LU85381A1 - DRIVING FOR FEEDING A METAL MELT - Google Patents
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Description
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Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze —--------- - .....—Process for feeding molten metal —--------- - .....—
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen einer 5 Metallschmelze durch zumindest einen Durchlasskanal einer Düse mit ggf. einem Düsenmundstück in einen Giessspalt zwischen Walzen, Kokillen, Bänder od.dgl. einer Giessmaschine, sowie eine Düse hierfür.The invention relates to a method for feeding a molten metal through at least one passage channel of a nozzle, possibly with a nozzle mouthpiece, into a casting gap between rollers, molds, belts or the like. a casting machine and a nozzle therefor.
10 Eines der schwierigsten Probleme beim kontinuierlichen Giessen, insbesondere von Eisen- und Nichteisenmetallen bietet die Zuführdüse, mit welcher das flüssige Metall in den Giessspalt zwischen beispielsweise zwei Walzen oder Raupenkokillen eingegeben wird. Gerade bei letztgenannter 15 Giessmaschine werden verhältnismässig dünne Bänder, z. B. von 20 mm Dicke und darunter, gegossen. Das wiederum bedeutet, dass die Düse, insbesondere im Bereich des Düsenmundstücks verhältnismässig gering dimensioniert sein muss.10 One of the most difficult problems in continuous casting, especially of ferrous and non-ferrous metals, is the feed nozzle, which is used to insert the liquid metal into the casting gap between, for example, two rollers or caterpillars. Especially in the case of the last 15 casting machine, relatively thin strips, e.g. B. 20 mm thick and below. This in turn means that the nozzle, particularly in the area of the nozzle mouthpiece, must be of relatively small dimensions.
20 Wesentliche Gefahren für die Düse kommen einmal von den sehr hohen Temperaturen des durchfliessenden Metalls. Es gibt nur wenig Werkstoffe, welche einer Erosion oder Auflö-* sung im Metall widerstehen. Unter den wenigen Werkstoffen, die diesen Forderungen entsprechen, ist Graphit zu nennen. 25 Doch Graphit bietet 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.20 Significant dangers for the nozzle come from the very high temperatures of the metal flowing through. There are only a few materials that resist erosion or * dissolution in the metal. Graphite is one of the few materials that meet these requirements. 25 But 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.
30 Ein weiterer feuerfester Werkstoff ist eine Mischung von fl 30 % Diatomeenerde (praktisch reine Kieselsäure in Form von mikrosk.opischen Zellen) , 30 % lange Asbestfasern, 20 % « - 2 - * Natriumsilikat (Trockengemisch) und 20 % Kalk (zur Bildung von Kalziumsilikat). Eine derartige Düse findet in der Regel beim Vergiessen von Aluminium Anwendung, während beim Giessen von Stahl meist Düsen aus Zr02 oder ZrSi04 verwen-5 det werden.Another refractory material is a mixture of fl 30% diatomaceous earth (practically pure silica in the form of microscopic optical cells), 30% long asbestos fibers, 20% «- 2 - * sodium silicate (dry mixture) and 20% lime (to form Calcium silicate). Such a nozzle is generally used for casting aluminum, while nozzles made of Zr02 or ZrSi04 are mostly used for casting steel.
Die Düse muss aber nicht nur den thermischen Beanspruchungen widerstehen, die sich durch die Temperaturen des Giessmetalls ergeben, sondern gleichermassen dem daraus resul-10 tierenden chemischen Angriff sowie den mechanischen Einwirkungen infolge von Schwingbewegungen der Kokille oder Walze und Verbiegungen der Düse infolge des relativ hohen Gewichts der hindurchfliessenden Schmelze. Gerade dieses Durchbiegen führt zu einem Reiben, insbesondere des Düsen-15 mundstücks an der Walze oder der Kokillenwandung und damit zu einem Zerstören der Düse.However, the nozzle not only has to withstand the thermal stresses that result from the temperatures of the cast metal, but also the resulting chemical attack and the mechanical effects resulting from oscillating movements of the mold or roller and bending of the nozzle due to the relatively high weight the melt flowing through it. It is precisely this bending that leads to rubbing, in particular of the nozzle mouthpiece on the roller or the mold wall, and thus to destruction of the nozzle.
Durch die CH-PS 508 433 ist eine Zuführdüse bekannt geworden, die in der Nähe des Aussenrandes des Mundstücks aussen 20 auf ihrem ganzen Umfang mit Einlagen aus einem selbstschmierenden Werkstoff versehen ist. Diese Einlagen stehen gerade soweit aus der Oberfläche des Mundstückes hervor, dass jede direkte Berührung der Düsenoberfläche mit den Kokillenhälften und ein Eindringen von Schmelze in das Spiel 25 zwischen Mundstück und Kokillenhälfte verhindert wird. In der Praxis wurde jedoch als Nachteil empfunden, dass Reib-- spuren der Graphiteinsätze "aktivierte" Streifen darstel len, die eine schroffere Erstarrung aufweisen und dementsprechend ungleichmässiges Gussgefüge, oft auch Oberflä-*30 chenrisse, verursachen. Zur Verminderung dieser Nachteile Jf bei der mechanischen Beanspruchung der Düse, insbesondere - 3 - « des Düsenmundstücks, ist aus der Schweizer Patentanmeldung 3010/83 ein Verfahren bekannt, mittels dessen der Abstand des Düsenkörpers von den Walzen, Kokillen, Bänder od.dgl. beim Betrieb der Giessmaschine bestimmt wird. Beispielswei-5 se befinden sich in dem Düsenkörper Luftkanäle, welche in den Zwischenraum zwischen Düse bzw. Düsenmundstück und Walze, Kokille oder Band einmünden. Infolge von Luftzugabe durch die Luftkanäle wird in dem Zwischenraum ein sog. hydrodynamisches Paradoxon aufgebaut, welches verhindert, 10 dass das Düsenmundstück in Berührung mit der Walze, Kokille oder dem Band kommt.From CH-PS 508 433, a feed nozzle has become known which, in the vicinity of the outer edge of the mouthpiece 20, is provided on its entire circumference with inserts made of a self-lubricating material. These deposits protrude from the surface of the mouthpiece just enough to prevent any direct contact between the nozzle surface and the mold halves and the penetration of melt into the play 25 between the mouthpiece and the mold half. In practice, however, it was perceived as a disadvantage that traces of friction of the graphite inserts represent "activated" strips, which have a more rugged solidification and accordingly cause uneven cast structures, often also surface cracks. To reduce these disadvantages Jf in the mechanical stress of the nozzle, in particular the nozzle mouthpiece, a method is known from Swiss patent application 3010/83 by means of which the distance of the nozzle body from the rollers, molds, belts or the like. is determined during the operation of the casting machine. For example, there are air channels in the nozzle body which open into the space between the nozzle or nozzle mouthpiece and the roller, mold or belt. As a result of the addition of air through the air channels, a so-called hydrodynamic paradox is built up in the intermediate space, which prevents the nozzle mouthpiece from coming into contact with the roller, mold or belt.
Ein weiteres Problem bildet das sog. Hinterfliessen der Düse durch die aus der Düse austretende Metallschmelze. Die 15 aus der Düse austretende Metallschmelze bildet im Bereich zwischen Austrittsöffnung und dem ersten Kontakt mit den mitlaufenden Wandungen der Walze, Kokille, des Bandes od. dgl. einen Krümmungsradius, welche im wesentlichen von der Oberflächenspannung des Metalls, dem metallostatischen 20 Druck, mit dem das Metall aus der Düse austritt, und der Geschwindigkeit der mitlaufenden Wandungen der entsprechen-___den Giessmaschinenteile abhängt. Hierbei kann es auch infolge einer frühzeitigen Erstarrung des Metalls zu einem Rückstau kommen, welcher bewirkt, dass das Metall das Dü-25 senmundstück hinterfliesst. Diese Erscheinung ist sehr unangenehm, da sie den Ablauf des kontinuierlichen Giessens wesentlich stört und auch das Zusammenspiel von Düsenmundstück und Giessmaschine behindert.Another problem is the so-called backflow of the nozzle due to the molten metal emerging from the nozzle. The 15 molten metal emerging from the nozzle forms a radius of curvature in the area between the outlet opening and the first contact with the moving walls of the roller, mold, belt or the like, which essentially depends on the surface tension of the metal, the metallostatic pressure, with the the metal emerges from the nozzle, and the speed of the moving walls depends on the corresponding parts of the casting machine. This can also lead to a backflow due to premature solidification of the metal, which causes the metal to flow behind the nozzle mouthpiece. This phenomenon is very unpleasant because it significantly interferes with the continuous casting process and also interferes with the interaction of the nozzle mouthpiece and the casting machine.
30 Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie eine Düse der obengenannten Art zu entwickeln, mittels wel-30 The inventor has set itself the goal of developing a method and a nozzle of the type mentioned above, by means of which
Al - 4 - « ' chem bzw. welcher ein Hinterfliessen der Düse verhindert wird und gleichzeitig ggf. das obenbeschriebene Reiben der Düse an der Kokillenwand od.dgl. vermieden wird. Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass in einem Zwischenraum zwischen 5 der Düse bzw. dem Düsenmundstück und den Walzen, Kokillen, ' Bänder od.dgl. ein Luftkissen aufgebaut wird, mittels des sen ein Krümmungsradius der Metallschmelze zwischen einer Auslassöffnung des Düsenmundstückes und einem Kontaktpunkt der Schmelze mit der Walze, Kokille, dem Band od.dgl. be-10 einflusst wird. Dabei können die in der obengenannten schweizerischen Patentanmeldung 3010/83 beschriebenen Vorteile des hydrodynamischen Paradoxons mit den jetzt erzielten Vorteilen der Verhinderung des Hinterfliessens der Düse gekoppelt werden.Al - 4 - "'chem or which prevents the nozzle from flowing behind and at the same time, if necessary, the above-described rubbing of the nozzle on the mold wall or the like. is avoided. The solution to this problem is that in an intermediate space between 5 of the nozzle or nozzle mouthpiece and the rollers, molds, strips or the like. an air cushion is built up, by means of which a radius of curvature of the molten metal between an outlet opening of the nozzle mouthpiece and a contact point of the melt with the roller, mold, the belt or the like. be-10 is influenced. The advantages of the hydrodynamic paradox described in the above-mentioned Swiss patent application 3010/83 can be coupled with the advantages now achieved of preventing the nozzle from flowing behind.
1515
Eine Düse zur Durchführung des Verfahrens ist in ihrer oberen und/oder unteren Düsenwand mit Luftkanälen durchsetzt, welche in einen Zwischenraum zwischen Düse bzw. Düsenmundstück und Walze, Kokille, Band od.dgl. einmünden, und dort 20 ein Luftkissen mit einem bestimmten Druck ausbilden. DieserA nozzle for performing the method is penetrated in its upper and / or lower nozzle wall with air channels which or the like in an intermediate space between the nozzle or nozzle mouthpiece and roller, mold, belt. flow into, and there 20 form an air cushion with a certain pressure. This
Druck des Luftkissens wirkt auf einen Krümmungsradius der ein.Wort hinzu- Druck gefügt jj aus dem Düsenmundstück unter einem métallostatischen aus- TD tretenden Metallschmelze mit einer Oberflächenspannung und t/ verändert ihn.Pressure of the air cushion acts on a radius of curvature which adds a word - pressure jj from the nozzle mouthpiece under a metallostatic emerging metal melt with a surface tension and t / changes it.
2525th
Findet eine Düse in der Form Anwendung, wie sie in der , Schweizerischen Patentanmeldung 3010/83 beschrieben ist, sind die Luftkanäle bevorzugt in die metallischen Düsenversteifungsstücke eingelassen.If a nozzle is used in the form as described in Swiss patent application 3010/83, the air channels are preferably embedded in the metallic nozzle stiffening pieces.
i ψ \ - 5 -i ψ \ - 5 -
Das flüssige Metall, das mit einem bestimmten Druck pmet, gegeben durch den statischen und dynamischen Druck nach Bernoulli, aus der Auslassöffnung in dem Düsenmundstück austritt, würde einen Krümmungsradius R= ^/Pmet erzeugen, 5 wobei G> die Oberflächenspannung des flüssigen Metalls ist. Durch das Luftkissen wird ein Gegendruck p erzeugt, „ woraus sich ein Krümmungsradius der Schmelze, nämlich R = ^>/(Pmet “ P) einstellt. Damit kann der Zwischenraum zwischen Düse und Walze, Kokille, Band od. dgl. im Bereich des 10 Düsenmundstücks von vorneherein vergrössert werden, ohne dass das Metall die Düse hinterfliesst. Damit wird auch die Gefahr verringert, dass die Düse an der Walze, Kokille oder dem Band reibt.The liquid metal, which pmet at a certain pressure, given by the static and dynamic pressure according to Bernoulli, emerges from the outlet opening in the nozzle mouthpiece, would produce a radius of curvature R = ^ / Pmet, 5 where G> is the surface tension of the liquid metal. A counter pressure p is generated by the air cushion, “which results in a radius of curvature of the melt, namely R = ^> / (Pmet” P). The space between the nozzle and roller, mold, belt or the like can thus be enlarged from the outset in the region of the nozzle mouthpiece without the metal flowing behind the nozzle. This also reduces the risk of the nozzle rubbing against the roller, mold or belt.
v 15 Weiterhin hat das Luftkissen den Vorteil, dass es die Kühlung des Metalls bereits vor dessen Berührung mit der Walze, Kokille oder dem Band einleitet und so beschleunigt.v 15 The air cushion also has the advantage that it initiates the cooling of the metal before it comes into contact with the roller, mold or belt and thus accelerates it.
Als für den Aufbau des Luftkissen verwendetes Gas wird be-20 vorzugt ein Inertgas durch die Luftkanäle in den Zwischenraum geführt. Dabei bietet sich insbesondere Argon an, welches wiederum den Vorteil mit sich bringt, dass die Oberflächenoxidation des flüssigen Metalls nach dem Austritt aus der Düse verringert wird.As the gas used for the construction of the air cushion, an inert gas is preferably passed through the air channels into the intermediate space. Argon is particularly suitable here, which in turn has the advantage that the surface oxidation of the liquid metal is reduced after it emerges from the nozzle.
2525th
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ' ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines be vorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen schematisch dar-30 gestellten, quergeschnittenen Ausschnitt eines Düsenmund-J Stücks 1 in Gebrauchslage zwischen zwei mitlaufenden Kokil-τΓ lenbänder 2- und 3 einer nicht näher gezeigten Raupenkokil- m i - 6 - % le. Das Düsenmundstück 1 weist eine obere Düsenwand 4 und eine untere Düsenwand 5 auf, zwischen denen sich ein Durchlasskanal 6 zur Führung einer Schmelze 7 eines flüssigen Metalls befindet. Diese Schmelze 7 tritt aus einer Auslass-5 Öffnung 8 aus dem Düsenmundstück 1 aus und gelangt zwischen « die beiden Kokillenbänder 2 und 3, wobei sie in Berührung mit gekühlten Kokillenwandungen 9 und 10 kommt. Die Kühlung bewirkt, dass kurz nach der Berührung die Schmelze von aussen her zu einer Metallschicht 11 zu erstarren beginnt.Further advantages, features and details of the invention 'result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing; in its single figure, this shows a schematically illustrated, cross-sectioned section of a nozzle-mouth piece 1 in the position of use between two co-rotating Kokil-τΓ lenband 2- and 3 of a caterpillar Kokil- i - 6 -% le. The nozzle mouthpiece 1 has an upper nozzle wall 4 and a lower nozzle wall 5, between which there is a passage channel 6 for guiding a melt 7 of a liquid metal. This melt 7 emerges from an outlet opening 8 from the nozzle mouthpiece 1 and passes between the two mold belts 2 and 3, coming into contact with cooled mold walls 9 and 10. The cooling causes the melt to solidify from the outside into a metal layer 11 shortly after contact.
1010th
Je nach der Geschwindigkeit der mitlaufenden Bänder 2 und 3 im Verhältnis zu der der austretenden Schmelze 7 und nach der Oberflächenspannung des flüssigen Metalls kann ein Kontaktpunkt 12 der Schmelze 7 mit der Wandung 9 bzw. 10 wei-15 ter oder näher zu der Austrittsöffnung 8 liegen. Dabei bleibt in der Regel die Geschwindigkeit der Bänder 2 und 3 konstant, während die Geschwindigkeit der Schmelze 7 von einem metallostatischen Druck pmet abhängt. Ein Krümmungsradius r eines gedachten Kreisbogens zwischen Austrittsöff-20 nung 8 und Kontaktpunkt 12 bestimmt sich dann im wesentlichen nach dem Verhältnis der Oberflächenspannung Θ' zu dem metallostatischen Druck pmet* In äen Düsenwänden 4 und 5 sind weiterhin Luftkanäle 14 angeordnet, welche durch Bohrungen 15 in den Zwischenraum J zwischen Kokillenwand 9, 25 12 und Mundstück 1 münden. Durch die eingeführte Luft wird in dem Innenraum J ein Luftkissen ausgebildet, welches den “ Krümmungsradius r beeinflusst und zwar etwa nach dem Ver hältnis von Oberflächenspannung (q zu metallostatischen Druck pmet abzüglich der Druckes p des Luftkissens.Depending on the speed of the moving belts 2 and 3 in relation to that of the emerging melt 7 and on the surface tension of the liquid metal, a contact point 12 of the melt 7 with the wall 9 or 10 may be further or closer to the outlet opening 8 . The speed of the belts 2 and 3 usually remains constant, while the speed of the melt 7 depends on a metallostatic pressure pmet. A radius of curvature r of an imaginary circular arc between outlet opening 8 and contact point 12 is then essentially determined according to the ratio of the surface tension zu 'to the metallostatic pressure pmet *. Air channels 14 are also arranged in the nozzle walls 4 and 5, which pass through holes 15 in the space J between the mold wall 9, 25 12 and mouthpiece 1 open. The air introduced creates an air cushion in the interior J, which influences the radius of curvature r, approximately according to the ratio of surface tension (q to metallostatic pressure pmet minus the pressure p of the air cushion.
3030th
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