DE69819931T2

DE69819931T2 - Tauchdüse

Info

Publication number: DE69819931T2
Application number: DE69819931T
Authority: DE
Inventors: Katsukiyo Marukawa; Shigeta Hara; Shinichiro Yokoya
Original assignee: Kyushu Refractories Co Ltd
Current assignee: Marukawa Katsukiyo Ibaraki Jp; Kyushu Refractories Co Ltd
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: DE69819931D1; EP1025933B1; AU9095598A; EP1025933A1; KR20010023516A; AU739918B2; US6435385B1; CA2300923A1; CN1186147C; WO1999015291A1; CA2300923C; CN1271303A; DE1025933T1; KR100527353B1; RU2203771C2; EP1025933A4

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tauchdüse, die beim kontinuierlichen Gießen von geschmolzenem Stahl verwendet wird.
Stand der Technik
In Bezug auf eine Tauchdüse, die beim kontinuierlichen Gießen verwendet wird, wird im Falle von Stranggießen häufig eine gerade Tauchdüse verwendet, um zu verhindern, dass der entladene geschmolzene Stahl bei hoher Geschwindigkeit mit einer Gießformwand kollidiert, da der Abstand zwischen einer Düse und der Gießformwand kurz ist. Weiterhin wird im Fall von kontinuierlichem Flachgießen eine gegabelte Düse mit einem Auslass auf der engen Seite einer Gießform verwendet.
In dem Fall einer geraden Tauchdüse wird der geschmolzene Stahl hauptsächlich nach rechts unten entladen und Einschlüsse und Blasen werden tief in die Gießform geleitet und daher stellt sich das Problem, in welchem Einschlüsse und Blasen in dem gegossenen Stahl gefangen sind oder lagern sich an dem Krümmungsteil an der unteren Seite der Gießform ein, und verursachen einen Mangel. Weiterhin wird der entladene geschmolzene Stahl hauptsächlich nach unten gerichtet und der Temperaturabfall des geschmolzenen Stahls ist an dem Meniskus daher beträchtlich, das Schmelzen des Gießpulvers wird unzureichend und die Schlüpfrigkeit zwischen der Gießform und einer gehärteten Schale wird verschlechtert, wodurch Oberflächenmängel des gegossenen Stahls verursacht werden. Bei dieser Beschreibung bezieht sich Meniskus auf ein Zwischenstück zwischen dem geschmolzenen Stahl und dem Gießpulver in der Gießform.
Indessen erreicht in dem Fall einer gegabelten Tauchdüse der entladene geschmolzene Stahl die schmale Seite der Gießform und wird danach zurückgeführt zu der Düse und wenn der Ausschluss und der zurückgeführte Fluss miteinander kollidieren, wird der Meniskus erheblich durchwirbelt und Einschlüsse und Blasen sind in dem gegossenen Stahl gefangen. Weiterhin ergibt sich also bei diesem Typ von Düse ein Problem, in welchem Einschlüsse und Blasen tief in dem gegossenen Stahl begleitet und gefangen sind oder in dem Krümmungsteil an der unteren Seite der Gießform abgelagert sind. In dem Fall dieses Düsentyps wird der geschmolzene Stahl von einem unteren Ende eines Auslasses mit einer besonders hohen Geschwindigkeit entladen und diese Probleme werden noch beträchtlicher beim Hochgeschwindigkeitsgießen, da die maximale Auslassgeschwindigkeit des geschmolzenen Stahls hoch ist. Weiterhin ist das Problem des Temperaturabfalls des geschmolzenen Stahls an dem Meniskus ähnlich wie oben beschrieben.
Um diese Probleme zu lösen wurde elektromagnetisches Rühren von geschmolzenem Stahl durch ein magnetisches Feldsystem vorgeschlagen, mit dem Zweck, den geschmolzenen Stahlfluss in der Gießform zu kontrollieren. Obwohl das Kontrollieren des geschmolzenen Stahlflusses durch elektromagnetischen Rühren effektiv ist, kann dieses Verfahren nicht als ausreichende Gegenmaßnahme für das neuerdings gewünschte kontinuierliche Hochgeschwindigkeitsgießen angesehen werden. Weiterhin sind elektromagnetische Rührer sehr teuer und der Installationsort des Systems ist in einer rauen Umgebung angeordnet, wo es hohen Temperatur ausgesetzt ist und die Wartung und Reparatur des Systems ist nicht einfach.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen ergibt sich als konventionelles Problem von einer Tauchdüse die Verstopfung der Düse aufgrund von Adhäsion von Einschlüssen. Dies ist ein Problem, in welchem nichtmetallische Einschlüsse in geschmolzenem Stahl sich graduell aneinander anheften und sich an der Innenwand der Düse ablegen, wodurch die Düse sich letzen Endes verstopft und nicht mehr verwendet werden kann. Weiterhin, auch wenn das Verstopfen nicht vollständig ist, gibt es einen Fall, in welchem die angehefteten Einschlüsse abgeschält werden und in dem geschmolzenen Stahl gefangen sind, wodurch ein Mangel in dem Gussstahl erzeugt wird.
Als Gegenmaßnahme gegen die Adhäsion von Einschlüssen an der Innenwand der Düse wurde ein Verfahren entwickelt, in welchem Inertgas von der Innenwand der Düse geblasen wird, wodurch Einschlüsse im Stahl gefangen werden und aus der Gussform herausgenommen und aufgeschwemmt werden. Jedoch ist das Verfahren nicht als ausreichende Gegenmaßnahme anzusehen, da es in dem Fall in welchem die Einschlüsse graduell an der Innenwand in einem sequentiellen kontinuierlichen Gießprozess festkleben, um letzenendes zu einer Verstopfung der Düse zu führen.
In Bezug auf die Probleme bei den genannten herkömmlichen Technologien wurde eine Tauchdüse gefordert, die fähig ist, Mangelfaktoren von gegossenem Stahl in der Gussform zu verhindern und Adhäsion von Einschlüssen in der Innenwand einer Düse zu verhindern, um die Anforderungen an einen qualitativ hochwertigen Gussstahl und Hochgeschwindigkeitsgießen zu erfüllen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfinder haben verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um eine Tauchdüse vorzusehen, die die Probleme der oben genannten herkömmlichen Technologien löst und sind übereingekommen, die Bildung eines Wirbels in einem Strom schmelzflüssigen Stahls in einer Tauchdüse vorzusehen und haben Modellexperimente am Wasser durchgeführt. Als Ergebnis wurde durch Bildung eines Wirbels in einem Wasserfluss in einer Düse herausgefunden, dass ein Auslassmuster vorzugsweise so kontrolliert werden kann, dass eine Reduzierung in der maximalen Auslassgeschwindigkeit, und eine einheitliche Entladung von einer Gesamtheit eines Auslasses erreicht wird und dieses Ergebnis wurde präsentiert (Iron & Steel Vol. 80 No. 10, P754–758 (1994), ISIJ (The Iron and Stell Institute of Japan) International Vol. 34 No. 11 P883–888 (1994)).
In dem Wassermodellexperiment wurde die Verwirbelung durch Installation einer Wirbelkufe an einem oberen Teil der Düse gebildet. Eine verwendete Wirbelkufe ist aus einer kreisförmigen Scheibe in einer Pillenform mit einem inneren Durchmesser, der dem inneren Durchmesser der Düse entspricht und mit zwölf Kufen versehen ist, die alle eine Neigung haben, um einen Wirbelfluss von dem Wasser zu bilden, das in die Düse fließt.
Die Erfinder haben verschiedene Verfahren der Wirbelbildung an tatsächlichen geschmolzenem Stahlfluss ausprobiert. Die Form einer Wirbelkufe, die bei dem Wassermodellexperiment verwendet wird, ist kompliziert, wobei die Herstellung mit einem Material das geschmolzenem Stahl bei hohen Temperatur aushalten kann, sehr schwierig war und das Material in der physischen Einwirkung des geschmolzenen Stahlflusses nicht standhalten kann.
Weiterhin wurde der Fakt bedacht, dass die Wirbelbewegung in dem geschmolzenem Stahlfluss in der Düse durch ein magnetisches Feldsystem vorgesehen wird, das bei der Fließsteuerung des geschmolzenen Stahls in der Schmelzform verwendet wird. Jedoch war es unmöglich, eine Wirbelung vorzusehen, um ein Ausflussmuster wie in dem Ergebnis des Wassermodellexperimentes in einer kurzen Zeitperiode während der der geschmolzene Stahl in einer Tauchdüse passiert, zu erhalten.
Nach alledem haben sich die Erfinder ein Element ausgedacht, das in Form eines verwundenen Bandes konstruiert ist, das eine einfache Form hat, so dass es aus einem Material hergestellt werden kann, das den geschmolzenen Stahlfluss aushält und das ausreichende Wirbelung erzeugen kann. Mit dieser Form kann das Element leicht hergestellt werden und die Einwirkung des geschmolzenen Stahls aushalten, darüber hinaus werden die zusätzlichen Verfahrensschritte nach der Herstellung und Installation dessen in einer Düse mehr oder weniger erleichtert. Weiterhin haben die Erfinder herausgefunden, dass eine hervorragende Durchwirbelung in dem geschmolzenen Stahlfluss in der Düse durch geeignetes Einsetzen der verwundenen Bandform erzeugt werden kann und haben die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
Die vorliegende Erfindung wird durch eine Tauchdüse gemäß Anspruch 1 gebildet, die ein Element zur Bildung eines Wirbels in einem Strom schmelzflüssigen Stahls in der Düse aufweist. Durch Erzeugung der Verwirbelung in dem geschmolzenen Stahlfluss in der Düse durch das Element in der Form eines verwundenen Bandes wird der geschmolzene Stahlfluss in der Schmelzform kontrolliert, ein Abstand der Einbringung von Einschlüssen und Blasen wird kürzer und das Einschließen derselben in dem gegossenen Stahl wird verhindert. Weiterhin wird erreicht, dass Einschlüsse daran gehindert werden, sich an die innere Wand der Düse anzuheften.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine exzellente Durchwirbelung durch Bildung der Form des Elementes vorgesehen, indem die Form des verwundenen Bandes ein Verhältnis L/D der Länge L und der Breite D in einen Bereich von 0,5 bis 2 und einen Verwindungswinkel θ von 100° oder mehr fällt.
Das Element in Form eines verwundenen Bandes gemäß der Erfindung ist auf eine Tauchdüse von sowohl gerader als auch gegabelter Form anwendbar.
Im Falle einer geraden Tauchdüse gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Entladung des geschmolzenen Stahls nicht gerade nach unten gerichtet, sondern im Wesentlichen in einer angewinkelten Richtung nach unten, wodurch die Einführung von Einschlüssen und Blasen reduziert werden kann.
Weiterhin kann der geschmolzene Stahlfluss vorzugsweise in die Richtung des Meniskus vorgesehen werden und die Erniedrigung der Temperatur des geschmolzenen Stahls an dem Meniskus kann reduziert werden, wenn an einem Auslass des geschmolzenen Stahls eine innere Wand dessen eine Gestalt eines divergierenden Bogens in dem Vertikalschnitt bildet. Die Wirkung ist weiterhin beträchtlich, wenn die innere Wand des Vertikalschnitts eine Gestalt eines divergierenden Bogens mit einem Krümmungsradius im Bereich von 30 bis 300 mm bildet.
Indessen kann die maximale Auslassgeschwindigkeit des geschmolzenen Stahls in dem Fall der gegabelten Tauchdüse gemäß der Erfindung reduziert werden und daher die Kollision eines Ausflusses und eines entgegengesetzten Flusses von der schmalen Seite der Gießform vermindert und die Meniskusschwankung verhindert werden.
Weiterhin kann auch in dem Fall einer gegabelten Tauchdüse durch die Bildung einer inneren Wand einer Düse, die einen Auslass in einer Gestalt eines divergierenden Bogens in Bezug auf den Vertikalschnitt erreicht, der geschmolzene Stahlfluss in der Gießform mehr vorzugsweise kontrolliert werden und der Temperaturabfall des geschmolzenen Stahls an dem Meniskus kann reduziert werden. Die Wirkung wird noch beträchtlicher, wenn die innere Wand des Vertikalschnitts durch eine Gestalt eines divergierenden Bogens mit einem Krümmungsradius im Bereich von 30 bis 300 mm gebildet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Konstruktion mit einem Boden in der gegabelten Düse gebildet werden, die in Anbetracht der Verhinderung von Anheftungen oder Einschlüssen noch bevorzugter ist.
Darüber hinaus ist eine Tauchdüse mit einer Konstruktion, die Gas in den geschmolzenen Stahlfluss einbläst, die mit einer Durchwirbelung in der Düse gemäß jedem Typ der oben genannten Düsen versehen ist, eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Gemäß der Gasblastauchdüse wird die Wirkung des Einschließens und Herausnehmens von Einschlüssen in dem geschmolzenen Stahl und deren nach oben fließen in der Gießform wesentlich verlängert.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Elements in Form eines verwundenen Bandes zeigt und
2 zeigt Ansichten, die ein Beispiel eines Verwindungswinkels θ = 135° eines Elementes in Form eines verwundenen Bandes zeigt, in welchem 2(a) eine Ansicht von oben und 2(b) eine Seitenansicht ist.
3 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Tauchdüse vom geraden Typ gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
4 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer gegabelten Tauchdüse gemäß der vorliegenden Erfindung ist, und
5 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Tauchdüse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, in welcher eine Innenwand eines Auslasses des geschmolzenen Stahls eine Gestalt eines divergierenden Bogens im Vertikalschnitt bildet.
6 ist eine schematische Ansicht, die den geschmolzenen Stahlfluss anzeigt, wenn die Tauchdüse wie in 5 gezeigt verwendet wird, und
7 zeigt Ansichten, die ein Beispiel einer Tauchdüse gemäß der vorliegenden Erfindung vom gegabelten Typ mit einer Gestalt ohne Boden anzeigen, welche eine Tauchdüse ist, in welcher eine Innenwand nahe einem Auslass eine Gestalt eines divergierenden Bogens im Vertikalschnitt bildet, wobei 7(a) eine perspektivische Ansicht und 7(b) eine Schnittansicht ist.
8 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Tauchdüse gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Gasblaskonstruktion zeigt und
9 ist eine schematische Ansicht, die den geschmolzenen Stahlfluss zeigt, wenn eine herkömmliche gerade Tauchdüse verwendet wird.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Eine Erklärung der vorliegenden Erfindung im größeren Detail mit Bezug auf die beigefügten Figuren wird nun gegeben.
1 zeigt ein Element 1 in Form eines verwundenen Bandes zur Bildung eines Wirbels in einem Strom schmelzflüssigen Stahls in einer Düse, was das wichtigste Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Breite D des Elements 1 wird durch einen inneren Durchmesser der Düse und die Länge L and der Verwindungswinkel θ des Elements können in einem Bereich eingestellt werden, durch welchen eine genügende Durchwirbelung des geschmolzenen Stahlstroms erzeugt wird, um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Der Verwindungswinkel θ ist ein Winkel, der durch das Verwinden eines Artikels in Form eines ebenen Bandes erzeugt wird. 2 zeigt ein Beispiel mit θ = 135°, in welchem 2(a) eine Aufsicht und 2(b) eine Seitenansicht ist.
Es wurde eine Untersuchung durch Wassermodellexperimente in Bezug auf einen Wirbelfluss durchgeführt, wenn die Form des Elements als verwundenes Band variiert wird. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 und Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 1 zeigt einen Fall, in welchem die Breite D und der Verwindungswinkel θ des Elements in Form eines verwundenen Bandes konstant gehalten wurden, die Länge L variiert wurde und Tabelle 2 zeigt einen Fall, in welchem die Breite D und die Länge L konstant gehalten wurden und der Verwindungswinkel θ variiert wurde. Nummer 4 der Tabelle 1 und Nummer 10 der Tabelle 2 sind gleich. In Bezug auf die maximale Auslassgeschwindigkeit wurden die Fließraten an dem zentralen oberen und unteren Teil eines Auslasses gemessen und ein maximaler Fließratenwert jeder Probe ist als Index mit dem der Nummer 1 als 100 bezeichnet. Weiterhin wurde eine Düse vom geraden Typ in dem Wassermodellexperiment verwendet.
Tabelle 1
Bemerkungen: Nr. 1 ist nicht mit einem Element in Form eines verwundenen Bandes versehen.
Erzeugung eines verwirbelten Flusses

⌾: Das Wasser in der Röhre floss gleichmäßig verwirbelt
o: Das Wasser floss im Wesentlichen gleichmäßig verwirbelt, obwohl teilweise Störungen erzeugt wurden
Δ: Das Wasser floss mit nahezu keiner Verwirbelung
Ausflusswinkel:: Winkel des ausfließenden Wassers. Ein Ausfluss gerade nach unten: Winkel des ausfließenden Wassers. Ein Ausfluss gerade nach unten ist als 0° gesetzt.
Index der maximalen Auslassgeschwindigkeit:: Index von Nr. 1 ist auf 100 festgelegt.

Die Fließrate wurde durch ein Laserverdopplungsgeschwindigkeitsmessgerät gemessen.
Tabelle 2
Von dem Ergebnis des Wassermodellexperimentes wurde auf das Folgende geschlossen. In Bezug auf die Länge L und die Breite D des Elementes in Form eines verwundenen Bandes ist es vorzuziehen, dass das Verhältnis L/D in einem Bereich von 0,5 bis 2,0, insbesondere bevorzugt 0,8 bis 1,5 fällt. Wenn L/D kleiner als 0,5 ist, ist der Fluss des schmelzflüssigen Stahls beträchtlich eingeschränkt und wenn L/D größer als 2,0 ist, kann kein genügendes Verwirbeln vorgesehen werden. Wenn L/D in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 fällt, ist die Wirkung der Reduzierung der maximalen Auslassgeschwindigkeit beträchtlich.
Der Verwendungswinkel θ ist vorzugsweise 100° oder mehr, insbesondere bevorzugt 120° oder mehr. Sogar wenn θ 180° übersteigt, bleibt der Ausflusswinkel und die maximale Auslassgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich. Es ist vorzuziehen, dass θ gleich 180° oder weniger ist, in Anbetracht der Leichtigkeit der Herstellung des Elements. Wenn ein Winkel von mehr als 180° benötigt wird, ist es vorzuziehen, den benötigten Winkel durch Installation zweier Teile oder mehr des Elements zu erhalten, obwohl der benötigte Winkel auch durch ein Stück des Elementes erhalten werden kann. Das Material des Elements in Form eines verwundenen Bandes ist nicht speziell limitiert, soweit die Form hergestellt werden kann und das Material einen Strom schmelzflüssigen Stahls aushalten kann, so dass das Material so sein kann, dass es im allgemeinen in den Hauptkörper einer Düse verwendet werden kann oder anderes hitzebeständiges Material sein kann.
Die Tauchdüse mit dem Element in Form eines verwundenen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise in jeder Düse vom geraden Typ und in einer gegabelten Düse verwendet werden. Beispiele der Tauchdüsen sind jeweils in 3 und 4 gezeigt.
Eine Tauchdüse 2 vom geraden Typ beschreibend, kann die maximale Auslassgeschwindigkeit beim Entladen von geschmolzenem Stahl von der Düse 2 durch Bildung eines Wirbels in dem Strom schmelzflüssigen Stahls in der Düse deutlich reduziert werden und ein fallender Fluss 10 von der Düse 2 ist in einer um 45° wie in 6 gezeigten gewinkelten Richtung gerichtet. Folglich kann der Abstand von mitlaufenden in dem entladenden schmelzflüssigen Stahl anwesenden Einschlüssen und Blasen flach gehalten werden und daher wird das Fangen von Einschlüssen und Blasen in dem gegossenen Stahl und die Ablagerung davon auf einem Krümmungsteil an der unteren Seite einer Gießform 7 verhindert. Weiterhin wird durch Bildung eines Wirbels 6 im schmelzflüssigen Stahl in einer Düse 4 die Anhaftung von Einschlüssen an der inneren Wand der Düse 4 verhindert. Darüber hinaus kann durch Entladen des Stroms schmelzflüssigen Stahls in der Gießform 7, wobei der Strom mit einem Wirbel 6 in der Düse 4 versehen ist, der geschmolzene Stahl in der Gießform 7 vorzugsweise gerührt wird und daher eine Wirkung erreicht wird, in welcher die Qualität des gegossenen Stahls homogen wird. In Bezug darauf wird wie in 5 gezeigt, durch Bildung einer inneren Wand der Düse 4 bei einem Auslass 5 des schmelzflüssigen Stahls in Form eines divergierenden Bogens in dem Vertikalschnitt ein gegossener Stahl von höherer Qualität erreicht. Die Wirkung wird insbesondere erreicht, wenn der Krümmungsradius R in einer kreisförmigen Bogenform der inneren Wand des Auslasses 5 30 bis 30 mm beträgt. Wenn er kleiner als 30 mm ist, ist ein Teil der inneren Wand in einer kreisförmigen Bogenform kurz und das Auftreten eines nach oben gerichteten Stroms wird unzureichend, wenn der schmelzflüssige Stahl entladen wird, und wenn R 300 mm übersteigt, ist die Form nahezu in divergierender linearer Form und die Entladung wird hauptsächlich in einer geneigten Richtung nach unten gerichtet und das Auftreten eines Stroms nach oben wird ebenso unzureichend.
Durch die kombinierte Wirkung der Bildung eines Wirbels in dem schmelzflüssigen Stahlstrom und die geeignete Auswahl der Form des Auslasses der Düse werden sowohl innere Mängel als auch Oberflächenmängel im gegossenen Stahl wesentlich reduziert im Vergleich mit der Verwendung einer herkömmlichen Düse. In Bezug darauf wird eine Erklärung in Bezug auf 6 gegeben. Wenn der Auslass 5 der Düse 4 in der oben beschriebenen Form gebildet ist, wird in dem Strom schmelzflüssigen Stahls, der mit dem Wirbel 6 in der Düse 4 versehen ist, außerdem zusätzlich nach einem unten gerichteten Fluss 10 in der geneigten Richtung von ungefähr 45° in einer Gießform 7 ein nach oben gerichteter Fluss erzeugt, der in Richtung des Meniskus fließt. Folglich wird der Temperaturabfall des schmelzflüssigen Stahls an dem Meniskus reduziert und der Schmelzzustand eines Schmelzpulvers 9 wird dementsprechend aufrechterhalten und daher wird die Schmierung zwischen der Gießform 7 und der festgewordenen Schale 8 hervorragend aufrechterhalten, wodurch Oberflächenmangel des gegossenen Stahls reduziert werden. Diese Wirkung wird im Vergleich mit herkömmlichen geraden Tauchdüsen 16, die in 9 gezeigt sind, offensichtlich. Das heißt, in 9 ist der Strom schmelzflüssigen Stahls im Wesentlichen gebildet durch einen Fluss 17 in der gerade nach unten gerichteten Richtung und ein Fluss 18 in einer leicht geneigten Richtung nach unten wird beobachtet.
Eine Beschreibung wird nun im Fall gegeben, in dem die vorliegende Erfindung auf eine gegabelte Tauchdüse 3 angewendet wird. In der herkömmlichen Düse ist die Auslassgeschwindigkeit an einem unteren Teil des Auslasses extrem hoch und die Auslassgeschwindigkeit an einem zentralen Teil oder an einem oberen Teil ist dagegen klein. Jedoch wird durch Bildung eines Wirbels in dem schmelzflüssigen Stahl in der Düse sowohl von dem zentralen als auch dem oberen als auch dem unteren Teil des Auslasses im Wesentlichen bei einer gleichmäßigen Geschwindigkeit entladen und die maximale Auslassgeschwindigkeit ist wesentlich reduziert. Beispielsweise ist die maximale Auslassgeschwindigkeit in Nr. 4 der Tabelle 1 verglichen mit Nr. 1 auf ein Viertel reduziert. Daher wird die Kollision eines Ausflusses mit einem zurückgekehrten Fluss von der schmalen Seite der Gießform stark abgemildert und die Meniskusschwankungen werden beschränkt. Weiterhin wird der Abstand der mitlaufenden Einschlüsse und Blasen kurz und dementsprechend wird das Einfangen der Einschlüsse und Blasen in dem gegossenen Stahl und die Ablagerung von Einschlüssen an einem Krümmungsteil an der unteren Seite der Gießform reduziert. Durch solch einen Effekt werden die Mängel des gegossenen Stahls auf eine hohe Qualität reduziert.
Weiterhin wird durch die Bildung eines Wirbels in dem Strom schmelzflüssigen Stahls in der Düse eine Wirkung der Reduzierung von Einschlüssen, die sich an der inneren Wand der Düse anhaften, erreicht. Bei herkömmlichen gegabelten Tauchdüsen ist das Anhaften von Einschlüssen an dem Boden der Düse beträchtlich. Gemäß der Tauchdüse 3 der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, wird ein Wirbel in einem Strom schmelzflüssigen Stahls gebildet und daher wird der geschmolzene Stahl bei einer im Wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit an jedem Teil des Auslasses entladen. Daher ist, sogar wenn eine Konstruktion ohne Boden der Düse gebildet ist, das Entladen in der Richtung rechts nach unten gering und der geschmolzene Stahl wird hauptsächlich in eine um ungefähr 45° geneigten Richtung entladen. Demzufolge wird nicht nur die Wirkung der Reduzierung des Eindringens und Einschließens von Blasen aufrechterhalten, sondern auch das Problem der Adhäsion von Einschlüssen an dem Boden wird durch die Konstruktion ohne Boden gelöst und das Leben der Düse wird verlängert. Zusätzlich ergibt sich ein Vorteil bei der Herstellung.
Weiterhin wird, ähnlich der Düse vom geraden Typ, durch die Rührwirkung des geschmolzenen Stahls in der Gießform durch Entladen einer mit einem Wirbel versehenen geschmolzen Stahlströmung ein Stahlguss von hoher Qualität erzielt. Auch bei der gegabelten Tauchdüse wird durch Bildung der inneren Wand nahe dem Auslass in Gestalt eines divergierenden Bogens im Vertikalschnitt zusätzlich zu der in einer um 45° geneigten Richtung nach unten gerichteten Strömung eine in Richtung des Meniskus vortreibende Strömung nach oben erzeugt. Demzufolge kann gleichzeitig die Wirkung der Reduzierung des Temperaturabfalls des geschmolzenen Stahls an dem Meniskus, wie es in Bezug auf die Düse vom geraden Typ beschrieben wurde, erreicht werden und die Oberflächenmängel des gegossenen Stahls werden reduziert. Die Wirkung ist insbesondere beträchtlich, wenn ein Krümmungsradius R eines kreisförmigen Bogens an der inneren Wand der Düse nahe dem Auslass 30 bis 300 mm beträgt. Wenn der Krümmungsradius R kleiner als 30 mm beträgt, ist ein Teil der inneren Wand in einer kreisförmigen Bogenform kurz und daher wird die Strömung nach oben unzureichend, und auf der anderen Seite, wenn der Radius R 300 mm übersteigt, ist die Form ähnlich einer linearen divergierenden Form und die Entladung ist hauptsächlich in einer geneigten Richtung nach unten gerichtet und dementsprechend wird die Strömung nach oben unzureichend. Wenn eine Konstruktion ohne Boden in einer gegabelten Tauchdüse 12 konstruiert wird, obwohl ein Auslasss 14 wie in 7(a) gezeigt, in einer hohlen Form gebildet ist, kann eine innere Wand 13 nahe dem hohlen Teil in der divergierenden Bogenform gebildet werden.
Gemäß der Tauchdüse der vorliegenden Erfindung wird durch Bildung eines Wirbels in einem Strom schmelzflüssigen Stahls in der Düse die Wirkung der Reduzierung von Adhäsion von Einschlüssen an der inneren Wand der Düse erreicht und die Wirkung der Verhinderung der Anhaftungen von Einschlüssen wird weiterhin beträchtlich durch Einblasen von Inertgas oder dergleichen in den geschmolzenen Stahl, der mit einem Wirbel versehen ist, verbessert.
In der herkömmlichen Düse vom Gaseinblastyp wird das eingeblasene Gas einfach entlang dem geschmolzenen Stahl bewegt und nimmt Einschlüsse heraus, die mit dem Gas in Kontakt kommen. Gemäß der Tauchdüse der vorliegenden Erfindung wird das eingeblasene Gas in axialer Richtung der Düse konvergiert, da der geschmolzene Stahlfluss wirbelt. In diesem Fall formen die Blasen einen Film von hoher Dichte in einer konischen Form und dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit, dass Blasen mit Einschlüssen in dem geschmolzenen Stahl in Kontakt kommen, erhöht. Demzufolge werden die Einschlüsse nicht an der inneren Wand der Düse angehaftet, sondern durch die Blasen gefangen und herausgenommen und in der Gießform nach oben getrieben. Durch die Wirkung der Verhinderung der Anhaftung von Einschlüssen ist die Düse selten verstopft und daher die Lebensdauer der Düse verlängert. Weiterhin wird im Vergleich zum herkömmlichen Gasblasen durch das Zuführen von Gas bei einer niedrigen Fließgeschwindigkeit und bei niedrigem Druck die gleiche Wirkung erreicht und ist daher auch ökonomisch sinnvoll. 8 zeigt ein Beispiel einer Tauchdüse gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Gasblassystem 15.
Die Tauchdüse gemäß der vorliegenden Erfindung bildet einen Wirbel in dem geschmolzenen Stahlfluss in der Düse durch ein Element in Form eines verwundenen Bandes und kann vorzugsweise den geschmolzenen Stahlfluss in der Gießform kontrollieren, wobei jedoch die Erfindung nicht die zusätzliche Verwendung eines elektromagnetischen Rührers ausschließt.
Ausführungsformen
Spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung werden in Bezug auf verschiedene Tauchdüsen im folgenden gezeigt.
Die in Tabelle 3 als Tauchdüsen vom geraden Typ gezeigten Düsen werden getestet. Die verwendeten Tauchdüsen wurden aus Tonerde-Graphitmaterial hergestellt und Proben mit einem äußeren Durchmesser von 105 mm, einem inneren Durchmesser von 60 mm und einer Länge von 700 mm werden durch eine isostatische Kaltpresse gegossen und in Bezug auf andere Proben als die der Ausführungsform 1 und des vergleichenden Beispiels 1 wird deren innere Wand des Auslasses in einer divergierenden Form hergestellt. Ein Element in Form eines verwundenen Bandes wird durch ein gesintertes Bornitrid gebildet, eine Stufe wird an der inneren Wand der Düse beim Formen der Düse gebildet und das vorher hergestellte Element wird eingesetzt, um durch die Stufe aufgefangen zu werden. Für den Typ A des Elements ist sowohl die Länge L als auch die Breite D 60 mm mit L/D = 1 und der Verwindungswinkel ist θ = 180°. In Bezug auf Typ B ist die Länge L = 48 mm und die Breite ist D = 60 mm mit L/D = 0,8 und der Verwindungswinkel ist θ = 140°. Bei beiden Typen ist die Dicke des Elementes 10 mm.
Tabelle 3
Bemerkung) Die innere Wand des Auslasses ist in Ausführungsform 1 und dem vergleichenden Beispiel 1 nicht in einer divergierenden Form gebildet.
Durch Verwendung der Tauchdüse unter der in Tabelle 3 gezeigten Spezifikation wird das Stück des horizontalen Abschnitts von 170 mm × 170 mm bei einer Geschwindigkeit von 2,5 m/min gegossen und die Verhältnisse der inneren Mängel und der Oberflächenmängel des gegossenen Stahls wurden gemessen. Weiterhin wird die Temperatur des geschmolzenen Stahls in der Zwischenpfanne und die Temperatur des geschmolzenen Stahls an dem Meniskus gemessen und die Temperaturdifferenz in Tabelle 3 gezeigt. Die Messung wird in ähnlicher Weise in Bezug auf die vergleichenden Beispiele durchgeführt.
In Bezug auf die inneren Mängel wird die Anzahl der Mängel auf einer durch Schneiden eines Gussstahlendes des Stückes bei 40 mm erzeugten Oberfläche gemessen und in Bezug auf die Oberflächenmängel wird die Anzahl der Mängel auf einer Oberfläche, die durch Abschaben der Gussstahlfläche um 5 mm produziert wird, gemessen und beide Werte durch einen Index angezeigt, wobei der des vergleichenden Beispiels 1 als 1 gesetzt wird.
Durch Installation des Elementes in Form eines verwundenen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung werden sowohl die inneren Mängel als auch die Oberflächenmängel des gegossenen Stahls auf die Hälfte oder weniger reduziert. Weiterhin wird durch Bildung der inneren Wand des Auslasses in Gestalt eines divergierenden Bogens der Temperaturabfall des gegossenen Stahls an dem Meniskus reduziert, wobei eine weitere Reduzierung sowohl der inneren als auch der Oberflächenmängel beobachtet wird und in dem Fall, dass der Krümmungsradius 30 bis 300 mm ist, ist das Mängelverhältnis ungefähr 1/6 bis 1/10 im Vergleich zu dem vergleichenden Beispiel 1.
Düsen gemäß der in Tabelle 4 gezeigten Spezifikation als gegabelte Tauchdüsen werden getestet. Der Hauptkörper der Düse wird aus Tonerde-Graphitmaterial hergestellt und die Proben mit einem inneren Durchmesser von 74 mm und einem äußeren Durchmesser von 130 mm und einer Länge von 500 mm werden durch isostatisches Kaltpressen geformt. Das Element in Form eines verwundenen Bandes wird durch ein gesintertes Bornitrid hergestellt, eine Stufe wird an der inneren Wand der Düse beim Formen der Düse geformt und das Element wird an der Stufe installiert. Für die Form ist die Breite D = 80 mm, die Länge L = 80 mm (L/D = 1), der Verwindungswinkel = 180° und die Dicke gleich 10 mm. Ihre Tauchdüse ist an dem Boden der Zwischenpfanne mit einer Kapazität von 50 Tonnen installiert und A1 kalt nachgewalzter Stahl wird bei einer Geschwindigkeit 2 m/min gegossen. Der Test wird auch in Bezug auf die vergleichenden Beispiele ähnlich ausgeführt. Die jeweiligen Testergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Durch Installation des Elementes in verwundener Bandform gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Bereich der Geschwindigkeitsschwankung an dem Meniskus reduziert und demzufolge werden die Mängel an der Oberfläche des gegossenen Stahls auf ungefähr 1/8 im Vergleich zu dem vergleichenden Beispiel 3 reduziert. Weiterhin ist die Wirkung der Veränderung der Adhäsion von Einschlüssen an der inneren Wand der Düse und die Verhinderung der Ablagerung von Einschlüssen an dem gekrümmten Teil an der unteren Seite der Gussform enorm.
Tabelle 4
Tabelle 5 zeigt die Testergebnisse in Bezug auf die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Bodens einer gegabelten Immersionsdüse. Das Material und die Abmessungen der Düse des Hauptkörpers und das Material und die Form des Elementes in einer verwundenen Bandform sind die gleichen wie die in Tabelle 4. Jede Tauchdüse ist an dem Boden einer Zwischenpfanne mit einer Kapazität von 50 Tonnen installiert und A1 kalt nachgewalzter Stahl wird gegossen. Der Test wird ähnlich in Bezug auf die vergleichenden Beispiele ausgeführt. Tabelle 5 zeigt die Testergebnisse.
Durch Installation des Elementes in verwundener Bandform gemäß der vorliegenden Erfindung werden Mängel des gegossenen Stahls reduziert, eine Verlängerung des Lebens der Düse durch Verhinderung von Adhäsionen von Einschlüssen an der inneren Wand der Düse wird beobachtet und durch Bilden der Struktur ohne Boden wird sowohl das Verhältnis der Oberflächenmängel und die Lebensdauer, bis die Düse verstopft, werden wesentlich verlängert. Das Leben der Düse ohne Boden wird fast mit der doppelten Lebensdauer im Vergleich mit der Düse mit Boden und fast mit dreimal so langen Lebensdauern im Vergleich mit der Düse ohne Element in Form eines verwundenen Bandes versehen.
Tabelle 5
Tabelle 6 zeigt die Testergebnisse, die die Form der inneren Wand nahe dem Auslass bei gegabelten Tauchdüsen untersucht. Die verwendeten Tauchdüsen werden aus Tonerde-Graphitmaterial mit dem äußeren Durchmesser von 130 mm, dem inneren Durchmesser von 75 mm und der Länge von 700 mm hergestellt, durch eine isostatische Kaltpresse geformt und die Auslässe werden so hergestellt, dass die innere Wand nahe dem Auslass in Form eines divergierenden Bogens mit einem vorbestimmten Krümmungsradius in dem vertikalen Schnitt gebildet wird mit Ausnahme derer in Ausführungsform 10 und dem vergleichenden Beispiel 6. Das Element in Form eines verwundenen Bandes wird durch gesintertes Bornitrid hergestellt, eine Stufe wird an der inneren Wand jeder Düse durch Formen der Düsen gebildet und ein vorgefertigtes Element wird an der Stufe installiert. Bei dem Element nach Typ A ist sowohl die Länge als auch die Breite D 75 mm mit L/D = 1 und der Verwindungswinkel θ = 180°. Bei Typ B ist die Länge = 60 mm, die Breite D = 75 mm mit L/D = 0,8 und der Verwindungswinkel θ = 140°. Die Dicke aller Elemente ist 10 mm. Durch Verwendung der Tauchdüsen gemäß der Spezifikation in Tabelle 6 wird die Platte bei einer Geschwindigkeit von 2,5 m/min gegossen. Und die Vorkommensverhältnisse der inneren Mängel und Oberflächenmängel des gegossenen Stahls werden gemessen. Die Platte wird durch die Gießformen mit einem horizontalen Querschnitt von 1200 mm × 250 mm gegossen. Die Temperatur des geschmolzenen Stahls in der Zwischenpfanne und die Temperatur des geschmolzenen Stahls an dem Meniskus werden gemessen und die Temperaturdifferenz ist in Tabelle 6 gezeigt. Die Messung wird ähnlich in Bezug auf die vergleichenden Beispiele durchgeführt. Die inneren Mängel werden durch die Anzahl von Mängeln auf einer durch Schneiden des gegossenen Stahlendes von der Platte bei 40 mm hergestellten Fläche gemessen, die Oberflächenmängel werden durch die Anzahl von Mängeln auf einer durch Abschaben von 5 mm der gegossenen Stahlfläche produzierten Fläche gemessen und beide Werte werden durch den Index mit einem Ergebnis des vergleichenden Beispiels 1 als 1 dargestellt.
Durch Installation des Elementes in Form eines verwundenen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Mängel reduziert. Die Wirkung wird beträchtlich erhöht durch die Bildung der inneren Wand nahe einem hohlen Teil zum Injizieren des geschmolzenen Stahls in Form eines divergierenden Bogens im vertikalen Schnitt. In dem Fall einer kreisförmigen Bogenform mit dem Krümmungsradius von 30 bis 300 mm werden, verglichen mit dem Beispiel, in welchem die innere Wand nicht in Form eines divergierenden Bogens gebildet ist, die inneren Mängel bis ungefähr 1/3 und die Oberflächenmängel bis ungefähr 1/2 reduziert. Wenn die innere Wand in Form eines divergierenden Bogens gebildet ist, werden, auch verglichen mit dem Beispiel ohne das Element in Form eines verwundenen Bandes, die inneren Mängel bis ungefähr 1/5 und die Oberflächenmängel bis ungefähr 1/3 bis 1/4 reduziert.
Tabelle 6
Bemerkung) Die innere Wand des Auslasses ist in Beispiel 10 und dem vergleichenden Beispiel 6 nicht in divergierender Form gebildet.
Um die Wirkung der Tauchdüse mit dem Element in Form eines verwundenen Bandes gemäß der vorliegenden Erfindung und außerdem mit dem Gasblassystem zu bestätigen, wurden Proben gemäß einer Spezifikation, die der Ausführungsform 7 (Ausführungsform 16) entspricht und die Probe mit dem Glasblassystem (Ausführungsform 17) hergestellt. Die Tauchdüsen werden an der Zwischenpfanne mit einer Kapazität von 50 Tonnen befestigt und das Gießen wird unter Einblasen von Ar-Gas durchgeführt. Zum Vergleich wurde eine Tauchdüse mit der gleichen Spezifikation wie vergleichendes Beispiel 3 ähnlich verwendet.
(Vergleichendes Beispiel 7).
Nach dem Gießen von 2000 Tonnen wurde geringe Adhäsion von Einschlüssen nur in der Nähe des Auslasses in dem Fall der Düse gemäß Ausführungsform 16 beobachtet, nahezu keine Adhäsion von Einschlüssen an dem geraden Teil und in der Nähe der Auslässe in dem Fall der Düse gemäß Ausführungsform 17 beobachtet, jedoch in dem Fall der Tauchdüse im vergleichenden Beispiel 7 wurde leichte Adhäsion an dem geraden Teil und beträchtliche Adhäsion in der Nähe des Auslassteils beobachtet. Demzufolge ist die Lebenszeit der Ausführungsform 16 bis zum Austausch der Düse 1,2-mal größer als die des vergleichenden Beispiels und die der Ausführungsform 17 1,6-mal größer als die des vergleichenden Beispiels und die Wirkung der Lebensverlängerung durch Verwendung des Gasblassystems wird offensichtlich.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist eine Tauchdüse mit einem installierten Element in Form eines verwundenen Bandes, um in einem Strom schmelzflüssigen Stahls beim kontinuierlichen Gießen von schmelzflüssigem Stahl einen Wirbel zu bilden, mit der Absicht der Kontrolle des geschmolzenen Stahlflusses und der Verhinderung von Adhäsion von Einschlüssen an der inneren Wand der Tauchdüse in einer Gussform, um nach einem hoch qualitativen gegossenen Stahl zu streben. Als Ergebnis wird ohne die Verwendung von teuren Geräten wie beispielsweise ein elektromagnetischer Rührer eine Tauchdüse erhalten, die die oben beschriebenen Aufgaben erfüllt und zu der hohen Qualität des gegossenen Stahls beiträgt und die Lebensdauer der Düse verlängert. Die Tauchdüse mit dem Element in Form eines verwundenen Bands gemäß der Erfindung ist sowohl auf einen geraden als auch einen gekrümmten Typ anwendbar.

Claims

Tauchdüse (2, 3, 4, 12, 15) mit einem Element zur Bildung eines Wirbels in einem Strom schmelzflüssigen Stahls in der Düse, wobei das Element aus einem einzelnen verwundenen Band (1) mit einer Breite D besteht, die nahezu gleich dem inneren Durchmesser der Düse ist und wobei das verwundene Band den Strom schmelzflüssigen Stahls an einem Innendurchmesserteil der Tauchdüse in zwei Teile teilt.
Tauchdüse nach Anspruch 1, wobei das verwundene Band ein Verhältnis von L/D einer Länge L zu einer Breite D von 0,5 bis 2 und einen Verwindungswinkel θ von 100° oder mehr aufweist.
Tauchdüse gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Tauchdüse eine gerade Düse (2, 4) ist.
Tauchdüse gemäß Anspruch 3, wobei die gerade Düse (4) einen Auslass (5) aufweist, der in Gestalt eines divergierenden Bogens mit einem Krümmungsradius im Bereich von 30 bis 300 mm in einem Vertikalschnitt gebildet ist.
Tauchdüse gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Tauchdüse eine gegabelte Düse (3, 12, 15) ist.
Tauchdüse gemäß Anspruch 5, wobei eine Innenwand (13) nahe einem Auslass (14) des schmelzflüssigen Stahls der gegabelten Tauchdüse in Gestalt eines divergierenden Bogens mit einem Krümmungsradius im Bereich von 30 bis 300 mm im Vertikal-Schnitt gebildet ist.
Tauchdüse gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Auslass (14) in der Tauchdüse eine Konstruktion ohne Boden mit zwei Hohlteilen in einer Richtung zum Durchmesser der Tauchdüse aufweist.