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Die Erfindung betrifft die Handhabung
von geschmolzenem Metall, insbesondere von Stahl. Speziell betrifft
die Erfindung eine Zwischengefäß-Prallplatte,
d.h. einen aus feuerfestem Material gebildeten Gegenstand zum Anbringen
am Boden eines Zwischengefäßes zur
Aufnahme eines ankommenden Stroms von geschmolzenem Metall, das
aus einer Gießpfanne
in das Zwischengefäß gegossen wird.
Die Erfindung eignet sich insbesondere beim Stranggießen von
Stahl.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 96/14951 (FOSECO) beschreibt eine Zwischengefäß-Prallplatte, die einen Boden
aus feuerfestem Material aufweist, das den Kontakt mit geschmolzenem Stahl
in einem Zwischengefäß aushält. Der
Prallplattenkörper
umfasst ein Basisteil mit einer Pralloberfläche, eine sich von der Pralloberfläche nach
oben erstreckende äußere Seitenwand
und eine obere Oberfläche,
die mit der Seitenwand verbunden ist und darin eine Öffnung begrenzt.
Die obere Oberfläche weist
einen inneren ringförmigen
Bereich auf, der im Wesentlichen parallel zur Pralloberfläche verläuft. Zwischen
der Seitenwand und der Pralloberfläche liegt eine im Wesentlichen
rechtwinklige Ecke vor, ebenso zwischen der Seitenwand und dem inneren ringförmigen Bereich
der oberen Oberfläche.
Diese Prallplatte gewährleistet
eine verlängerte
Verweilzeit des geschmolzenen Stahls im Zwischengefäß, was wichtig
ist, um unerwünschten
Einschlüssen
ausreichend Zeit zu lassen, dass sie an der Oberfläche des Stahls
aufschwimmen und entfernt werden können.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 97/37799 (FOSECO) beschreibt eine Zwischengefäß-Prallplatte, die einen Körper aus
feuerfestem Material aufweist, das den Kontakt mit geschmolzenem Stahl
in einem Zwischengefäß aushält. Der
Prallplattenkörper
umfasst ein Basisteil mit einer Pralloberfläche für geschmolzenen Stahl, eine äußere Seitenwand,
die sich von der Pralloberfläche
nach oben erstreckt und sich ferner um das Basisteil erstreckt und dieses
vollständig
einschließt.
Ein ringförmiger
Körperbereich,
der mit der Seitenwand verbunden ist, ergibt eine obere Oberfläche, die
im Wesentlichen parallel zur Pralloberfläche verläuft und eine Öffnung begrenzt,
in die geschmolzener Stahl gegossen werden kann, wobei die untere
Oberfläche
des ringförmigen Körperbereiches
und die Innenseite der Seitenwand eine Ausnehmung mit einem hinterschnittenen
Bereich begrenzen, der sich kontinuierlich um und oberhalb der Pralloberfläche erstreckt.
Ein Bereich der oberen Oberfläche
befindet sich im Vergleich zum Rest der oberen Oberfläche auf
einem niedrigeren Niveau, und die Ausnehmung unterhalb dieses Bereiches
der oberen Oberfläche
weist einen im Vergleich zur restlichen Ausnehmung kleineren Querschnitt
auf. Diese Prallplatte eignet sich insbesondere zur Verbesserung
der Strömungseigenschaften
in länglichen
Zwischengefäßen, wobei
der geschmolzene Stahl an einem Ende des Zwischengefäßes eingegossen
wird und der oder die Auslässe
für den
Stahl sich am gegenüberliegenden
Ende des Zwischengefäßes befinden.
Die Prallplatte ist so orientiert, dass der untere Niveaubereich
der Endwand neben der Endwand, die sich am nächsten zum ankommenden Strom
von geschmolzenem Stahl befindet, liegt, so dass der von der Platte
abprallende Stahl vorwiegend in Richtung zu dieser Endwand fließt. Dadurch
wird in ausgeprägtem
Maße die
im Zwischengefäß erzeugte Oberflächenturbulenz
verringert und es kommt allgemein zu einer Verbesserung der Strömungswege, was
zur Herstellung von reinerem Stahl führt.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass das
Verfahren zur Konstruktion einer neuartigen Zwischengefäß-Prallplatte,
die spezielle vorgegebene Kriterien erfüllt, äußerst kompliziert ist, da eine
Veränderung eines
Aspekts der Konstruktion einer Prallplatte im Allgemeinen zu unvorhergesehenen
Verzweigungen der Strömungsdynamik
des gesamten Zwischengefäßsystems
führt.
Die Erfinder haben ein Bedürfnis für eine neuartige
Zwischengefäß-Prallplatte
festgestellt, die bewirkt, dass das von der Pralloberfläche zurückprallende
geschmolzene Metall im Allgemeinen symmetrisch um eine Längsachse
des Zwischengefäßes geleitet
wird. Dies ist von besonderer Bedeutung beispielsweise für Zwischengefäße, bei denen
der oder die Auslässe
sich jeweils auf der Längsachse
des Zwischengefäßes befinden
oder bei denen zwei oder mehr Auslässe symmetrisch um diese Achse
angeordnet sind. Ferner ist es üblich,
dass der Strom von geschmolzenem Metall (der "Gießpfannenstrom") "außermittig" ankommt, d.h. sich nicht
auf der Längsachse
des Zwischengefäßes befindet.
Der Grund hierfür
ist üblicherweise,
dass die Pfannenverkleidung (das Rohr, durch das das ankommende
Metall aus der Pfanne in das Zwischengefäß fließt) sich normalerweise zusammen
mit einem Schieberventil bewegt, das den Strom des Metalls aus der
Pfanne steuert. Da das Ventil häufig
nur teilweise geöffnet
ist, um die Strömungsgeschwindigkeit
zu begrenzen, befindet sich die Pfannenverkleidung in Bezug zum
Zwischengefäß häufig außermittig.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine aus einem feuerfesten Material hergestellte
Zwischengefäß-Prallplatte
bereitgestellt, wobei die Prallplatte ein Basisteil mit einer Pralloberfläche aufweist,
die beim Gebrauch nach oben gewandt ist, um geschmolzenes Metall
aufzunehmen, das auf die Prallplatte gegossen wird, und mit einer
Wand versehen ist, die sich von dem Basisteil nach oben und entlang
mindestens eines Teils des Umfangs der Pralloberfläche erstreckt
sowie eine Auskragung aufweist, die über einen Umfangsbereich der
Pralloberfläche
vorsteht, wobei die Auskragung eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweist,
die über
die Pralloberfläche
weiter vorstehen als der Rest der Auskragung.
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Die Wand erstreckt sich vorzugsweise
entlang des gesamten Umfangs der Pralloberfläche und schließt dabei
die Pralloberfläche
vollständig
ein.
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Gemäß einem zweiten Aspekt stellt
die Erfindung ein Zwischengefäß bereit,
das eine Prallplatte gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung enthält.
Das Zwischengefäß weist
vor zugsweise eine längliche Gestalt
(d.h. in der Draufsicht) auf und weist vorzugsweise Auslässe jeweils
in der Nähe
der beiden Längsenden
auf, wobei sich beim Einsatz der ankommende Strom von geschmolzenem
Metall und somit die Pralloberfläche
vorzugsweise im Wesentlichen im Längszentrum des Zwischengefäßes befinden.
Das Zwischengefäß umfasst
vorzugsweise mindestens einen Damm, der sich über die Breite des Gefäßes zwischen
der Prallplatte und einem Auslass erstreckt.
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Die obere Oberfläche des Damms weist vorzugsweise
einen zentralen Bereich (d.h. zentral in Bezug zur Längsachse
des Zwischengefäßes) auf, der
niedriger als die Randbereiche auf jeder Seite davon ist. Dies trägt im Allgemeinen
dazu bei, den Strom des geschmolzenen Metalls in Richtung zur Längsachse
des Zwischengefäßes zu leiten.
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Die Erfinder haben festgestellt,
dass die Bereitstellung einer Mehrzahl von Vorsprüngen, die über die
Prallfläche
weiter vorstehen als der Rest der Auskragung der Umfangswand, allgemein
bewirkt, dass das von der Stoßoberfläche zurückprallende geschmolzene
Metall im Wesentlichen zur Mitte der Prallplatte geleitet wird.
Dies hat allgemein die Wirkung, dass ein im Wesentlichen symmetrischer Strom
von geschmolzenem Metall von der Prallplatte weg entsteht, selbst
wenn das auf die Platte auf strömende
Metall "außermittig" ist, d.h. sich in
einem Abstand von der Mitte der Platte befindet. Ein derartiges,
im Wesentlichen symmetrisches Abfließen von der Prallplatte bewirkt
allgemein ein symmetrisches Strömen
im gesamten Zwischengefäß, was zur
Verringerung von sogenannten "toten
Zonen" führt, in denen
die Strömungsgeschwindigkeit
des geschmolzenen Metalls relativ nieder ist (was zu einem geringen
Nachfüllen
von frischem Metall und möglicherweise
zur Erstarrung des Metalls führt).
Außerdem wird
dadurch die Gleichmäßigkeit
der Verweilzeit im Zwischengefäß für das geschmolzene
Metall verbessert.
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Die Pralloberfläche der Prallplatte weist vorzugsweise
mindestens zwei Ecken (z.B. vier Ecken) auf, über die jeweils ein entsprechender
Vorsprung vorsteht. Vorteilhafterweise ist mindestens eine der Ecken
(und vorzugsweise alle Ecken) an der Konvergenz von im Wesentlichen
geraden Seiten der Pralloberfläche
ausgebildet. Insbesondere kann die Pralloberfläche im Wesentlichen polygonal
sein, besonders bevorzugt im Wesentlichen viereckig und ganz besonders
bevorzugt im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch. Ein Vorsprung
steht vorzugsweise über jede
Ecke der polygonalen Pralloberfläche
vor. Zusätzlich
oder alternativ kann sich mindestens ein Vorsprung (vorzugsweise
zwei Vorsprünge
oder mehr) entlang mindestens des Großteils der Länge einer entsprechenden
Seite der Pralloberfläche
erstrecken und. kann sich sogar im Wesentlichen über die gesamte Länge einer
entsprechenden Seite der Pralloberfläche erstrecken.
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Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen ist
der Abstand, mit dem die sich zwischen den beiden Vorsprüngen erstreckende
Auskragung über
die Pralloberfläche
vorsteht, über
mindestens den größten Teil
ihrer Länge
im Wesentlichen einheitlich. Die sich zwischen zwei Vorsprüngen erstreckende
Auskragung kann vorteilhafterweise entlang wenigstens des größten Teils
ihrer Länge
im Wesentlichen gerade sein. Zusätzlich
oder alternativ kann für
eine oder mehrere Auskragungen, die sich zwischen zwei Vorsprüngen erstrecken,
die Länge,
um welche die Auskragung über
die Pralloberfläche
vorsteht, entlang mindestens des größten Teils ihrer Länge uneinheitlich
sein, z.B. können
eine oder mehrere Auskragungen, die sich zwischen zwei Vorsprüngen erstrecken, in
der Draufsicht gekrümmt
sein, z.B. in der Weise, dass die Auskragung oder die einzelnen
Auskragungen in der Mitte ihrer Länge weiter über die Stoßoberfläche vorstehen als an den jeweiligen
Enden, oder alternativ in der Weise, dass die Auskragung(en) an den
einzelnen Enden weiter vorstehen als in der Mitte. Es ist ersichtlich,
dass die Gestalt und die Größe der einzelnen Überhänge zwischen
Vorsprüngen und/oder
die Gestalt und die Größe der einzelnen Vorsprünge je nach
den besonderen Umständen
variiert werden können,
z.B. je nach der Gestalt und/oder der Größe des Zwischengefäßes und/oder je
nach dem Betrag, um den der ankommende Strom von geschmolzenem Metall
außermittig
ist oder entsprechend beliebigen anderen Erfordernissen des Anwenders.
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Die maximale Länge, um die der oder jeder Vorsprung
der Prallplatte über
die Pralloberfläche vorsteht,
beträgt
vorzugsweise mindestens 110 %, insbesondere mindestens 120 %, besonders
bevorzugt mindestens 140 % und ganz besonders bevorzugt mindestens
150 % der maximalen Länge,
um die der Rest der Auskragung über
die Pralloberfläche vorsteht.
Der oder jeder Vorsprung der Prallplatte steht über die Pralloberfläche um eine
maximale Länge
von nicht mehr als 600 %, vorzugsweise nicht mehr als 500 % und
ganz besonders nicht mehr als 450 % der maximalen Länge, um
die der Rest der Auskragung über
die Pralloberfläche
vorsteht, vor.
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Vorteilhafterweise kann die Höhe der Auskragung über der
Pralloberfläche über die
Länge der Auskragung
hinweg uneinheitlich sein. Bei Ausführungsformen der Erfindung
mit mindestens drei Vorsprüngen
unterscheidet sich die Höhe
der Auskragung, die sich zwischen zwei der Vorsprünge erstreckt,
vorzugsweise von der Höhe
der Auskragung, die sich zwischen einem der zwei Vorsprünge und
einem anderen Vorsprung oder zwischen zwei anderen Vorsprüngen erstreckt.
Vorteilhafterweise kann mindestens ein Abschnitt der Auskragung,
der niedriger als ein anderer Abschnitt der Auskragung ist, um eine größere Länge über die
Pralloberfläche
vorstehen als der andere höhere
Abschnitt der Auskragung. Es wurde festgestellt, dass dadurch geschmolzenes
Metall, das von der Pralloberfläche
abprallt und auf derartige niedrigere Auskragungen aufprallt, im
Allgemeinen mit größerer Kraft
in Richtung zur Mitte der Prallplatte zurückgeleitet wird als Metall,
das auf die höheren
Auskragungen aufprallt. Dies scheint wiederum dazu beizutragen,
dass das Metall zu einem symmetrischen Wegfließen von der Prallplatte veranlasst
wird. (Jedoch sollte aus den hier gegebenen Erläuterungen über die Funktionsweise der
verschiedenen Aspekte keine Beschränkung bei der Interpretation
der Erfindung abgeleitet werden.) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen
umfasst der Umfangsbereich der Pralloberfläche eine Mulde, die sich um mindestens
einen Teil des Mittelabschnitts der Pralloberfläche herum erstreckt. Bei Ausführungsformen, bei
denen die Prallplatte Ecken aufweist, ist die Mulde vorzugsweise
an den Ecken breiter als an den übrigen
Stellen.
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Beispielsweise kann die Gestalt der
Mulde (in der Draufsicht) im Wesentlichen die Auskragung der Wand
widerspiegeln.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand
eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
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1 zeigt
eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Zwischengefäß-Prallplatte.
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2 zeigt
eine isometrische Darstellung eines Längsschnittes der in 1 dargestellten Zwischengefäß-Prallplatte.
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3 ist
eine schematische Darstellung eines asymmetrischen Stroms von geschmolzenem Metall
in einem länglichen
Zwischengefäß aus einer außermittigen
Gießpfannen-Verkleidung.
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4 ist
eine schematische Darstellung des symmetrischen Stroms von geschmolzenem
Metall in einem länglichen
Zwischengefäß aus einer
außermittigen
Gießpfannenverkleidung
unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Prallplatte und neuartiger Dämme.
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5 zeigt
einen Damm, der in 4 schematisch
dargestellt ist.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Zwischengefäß-Prallplatte 1,
die ein Basisteil 3 mit einer Pralloberfläche 5 aufweist,
die beim Gebrauch nach oben gewandt ist, um ge schmolzenes Metall
aufzunehmen, das auf die Prallplatte gegossen wird, und mit einer
Wand 7 versehen ist, die sich vom Basisteil nach oben und
entlang des Umfangs der Pralloberfläche erstreckt sowie eine Auskragung 9 aufweist,
die über
den Umfangsbereich 11 der Pralloberfläche vorsteht, wobei die Auskragung
eine Mehrzahl von Vorsprüngen 13 aufweist,
die über
die Pralloberfläche weiter
vorstehen als der Rest der Auskragung.
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Die Prallplatte 1 ist in
der Draufsicht rechteckig, wobei sowohl die Grundplatte 3 als
auch die Pralloberfläche 5 eine
rechteckige Gestalt aufweisen. Jeder der Vorsprünge 13 befindet sich
an einem der vier Ecken der Platte. Entlang jeder der längeren Seiten
der rechteckigen Platte ist zwischen den Vorsprüngen 13 die Auskragung 9a relativ
klein und im Wesentlichen gerade und einheitlich. Entlang jeder der
kürzeren
Seiten der Platte ist zwischen den Vorsprüngen 13 die Auskragung 9b relativ
groß und
in der Draufsicht gekrümmt.
Ferner befinden sich die Auskragungen 9b im Vergleich zu
den Auskragungen 9a auf einem niedrigeren Niveau über der
Pralloberfläche.
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Der Umfangsbereich 11 der
Pralloberfläche umfasst
eine Mulde, deren Gestalt im Wesentlichen die Gestalt der gesamten
Auskragung (9a, 9b, 13) widerspiegelt.
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2 zeigt
einen Längsquerschnitt
der Prallplatte von 1.
Das Ausmaß der
Auskragungen 9b ist klar ersichtlich, was auch für die Tiefe
der Mulde 11 gilt. Ferner ist ersichtlich, dass die kürzeren Wände 7b senkrecht
zur Aufpralloberfläche 5 stehen
und die Auskragungen 9b senkrecht zur den Wänden 7b stehen.
Die längeren
Wände 7a sind
jedoch in Bezug zur senkrechten Richtung geneigt, d.h. sie steigen von
der Pralloberfläche
zu den Auskragungen 9a schräg nach außen an.
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3 ist
eine schematische Darstellung des asymmetrischen Stroms von geschmolzenem
Metall in einem länglichen
Zwischengefäß aus einer
außermittigen
Gießpfannenverkleidung.
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In jeder der Teilabbildungen (a)–(c) ist
das Zwischengefäß in der
Draufsicht dargestellt, wobei der ankommende Gießpfannenstrom von geschmolzenem
Metall durch einen Kreis in der longitudinalen Mitte des Zwischengefäßes, der
jedoch in Querrichtung außermittig
ist, dargestellt ist, d.h. der sich näher an einer Längsseitenwand
der Gießpfanne
als an der anderen befindet. Das Zwischengefäß enthält ferner ein Paar von Dämmen 15 (die
Löcher
zum Durchfließen
des geschmolzenen Metalls aufweisen) an jeder Längsseite des Zwischengefäßes sowie
durch Kreise dargestellte Auslässe
an jedem Ende des Zwischengefäßes.
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Die Pfeile zeigen die Strömungswege
des geschmolzenen Metalls, wobei in der Teilabbildung (a) die anfänglichen
Strömungswege
des in das Zwischengefäß gelangenden
Metalls dargestellt sind (gemäß üblicher
Praxis ist das Zwischengefäß bereits
mit geschmolzenem, durchströmenden
Metall gefüllt – die dargestellten
Strömungswege
geben lediglich die überwiegenden
Strömungswege
an verschiedenen Längen
des Zwischengefäßes an.) Selbst
in diesem frühen
Stadium ist ersichtlich, dass aufgrund der Tatsache, dass der Gießpfannenstrom außermittig
ist, der Strom bezüglich
der Längsachse des
Zwischengefäßes asymmetrisch
verläuft.
In der Teilabbildung (b) hat der Strom des geschmolzenen Metalls
durch die Dämme
begonnen, und die Asymmetrie der Fließwege wird noch deutlicher.
In der Teilabbildung (c) hat das geschmolzene Metall die Auslässe erreicht.
Mit dem Bezugszeichen 17 sind sogenannte "tote Zonen" bezeichnet, bei
denen nur ein geringes oder gar kein Strömen des geschmolzenen Metalls
während
dieser stationären
Zustände
erfolgt. Das Vorliegen von toten Zonen in einem Zwischengefäß stellt
ein schwerwiegendes Problem dar, da das Metall sich in diesen Bereichen
abkühlt
und allmählich
erstarren kann. Diese Zonen verursachen auch Schwankungen der Zusammensetzungen
des aus dem Zwischengefäß strömenden Metalls.
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4 zeigt,
wie die Strömungswege
des geschmolzenen Metalls durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Prall platte 1 verändert werden. Ferner
befinden sich im Zwischengefäß von 4 die Dämme 19 näher an den
Auslässen
als die Dämme
von 3. Diese Dämme weisen
einen Mittelbereich 21 ihrer oberen Oberfläche auf,
der niedriger als die Oberflächenbereiche 23 an
beiden Seiten ist.
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Wie in 3 ist
der ankommende Gießpfannenstrom
von 4 einmal stärker außermittig,
wobei aber in diesem Fall das Vorliegen einer erfindungsgemäßen Prallplatte
bewirkt, das die Strömungswege
des geschmolzenen Metalls, die die Prallplatte verlassen, symmetrischer
sind. Beim Erreichen der Auslässe
sind die Strömungswege
des geschmolzenen Metalls im Wesentlichen symmetrisch und es liegen
keine toten Zonen vor.
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5 zeigt
eine Vorderansicht und eine Querschnittansicht eines Damms 19 (in 4 nur schematisch dargestellt).
Der Damm weist eine Bodenfläche 25 und
Seitenflächen 27 auf,
die in Bezug auf Gestalt und Größe so ausgebildet
sind, dass sie genau zur Breite eines Zwischengefäßes passen. Die
obere Fläche
weist einen Mittelbereich 21 auf, der niedriger als die
Randbereiche 23 an beiden Seiten ist. Dies bewirkt, dass
geschmolzenes Metall, das über
den Damm fließt,
entlang eines im Allgemeinen axialen Strömungswegs im Zwischengefäß kanalisiert
wird. Der Damm ergänzt
somit die Prallplatte, indem er ein symmetrisches und/oder axiales
Strömen von
geschmolzenem Metall im Zwischengefäß bewirkt. Der Damm weist ferner
eine Mehrzahl von durchgehenden Löchern 29 auf, die
dem geschmolzenen Metall ein Strömen
durch den Damm ermöglichen,
zusätzlich
zu dem geschmolzenen Metall, das über den Damm strömen kann.
Die Löcher 29 sind
in Richtung der Strömung
des geschmolzenen Metalls nach oben geneigt, so dass dem durch die
Löcher strömenden Metall
ein nach oben gerichteter Strömungsweg
verliehen wird. Der Neigungswinkel der Löcher ist für die unteren Löcher vorzugsweise
größer und
nimmt vorzugsweise am Damm nach oben ab. Wie in der Zeichnung dargestellt,
weisen die untersten Löcher
vorzugsweise einen Neigungswinkel von 40° auf, der sich für die höheren Löcher auf
30° bzw.
sodann auf 20° verringert.
Die dargestellten Abmessungen beziehen sich auf Millimeter.