WO2012062414A1 - Bodenausgussdüse für die anordnung im boden eines metallurgischen gefässes - Google Patents

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WO2012062414A1
WO2012062414A1 PCT/EP2011/005373 EP2011005373W WO2012062414A1 WO 2012062414 A1 WO2012062414 A1 WO 2012062414A1 EP 2011005373 W EP2011005373 W EP 2011005373W WO 2012062414 A1 WO2012062414 A1 WO 2012062414A1
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gas
housing
tight
bodenausgussdüse
nozzle
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PCT/EP2011/005373
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Inventor
Martin Kendall
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Heraeus Electro-Nite International N.V.
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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
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-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
    • B22D41/58—Pouring-nozzles with gas injecting means

Definitions

  • the invention relates to a Bodenausgussdüse for the arrangement in or at the bottom of a metallurgical vessel, with an upper, preferably provided for connection to a metallurgical vessel or to a slide closure of a metallurgical vessel end and with a lower end, wherein disposed between the two ends of a flow channel is with at least one arranged at the lower end lower spout opening, wherein the radially outwardly facing wall of the flow channel is surrounded by a gas-tight housing. Furthermore, the invention relates to a method for operating a Bodenausgussdüse.
  • the liquid metal from a metallurgical vessel is ultimately poured into a casting mold.
  • a metallurgical vessel may be a ladle (also called ladle) or a so-called distributor (also called tundish or tundish).
  • the liquid metal is poured into the distributor and from this distributor in a casting mold of a continuous casting plant. It flows through a arranged in the bottom of the ladle or the distributor Bodenausgussdüse (a so-called Nozzle).
  • a disadvantage is the adhesion of material to the wall of the Bodenausgussdüse, which accumulates during the flow. As a result, the opening cross-section decreases, so that the flow conditions and thus the steel quality are adversely affected, among other things by turbulence. The accumulated material can break off and cause inclusions that affect the steel quality.
  • an inert gas such as argon is often introduced into the flow channel.
  • too large quantities of gas can also damage the steel
  • CONFIRMATION COPY quality for example, by the formation of cavities in the steel, which lead to surface damage during rolling of the steel.
  • a material for a floor spout nozzle is described, for example, in WO 2004/035249 A1.
  • a bottom pour nozzle within a metallurgical vessel is disclosed in KR 2003-0017154A or in US 2003/0116893 A1.
  • inert gas with the aim to reduce the adhesion of material to the inner wall of the floor spout nozzle (so-called clogging), similar to that described in JP 2187239.
  • a mechanism with a gas supply regulation from WO 01/56725 A1 is quite well known. Nitrogen is supplied according to Japanese Publication JP 8290250.
  • JP 3193250 discloses a method for observing adherence of material by means of a plurality of temperature sensors arranged longitudinally of the bottom pouring nozzle.
  • the introduction of inert gas into the interior of the floor spout nozzle is also known, inter alia, from JP 2002210545, JP 61206559, JP 58061954 and JP 7290422.
  • a bottom pour spout for placement in the bottom of a metallurgical vessel, with an upper, preferably for connection to a metallurgical vessel or to a gate valve of a metallurgical vessel provided end and with a lower end, wherein a flow passage is arranged between the two ends, with at least one lower spout opening arranged at the lower end, wherein the radially outwardly facing (refractory) wall of the flow channel is surrounded by a gas-tight housing, can be achieved that not only the circumference of the bottom spout nozzle,
  • the radially outwardly facing wall of the flow channel is surrounded by a gas-tight housing, but in that the housing of the Bodenausgussdüse gas-tight surrounds the lower end with the at least one spout opening.
  • Under gas-tight is of course no absolute freedom from leaks to understand, but that the penetration of gas, mainly atmospheric oxygen and nitrogen, is substantially prevented or
  • the bottom spout nozzle, the spool valve (or stopper rod closure), and another top nozzle surrounded by a housing and disposed in the bottom of the metallurgical vessel above the spool valve are gas-tightly interconnected are and thus represent a system of a completely sealed nozzle assembly.
  • a method of operating a bottom pouring nozzle for example using the bottom pouring nozzle according to the invention described above, characterized in that the bottom pouring nozzle is arranged on a slide valve or a stopper bar closure of a metallurgical vessel and before opening the slide valve or the stopper bar closure the bottom nozzle is either a vacuum generated or an inert gas purging with subsequent generation of an inert gas excess or an overpressure and then that the slide valve or the stopper rod closure are opened.
  • Argon may preferably be used as the inert gas.
  • oxygen from the Bodenausgussdüse is at least partially removed, that generates an oxygen deficiency or a low oxygen partial pressure.
  • the overpressure or the vacuum (negative pressure) consists in the complete volume within the gas-tight housing.
  • the term "in the floor spout nozzle" thus means the space inside the housing or the outer wall and including the internal volume and the pores of the entire spout channel.
  • this underpressure or overpressure also exists in the flow channel.
  • the housing melts when it comes into contact with the molten steel in the region of at least one spout opening, so that the molten steel can flow into the underlying container .
  • the bottom spout nozzle can be operated either under vacuum or under inert gas.
  • bottom pour nozzles is the so-called immersion nozzle, referred to in the art as SEN or SES (Submerged Enty Nozzle or Submerged Entry Shroud).
  • SEN Immersion nozzle
  • SES Submerged Enty Nozzle or Submerged Entry Shroud
  • the housing can have a plurality of housing parts connected to one another in a gas-tight manner, preferably one above the other.
  • the housing is formed of metal, such as steel, so that it is sufficiently resistant and yet melts upon contact with the molten steel.
  • the metal of the case will vary depending on the application selected to be melted by the metal in the melt-receiving vessel.
  • the housing has a lower housing part formed from steel, which surrounds at least the lower end gas-tight with the at least one spout opening and that there is arranged over a formed as an integral part of the wall gas-tight housing part, that is, the spout opening of a Art cap is closed, while the overlying circumference (the wall) of the Bodenausgussdüse a gas-tight layer, in particular surface, which is considered in the context of the invention as a housing part.
  • the housing has a lower housing part formed from steel, which is inserted gas-tight into the lower end with the at least one spout opening and that a gas-tight housing part is arranged as an integral part of the wall above, so that the spout opening through a plug is closed, whereby the outer periphery of the Bodenausgussdüse including the plug has a gas-tight layer, in particular surface, which is considered including the plug as a housing part in the context of the invention.
  • a layer of a separating material such as a paper wrapper known to those skilled in the art, to prevent the adhesion of slag or debris typically present on the surface of the dipped portion of the metal casing and accelerate the melting of that casing ,
  • a getter material preferably of at least one metal from the group silicon, calcium, titanium, aluminum, magnesium or zirconium is arranged. This can still be bound in the housing existing free oxygen.
  • the refractory material of the wall may have a low porosity of 2 to 13%, preferably less than 10%.
  • Such material for example, carbon-impregnated alumina-graphite material, may constitute a sufficient seal in the sense of the invention.
  • Standard refractory material has a porosity of more than 16%.
  • a heater is arranged to preheat the Bodenausgussdüse before use and to avoid or reduce temperature shocks.
  • a layer of a separating material is disposed around the outer surface of the bottom pour nozzle.
  • a separating material such as paper
  • the outer surface of the wall at the upper end, below the gas-tight housing is surrounded by an insulating cement seal, wherein the cement seal preferably contains a heat-resistant castable cement, preferably with at least one of the group alumina, aluminum silicate, magnesium oxide .
  • the outer circumference of the wall at the lower end, below the gas-tight housing is surrounded by an insulating material, in particular ceramic paper or fiber webs of ceramic fibers.
  • the insulating material may be disposed immediately below the cement seal.
  • gas channels are arranged below the gas-tight housing, in particular between the gas-tight housing and the wall, in the longitudinal direction of the nozzle.
  • a slide gate valve according to the invention for use with a bottom pouring nozzle and in particular for use with a bottom pour nozzle defined above, which contains a gas-tight outer casing, is characterized in that the gas-tight casing contains at least one gas inlet and at least one gas outlet.
  • the at least one gas inlet may be used to pump inert gas such as argon into the housing and the at least one gas outlet may be used to create a vacuum within the housing.
  • a negative pressure is generated if there was an overpressure before opening.
  • the reduced pressure is 1 to 1013 mbar, in particular 150 to 1013 mbar
  • the overpressure is 1013 to 1500 mbar or more, that is, the overpressure is above atmospheric pressure.
  • first a vacuum (negative pressure) can be generated and later, after opening, an inert gas overpressure.
  • Fig. 1 is a Bodenausgussdüse for a distributor
  • Fig. 2 shows another Bodenausgussdüse for a distributor
  • Fig. 3 shows a third variant of a Bodenausgussdüse for a distributor
  • Fig. 4 is a Bodenausgussdüse for a ladle
  • Fig. 5 shows another bottom spout nozzle for a ladle
  • Fig. 6 shows the arrangement of a Bodenausgussdüse on a manifold
  • Fig. 7 shows the arrangement of a Bodenausgussdüse on a ladle.
  • the bottom nozzle shown in Fig. 1 has a flow channel 1 with a plurality of side spouts 2.
  • the wall 3 of the flow channel 1 is essentially formed from a mixture of aluminum oxide and graphite.
  • a mounting collar 4 is arranged for placement on a gate valve, which is the major part of the completely sealed system.
  • the outer periphery of the wall 3 is surrounded at the upper end by an insulating cement seal 5, under which an insulating material 6, for example ceramic paper or a fiber mat of ceramic fibers is arranged.
  • an insulating material 6 for example ceramic paper or a fiber mat of ceramic fibers is arranged on the cement seal 5 and the insulating material 6, a gas-tight housing 7 is arranged.
  • the inert gas may be introduced into a gap between the gas-tight housing 7 and the insulating material 6 for flushing.
  • a so-called slag strip 9 made of zirconium graphite is arranged above the spout openings 2.
  • the spout openings 2 are closed by the housing 7.
  • FIG. 2 shows a similar bottom pour nozzle. It has at its lower end a cap 10 made of steel, for example, which closes the spout openings 2. At least above the cap 10, at least the outer surface of the wall 3 is gas-tight, thus forming a gas-tight housing part. On the outer surface of the cap 10 is a layer of a separating material 10 ', such as paper. The separating layer 10 'may also cover the entire outer surface of the bottom pouring nozzle.
  • Fig. 3 shows a similar arrangement as in FIG. 1, wherein within the wall 3, a circumferential slot 27 is connected to the opening 8. This allows argon to be introduced into the wall and an argon overpressure to be generated.
  • the bottom outlet nozzle for a ladle has a similar structure in principle, but it has a straight through flow channel 1 'and a spout opening 2' arranged centrally at the bottom end.
  • a similar arrangement is shown in Fig. 5, wherein the spout opening 2 'closed by a gas-tight plug 28 and at least the outer surface of the wall 3 is gas-tight.
  • the plug 28 may be melted, burned or dissolved by the influence of the molten metal present in the metallurgical vessel and release the spout opening 2 '.
  • it can be made of a metal such as steel, stainless steel or copper.
  • Fig. 6 the arrangement of a bottom nozzle as the lower nozzle 11 is shown on a manifold 12.
  • the manifold 12 has a multilayer lining 13 which protects the manifold wall 14.
  • an upper nozzle 15 is arranged, in whose material electrodes 16 are embedded and wherein the outer side 29 of the upper nozzle 15 is gas-tight.
  • the upper nozzle 15 is surrounded by a perforated brick 17 for protection.
  • a slide valve 18 is arranged, surrounded by a gas-tight slide housing 19, which at its upper end with the outer side 29 of the upper nozzle 15 and at its lower end is connected to the gas-tight housing 7 each gas-tight.
  • a gas-tight slide housing 19 which at its upper end with the outer side 29 of the upper nozzle 15 and at its lower end is connected to the gas-tight housing 7 each gas-tight.
  • the spool housing 19 there is provided an inlet 20 for inert gas and a port 21 for a vacuum pump.
  • Fig. 7 shows the arrangement of a Bodenausgussdüse on a ladle 22 and the distributor 12 arranged underneath.
  • the distributor contains in addition to its outlet 23 in its interior so-called baffles 24 which mechanically soothe the molten steel, so to prevent excessive turbulence.
  • baffles 24 which mechanically soothe the molten steel, so to prevent excessive turbulence.
  • the Bodenausgussdüse shown in Figure 4 is arranged.
  • the inlet for inert gas and the connection for a vacuum pump are not shown in FIG. 7 for the sake of simplicity.
  • the ladle 22 itself has multilayer liners 26 on its inside.
  • the gate valve 25 is closed, a vacuum is created in the flow channel 1 ', Fig. 4, a ladle to remove oxygen.
  • a vacuum in the flow channel 1 ', in the wall of the Bodenausgussdüse, ie between the flow channel 1' surrounding inner wall and the outer housing and in the slide valve 25, a negative pressure (vacuum) is generated.
  • the gas-tight housing 7 melts in the area of the spout opening 2 'when it comes into contact with the molten steel, so that the molten steel can flow into the vessel (distributor 12) arranged thereunder.
  • the negative pressure was regulated in an example in the range of 700 to 800 mbar, the subsequent overpressure was set to a maximum of 1500 mbar.
  • a Bodenausgussdüse is also arranged.
  • an overpressure is initially generated with an argon pressure of a maximum of 1500 mbar.
  • the gas-tight housing 7 melts in the region of the spout opening 2, so that the molten steel can flow into the vessel arranged below it.
  • the gas is pumped out of the bottom spout nozzle, creating a vacuum.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodenausgussdüse für die Anordnung im oder am Boden eines metallurgisches Gefässes, mit einem, vorzugsweise zum Anschluss an ein metallurgisches Gefäss oder an einen Schieber-Ventil eines metallurgischen Gefässes vorgesehenen, oberen Ende und mit einem unteren Ende, wobei zwischen den beiden Enden ein Durchflusskanal angeordnet ist mit mindestens einer am unteren Ende angeordneten unteren Ausgussöffnung, wobei die radial nach Aussen weisende Wand des Durchflusskanals von einem gasdichten Gehäuse umgeben ist, und besteht darin, dass das Gehäuse das untere Ende mit der mindestens einen Ausgussöffnung gasdicht umschliesst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Bodenausgussdüse.

Description

Patentanmeldung
Heraeus Electro-Nite International N.V.
Bodenausgussdüse für die Anordnung im Boden eines metallurgischen Gefäßes
Die Erfindung betrifft eine Bodenausgussdüse für die Anordnung im oder am Boden eines metallurgisches Gefäßes, mit einem oberen, vorzugsweise zum Anschluss an ein metallurgisches Gefäß oder an einen Schieberverschluss eines metallurgischen Gefäßes vorgesehenen Ende und mit einem unteren Ende, wobei zwischen den beiden Enden ein Durchflusskanal angeordnet ist mit mindestens einer am unteren Ende angeordneten unteren Ausgussöffnung, wobei die radial nach Außen weisende Wand des Durchflusskanals von einem gasdichten Gehäuse umgeben ist. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Bodenausgussdüse.
Insbesondere bei Stahlschmelzen wird das flüssige Metall aus einem metallurgischen Gefäß letztlich in eine Gießform gegossen. Insbesondere kann eine solches metallurgisches Gefäß eine Gießpfanne (auch Ladle genannt) oder ein sogenannter Verteiler (auch Zwischenpfanne oder Tundish genannt) sein. Aus der Gießpfanne wird das flüssige Metall in den Verteiler und aus diesem Verteiler in eine Gießform einer Stranggussanlage gegossen. Dabei fließt es durch eine im Boden der Gießpfanne beziehungsweise des Verteilers angeordneten Bodenausgussdüse (eine sogenannte Nozzle).
Nachteilig ist das Anhaften von Material an der Wand der Bodenausgussdüse, das sich während des Durchfließens ansammelt. Dadurch verkleinert sich der Öffnungsquerschnitt, so dass die Strömungsverhältnisse und damit die Stahlqualität nachteilig beeinflusst werden, unter anderem durch Turbulenzen. Das angesammelte Material kann abbrechen und Einschlüsse hervorrufen, die die Stahlqualität beeinflussen.
Um ein Anhaften von Material an der Wand zu verhindern, wird vielfach ein Inertgas wie Argon in den Durchflusskanal eingeleitet. Zu große Gasmengen können jedoch ebenfalls die Stahl-
BESTÄTIGUNGSKOPIE qualität negativ beeinflussen, beispielsweise durch die Bildung von Hohlräumen im Stahl, die beim Auswalzen des Stahls zu Oberflächenschäden führen.
Ein Material für eine Bodenausgussdüse wird beispielsweise in WO 2004/035249 A1 beschrieben. Eine Bodenausgussdüse innerhalb eines metallurgischen Gefäßes wird in KR 2003- 0017154 A oder in US 2003/0116893 A1 offenbart. In der letztgenannten Druckschrift ist auf die Verwendung von Inertgas dargestellt mit den Ziel, das Anhaften von Material an der Innenwand der Bodenausgussdüse (sogenanntes Clogging) zu reduzieren, ähnlich wie dies in JP 2187239 beschrieben wird. Recht ausführlich ist ein Mechanismus mit einer Gaszufuhrregulierung aus WO 01/56725 A1 bekannt. Stickstoff wird gemäß der japanischen Druckschrift JP 8290250 zugeführt. JP 3193250 offenbart ein Verfahren zur Beobachtung des Anhaftens bzw. Festsetzens von Material mit Hilfe einer Vielzahl von Längs der Bodenausgussdüse hintereinander angeordneten Temperatursensoren. Das Einleiten von Inertgas in das Innere der Bodenausgussdüse ist des weiteren unter anderem aus JP 2002210545, JP 61206559, JP 58061954 und JP 7290422 bekannt.
Aus einigen dieser Druckschriften ist es außerdem bekannt, zusätzlich zu der Zuleitung von Inertgas den Sauerstoffzutritt möglichst zu verhindern durch Einsatz von Gehäusen um einen Teil der Bodenausgussdüse herum. Teilweise wird dabei, wie beispielsweise in JP 8290250, ein Inertgas-Überdruck innerhalb eines solchen Gehäuses erzeugt. Zur Verhinderung des Eintritts von Sauerstoff wird um ein Schieber-Ventil der Bodenausgussdüse herum ein Gehäuse in JP 11170033 offenbart. Der Durchfluss der Metallschmelze durch die Bodenausgussdüse wird gemäß den vorstehend genannten Druckschriften durch Schieber-Ventile gesteuert. Dieser Schieber gleiten senkrecht zur Durchflussrichtung des Metalls und können dadurch die Bodenausgussdüse verschließen. Eine andere Möglichkeit der Durchflussregelung ist eine sogenannte Stopfenstange (auch Stopper Rod genannt), wie beispielsweise aus JP 2002143994 bekannt.
In der koreanischen Druckschrift KR 1020030054769 A ist die Anordnung eines zusätzlichen Gehäuses um das Ventil einer Bodenausgussdüse herum beschrieben. Das in dem Gehäuse befindliche Gas wird mittels einer Vakuumpumpe abgesaugt. JP 4270042 beschreibt ein ähnliches Gehäuse. Hier wird, wie in anderen oben genannten Druckschriften innerhalb des Gehäuses eine nicht oxidierende Atmosphäre erzeugt. Das Gehäuse weist eine Öffnung auf, durch die Inertgas zugeführt werden kann. Eine weitere Anordnung, bei der Gas aus dem die Bodenaus- gussdüse teilweise umgebenden Gehäuse abgesaugt wird, um innerhalb des Gehäuses ein Vakuum zu erzeugen, ist aus JP 61003653 bekannt.
Weitere Bodenausgussdüsen sind beispielsweise aus DE 10 2004 057381 bekannt. Hier wird versucht, mit Hilfe einer gesteuerten Inertgaszugabe oder durch nahezu vollständige Abdichtung der gesamten Mantelfläche der Bodenausgussdüse und damit verbundene Verhinderung eines Sauerstoffzutritts durch die Wand der Bodenausgussdüse in die Stahlschmelze das Problem des Anhaftens zu vermeiden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorhandenen Techniken weiterhin zu verbessern, um das Anhaften von Festsetzungen in der Düse eines Bodenausgusses auf einfache und zuverlässige Weise zu minimieren, ohne dabei die Qualität der Metallschmelze bzw. des erstarrten Metalls zu beeinträchtigen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass gute Ergebnisse für eine Bodenausgussdüse für die Anordnung im Boden eines metallurgisches Gefäßes, mit einem oberen, vorzugsweise zum Anschluss an ein metallurgisches Gefäß oder an einen Schieber-Ventil eines metallurgischen Gefäßes vorgesehenen Ende und mit einem unteren Ende, wobei zwischen den beiden Enden ein Durchflusskanal angeordnet ist mit mindestens einer am unteren Ende angeordneten unteren Ausgussöffnung, wobei die radial nach Außen weisende (feuerfeste) Wand des Durchflusskanals von einem gasdichten Gehäuse umgeben ist, dadurch erzielt werden können, dass nicht nur der Umfang der Bodenausgussdüse, also die radial nach Außen weisende Wand des Durchflusskanals von einem gasdichten Gehäuse umgeben ist, sondern dadurch, dass das Gehäuse der Bodenausgussdüse auch das untere Ende mit der mindestens einen Ausgussöffnung gasdicht umschließt. Unter gasdicht ist dabei natürlich keine absolute Leckagefreiheit zu verstehen, sondern, dass das Eindringen von Gas, hauptsächlich atmosphärischer Sauerstoff und Stickstoff, im Wesentlichen verhindert beziehungsweise gestoppt wird.
Es ist für den Fachmann klar verständlich, dass die Bodenausgussdüse, das Schieber-Ventil (oder ein Stopfenstangenverschluss) und eine weitere obere Düse, die von einem Gehäuse umgeben und in dem Boden des metallurgischen Gefäßes oberhalb des Schieber-Ventils angeordnet ist, gasdicht miteinander verbunden sind und auf diese Weise ein System einer komplett abgedichteten Düsenanordnung darstellen. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben einer Bodenausgussdüse, zum Beispiel unter Verwendung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Bodenausgussdüse, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bodenausgussdüse an einem Schieber-Ventil oder einem Stop- fenstangenverschluss eines metallurgischen Gefäßes angeordnet und vor Öffnung des Schieberventils oder des Stopfenstangenverschlusses in der Bodenausgussdüse entweder ein Vakuum erzeugt wird oder eine Inertgasspülung mit anschließender Erzeugung eines Inertgasüberschusses oder eines Überdruckes erfolgt und dass danach das Schieber-Ventil oder der Stopfenstangenverschluss geöffnet werden.
Als Inertgas kann vorzugsweise Argon verwendet werden. Auf diese Weise wird Sauerstoff aus der Bodenausgussdüse zumindest teilweise entfernt, also ein Sauerstoffunterschuss oder ein niedriger Sauerstoffpartialdruck erzeugt. Der Überdruck beziehungsweise das Vakuum (Unterdruck) besteht in dem kompletten Volumen innerhalb des gasdichten Gehäuses. Der Begriff„in der Bodenausgussdüse" bedeutet also der Raum innerhalb des Gehäuse oder der Außenwand und einschließlich des internen Volumens und der Poren des gesamten Ausgusskanals.
Vor Einlauf der Stahlschmelze besteht dieser Unter- oder Überdruck auch im Durchflusskanal. Bei Einfließen der Stahlschmelze in die Bodenausgussdüse beziehungsweise in deren Durchflusskanal, nach dem Öffnen des Schieber-Ventils oder des Stopfenstangenverschlusses schmilzt das Gehäuse wenn es mit der Stahlschmelze in Berührung kommt im Bereich der mindestens einen Ausgussöffnung, so dass die Stahlschmelze in den darunterliegenden Behälter fließen kann. Nach dem öffnen kann die Bodenausgussdüse entweder unter Vakuum oder unter Inertgas betrieben werden.
Eine Form der Bodenausgussdüsen ist die sogenannte Eintauchdüse, in Fachkreisen als SEN oder SES (engl. Submerged Enty Nozzle oder Submerged Entry Shroud) bezeichnet. Diese taucht mit ihrem unteren Ende in die in dem darunterliegenden metallurgischen Gefäß befindliche Stahlschmelze ein, wobei das Gehäuse schmilzt, wenn es mit dem flüssigen Stahl in Kontakt kommt, so dass ein freier Durchfluß möglich ist.
Es ist vorteilhaft, dass das Gehäuse mehrere miteinander gasdicht verbundene, vorzugsweise übereinander angeordnete Gehäuseteile aufweisen kann. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus Metall, wie Stahl, gebildet, so dass es ausreichend widerstandsfähig ist und trotzdem bei Kontakt mit der Stahlschmelze schmilzt. Das Metall des Gehäuses wird je nach Anwendungszweck so ausgewählt, dass es durch das Metall in dem die Schmelze empfangenden Gefäß geschmolzen wird.
Es kann auch vorteilhaft sein, dass das Gehäuse ein aus Stahl gebildetes unteres Gehäuseteil aufweist, das mindestens das untere Ende mit der mindestens einen Ausgussöffnung gasdicht umschließt und dass darüber ein als integraler Bestandteil der Wand ausgebildetes gasdichtes Gehäuseteil angeordnet ist, dass also die Ausgussöffnung von einer Art Kappe verschlossen ist, während der darüber liegende Umfang (die Wand) der Bodenausgussdüse eine gasdicht ausgebildete Schicht, insbesondere Oberfläche, aufweist, die im Sinne der Erfindung als Gehäuseteil anzusehen ist.
Es kann vorteilhaft sein, dass das Gehäuse ein aus Stahl gebildetes unteres Gehäuseteil aufweist, welches in das untere Ende mit der mindestens einen Ausgussöffnung gasdicht eingesetzt ist und dass ein gasdichtes Gehäuseteil als integraler Bestandteil der Wand darüber angeordnet ist, so dass die Ausgussöffnung durch einen Stopfen verschlossen ist, wodurch der äußere Umfang der Bodenausgussdüse einschließlich des Stopfens eine gasdichte Schicht, insbesondere Oberfläche, aufweist, die einschließlich des Stopfens als Gehäuseteil im Sinne der Erfindung angesehen wird.
Es kann ferner vorteilhaft sein, eine Schicht aus einem trennenden Material, wie eine dem Fachmann bekannte Papierumhüllung anzubringen, um das Anhaften von Schlacke oder Absonderungen zu verhindern, die typischer Weise an der Oberfläche des einzutauchenden Bereichs des Metallgehäuses vorhanden sind und das Schmelzen dieses Gehäuses beschleunigen.
Zweckmäßig ist es, dass innerhalb des Gehäuses ein Gettermaterial, vorzugsweise aus mindestens einem Metall aus der Gruppe Silizium, Kalzium, Titanium, Aluminium, Magnesium oder Zirconium angeordnet ist. Damit kann noch im Gehäuse vorhandener freier Sauerstoff gebunden werden.
Das feuerfeste Material der Wand kann eine geringe Porosität von 2 bis 13 %, vorzugsweise kleiner 10 % aufweisen. Solches Material, beispielsweise kohlenstoffimprägniertes Aluminiumoxid-Graphit-Material, kann eine im Sinne der Erfindung ausreichende Dichtung darstellen. Standard-Feuerfestmaterial hat eine Porosität von mehr als 16%. Desweiteren ist es von Vorteil, dass in der Wand des Durchflusskanals eine Heizung angeordnet ist, um die Bodenausgussdüse vor Verwendung vorheizen zu können und Temperaturschocks zu vermeiden oder zu verringern.
Vorzugsweise wird eine Schicht eines trennenden Materials, wie Papier, um die äußere Oberfläche der Bodenausgussdüse herum angeordnet. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass die äußere Oberfläche der Wand an dem oberen Ende, unterhalb des gasdichten Gehäuses, von einer isolierenden Zementdichtung umgeben ist, wobei die Zementdichtung vorzugsweise einen hitzebeständigen gießbaren Zement enthält, vorzugsweise mit mindestens einem der Gruppe Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Magnesiumoxid. Desweiteren ist es bevorzugt, dass der äußere Umfang der Wand an dem unteren Ende, unterhalb des gasdichten Gehäuses, von einem isolierenden Material, insbesondere Keramikpapier oder Fasergewebe aus keramischen Fasern, umgeben ist. Das isolierende Material kann unmittelbar unterhalb der Zementdichtung angeordnet sein.
Es ist auch bevorzugt, dass unterhalb des gasdichten Gehäuses, insbesondere zwischen dem gasdichten Gehäuse und der Wand, Gaskanäle in Längsrichtung der Düse angeordnet sind.
Ein erfindungsgemäßes Schieber-Ventil für die Verwendung mit einer Bodenausgussdüse und insbesondere für die Verwendung mit einer oben definierten Bodenausgussdüse, welches ein gasdichtes äußeres Gehäuse enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass das gasdichte Gehäuse mindestens einen Gaseinlass und mindestens einen Gasauslass enthält. Der mindestens eine Gaseinlass kann dazu verwendet werden, um Inertgas wie Argon in das Gehäuse zu pumpen und der mindestens eine Gasauslass kann dazu verwendet werden, ein Vakuum innerhalb des Gehäuses zu erzeugen.
Vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem nach Öffnen des Schieber-Ventils oder des Stopfenstangenverschlusses entweder
a) ein Inertgasüberdruck erzeugt wird, wenn vor dem Öffnen ein Unterdruck vorhanden war oder
b) ein Unterdruck erzeugt wird, wenn vor dem Öffnen ein Überdruck vorhanden war. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Unterdruck 1 bis 1013 mbar, insbesondere 150 bis 1013 mbar, und der Überdruck 1013 bis 1500 mbar oder mehr beträgt, das heißt, der Überdruck liegt oberhalb des atmosphärischen Drucks. Insbesondere kann bei einer Bodenausgussdüse einer Gießpfanne zuerst ein Vakuum (Unterdruck) erzeugt werden und später, nach öffnen, ein Inertgasüberdruck. Bei dem Bodenausguss eines Verteilers ist es vorteilhaft, zuerst einen Inertgasüberdruck zu erzeugen und nach dem öffnen ein Vakuum.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Bodenausgussdüse für einen Verteiler
Fig. 2 eine weitere Bodenausgussdüse für einen Verteiler
Fig. 3 eine dritte Variante für eine Bodenausgussdüse für einen Verteiler
Fig. 4 eine Bodenausgussdüse für eine Gießpfanne
Fig. 5 eine weitere Bodenausgussdüse für eine Gießpfanne
Fig. 6 die Anordnung einer Bodenausgussdüse an einem Verteiler und
Fig. 7 die Anordnung einer Bodenausgussdüse an einer Gießpfanne.
Die in Fig. 1 dargestellte Bodenausgussdüse weist einen Durchflusskanal 1 mit mehreren seitlichen Ausgussöffnungen 2 auf. Die Wand 3 des Durchflusskanals 1 ist im Wesentlichen aus einer Mischung aus Aluminiumoxid und Graphit gebildet. An ihrem oberen Ende ist eine Befestigungsmanschette 4 angeordnet zur Anordnung an einem Schieber-Ventil, das den Hauptteil des komplett abgedichteten Systems darstellt. Der äußere Umfang der Wand 3 ist am oberen Ende von einer isolierenden Zementdichtung 5 umgeben, darunter ist ein isolierendes Material 6, zum Beispiel Keramikpapier oder eine Fasermatte aus keramischen Fasern angeordnet. Auf der Zementdichtung 5 und dem isolierenden Material 6 ist ein gasdichtes Gehäuse 7 angeordnet. Dieses umschießt die gesamte Bodenausgussdüse bis hin zur Befestigungsmanschette 4 und enthält lediglich eine Öffnung 8 zur Einleitung von Inertgas (Argon). Das Inertgas kann zur Spülung in einen Spalt zwischen dem gasdichten Gehäuse 7 und dem isolierenden Material 6 eingeleitet werden. Oberhalb der Ausgussöffnungen 2 ist ein sogenanntes Schlackeband 9 aus Zirconiumgraphit angeordnet. Die Ausgussöffnungen 2 sind von dem Gehäuse 7 verschlossen.
In Figur 2 ist eine ähnliche Bodenausgussdüse dargestellt. Sie weist an ihrem unteren Ende eine Kappe 10 aus beispielsweise Stahl auf, die die Ausgussöffnungen 2 verschließt. Zumindest oberhalb der Kappe 10 ist mindestens die äußere Oberfläche der Wand 3 gasdicht, bildet also ein gasdichtes Gehäuseteil. An der äußeren Oberfläche der Kappe 10 ist eine Schicht ei- nes trennenden Materials 10', wie zum Beispiel Papier, angeordnet. Die trennende Schicht 10' kann auch die gesamte äußere Oberfläche der Bodenausgussdüse bedecken.
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1 , wobei innerhalb der Wand 3 ein umlaufender Schlitz 27 mit der Öffnung 8 verbunden ist. Damit kann Argon in die Wand eingeleitet und ein Argon-Überdruck erzeugt werden.
Die Bodenausgussdüse für eine Gießpfanne (Fig. 4) ist prinzipiell ähnlich aufgebaut, sie weist jedoch einen gerade durchgehenden Durchflusskanal 1' und eine zentrisch am unteren Ende angeordnete Ausgussöffnung 2' auf. Eine ähnliche Anordnung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Ausgussöffnung 2' durch einen gasdichten Stopfen 28 verschlossen und mindestens die äußere Oberfläche der Wand 3 gasdicht ausgebildet ist. Der Stopfen 28 kann durch den Einfluß der in dem metallurgischen Gefäß befindlichen Metallschmelze geschmolzen, verbrannt oder aufgelöst werden und die Ausgussöffnung 2' freigeben. Er kann zum Beispiel aus einem Metall wie Stahl, Edelstahl oder Kupfer sein.
In Fig. 6 ist die Anordnung einer Bodenausgussdüse als untere Düse 11 an einem Verteiler 12 dargestellt. Der Verteiler 12 weist eine mehrschichtige Auskleidung 13 auf, die die Verteilerwand 14 schützt. Im Boden des Verteilers 12 ist eine obere Düse 15 angeordnet, in deren Material Elektroden 16 eingebettet sind und wobei die Außenseite 29 der oberen Düse 15 gasdicht ausgebildet ist. Am oberen Ende ist die obere Düse 15 zum Schutz von einem Lochstein 17 umgeben. An der Unterseite der oberen Düse 15, unterhalb des Bodens des Verteilers 12, ist ein Schieber- Ventil 18 angeordnet, umgeben von einem gasdichten Schieber-Gehäuse 19, welches an seinem oberen Ende mit der Außenseite 29 der oberen Düse 15 und an seinem unteren Ende mit dem gasdichten Gehäuse 7 jeweils gasdicht verbunden ist. In dem Schieber- Gehäuse 19 ist ein Einlass 20 für Inertgas und ein Anschluss 21 für eine Vakuumpumpe vorgesehen.
Fig. 7 zeigt die Anordnung einer Bodenausgussdüse an einer Gießpfanne 22 sowie den darunter angeordneten Verteiler 12. Der Verteiler enthält neben seinem Auslass 23 in seinem Inneren sogenannte Prallplatten 24, die die Stahlschmelze mechanisch beruhigen, also zu große Turbulenzen verhindern sollen. An der Gießpfannen-Öffnung (Schieber-Ventil) 25 ist die in Figur 4 dargestellte Bodenausgussdüse angeordnet. Der Einlass für Inertgas sowie der Anschluss für eine Vakuumpumpe sind in der Fig. 7 zur Vereinfachung nicht dargestellt. Für einen Fachmann ist es klar, dass die allgemeine mechanische Anordnung der beschriebenen Komponenten der Erfindung, die zur Beförderung der Metallschmelze aus der Gießpfanne in den Verteiler und von dort in die Gießform sehr ähnlich sind und eine herkömmliche Gestalt und Funktion aufweisen. Die Gießpfanne 22 selbst weist an ihrer Innenseite mehrschichtige Auskleidungen 26 auf.
Vor Beginn des Gießvorganges ist das Schieber-Ventil 25 geschlossen, es wird in dem Durchflusskanal 1 ', Fig. 4, einer Gießpfanne ein Vakuum erzeugt, um Sauerstoff zu entfernen. Damit wird auch ein Vakuum in dem Durchflußkanal 1 ', in der Wand der Bodenausgussdüse, also zwischen der den Durchflusskanal 1' umgebenden Innenwand und dem äußeren Gehäuse sowie in dem Schieber-Ventil 25 ein Unterdruck (Vakuum) erzeugt. Beim Einlaufen der Stahlschmelze in den Durchflusskanal V schmilzt das gasdichte Gehäuse 7 im Bereich der Ausgussöffnung 2', wenn es in Kontakt mit der Stahlschmelze kommt, so dass die Stahlschmelze in das darunter angeordnete Gefäß (Verteiler 12) fließen kann. Der Unterdruck wurde in einem Beispiel im Bereich von 700 bis 800 mbar geregelt, der anschließende Überdruck wurde auf maximal 1500 mbar eingestellt.
Am Auslauf des Verteilers 12 ist ebenfalls eine Bodenausgussdüse angeordnet. In ihr wird zunächst ein Überdruck mit einem Argondruck von maximal 1500 mbar erzeugt. Beim Einlaufen der Stahlschmelze in den Durchflusskanal 1 schmilzt das gasdichte Gehäuse 7 im Bereich der Ausgussöffnung 2, so dass die Stahlschmelze in das darunter angeordnete Gefäß fließen kann. Das Gas wird aus der Bodenausgussdüse abgepumpt, so dass ein Vakuum entsteht.

Claims

Patentansprüche
1. Bodenausgussdüse für die Anordnung im oder am Boden eines metallurgisches Gefäßes, mit einem, vorzugsweise zum Anschluss an ein metallurgisches Gefäß oder an einen Schieber-Ventil eines metallurgischen Gefäßes vorgesehenen, oberen Ende und mit einem unteren Ende, wobei zwischen den beiden Enden ein Durchflusskanal angeordnet ist mit mindestens einer am unteren Ende angeordneten unteren Ausgussöffnung, wobei die radial nach Außen weisende Wand des Durchflusskanals von einem gasdichten Gehäuse umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse das untere Ende mit der mindestens einen Ausgussöffnung gasdicht umschließt.
2. Bodenausgussdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mehrere miteinander gasdicht verbundene, vorzugsweise übereinander angeordnete Gehäuseteile aufweist.
3. Bodenausgussdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus Metall, wie Stahl oder aus einem anderen zur Gasdichtheit und Temperaturbeständigkeit geeigneten Material, wie Kupfer, Nickel oder Edelstahl, gebildet ist.
4. Bodenausgussdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein aus Stahl gebildetes unteres Gehäuseteil aufweist, das mindestens das untere Ende mit der mindestens einen Ausgussöffnung gasdicht umschließt und dass darüber ein als integraler Bestandteil der Wand ausgebildetes gasdichtes Gehäuseteil angeordnet ist.
5. Bodenausgussdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein aus Stahl gebildetes unteres Gehäuseteil aufweist, welches in das untere Ende mit der mindestens einen Ausgussöffnung gasdicht eingesetzt ist und dass ein gasdichtes Gehäuseteil als integraler Bestandteil der Wand darüber angeordnet ist, so dass die Ausgussöffnung durch einen Stopfen verschlossen ist, wodurch der äußere Umfang der Bodenausgussdüse eine gasdichte Oberfläche als Gehäuseteil aufweist.
6. Bodenausgussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses ein Gettermaterial, vorzugsweise aus mindestens einem Metall aus der Gruppe Silizium, Kalzium, Titanium, Aluminium, Magnesium oder Zirconium angeordnet ist.
7. Bodenausgussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand des Durchflusskanals eine Heizung angeordnet ist.
8. Bodenausgussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht eines trennenden Materials, wie Papier, um die äußere Oberfläche der Bodenausgussdüse herum angeordnet.
9. Bodenausgussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche der Wand an dem oberen Ende, unterhalb des gasdichten Gehäuses, von einer isolierenden Zementdichtung umgeben ist, wobei die Zementdichtung vorzugsweise einen hitzebeständigen gießbaren Zement enthält, vorzugsweise mit mindestens einem der Gruppe Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Magnesiumoxid.
10. Bodenausgussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Umfang der Wand an dem unteren Ende, unterhalb des gasdichten Gehäuses, von einem isolierenden Material, insbesondere Keramikpapier oder Fasergewebe aus keramischen Fasern, umgeben ist.
11. Bodenausgussdüse nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass Das isolierende Material kann unmittelbar unterhalb der Zementdichtung angeordnet sein.
12. Bodenausgussdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des gasdichten Gehäuses, insbesondere zwischen dem gasdichten Gehäuse und der Wand, Gaskanäle in Längsrichtung der Düse angeordnet sind.
13. Schieber-Ventil für die Verwendung mit einer Bodenausgussdüse, welches ein gasdichtes äußeres Gehäuse enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das gasdichte Gehäuse mindestens einen Gaseinlass und mindestens einen Gasauslass enthält.
14. Verfahren zum Betreiben einer Bodenausgussdüse, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenausgussdüse an einem Schieber-Ventil oder einem Stopfenstangenverschluss eines metallurgischen Gefäßes angeordnet und vor Öffnung des Schieberventils oder des Stopfenstangenverschlusses in der Bodenausgussdüse entweder ein Vakuum erzeugt wird oder eine Inertgasspülung mit anschließender Erzeugung eines Inertgasüberschusses oder eines Inertgasüberdruckes erfolgt und dass danach das Schieber-Ventil oder der Stopfenstangenverschluss geöffnet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Öffnen des Schieber- Ventils oder des Stopfenstangenverschlusses entweder
c) ein Inertgasüberdruck erzeugt wird, wenn vor dem Öffnen ein Unterdruck vorhanden war oder
d) ein Unterdruck erzeugt wird, wenn vor dem öffnen ein Überdruck vorhanden war.
16. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck 1 bis 1013 mbar und der Überdruck oberhalb des atmosphärischen Drucks liegt.
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