DE3207675C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen beim ver­ deckten Abdecken von geschmolzenen Metallen.

Während des Abgießens ist es häufig vorteilhaft, die Metall­ schmelzenströme soweit wie möglich gegenüber der Umgebungs­ luft zu isolieren, um eine übermäßige Oxidation zu ver­ meiden. Beim Stranggießen werden beispielsweise Arbeits­ weisen des verdeckten Abgießens (submerged pouring) ange­ wendet. Dabei werden die Metallschmelze aus der Gießpfanne in das Zwischengefäß und/oder aus dem Zwischengefäß in die Kokille mittels eines länglichen Ausgusses 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 das abgegossene Metall hindurchströmt, sowie wie auch bei Schieberventilen, bestehen diese Tauchausgüsse 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 be­ steht darin, daß sie durch Metallschmelzen sehr rasch erudiert bzw. chemisch angegriffen werden, und daß sie eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, weshalb sich Verunreini­ gungen aus der Metallschmelze daran ansetzen können. Die Aggregation von Feststoffteilchen kann in Abhängigkeit von dem abzugießenden Metall bzw. der abzugießenden Le­ gierung sowie der Läne des Tauchausgusses zu einem ernsten Problem werden. In jedem Fall wird die Lebensdauer der feuerfesten Bauteile nachteilig begrenzt.

Als Mittel zum Schützen bzw. Isolieren von Feuerwerkstoffen vor dem Angriff durch Metallschmelzen ist das Einbringen von Gas bereits vorgeschlagen worden. In der DE 34 90 299 C2 ist ein Tauchausguß ersetzt worden durch einen Führungszylinder, dessen eines Ende in eine Metallschmelze taucht und an dessen anderem Ende ein Schutzzylinder befestigt ist, welcher die Gießdüse umringt und am Boden der Pfanne befestigt. Ein Schutzgas wird innerhalb den Führungszylinder und Schutzzylinder eingeleitet und verhindert, daß die aus der Gießdüse herausströmende Metallschmelze in Kontakt mit der Atmosphäre gelangt. Der Durchmesser des Führungszylinders ist ausreichend groß und öffnet sich nach außen in das Gießgefäß, so daß die Metallschmelze nicht gegen die inneren Wandungen des Führungszylinders fließt.

Es ist auch schon versucht worden, Feuerfestmaterialien gegenüber dem Angriff von Metallschmelzen mit Hilfe eines schützenden Gasfilms zwischen dem Metallstrom und der Durchgangsbohrung einer Düse zu schützen.

Die vorliegende Erfindung verfolgt das Ziel, einen solchen Film im Tauchausguß auszubilden, um auf diese Weise deren Lebensdauer zu erhöhen.

Die Erfindung schafft eine geeignete Anordnung zum Einbringen des Gases. Als Schutzgas wird ein Inertgas, beispielsweise Argon, verwendet.

Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft zum Schutz von Ausgüssen 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 Ma­ terialien 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 einem Tauchausguß führende Düsen­ komponente, welche eine gasdichte Verbindung bildet mit dem strömungsmäßig oberen Ende des Ausgusses, wobei die Düsenkomponente einen kreisringförmigen Verteilerraum auf­ weist, und ein Gaszuführrohr sowie eine Gas-Auslaßöffnung mit diesem Verteilerraum in Strömungsverbindung sind und diese Öffnung so angeordnet ist, daß Gas aus dem Verteiler­ raum in eine Richtung ausgegeben wird, welche im wesent­ lichen der Innenwand der Gießröhre folgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Düsen­ komponente eine Düse und einen mit einer Durchlaßöffnung versehenen Verbindungsblock, welcher eine Verlängerung der 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 Minderung 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 Düse vermindert werden, wobei der Verbindungsblock als rasch austauschbare Düsenverlängerung ausgebildet ist. Der Block kann aus einem kostengünstigen Feuerfestwerkstoff be­ stehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispieles und unter Bezug auf die Zeichnung näher be­ schrieben.

Diese zeigt einen Längsschnitt durch eine Düse und einen Tauchausguß, welche in Kom­ bination 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 Zweiplatten-Schieberventil bildet die Platte 11 natürlich den Ventilschieber. Die verschiedenen Bauformen von Schieber­ ventilen sind bekannt und werden hier nicht weiter be­ schrieben.

Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Düse 12, deren Durchgangs­ bohrung 14 nach der in der Platte 11 vorgesehenen Durch­ gangsöffnung 15 ausgebildet ist. Die Düsenbohrung 14 führt in Strömungsrichtung zu einem Durchtritt 16, der in einem Tauchausguß 17 ausgebildet ist.

Ein mit einer Durchgangsöffnung versehener Verbindungs­ block 18 ist zwischen der Düse 12 und dem Ausguß 17 ein­ gefügt. Eine Öffnung 19 des Blockes 18 ist koaxial mit der Bohrung 14 und dem Durchtritt 16 angeordnet.

Die Düse 12, der Verbindungsblock 18 sowie der Ausguß 17 bestehen aus feuerfesten Werkstoffen und wenigstens die Düse und der Verbindungsblock sind in Metallhülsen ein­ geschlossen. Vorteilhafterweise ist aus der Ausguß 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 umringt. Die beabstandete Anordnung zwischen der Umhüllung 20 und dem Verbindungsblock 18 wird mit Hilfe eines Zementringes 22 aufrechterhalten, der die Umhüllung und den Verbindungsblock 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 das Gas durch eine Vielzahl von 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 Gasaustritts­ öffnung 28. Gegebenenfalls kann die Umhüllung 20 mit inneren Rippen oder anderen einwärtsgerichteten Vor­ sprüngen versehen sein, damit das untere Ende der Umhüllung 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 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 des Ausgusses 17. Die Gasdichtigkeit ist auf einfachste Weise dadurch erreicht, daß der Block 18 und die Umhüllung 20 an ihren unteren Enden kegel­ stumpfförmig zulaufend verjüngt sind, wohingegen dem Ausguß 17 eine entsprechend sich erweiternde Mündungsöffnung 30 an ihrem strömungsmäßig oberen Ende gegeben worden ist. Im Betrieb wird sich der Ausguß 17 im wesentlichen voll­ ständig mit schmelzflüssigem Metall füllen, was zur Folge haben wird, daß die Umhüllung 20 mit der Mündung 30 ver­ schweißt wird, wodurch die angestrebte Gasdichtigkeit ge­ währleistet 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 Durch­ trittes 16 verläuft. Das Gas neigt dazu, im Bereich der Wandung zu bleiben und schafft so eine Schutzschicht zwischen der Innenwand des Ausgusses 17 und dem im Durch­ tritt 16 strömenden Metall.

Die Verbindung 31 zwischen der Düse 12und dem Verbindungs­ block 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 Ring­ spalt 32 zwischen der Metallumhüllung 20 und einer nach unten gerichteten kreisförmigen Verlängerung 34 der Metall­ umhüllung 35 der Düse 12. Der Ringraum 32 umringt die Ver­ bindungsstelle 31 und ein Teil des durch das Rohr 24 zuge­ 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 Um­ hüllung 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 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 Bajonettver­ schluß 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 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.

Der Auguß 17 kann unterhalb der Düse auf jegliche ge­ eignete Weise abgestützt sein.

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

Claims (8)

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

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düsenkomponente (12, 18) sich in Strömungsrichtung nach innen verjüngt und gasdicht in einer sich erweiternden Öffnung (30) am oberen Ende des Tauchausgusses (17) aufgenommen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkomponente (12, 18) eine Metallumhüllung (20) aufweist, welche die Außenseite des Verteilerraums (21) bildet.

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

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen­ komponente (12, 18) eine Düse (12) und einen mit einem Durchlaß versehenen feuerfesten Verbindungsblock (18) auf­ weist, welcher eine Verlängerung der Düse (12) in Strömungs­ richtung bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse (12) und der Verbindungs­ block (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 abgestuften Verbindung (31) zu fördern.

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

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