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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ausguss (Düse) zum Leiten von Metallschmelze
wie z.B. Stahlschmelze. Die Erfindung betrifft spezieller einen so
genannten Eintauchausguss, der zuweilen auch als Gießdüse bezeichnet
wird und beim Stranggießen
zur Stahlerzeugung zum Einsatz kommt. Die Erfindung betrifft auch
die Verwendung des Ausgusses beim Gießen von Stahl.
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Beim
Stranggießen
in der Stahlherstellung wird Stahlschmelze aus einer Pfanne in ein
großes Gefäß gegossen,
das Tundish (Zwischengefäß) genannt
wird. Der Tundish hat einen oder mehrere Auslässe, durch den/die die Stahlschmelze
vom Tundish in eine oder mehrere jeweilige Kokillen (Formen) fließt, in denen
die Stahlschmelze abkühlt
und erstarrt und so kontinuierlich gegossene massive Längen des
Metalls bildet. Ein Eintauchausguss, der die allgemeine Form eines
länglichen
Kanals hat (im Allgemeinen mit dem Aussehen eines starren Rohrs), befindet
sich zwischen dem Tundish und jeder Kokille und leitet Stahlschmelze,
die vom Tundish durch ihn zur Kokille fließt.
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Die
Hauptfunktionen des idealen Eintauchausgusses lauten wie folgt.
Zunächst
dient der Ausguss dazu zu verhindern, dass der geschmolzene Stahl
mit Luft in Kontakt kommt, während
er vom Tundish in die Kokille fließt, da Luft eine unerwünschte Oxidation
des Stahls herbeiführen
würde.
Zweitens ist es äußerst erwünscht, dass
der Ausguss die Stahlschmelze so sanft und turbulenzfrei wie möglich in
die Kokille leitet, da Turbulenzen in der Kokille verursachen würden, dass
der Fluss auf der Oberfläche der
Stahlschmelze in der Kokille in den Stahl eingezogen würde („Entrainment"), wodurch Verunreinigungen
im Stahlguss erzeugt würden.
Turbulenzen in der Kokille unterbrechen auch die Schmierung der Kokillenseiten.
Eine der Funktionen des Kokillenflusses (abgesehen davon zu verhindern,
dass die Oberfläche
des Stahls mit Luft in Kontakt kommt) ist es, die Kokillenseiten
zu schmieren, um zu verhindern, dass der Stahl an der Oberfläche der
Kokille anhaftet und erstarrt. Der Fluss hilft auch dabei, die nachfolgende
Bildung von Oberflächendefekten
im Stahlguss zu verhüten.
Turbulenzen mit Hilfe des Eintauchausgusses minimal zu halten, ist
daher auch für diesen
Zweck wichtig. Darüber
hinaus können
Turbulenzen Belastungen auf der Kokille selbst erzeugen, so dass
die Gefahr von Schäden
an der Kokille besteht. Ferner können
Turbulenzen in der Kokille auch eine ungleichmäßige Wärmeverteilung in der Kokille verursachen,
so dass es wiederum zu einer ungleichmäßigen Erstarrung des Stahls
sowie zu Variationen im Hinblick auf Qualität und Zusammensetzung des gegossenen
Stahls kommt. Dieses letztere Problem betrifft auch eine dritte
Hauptfunktion des Eintauchausgusses, nämlich die Stahlschmelze gleichmäßig in die
Kokille zu leiten, um die Bildung einer gleichmäßig erstarrten Schale (der
Stahl erstarrt am schnellsten in den Regionen, die den Kokillenwänden am
nächsten
liegen) und eine gleichmäßige Qualität und Zusammensetzung
des Stahlgusses zu erzielen. Eine vierte Funktion eines idealen
Eintauchausgusses ist, das Auftreten von Oszillationen in der Stehwelle
im Meniskus von Stahl in der Kokille zu reduzieren oder auszuschließen. Das
Einleiten von Stahlschmelze in die Kokille erzeugt im Allgemeinen eine
Stehwelle auf der Oberfläche
des Stahls, und Flussunregelmäßigkeiten
oder -oszillationen des in die Kokille laufenden Stahls führen zu
Oszillationen in der Stehwelle. Solche Oszillationen können in
der Kokille einen ähnlichen
Effekt wie Turbulenzen haben und einen Einzug von Kokillenfluss
in den gegossenen Stahl verursachen und eine wirksame Schmierung
der Kokillenseiten durch den Kokillenfluss unterbrechen und die
Wärmeverteilung
in der Kokille beeinträchtigen.
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Man
wird verstehen, dass das Entwerfen und Herstellen eines Eintauchausgusses,
der alle die obigen Funktionen so gut wie möglich ausführt, eine äußerst schwierige Aufgabe ist.
Der Ausguss muss nicht nur so entworfen und hergestellt werden,
dass er den Kräften
und Temperaturen in Verbindung mit schnell fließender Stahlschmelze standhält, sondern die
Notwendigkeit, Turbulenz auszuschalten, in Kombination mit der Notwendigkeit
einer gleichmäßigen Verteilung
der Stahlschmelze in der Kokille verursachen äußerst komplexe Probleme im
Hinblick auf die Fluiddynamik.
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Die
US 5785880 offenbart Ausgüsse, bei
denen der untere Auslass von einem Strömungsteiler in zwei Öffnungen
unterteilt wird. Es heißt,
dieses Ausgussdesign diffundiere und verlangsame den Fluss der Stahlschmelze
und erzeuge eine allgemein gleichförmige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit über die
Länge und
Breite der Auslassöffnungen. Dieses
Ausgussdesign, so heißt
es, bewirke eine Reduzierung von Oszillationen in der Stehwelle
im Meniskus des Stahls in der Kokille.
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Die
US 5944261 , die eine Teilfortsetzung
der
US 5785880 ist,
offenbart einen Eintauchausguss, in dem die beiden Auslassöffnungen
selbst mittels eines Trennbleches auf eine solche Weise zweigeteilt werden,
dass der größte Teil
der durchfließenden Stahlschmelze über die
beiden mittleren Öffnungen aus
dem Ausguss austritt. Es heißt,
die jeweilige Form und Positionierung der Trennbleche diffundierten
die mittleren Ströme
und bewirkten eine Rekombination der mittleren Ströme mit ihren
jeweiligen äußeren Strömen nach
dem Verlassen des Ausgusses. Die Folge davon sei eine Verlangsamung
der den Ausguss verlassenden Stahlschmelze und eine Reduzierung
der in der Kokille erzeugten Turbulenzen.
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Die
US 6027051 , die eine Teilfortsetzung
der
US 5944261 ist,
offenbart eine Variation des in der
US
5944261 offenbarten Designs, worin es heißt, der effektive
Austrittswinkel der äußeren Stahlschmelzströme variiere
je nach dem Durchflussmenge. Es heißt, dies habe den Effekt, dass
ein glatter, ruhender Meniskus über
eine Palette von Durchflussmenge entsteht.
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Das
weitere Dokument WO-98/35774-A lehrt einen Eintauchausguss, der
die Merkmale gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 hat.
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Eine
der Schlussfolgerungen, die nach einer Betrachtung der obigen Patente
sofort gezogen werden kann, ist, dass scheinbar geringfügige, oder
sogar scheinbar insignifikante, Änderungen
des Designs eines Eintauchausgusses einen drastischen Effekt auf
das Stromlinienbild der durch den und aus dem Ausguss fließenden Stahlschmelze
haben können.
Dies ist eine Folge der chaotischen Natur der Fluiddynamik, in der
selbst geringfügige
Designänderungen
an einem ein Fluid transportierenden Kanal tiefgreifende Effekte
auf das Fluidstromlinienbild haben und sogar die ganze Natur des
Fluidstroms ändern
können.
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Es
ist Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Eintauchausguss bereitzustellen,
der so weit wie möglich
die oben beschriebenen Hauptfunktionen des idealen Ausgusses erfüllt. Es
ist Ziel der Erfindung, diese Aufgabe auf eine Weise zu lösen, die
völlig
im Gegensatz zur Lehre der oben erwähnten Patente steht, wie nachfolgend
erläutert
wird.
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Die
Erfindung stellt einen Ausguss (Düse) nach Anspruch 1 bereit.
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Die
Erfindung hat einen Vorteil, der darin besteht, dass, wenn die kombinierte
Mindestquerschnittsfläche
der schräg
verlaufenden Auslässe
wenigstens zweimal so groß ist
wie die kombinierte Mindestquerschnittsfläche der oder jedes allgemein
axial angeordneten Auslässe/Auslasses,
der Anteil der gesamten durch den Ausguss fließenden Metallschmelze, die
aus den schräg
verlaufenden Auslässen
fließt, allgemein
erheblich größer ist
als der Anteil, der aus den allgemein axial angeordneten Auslässen fließt. Vorzugsweise
verlassen wenigstens 55% des gesamten Metallschmelzflusses die schräg verlaufenden
Auslässe
und nicht mehr als 45% des gesamten Metallschmelzflusses verlässt die
allgemein axial angeordneten Auslässe; stärker bevorzugt wird, wenn wenigstens
60% des Gesamtflusses die schräg
verlaufenden Auslässe
verlässt
und nicht mehr als 40% des Gesamtflusses die allgemein axial angeordneten Auslässe verlässt. Aufgrund
der Neigung der schräg verlaufenden
Auslässe
zur Vertikalen ist die abwärts vertikale
Komponente der Geschwindigkeit des solche Auslässe verlassenden Metallschmelzflusses geringer,
als dies für
vertikal ausgerichtete Auslässe der
Fall wäre.
Dies hat den Effekt, dass die Abwärtsgeschwindigkeit des größten Teils
des in die Kokille fließenden
Metalls reduziert wird und dadurch die in der Kokille erzeugten
Turbulenzen reduziert werden. Dies steht gänzlich im Gegensatz zur
US 5944261 und der
US 6027051 , die lehren,
dass ein größerer Teil
des gesamten Metallschmelzflusses durch die unteren (mittleren)
Austrittsöffnungen
fließen
sollte als durch die oberen (äußeren) Austrittsöffnungen, und
insbesondere sollten 55–85%
des Flusses durch die mittleren Öffnungen
und 15–45%
des Flusses durch die äußeren Öffnungen
austreten.
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Die
Auslässe,
die zur Achse des Ausgusses geneigt sind (d.h. die „äußeren" oder „seitlichen" Auslässe), können zum
Beispiel im Wesentlichen lotrecht zur Ausgussachse sein oder sie
können
nach oben (mit dem Ausguss wie beim Gebrauch ausgerichtet) mit Bezug
auf die Ausgussachse z.B. geneigt sein. Vorzugsweise sind die schräg verlaufenden
Auslässe jedoch
nach unten (wobei der Ausguss wie beim Gebrauch orientiert ist)
mit Bezug auf die Ausgussachse geneigt. Stärker bevorzugt wird, wenn die
schräg
verlaufenden Auslässe
in einem Winkel von 40°–60° zur Ausgussachse
nach unten geneigt sind, und noch stärker bevorzugt in einem Winkel
von 45°–55° zur Ausgussachse,
z.B. etwa 50° zur
Ausgussachse.
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Der
oder jeder Auslass, der sich allgemein axial zwischen den schräg verlaufenden
Auslässen befindet,
erweitert sich vorzugsweise in Richtung auf die Mündung des
Auslasses. Dies hat den Vorteil, dass die Geschwindigkeit der den
Auslass verlassenden Metallschmelze abnimmt, so dass der Einfluss der
Metallschmelze in der Kokille abnimmt und in der Kokille erzeugte
Turbulenzen minimal gehalten werden.
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In
einigen bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung gibt es wenigstens
zwei (und vorzugsweise nur zwei) Auslässe, die sich allgemein axial
zwischen den schräg
verlaufenden Auslässen
befinden, und vorzugsweise beide (oder alle) solche Auslässe erweitern
sich in Richtung auf ihren Austritt. Für Ausgestaltungen, in denen
es zwei solcher Auslässe
gibt, befinden sich diese vorzugsweise symmetrisch auf gegenüberliegenden
Seiten der Ausgussachse.
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Die
Achse des oder jedes allgemein axial angeordneten Auslasses kann
im Wesentlichen koaxial oder im Wesentlichen parallel zur Achse
des Ausgusses liegen. Es wird jedoch mehr bevorzugt, wenn wenigstens
für Ausgestaltungen,
in denen es eine Mehrzahl von allgemein axial angeordneten Auslässen gibt,
die Achse jedes solchen Auslasses mit Bezug auf die Ausgussachse
schräg
verläuft.
Vorteilhafterweise können
die Auslässe
in einem Winkel von 0°–30° zur Ausgussachse,
bevorzugter von 5°–25° zur Achse,
besonders von 10°–20° zur Achse,
z.B. etwa von 15° zur
Achse nach unten geneigt sein.
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Orientierung
und Abstand der schräg
verlaufenden Auslässe
und der allgemein axial angeordneten Auslässe sind vorzugsweise so, dass
sich die Metallschmelzströme,
die die allgemein axial angeordneten Auslässe verlassen, während des
Gebrauchs nicht mit den die schräg
verlaufenden Auslässe
verlassenden Metallschmelzströmen
vereinigen (außer
durch das allgemeine Mischen der gesamten Metallschmelze in der
Kokille).
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Die
Mindestquerschnittsfläche
jedes Auslasses wird lotrecht zur jeweiligen Achse des Auslasses gemessen
und die kombinierte Mindestquerschnittsfläche jeweils der geneigten und
allgemein axial angeordneten Auslässe ist eine Kombination jeder
dieser Messwerte. Wie bereits erwähnt, kann die kombinierte Mindestquerschnittsfläche der
schräg
verlaufenden Auslässe
wenigstens zweimal so groß sein wie
die kombinierte Mindestquerschnittsfläche der ein oder mehreren allgemein
axial angeordneten Auslässe.
Die kombinierte Mindestquerschnittsfläche der schräg verlaufenden
Auslässe
ist vorzugsweise wenigstens dreimal so groß, stärker bevorzugt wenigstens viermal
so groß wie
die kombinierte Mindestquerschnittsfläche der ein oder mehreren allgemein
axial angeordneten Auslässe.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung haben wenigstens die schräg verlaufenden Auslässe des
Ausgusses eine konstante Querschnittsfläche (lotrecht zu ihren jeweiligen
Achsen) entlang wenigstens einem Teil ihrer Länge. In besonders bevorzugten
Ausgestaltungen haben die schräg verlaufenden
Auslässe
eine Verengung an ihrem innersten Ende, jenseits derer (in einer
Richtung zum äußersten
Ende hin) die Bohrung jedes schräg
verlaufenden Auslasses breiter ist. Jenseits der Verengung (ggf.)
hat die Bohrung jedes schräg
verlaufenden Auslasses vorzugsweise eine konstante Querschnittsfläche.
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Die
Erfindung stellt einen Ausguss zum Leiten von Metallschmelze, die
aus einem Gefäß fließt, in eine
Kokille bereit, wobei der Ausguss einen Kanal umfasst, der entlang
einer im Gebrauch vertikal orientierten Achse länglich ist, wobei der Ausguss
Folgendes aufweist: wenigstens einen oberen Einlass, wenigstens
zwei untere Auslässe,
die zur Achse schräg
verlaufen, und wenigstens einen unteren axialen Auslass, der im
Allgemeinen axial zwischen den schräg verlaufenden Auslässen angeordnet
ist, wobei der Ausguss ferner einen Behälter umfasst, der axial zwischen
den schräg
verlaufenden Auslässen angeordnet
ist, wobei der Behälter
eine obere Öffnung
hat und durch Seitenwände
definiert wird, die parallel sind und/oder die in Richtung auf das
unterste Ende des Ausgusses zusammenlaufen, wobei der Behälter einen
Teil der Metallschmelze aufnimmt, die im Gebrauch durch den Ausguss
fließt,
bevor diese Metallschmelze aus dem Ausguss austritt.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass das im Ausguss befindliche Gefäß (das einen
Anteil der durch den Ausguss fließenden Metallschmelze aufnimmt,
bevor diese den Ausguss verlässt)
im Allgemeinen als Zwischenspeicher dient, der Strömungsoszillationen
oder -schwankungen der durch den Ausguss fließenden Metallschmelze dämpft. Dies
hat den Effekt, dass Strömungsschwankungen
oder -oszillationen der den Ausguss verlassenden und in die Kokille
laufenden Metallschmelze reduziert (oder sogar, wenigstens in einigen
Umständen,
im Wesentlichen eliminiert) werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit
von Oszillationen in der Stehwelle im Meniskus des Stahls in der
Kokille reduziert werden. Dies hat folglich den Vorteil, dass die
Wahrscheinlichkeit eines Einzugs von Kokillenfluss in den gegossenen Stahl,
einer Unterbrechung der Schmierung der Kokille und einer schlechten
Wärmeverteilung
in der Kokille, die alle durch Oszillationen in der Stehwelle verursacht
oder verschlimmert werden, im Allgemeinen erheblich reduziert werden.
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Der
Dämpfungseffekt
des Gefäßes im Ausguss
entsteht durch die axiale Position des Gefäßes in Verbindung mit der Form
des Gefäßes, d.h.
seinen parallelen und/oder zusammenlaufenden Seitenwänden.
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Da
das Gefäß axial
zwischen den schräg verlaufenden
Auslässen
angeordnet ist, nimmt es normalerweise die volle Kraft eines erheblichen
Teils der durch den Ausguss fließenden Metallschmelze auf,
und aufgrund seiner parallelen und/oder zusammenlaufenden Seitenwände absorbiert
das Gefäß im Allgemeinen
einen signifikanten Teil der Energie der aufgenommenen Metallschmelze.
In einigen Ausgestaltungen der Erfindung kann das Gefäß einen
oder mehrere Auslässe
aufweisen, durch die ein Teil der durch den Ausguss fließenden Metallschmelze
diesen verlassen kann; in anderen Ausgestaltungen hat das Gefäß keinen
solchen Auslass und ist völlig
geschlossen, mit Ausnahme seiner oberen Öffnung. In jedem Fall ist der
Effekt des Gefäßes jedoch
so, dass aus dem Gefäß und in
die schräg
verlaufenden Auslässe
fließende
Metallschmelze dies auf eine allgemein beständige Weise tut, und solche
aus dem Gefäß fließende Metallschmelze
kann auch direkt in die schräg
verlaufenden Auslässe
aus dem länglichen Kanal
des Ausgusses fließende
Metallschmelze beeinflussen und Strömungsvariationen in diesem
Teil des Metallflusses dämpfen.
Zusätzlich
werden auch Strömungsvariationen
in der diese Auslässe
verlassenden Metallschmelze für
diejenigen Ausgestaltungen der Erfindung, in denen das Gefäß selbst
einen oder mehrere Ausgussauslässe
enthält,
normalerweise gedämpft.
Sowohl das Konzept als auch der Gebrauch des Ausgussgefäßes gemäß dem zweiten Aspekt
der Erfindung stehen im vollkommenen Gegensatz zur Lehre der
US 5944261 und der
US 6027051 , in denen die
Trennbleche zum Teilen des Flusses von Flüssigmetall in einen äußeren und
einen inneren Strom divergierende Unterseiten haben, um den unteren
Strom zu diffundieren.
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Das
Gefäß wird vorzugsweise
von vier Seitenwänden
definiert. Vorteilhafterweise laufen wenigstens zwei der Seitenwände in Richtung
auf das untere Ende des Ausgusses zusammen, bevorzugter laufen alle
Seitenwände
so zusammen. Zwei gegenüberliegende
Seitenwände
des Gefäßes werden
vorzugsweise durch Seitenwände
des Ausgusses selbst gebildet; die beiden anderen Seitenwände werden vorzugsweise
von Strukturen gebildet, die sich im Ausguss befinden. Am meisten
bevorzugt wird, wenn die letzteren beiden Seitenwände durch
Strukturen gebildet werden, die auch Verengungen in den schräg verlaufenden
Auslässen
bilden, wie oben mit Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung beschrieben
wurde.
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Vorzugsweise
befindet sich das Gefäß über zwei
allgemein axial angeordneten Auslässen. Zwei zusammenlaufende
Seitenwände
des Gefäßes werden
vorzugsweise von Strukturen gebildet, die Abteilungen zwischen jeweiligen
schräg
verlaufenden Auslässen
und allgemein axial angeordneten Auslässen definieren.
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Der
erfindungsgemäße Ausguss
wird aus feuerfestem Material gebildet. Das feuerfeste Material
umfasst vorzugsweise Keramikmaterial, z.B. ein kohlenstoffgebundenes
Keramikmaterial. Kohlenstoffgebundene Keramikmaterialien sind in
der Technik sehr gut bekannt, und die Fachperson wird in der Lage
sein, geeignete Materialien zum Bilden von Ausgüssen gemäß der vorliegenden Erfindung
auszuwählen.
Der Ausguss wird vorzugsweise durch isostatisches Pressen geformt,
was die herkömmliche Technik
zum Bilden von kohlenstoffgebundenen Keramikartikeln ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft mit Bezug auf die Begleitzeichnungen
beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine
schematische isometrische Ansicht eines Ausgusses gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf den Ausguss von 1;
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3 eine
longitudinale Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 von 2;
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4 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 von 2;
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5 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 von 3;
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6 eine
Ansicht wie die von 5, die jedoch nur eine andere
Konfiguration des Kanals zeigt;
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7 und 8 Querschnittsansichten
jeweils entlang der Linien 7-7 und 8-8 von 3; und
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9 eine
schematische Querschnittsansicht des Ausgusses von 3,
der so in einer Kokille positioniert dargestellt ist, dass seine
Auslässe
eingetaucht sind (d.h. sich unterhalb des Pegels der Metallschmelze
in der Kokille befindet).
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Die
Figuren zeigen einen erfindungsgemäßen Ausguss 10, der
einen Kanal 11 aufweist, der sich entlang einer Achse erstreckt,
die beim Gebrauch im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, wobei
der Ausguss 10 einen oberen Einlass 12, zwei untere,
zur Achse schräg
verlaufende Auslässe 17 und zwei
untere Auslässe 23 aufweist,
die allgemein axial zwischen den schräg verlaufenden Auslässen 17 angeordnet
sind. Die kombinierte Mindestquerschnittsfläche der schräg verlaufenden
Auslässe
ist etwa viermal so groß wie
die kombinierte Mindestquerschnittsfläche der allgemein axial angeordneten
Auslässe 23. Über den
allgemein axial angeordneten Auslässen 23 und im Wesentlichen
axial zwischen den beiden schräg
verlaufenden Auslässen 17 befindet
sich ein Gefäß 45.
Das Gefäß 45 hat
eine obere Öffnung 21 und
wird von Seitenwänden 14 und 36 definiert,
die in Richtung auf das untere Ende 13 des Ausgusses zusammenlaufen.
Das Gefäß 45 nimmt einen
Teil der beim Gebrauch durch den Ausguss fließenden Metallschmelze auf,
bevor diese Metallschmelze den Ausguss 10 verlässt.
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Der
Ausguss 10 umfasst im Wesentlichen drei Abschnitte. Ein
oberer Abschnitt des Ausgusses hat die Form einer Röhre mit
im Wesentlichen kreisförmigem
Querschnitt, die an ihrem obersten Ende im Einlass 12 endet.
Unterhalb des oberen Abschnitts ist ein mittlerer Abschnitt 11 nach
außen
in einer Ebene parallel zur Ausgussachse aufgeweitet und in einer orthogonalen
Ebene abgeflacht. Unterhalb des mittleren Abschnitts 11 befindet
sich ein unterer Abschnitt 16, der die Auslässe 17 und 23 und
das Gefäß 45 umfasst.
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Der
Kanal 11 erweitert sich in der Nähe des Bodens nach außen, wie
allgemein durch die Bezugsziffer 16 angedeutet ist, und
definiert zwei äußere Abflussauslässe 17,
jeweils mit einer mittleren Austrittsstelle 18 und einer
imaginären
Mittellinie, die durch den imaginären Mittelpunkt 18 passiert
und einen Winkel „α" mit Bezug auf die
Horizontale bildet, wie in 3 zu sehen
ist. Der Winkel „α" beträgt vorzugsweise
etwa 35–45°, und die
Umkehr des Winkels „α" (der Winkel zwischen
der Mittellinie und dem Maß von
Strecke 15) beträgt
etwa 45–55°.
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Der
Ausguss 10 umfasst auch eine allgemein mit der Bezugsziffer 20 bezeichnete
Struktur zwischen den äußeren Ausflussauslässen 17,
die ein allgemein mit der Bezugsziffer 45 bezeichnetes
Gefäß definiert.
Das Gefäß 45 hat
ein ausreichendes Volumen und ist so gestaltet und positioniert,
dass es den Fluss von Metallschmelze aus den Auslässen 17 (und
anderen Auslässen,
die nachfolgend beschrieben werden) stabilisiert. So kann beispielsweise
für eine
Ausgestaltung, bei der die Gesamtlänge 22 des Ausgusses 10 etwa
50,8 bis 76,2 cm (20–30
Zoll) beträgt,
das Gefäß 45 ein
Volumen von etwa 16,39–32,77
Kubikzentimetern (1–2
Kubikzoll) haben.
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Der
Ausguss 10 umfasst auch wenigstens einen, vorzugsweise
zwei Auslässe 23 im
Boden 13, jeweils mit einem Ausflussmittelpunkt 24,
und wenigstens einen Schmelzmetalltransportdurchgang 25,
der vom Gefäß 45 zu
jedem der Auslässe 23 verläuft, wobei 3 zwei
solcher Durchgänge 25 illustriert.
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Die
beiden Durchgänge 25 werden
vorzugsweise von einem Teiler 28 (siehe 3)
und den Strukturen 20 gebildet. Der Teiler 28 und
die Strukturen 20 definieren die Durchgänge 25 so, dass sie
von der Längsabmessung 15 nach
außen
divergieren, z.B. so, dass imaginäre Mittellinien durch die Mittelpunkte 24 davon
einen Winkel „β" mit Bezug auf die Horizontale
von etwa 70–80° (und umgekehrt
einen Winkel mit Bezug auf die Längsabmessung 15 von etwa
10–20°) bilden.
Die Winkel „α" und „β" unterscheiden sich
vorzugsweise um wenigstens etwa 30°, und der Ausguss 10 ist
ansonsten so aufgebaut, dass sich die aus den äußeren Auslässen 17 fließenden Schmelzmetallströme nicht
mit den durch die Auslässe 23 fließenden Strömen mischen
(bevor alle Ströme
in der Kokille diffundiert sind).
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Während das
Element 13 vom Kanal 11 separat sein kann, ist
es vorzugsweise einstückig
damit ausgebildet, z.B. alle Komponenten bestehen aus demselben
feuerfesten Material.
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Um
die Wirksamkeit des Ausgusses 10 zu verbessern, ist dieser
vorzugsweise so aufgebaut, wie dies allgemein in den US-Patenten
5205343 und 5402993 und in den deutschen Patentveröffentlichungen
19505390 und 4319195 dargestellt ist, wo es eine Geometrieveränderung
zwischen der Oberseite 12 und dem mittleren Teil des Durchgangs 14 und
eine Zunahme der Querschnittsabmessung gibt. Das heißt, es kann
einen ersten Teil 31 des Kanals 11 geben, der,
wie in den 2 und 3 zu sehen
ist, einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, und
einen zweiten Teil 32 (siehe 3 und 4)
mit einer größeren Querschnittsfläche für den Durchgang 14 als
für den
ersten Abschnitt 31 und mit einer anderen Querschnittsfläche.
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So
kann beispielsweise, wie in 5 illustriert,
der Durchgang 14 im zweiten Teil 32 einen im Wesentlichen
rechteckigen Querschnitt haben, oder, wie in 6 illustriert,
der Durchgang 14 kann eine im Wesentlichen ovale (z.B.
rennbahnförmige)
Konfiguration haben. Der dritte Teil 33 (siehe 3 und 4)
des Ausgusses 10 enthält
den nach außen aufgeweiteten
Teil 16 des Kanals 11 neben dem Boden 13.
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Die 7 und 8 illustrieren
beispielhafte Querschnitte des Ausgusses 10 unmittelbar
oberhalb des und im Wesentlichen an dem Gefäß(es) 45. Während die 7 und 8 das
Gefäß 45 mit
einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt zeigen, wie auch
die Öffnungen,
die zu den Auslässen 17 führen, sind
auch andere Querschnitte möglich. Dazu
gehören
ein ovaler Querschnitt (wie z.B. ein rennbahnförmiger) oder andere Polygone
neben Rechtecken.
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Wünschenswerterweise
sind die Seitenwände 36,
die einen Teil der Struktur 20 umfassen, die das Gefäß 45 definieren,
in Richtung auf die Durchgänge 25 geneigt
oder gerundet. Ebenso sind die äußeren Teile 27 zu
diesem Teil der Struktur 20, die das Gefäß 45 definiert,
abgeschrägt
oder (wie in 3 gezeigt) abgerundet, um ein
ordnungsgemäßes Leiten
der Metallschmelzströme
durch die Auslässe 17 zu
erleichtern.
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Die
Auslässe 17, 23 sind
mit Bezug auf den Kanal 11, die Struktur 20, zueinander
und zum Gefäß 45 vorzugsweise
so dimensioniert und postioniert, dass etwa 55–80% (vorzugsweise etwa 60–70%) der gesamten
durch den Durchgang 14 fließenden Metallschmelze den Ausguss 10 durch
die äußeren Auslässe 17 verlassen.
Ebenso verlassen vorzugsweise etwa 20–45% (vorzugsweise etwa 30–40%) der durch
den Durchgang 14 fließenden
Metallschmelze den Ausguss 10 durch die inneren Auslässe 23.
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9 illustriert
schematisch den Ausguss 10 der 1 bis 8,
die in einem Verfahren zum Einleiten von Metallschmelze (wie z.B.
Stahlschmelze) in eine Kokille 40 (wie z.B. eine Brammenstranggießanlage)
mit einem darin erzielten Metallschmelzflüssigkeitspegel 41 verwendet
wird. Der Ausguss 10 wird so in dem Gefäß 40 positioniert
(mittels eines herkömmlichen
Positionierungsmechanismus), dass alle Auslässe 17, 23 unterhalb
des Flüssigkeitspegels 41 liegen,
und dann wird die Metallschmelze nach unten fließend in den Ausguss geleitet.
Ein herkömmlicher
Stopfen 43 kann die Strömungsgeschwindigkeit
von Metallschmelze aus einem Tundish 44 oder einem anderen
Gefäß in den
oberen Teil 12 des Ausgusses 10 und dann in die
Kokille 40 (oder ein anderes Gefäß) einer Brammenstranggießanlage regulieren.
Dann wird die Metallschmelze veranlasst, einen Schmelzenpool im
Metallaufnahmegefäß 45, wie
in 3 über
den inneren Auslässen 23 illustriert ist,
und vorzugsweise über
den Mittelpunkten 18 der äußeren Auslässe 17 und im Wesentlichen
konzentrisch zum Durchgang 14 zu bilden, um den Metallschmelzfluss
durch die Auslässe 17, 23 zu
stabilisieren. Dann wird bewirkt, dass die Metallschmelze die Auslässe 17, 23 verlässt und
in das Gefäß 40 fließt. Das
Verfahren wird so ausgeübt,
dass etwa 55–80% (vorzugsweise
etwa 60–70%)
der Metallschmelze den Ausguss 10 durch die äußeren Auslässe 17 verlassen
und bewirkt wird, dass etwa 20–45%
(vorzugsweise etwa 30–40%)
den Ausguss durch die inneren Auslässe 23 verlassen.
Es wird vorzugsweise bewirkt, dass die Metallschmelze die inneren
Auslässe 23 in
einem Winkel „β" von etwa 70–80° zur Horizontalen
und die äußeren Auslässe 17 in
einem Winkel „α" von etwa 35–45° zur Horizontalen
verlässt.
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Das
Verfahren wird auch vorzugsweise so ausgeübt, dass bewirkt wird, dass
die die inneren Auslässe 23 verlassende
Metallschmelze im Wesentlichen unmittelbar nach dem Verlassen des
Ausgusses 10 erheblich verlangsamt wird (z.B. um etwa 50% im
Vergleich zur Geschwindigkeit der Metallschmelze unmittelbar vor
dem Eintritt in das Gefäß 44),
und dass bewirkt wird, dass Metallschmelzströme die beiden inneren Auslässe 23 verlassen
und sich vor dem Erreichen des Bodens 46 des Gefäßes 40 wieder vereinigen.
Das Verfahren wird so ausgeübt,
dass die die inneren Auslässe 23 verlassenden
Schmelzmetallströme
nicht mit den äußeren Auslass 17 verlassenden
Strömen
zusammenfließen,
so dass ein stärkeres
Mischen von kürzlich
eingeleiteter Metallschmelze mit der bereits im Gefäß 40 vorhandenen Metallschmelze
erzielt wird. Ebenso wird das Verfahren so ausgeübt, dass sich der Fließwinkel
der die Auslässe 17, 23 verlassenden
Metallschmelze bei zunehmendem Durchsatz im Wesentlichen nicht verändert (d.h.
der Winkel durch den Auslass 17 liegt immer zwischen etwa
60–70° mit Bezug
auf die Horizontale in der bevorzugten Ausgestaltung und variiert nicht
auf der Basis des Durchsatzes), obwohl die Durchschnittsgeschwindigkeit
des die Auslässe 17, 23 verlassenden
Schmelzmetallflusses im Wesentlichen proportional zur Durchsatzsteigerung
zunimmt.
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Die
Erfindung wurde zwar hierin in Form einer Ausgestaltung gezeigt
und beschrieben, die derzeit als am praktikabelsten und am meisten
bevorzugt angesehen wird, aber die durchschnittliche Fachperson
wird erkennen, dass zahlreiche Modifikationen im Rahmen der beiliegenden
Ansprüche vorgenommen
werden können,
so dass alle äquivalenten
Strukturen und Methoden abgedeckt werden.