EP3493930A1 - PRALLTOPF, VORRICHTUNG ZUM VERGIEßEN EINER METALLISCHEN SCHMELZE SOWIE VERFAHREN ZUM VERGIEßEN EINER METALLISCHEN SCHMELZE - Google Patents

PRALLTOPF, VORRICHTUNG ZUM VERGIEßEN EINER METALLISCHEN SCHMELZE SOWIE VERFAHREN ZUM VERGIEßEN EINER METALLISCHEN SCHMELZE

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EP3493930A1
EP3493930A1 EP17743007.1A EP17743007A EP3493930A1 EP 3493930 A1 EP3493930 A1 EP 3493930A1 EP 17743007 A EP17743007 A EP 17743007A EP 3493930 A1 EP3493930 A1 EP 3493930A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
baffle
casting
gas
metallic melt
opening
Prior art date
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Granted
Application number
EP17743007.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3493930B1 (de
Inventor
Joachim HÜLSTRUNG
Sven Karrasch
Helmut Schnitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3493930A1 publication Critical patent/EP3493930A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3493930B1 publication Critical patent/EP3493930B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • B22D41/003—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like with impact pads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B22D1/005—Injection assemblies therefor

Definitions

  • the invention relates to a baffle for a casting container for casting metallic melts, with a wall surrounding a baffle, which defines in connection with the baffle an open volume within the baffle into which metallic melt is poured, with at least one arranged on the baffle pot connection for connection to at least one gas-conveying line, wherein the connection is gas-conductively connected to at least one opening, from which gas can be diverted. Furthermore, the invention relates to a device for casting a metallic melt and a method for casting a metallic melt.
  • Baffles are arranged in casting containers or also distributors, in particular in a so-called tundish, which is filled with metallic melt, preferably with a molten steel, and the molten steel is distributed in tundish, in particular two pouring, which in each case with a mold for producing a cast product in combination stand.
  • Such embodiments are preferably part of a continuous casting plant.
  • the baffle has the task on the one hand to protect the lining of the tundish by the incoming pouring stream and on the other to prevent a short-circuit flow between entering (coming from the shadow tube) and exiting (flowing into the immersion nozzle) pouring stream, see for example DE 10 2004 011 883 B4 ,
  • WO 2000/050190 A1 In order to improve the degree of purity in cast products, it is proposed in WO 2000/050190 A1 to provide a baffle pot acted upon with gas.
  • the baffle is placed below a shadow tube from which the pouring stream enters a tundish, the latter having porous side walls through which a gas can be passed.
  • the gas emerging from the porous sidewalls floods in the form of gas bubbles an area outside the impingement area of the incoming pouring stream at the impact pot and forms a kind of "gas bubble curtain" through which the deflected and / or deflected melt passes after the impingement of the pouring stream
  • Too large and / or undefined gas bubble diameter are not suitable to completely absorb oxidic accompanying elements.
  • the object of the invention to provide a baffle pot, which is designed more effective compared to the prior art in terms of improving the degree of purity in casting products to be produced.
  • the object according to the impact pot is achieved in that the at least one opening points in the direction of the open volume for the outflow of a gas.
  • the inventors have surprisingly found that by flooding the open volume with gas bubbles or with a gas bubble swarm the pulse respectively the energy and the turbulence of the incoming pouring stream can be exploited advantageously and effectively.
  • the interaction between the gas bubbles and the pouring stream may further reduce the diameter of the gas bubbles flowing out of the openings as a result of the shearing action.
  • the high turbulences prevailing in the impact area can lead to a higher probability of collision between the gas bubbles and the oxidic accompanying elements or between the oxidic accompanying elements, which leads to a more frequent combination between gas bubbles and oxidic accompanying elements or between the oxidic accompanying elements to produce a cluster can, whereby the density is reduced by the combination of the gas bubble-Begleitelement- or gas bubble-accompanying element cluster structure, which in turn can lead to a faster rise to the melt surface and thus better deposition in the slag at the melt surface.
  • the baffle pot at least one opening or several openings are provided in the baffle surface.
  • the opening is preferably formed in the form of a nozzle, which is for example formed integrally with the baffle made of a refractory material or is integrated as an additional part during or after the production of the baffle pot in the opening.
  • the nozzle shape has the advantage, compared to a porous structure, that defined gas bubble diameters can be generated.
  • the openings may be distributed substantially deterministically in the baffle, for example structured but also arranged unstructured. Alternatively, the openings may be arranged only in the central region of the baffle or circumferentially around the central region of the baffle.
  • the openings in the baffle surface By providing the openings in the baffle surface, the gas bubbles or the generated gas bubble swarm are directly opposite to the incoming pouring stream, whereby the diameter of the gas bubbles or gas bubble swirling out of the openings can be further reduced in the area of action.
  • At least one opening is cumulatively or alternatively provided in the wall. Is / are the openings cumulatively provided, so the additional flooding of the open volume transverse to the outlet direction of the effluent from the openings in the baffle gas bubbles or Gasblasenschwarms and transverse to the incoming pouring stream to reduce the diameter of the gas bubbles and / or to increase the union of Contribute to gas bubble companion element or gas bubble companion element cluster structures.
  • the impact pot can be round, oval or angular. Other geometries are conceivable and adaptable to the respective application.
  • the baffle surface or the surfaces of the walls in the direction of open volume, in which openings may be provided, according to a further embodiment of the baffle pot must not be made smooth, but can to generate a higher shear between incoming pouring stream and gas bubbles grooves and / or raised structures of any Have geometry. This may additionally promote the generation of small gas bubble diameters.
  • the second aspect of the invention relates to a device for casting a metallic melt to produce a cast product, comprising a casting vessel for receiving a metallic melt, which is connected to a shadow tube over which a casting container is filled with metallic melt, wherein a baffle in the casting container is arranged below the shade tube and is exposed to the incoming pouring stream, the casting container at least one pouring opening for filling a mold associated with the casting mold with metallic melt to produce a cast product, preferably the casting container two pouring openings for filling a respective mold with metallic melt to Producing each having a cast product, wherein the baffle corresponds to at least one of the aforementioned embodiments.
  • the third aspect of the invention relates to a method for casting a metallic melt to produce a cast product, wherein a device according to one of the aforementioned embodiments is used.
  • an inert gas is used as the gas.
  • argon is used as the gas because it is unreactive and inexpensive to obtain. It would also be conceivable to use other gases, such as, for example, nitrogen, in order to allow a targeted reaction with the metallic melt, which improves the product during further processing and / or permits new material and / or application properties.
  • FIG. 1 a perspective view of a baffle pot
  • Figure 2 is a plan view of the baffle pot shown in Fig. 1) and
  • FIG. 3 shows a simulated method in connection with a schematic
  • Partial view of a device in perspective view Partial view of a device in perspective view.
  • FIG. 1 shows a baffle pot (1) in a perspective illustration for a casting container (14) for casting metallic melts (11), with a baffle surface (1.1) surrounding wall (1.2), which defines in connection with the baffle (1.1) an open volume (2) within the baffle (1), in which metallic melt (11) is poured, with at least one, in particular on the outside Baffle (1) arranged connection (3) for connection to at least one gas-conveying line, not shown here, wherein the terminal (3) with at least one opening (4, 5) is gas-conductively connected, from which gas, in particular to the outside is ausleitbar, wherein the at least one opening (4, 5) in the direction of the open volume (2) for the outflow of a gas, symbolized by the arrows, points.
  • the opening or openings (4) are preferably provided in the baffle surface (1.1).
  • the opening (4) is preferably formed in the form of a nozzle, wherein the openings (4) in a region (1.4) circumferentially about the central region (1.3) of the baffle (1) are arranged ( Figure 2).
  • the openings (4) can be distributed substantially deterministically in the baffle surface (1.1) or can be provided only in the middle region (1.3) of the baffle surface (1.1).
  • At least one opening (5) in particular a plurality of openings, can be provided cumulatively or alternatively in the wall (1.2) of the baffle pot (1) (FIG. 1).
  • the baffle (1) is square, wherein other geometries are conceivable, formed and may have at its surfaces (1.1, 1.21) grooves and / or raised structures (1.22).
  • FIG. 3) shows a schematic partial view of a device (10) for casting a metallic melt (11) to produce a cast product in a perspective view.
  • the device comprises a casting vessel (12) for receiving a metallic melt (11), which is connected to a shadow tube (13), via which a casting container (14) with metallic melt (11) is filled.
  • a shadow tube (13) Below the shadow tube (13) an impact pot (1) in the casting container (14), in particular on the bottom (14.1) of the casting container (14) is arranged and the baffle (1) is the over the shadow tube (13) entering pouring stream, symbolized through the arrows, exposed.
  • the casting container has at least one pouring opening, not shown here, for filling a mold associated with the casting container, not shown here, with a metallic melt to produce a cast product.
  • the device (10) is preferably part of a continuous casting plant with two casting strands, the casting (14) two pouring openings for filling in each case a mold, not shown here, with metallic melt (11) for generating a respective cast product, wherein the shadow tube (13) center for filling the metallic melt (11) into the casting container (14) is arranged in order to avoid the gas bubbles (15) reach in the direction of the pouring or are found in the cast product to be produced.
  • the molten metal (11) a molten steel is preferably used.
  • the baffle pot (1) had from each side from the outside in each case a connection, which was in each case in gas-conducting connection with the row of openings arranged on the respective side.
  • the connections were connected to four supply lines (gas-conveying line), which were laid in the casting vessel.
  • the supply lines would be covered and protected by a pouring mass, so as not to destroy them by the rough influence of molten steel.
  • the amount of argon was 9.82 E-5 kg / s with an argon volume flow of 11.784 1 / min.
  • the exit velocity per port (4) was about 1 m / s and about 13,900 bubbles / sec were generated.
  • the degree of purity of the investigated molten steel compared to the previously known prior art could be improved or increased by at least 10%, in particular by at least 15%.
  • the invention is not limited to the embodiments shown in the drawing and to the statements in the general description, but only openings in the wall of the baffle pot can be provided and / or the diameter of the openings are different and not necessarily constant.
  • the skilful provision of the openings can have maximum influence on the macroscopic degree of purity of the metallic melt.
  • the wall does not necessarily have to be continuous. It can have interruptions, flow passages and / or other flow-promoting geometric structures in a variety of ways.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pralltopf (1) für ein Gießbehältnis zum Vergießen von metallischen Schmelzen, mit einer eine Prallfläche (1.1) umgebenden Wandung (1.2), welche in Verbindung mit der Prallfläche (1.1) ein offenes Volumen (2) innerhalb des Pralltopfes (1) definiert, in welches metallische Schmelze eingegossen wird, mit mindestens einem an dem Pralltopf (1) angeordneten Anschluss (3) zur Anbindung an mindestens eine gasfördernde Leitung, wobei der Anschluss (3) mit mindestens einer Öffnung (4, 5) gasleitend verbunden ist, aus welcher Gas ausleitbar ist.

Description

Pralltopf, Vorrichtung zum Vergießen einer metallischen Schmelze sowie Verfahren zum Vergießen einer metallischen Schmelze
Die Erfindung betrifft einen Pralltopf für ein Gießbehältnis zum Vergießen von metallischen Schmelzen, mit einer eine Prallfläche umgebenden Wandung, welche in Verbindung mit der Prallfläche ein offenes Volumen innerhalb des Pralltopfes definiert, in welches metallische Schmelze eingegossen wird, mit mindestens einem an dem Pralltopf angeordneten Anschluss zur Anbindung an mindestens eine gasfördernde Leitung, wobei der Anschluss mit mindestens einer Öffnung gasleitend verbunden ist, aus welcher Gas ausleitbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Vergießen einer metallischen Schmelze sowie ein Verfahren zum Vergießen einer metallischen Schmelze.
Pralltöpfe werden in Gießbehälter oder auch Verteiler, insbesondere in einem sogenannten Tundish angeordnet, welcher mit metallischer Schmelze, vorzugsweise mit einer Stahlschmelze, gefüllt wird und die Stahlschmelze im Tundish insbesondere auf zwei Ausgießöffnungen verteilt wird, welche jeweils mit einer Kokille zur Erzeugung eines Gießproduktes in Verbindung stehen. Derartige Ausführungen sind bevorzugt Teil einer Stranggießanlage. Der Pralltopf hat die Aufgabe zum einen die Auskleidung des Tundish durch den eintretenden Gießstrahl zu schützen und zum anderen eine Kurzschlussströmung zwischen eintretendem (aus dem Schattenrohr kommenden) und austretendem (in den Tauchausguss fließenden) Gießstrahl zu verhindern, siehe beispielsweise DE 10 2004 011 883 B4.
Einschlüsse in Form von oxidischen Begleitelementen in Stahlschmelzen, beispielsweise Aluminiumoxid-Partikel, verschlechtern insbesondere in einem Stranggießprozess den makroskopischen Reinheitsgrad eines zu erzeugenden Gießproduktes, beispielsweise in einer Bramme. Aufgrund der geringeren Dichte der oxidischen Begleitelemente steigen diese in einem mit Stahlschmelze gefüllten Tundish zwar an die Schmelzenoberfläche und können sich in die an der Schmelzenoberfläche gebildeten Schlacke abscheiden, jedoch abhängig von dem Durchmesser des oxidischen Begleitelementes verringert sich die Aufstiegsgeschwindigkeit mit Abnahme des Durchmessers. Mit Durchmessern kleiner 50 μιη reduziert sich die Aufstiegsgeschwindigkeit und somit die Abscheidung in der Schlacke soweit, dass die oxidischen Begleitelemente sich in der Metallmatrix eines Gießproduktes wiederfinden, was wiederrum zu einem schlechten Reinheitsgrad beispielsweise in einer Bramme führt. Oxidische Begleitelemente in Form von Einschlüssen in der Metallmatrix lassen sich nicht mehr auflösen und können sich nachteilig auf die Weiterverarbeitung insbesondere auf die plastische Formgebung des Gießproduktes auswirken.
Zur Verbesserung des Reinheitsgrades in Gießprodukten wird in der WO 2000/050190 AI vorgeschlagen, einen mit Gas beaufschlagten Pralltopf vorzusehen. Der Pralltopf wird unterhalb eines Schattenrohres, aus dem der Gießstrahl in einen Tundish eintritt, platziert, wobei dieser poröse Seitenwände aufweist, durch welche ein Gas durchgeleitet werden kann. Das aus den porösen Seitenwänden austretende Gas flutet in Form von Gasblasen einen außerhalb des Auftreffbereiches des eintretenden Gießstrahles am Pralltopf umgebenden Bereich und bildet eine Art„Gasblasen-Vorhang" aus, durch welchen die ab- und/oder umgelenkte Schmelze nach dem Auftreffen des Gießstrahls hindurchtritt. Als vorteilhaft wird aufgeführt, dass durch die lange Kontaktzeit zwischen der ab- und/oder umgelenkten Schmelze und den Gasblasen außerhalb des Auftreffbereichs am Pralltopf ein effektives Einbinden der eingetragenen oxidischen Begleitelemente in die Gasblasen erfolgt und dadurch die unerwünschten Einschlüsse entfernt werden können. Poröse Wände, Einsätze oder Auslässe haben jedoch den Nachteil, dass abhängig vom vorherrschenden Umgebungs-oder Einsatzdruckes eine definierte Gasblasenausbildung nicht möglich ist und sich ein koaguliertes Gasblasengebilde ausbildet, bevor es sich von der porösen Struktur ablöst, welches einen zu großen und Undefinierten Durchmesser aufweist. Zu große und/oder Undefinierte Gasblasendurchmesser sind nicht geeignet, oxidische Begleitelemente vollständig aufzunehmen. Die koagulierten Gasblasen mit wesentlich größeren Gasblasen-Durchmessern, die sich an der Porenstruktur der porösen Wände ablösen, steigen beschleunigt an die Schmelzenoberfläche auf und die Kontaktzeit zwischen der ab- und/oder umgelenkten Schmelze und den aufsteigenden Gasblasen reduziert sich erheblich.
Ausgehend von dem oben erwähnten Stand der Technik war es die Aufgabe der Erfindung einen Pralltopf anzugeben, welcher im Vergleich zum bekannten Stand der Technik hinsichtlich der Verbesserung des Reinheitsgrades bei zu erzeugenden Gießprodukten effektiver ausgelegt ist. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gemäß des Pralltopfes dahingehend gelöst, dass die mindestens eine Öffnung in Richtung des offenen Volumens zum Ausströmen eines Gases weist.
Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass durch das Fluten des offenen Volumens mit Gasblasen respektive mit einem Gasblasenschwarm der Impuls respektive die Energie sowie die Turbulenz des eintretenden Gießstrahles vorteilhaft und effektiv ausgenutzt werden kann. Die Interaktion zwischen den Gasblasen und des Gießstrahls kann infolge der Scherwirkung den Durchmesser der aus den Öffnungen ausströmenden Gasblasen weiter reduzieren. Die im Aufprallbereich vorherrschenden hohen Turbulenzen können zu einer höheren Stoßwahrscheinlichkeit zwischen den Gasblasen und den oxidischen Begleitelementen bzw. auch zwischen den oxidischen Begleitelementen untereinander führen, wodurch es zu einer häufigeren Vereinigung zwischen Gasblasen und oxidischen Begleitelementen bzw. zwischen den oxidischen Begleitelementen zur Erzeugung eines Clusters kommen kann, wodurch die Dichte durch die Vereinigung des Gasblasen-Begleitelement- bzw. Gasblasen-Begleitelementcluster-Gebildes reduziert wird, was wiederrum zu einem schnelleren Aufstieg zur Schmelzenoberfläche und damit besseren Abscheidung in der Schlacke an der Schmelzenoberfläche führen kann.
Gemäß einer Ausführung des Pralltopfes ist mindestens eine Öffnung oder sind mehrere Öffnungen in der Prallfläche vorgesehen. Die Öffnung ist vorzugsweise in Form einer Düse ausgebildet, welche beispielsweise einstückig mit dem Pralltopf aus einem feuerfest- Material gebildet ist oder als Zusatzteil während oder nach der Herstellung des Pralltopfes in die Öffnung integriert wird. Die Düsenform hat im Vergleich zu einer porösen Struktur den Vorteil, dass definierte Gasblasendurchmesser erzeugt werden können. Die Öffnungen können im Wesentlichen deterministisch in der Prallfläche verteilt sein, beispielsweise strukturiert aber auch unstrukturiert angeordnet sein. Alternativ können die Öffnungen nur im Mittenbereich der Prallfläche oder umlaufend um den Mittenbereich der Prallfläche angeordnet sein. Durch das Vorsehen der Öffnungen in der Prallfläche werden die Gasblasen respektive der erzeugte Gasblasenschwarm dem eintretenden Gießstrahl unmittelbar entgegengesetzt, wodurch der Durchmesser der aus den Öffnungen austretenden Gasblasen respektive Gasblasenschwarms im Einwirkungsbereich weiter reduziert werden kann. Gemäß einer Ausführung des Pralltopfes ist die Öffnung insbesondere in Form einer Düse mit einem Durchmesser von zwischen d=0,2 bis 10 mm ausgebildet. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der Öffnung zwischen d=0,5 bis 5 mm, um insbesondere definierte, kleine Durchmesser der austretenden Gasblasen respektive des Gasblasenschwarms einstellen zu können.
Gemäß einer Ausführung des Pralltopfes ist mindestens eine Öffnung kumulativ oder alternativ in der Wandung vorgesehen. Ist/sind die Öffnungen kumulativ vorgesehen, so kann das zusätzliche Fluten des offenen Volumens quer zur Austrittsrichtung des aus den Öffnungen in der Prallfläche ausströmenden Gasblasen respektive Gasblasenschwarms und quer zum eintretenden Gießstrahl unterstützend zur Reduzierung der Durchmesser der Gasblasen und/oder zur Erhöhung der Vereinigung der Gasblasen-Begleitelement- bzw. Gasblasen-Begleitelementcluster-Gebilde beitragen.
Gemäß einer Ausführung des Pralltopfes kann der Pralltopf rund, oval oder eckig ausgebildet sein. Auch andere Geometrien sind vorstellbar und auf die jeweilige Anwendung anpassbar. Die Prallfläche respektive die Flächen der Wandungen in Richtung offenes Volumen, in denen Öffnungen vorgesehen sein können, müssen gemäß einer weiteren Ausführung des Pralltopfes nicht glatt ausgeführt sein, sondern können zur Erzeugung einer höheren Scherwirkung zwischen eintretendem Gießstrahl und Gasblasen Riefen und/oder erhabene Strukturen jedweder Geometrie aufweisen. Dies kann zusätzlich die Erzeugung von kleinen Gasblasen-Durchmesser fördern.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergießen einer metallischen Schmelze zur Erzeugung eines Gießproduktes, umfassend ein Gießgefäß zur Aufnahme einer metallischen Schmelze, welches mit einem Schattenrohr verbunden ist, über welches ein Gießbehältnis mit metallischer Schmelze gefüllt wird, wobei ein Pralltopf in dem Gießbehältnis unterhalb des Schattenrohrs angeordnet ist und dem eintretenden Gießstrahl ausgesetzt ist, das Gießbehältnis mindestens eine Ausgießöffnung zur Befüllung einer mit dem Gießbehältnis in Verbindung stehenden Kokille mit metallischer Schmelze zur Erzeugung eines Gießproduktes aufweist, vorzugsweise das Gießbehältnis zwei Ausgießöffnungen zur Befüllung jeweils einer Kokille mit metallischer Schmelze zur Erzeugung jeweils eines Gießproduktes aufweist, wobei der Pralltopf mindestens einer der vorgenannten Ausführungen entspricht.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorgenannten Ausführungen des Pralltopfes verwiesen, wobei sich die entsprechenden Vorteile auch im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zum Vergießen einer metallischen Schmelze zur Erzeugung eines Gießproduktes ergeben.
Der dritte Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen einer metallischen Schmelze zur Erzeugung eines Gießproduktes, wobei eine Vorrichtung nach einer der vorgenannten Ausführungen verwendet wird.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird ein Inertgas als Gas verwendet. Vorzugsweise wird Argon als Gas verwendet, weil es nicht reaktiv und günstig zu beziehen ist. Denkbar wäre es auch, andere Gase zu verwenden, wie beispielsweise Stickstoff, um eine gezielte Reaktion mit der metallischen Schmelze zu ermöglichen, die in der Weiterverarbeitung zum Produkt verbesserte und/oder neue Material- und/oder Anwendungseigenschaften ermöglicht.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf das Vorgenannte verwiesen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
Figur 1) eine perspektivische Darstellung eines Pralltopfes,
Figur 2) eine Draufsicht des in Fig. 1) gezeigten Pralltopfes und
Figur 3) ein simuliertes Verfahren in Zusammenhang mit einer schematischen
Teilansicht einer Vorrichtung in perspektivischer Darstellung.
Figur 1) zeigt einen Pralltopf (1) in einer perspektivischen Darstellung für ein Gießbehältnis (14) zum Vergießen von metallischen Schmelzen (11), mit einer eine Prallfläche (1.1) umgebenden Wandung (1.2), welche in Verbindung mit der Prallfläche (1.1) ein offenes Volumen (2) innerhalb des Pralltopfes (1) definiert, in welches metallische Schmelze (11) eingegossen wird, mit mindestens einem, insbesondere außenseitig an dem Pralltopf (1) angeordneten Anschluss (3) zur Anbindung an mindestens eine gasfördernde Leitung, hier nicht dargestellt, wobei der Anschluss (3) mit mindestens einer Öffnung (4, 5) gasleitend verbunden ist, aus welcher Gas, insbesondere nach außen ausleitbar ist, wobei die mindestens eine Öffnung (4, 5) in Richtung des offenen Volumens (2) zum Ausströmen eines Gases, symbolisiert durch die Pfeile, weist. Die Öffnung bzw. Öffnungen (4) sind vorzugsweise in der Prallfläche (1.1) vorgesehen. Die Öffnung (4) ist vorzugsweise in Form einer Düse ausgebildet, wobei die Öffnungen (4) in einem Bereich (1.4) umlaufend um den Mittenbereich (1.3) der Prallfläche (1) angeordnet sind (Figur 2). Die Öffnung (4, 5) in Form einer Düse weist einen Durchmesser zwischen d=0,2 bis 10 mm, vorzugsweise zwischen d=0,5 bis 5 mm, weiter bevorzugt zwischen d=l bis 3 mm auf. Alternativ oder kumulativ und hier nicht dargestellt können die Öffnungen (4) im Wesentlichen deterministisch in der Prallfläche (1.1) verteilt oder nur im Mittenbereich (1.3) der Prallfläche (1.1) vorgesehen sein. Des Weiteren kann mindestens eine Öffnung (5) insbesondere mehrere Öffnungen kumulativ oder alternativ in der Wandung (1.2) des Pralltopfes (1) vorgesehen sein (Figur 1). Der Pralltopf (1) ist eckig, wobei auch andere Geometrien denkbar sind, ausgebildet und kann an seinen Flächen (1.1, 1.21) Riefen und/oder erhabene Strukturen (1.22) aufweisen.
In Figur 3) ist eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung (10) zum Vergießen einer metallischen Schmelze (11) zur Erzeugung eines Gießproduktes in perspektivischer Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung umfasst ein Gießgefäß (12) zur Aufnahme einer metallischen Schmelze (11), welches mit einem Schattenrohr (13) verbunden ist, über welches ein Gießbehältnis (14) mit metallischer Schmelze (11) gefüllt wird. Unterhalb des Schattenrohrs (13) ist ein Pralltopf (1) in dem Gießbehältnis (14), insbesondere auf dem Boden (14.1) des Gießbehältnisses (14) angeordnet und der Pralltopf (1) ist dem über das Schattenrohr (13) eintretenden Gießstrahl, symbolisiert durch die Pfeile, ausgesetzt. Das Gießbehältnis weist mindestens eine Ausgießöffnung, hier nicht dargestellt, zur Befüllung einer mit dem Gießbehältnis in Verbindung stehenden Kokille, hier nicht dargestellt, mit metallischer Schmelze zur Erzeugung eines Gießproduktes auf. Ist die Vorrichtung (10) vorzugsweise Teil einer Stranggießanlage mit zwei Gießsträngen, so weist das Gieß- behältnis (14) zwei Ausgießöffnungen zur Befüllung jeweils einer Kokille, hier nicht dargestellt, mit metallischer Schmelze (11) zur Erzeugung jeweils eines Gießproduktes auf, wobei das Schattenrohr (13) mittig zum Einfüllen der metallischen Schmelze (11) in das Gießbehältnis (14) angeordnet ist, um zu vermeiden, das Gasblasen (15) in Richtung der Ausgießöffnungen gelangen bzw. im zu erzeugenden Gießprodukt wiederzufinden sind. Als metallische Schmelze (11) wird vorzugsweise eine Stahlschmelze verwendet. Durch das Fluten des offenen Volumens (2) eines Pralltopfes (1) mit Gasblasen (15) respektive eines Gasblasenschwarms (15) kann der Impuls respektive die Energie sowie die Turbulenz des eintretenden Gießstrahles, symbolisiert durch die Pfeile in Figur 3), vorteilhaft und effektiv ausgenutzt werden. Die Interaktion zwischen den Gasblasen (15) und des Gießstrahls kann infolge der Scherwirkung den Durchmesser der aus den Öffnungen (4, 5) ausströmenden Gasblasen (15) weiter reduzieren. Die im Aufprallbereich (1.3, 1.4) vorherrschenden hohen Turbulenzen führen zu einer höheren Stoßwahrscheinlichkeit zwischen den Gasblasen (15) und den oxidischen Begleitelementen bzw. zwischen den oxidischen Begleitelementen untereinander, wodurch es zu einer häufigeren Vereinigung zwischen Gasblasen und oxidischen Begleitelementen, bzw. zwischen den oxidischen Begleitelementen zur Erzeugung eines Clusters, kommt, wodurch die Dichte durch die Vereinigung des Gasblasen- Begleitelement-Gebildes bzw. Gasblasen-Begleitelementclusters-Gebildes reduziert wird, was wiederrum zu einem schnelleren Aufstieg zur Schmelzenoberfläche (11.1) und damit besseren Abscheidung in der Schlacke (11.2) an der Schmelzenoberfläche (11.1) führt. Argon wird als bevorzugtes Gas verwendet, da es insbesondere eine geringere Dichte in der Stahlschmelze im Vergleich zu den anderen Inertgasen aufweist und dadurch im Umfeld des Schattenrohres (13), insbesondere mit eingeschlossenem oxidischen Begleitelemente bzw. Begleitelementcluster schneller aufsteigen kann.
Im Rahmen der in Figur 3) gezeigten Simulation wurde die Effektivität des erfindungsgemäßen Pralltopfes am Beispiel der in Figur 2) gezeigten Ausführung untersucht, mit dem Unterschied, dass keine Öffnung in der Wandung vorgesehen war. Der Pralltopf (1) wies 28 Öffnungen (4) in Düsenform mit jeweils einem Durchmesser von d=3 mm in dem den Mittenbereich (1.3) umlaufenden Bereich (1.4) auf. Der Pralltopf (1) wies von jeder Seite von außen jeweils einen Anschluss auf, welcher jeweils mit an der jeweiligen Seite angeordneten Öffnungsreihe gasleitend in Verbindung stand. Die Anschlüsse waren mit vier Zuleitungen (gasfördernde Leitung) verbunden, welche im Gießgefäß verlegt waren. In der Praxis würden die Zuleitungen durch eine Rieselmasse bedeckt und geschützt werden, um diese nicht durch den rauen Einfluss der Stahlschmelze zu zerstören. Die Argonmenge betrug 9,82 E-5 kg/s bei einem Argonvolumenstrom von 11,784 1/min. Die Austrittsgeschwindigkeit pro Öffnung (4) betrug ca. 1 m/s und es wurden etwa 13.900 Blasen/s erzeugt. Der Reinheitsgrad der untersuchten Stahlschmelze im Vergleich zum bisher bekannten Stand der Technik konnte um mindestens 10%, insbesondere um mindestens 15% verbessert bzw. erhöht werden.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sowie auf die Ausführungen in der allgemeinen Beschreibung beschränkt, vielmehr können auch nur Öffnungen in der Wandung des Pralltopfes vorgesehen sein und/oder auch die Durchmesser der Öffnungen unterschiedlich und nicht unbedingt konstant sein. Bei Kenntnis des Aufprallbereichs des eintretenden Gießstrahls, beispielsweise bedingt durch das Öffnen und/oder Schließen eines Verschlusssystems, beispielsweise eines Schiebers des Schattenrohrs, kann durch das geschickte Vorsehen der Öffnungen maximaler Einfluss auf den makroskopischen Reinheitsgrad der metallischen Schmelze genommen werden. Auch die Wandung muss nicht unbedingt durchgehend ausgeführt sein. Sie kann in vielfältiger Weise Unterbrechungen, Strömungsdurchlässe und/oder andere Strömungsbegünstigende geometrische Strukturen aufweisen.
Bezugszeichenliste
Pralltopf
Prallfläche
Wandung
Fläche Wandung in Richtung offenes Volumen
Riefen und/oder erhabene Strukturen
Mittenbereich der Prallfläche
Bereich umlaufend um Mittenbereich offenes Volumen im Pralltopf
Anschluss für Zuleitung
Öffnung in Prallfläche, Düse
Öffnung in Wandung, Düse
Vorrichtung zum Vergießen
metallische Schmelze, Stahlschmelze
Schmelzenoberfläche
Schlacke an Schmelzenoberfläche
Gießgefäß
Schattenrohr
Gießbehälter
Boden des Gießbehälters
Gasblasen, Gasblasenschwarm
Durchmesser Öffnung, Düse

Claims

Patentansprüche
1. Pralltopf (1) für ein Gießbehältnis zum Vergießen von metallischen Schmelzen,
mit einer eine Prallfläche (1.1) umgebenden Wandung (1.2), welche in Verbindung mit der Prallfläche (1.1) ein offenes Volumen (2) innerhalb des Pralltopfes (1) definiert, in welches metallische Schmelze eingegossen wird, mit mindestens einem an dem Pralltopf (1) angeordneten Anschluss (3) zur Anbindung an mindestens eine gasfördernde Leitung, wobei der Anschluss (3) mit mindestens einer Öffnung (4, 5) gasleitend verbunden ist, aus welcher Gas ausleitbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Öffnung (4, 5) in Richtung des offenen Volumens (2) zum Ausströmen eines Gases weist.
2. Pralltopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine oder mehrere Öffnungen (4) in der Prallfläche (1.1) vorgesehen sind.
3. Pralltopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (4, 5) in Form einer Düse mit einem Durchmesser von zwischen d=0,2 bis 10 mm ausgebildet ist.
4. Pralltopf nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Öffnung (5) alternativ oder kumulativ in der Wandung (1.2) vorgesehen ist.
5. Pralltopf nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pralltopf (1) rund, oval oder eckig ausgebildet ist.
6. Pralltopf nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pralltopf (1) an seinen Flächen (1.1, 1.21) in Richtung offenes Volumen (2) Riefen und/oder erhabene Strukturen (1.22) aufweist.
7. Vorrichtung (10) zum Vergießen einer metallischen Schmelze (11) zur Erzeugung eines Gießproduktes, umfassend ein Gießgefäß (12) zur Aufnahme einer metallischen Schmelze (11), welches mit einem Schattenrohr (13) verbunden ist, über welches ein Gießbehältnis (14) mit metallischer Schmelze (11) gefüllt wird, wobei ein Pralltopf
(I) in dem Gießbehältnis (14) unterhalb des Schattenrohrs (13) angeordnet ist und dem eintretenden Gießstrahl ausgesetzt ist, das Gießbehältnis (14) mindestens eine Ausgießöffnung zur Befüllung einer mit dem Gießbehältnis in Verbindung stehenden Kokille mit metallischer Schmelze (11) zur Erzeugung eines Gießproduktes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Pralltopf (1) gemäß mindestens einem der voranstehenden Ansprüchen ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießbehältnis (14) zwei Ausgießöffnungen zur Befüllung jeweils einer Kokille mit metallischer Schmelze
(II) zur Erzeugung jeweils eines Gießproduktes aufweist.
9. Verfahren zum Vergießen einer metallischen Schmelze (11) zur Erzeugung eines Gießproduktes, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8 verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas ein Inertgas, insbesondere Argon verwendet wird.
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