EP0600248A1 - Verfahren zur Bildung eines Trennspalts, insbesondere in der Metallurgie - Google Patents

Verfahren zur Bildung eines Trennspalts, insbesondere in der Metallurgie Download PDF

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EP0600248A1
EP0600248A1 EP93117793A EP93117793A EP0600248A1 EP 0600248 A1 EP0600248 A1 EP 0600248A1 EP 93117793 A EP93117793 A EP 93117793A EP 93117793 A EP93117793 A EP 93117793A EP 0600248 A1 EP0600248 A1 EP 0600248A1
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solid
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vibrations
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Raimund Brückner
Heinz Buhr
Steve Lee
Bernhard Schiefer
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Didier Werke AG
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    • B22D41/50—Pouring-nozzles
    • B22D41/62—Pouring-nozzles with stirring or vibrating means

Definitions

  • the invention relates to a method for the formation of a separation gap between at least two substances which wet, deposit or adhere to one another on contact, in particular in metallurgy.
  • components are, for example, gas purging stones, slide closure parts, sleeves or immersion spouts.
  • the object of the invention is to propose a method by which substances, in particular a molten metal and a solid, are prevented from sticking to one another in order to enable the substances to move relative to one another.
  • the stated object is achieved by the features of claim 1.
  • the vibrations imprinted on the fabric or fabrics prevent the fabrics from sticking to one another.
  • the vibrations are preferably ultrasonic vibrations.
  • Embodiments of the invention result from the subclaims and the description of exemplary embodiments, exemplary embodiments from the field of metallurgy being shown. However, the invention is not limited to this, but can also be used in other fields.
  • An immersion spout 1 made of refractory, ceramic material is attached to the bottom of a metallurgical vessel 2.
  • a channel 3 of the immersion spout 1 is used for the passage of molten steel.
  • An ultrasonic generator 4 is attached to the immersion nozzle 1. This imprints the immersion nozzle 1 as a solid mechanical vibrations with a frequency greater than 20 kHz. The vibrations reproduce in the immersion nozzle 1 on the wall 5 of the channel 3.
  • a separation gap is formed between the melt flowing through the channel 3 and the wall 5, because the high-frequency vibrations prevent the melt from remaining in permanent contact with the wall 5.
  • This separation gap prevents 5 solid substances, in particular Al2O3 particles, from adhering to the wall.
  • the discharge behavior of the melt is also improved overall by the separation gap, since the separation gap reduces the friction between the wall 5 and the melt.
  • the width of the separation gap is of the order of fractions of a mm, for example of the order of a few ⁇ m.
  • an ultrasonic generator 4 is shown on the outside of the immersion spout 1. If necessary, several such generators 4 can be arranged distributed on the outer circumference of the immersion spout 1. The generator 4 can also surround the outer circumference of the immersion spout 1 in a ring.
  • the ultrasound generator 4 or extensions connected to it can also be built into the wall of the immersion spout 1 (see FIG. 1, right). It then vibrates the melt as a liquid.
  • the generator 4 is preferably arranged at the level of the immersion spout 1, in which experience has shown that there is a tendency to form Al 2 O 3 caking. The ultrasonic vibrations prevent 5 crystallization nuclei from growing on the wall for growing deposits.
  • FIG. 2 shows the rolls 6, 7, which are rotated in opposite directions, of a device for carrying out the twin-roll process, with which the casting of a thin steel strip close to the final dimension is used.
  • the molten steel is applied to the rollers 6, 7 and conveyed downwards at a distance between the rollers 6, 7.
  • boundary plates 8, 9 are arranged as solid bodies next to the rollers 6, 7.
  • Ultrasonic generators 4 are attached to the boundary plates 8, 9 made of steel or refractory ceramic. These set the boundary plates 8, 9 in vibration. These prevent the melt from freezing or caking on them, as described above.
  • two drive rollers 10, 11 are provided for a conveyor belt 12.
  • the melt is applied to the conveyor belt 12 as a thin belt.
  • the molten steel cools down on the conveyor belt 12 until it solidifies and is drawn off from it.
  • limiting strips 14, 15 are provided.
  • Ultrasonic generators 4 are arranged on the boundary strips 14, 15 and impress vibrations on the boundary strips 14, 15. In the manner described, these lead to separating gaps between the boundary strips 14, 15 as a solid and the steel melt as a liquid, so that the steel melt on the boundary strips 14, 15 cannot freeze and crystallization nuclei contained in the steel melt do not adhere to the boundary strips 14, 15 accumulate and therefore no caking can grow on them.
  • a device is shown which is similar with regard to the casting of a thin strip close to the final dimensions of FIG. 3.
  • the conveyor belt 12 driven by the drive rollers 10, 11 is dispensed with.
  • a receiving plate 16 made of steel or refractory, ceramic material is provided, which is arranged on fixed bearings 17, 18.
  • the limiting strips 14, 15 are arranged on the side of the mounting plate 16. These can be formed in one piece with the mounting plate 17 or attached to the mounting plate 17 as separate components.
  • At least one ultrasound generator 4 is arranged at the bottom of the mounting plate 17.
  • ultrasound generators 4 can be provided on the boundary strips 15, 16. These can be omitted if the ultrasound generator 4 arranged on the mounting plate 17 also sets the limiting strips 15, 16 in the desired ultrasound vibrations.
  • the molten steel is applied to the mounting plate 16 in the region 13 from a slot die.
  • the mounting plate 16 is at an angle of inclination W to the horizontal H, which is dimensioned such that the melt flows out obliquely downwards on the mounting plate 16 to the area 13 by the ultrasonic vibrations of the mounting plate 16 and the limiting strips 14, 15 between these solids and Steel melt a separating gap, which prevents the steel melt or particles from freezing or caking from it on the receiving plate 16 and the limiting strips 14, 15, thus enabling the desired movement of the melt relative to the receiving plate 16 and the limiting strips 14, 15.
  • the melt is drawn off by the inclined position of the receiving plate 16 at an angle W.
  • the removal of the melt can be improved with a receiving plate 16 arranged at an angle W to the horizontal H or can be achieved with a receiving plate 16 arranged in the horizontal H if the ultrasonic vibrations impressed on the receiving plate 16 are directed so that they move the melt away from the region Imprint 13 directional guide component in direction F.
  • an ultrasound generator 4 can also be used on other components, for example gas purging stones or slide closures of metallurgical vessels, in order to avoid freezing of the melt or caking of impurities containing high alumina.

Abstract

Um ein Verbinden von sich berührenden Stoffen, insbesondere einer Metallschmelze und einem Festkörper, zu vermeiden, ist ein Verfahren zur Bildung eines Trennspalts durch die Anregung wenigstens einer der Stoffe zu mechanischen Schwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen, vorgeschlagen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Trennspalts zwischen mindestens zwei sich bei Berührung benetzenden, ablagernden oder aneinander haftenden Stoffen, insbesondere in der Metallurgie.
  • In der metallurgischen Technik besteht häufig das Problem, daß Metallschmelze zonal an Bauteilen aus feuerfestem, keramischem Material einfriert, oder sich an dem Bauteil hochtonerdehaltige Ablagerungen bilden, wodurch die Funktion solcher Bauteile beeinträchtigt wird. Solche Bauteile sind beispielsweise Gasspülsteine, Schieberverschlußteile, Hülsen oder Eintauchausgüsse.
  • Beim endabmessungsnahen Gießen von Dünnbändern, beispielsweise im Belt-Roll- oder im Twin-Roll-Verfahren treten ebensolche Probleme auf. Dort kann die Stahlschmelze an notwendigen Begrenzungskörpern einfrieren bzw. hochtonerdehaltige Al₂O₃-Ablagerungen bilden. Dies beeinträchtigt die Qualität des Bandstahls beträchtlich.
  • In der Zeitschrift Stahl und Eisen 111 (1991) Nr. 6, S. 37 bis 43 sind derartige Verfahren beschrieben, Lösungen zum genannten Problem jedoch nicht angegeben.
  • In der DE 41 41 508 A1 ist vorgeschlagen, seitlich der Stahlschmelze angeordnete Begrenzungskörper als Metallbleche auszubilden, die für ein Magnetfeld eines Induktors durchlässig sind. Das Magnetfeld induziert in der Metallschmelze Ströme, die zu einer zusätzlichen Erwärmung der Metallschmelze führen. Dadurch soll vermieden sein, daß die Metallschmelze an den Begrenzungsplatten einfriert. Die in die Schmelze induzierten Ströme können jedoch zu einer Störung der Struktur im Randbereich des Dünnbandes führen, die mit einer Qualitätsminderung verbunden ist.
  • In der älteren Patentanmeldung P 41 43 049 ist eine Einrichtung beschrieben, bei der an den seitlich der Schmelze angeordneten Begrenzungskörpern poröse, keramische Einsätze angeordnet sind. Diese werden mit einem Fluid beaufschlagt, das einen Film bildet, welcher ein Anfrieren der Schmelze an den Begrenzungskörpern verhindern soll. Zum gleichen Zweck ist in der älteren Patentanmeldung P 42 38 036.7 vorgeschlagen, Begrenzungsplatten aus einem induktiv aufheizbaren, feuerfesten, keramischen Material vorzusehen, das an das elektromagnetische Feld des Induktors ankoppelt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, durch das ein Aneinanderhaften von Stoffen, insbesondere einer Metallschmelze und einem Festkörper, vermieden wird, um eine Relativbewegung der Stoffe zu ermöglichen.
  • Die genannte Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die dem bzw. den Stoffen aufgeprägten Vibrationen verhindern, daß sich die Stoffe aneinander festsetzen. Vorzugsweise sind die Schwingungen Ultraschallschwingungen.
  • Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei Ausführungsbeispiele aus dem Bereich der Metallurgie gezeigt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern auch auf anderen Gebieten einsetzbar.
  • In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    einen Eintauchausguß an einem metallurgischen Gefäß schematisch,
    Figur 2
    eine Einrichtung für das Twin-Roll-Verfahren,
    Figur 3
    eine Einrichtung für das Belt-Roll-Verfahren, und
    Figur 4
    eine weitere Einrichtung für das endabmessungsnahe Gießen schematisch.
  • Ein Eintauchausguß 1 aus feuerfestem, keramischem Material ist an den Boden eines metallurgischen Gefässes 2 angesetzt. Ein Kanal 3 des Eintauchausgusses 1 dient der Durchleitung von Stahlschmelze. An den Eintauchausguß 1 ist ein Ultraschall-Generator 4 angesetzt. Dieser prägt dem Eintauchausguß 1 als Festkörper mechanische Schwingungen mit einer Frequenz größer als 20 kHz auf. Die Schwingungen pflanzen sich im Eintauchausguß 1 auf die Wandung 5 des Kanals 3 fort. Dadurch bildet sich zwischen der den Kanal 3 durchströmenden Schmelze und der Wandung 5 ein Trennspalt, weil die hochfrequenten Schwingungen verhindern, daß die Schmelze in einer dauerhaften Berührung mit der Wandung 5 bleibt. Durch diesen Trennspalt ist vermieden, daß sich an der Wandung 5 feste Stoffe, insbesondere Al₂O₃-Partikel festsetzen können. Wachsende Anbackungen, die dazu führen könnten, daß sich der freie Querschnitt des Kanals 3 verringert, sind dadurch vermieden. Durch den Trennspalt ist auch das Abflußverhalten der Schmelze insgesamt verbessert, da der Trennspalt die Reibung zwischen der Wandung 5 und der Schmelze herabsetzt. Die Breite des Trennspaltes liegt in der Größenordnung von Bruchteilen eines mm, beispielsweise in der Größenordnung von einigen µm.
  • In Figur 1 (links) ist ein Ultraschall-Generator 4 außen an dem Eintauchausguß 1 dargestellt. Im Bedarfsfall können mehrere solcher Generatoren 4 am Außenumfang des Eintauchausgusses 1 verteilt angeordnet sein. Der Generator 4 kann auch den Außenumfang des Eintauchausgusses 1 ringförmig umschließen.
  • Der Ultraschall-Generator 4 bzw. mit ihm verbundene Verlängerungen kann auch in die Wandung des Eintauchausgusses 1 eingebaut sein (vgl. Fig.1, rechts). Er versetzt dann die Schmelze als flüssigen Stoff in Schwingungen. Vorzugsweise ist der Generator 4 in der Höhe des Eintauchausgusses 1 angeordnet, in der erfahrungsgemäß die Tendenz zur Bildung von Al₂O₃-Anbackungen besteht. Durch die Ultraschallschwingungen ist vermieden, daß sich an der Wandung 5 Kristallisationskerne für wachsende Anlagerungen festsetzen können.
  • In Figur 2 sind die gegensinnig gedrehten Rollen 6, 7 einer Einrichtung zur Durchführung des Twin-Roll-Verfahrens gezeigt, mit dem das endabmessungsnahe Gießen eines Stahl-Dünnbandes dient. Die Stahlschmelze wird auf die Rollen 6, 7 aufgebracht und im zwischen den Rollen 6, 7 bestehenden Abstand nach unten gefördert. Um ein seitliches Ausweichen der Stahlschmelze zu verhindern, sind Begrenzungsplatten 8, 9 als Festkörper neben den Rollen 6, 7 angeordnet. An den aus Stahl oder feuerfester Keramik bestehenden Begrenzungsplatten 8, 9 sind Ultraschall-Generatoren 4 befestigt. Diese versetzen die Begrenzungsplatten 8, 9 in Schwingungen. Diese verhindern, daß die Schmelze an ihnen einfriert bzw. Anbackungen bildet, wie dies oben beschrieben ist.
  • Bei der in Figur 3 für das Belt-Roll-Verfahren gezeigten Einrichtung sind zwei Antriebsrollen 10, 11 für ein Transportband 12 vorgesehen. Auf das Transportband 12 wird in einem Bereich 13 die Schmelze als dünnes Band aufgegeben. Die Stahlschmelze kühlt auf dem Transportband 12 bis zur Erstarrung ab und wird von diesem abgezogen.
  • Um ein seitliches Abfließen der Stahlschmelze zu verhindern, sind Begrenzungsleisten 14, 15 vorgesehen. An den Begrenzungsleisten 14, 15 sind Ultraschall-Generatoren 4 angeordnet, die den Begrenzungsleisten 14, 15 Schwingungen aufprägen. Diese führen in der beschriebenen Weise zu Trennspalten zwischen den Begrenzungsleisten 14, 15 als Festkörper und der Stahlschmelze als flüssigen Stoff, so daß die Stahlschmelze an den Begrenzungsleisten 14, 15 nicht einfrieren kann und sich in der Stahlschmelze enthaltene Kristallisationskerne nicht an den Begrenzungsleisten 14, 15 anlagern und somit an diesen auch keine Anbackungen anwachsen können.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist eine hinsichtlich des endabmessungsnahen Gießens eines Dünnbandes der Figur 3 ähnliche Einrichtung gezeigt. Bei der Einrichtung nach Figur 4 ist auf das von den Antriebsrollen 10, 11 angetriebenen Transportband 12 verzichtet. Statt dessen ist eine Aufnahmeplatte 16 aus Stahl oder feuerfestem, keramischem Material vorgesehen, die an Festlagern 17, 18 angeordnet ist. Seitlich an der Aufnahmeplatte 16 sind die Begrenzungsleisten 14, 15 angeordnet. Diese können einstückig mit der Aufnahmeplatte 17 ausgebildet oder als separate Bauteile an der Aufnahmeplatte 17 befestigt sein.
  • Unten an der Aufnahmeplatte 17 ist wenigstens ein Ultraschall-Generator 4 angeordnet. Zusätzlich können an den Begrenzungsleisten 15, 16 Ultraschall-Generatoren 4 vorgesehen sein. Diese können entfallen, wenn der an der Aufnahmeplatte 17 angeordnete Ultraschall-Generator 4 auch die Begrenzungsleisten 15, 16 in die gewünschten Ultraschallschwingungen versetzt.
  • Aus beispielsweise einer Breitschlitzdüse wird im Bereich 13 auf die Aufnahmeplatte 16 die Stahlschmelze aufgegeben. Die Aufnahmeplatte 16 steht in einem Neigungswinkel W zur Horizontalen H, der so bemessen ist, daß die Schmelze auf der Aufnahmeplatte 16 zum Bereich 13 hin schräg nach unten abströmt Durch die Ultraschallschwingungen der Aufnahmeplatte 16 und der Begrenzungsleisten 14, 15 entsteht zwischen diesen Festkörpern und der Stahlschmelze ein Trennspalt, der ein Einfrieren bzw. Anbacken der Stahlschmelze bzw. Partikeln aus ihr an der Aufnahmeplatte 16 und den Begrenzungsleisten 14, 15 verhindert, also die gewünschte Bewegung der Schmelze gegenüber der Aufnahmeplatte 16 und den Begrenzungsleisten 14, 15 ermöglicht.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wird das Abziehen der Schmelze durch die Schrägstellung der Aufnahmeplatte 16 im Winkel W erreicht.
  • Das Abziehen der Schmelze läßt sich bei einer in einem Winkel W zur Horizontalen H angeordneten Aufnahmeplatte 16 verbessern oder bei einer in der Horizontalen H angeordneten Aufnahmeplatte 16 erreichen, wenn die der Aufnahmeplatte 16 aufgeprägten Ultraschallschwingungen so gerichtet sind, daß sie der Schmelze eine von dem Bereich 13 weggerichtete Führungskomponente in Richtung F aufprägen.
  • Die beschriebene Anordnung eines Ultraschall-Generators 4 läßt sich auch an anderen Bauteilen, beispielsweise Gasspülsteinen oder Schieberverschlüssen metallurgischer Gefäße, einsetzen, um dort ein Einfrieren von Schmelze bzw. Anbacken hochtonerdehaltiger Verunreinigungen zu vermeiden.
  • Der Effekt wird durch die Auswahl feuerfester Materialien, die der Stahl nur gering benetzt, unterstützt.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Bildung eines Trennspalts zwischen mindestens zwei sich bei Berührung benetzenden, ablagernden oder aneinander haftenden Stoffe, insbesondere in der Metallurgie,
    wofür mindestens einer der Stoffe zu mechanischen Schwingungen angeregt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anregungsquelle ein elektroakustischer Schallwandler (Ultraschallgenerator) ist, der Ultraschallwellen emittiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Schwingungen Ultraschallschwingungen sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der eine Stoff ein Festkörper ist, dessen dem anderen Stoff zugewandte Wandung zu den Schwingungen angeregt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Festkörper aus einem feuerfesten, keramischen Material oder aus Stahl besteht.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der andere Stoff eine Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der eine Stoff ein Festkörper ist und der andere Stoff eine an diesem entlangfließende Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, ist die und/oder deren in ihr enthaltene Feststoffpartikel zu den Schwingungen angeregt wird bzw. werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Festkörper ein Bauteil eines metallurgischen Gefässes, beispielsweise Eintauchausguß, Gasspülstein oder Schieberverschlußplatte, ist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Festkörper eine Seitenbegrenzung einer abfließenden Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Festkörper eine feststehende Aufnahmeplatte bildet, über die Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, zum Abfließen gebracht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß durch eine Schrägstellung der Aufnahmeplatte die Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, zum Abfließen gebracht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß durch mechanische Schwingungen der Aufnahmeplatte die Metallschmelze zum Abfließen gebracht wird.
EP93117793A 1992-12-04 1993-11-03 Verfahren zur Bildung eines Trennspalts, insbesondere in der Metallurgie Withdrawn EP0600248A1 (de)

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