DE602004000532T2

DE602004000532T2 - Giessdüse, drückvorrichtung für eine giessdüse und giessanlage

Info

Publication number: DE602004000532T2
Application number: DE602004000532T
Authority: DE
Inventors: Eric Hanse; Stephane Taburiaux
Original assignee: Vesuvius Group SA
Current assignee: Vesuvius Group SA
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: CA2513116C; CA2513116A1; AR042883A1; KR20050097506A; MXPA05007688A; JP5926230B2; US20060049555A1; MA27620A1; UA79533C2; EP1439016A1; US8127972B2; EP1590114B2; ATE320873T1; TWI307645B; CN1697714A; JP2014028406A; ZA200505390B; JP2011115859A; EA006691B1; EA200501021A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gießdüse für den Transport von geschmolzenem Metall aus einem oberen metallurgischen Behälter in einen unteren metallurgischen Behälter. Insbesondere betrifft sie eine Gießdüse aus Feuerfestmaterial für den Transport von geschmolzenem Stahl aus einem Zwischenbehälter in eine Kokille, oder, alternativ, aus einer Gießpfanne in einen Zwischenbehälter.
Die Gießdüsen, die dazu bestimmt sind, geschmolzenes Metall aus einem metallurgischen Behälter in einen anderen zu überführen, während sie das Metall gegen chemische Angriffe schützen und es von der umgebenden Atmosphäre thermisch isolieren, sind Verschleißelemente, die stark beansprucht werden, und zwar bis zu einem Ausmaß, dass ihre Betriebslebensdauer die Gießzeit begrenzen kann. Vorrichtungen zum Einführen und/oder zur Entnahme der Düse, die vor kurzem im Stand der Technik beschrieben worden sind, haben es erlaubt, dieses Problem zu lösen (siehe zum Beispiel Europäische Patente 192,019 und 441,927). Zum Beispiel wird, sobald die Erosion der äußeren Düsenwand in der Nähe des Meniskus ein gewisses Maß erreicht, die abgenutzte Düse gegen eine neue Düse ausgetauscht, und zwar in einer ausreichend kurzen Zeitspanne, damit man das Gießen nicht unterbrechen muss.
Im Allgemeinen wird man bei diesen Vorrichtungen eine Gießdüse verwenden, die von einem einen Gießkanal definierenden bzw. begrenzenden röhrenförmigen Teil und, an seinem oberen Ende, von einer Platte gebildet wird, die mit einer einen Gießkanal begrenzenden bzw. definierenden Öffnung versehen ist, wobei die Platte eine mit dem stromaufwärtigen Element des Gießkanals in Kontakt tretende Oberseite und eine die Grenzfläche mit dem unteren Teil der Düse bildende Unterseite umfasst, wobei die Unterseite zwei ebene Auflageflächen umfasst, die auf beiden Seiten des Gießkanals angeordnet sind.
Die Düse soll sich in Führungen gegen die ebene Unterseite von entweder einer Gießöffnung, wie einer Innendüse, einer unteren Platte, die an einer solchen Gießöffnung befestigt ist, oder einer festen Platte verschieben, die an einer Gießdurchflussmengen-Steuervorrichtung befestigt ist, welche zwischen die Gießöffnung (zum Beispiel Innendüse) und die Gießdüse eingesetzt ist. Es muss klar sein, dass wenn im Kontext der vorliegenden Erfindung auf eine Gießdüse Bezug genommen wird, es genau diese Düse ist, die sich in einer Vorrichtung verschieben soll, und nicht eine feste Düse, wie eine Innendüse.
Bekannte Vorrichtungen, und insbesondere die im Dokument EP 192,019 offenbarte Vorrichtung besitzen eine Gießdüse, die sich in Führungen verschiebt, welche imstande sind, eine nach oben gerichtete Druckkraft zu übertragen (Andruckvorrichtung). Diese Druckkraft wird durch Federn, die in einem gewissen Abstand von der Gießöffnung angeordnet sind, und Betätigungshebel oder Kipphebel erreicht. Diese übertragen die Druckkraft auf die ebenen Oberflächen der Gießdüsenplatte. Diese nach oben gerichtete Druckkraft drückt die Gießdüsenplatte relativ dicht gegen das stromaufwärtige Feuerfestelement, hauptsächlich eine Innendüse oder eine Feuerfestplatte.
Zum Beispiel zeigt das Dokument US-A1-5,688,425 eine Gießdüse für eine Düsen-Einführ- und/oder Entnahmevorrichtung, bei der die Düse von einem einen Gießkanal definierenden bzw. begrenzenden röhrenförmigen Teil und, an seinem oberen Ende, von einer Platte gebildet wird, die mit einer einen Gießkanal definierenden bzw. begrenzenden Öffnung versehen ist, wobei die Platte eine mit dem stromaufwärtigen Element des Gießkanals in Kontakt tretende Oberseite und eine die Grenzfläche mit dem oberen Teil des röhrenförmigen Teils der Düse bildende Unterseite umfasst, wobei die Platte zwei ebene Auflageflächen umfasst, die auf beiden Seiten des Gießkanals angeordnet sind. Gemäß diesem Dokument bilden die beiden Auflageflächen mit der Gießachse einen Winkel von 90°.
Gießdüsen können ein einziger Block sein oder können von einer Anordnung von mehreren Feuerfestelementen gebildet werden.
In den meisten der Fälle ist die Unterseite der Platte und das obere Ende des röhrenförmigen Teils der Düse durch eine metallische Dose geschützt.
Es ist jedoch häufig festgestellt worden, dass in Höhe der Verbindungsstelle zwischen dem röhrenförmigen Element und der Platte, die am oberen Ende des röhrenförmigen Elements angeordnet ist, Risse oder Mikrorisse auftreten können. Diese Risse können auftreten, wenn die Düse gewartet wird, oder während ihres Gebrauchs. Der Ursprung der Rissbildung kann ein Übermaß an thermischen Beanspruchungen, an mechanischen Beanspruchungen oder an thermo-mechanischen Beanspruchungen sein. Diese Beanspruchungen werden durch die Kräfte, die ausgeübt werden, um die Düse in der Vorrichtung festzuhalten, durch Vibrationen und durch den Strom des flüssigen Metalls erzeugt.
In gewissen Fällen führen diese Risse zum Zerbrechen des Elements. In anderen Fällen ist es, obwohl diese Risse eine winzige Größe aufweisen, notwendig, sie in Betracht zu ziehen. Die durch den Strom des flüssigen Metalls in der Düse erzeugte Drosselung erzeugt in der Tat einen Unterdruck und ruft demzufolge eine bedeutende Ansaugung der Umgebungsluft hervor. Der atmosphärische Sauerstoff oder sogar Stickstoff sind bedeutende Kontaminationsquellen für das flüssige Metall, insbesondere Stahl. Unter der kombinierten Einwirkung des Sauerstoffs und der sehr hohen Temperaturen kann sich weiter das Feuerfestmaterial in Höhe des Sauerstoffeintritts, d.h. in der Risshöhe, ziemlich zersetzen. Diese Zersetzung verstärkt die örtliche Zersetzung des Feuerfestmaterials noch und erweitert den Riss bis zu einem solchen Maß, dass es notwendig sein kann, das Gießen zu unterbrechen.
Im Stand der Technik sind mehrere Mittel vorgesehen, um die Beständigkeit der Düse gegen Rissbildung zu vergrößern.
Feuerfestmaterialien mit einer besseren Beständigkeit gegen Rissbildung sind bekannt. Nichtsdestotrotz sind diese Materialien im Allgemeinen anfällig für andere Erscheinungen, wie Erosion oder Korrosion.
Eine andere, im Dokument WO 00/35614 offenbarte Lösung ist die Verwendung einer metallischen Dose, die an ihrem unteren Teil durch mechanische Mittel verstärkt ist, welche ihre Steifigkeit vergrößern.
Das Dokument EP 1,133,373 beschreibt eine Düse, umfassend einen stoßabsorbierenden Zwischenbereich zwischen der metallischen Dose und der Feuerfestdüse. Dieser Bereich besteht aus einem Material, dessen thermische Eigenschaften derart sind, dass es bei Umgebungstemperaturen fest bleibt, jedoch bei hohen Temperaturen einer Verformung unterworfen ist. Dieser Pufferbereich verringert die Gefahren einer Bildung von Rissen oder Mikrorissen, die durch die zu Beginn des Gießens auftretenden thermo-mechanischen Beanspruchungen erzeugt werden.
Trotz der Vorteile, die auf dem Fachgebiet durch die oben beschriebenen Lösungen und ihre fortlaufenden Verbesserungen während dieser letzten Jahre erbracht worden sind, gibt es noch immer einige Probleme.
In der Tat ist bei den bekannten Vorrichtungen zum Einführen und/oder zur Entnahme der Düse die Platte immer bedeutenden Biegebeanspruchungen ausgesetzt, die für die Bildung von Rissen am oberen Ende des röhrenförmigen Teils verantwortlich sein können. Es ist in der Tat beobachtet worden, dass sich die obere Platte durch Biegung um eine Achse verformen kann, die parallel zur Richtung der Führungen ist, wo sich die besagte Platte verschiebt.
Die oben beschriebenen Lösungen gestatten es, diese Biegebeanspruchungen zu vermindern, indem man sie stoppt oder sie abschwächt, und dies indem man auf das Material selbst oder auf die Düsenanordnungstechniken einwirkt. Diese Lösungen sind teuer und nicht voll zufriedenstellend.
Die vorliegende Erfindung hat eine Gießdüse zum Gegenstand, deren Form angepasst ist, um die durch ihren Gebrauch hervorgerufenen Beanspruchungen, und insbesondere die Beanspruchungen, die mit dem Festhalten der Düse in der Vorrichtung verbunden sind, besser auszuhalten.
Die Düse besitzt auch eine Gestalt, die angepasst ist, um eine Andruckvorrichtung aufzunehmen, die ein günstiges Beanspruchungsmuster erzeugt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Gießdüse für eine Düsen-Einführ- und/oder Entnahmevorrichtung, bei der die Düse von einem einen Gießkanal definierenden bzw. begrenzenden röhrenförmigen Teil und, an seinem oberen Ende, von einer Platte gebildet wird, die mit einer einen Gießkanal definierenden bzw. begrenzenden Öffnung versehen ist, wobei die Platte eine mit dem stromaufwärtigen Element des Gießkanals in Kontakt tretende Oberseite und eine die Grenzfläche mit dem röhrenförmigen Teil der Düse bildende Unterseite umfasst; wobei die Platte zwei ebene Auflageflächen umfasst, die auf der zur Oberseite der Platte entgegengesetzten Seite angeordnet sind und auf beiden Seiten des Gießkanals angeordnet sind. Diese Düse ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Oberflächen mit der Gießkanalachse einen Winkel β von 20° bis 80° bilden.
Der röhrenförmige Teil kann eine allgemein zylindrische, ovale oder konische Gestalt besitzen. Die Platte ist vorzugsweise ein Quadrat oder ein Rechteck.
Die Gestalt der erfindungsgemäßen Platte gestattet es, die Beständigkeit gegen Rissbildung zu verbessern, und dies ohne dass man die Materialmenge in dem für Risse anfälligen Bereich vergrößern muss. Dadurch bleiben die hinderlichen Abmessungen im Wesentlichen identisch mit denjenigen der Düsen aus dem Stand der Technik.
Wenn die Düse der Erfindung in eine Einführ- und/oder Entnahmevorrichtung eingebracht wird, sind die zwei Auflageflächen parallel zur Brennrichtung der Düse.
Es ist beobachtet worden, dass ein Winkel β von 30° bis 60°, und insbesondere ein Winkel von etwa 45°, gute Ergebnisse ergibt, was die Rissbeständigkeit und das Beanspruchungsmuster angeht. Die Zugbeanspruchungen, die in einer Gießdüse in Höhe des kritischen Bereichs für einen Winkel von 45° gemessen wurden, sind um 40 bis 50% niedriger als diejenigen, die bei einem Winkel von 90° entsprechend dem Stand der Technik beobachtet werden können.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist die Platte der Düse asymmetrisch in Bezug zu der Ebene, die senkrecht zu den Auflageflächen der Düsenplatte ist und die Gießkanalachse umfasst. Dadurch ist die nutzbare Oberfläche der Platte auf beiden Seiten dieser Ebene unterschiedlich. Dies ermöglicht es, eine Düse in zwei Positionen einzusetzen, einer Gießposition, in der die Öffnung der Platte dem stromaufwärtigen Gießkanal entspricht, und einer Zwischenposition, in der die Öffnung der Platte nicht mit dem stromaufwärtigen Gießkanäl kommuniziert, um ihn zu versperren. Dies kann nützlich sein, wenn das stromaufwärtige Verschlusssystem, das zum Beispiel durch einen Stopfen sichergestellt wird, defekt ist. Es gestattet es auch, die Verwendung einer Sicherheitsplatte zu vermeiden, da der Verschluss durch die Düsenplatte selbst sichergestellt werden kann.
Die Form der Düse gemäß der Erfindung ermöglicht auch die Verwendung einer Andruckvorrichtung, welche sich von denjenigen unterscheidet, die auf dem Fachgebiet verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch eine Gießdüse für eine Düsen-Einfuhr- und Entnahmevorrichtung. Die erfindungsgemäße Andruckvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Druckkraft entsprechend einer Richtung aufgebracht wird, die einen Winkel α von 10° bis 70° mit der Gießkanalachse bildet.
Die Andruckvorrichtung übt auf die Gießdüsenauflageflächen eine Druckkraft aus, die nicht wie bei den vorhandenen Vorrichtungen parallel zur Gießkanalachse nach oben gerichtet ist, sondern in Bezug zu ihr schräg und zum Gießkanal hin gerichtet ist.
Die durch eine solche Vorrichtung in der Gießdüse erzeugten Biegebeanspruchungen sind niedriger als diejenigen der Vorrichtungen aus dem Stand der Technik. Die resultierende Druckkraft umfasst eine vertikale Komponente, welche die Dichtigkeit mit dem stromaufwärtigen Element sicherstellt, sowie eine horizontale Komponente. Diese horizontale Komponente ist vorteilhaft, da sie bewirkt, dass das Feuerfestmaterial unter Druck steht, was dadurch eine Verminderung der Risserzeugung und/oder ihrer Ausbreitung gestattet.
Die resultierende Druckkraft der Andruckvorrichtung gemäß der Erfindung muss mit einem Winkel α von 10° bis 70° aufgebracht werden. In der Tat entspricht ein Winkel von weniger als 10° einem Aufbringen einer praktisch vertikalen Kraft, wie bei den bekannten Vorrichtungen, und hat keinen merklichen positiven Einfluss auf das Rissbildungsphänomen. Wenn die Kraft mit einem Winkel aufgebracht wird, der größer als 70° ist, dann ist die vertikale Komponente der Kraft nicht mehr ausreichend, um einen guten Kontakt und eine gute Dichtigkeit zwischen der Düsenplatte und dem stromaufwärtigen Element sicherzustellen.
Es ist beobachtet worden, dass ein Druckwinkel α von 30° bis 60°, und insbesondere ein Winkel von etwa 45° ausgezeichnete Ergebnisse liefert, was die Beständigkeit gegen Rissbildung und das Beanspruchungsmuster angeht. Die in einer Gießdüse in Höhe des kritischen Bereichs bei einem Druckwinkel von 45° gemessenen Zugbeanspruchungen sind um 40 bis 50 niedriger als diejenigen, die bei einem Druckwinkel von 90° entsprechend dem Stand der Technik gemessen wurden. Ein Winkel von 45° ist ein guter Kompromiss zwischen der vertikalen Komponente der Druckkraft, welche die Dichtigkeit sicherstellt, und der horizontalen Komponente. In der Tat ist eine vertikale Mindestkomponente erforderlich, um einen dichten Kontakt zwischen der Düse und dem stromaufwärtigen Element zu ermöglichen. Je mehr der Winkel α zunimmt, um so mehr muss die Druckkraft zunehmen, um dieselbe vertikale Komponente sicherzustellen. Eine zu hohe Druckkraft kann mechanische Probleme erzeugen, die nicht vernachlässigbar sind, in der Hauptsache eine größere Anforderung an die Federn und eine Verringerung ihrer Lebensdauer.
Ein Winkel von 45° gestattet auch eine einfache Herstellung der Gießdüse und der Andruckvorrichtung.
Die Druckkraft kann direkt auf die Auflagefläche der Gießdüsenplatte aufgebracht werden, zum Beispiel durch Federn, oder durch Zwischenfügen eines Elements, wie eines Kipphebels. Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Gießeinrichtung, umfassend eine Düsen-Einführ- und Austauschvorrichtung, umfassend eine Gießdüse gemäß der Erfindung.
Die Gießdüse wird durch die Andruckvorrichtung in dichtem Kontakt mit dem stromaufwärtigen Gießelement gehalten. Die Druckkraft der Andruckvorrichtung wird auf beide ebenen Auflageflächen der Gießdüsenplatte aufgebracht. Die Gießeinrichtung umfasst auch ein Schienenführungssystem, das imstande ist, die beiden Auflageflächen der Gießdüse aufzunehmen, und es ermöglicht, eine neue Gießdüse in die Gießposition einzuführen und die abgenutzte Gießdüse über die Gießposition hinaus auszustoßen.
Das Schienenführungssystem weist eine Auflagefläche auf, deren Winkel mit der Gießachse einen Winkel bildet, der im Wesentlichen gleich dem von den Auflageflächen der Gießdüsenplatte mit der Gießachse gebildeten Winkel β ist.
Um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, wird sie nun unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, die spezielle Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, ohne jedoch die Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken.
In diesen Figuren ist in 1 eine Gießdüse gemäß dem Stand der Technik und die auf die ebenen Auflageflächen aufgebrachte vertikale Druckkraft dargestellt worden.
2 zeigt eine Gießdüse gemäß der Erfindung und die auf die ebenen Auflageflächen aufgebrachte resultierende Druckkraft.
3 zeigt eine Gießdüse gemäß der Erfindung, wobei die Winkel α und β den von der resultierenden Druckkraft mit der Gießkanalachse gebildeten Winkel bzw. den von der ebenen Auflagefläche mit der Gießkanalachse gebildeten Winkel darstellen.
4 stellt eine Andruckvorrichtung gemäß dem Stand der Technik dar.
Die 5 und 6 zeigen Ausführungsformen einer Andruckvorrichtung gemäß der Erfindung.
1 zeigt eine Gießdüse (1) des Standes der Technik, umfassend eine Platte (2) und einen röhrenförmigen Teil (3).
Die ebenen Auflageflächen (5) bilden einen Winkel β von 90° mit der Gießkanalachse (7). Die Druckkraft (4) ist vertikal, parallel zur Gießkanalachse (7). Die in der Gießdüse des Standes der Technik erzeugten Beanspruchungen können für die Bildung von Rissen am oberen Ende des röhrenförmigen Teils (3) verantwortlich sein.
Die 2 und 3 zeigen eine Gießdüse (1) gemäß der Erfindung. Die Platte (2) der Gießdüse (1) ist in einer gewissen Weise abgeschrägt. Die ebenen Auflageflächen (5) bilden einen Winkel β von 20 bis 80°, und dies, ohne dass es erforderlich ist, die Materialmenge der Platte (2) zu vergrößern.
3 zeigt die Winkel α und β. Die resultierende Druckkraft und die Gießkanalachse bilden einen Winkel α von 21°. Die ebenen Auflageflächen und die Gießkanalachse bilden einen Winkel β von 69°.
4 zeigt eine Andruckvorrichtung (8) des Standes der Technik. Die resultierende Druckkraft (4) wird durch einen Kipphebel (10) vertikal, parallel zur Gießkanalachse (7) aufgebracht.
5 zeigt eine Andruckvorrichtung (8) gemäß der Erfindung. Die resultierende Druckkraft (4) wird durch einen Kipphebel (10) aufgebracht.
6 zeigt eine Andruckvorrichtung (8) gemäß der Erfindung. Die resultierende Druckkraft (4) wird durch Federn (11) direkt auf die Auflageflächen aufgebracht.

1: Gießdüse
2: Platte
3: Röhrenförmiger Teil
4: Resultierende Druckkraft
5: Ebene Auflagefläche
6: Gießkanal
7: Gießachse
8: Andruckvorrichtung
9: Innendüse
10: Kipphebel
11: Feder.

Claims

Gießdüse (1) für eine Düsen-Einführ- und/oder Entnahmevorrichtung, wobei die Düse von einem einen Gießkanal (6) definierenden röhrenförmigen Teil (3) und, an seinem oberen Ende, von einer Platte (2) gebildet wird, die mit einer einen Gießkanal (6) definierenden Öffnung versehen ist, wobei die Platte (2) eine mit dem stromaufwärtigen Element (9) des Gießkanals in Kontakt tretende Oberseite und eine die Grenzfläche mit dem oberen Teil des röhrenförmigen Teils (3) der Düse bildende Unterseite umfasst; wobei die Platte (2) zwei ebene Auflageflächen (5) umfasst, die auf beiden Seiten des Gießkanals (6) angeordnet sind, und dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Auflageflächen (5) mit der Gießkanalachse (7) einen Winkel β von 20° bis 80° bilden.
Gießdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Auflageflächen (5) parallel zur Düsenbrennrichtung sind.
Gießdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Oberflächen (5) mit der Gießkanalachse (7) einen Winkel β von 30° bis 60° bilden.
Gießdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (5) mit der Gießkanalachse (7) einen Winkel β von 45° bilden.
Gießdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) asymmetrisch bezüglich der Ebene ist, die zu den Auflageflächen (5) der Düsenplatte (2) senkrecht ist und die Gießkanalachse (7) umfasst.
Einführ- und/oder Entnahmevorrichtung für eine Gießdüse (1), wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Andruckvorrichtung (8), die in der Lage ist, auf beide ebenen Auflageflächen (5) einer Gießdüse (1), wie in Anspruch 1 definiert, in der Gießposition einzuwirken, sowie eine Führungsvorrichtung, umfassend eine Auflagefläche, die mit der Gießkanalachse (7) einen Winkel β von 20° bis 80° bildet.
Einführ- und/oder Entnahmevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Andruckvorrichtung (8) umfasst, bei der die Druckkraft (4) von Federn (11) direkt gegen die Auflagefläche (5) aufgebracht wird.
Gießeinrichtung, umfassend eine Rohrwechselvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Gießdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7 umfasst.