-
BESCHREIBUNG:
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vermeidung des
Eindringens von Schlacke in den Gießstrahl von flüssigen Metallen der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.
-
Beim Abgießen von flüssigen Metallen befindet sich in der Regel eine
Schlackenschicht über dem Badspiegel, die von äußerst unterschiedlicher Viskosität
und Dichte sein kann.
-
Wenn durch einen Bodenausfluß abgegossen wird, bildet sich während
des Gießens ein Wirbel aus, der die spezifisch leichtere Schlacke in einem Wirbelfaden
nach unten zieht, so daß sich entsprechende Schlackeneinschlüsse im abgegossenen
Metall finden. Diese setzen die Qualität des Erzeugnisses herab und sind bereits
Gegenstand sorgfältiger Untersuchungen geworden. So wird von D. Sucker, M. Hessel
und W. Dorweiler in "Stahl und Eisen" 1983, Nr. 21, Seiten 1043 bis 1047, zum Problem
der Wirbelsenkenbeim Vergießen von Stahl Stellung genommen.
-
Zur Verzögerung der Bildung derartiger Spiralwirbel wird vorgeschlagen,
in Nähe des Ausflußeinlaufs radial angeordnete mechanische Hindernisse oder einen
im Strömungsfeld einer sich bildenden Wirbel senke eingetauchten feuerfesten Stab
vorzusehen, da man beispielsweise beim Stranggießen bei Pfannen mit Stopfenverschlüssen
weniger eingeschlossene Schlackenfäden zu erwarten hat als beim Stranggießen aus
Pfannen mit Schieberverschlüssen. Auch wird die Einblasung von inerten Spülgasen
in die Strömungsfelder von sich bildenden Wirbelsenken vorgeschlagen.
-
Im Zusammenhang hiermit ist nach der DE-OS 26 07 070 bekannt, oberhalb
der Ausflußöffnung des Zwischenbehälters inertes Spülgas mittels eines Rohres oder
eines hohlen Stopfens, welchletzterer einen Kranz von Löchern aufweist, einzublasen,
wodurch das Einziehen von Schlackenteilchen in die Metallströmung vermieden werden
soll.
-
Die bekannten Maßnahmen vermögen bis zu einem gewissen Ausmaß das
Eindringen von Schlacke in den Gießstrahl zu begrenzen. Insbesondere wird die Grenze
jedoch dann überschritten, wenn sich der Badspiegel
bereits weitgehend
abgesenkt hat. Die dann noch auf dem Badspiegel zurückgehaltene Schlacke gelangt
schließlich in den Gießstrahl, weil die den Wirbel erzeugenden Kräfte zuletzt größer
sind, als diejenigen, die ihn verhindern sollen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten von die Schlacke
einziehenden Wirbeln noch weitgehender zu kleiner werdenden Badspiegelhöhen zu verlagern.
Dabei soll insbesondere den Stab erodierenden Einwirkungen des flüssigen Metalls
auf feuerfestes Material Rechnung getragen werden. Vor allem soll erfindungsgemäß
die Mitnahme von Schlacke beim Stranggießen von Stahl vermieden werden.
-
Die genannte Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch den Vorschlag
gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gelöst, für welchen die Vorschläge
nach den Unteransprüchen 2 bis 10 vorteilhafte Weiterentwicklungen vorsehen.
-
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verbreiterung der feuerfesten
Stange zu einem Verdrängungskörper in dem sich in Ausflußnähe sonst einstellenden
Wirbelbereich wird letzterer mit Sicherheit durch einen Festkörper ausgefüllt, der
hinreichend ausgedehnt ist, um auch einer seitlichen Wirbel bildung entgegenzuwirken.
Es kommt vielmehr zwischen dem Verdrängungskörper und dem Boden des metallurgischen
Gefäßes zu einer Strömung innerhalb eines Querschnittes, dessen Höhe nur sehr gering
ist. Die Strömungsgeschwindigkeit wird hierbei nach außen in Richtung auf den Umfang
des Verdrängungskörpers laufend geringer, so daß sie schließlich sowohl aus Gründen
ihrer herabgesetzten Energie als auch aufgrund ihrer geometrischen Lage innerhalb
des metallurgischen Gefäßes keine Wirbelbildung mehr auslösen kann. Gleichwohl bleibt
während des Gießens der durch den Ausschluß vorgegebene Querschnitt für die Gießströmung
voll erhalten, so daß die Gießgeschwindigkeit keine unzulässige Änderung erfährt.
Der Verdrängungskörper findet nicht nur bei Stopfenverschlüssen Anwendung, in denen
er auch als Verschlußorgan dienen kann, sondern besonders vorteilhaft.
-
bei metallurgischen Gefäßen mit Schieberverschlüssen. Die Wirbelsenkenbildung
bleibt über eine wesentlich ausgedehntere Badspiegelabsenkung als bei den bekannten
Anordnungen ausgeschlossen. Um auch noch für den Schlußabschnitt des Gießens eine
zuverlässige Trennung von Schlacke und flüssigem Metall zu gewährleisten, läßt sich
die Höhenlage des Verdrängungskörpers dann noch weiter verringern. Die dabei schließlich
auftretende Verringerung der Gießgeschwindigkeit ist deshalb nicht mehr nachteilig,
weil von ihr nur noch ein kleiner Rest der gesamten Schmelze betroffen ist.
-
Die Verbreiterung des Verdrängungskörpers läßt sich vorteilhaft bis
zum 3-fachen Durchmesser des Einlaufs des Ausflusses ausnehmen. Der Einlaufdurchmesser
des Ausflusses ist dabei der Durchmesser im Bereich des Bodens des metallurgischen
Gefäßes, welcher die Düsenausbildung des Ausflusses begrenzt. Somit sowie insbesondere
durch die Verbreiterung am Ende der feuerfesten Stange unterscheidet sich der neue
Verdrängungskörper von den sonst zur Anwendung gelangenden Stopfenstangen grundlegend.
-
Den Erfordernissen einer guten Beständigkeit gegenüber den Angriffen
der Schmelze wird dadurch Rechnung getragen, daß der Verdrängungskörper am Ende
einer feuerfesten Stange als Kegelstumpf ausgeführt ist, dessen kleine Basis an
die feuerfeste Stange anschließt, und dessen große Basis dem Einlauf des Ausschlusses
zugekehrt ist. Zweckmäßig geht die große Basis mit einer angerundeten Kante in die
Mantelfläche des Kegelstumpfes über. überhitzungen, die eine Zerstörung auslösen
könnten, werden dadruch weitgehend vermieden. Der Anschluß an der feuerfesten Stange
mit der kleinen Basis wird vorteilhaft so ausgeführt, daß die kleine Basis von gleichem
Durchmesser wie die feuerfeste Stange ist. Diese Verbindung ist gegenüber den Angriffen
der Schmelze von besonderer Widerstandsfähigkeit.
-
Die Wirkungen in Bezug auf die Vermeidung der Wirbelausbildung einerseits
sowie die Möglichkeit den Verdrängungskörper unter anderem
auch
zur Regulierung bzw. zum Verschließen des Ausflusses zu verwenden, lassen sich noch
dadurch steigern, daß die große Basis des Kegels mit einem sich zum Ausfluss hin
erstreckenden Körper versehen ist. Wenn er als ein Rotationsparaboloid ausgebildet
wird, ist er in besonderem Maße verschleißfest. Andererseits läßt sich eine Anpassung
an den zu vermeidenden Wirbelbereich dadurch erzielen, daß der sich nach unten erstreckende
Körper als ein einschaliges Rotationshyperboloid ausgeführt wird, dessen zentraler
Kernbereich dann zweckmäßig paraboloidisch verrundet wird. Damit entspricht die
Körperform weitgehend einer Wirbel senke , wie sie sich sonst an der Oberfläche
auszubilden sucht.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man noch eine Verbesserung
dadurch erzielen, daß der Verdrängungskörper oberseitig am Umfang Austrittsöffnungen
von Verzweigungskanälen aufweist, durch die inertes Gas austreten kann. Dieses Gas
tritt also nicht oberhalb des Ausflusses oder des Einlaufs des Ausflusses aus, sondern
mit konzentrischem Abstand von der Randzone des Einlaufs im Bereich des Bodens des
metallurgischen Gefäßes. Es kommt-somit zu einer ausgeprägten Vertikalströmung,
die der Wirbelbildung entgegengerichtet ist.
-
Das inerte Gas wird vorteilhaft durch einen die feuerfeste Stange
durchsetzenden Kanal zugeführt und innerhalb des Verdrängungskörpers in der genannten
Weise verzweigt.
-
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnungen
Bezug genommen. Darin zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines metallurgischen
Behälters mit dem erfindungsgemäßen Verdrängungskörper im Längsschnitt, Figur 2
eine erste Ausführungsform des Verdrängungskörpers mit kegelstumpf-förmiger Verbreiterung,
Figur 3 eine Ausführungsform des Verdrängungskörpers mit nach unten angesetzter
Kugelkalotte,
Figur 4 ein Verdrängungskörper mit nach unten angesetztem,
einschal igem Rotationshyperboloid.
-
Figur 1 zeigt eine Giespfanne 1, in welcher sich flüssiges Metall
2 befindet, das von einer Schicht 3 aus Schlacke bedeckt ist. Der Boden 4 der Gießpfanne
ist mit einem Ausfluß 5 ausgeführt, für den ein Einlauf 6 von etwa düsenförmiger
Gestalt besteht.
-
Der Durchmesser des Ausflusses ist mit 7 bezeichnet.Demgegenüber ist
der Durchmesser 8 des Einlaufs 6 verbreitert.
-
Die Höhe 9 der Ebene des größten Durchmessers des Verdrängungskörpers
10 über dem Boden 4 ist in der dargestellten Höhenlage des flüssigen Metalls 1 von
gleicher Größe wie der Durchmesser 7 des Ausflusses.
-
Die Höhe 9 kann jedoch durch Bewegung der feuerfesten Stange 11 des
Verdrängungskörpers 10 in Richtung des Doppelpfeiles 12 verändert werden. Sie läßt
sich besonders im letzten Abschnitt des Gießens verringern.
-
Der Durchmesser 13 des Verdrängungskörpers 10 ist, wie erfindungsgemäß
vorgesehen, wenigstens doppelt so groß wie der Durchmesser 8 des Einlaufs 6. Auf
diese Weise wird eine horizontale Strömung erzeugt, deren Geschwindigkeit nach außen
wegen der Vergrößerung des Strömungsquerschnittes ständig kleiner wird. Die der
Bildung des Wirbels entgegengesetzten Wirkungen werden noch gesteigert, indem der
Verdrängungskörper 10 mit Austrittsöffnungen 14 von Verzweigungskanälen 15 versehen
ist, die ihrerseits über den Kanal 16 innerhalb der Stange 11 beaufschlagbar sind.
Der Kanal 16 ist außerhalb der Gießpfanne in einer zeichnerisch nicht mehr dargestellten
Weise an eine Versorgungsleitung für ein unter Druck stehendes Inertgas angeschlossen.
-
Die Figuren 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Ausführungsfornen des
jeweils an die feuerfeste Stange 11 angeschlossenen Verdrängungskörpers.
-
Während die Abmessungen sowie die Lage des letzteren nach Figur 1
in
ihrer Beziehung zum Durchmesser 7 des Ausflusses 5 sowie zum Durchmesser 8 des Einlaufs
6 wiedergegeben sind, ist die Kennzeichnung der geometrischen Abmessungen des Verdrängungskörpers
nach den Figuren 2 bis 4 jeweils in Beziehung zum Durchmesser 17 der Stange 11 erfolgt.
So ist die Höhe 18 des Kegelstumpfes gemäß den Figuren 2 und 3 gleich dem Durchmesser
17 der Stange 11. Die Durchmesser 19 der großen Basis der Kegelstümpfe sind bei
den Figuren 2, 3 und 4 etwa 4 bis 5-fach so groß wie die Durchmesser 17 der Stange
11.
-
Während Figur 2 die Ausführungsform eines Verdrängungskörpers 10 mit
ebenem Boden zeigt, ist letztere gemäß der Ausführungsform nach Figur 3 als Kugelkalotte
ausgebildet, für welche der Krümmungsradius 20 3 bis 4-fach so groß wie der Durchmesser
17 ist. Die Ausführungsform nach Figur 4 zeigt den Verdrängungskörper mit einem
Kegelstumpf von einer Höhe 21, die 3-fach so groß wie der Durchmesser-17 ist. In
diesem Falle ist an die Basis des Kegelstumpfes ein einschaliges Rotationshyperboloid
22 angesetzt, bei welchem der Kernbereich 23 paraboloidisch verrundet ist.
-
Die Verdrängungskörper gewährleisten in der dargestellten Form nicht
nur die Vermeidung der Wirbelbildung bis herunter zu einer besonders niedrigen Badspiegelhöhe,
sondern darüber hinaus auch aufgrund ihrer geometrischen Beziehungen eine sehr gute
Haltbarkeit gegenüber den Angriffen des flüssigen Stahls sowie der darauf befindlichen
Schlacke. Schließlich können die Verdrängungskörper, wenn sie nicht bei metallurgischen
Gefäßen mit Schieberverschlüssen Anwendung finden, auch mit Stopfenstangen verbunden
sein, und dann als Absperrorgane für die Ausflüsse dienen.
-
Gelegentlich sind metallurgische Gefäße mit exzentrischen Ausflüssen
versehen. Diese hindern die vorgeschlagene Verwendung eines Verdrängungskörpers
grundsätzlich nicht. Jedoch ist es bei in Randnähe des metallurgischen Gefäßes vorgesehenen
Ausflüssen gegebenenfalls angebracht, die Erstreckung des Verdrängungskörpers zum
Rand hin derart zu begrenzen, daß er mit letzterem nicht in Berührung gerät. Die
Grundform des Verdrängungskörpers als Rotationskörper ist in diesem Falle nur
teilweise
verwirklicht, ohne daß es zu einer merklichen Beeinträchtigung der damit erzielbaren
Wirkung kommt. Die Stange 11 befindet sich hierbei wie auch in den übrigen Fällen
in fluchtender Ausrichtung mit dem Ausfluß 5.
-
Die Anordnung von Austrittsöffnungen 14 erfolgt grundsätzlich an der
Oberseite des Verdrängungskörpers. Sie ist mit besonderem Vorteil in Nähe des Umfanges
vorgesehen, weil dann die Neigung der einzelnen, aufsteigenden Gasblasen zur Koagulation
vermindert ist. Als Folge hiervon bleibt das Bad weitgehend ruhig, so daß insbesondere
die Grenzfläche zwischen Metall und Schlacke nicht unruhig werden kann und vermieden
wird, daß die Schlackenschicht durch größere Gasblasen seitlich abgedrängt wird.