DE3207675A1

DE3207675A1 - Vorrichtung fuer das verdeckte abgiessen von metallschmelzen

Info

Publication number: DE3207675A1
Application number: DE19823207675
Authority: DE
Inventors: Anthony Dronfiled Woodhouse Sheffield Thrower
Original assignee: Uss Engineers And Consultants Inc 15230 Pittsburgh Pa; USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: Usx Engineers And Consultants Inc Pittsburgh P
Priority date: 1981-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1982-10-14
Also published as: AT397056B; SE444535B; NL8200818A; IT8267243A0; ATA79982A; BR8201074A; IT1155107B; SE8201287L; JPS57199551A; NL190273C; NL190273B; JPH0137228B2; FR2501086A1; DE3207675C2; ZA821071B; FR2501086B1; CA1191325A; US4429816A

Description

Vorrichtung für das verdeckte Abgießen von Metallschmelzen

Die Erfindung betrifft Verbesserungen beim verdeckten Abgießen von geschmolzenen Metallen.

Während des Abgießens ist es häufig vorteilhaft, die Metallschmelzenströme soweit wie möglich gegenüber der Umgebungsluft zu isolieren, um eine übermäßige Oxidation zu vermeiden. Beim Stranggießen werden beispielsweise Arbeitsweisen des verdeckten Abgießens (submerged pouring) angewendet. Dabei kann die Metallschmelze aus der Gießpfanne in das Zwischengefäß und/oder aus dem Zwischengefäß in die Kokille mittels eines länglichen Gießrohres geführt werden, dessen unteres .Ende unterhalb des Schmelzbadspiegels in das Zwischengefäß und/oder die Kokille eingetaucht (submerged) ist. Wie auch andere Röhren oder Düsen, durch welche dar, abgegossene Metall hindurchströmt, sowie wie auch bei Schieberventilen, bestehen diese länglichen Gießröhren aus feuerfesten Werkstoffen. Derartige Bauteile sind wegen des feuerfesten Materials und wegen des zu seiner Herstellung notwendigen Energiebedarfs kostspielig, so daß sich das . Interesse der Fachwelt Herstellungsweisen zuwendet, welche

das Erfordernis hoher Brenntemperaturen auf ein Minimum herabsetzen oder gänzlich beseitigen. Folglich ist eine Tendenz entstanden, Werkstoffe mit vergleichsweise geringer Feuerbeständigkeit zu verwenden, wie Silika (Kieselsäure) und Sonderzemente. Ein Nachteil derartiger Werkstoffe besteht darin, daß sie durch Metallschmelzen sehr rasch erudiert bzw. chemisch angegriffen werden,und daß sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, weshalb sich Verunreinigungen aus der Metallschmelze daran ansetzen können. Die Aggregation von Feststoffteilchen kann in Abhängigkeit von dem abzugießenden Metall bzw. der abzugießenden Legierung sowie der Länge des Gießrohres zu einem ernsten

Problem werden. In jedem Fall wird die Lebensdauer der 15

feuerfesten Bauteile nachteilig begrenzt.

Als Mittel zum Schützen bzw. Isolieren von Feuerwerkstoffen gegenüber Metallschmelzen ist das Einbringen von Gasen vorgeschlagen worden. Was bisher vorgeschlagen worden ist,

betrifft einen Schutzgasfilm zwischen dem strömenden Metall und der Durchgangsbohrung einer Düse. Die vorliegende Erfindung bezweckt das Entwickeln einer solchen Schicht in der länglichen Gießröhre, um deren Lebensdauer zu ver-„rlängern. Ferner verfolgt die Erfindung das Ziel, eine geeignete Anordnung zum Einbringen des Gases zu schaffen. Das Gas wird normalerweise ein Inertgas sein, beispielsweise Argon.

Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft zum Schutz von Gießröhren mit geringer Feuerfestigkeit. Sie ist jedoch in gleicher Weise nützlich zum Schützen höher gebrannter Feuerfestmaterialien im Hinblick auf deren höhere Kosten sowie im Hinblick auf die mangelnde Immunität dieser Materialien gegenüber dem Angriff von Metallschmelzen.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Verwendung beim verdeckten Abgießen von geschmolzenen Metallen und diese

Vorrichtung umfaßt eine strömungsabwärts zu einer länglichen verdeckten (submerged) Gießröhre führende Düseng komponente, welche eine gasdichte Verbindung bildet mit dem strömungsmäßig oberen Ende der Gießröhre, wobei die Düsenkomponente einen kreisringförmigen Verteilerraum aufweist, und ein Gaszuführrohr sowie eine Gas-Auslaßöffnung mit diesem Verteilerraum in Strömungsverbindung sind und diese Öffnung so angeordnet ist, daß Gas aus dem Verteilerraum in eine Richtung ausgegeben wird, welche im wesentlichen der Innenwand der Gießröhre folgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Düsenkomponente eine Düse und einen mit einer Durchlaßöffnung versehenen Verbindungsblock, welcher eine Verlängerung dar Düse in Strömungsrichtung darstellt und den Verteilerraum und die Öffnung enthält.

Metallschmelzen üben häufig einen starken Angriff auf die Düse aus, insbesondere dann,wenn ein Schieberventil zur Strömungssteuerung oberhalb der Düse in einer Drosselstellung ist. Zur Milderung dieses Angriffes wird die Düse häufig aus einem kostspieligen hochwertigen Feuerfestmaterial hergestellt oder mit einem solchen ausgekleidet, wie aus gebranntem Zirkoniumoxid (Zirkoniumerde). Mit Hilfe des Verbindungsblockes kann die Länge der kostspieligen Düne vermindert werden, wobei der Verbindungsblock als rasch austauschbare Düsenverlängerung ausgebildet ist. Der Block kann aus einem kostengünstigen Feuerfestwerkstoff bestehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt einen Längsschnitt durch eine Düse und eine verdeckte (submerged) Gießröhre, welche in Kombination eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bilden.

Eine Gießvorrichtung 10 ist in der Zeichnung als an der in Strömungsrichtung untersten Schieberventilplatte 11

eines Schieberventils befestigt dargestellt. In einem 5

Zweiplatten-Schieberventil bildet die Platte 11 natürlich den Ventilschieber. Die verschiedenen Bauformen von Schieberventilen sind bekannt und werden hier nicht weiter beschrieben .

Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Düse 12, deren Durchgangsbohrung 14 nach der in der Platte 11 vorgesehenen Durchgangsöffnung 15 ausgebildet ist. Die Düsenbohrung 14 führt in Strömungsrichtung zu einem Durchtritt 16, der in einer

, _ länglichen verdeckten Gieföröhre 17 ausgebildet ist. b

Ein mit einer Durchgangsöffnung versehener Verbindungsblock 18 ist zwischen der Düse 12 und der Gießröhre 17 eingefügt. Eine Öffnung 19 des Blockes 1δ ist koaxial mit _?q der Bohrung 14 und dem Durchtritt 16 angeordnet.

Die Düse 12, der Verbindungsblock 18 sowie die Gießröhre 17 bestehen aus feuerfesten Werkstoffen und wenigstens die Düse und der Verbindungsblock sind in Metallhüllen eingeschlossen. Vorteilhafterweise ist auch die Gießröhre 17 mit einer Metallumhüllung versehen.

Eine den Verbindungsblock 18 umgebende Metallumhüllung 20 ist von diesem Block im Abstand angeordnet, so daß ein ringförmiger Verteilerraum 21 gebildet ist, welcher den Verbindungsblock umring. Die beabstandete Anordnung zwischen der Umhüllung 20 und dem Verbindungsblock 18 wird mit Hilfe eines Zementringes 22 aufrechterhalten, der die Umhüllung und den Verbindungsblock am strömungsmäßig oberen Ende des Verbindungsblockes miteinander verbindet. Zum Einbringen von Gas in den Verteilerraum 21 ist ein Gaszuführrohr 24 vorgesehen, welches von einem Halterungsring 25 getragen ist, welcher außerhalb der Umhüllung 20 angeordnet ist. Wie

noch beschrieben wird, haltert der Befestigungsring den Verbindungsblock 18 am strömungsmäßig unteren Ende der

Düse 12. Im Betrieb tritt Gas durch eine Vielzahl von 5

über den Umfang verteilten öffnungen 26, welche in der Umhüllung 20 ausgebildet sind, in den Verteilerraum 21 ein-

Am strömungsmäßig unteren Ende bilden die Umhüllung 20 und der Verbindungsblock .18 eine ringförmige Gasaustrittsöffnung 28. Gegebenenfalls kann die Umhüllung 20 mit inneren Rippen oder anderen einwärtsgerichteten Vorsprüngen versehen sein, damit das untere Ende der Umhüllung ..p. gleichmäßig vom Verbindungsblock beabstandet ist. Derartige Rippen oder Vorsprünge können die Ausbildung eines Ringes von Gasauslaßöffnungen zur Folge haben.

Der Verteilerraum 21 kann eine Füllung aus einem gasdurch-2Q lässigen Material 29, wie einem faserförmigen keramischen Stoff oder einer porösen zementartigen Masse enthalten. Die Füllung fördert eine gleichförmige Verteilung des Gases an die öffnung(en) 28.

Der Verbindungsblock 18 und die Umhüllung 20 bilden eine gasdichte Verbindung mit dem strömungsmäßig oberen Ende des Durchtrittes 16 der Gießröhre 17- Die Gasdichtigkeit ist auf einfachste Weise dadurch erreicht, daß der Block 18 und die Umhüllung 20 an ihren unteren Enden kegelstumpfförmig zulaufend verjüngt sind, wohingegen der Gießröhre 17 eine entsprechend sich erweiternde Mündungsöffnung 30 an ihrem strömungsmäßig oberen Ende gegeben worden ist. Im Betrieb wird sich die Röhre 17 im wesentlichen vollständig mit schmelzflüssigem Metall füllen, was zur Folge haben wird, daß die Umhüllung 20 mit der Mündung 30 verschweißt wird, wodurch die angestrebte Gasdichtigkeit gewährleistet ist.

Wenn ein Druckgas dem Verteilerraum 21 zugeführt wird, so wird es aus der Öffnung (den öffnungen) 28 in einer Richtung austreten, welche längs der Wandung des Durchtrittes 16 verläuft. Das Gas neigt dazu, irr. Bereich der Wandung zu bleiben und schafft so eine Schutzschicht zwischen der Innenwand der Röhre 17 und deir. im Durchtritt 16 strömenden Metall.

Die Verbindung 31 zwischen der Düse 12 und dem Verbindungsblock 18 ist von herkömmlich abgestufter Form. Luft neigt dazu, durch eine solche Verbindung angesaugt zu werden und aus diesem Grunde ist eine Einrichtung vorgesehen, um Gas, welches durch das Rohr 24 zugeführt wird, der Verbindungs-

stelle 31 zuzuführen. Diese Einrichtung umfaßt einen Ringspalt 32 zwischen der Metallumhüllung 20 und einer nach unten gerichteten kreisförmigen Verlängerung 34 der Metallumhüllung 35 der Düse 12. Der Ringraum 32 umringt die Verbindungsstelle 31 und ein Teil des durch das Rohr 24 züge-

führten Gases strömt in diesen Raum, während der restliche Gasanteil in den Verteilerraum 21 strömt. Gas, welches im Betrieb die Verbindungsstelle 31 durchdringt, kann eine Schutzschicht rings um die Wandung des Durchlasses 19 bilden,

Die nach unten gerichtete Verlängerung 34 ist an der Umhüllung 35 angeschweißt und dient ferner einem zweiten Zweck, der darin besteht, daß der Verbindungsblock 18 an der Düse 12 gehalten wird. Somit bildet die Verlängerung

g₀ 34 eine Hälfte einer Kupplungseinrichtung, deren andere Hälfte von einem Befestigungsring 25 gebildet wird. Dieser Befestigungsring besitzt eine einwärts gerichtete Lippe 36, die mit einer Außenschulter 37 in Eingriff steht, welche den Verbindungsblock umgibt. Zum Koppeln dieser Teile 34 und 25 können Schrauben oder vorzugsweise ein Bajonettverschluß vorgesehen sein.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist ein Freiraum zwischen dem Befestigungsring 25 und der Verlängerung 34 ausgebildet.

In der Praxis wird dieser Freiraum nur klein sein und wird 5

ein Entweichen von in den Bereich zwischen dem Ring 25 und der Umhüllung 20 eingebrachtem Gas nur minimal sein. Ein Dichtmittel kann jedoch vorgesehen sein, um Leckagen über den genannten Freiraum zu verhindern.

Die Gießröhre 17 kann unterhalb der Düse auf jegliche geeignete Weise abgestützt sein.

Gegebenenfalls kann die Vorrichtung 10 mit einem Verschluß-,C .stab-Strömungssteuersystem anstelle eines Schieberventils versehen sein. Für etliche Zwischengefäß-Abgießvorgänge ist keinerlei Strömungssteuersystem erforderlich.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum verdeckten Abgießen von geschmolzenen Metallen, mit einer strömungsabwärts zu einer länglichen Gießröhre für das verdeckte Gießen führenden Düse, welche eine gasdichte Verbindung mit dem strömungsmäßig oberen Ende der Gießröhre bildet, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenkomponente (12, .18) einen ringförmigen Verteilerraum (21) aufweist, mit welchem ein Gaszuführrohr (24) sowie eine Gasauslaßöffnung (28) in Strömungsverbindung sind, wobei diese öffnung (28) so angeordnet ist, daß Gas aus dem Verteilerraum (21) in eine Richtung im wesentlichen längs der Innenwand (16) der Gießröhre (17) ausgestoßen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k.e η η zeichnet , daß die Düsenkomponente (12, 18) sich in Strömungsrichtung nach innen verjüngt und gasdicht in einer sich erweiternden Öffnung(30) am oberen Ende der Gießröhre (17) aufgenommen ist.

It · ·

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenkomponente

(12, 18) eine Metallumhüllung (20) aufweist, welche die b

Außenseite des Verteilerraums (21) bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallumhüllung (20) eine einzige ringförmige Öffnung (28) definiert, und daß der Verteilerraum (21) eine Packung (29) aus einem gasdurchlässigen Material aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet , daß die Düsenkomponente (12, 18) eine Düse (12) und einen mit einem Durchlaß versehenen feuerfesten Verbindungsblock (18) aufweist, welcher eine Verlängerung der Düse (12) in Strömungsrichtung bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Düse (12) und der Verbindungsblock (18) mit Hilfe einer abgestuften Verbindung (31) ineinander gepaßt sind und daß ein Kanal (32) vorgesehen ist, um Gas aus dem Gaszuführrohr (24) zu der abgesteppten Verbindung (31) zu fördern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß eine nach unten gerichtete Verlängerung (34) der Düse (12) vorgesehen ist, welche kreisförmig ausgebildet ist und mit einem Ring (25) zusammenwirkt, um den Verbindungsblock (18) an der Düse (12) zu befestigen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Verlängerung (34) mit dem Ring (25) mit Hilfe eines Bajonettverschlusses zusammenwirkt.