EP0127578A2 - Verfahren zum Vorheizen einer Düse - Google Patents

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EP0127578A2
EP0127578A2 EP84810242A EP84810242A EP0127578A2 EP 0127578 A2 EP0127578 A2 EP 0127578A2 EP 84810242 A EP84810242 A EP 84810242A EP 84810242 A EP84810242 A EP 84810242A EP 0127578 A2 EP0127578 A2 EP 0127578A2
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EP
European Patent Office
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metal
nozzle
cast
casting
passed
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EP84810242A
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Kurt Buxmann
Martin Bolliger
Ludwig Gauckler
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W F LAUENER AG
Original Assignee
Lauener Engineering AG
Alusuisse Holdings AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/064—Accessories therefor for supplying molten metal
    • B22D11/0642—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-nozzles
    • B22D41/60—Pouring-nozzles with heating or cooling means

Definitions

  • the invention relates to a method for preheating a nozzle, in particular a nozzle for supplying metal between two belts, chains or the like.
  • a mold of a casting machine with a rotating wall is a part of a casting machine with a rotating wall.
  • Machines have been developed for the continuous casting, in particular of ferrous and non-ferrous metals, which have a mold with constantly moving walls. These machines include machines that are cast between two rotating steel strips. These include, in particular, the well-known Hazelett band casting machines, e.g. B. according to US-PS 2,640,235.
  • Machines are also known in which the casting mold is formed by a double row of mold halves, which are combined to form two endless chains. At the end of the casting, the opposing mold halves lie against each other and move in this position over a certain distance, on which they form the actual caterpillar mold. Then they separate to meet again at the end of the pouring after a short time.
  • the feed nozzle for the metal is the most problematic component. This is primarily due to the fact that there are few materials that can withstand the high temperatures of the flowing metal. Graphite is one of the few materials that meet the necessary requirements. In contrast, graphite has the disadvantage of high thermal conductivity; the heat is dissipated from the molten metal so quickly that the metal tends to solidify in the nozzle.
  • the parts of the feed nozzles that come into contact with the liquid metal must be made of a refractory material, the z. B. when casting aluminum from a mixture of 30% diatomaceous earth (practically pure silica in the form of microscopic cells), 30% long asbestos fibers, 20% sodium silicate (dry weight) and 20% lime (to form calcium silicate).
  • Zr0 2 in particular is available as the nozzle material or also ZrSi0 4 with different Zr0 2 content, the nozzle also being able to be designed as a two-substance nozzle for reasons of cost.
  • the Zr0 2 material is a stabilized, fine ceramic material with precisely adjusted porosities. Such a structure is able to absorb the Zr0 2 volume change that occurs so that disadvantageous crack formation is avoided.
  • the above-described feed nozzles made of a refractory material have good thermal insulation and a small heat capacity, their main disadvantage is that the material used is characterized by low ho homogeneity with regard to the chemical composition and mechanical properties, water absorption, irreversible changes in the chemical composition when heated to working temperature and the associated further embrittlement, or low mechanical strength, and - associated with this - generally only a single use of the feed nozzle allows.
  • the nozzle is subjected to considerable thermal shock when the liquid metal is poured in for the first time, and the sudden thermal stress that occurs within the nozzle body can cause it to break apart or at least tear.
  • Another problem is the so-called freezing of the nozzle when metal to be cast hits the cold inner surface of the nozzle.
  • the overall nozzle consist of a plurality of hollow profiles which are fastened next to one another in a metal holder and act as outflow nozzles and consist of a difficult-to-melt, heat-resistant material, wherein in addition to the melt-guiding channels, parallel channels for heating the device are arranged.
  • a heating it is possible to bring the nozzle to the required melt temperature before the start of casting. This can also happen so slowly that thermal shock does not occur or thermal chip can be derived.
  • such a nozzle has a complicated structure and in particular the heating mechanism has a disruptive effect during operation, ie after the start-up process has ended.
  • the inventor set himself the goal of developing a much simpler way of bringing a nozzle to the desired temperature with the metal to be cast before it actually starts up.
  • At least one material with a different temperature than this metal is passed through the nozzle in front of the actual metal to be cast.
  • this material (s) should have a higher temperature than the metal to be cast.
  • This method has the advantage that only a small amount of "lead material” is needed, and also the contact time between the material and the nozzle can be briefly th g ehal-. However, this requires considerable experience about the thermal conductivity between the material used and the nozzle material.
  • a material or materials should therefore preferably be used which have a lower temperature (t) than the metal to be cast. This prevents the nozzle from being brought to a temperature that is too high, so that the metal would also overheat and additional cooling in the mold would be necessary.
  • Another metal is preferably used as the material which is to be passed through the nozzle in front of the actual metal to be cast.
  • a metal is used for this, which is cheap.
  • this metal Before being introduced into the nozzle, this metal can be brought to the desired temperature in a separate container, be it above or below that of the metal to be cast.
  • a metal is preferably used which has a lower density than the metal to be cast. As a result, the nozzle and in particular its side delimiters are not suddenly exposed to excessive pressure when starting. If, for example, an iron metal, in particular steel, is cast, aluminum is suitable, which has a lower density than steel and whose oxide skin prevents the metal from penetrating into cracks or the like. prevented.
  • the tundish upstream of the nozzle has several chambers for the different materials or metals and the metal to be cast.
  • the nozzle can also be preceded by several separate pouring streams.
  • This method makes it possible in a simple manner to bring already existing nozzles on casting machines to a desired temperature before starting and thus also to use a nozzle material which is relatively sensitive to thermal shock according to the methods used hitherto.

Abstract

Bei einem Verfahren zum Vorheizen einer Düse, insbesondere einer Düse zum Zuführen von Metall zwischen zwei Bänder, Ketten od.dgl. einer Kokille einer Giessmaschine mit mitlaufender Wandung, wird vor dem eigentlichen zu vergiessenden Metall zumindest ein Werkstoff mit einer anderen Temperatur als dieses Metall durch die Düse geleitet. So wird vor dem Giessen eines Eisenmetalls, beispielsweise Stahl, zuerst ein Nichteisenmetall, beispielsweise Aluminium, und diesem nachfolgend ein Eisenmetall mit einem niedrigern Schmelzpunkt als das zu vergiessende Eisenmetall durch die Düse geleitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorheizen einer Düse, insbesondere einer Düse zum Zuführen von Metall zwischen zwei Bänder, Ketten od. dgl. einer Kokille einer Giessmaschine mit mitlaufender Wandung.
  • Zum kontinuierlichen Giessen insbesondere von Eisen- und Nichteisenmetallen sind Maschinen entwickelt worden, die eine Kokille mit stetig mitwandernden Wandungen aufweisen. Unter diesen Maschinen befinden sich solche, bei denen zwischen zwei umlaufenden Stahlbändern gegossen wird. Zu diesen gehören vor allem die bekannten Hazelett-Bandgiessmaschinen, z. B. nach der US-PS 2,640,235.
  • Es sind ausserdem Maschinen bekannt, bei denen die Giessform durch eine Doppelreihe von Kokillenhälften gebildet ist, die zu zwei endlosen umlaufenden Ketten vereinigt sind. Am Giessende legen sich die einander gegenüberliegenden Kokillenhälften gegeneinander und bewegen sich in dieser Lage über eine gewisse Strecke, auf der sie die eigentliche Raupenkokille bilden. Dann trennen sie sich, um sich nach kurzer Zeit am Eingiessende wieder zu treffen.
  • Insbesondere bei Maschinen mit Raupenkokillen zum Giessen von verhältnismässig dünnen Bändern, z. B. Bändern von nur 20 mm Dicke und darunter, ist die Zuführungsdüse für das Metall der problematischste Bestandteil. Dies rührt in erster Linie davon her, dass es wenige Werkstoffe gibt, die den hohen Temperaturen des durchfliessenden Metalls widerstehen können. Unter den wenigen Werkstoffen, welche den notwendigen Anforderungen entsprechen, ist das Graphit zu nennen. Graphit bietet dagegen den Nachteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit; die Wärme wird so schnell von der Metallschmelze abgeführt, dass das Metall die Neigung hat,in der Düse zu erstarren.
  • Auf jeden Fall müssen die Teile der Zuführungsdüsen, die mit dem flüssigen Metall in Berührung kommen, aus einem feuerfesten Werkstoff bestehen, der z. B. beim Vergiessen von Aluminium aus einer Mischung von 30 % Diatomeenerde (praktisch reine Kieselsäure in Form von mikroskopischen Zellen), 30 % langen Asbestfasern, 20 % Natriumsilikat (Trockengewicht) und 20 % Kalk (zur Bildung von Kalziumsilikat) zusammengesetzt ist.
  • Beim Vergiessen von Stahl steht insbesondere Zr02 als Düsenwerkstoff zur Verfügung oder auch ZrSi04 mit unterschiedlichem Zr02 Gehalt, wobei die Düse auch aus Kostengründen als Zweistoffdüse ausgebildet sein kann. Bei dem Zr02-Werkstoff handelt es sich um ein stabilisiertes, feinkeramisch verarbeitetes Material mit genau eingestellten Porositäten. Ein derartiges Gefüge ist in der Lage, die auftretende Zr02-Volumenänderung so aufzunehmen, dass eine nachteilige Rissbildung vermieden wird.
  • Obwohl die obenbeschriebenen Zuführdüsen aus einem feuerfesten Werkstoff eine gute Wärmedämmung und eine kleine Wärmekapazität aufweisen, besteht ihr wesentlicher Nachteil darin, dass der verwendete Werkstoff sich durch geringe Homogenität in bezug auf die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften, Wasseraufnahme, irreversible Veränderungen der chemischen Zusammensetzung bei der Erwärmung auf Arbeitstemperatur und damit verbundene weitere Versprödung, bzw. geringe mechanische Festigkeit auszeichnet und - damit verbunden - in der Regel nur eine einmalige Verwendung der Zuführdüse zulässt.
  • Trotz der obenerwähnten geringen Wärmekapazität und schlechten Wärmeleitfähigkeit des bekannten keramischen Werkstoffs ist die Düse beim erstmaligen Eingiessen des flüssigen Metalls einem erheblichen Thermoschock ausgesetzt, wobei die auftretende, plötzliche thermische Spannung innerhalb des Düsenkörpers dazu führen kann, dass dieser auseinanderbricht oder zumindest reisst. Ein weiteres Problem ist das sog. Einfrieren der Düse beim Auftreffen von zu vergiessendem Metall auf die kalte Düseninnenfläche.
  • Um diesen Thermoschock bzw. das Einfrieren der Düse zu vermeiden, wurde beispielsweise in der DE-OS 28 16 500 vorgeschlagen, dass die Gesamtdüse aus einer Mehrzahl von nebeneinander in einer Metallhalterung befestigten, als Ausflussdüsen wirkenden Hohlprofilen aus einem schwer schmelzbaren, hitzebeständigen Werkstoff besteht, wobei neben den schmelzeführenden Kanälen parallel dazu verlaufende Kanäle für eine Beheizung der Vorrichtung angeordnet sind. Mit Hilfe einer derartigen Beheizung ist es möglich, die Düse bereits vor Giessbeginn auf die erforderliche Schmelzetemperatur zu bringen. Dies kann auch so langsam geschehen, dass ein Thermoschock nicht auftritt bzw. thermische Spannungen abgeleitet werden können. Andererseits ist eine derartige Düse kompliziert aufgebaut und insbesondere wirkt sich der Beheizungsmechanismus während des Betriebs, d. h. nachdem der Anfahrvorgang beendet ist, störend aus.
  • Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, eine wesentlich einfachere Möglichkeit zu entwickeln, eine Düse vor dem eigentlichen Anfahren mit dem zu vergiessenden Metall auf eine gewünschte Temperatur zu bringen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass vor dem eigentlichen zu vergiessenden Metall zumindest ein Werkstoff mit einer anderen Temperatur als dieses Metall durch die Düse geleitet wird.
  • Diese ausserordentlich einfache Idee ist nicht nur sehr kostengünstig und wenig aufwendig, sondern mit diesem Verfahren können weiterhin die handelsüblichen Düsen Anwendung finden und zusätzliche Heizeinrichtungen sind nicht erforderlich.
  • Erfindungsgemäss soll/en dieser/diese Werkstoff/e eine höhere Temperatur aufweisen als das zu vergiessende Metall. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass nur eine geringe Menge von "Vorlaufwerkstoff" benötigt wird und zudem auch die Kontaktzeit zwischen Werkstoff und Düse kurzgehal- ten werden kann. Allerdings benötigt dies erhebliche Erfahrungen über die Wärmeleitfähigkeit zwischen dem verwendeten Werkstoff und dem Düsenmaterial.
  • Bevorzugt soll deshalb ein Werkstoff oder Werkstoffe Anwendung finden, welcher oder welche eine niedrigere Temperatur aufweis(t)/en als das zu vergiessende Metall. Dadurch wird vermieden, dass die Düse auf eine zu hohe Temperatur gebracht wird, so dass auch das Metall überhitzt würde und eine zusätzliche Kühlung in der Kokille notwendig wäre.
  • Als Werkstoff, der vor dem eigentlichen zu vergiessenden Metall durch die Düse geleitet werden soll, wird bevorgzugt ein anderes Metall verwendet. In der Regel dient hierzu ein Metall, welches billig ist. Dieses Metall kann vor dem Einleiten in die Düse in einem gesonderten Behältnis auf die gewünschte Temperatur, sei es über oder unter derjenigen des zu vergiessenden Metalls, gebracht werden. Bevorzugt findet jedoch ein Metall Anwendung, das eine niedrigere Dichte als das zu vergiessende Metall aufweist. Dadurch wird die Düse und insbesondere deren Seitenbegrenzer beim Anfahren nicht plötzlich einem zu hohen Druck ausgesetzt. Sollte beispielsweise ein Eisenmetall, insbesondere Stahl, vergossen werden, bietet sich Aluminium an, welches eine niedrigere Dichte aufweist als Stahl und dessen Oxidhaut ein Eindringen des Metalls in Ritzen od.dgl. verhindert. Allerdings kann es dann zu einer Verunreinigung des zu vergiessenden Metalls, hier Stahl, zumindest im ersten Bereich des vergossenen Werkstücks kommen. Deshalb wird erfindungsgemäss daran gedacht, beim Giessen eines Eisenmetalls, ein weiteres Eisenmetall, beispielsweise Gusseisen (Grauguss), vorher durch die Düse zu leiten.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt auch der Gedanke, mehrere gleiche oder unterschiedliche Werkstoffe mit unterschiedlichen Temperaturen vorher durch die Düse zu leiten. Als Beispiel sollen hier folgende Verfahrensschritte genannt werden: Die Düse wird mit Heissluft auf eine Temperatur von etwa 200 - 250°C gebracht. Sodann erfolgt ein Einleiten von flüssigem Aluminium mit einer Temperatur von etwa 760°C. Diesem Aluminium folgt Grauguss mit einer Temperatur von etwa 1200°C nach. Im Anschluss daran kann nun ohne Schwierigkeiten der zu vergiessende Stahl in die Düse eingeleitet werden.
  • Dabei liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass der der Düse vorgeschaltete Giesstrog (tundish) mehrere Kammern für die unterschiedlichen Werkstoffe bzw. Metalle sowie das zu vergiessende Metall aufweist. Um das zu vergiessende Metall nicht unnötig in Kontakt mit den Werkstoffen tieferer Temperatur zu bringen, können der Düse auch mehrere separate Giesströge vorgeschaltet sein.
  • Dieses Verfahren ermöglicht es, in einfacher Weise auch bereits vorhandene Düsen an Giessmaschinen vor dem Anfahren auf eine gewünschte Temperatur zu bringen und so auch einen Düsenwerkstoff zu verwenden, welcher nach den bislang angewendeten Verfahren relativ thermoschockempfindlich ist.

Claims (8)

1. Verfahren zum Vorheizen einer Düse, insbesondere einer Düse zum Zuführen von Metall zwischen zwei Bänder, Ketten od.dgl. einer Kokille einer Giessmaschine mit mitlaufender Wandung,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem eigentlichen zu vergiessenden Metall zumindest ein Werkstoff mit einer anderen Temperatur als dieses Metall durch die Düse geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser/diese Werkstoff/e eine höhere Temperatur auf- weis(t)/en als das zu vergiessende Metall.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser/diese Werkstoff/e eine niedrigere Temperatur aufweis(t)/en als das zu vergiessende Metall.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass als vorher durch die Düse zu leitender Werkstoff zumindest ein Metall verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das vorher durch die Düse zu leitende Metall eine niedrigere Dichte aufweist, als das zu vergiessende Metall.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Giessen eines Eisenmetalls beispielsweise Gusseisen (Grauguss) durch die Düse geleitet wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Giessen eines Metalls, beispielsweise Stahl, ein Nichteisenmetall, beispielsweise Aluminium, durch die Düse geleitet wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Giessen eines Eisenmetalls, beispielsweise Stahl, zuerst ein Nichteisenmetall, beispielsweise Aluminium und diesem nachfolgend ein Eisenmetall mit einem niedrigern Schmelzpunkt als das zu vergiessende Eisenmetall durch die Düse geleitet wird.
EP84810242A 1983-05-31 1984-05-17 Verfahren zum Vorheizen einer Düse Withdrawn EP0127578A3 (de)

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DE3320131A1 (de) 1984-12-06
JPS606255A (ja) 1985-01-12
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DE3320131C2 (de) 1988-04-28

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