der sich von der Ausgußöffnung 3 bis in die Stranggießkokille 4 erstreckt. In der Kokille 4 wird der Strang 5 gebildet, dessen noch flüssiges Innere 6 von der Strangschale 7 umgeben ist.
Der Strang 5 wird von den Rollen 8 gestützt. Gemäß der Erfindung ist der als Tauchrohr ausgebildete Tauchausguß 2 im Innern mit Leitflächen 9 versehen, die die Schmelze bereits im Tauchausguß 2 - also im Zufuhrbereich zum Gießspiegel - in eine rotierende Bewegung versetzt. Die hier erzeugte Rotation der Schmelze wird gemäß der Erfindung benutzt, um das flüssige Innere 6 des Stranges 5 in eine um die Strangachse 10 kreisende Bewegung zu versetzen. Die Bewegung im Stranginnern erfaßt hier den gesamten Schmelzeninhalt des Stranges und ist mit 11 bezeichnet.
Die in Form eines Steil gewindes angeordneten Leitflächen 9 genügen bereits, um für eine hinreichende Rotation der Schmelze zu sorgen.
Diese Maßnahme kann noch unterstützt oder auch ersetzt werden durch im Schmelzenvorratsbehälter 1 angeordnete Mittel. So ist hier nach einer weiteren Ausführungsforn der Erfindung ein die Ausgußöffnung 3 umgebender Hohlzylinder 12 vorgesehen, der im Bodenbereich rnindestens ein Rohr 13 aufweist, das die Hohlzylinderwand durchsetzt und durch das die Schmelze zum Tauchausguß 2 strömt. Der Hohlzylinder 12 erstreckt sich über eine Höhe, die oberhalb der maximalen Füllhöhe des Schmelzenbehälters mit Metall und evtl. darauf schwimmender Schlacke 14 liegt. Das Rohr 13 ist zum Hohlzylinder 12 sekantial angeordnet. In an sich bekannter Weise kann auch der Badspiegel innerhalb des Rohres 12 mit einer Dämmschicht bedeckt sein.
Diese Einzelheit ist in den Fig. 4 und 5 in Vergrößerung dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen. Auf dem Boden des Schmelzenvorratsbehälters 1 ist der Hohl zylinder 12 angeordnet, der die Ausgußöffnung 3 des Tauchausgusses 2 und den Stopfen 15 umgibt. Im Bodenbereich des Hohlzylinders 12 sind vier dessen Wand sekantial durchdringende Rohre 13 angeordnet. Die Rohre 13 liegen bevorzugt in einer horizontalen Ebene und münden in dem Ringraum zwischen der Innenwand des Hohl zylinders 12 und der gedachten Verlängerung 16 des lichten Querschnitts (di-Ausguß) des Tauchausgusses 2. Hierdurch ergibt sich ein optimaler Effekt auch bei den Ausführungsformen, bei denen die Ausgußöffnung nicht durch einen Stopfen verschließbar ist, sondern durch unter den Schmelzenbehälter angeordnetem Schieberverschluß (nicht gezeichnet).
Eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Auch hier ist für die Regelung der ausfließenden Metallmenge und zum Verschließen der Ausgußöffnung 3 des Tauchausgusses 2 im Boden des Schmelzenvorratsbehälters 1 ein Stopfen 15 vorgesehen. Au, dem Boden sind lotrecht vier plattenförmige feuerfeste Elemente 17 angeordnet. In der Drauf- sicht entspricht ihre Lage der von Tangenten an die kreisförmige Ausgußöffnung 3 und enden in diesem Berührungspunkt. Zwischen der Stirnfläche 18 eines Elementes 17 und den Seitenflächen 19 eines benachbarten Elementes 17 verbleibt ein Spalt, durch den Schmelze zur Ausgußöffnung 3 strömt. Es genügt, wenn die Höhe der Elemente 17 dem Innendurchmesser di-Ausguß des Tauchausgusses 2 entspricht. Selbst bei dieser geringen Höhe ergibt sich eine Rotation des Gießstrahles, die sich im Stranginnern fortsetzt.
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Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung Patentansprüche 1. Verfahren zur Erzeugung einer gerichteten Strömung beim Vergießen einer Schmelze aus einem Schmelzenvorratsbehälter in eine Kokille, insbesondere in eine Stranggießkokille, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze bereits im Auslaufbereich des Schmelzenvorratsbehälters und/oder im Zufuhrbereich zum Gießspiegel in eine um die Zufuhrrichtung rotierende Bewegung versetzt wird und daß mittels der erzeugten Rotation des Schmelzstrahles die Schmelze in der Kokille in eine um die Längsachse des Gustückes, insbesondere um die Strangachse umlaufende Bewegungsrichtung versetzt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Schmelzenvorratsbehälter mit Bodenausguß und von der Ausgußöffnung bis in die Kokille ragendem Tauchausguß, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche des Ausgusses (2) zur Gießrichtung geneigte Leitflächen (9) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (9) wendelförmig angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen durch Verdrallen eines Tauchausgusses (2) mit rechteckigem Innenquerschnitt gebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (9) durch in die Innenoberfläche des Tauchausgusses (2) eingearbeitete, wendelförm - verlaufende Nuten gebildet sind.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (9) durch in den freien Innenquerschnitt ragende Stege gebildet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (9) ein Steigungsmaß zwischen 20 bis 60 aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigungsmaß der Leitflächen (9) eine Steigung pro Längeneinheit beträgt, wobei als Längeneinheit der lichte Innendurchmesser (di-Ausguß) des Tauchausgusses (2) zugrundegelegt ist.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Schmelzenvorratsbehälter mit Bodenausguß und von der Ausgußöffnung bis in die Kokille ragendem Tauchausguß, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Boden des Schmelzenvorratsbehälters (1) in unmittelbarer Nähe der Ausgußöffnung (3) plattenförmige feuerfeste Elemente (17) lotrecht zum Boden angeordnet und einander derart zugeordnet sind, daß zwischen jeweils einer Stirnfläche (18) eines Elementes (17) und einer Seitenfläche (19) eines benachbarten Elementes (17) ein den Schmelzendurchfluß erlaubender Spalt verbleibt.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Schmelzenvorratsbehälter mit Bodenausguß und von der Ausgußöffnung bis in die Kokille ragendem Tauchausguß, dadurch gekennzeichnet, daß im Schmelzenvorratsbehälter (1) ein die Ausgußöffnung (3) umgebender, im Betriebszustand die maximale Füllhöhe des Vorratsbehälters überragender feuerfester Hohlzylinder (12) angeordnet ist und im Bodenbereich mindestens ein die Hohlzylinderwand durchdringendes Rohr (13) vorgesehen ist, dessen Achse eine Sekante zum Hohlzylinder (12) bildet.