DE69820595T2

DE69820595T2 - Radialstrom-Verteiler zum gleichmässigen, nicht turbulenten und nicht tropfenden Stranggiessen von Metallen und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE69820595T2
Application number: DE69820595T
Authority: DE
Inventors: Valery G. Colchester Kagan
Original assignee: Hazelett Strip Casting Corp
Current assignee: Hazelett Strip Casting Corp
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: DE69820595D1

Description

Beim Stranggießen von Metall transportiert ein anfangs schmaler schmelzflüssiger Metallstrom aus einer Rinne schmelzflüssiges Metall vom Ofen zum Verteiler oder zur Zwischenpfanne, der (die) Metall in die Stranggießmaschine verteilt. Gewöhnlich ist die Rinne schmal, um Wärme zu erhalten und Oxidation des Metalls zu verhindern, besonders bei Metallen mit relativ hohem Schmelzpunkt, z. B. Kupfer oder Stahl. Um ein relativ dünnes Metallprofil mit mindestens etwa 300 Millimetern (etwa 12 Inch) Breite in einer Stranggießmaschine zu gießen, muß das Metall gewöhnlich ausgebreitet und normalerweise zu einem breiteren Strom bis zu seinem Eintritt in die Gießmaschine werden. Beim Stranggießen solcher Profile durch das Gießverfahren mit offenem Gießbad gehört zu andauernden Problemen die Zufuhr eines ausgewogenen schmelzflüssigen Metallstroms über die volle Gießbreite. Erwünscht ist, einen gleichmäßigen, minimal turbulenten, gleichmäßig warmen, aber nicht unnötig warmen schmelzflüssigen Metallstrom in die volle Breite der Gießmaschine zu erhalten, während zugleich verfrüht erstarrende Tropfen oder "Bärte" verhindert werden sollen, die bei ihrem schließlichen Abbrechen ein rissiges Produkt verursachen oder die Gießmaschine blockieren. Das Gießen mit offenem Gießbad ist in der US-A-4712602 von Kaiser et al. beschrieben, die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen ist.
Honeycutt et al. offenbarten in den US-A-4828012 und 4896715 eine Zwischenpfanne oder einen Verteiler zur Zufuhr von schmelzflüssigem Metall, der (dem) schmelzflüssiges Metall aus einer Rinne-, einem schmalen Kanal, zugeführt wurde. Der Verteiler von Honeycutt wies ein oder mehrere Ablenkplatten auf, um einen schmelzflüssigen Metallstrom auf eine ver größerte Strombreite abzulenken und zu verteilen, der nahe der Oberseite einer unteren eines Paars waagerecht angeordneter Walzen einer Doppelwalzengießmaschine abgeschieden wurde, aus der das Gußerzeugnis nahezu waagerecht austrat. Honeycutt bezweckte primär, eine ungleichmäßige höhere Temperatur des schmelzflüssigen Metalls an den Kanten des Stroms als in der Mitte beizubehalten. Mit den Verfahren und Vorrichtungen von Honeycutt wurden die oben diskutierten Probleme nicht gelöst.
Ferner ist in der US-A-4715428 ein Gießgefäß offenbart, das benachbart zu einer Gießfläche angeordnet ist. Das Gefäß weist ein Aufnahmeende und ein Austrittsende auf. Ein Zwischenteilstück hat vom Aufnahmeende zum Austrittsende eine allmählich zunehmende Breite und eine allmählich abnehmende Tiefe. Zudem können Wehrplatten im Gießgefäß zum Ablenken oder Dämpfen des schmelzflüssigen Metallstroms vorgesehen sein.
Im wesentlichen gelöst oder hauptsächlich überwunden werden die o. g. Probleme beim Gießen von schmelzflüssigem Metall mit offenem Gießbad in einer breiten Stranggießmaschine mit Hilfe eines neuen Verteilers, um schmelzflüssiges Metall unter Einsatz von Grundsätzen zu verteilen, die bisher nicht beim Stranggießen von Metallen genutzt wurden. Dieser neue Verteiler weist ein Wehr mit konkaver Form auf seiner Zulauf- bzw. Stromaufwärtsseite in Draufsicht auf. Ein anfangs tiefes, langsamfließendes zugeführtes Metall von der Stromaufwärtsseite trifft auf diesem Wehr zusammen und läuft als flacher Strom darüber hinweg oder hindurch. Durch die Tiefenabnahme des Stroms kommt es zur Fließbeschleunigung. Diese Zunahme der Fließgeschwindigkeit, wenn das Metall das Wehr durchquert, tritt natürlich in lokalisierten Vektorrichtungen auf, die senkrecht zum Wehr an jedem lokalisierten Punkt über die Breite des gebogenen Wehrs sind. Dadurch wird der schmelzflüssige Metallstrom fächerartig ausgebreitet. Dieser fächerartige schmelzflüssige Metallstrom wird direkt auf eine annähernd waagerechte fächerförmige Etage oder Schürze geleitet. Der Strom breitet sich fächerartig auf der Schürze auf ruhige, geordnete Weise auf die volle Sollbreite an der Stromabwärtskante der Schürze aus, wobei an diesem Punkt der Metallstrom gleichmäßig nach unten in die Gießmaschine fließt. Besonders relevant ist die Erfindung für Bandgießmaschinen.
Da für gleichmäßigere Temperaturverteilung über die volle Breite des resultierenden aufgefächerten Stroms gesorgt ist, kann die Temperatur von eintretendem schmelzflüssigem Metall im Zulaufkanal vorteilhaft kühler als die sein, die beim Einlauf in breite Stranggießmaschinen nach dem Stand der Technik verwendet wird, da eine zuverlässige Gleichmäßigkeit der Temperatur die Wahrscheinlichkeit vermeidet, daß unerwünschte verfrühte lokalisierte Erstarrungsbereiche beim Einlaufvorgang auftreten.
Weitere Aufgaben, Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden näheren Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor, die als Veranschaulichung dienen und die Erfindung nicht einschränken sollen. Insbesondere bezieht sich die Beschreibung hauptsächlich auf eine Doppelband-Gießmaschine. In den verschiedenen Ansichten bezeichnen entsprechende Bezugszahlen durchweg gleiche Komponenten oder Elemente. Große Umrißpfeile weisen "stromabwärts", was die Richtung des schmelzflüssigen Metall- oder Produktstroms von der Rinne bis zu seinem Austritt aus der Stranggießmaschine als erstarrtes Produkt bezeichnet. "Stromaufwärts" ist die Gegenrichtung.
1 ist eine Seitenansicht einer Doppelband-Stranggießmaschine.
2 ist eine Perspektivansicht des leeren Verteilers der Erfindung mit einem Abstreifer. Die Ansicht ist von oben und stromabwärts, und der neue Verteiler, das neue gebogene Wehr und die neue divergierende Schürze sind in Beziehung zum Unterwagen und Unterband einer Doppelband-Stranggießmaschine dargestellt.
3 zeigt die Vorrichtung von 2, aber im Blick von oben und stromaufwärts.
4 ist eine Draufsicht auf den Verteiler mit einem Abstreifer, dargestellt in Beziehung zum Unterwagen und Unterband einer Doppelband-Stranggießmaschine.
5 ist eine Querschnittseitenansicht des Verteilerwehrs und der Verteilerschürze von 2, 3 und 4 an ihrer Mittellinie 5-5 in 4. Ein schmelzflüssiger Metallpegel ist in 5 so dargestellt, daß der Abstreifer eine Oberseite des Stroms berührt, den Strom aber nicht drosselt. Gezeigt sind nur Einzelheiten, die für den schmelzflüssigen Metallstrom in der Ebene des Querschnitts relevant sind.
6 gleicht 5, zeigt aber eine größere Metalltiefe im Sumpf zur linken, der durch eine Rinne gespeist wird. Diese Ansicht zeigt den Normalbetrieb.
7 gleicht 6, zeigt aber den ungewollt mit Abbruch verstopften Schlitz des Wehrs, weshalb das schmelzflüssige Metall über den Abstreifer fließt.
8 ist eine ähnliche Ansicht wie 5, zeigt aber eine Ausführungsform der Erfindung ohne einen Abstreifer. 9 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der Erfindung mit Spritzeinlauf im Blick von oben und stromaufwärts. Ein oberes Gießband einer breiten Doppelband-Stranggießmaschine ist in 9 in gestrichelter Kontur gezeigt.
Die Erfindung kann z. B. in Verbindung mit einer breiten Bandstranggießmaschine 10 (1) vorteilhaft verwendet werden, die ein oder mehrere breite endlose flexible metallische Bänder als Hauptwand oder -wände der Form nutzt. Ein solches Gießband ist beweglich, endlos, dünn, flexibel, metallisch und wassergekühlt. Die Elemente des Bands treten nacheinander in eine breite bewegliche Form ein und verlassen sie, während sie sich darin in Richtung des Produktflusses bewegen. Zur Veranschaulichung wird die Erfindung in ihrem Gebrauch mit einer Doppelband-Stranggießmaschine 10 beschrieben. Beschrieben ist eine solche Maschine in solchen Patenten wie der US-A-4674558 von Hazelett et al. oder US-A-4588021 von Bergeron et al., die dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen und hierin durch Verweis eingefügt sind.
Kurz gesagt wirkt die Stranggießmaschine 10 mit einer Verteilervorrichtung 11 als Ausführung der Erfindung zusammen. Ein Zufluß aus schmelzflüssigem Metall M (4, 5, 6, 7 und 8) wird aus einer Rinne 34 zum Verteilen des fließenden Metalls in das Stromaufwärts- oder Einlaufende E der Maschine geführt, das in einen Formbereich C führt, der zwischen einem oberen Gießband 12 und unteren Gießband 14 gebildet ist. Diese Bänder sind um einen Oberwagen U bzw. Unterwagen L angeordnet und werden auf ovalen Wegen um die stromaufwärts bzw. stromabwärts liegenden Lauftrommeln 16 bzw. 18 des Oberwagens U und um die stromaufwärts bzw. stromabwärts liegenden Lauftrommeln 20 bzw. 22 des Unterwagens L geführt. Ein Paar Kantendämme 24 (nur einer in 1 gezeigt) schließt das schmelzflüssige Metall bei seinem Erstarren seitwärts ein, was die Abgrenzung des Formbereichs C in seinem Querschnitt komplettiert. Ein Metallgußprodukt P tritt aus dem Stromabwärts- oder Auslaufende D der Maschine 10 aus. Die Ebene des Produkts P wird räumlich auch als Walzbahn bezeichnet. Der Gießwinkel oder die Neigung S in 1 ist das Gefälle in Stromabwärtsrichtung, das die Ebene P mit der Waagerechten bildet.
In 1 bis 6 ist die am stärksten bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, des Verteilers bei 11 gezeigt. Ein Zulauf, ein Strom aus sich langsam bewegendem schmelzflüssigem Metall M, kommt aus einer Rinne oder einem Kanal 34 auf der linken oder Stromaufwärtsseite und endet in einem Sumpf 35. Am Stromabwärtsende dieses Sumpfs 35 ist ein gebogenes Wehr 33 positioniert, das als Kreisbogen dargestellt ist. Wie 4 am deutlichsten zeigt, ist eine Stromaufwärtsseite 36 des gebogenen Wehrs 33 in der Draufsicht konkav. Darstellungsgemäß liegt die Sohle (tiefste Stelle) 41 des Sumpfs 35 wesentlich tiefer als die waagerechte obere Überlauffläche oder Kantenfläche 37 des Wehrs 33. Der Sumpf 35 kann sich auch auf eine größere Breite als die Oberseite 37 des Wehrs 33 seitwärts (seitlich) erweitern, was 4 am klarsten zeigt.
Schmelzflüssiges Metall, das sich vom Sumpf 35 stromabwärts bewegt, läuft dann an einem Querschlitz oder einer sich waagerecht erstreckenden gebogenen Öffnung 40 über dem gebogenen Wehr 33 zusammen und durchfließt sie. Diese Öffnung bildet eine Art von Wehr, ein Schlitzwehr, dessen Schlitzlänge über den schmelzflüssigen Metallstrom so angeordnet ist, daß das Metall es durchläuft. Die Unterseite des gewölbten, gebogenen Schlitzes 40 ist durch das gewölbte, gebogene Wehr 33 dargestellt. Darstellungsgemäß ist die Oberseite des gewölbten, gebogenen Schlitzes 40 durch einen gewölbten, gebogenen waagerechten Abstreifer 38 gebildet, der über der waagerechten Wehroberseite 37 positioniert und zu ihr ausgerichtet ist. Der Sumpf 35 ist tiefer oder breiter, gewöhnlich sowohl tiefer als auch breiter, als das schmale Senkrechtmaß des Schlitzes 40 im Schlitzwehr 33, um eine erwünschte wesentliche Geschwindigkeitserhöhung des schmelzflüssigen Metalls zu bewirken, wenn es am gebogenen Wehr vorbeiläuft und den gebogenen Schlitz 40 durchfließt.
Nähert sich das schmelzflüssige Metall M im Sumpf 35 dem Schlitz 40, bewirken die Tiefe des Sumpfs 35 und sein Einschlußvolumen, daß sich das schmelzflüssige Metall im Sumpf viel langsamer bewegt, als es später fließt, wenn es den Schlitz 40 durchströmt. Ein wichtiges Merkmal des wagerechten Schlitzes 40 ist die konkave Form seines gebogenen Wehrs 33 und gebogenen Abstreifers 38 auf ihren Stromaufwärtsseiten oder anders gesagt die konvexe Form des gebogenen Wehrs 33 und gebogenen Abstreifers 38 auf ihren Stromabwärtsseiten; zusammen bilden sie zwischen sich den Schlitz 40.
Treten momentane Schwankungen (Variationen) der Geschwindigkeit oder Menge von schmelzflüssigem Metall auf, das durch die relativ kleine Strömungsquerschnittfläche der Rinne (des Kanals) 34 fließt, werden solche Durchflußgeschwindigkeitsschwankungen im relativ großen Einschlußvolumen und in der großen freien Oberfläche des Sumpfs 35 absorbiert, ohne daß es zu erheblichen Pegelschwankungen von schmelzflüssigem Metall benachbart zum Wehr 33 (8) oder benachbart zum Wehr 33 und Abstreifer 38 (6) kommen kann. Im Grunde dient dieses große Einschlußvolumen und die freie Oberfläche des Sumpfs 35 relativ zum kleinen Durchflußquerschnitt des Kanals 34 als Isolierkammer, die zwischen dem Kanal 34 und dem Wehr 33 eingefügt oder zwischen dem Kanal 34 und der Barriere eingefügt ist, die durch das Wehr 33 und seinen zugehörigen Abstreifer 38 gebildet ist, wodurch die schmelzflüssige Metallhöhe benachbart zum Wehr (8) im wesentlichen kon stant bleibt und benachbart zum Wehr und zum Abstreifer (6) im wesentlichen konstant bleibt, um die Differenzhöhe Δh im wesentlichen konstant zu halten und somit die resultierenden radialen, fächerartig ausgebreiteten Geschwindigkeitsvektoren 54 (4) im wesentlichen konstant zu halten.
Die erwähnte Wölbung des zu beschreibenden Schlitzes 40 ist seine gebogene Form im Blick von oben. Die dargestellte Kreisbogenwölbung des Schlitzes 40 hat ihre Mitte an einem stromaufwärts gelegenen Punkt 0 (4) mit einem Radius R der kreisförmigen Wölbung. In 4 sind zwei Strichlinien 53 gezeigt, die zu Seitenwänden 52 ausgerichtet sind und sich stromaufwärts erstrecken, wodurch sie in einem Winkel θ zusammenlaufen. Der Treffpunkt dieser Linien 53 zeigt, daß der stromaufwärts gelegene Mittelpunkt 0 für den Radius R am Scheitel des Divergenzwinkels θ liegt. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist, eine gewünschte radial gerichtete Geschwindigkeitszunahme am gebogenen Schlitz 40 zu bewirken, d. h. an der Oberkante 37 des gebogenen Wehrs 33.
Vor der Erläuterung dreier nachfolgend dargelegter, vorteilhafter gleichzeitiger Effekte ist es hilfreich, Ähnlichkeiten zwischen der Ausführungsform von 1 bis 6 (die am stärksten bevorzugte Ausführungsform) und der Ausführungsform von 8 (eine bevorzugte Ausführungsform) zu beschreiben. Im Normalbetrieb (gemäß 6) des gebogenen Wehrs 33 mit einem gebogenen Schlitz 40 (1 bis 6), der durch die Oberseite 37 des gebogenen Wehrs 33 und die Unterseite des gebogenen Abstreifers 38 und dazwischen gebildet ist, drosselt und steuert die Größe (Fläche) der durch diesen Schlitz 40 gebildeten Öffnung den Durchfluß. Ist der schmelzflüssige Metallpegel im Sumpf 35 tiefer (gemäß 5), so daß der Abstreifer 38 das schmelzflüssige Metall kaum oder überhaupt nicht berührt, arbeitet das Wehr 33 nicht mehr als Schlitzwehr, sondern wirkt als Überlaufwehr, wobei seine im wesentlichen waagerechte Oberseite als Überlaufkante 37 des Wehrs 33 dient. Die Ausführungsform von 8 hat eine im wesentlichen waagerechte Überlaufoberseite (Oberkante) 37, ohne daß ein Abstreifer über dieser Oberseite positioniert ist. Somit arbeitet die Ausführungsform von 8 stets als Überlaufwehr 33 mit einer Überlaufoberseite 37.
Drei gleichzeitige Effekte, im folgenden mit (A), (B) und (C) bezeichnet, treten auf, wenn schmelzflüssiges Metall an der konkaven Stromaufwärtsseite des gebogenen Schlitzes 40 zusammenläuft oder an der konkaven Stromaufwärtsseite der Überlaufwehrkante 37 zusammenläuft.

(A) Es kommt zu einem Pegelabfall, d. h. einem Abfall der Potentialdruckhöhe. Dieser Abfall ist als Differenzhöhe Δh angegeben, insbesondere gemäß 5 und 6 und alternativ gemäß B.
(B) Diese Differenzhöhe Δh erscheint erneut als Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie, d. h. als Beschleunigung, ein Zusatz zur Geschwindigkeitshöhe des schmelzflüssigen Metallstroms.
(C) Das schmelzflüssige Metall wird von der konvexen Stromabwärtsseite der Öffnung 40 oder von der konvexen Stromabwärtsseite der Überlaufkante 37 stromabwärts getrieben und in einem divergierenden radialen, fächerförmigen Strömungsmuster 56 abgegeben. Entsprechende Radialgeschwindigkeitsvektoren mit im wesentlichen gleicher Länge und Dichte weisen stromabwärts, speziell die Vektoren 54 in 4. Jeder Geschwindigkeitsvektor 54 im fächerförmigen Strömungsmuster 56 weist in die Richtung des lokalen hydrostatischen Drucks des sich zuvor nähernden, relativ ruhigen schmelzflüssigen Metalls M an jeder lokalisierten Stelle hinter dem gebogenen Wehr 33, wo das Metall über dessen gebogene Überlaufkante 37 trat und sich beschleunigte, d. h. sich in eine Richtung beschleunigte, die allgemein lotrecht zu jeder jeweiligen lokalisierten Stelle auf der gebogenen Überlaufkante 37 des gebogenen Wehrs 33 ist, und sich dann verlangsamte, wenn es sich anschließend in einem fächerartigen Strömungsmuster 56 auf einer Schürze 50 auffächerte, was eine Dicke 51 bildet.

Bei Überlegungen zur am stärksten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann man berücksichtigen, daß der gebogene Schlitz 40 anstelle der in den obigen Absätzen (A), (B) und (C) erwähnten gebogenen Überlaufkante 37 tritt, weil sich ein Öffnungswehr in ein Überlaufwehr verwandelt, wenn der schmelzflüssige Metallpegel gering ist, was aus dem Vergleich von 5 mit 6 und 8 hervorgeht. In der am stärksten bevorzugten Ausführungsform ist die resultierende Dicke des schmelzflüssigen Metallstroms 56 auf der Schürze 50 durch das schmale senkrechte Maß des Schlitzes 40 beschränkt (6). In jedem Modus der Erfindung tritt das schmelzflüssige Metall nach Durchlaufen des Schlitzes 40 und nach Einwirken der Effekte (A), (B) und (C) auf eine flache, im wesentlichen waagerechte fächerförmige Etage oder Schürze 50 aus, die so angeordnet ist, daß sie eine geringe Einstellung ihrer Neigung ermöglicht, die waagerecht dargestellt ist und die am besten bei etwa 1 Grad Steigung funktioniert. Allgemein sollte sie kein erhebliches Gefälle haben, sondern sollte zwischen etwa 2 Grad Steigung und keiner Steigung (d. h. eben) eingestellt sein.
Darstellungsgemäß liegt die Oberseite der Schürze 50 höhengleich, d. h. auf gleichem Niveau wie die gebogene Überlaufwehrfläche 37, obwohl die Oberseite der Schürze an ihrem Stromaufwärtsende tiefer als die Wehrkante 37 plaziert sein kann, um Turbulenz zu erzeugen, wenn Turbulenz stromabwärts erwünscht ist, was notwendig sein kann, um Seigern bestimmter Legierungen zu verhindern. Ein geeigneter Gesamtwinkel θ der waagerechten, fächerartigen Divergenz zum Erhalten einer maximalen Breite W beträgt etwa 55 Grad, wobei etwa 60 Grad der maximale Nutzwinkel ist. Die Verteilervorrichtung 11 als Ausführung der Erfindung ist mit Divergenzwinkeln θ von nur 15 Grad nützlich, sofern dies für eine spezielle Einleitung von schmelzflüssigem Metall in eine Stranggießmaschine erwünscht ist. Der Grund für eine solche Einstellung des Divergenzwinkels Θ ist, daß dadurch die Geschwindigkeitsänderung des entlang der Schürze 50 fließenden Metallstroms 56 wie seine Dicke 51 einstellbar wird. Die erreichte Breite W ist auch zur Länge der Schürze 50 proportional. In der gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist W zweckmäßig nur etwa 300 mm (12 Inch) breit, was zu einer Verteilung von nur etwa dem Zweifachen der Breite des Schlitzes 40 führt, obwohl der ursprüngliche Beweggrund für die Erfindung das Gießen noch breiterer Profile war.
Die Seitenwände 52 stehen über der Schürze 50 vor und schließen den divergierenden Überlauf 56 seitwärts über die Schürze ein. Ein Versteifungsträger 70 unter der Schürze beschränkt ihre Verzerrung durch Wärme.
Das schmelzflüssige Metall trifft am Ende 57 der Schürze 50 mit einer gleichmäßigen Dicke 51 des Stroms 56 über seine nunmehr nahezu voll ausgedehnte Breite W ein. Darstellungsgemäß beträgt die Breite W auf einer Rampe 58 etwa 900 Millimeter (etwa 35 1/2 Inch), was etwa das 6,5-fache der waagerechten Breite (etwa 140 mm) des Schlitzes 40 in geradliniger Messung ist. Dadurch wird eine gleichmäßige fächerartige Verteilung 54 von mehr als dem Sechsfachen durch das gebogene Wehr 33 mit einem gebogenen Schlitz 40 vorteilhaft erreicht.
In 1 grenzt eine nach unten geneigte Austrittsrampe 58 an das Ende 57 (2 und 3) der Schürze 50 an, und diese Rampe nimmt das strömende schmelzflüssige Metall 56 von der Schürze 50 auf. Die Rampe 58 ist kein wesentlicher Bestandteil der Erfindung. Allerdings wirkt sie vorteilhaft zum gleichmäßigen Leiten von schmelzflüssigem Metall in Doppelbandgießmaschinen der Konfiguration von 1, in denen das Metall in ein offenes Metallgießbad 72 (5 bis 8) kaskadieren soll, das auf dem unteren Gießband 14 liegt. Die Verteilervorrichtung 11 darf das Band 14 nicht berühren, das sich über die Oberseite der stromaufwärts gelegenen unteren Lauftrommel 18 bewegt. Daher muß das so geleitete schmelzflüssige Metall über eine kleine Entfernung herabfallen, bevor es das Gießband erreicht. Wie 4 klar zeigt, hat die Rampe 58 einen kleineren Auffächerungsgrad als die Schürze 50. Darstellungsgemäß ist die Rampe 58 in ihrem maximalen bevorzugten nutzbaren Winkel von etwa 15 Grad nach unten geneigt und ermöglicht dem fließenden schmelzflüssigem Metall 56, gerade genug Geschwindigkeit anzunehmen, um sich vom Rand oder von der Lippe 62 in einer gleichmäßigen Kaskade 64 ( 2, 5 bis 8) auf das umlaufende untere Gießband 14 sauber zu lösen, ohne daß es zum Tropfen von der Lippe 62 kommt. Das schmelzflüssige Metall fällt gleichmäßig in die Gießvorrichtung über im wesentlichen die volle Gießbreite.
Wie zuvor beschrieben wurde, liegt der gebogene Schlitz 40 zweckmäßig in einer waagerechten Ebene, obwohl Form- oder Orientierungsvariationen für spezielle Strömungseinstellungen möglich sind. Im vorliegenden bevorzugten Gebrauch hat der Sumpf 35 eine freie Oberfläche wie die eines Flusses; die Freiheit seiner Oberfläche sorgt für eine Sumpfeinschlußvolumenisolierung von Δh von Auswirkungen kurzzeitiger Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit (kurzzeitige Momentschwankungen) von schmelzflüssigem Metall, das über den Kanal 34 eintritt.
In der am stärksten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 bis 4 und 6, die zum Gießen einer Kupferbramme mit etwa 38 mm (etwa 1 1/2 Inch) Dicke und etwa 900 mm (etwa 35 1/2 Inch) Breite verwendet werden kann, kann die Breite des gebogenen Schlitzes 40 etwa gleich dem Radius R sein. Beispielsweise kann R etwa 150 mm (etwa 5 7/8 Inch) betragen, und die waagerechte Breite des Schlitzes 40 in der geradlinigen Messung kann etwa 140 mm betragen. Die voll aufgefächerte Breite W (4) des schmelzflüssigen Metalls 56 stromabwärts jenseits einer Verbindungslinie 57 zwischen der Schürze 50 und Rampe 58 beträgt darstellungsgemäß z. B. etwa das 6,5-fache der Breite des gebogenen Schlitzes 40, wodurch die volle Breite zum Gießen einer etwa 900 mm (etwa 35 1/2 Inch) breiten Bramme eingeleitet wird. Die senkrechte Höhe des gebogenen Schlitzes 40 kann z. B. in einem Bereich von etwa 12 Prozent bis etwa 30 Prozent der Schlitzbreite von 28 mm (etwa 1 1/8 Inch) liegen. Der tiefste Punkt 41 (6) des Sumpfs 35 kann darstellungsgemäß z. B. etwa 100 mm (etwa 4 Inch) unter der Unterkante 37 des Schlitzes 40 liegen. Wie annähernd dargestellt ist, kann der Gesamtdivergenzwinkel θ etwa 55 Grad betragen.
Die zuvor beschriebene am stärksten bevorzugte Ausführungsform hat das Wehr 33 mit einem gebogenen Schlitz 40, was alternativ als Barriere mit zwei Elementen beschrieben werden kann, nämlich einem Wehr 33 mit einer gebogenen Überlaufwehr-Oberkante 37 zusammen mit einem gebogenen Abstreifer 38.
Anhand von 8 wird nunmehr eine alternative Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Darstellungsgemäß fließt ein zugeführter schmelzflüssiger Metallstrom aus einer Rinne oder einem Kanal 34 in einen Sumpf 35, wodurch er auf einem Wehr 33 mit einer gebogenen Überlaufwehrkante 37 zusammen- und dann darüber hinwegläuft. Wie in der zuvor beschriebenen am stärksten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Metall bei seinem Fließen über die gebogene Kante 37 von der konkaven Stromaufwärtsseite der gebogenen Wehroberseite 37 mit einem neu erworbenen Impuls infolge der Umwandlung von potentieller Energie in der Differenzhöhe Δh in kinetische Energie gemäß 8 fächerartig stromabwärts getrieben. Die zuvor beschriebenen drei gleichzeitigen Effekte (A), (B) und (C) treten immer noch auf. Reicht gemäß der vorstehenden Beschreibung die Höhe der Metallzufuhr aus dem Sumpf 35 nicht aus, die Unterkante des Abstreifers 38 gemäß 5 mehr als nur zu berühren, so besteht praktisch kein hydrodynamischer Unterschied der Leistung der Ausführungsform von 5 und 6 im Vergleich zur Ausführungsform von B.
Zuvor wurde die am stärksten bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung des den gebogenen Schlitz 40 bildenden gebogenen Abstreifers 38 beschrieben, da sie für eine stärkere Durchflußsteuerung von schmelzflüssigem Metall sorgt. Indes zieht die am stärksten bevorzugte Ausführungsform die Möglichkeit nach sich, daß Abbruch 39, der mit dem vergossenen unraffinierten Metall M mitgerissen wird, den Schlitz 40 mehr oder weniger verstopfen kann. In diesem Fall kann das Metall über die Oberseite des Abstreifers 38 fließen, wobei Simse 74 eine Überflutung außerhalb der Vorrichtung 11 verhindern.
Eine weitere Ausführungsform, eine Spritzausführungsform, verwendet eine satt anliegende Spritzdüse 80 (9), die darstellungsgemäß z. B. zwei breite Durchgänge 82 hat, wobei die Düse eine solche ist, die derzeit beim Spritzgießen von Aluminium und seinen Legierungen in Doppelbandgießmaschinen zum Einsatz kommt. Wie gezeigt, ersetzt die Düse 80 die Austrittsrampe 58 jeder der anderen bevorzugten Ausführungsformen. Eine in Durchsicht dargestellte obere Stromaufwärtstrommel ist direkt über einer unteren Trommel 20 plaziert. Die Spritzausführungsform ist besonders beim Gießen außeror dentlich breiter Profile von Nutzen, um die Metallschmelzentemperatur über die Breite des zugeführten schmelzflüssigen Metalls am Auslaufende der Schürze 50 ausreichend zu vergleichmäßigen.
Während die dargestellte Form des o. g. Wehrs, Schlitzes und Abstreifers kreisförmig, gebogen ist, kann die Wölbung von einem Kreisbogen abweichen, was erwünscht sein kann, um besonderen Umständen Rechnung zu tragen. Alternativ kann die Wehr-, Schlitz- und Abstreiferform eine Kombination aus gebogenen und geraden Elementen sein.
Sehr wahrscheinlich vorstellbar ist, daß die o. g. Vorteile auf das Gießen von Stahl, Aluminium und Aluminiumlegierung, anderer Formen von Kupfer und auf gießbare Metalle allgemein anwendbar sind. Obwohl die spezifischen, derzeit bevorzugten Ausführungsformen hier näher offenbart wurden, sollte deutlich sein, daß diese Beispiele für die Erfindung zur Veranschaulichung beschrieben wurden. Diese Offenbarung ist nicht so aufzufassen, daß sie den Schutzumfang der Erfindung einschränkt, da die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen vom Fachmann in der Technik des Stranggießens von Metallen in Einzelheiten geändert werden können, um diese Verfahren und Vorrichtungen so anzupassen, daß sie in speziellen Situationen von Nutzen sind, ohne vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Verteilervorrichtung (11) zur Verwendung beim Verteilen eines schmelzflüssigen Metallstroms (M) in eine Gießmaschine (10) vom kontinuierlich beweglichen Bandtyp unter Nutzung mindestens eines beweglichen flexiblen metallischen Bands (14) als bewegliche Formoberfläche mit: einem Wehr (33) zum Positionieren über den schmelzflüssigen Metallstrom; wobei das Wehr (33) auf seiner Stromaufwärtsseite (36) im Blick von oben allgemein konkav ist; wobei das Wehr eine allgemein waagerechte Überlauffläche (37) hat; wobei der Verteiler ferner aufweist: eine annähernd waagerechte Schürze (50), die stromabwärts vom Wehr (33) und benachbart zu ihm positioniert ist, zum Aufnehmen von schmelzflüssigem Metall auf der Schürze (50), das über die Überlauffläche (37) geflossen ist; und wobei die Schürze (50) schmelzflüssigem Metall ermöglicht, sich fächerartig auf eine gewünschte Strömungsbreite auf der Schürze auszubreiten, die zum Ablaufen von der Schürze (50) in eine Gießmaschine (10) vom kontinuierlich beweglichen Bandtyp geeignet ist.
Verteilervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem Abstreifer (38), der über dem Wehr (33) positioniert ist; wobei der Abstreifer auf seiner Stromaufwärtsseite im Blick von oben allgemein konkav ist; wobei der Abstreifer (38) über dem Wehr (33) in einer im wesentlichen gleichmäßig beabstandeten Beziehung über der Überlauffläche plaziert ist und dadurch einen Schlitz (40) zwischen der Überlauffläche und dem Abstreifer (38) zum Steuern des Durchflusses von schmelzflüssigem Metall (M) durch den Schlitz (40) bildet.
Verteilervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: ein Sumpf (35) stromaufwärts von der Stromaufwärtsseite des Wehrs (33) positioniert ist; der Sumpf (35) eine Sohle unter dem Niveau der Überlauffläche hat; und das Wehr (33) mindestens einen Abschnitt einer Stromabwärtswand des Sumpfs (35) bildet.
Verteilervorrichtung nach Anspruch 3, wobei: der Sumpf (35) breiter als eine Breite des Wehrs (33) ist; die Stromabwärtswand des Sumpfs (35) Seitenabschnitte hat, die sich seitlich vom Wehr erstrecken; und Simse auf den Seitenabschnitten der Stromabwärtswand des Sumpfs über das Niveau der Überlauffläche des Wehrs vorstehen.
Verteilervorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei: ein Sumpf (35) stromaufwärts von der Stromaufwärtsseite des Wehrs positioniert ist; der Sumpf eine Sohle unter dem Niveau des Schlitzes (40) hat; und das Wehr (33) zusammen mit dem Abstreifer (38) mindestens einen Abschnitt einer Stromabwärtswand des Sumpfs bilden.
Verteilervorrichtung nach Anspruch 5, wobei: der Sumpf (35) breiter als eine Breite des Wehrs und des Abstreifers ist; die Stromabwärtswand des Sumpfs (35) Seitenabschnitte hat, die sich seitlich vom Wehr (33) und Abstreifer (38) erstrecken; und Simse auf den Seitenabschnitten der Stromabwärtswand des Sumpfs (35) über das Niveau der Oberseite des Abstreifers (38) vorstehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die Schürze (50) Seitenwände hat, die in einem Winkel Θ in einem Bereich von etwa 15 Grad bis etwa 60 Grad stromabwärts divergieren.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei: das Wehr (33) eine vorbestimmte Breite hat; und zwischen den Stromabwärtsenden der Seitenwände eine Seitenbreite W etwa das Zwei- bis etwa das Sechseinhalbfache der vorbestimmten Breite des Wehrs beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei: die Stromaufwärtsseite des Wehrs (33) eine allgemein kreisförmige konkave gebogene Form im Blick von oben hat; die kreisförmige konkave gebogene Form einen Radius R hat; und die Breite des Wehrs (33) mit der Länge des Radius R vergleichbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei: die Stromaufwärtsseite des Wehrs (33) und die Stromaufwärtsseite des Abstreifers (38) eine allgemein kreisförmige konkave gebogene Form im Blick von oben haben; die kreisförmige konkave gebogene Form einen Radius R hat; und der Schlitz (40) eine waagerechte Breite hat, die mit der Länge des Radius R vergleichbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei: der Schlitz (40) eine vorbestimmte waagerechte Breite hat; und eine senkrechte Höhe des Schlitzes (40) in einem Bereich von etwa 12 Prozent bis etwa 30 Prozent der vorbestimmten waagerechten Breite des Schlitzes liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei: eine stromabwärts gelegene abwärts geneigte Rampe (58) stromabwärts von der Schürze (50) positioniert ist; die Rampe (58) an die Schürze (50) entlang einer Verbindungsstelle angrenzt, die sich relativ zu einer Stromabwärtsrichtung von Metallstrom quer auf der Schürze erstreckt; die Rampe (58) eine Lippe (62) hat, die sich relativ zur Stromabwärtsrichtung quer erstreckt; und die Rampe (58) in Stromabwärtsrichtung mit einer Neigung abwärts geneigt ist, die für strömendes schmelzflüssiges Metall geeignet ist, gerade genug Geschwindigkeit zum sauberen Lösen von der Lippe (62) in einer Kaskade anzunehmen, die über die Breite der Lippe im wesentlichen gleichmäßig ist, wobei unerhebliches Tropfen von der Lippe auftritt.
Verteilervorrichtung nach Anspruch 12, wobei: die Rampe (58) in Stromabwärtsrichtung in einem Winkel bis etwa 15 Grad abwärts geneigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei: die Schürze (50) zwei Seitenwände hat, die stromabwärts in einem Winkel θ in einem Bereich von etwa 15 Grad bis etwa 60 Grad divergieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei: die Stromaufwärtsseite des Abstreifers (38) eine allgemein kreisförmige konkave gebogene Form im Blick von oben hat; die kreisförmige konkave gebogene Form einen Radius R hat; der Radius R einen Mittelpunkt 0 hat; und der Mittelpunkt 0 nahe einem Schnittpunkt zwischen zwei gedachten Linien liegt, die zu den beiden Seitenwänden ausgerichtet und von den beiden Seitenwänden stromaufwärts verlängert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei: die Schürze (50) eine Steigung in Stromabwärtsrichtung hat.
Verteilervorrichtung nach Anspruch 16, wobei: die Steigung in einem Bereich bis etwa 2 Grad liegt.
Verfahren zum Einleiten eines schmelzflüssigen Metallstroms in eine Maschine (10) vom kontinuierlich beweglichen Bandtyp zum Stranggießen eines Metallprodukts, wobei die Maschine mindestens ein bewegliches flexibles metallisches Band (14) als bewegliche Formoberfläche nutzt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: über den schmelzflüssigen Metallstrom erfolgendes Plazieren eines Wehrs (33), dessen Stromaufwärtsseite (36) im Blick von oben allgemein konkav ist; Zusammenlaufenlassen des Stroms zu einem schmelzflüssigen Metallstrom, der über das Wehr (33) fließt, wodurch folgendes verursacht wird: Verringern der Höhe Δh und Erhöhen der Geschwindigkeit des über das Wehr (33) fließenden schmelzflüssigen Metalls und dabei gleichzeitiges Leiten der zunehmenden Geschwindigkeit des überlaufenden Metalls fächerartig vom Wehr (33) auf eine annähernd waagerechte Schürze (50) aufgrund der konkaven Form des Wehrs, gefolgt von folgendem Schritt: fächerartiges Ausbreitenlassen des fächerartig gerichteten schmelzflüssigen Metalls auf der Schürze (50), gefolgt von folgendem abschließendem Schritt Fließenlassen des fächerartig ausgebreiteten schmelzflüssigen Metalls in die Stranggießmaschine zum Stranggießen des Metallprodukts.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Fließenlassen des schmelzflüssigen Metallstroms durch einen Sumpf (35) mit einer Sohle; Ausbilden mindestens eines Abschnitts einer Stromabwärtswand des Sumpfs (35) durch eine Barriere (33, 38), die das Wehr (33) aufweist und einen waagerecht orientierten Schlitz (40) darin hat, der in einer Höhe über der Sohle des Sumpfs (3 5) und unter dem Pegel einer Oberfläche von schmelzflüssigem Metall im Sumpf positioniert ist; allgemein konkaves Ausbilden der Stromaufwärtsseite des Schlitzes (40) im Blick von oben; Fließenlassen von schmelzflüssigem Metall aus dem Sumpf (35) durch den Schlitz (40) und dadurch erfolgendes Bilden einer Differenzhöhe Δh für den Schlitz (40) durchfließendes schmelzflüssiges Metall zum Erhöhen der Geschwindigkeit des den Schlitz durchfließenden schmelzflüssigen Metalls und dabei gleichzeitiges fächerartiges Leiten des den Schlitz (40) durchfließenden schmelzflüssigen Metalls vom Schlitz auf die annähernd waagerechte Schürze (50).
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19 mit den folgenden Schritten: mindestens teilweises Formen des Wehrs (33) zu einem Bogen, der auf seiner Stromaufwärtsseite im Blick von oben allgemein konkav ist, gefolgt von den folgenden Schritten: Bilden einer Differenzhöhe Δh für das Wehr (33) durchquerendes schmelzflüssiges Metall zum fächerartigen Beschleunigen eines schmelzflüssigen Metallstroms bei seinem Durchqueren des Wehrs; fächerartiges Divergierenlassen und Verlangsamenlassen des beschleunigten fächerartigen schmelzflüssigen Metallstroms nach Durchqueren des Wehrs (33); und Einleiten des fächerartig divergierten schmelzflüssigen Metallstroms in die Metallstranggießmaschine (10) zum Herstellen eines stranggegossenen Metallprodukts.
Verfahren nach Anspruch 18, 19 oder 20 mit den folgenden Schritten: Führen des schmelzflüssigen Metalls durch einen Sumpf (35) und damit erfolgendes Führen des schmelzflüssigen Metalls über eine Wehroberseite (37) des Wehrs (33), wobei die Wehroberseite (37) mindestens teilweise ein Bogen ist, der auf seiner Stromaufwärtsseite (36) im Blick von oben allgemein konkav ist, und wobei die Wehroberseite (37) wesentlich höher als die Sohle des Sumpfs (35) ist, und dadurch erfolgendes fächerartiges Divergierenlassen des schmelzflüssigen Metallstroms, gefolgt von folgendem abschließendem Schritt: Fließenlassen des fächerartig divergierten schmelzflüssigen Metallstroms in die Metallstranggießmaschine (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 mit den folgenden Schritten: Führen des schmelzflüssigen Metallstroms in einen Sumpf (35), gefolgt von folgendem Schritt: Zusammenlaufenlassen des schmelzflüssigen Metallstroms in einen waagerecht angeordneten Schlitz (40), der mindestens teilweise ein Bogen ist, der sich im Blick von oben stromabwärts ausbaucht, und dadurch erfolgendes: fächerartiges Divergierenlassen des schmelzflüssigen Metallstroms, gefolgt von folgendem abschließendem Schritt: Fließenlassen des fächerartig divergierten schmelzflüssigen Metallstroms in eine Metallstranggießmaschine (10).