DE69714203T2

DE69714203T2 - Tauchgiessrohr für Giessformen in Stranggiessanlagen

Info

Publication number: DE69714203T2
Application number: DE69714203T
Authority: DE
Inventors: Michele De Santis; Alessandro Ferretti; Leonardo Liberati
Original assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Current assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 2003-03-27
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: EP0852166A2; IT1289251B1; ES2183119T3; ITRM960869A1; EP0852166A3; ITRM960869A0; EP0852166B1; DE69714203D1; ATE220963T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahldüse für Formen in Stranggussmaschinen und insbesondere eine Strahldüse für geschmolzenes Metall mit gerichteten Auslassen für Formen in Stranggussmaschinen.
Der Einsatz von Strahldüsen zum Überführen des flüssigen Metalls von einem Abscheider, der allgemein als ein Zwischengießgefäß (tundish) bekannt ist, zu der entsprechenden Form ist bekannt. Beim Überführen des geschmolzenen Metalls hat die Geschwindigkeit, mit der die Form gespeist wird, einen erheblichen Einfluss auf die Qualität des Enderzeugnisses. Ein Problem, das auftritt, besteht in einer nicht homogenen Verteilung des Metalls bezüglich der Geschwindigkeit und/oder der Temperatur. Dieses Problem kann dazu führen, dass die Oberfläche des Bades zu kalt ist oder sich zu stark bewegt. In diesem Fall läuft die Verfestigung unregelmäßig ab, und der Staubüberzug, der normalerweise auf der Oberfläche des Bades vorhanden ist, kann in das Bad eingeschlossen werden.
Ein weiteres Problem, das auftritt, besteht darin, dass die Ströme aus geschmolzenem Metall mit zu großer Energie aus der Strahldüse auf die Seitenwände der Form aufprallen, so dass es zu einem erneuten Gießen (re-founding) der oberen Haut kommt, das, wenn es zu stark ist, die Regelmäßigkeit des Prozesses beeinträchtigen kann.
Berücksichtigt man das hohe Produktivitätsniveau, das normalerweise von Stranggussmaschinen gefordert wird, treten die oben aufgeführten Probleme besonders stark zutage, wenn es um große Durchflussmengen geht, da jede Unregelmäßigkeit des Wärmeaustausch und der Möglichkeit, Oberflächenpulver einzuschließen, die Qualität sowohl der Oberfläche als auch des Inneren des Erzeugnisses beeinträchtigen kann.
Um die oben aufgeführten Probleme zu lösen, ist eine Reihe von Verfahren eingesetzt worden. Ein bekanntes Verfahren besteht im Einsatz einer Vorrichtung außerhalb der Form, die als eine elektromagnetische Bremse bekannt ist und die mittels eines in dem Bad induzierten elektromagnetischen Feldes die Bewegung des Metalls beeinflusst und somit das Durchwirbeln in dem Bad verringert. Der Nachteil einer Vorrichtung dieser Art besteht darin, dass sie außerordentlich hohe Kosten verursacht und wie alle externen Vorrichtungen in einem System zusätzliche Wartung und Steuerung erforderlich macht.
Ein weiteres Verfahren zum Lösen der oben aufgeführten Probleme besteht in besonderer Sorgfalt beim Entwerfen der Form der Strahldüse. Unter diesem Gesichtspunkt besteht das verbreitetste Verfahren darin, Strahldüsen mit Auslassen zu schaffen, die nach unten zeigen.
Des Weiteren ist eine andere Ausführung bekannt, bei der die Strahldüse nicht zwei, sondern vier horizontale Löcher hat, um so die Energie des Metallstrahls zu verringern.
Aus DE 12 87 752B ist beispielsweise eine Strahldüse mit vier Auslassen bekannt, die in der gleichen Ebene angeordnet sind, wobei die oberen Auslasse eine geringere Größe haben und nach unten gerichtet sind und die unteren Auslasse größer und nach oben gerichtet sind, um die Turbulenz in dem Bad aus geschmolzenem Metall zu reduzieren und gleichzeitig die Energie des Strahls zu verringern.
Die oben stehenden Lösungen beheben jedoch die aufgeführten Probleme nur teilweise, da ihr Ziel die Auswirkung der Erscheinung ist, d. h. beispielsweise zu starke Oberflächenbewegung, und nicht die Ursache derselben, die in der zu starken Energie des betreffenden Metalls liegt. Des Weiteren werden Verbesserungen mit reduzierten Strömungsmengen erzielt, jedoch nicht bei höheren Strömungsmengen und damit bei höherer Produktivität der Maschine.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die oben aufgeführten Probleme zu lösen, indem eine Strahldüse geschaffen wird, deren Auslasse so angeordnet sind, dass eine Dämpfwirkung auf die Energie des Strahls aus Metall ausgeübt wird, der durch die Auslasse hindurchtritt, und so, dass die Dämpfwirkung proportional zum Anstieg der Strömungsmenge ansteigt, um damit das Durchwirbeln in dem Bad der Form zu verringern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Strahldüse für Formen zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, ein hohes Niveau der Zuverlässigkeit gewährleistet und bei der nur normale Wartungsvorgänge erforderlich sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Strahldüse für Formen in Stranggussmaschinen:
einen Hauptkörper mit zylindrischer Form;
eine Austrittsleitung, die im Inneren des Hauptkörpers ausgebildet ist und einen vorgegebenen Durchmesser hat;
wenigstens zwei erste Auslasse, die symmetrisch zueinander am Außenumfang des Hauptkörpers und am unteren Ende des Hauptkörpers angeordnet sind, um Verbindung der Austrittsleitung nach außen herzustellen;
wenigstens zwei zweite Auslasse, die symmetrisch zueinander am Außenumfang des Hauptkörpers und über den wenigstens zwei ersten Öffnungen angeordnet sind, um Verbindung der Austrittsleitung nach außen herzustellen;
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Auslass der wenigstens zwei ersten Auslasse eine Aufwärtsrichtung und ein Durchmesserverhältnis von 0,85 hat, und dass jeder Auslass der wenigstens zwei zweiten Auslasse eine Abwärtsrichtung und ein Durchmesserverhältnis von 0,92 hat.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher anhand einer Beschreibung einer Ausführung derselben dargestellt, die als nicht einschränkendes Beispiel dient, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Strahldüse nach dem Stand der Technik ist; und
Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer Strahldüse gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
In Fig. 1 ist eine Strahldüse nach dem Stand der Technik dargestellt.
Die Strahldüse hat einen Körper 1 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form, in dem eine Austrittsleitung 2 für das geschmolzene Metall ausgebildet ist. Zunächst weist die Leitung 2 einen gleichbleibenden Querschnitt bis zu einer vorgegebenen Länge auf, wobei an diesem Punkt zwei Auslasse 3 ausgebildet sind (von denen in der Figur nur einer dargestellt ist). Von dieser Länge an verringert sich der Querschnitt der Leitung 2 und erstreckt sich über eine weitere vorgegebene Strecke, wobei an diesem Punkt auf gleiche Weise wie oben zwei Auslasse 4 ausgebildet sind (von denen in der Figur nur einer dargestellt ist), die größer sind als die zwei Öffnungen 3.
Die Öffnungen 3 und 4 sind in einer horizontalen Richtung angeordnet, d. h. im rechten Winkel zur Längsrichtung der Strahldüse.
In Fig. 2 ist eine Längsschnittansicht der Strahldüse gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Strahldüse weist einen Körper 5 mit einem im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt auf, in dem eine Austrittsleitung 6 ausgebildet ist.
Bei dieser Ausführung weist die Leitung 6 am oberen Ende des Körpers 5 ein Gewinde 7 auf, das mit der Speiseleitung der Strahldüse (in der Figur nicht dargestellt) auf bekannte Weise in Eingriff kommt.
Es ist anzumerken, dass die Leitung 6 über ihre Länge kegelstumpfförmig ist, d. h., dass sie einen Querschnitt hat, der im Verlauf der Leitung abnimmt.
Ungefähr am ersten Drittel der Gesamtlänge der Leitung 6 vom unteren Ende des Körpers 5 ausgehend sind zwei Auslasse 8 ausgebildet, die beide die gleiche Größe haben und an einer diametral gegenüberliegenden Position angeordnet sind. Die Auslasse 8 sind nach oben gerichtet, so dass ihre Längsachse X einen Winkel α zu der Längsachse Y der Strahldüse bildet.
Über den Auslassen 8 und ungefähr am zweiten Drittel der Gesamtlänge der Leitung vom unteren Ende des Körpers 5 ausgehend sind zwei Auslasse 9 ausgebildet, die beide die gleiche Größe haben, jedoch größer sind als die Öffnungen 8 und an einer diametral gegenüberliegenden Position angeordnet sind. Die Auslasse 9 sind nach unten gerichtet, und zwar so, dass ihre Längsachse W einen Winkel β zur Längsachse Y der Strahldüse bildet.
Sowohl die oberen Auslasse 9 als auch die unteren Öffnungen 8 sind so ausgebildet, dass den beiden Ströme von Metall, die durch sie hindurchtreten, eine Richtung verliehen wird, durch die die zwei Ströme zusammengefasst werden, d. h., dass der obere Strom auf den unteren Strom auftrifft, wodurch eine Dämpfwirkung auf die kinetische Energie beider Ströme ausgeübt wird, wobei die Dämpfwirkung zunimmt, wenn die Durchflussmenge zunimmt, d. h. während des hochproduktiven Betriebes.
Zur optimalen Dimensionierung der Querschnitte, d. h. der Auslasse und der Leitung wurden Berechnungen unter Verwendung numerischer Simulation mit einem industriellen Berechnungscode (d. h. dem PHOENICS-Code) angestellt. Dann wurde, wenn die optimale Dimensionierung ermittelt worden war, ein Modell im Maßstab 1 : 1 hergestellt, das aus Plexiglas bestand, und in einer Form unter Verwendung von Wasser als Arbeitsfluid getestet.
Bei der Auswahl der Abmessungen wurde die Auflösung von Energie an der Oberseite und an den Seitenwänden sowie die Temperatur der beiden berücksichtigt.
Anschließend wurde die Leistung der Strahldüse mit einer Standard-Strahldüse mit zwei Auslassen verglichen. Die Leistung bezog sich auf:
1. die Aufprallgeschwindigkeit und die Tiefe des Strahls an den Seitenwänden der Form;
2. die Neigung, eine wellige und/oder turbulente Oberfläche zu erzeugen;
3. das Niveau der thermischen Homogenität an der Oberfläche; und
4. den Index eines Stroms von einwandfreiem Metall durch den oberen Abschnitt der Form.
Es folgen zwei Tabellen, die die optimalen Abmessungen für ein Modell einer Strahldüse entsprechend den Berechnungen und den Versuchsergebnissen darstellen.
Tabelle 1 zeigt die Parameter für die optimale Dimensionierung der Strahldüse ohne Maßangabe und unter Bezugnahme auf Fig. 2 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Tabelle 2 zeigt Leistungsparameter, die als normalisierte Werte ausgedrückt sind und sich durch den Vergleich der Strahldüse gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Standard-Strahldüse mit zwei Auslassen ergeben.

Tabelle 1

ABMESSUNGEN DER STRAHLDÜSE PARAMETER OHNE MAßANGABE
Oberer Durchmesser der Leitung D
Unterer Durchmesser der Leitung (D') 0,7~0,8 D
Oberer Außendurchmesser der Strahldüse 1,71 D
Unterer Außendurchmesser der Strahldüse 1,57 D
Position der unteren Auslasse vom unteren Ende der Strahldüse ausgehend 1,03 D
Position der oberen Auslasse vom unteren Ende der Strahldüse ausgehend 2,32 D
Winkel α zwischen der X-Achse der unteren Auslasse und der Längsachse Y der Strahldüse 60º < α < 90º
Winkel β zwischen der W-Achse der oberen Auslasse und der Längsachse Y der Strahldüse 60º< β < 90º
Durchmesser der oberen Auslasse 0,92 D
Durchmesser der unteren Auslasse 0,85 D Tabelle 2
Wie zu sehen ist, war bei der Strahldüse, die Tabelle 1 entsprechend dimensioniert ist, und den erzielten und in Tabelle 2 dargestellten Ergebnissen zufolge das Verhalten außerordentlich positiv.
Das heißt, die Aufprallgeschwindigkeit auf die Seitenwände der Form nahm um ungefähr 40% ab, und der Wellen-Pegel um 10% und die Entstehung von Wirbeln um 50%. Lediglich der Index des Fehlens thermischer Gleichmäßigkeit ist etwas schlechter, jedoch lässt sich anhand der Erfahrung eines Fachmanns mit den Gesamtwerten eine deutliche Verbesserung verzeichnen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführung beschränkt, sondern umfasst jegliche beliebige alternative Abwandlung derselben.

Claims

1. Strahldüse für Formen in Stranggussmaschinen, die umfasst:

einen Hauptkörper (5) mit zylindrischer Form;

eine Austrittsleitung (6), die im Inneren des Hauptkörpers (5) ausgebildet ist und einen vorgegebenen Durchmesser (D) hat;

wenigstens zwei erste Auslasse (8), die symmetrisch zueinander am Außenumfang des Hauptkörpers (5) und am unteren Ende des Hauptkörpers (5) angeordnet sind, um Verbindung der Austrittsleitung (6) nach außen herzustellen;

wenigstens zwei zweite Auslasse (9), die symmetrisch zueinander am Außenumfang des Hauptkörpers (5) und über den wenigstens zwei ersten Öffnungen (8) angeordnet sind, um Verbindung der Austrittsleitung (6) nach außen herzustellen;

dadurch gekennzeichnet, dass jeder Auslass der wenigstens zwei ersten Auslasse (8) eine Aufwärtsrichtung und ein Durchmesserverhältnis von 0,85 D hat, und dass jeder Auslass der wenigstens zwei zweiten Auslasse (9) eine Abwärtsrichtung und ein Durchmesserverhältnis von 0,92 D hat.

2. Strahldüse für Formen in Stranggussmaschinen nach Anspruch 1, wobei die Austrittsleitung (6) nach unten kegelstumpfförmig ist.

3. Strahldüse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die geometrische Achse (X) jedes Auslasses der wenigstens zwei ersten Auslasse (8) nach oben gerichtet ist und einen Winkel (α), der zwischen 60º und weniger als 90º liegt, zur Längsachse (Y) der Austrittsleitung (6) bildet.

4. Austrittsdüse nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, wobei die geometrische Achse (W) jedes Auslasses der wenigstens zwei zweiten Auslasse (9) nach unten gerichtet ist und einen Winkel (β), der zwischen 60º und weniger als 90º liegt, zur Längsachse (Y) der Austrittsleitung (6) bildet.

5. Strahldüse nach Anspruch 3, wobei der Winkel (α) 75º beträgt.

6. Strahldüse nach Anspruch 4, wobei der Winkel (β) 75º beträgt.