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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austragen von Metall im
geschmolzenen Zustand aus einem Behälter, zum Beispiel aus einer
Gießpfanne
oder einer Wanne, in eine Kokille einer Stranggießlinie mit
Walzen.
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Stand der Technik
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Normalerweise
wird in Stranggießereien
das im geschmolzenen Zustand aus beispielsweise einem elektrischen
Ofen oder auch aus einem Konverter kommende Metall einer Reihe von Überführungsvorgängen zwischen
Behältern
unterzogen, bevor es in die Kokille gegossen wird, damit optimale
Bedingungen in der Kokille garantiert werden, um einen Qualitätsguss sicherzustellen.
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Besondere
Probleme ergeben sich beim Stranggießen von Metallbändern mit
gegenläufigen Walzen.
In diesem Fall wird der aus dem Produktionsofen kommende Stahl in
einer Gießpfanne
gesammelt, aus der er in eine oder mehrere Wannen ausgetragen wird,
von denen jede ein oder mehrere Metallschmelzbecken oberhalb von
zwei gekühlten, gegenläufigen Kristallisatorwalzen
speist, die die Kokille bilden und in denen das Metall erstarrt
und in Form des fertigen Produkts herauskommt.
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Es
ist bekannt, dass die Qualität
des Endprodukts und auch die Durchführung des Verfahrens selbst
durch die Situation, die in der Kokille entsteht, und insbesondere
durch die Form und durch die fluiddynamische Situation des Metalls
in diesem Bereich gefährdet
werden kann. Tatsächlich
gibt es bei einer Zweiwalzen-Stranggießmaschine den Bedarf, in der
Kokille, die aus einem im Wesentlichen V-förmigen Gefäß besteht, das durch den Raum
zwischen den beiden Walzen festgelegt ist, einen Meniskus aus flüssigem Metall
auszubilden, der möglicherweise
gleichmäßig, homogen
und flach in der ganzen axialen Ausdehnung der Walzen ist. Eine
gleichmäßige Verteilung
des flüssigen
Stahls in dem Kristallisator und folglich eine gleichmäßige Erstarrung
verhindert einerseits die Bildung von Rissen während des Gießens und
garantiert andererseits eine ungleichmäßige Erstarrung und verhindert
das Einschließen von
Fremdstoffen, die im Laufe der anschließenden Verarbeitungsvorgänge die
Ursache für
Risse sind. Des Weiteren muss der Füllstand des flüssigen Stahls
in dem Verteiler derart sein, dass die Bildung von Wirbeln auf dem
Meniskus verhindert wird, insofern als dies in dem erstarrten Stahlband
Einschlüsse von
Fremdstoffen herbeiführen
würde,
die in dem flüssigen
Stahl vorhanden sind und auf dem Meniskus schwimmen. Eine derartige
Möglichkeit
würde die
Entstehung von Defekten, wie zum Beispiel Risse, Oberflächenfehler
usw., herbeiführen,
die im Laufe der anschließenden
Verarbeitungsvorgänge,
denen das Produkt unterzogen wird, wie zum Beispiel Walzen, Formgebung
usw., verstärkt
werden könnten.
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Austragsvorrichtungen
des bekannten Stands der Technik, die zur Beseitigung der oben genannten
Probleme konstruiert wurden, weisen eine komplexe Form auf und sind
schwierig zu bauen, des Weiteren beinhalten diese den Bedarf nach
beträchtlichen
Wartungsarbeiten. Eine gleichmäßige Verteilung
wurde ferner durch die Verwendung einer Anzahl von Behältern, die
der Reihe nach angeordnet sind, erzielt, um auf diese Weise die
Geschwindigkeit zu reduzieren, mit der der flüssige Stahl eingespeist wird.
Diese Lösung
verkompliziert jedoch die Gießerei.
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Eine
derartige Lösung
ist in
US 6095233 offenbart,
das dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht. Diese Druckschrift
zeigt eine längliche
Zufuhrdüse
aus Metall, die oberhalb des Walzenspalts und sich entlang des Walzenspalts
zwischen den Gusswalzen erstreckend, um ein auf den Walzen gestütztes Gießbecken
zu bilden, und zu den Walzen gegenläufig angeordnet ist, um ein
erstarrtes Band zu erzeugen. Die Metallschmelze wird einer Wanne der
Düse über eine
Eintrittsdüse
mit einem oberen Einlassende zur Aufnahme von Metallschmelze aus einer
Wanne und einem unteren Auslassende, das sich in die Wanne der Zufuhrdüse erstreckt,
zugeführt.
Das Auslassende der Eintrittsdüse
weist eine Bodenwand, längliche
Seitenwände,
die nach innen von den Seitenwänden
der Zufuhrdüse
angeordnet sind, sowie Auslässe
für die
Metallschmelze in den Seitenwänden
auf.
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Folglich
gibt es einen Bedarf nach Austragsvorrichtungen, die gleichzeitig
einfach zu bauen sind und zu einem gleichmäßigen Ausfluss des flüssigen Metalls
beitragen, um auf diese Weise die Ausbildung und Aufrechterhaltung
eines gleichmäßigen Meniskus
in der Kokille zu garantieren, damit ein Endprodukt erhalten wird,
das frei von Defekten ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Lösung für die oben
genannten Probleme anzubieten, indem eine Vorrichtung zum Speisen
der Kokille mit Metallschmelze aus einem Behälter, wie zum Beispiel eine
Wanne, bereitgestellt wird, die einen Metallschmelzstrom erzeugt,
der frei von allen Turbulenzen ist, zur Ausbildung eines Meniskus, der
so gleichmäßig wie
möglich
ist.
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Eine
weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Einspeisevorrichtung
mit einer alternativen Form, die eine einfache Konstruktion aufweist
und den Bedarf nach Verwendung einer Anzahl von Behältern verhindert,
die der Reihe nach entlang des Gießstroms angeordnet sind, um
die Einströmgeschwindigkeit
des flüssigen
Stahls zu reduzieren.
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Die
oben genannten Probleme wurden gemäß dem Hauptanspruch mittels
einer Schwerkraft-Einspeisevorrichtung für eine Zweiwalzen-Stranggießmaschine
für Bänder zum
Speisen einer Kokille mit Metallschmelze gelöst, umfassend einen Verteiler
mit einer im Wesentlichen prismatischen Form, wobei eine der Seiten
offen ist und in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweist und
Löcher
an einer oder mehreren Seitenwänden
des Verteilers angeordnet sind, wobei das Innere des Verteilers
zumindest drei Tanks umfasst, die entlang seiner längeren Abmessung
angeordnet sind, wobei zwei erste Tanks an den Enden des Verteilers
angeordnet sind und zumindest ein weiterer Tank in einer Zwischenposition
in Bezug auf die beiden ersten Tanks gesetzt ist, wobei der weitere
Zwischentank von den beiden ersten Tanks durch jeweilige Trennwände getrennt
ist, deren Abmessungen derart sind, dass bewirkt wird, dass ihre
Kanten eine Überlauffunktion
für die
Passage der Metallschmelze zwischen dem Zwischentank, wenn er voll
ist, und den beiden ersten Tanks erfüllen, und dass die Löcher in
einer solchen Position angeordnet sind und solche Abmessungen und
eine solche Form aufweisen, dass sie in der Lage sind, eine Funktion
eines Entleerens der Metallschmelze aus den beiden ersten Tanks
in der Richtung der Außenseite
des Verteilers zu erfüllen,
bevor ein Niveau erreicht ist, das gleich dem der Kanten der Trennwände ist.
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Dank
der besonders einfachen und kompakten Form der Einspeisevorrichtung,
die einen der Austragsvorrichtung nachgeordneten Zwischenverteiler
umfasst, und dank der Anordnung der Tanks, die den Verteiler bil den,
wird während
des Austrags ein homogener Strom des flüssigen Stahls erzeugt.
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Die
Aufgabe des ersten Tanks besteht darin, die kinetische Energie des
aus der Wanne fließenden flüssigen Stahls
zu reduzieren. Ferner garantieren die Anordnung und Form der Seitenschlitze
eine ausreichende Geschwindigkeit, um die Gießgeschwindigkeit konstruktionsgemäß aufrecht
zu erhalten.
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Eine
weitere Verbesserung des Stroms wird mittels einer Einspeisevorrichtung
erzielt, die ferner die Verwendung eines dem Zwischenverteiler nachgeordneten
Hauptverteilers umfasst. Auf diese Weise kann der Stahlstrom, der
in die Kokille fließt,
noch regelmäßiger und
homogener gemacht werden. Das Ergebnis ist somit ein Meniskus ohne
irgendeine Wirbelbewegung, der die Herstellung eines Gussproduktes
von höherer
Qualität
sicherstellt.
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Verzeichnis der Figuren
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Weitere
Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, werden
dem Fachmann anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung eines
nicht einschränkenden
Beispiels einer besonderen Ausführungsform
der Austragsvorrichtung unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren verständlicher,
in denen
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1 einen
Querschnitt gemäß der vertikalen
Gießebene
einer Stranggießmaschine
zeigt, die die erfindungsgemäße Einspeisevorrichtung
umfasst;
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2 einen
Querschnitt gemäß der vertikalen
Ebene der Linie A-A der Gießmaschine
von 1 zeigt;
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3 einen
Querschnitt gemäß der vertikalen
Gießebene
einer erfindungsgemäße Einspeisevorrichtung
zeigt; und
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4 einen
Querschnitt gemäß der vertikalen
Ebene der Linie B-B der Einspeisevorrichtung von 3 zeigt;
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Bezug
nehmend auf die Figuren wird hier eine Ausführungsform einer Einspeisevorrichtung zum
Speisen einer Kokille mit Metallschmelze, insbesondere flüssigem Stahl,
für eine
Stranggießmaschine
mit zwei Kristallisatorwalzen beschrieben. Insbesondere zeigt 1 einen
Querschnitt gemäß einer vertikalen
Ebene parallel zu der Achse der Kristallisatorwalzen von Teilen
einer Stranggießmaschine,
die als ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird und
die erfindungsgemäße Einspeisevorrichtung
umfasst.
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Im
verbleibenden Teil der Beschreibung wird auf Stahl Bezug genommen,
aber es versteht sich von selbst, dass die Vorrichtung für den Austrag
anderer Metalle angepasst werden kann, für die dieselbe Gießtechnik
verwendet wird.
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Die
aus einer in den Figuren nicht dargestellten Wanne kommende Stahlschmelze
wird über
eine Austragsvorrichtung 2 in einen ersten Verteiler 3 gegossen.
Die Austragsvorrichtung 2 ist im Wesentlichen wie ein umgekehrter
Trichter geformt, wobei der divergente Abschnitt nach unten in Richtung
des Verteilers 3 gesetzt ist, und weist einen Abschnitt
rechtwink lig zu ihrer Achse auf, der kreisförmig ist. Alternativ ist der
Querschnitt im obersten Teil der Austragsvorrichtung kreisförmig und
weist eine rechteckige Ausbildung in Richtung seines untersten Teils auf,
wobei die verschiedenen Abschnitte entlang der axialen Ausbildung
der Austragsvorrichtung 2 entsprechend gerundet sind. Der
Divergenzwinkel der Innenwände
ist kleiner als 7°.
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Diese
Anordnung der Austragsvorrichtung 2 hat den Vorteil, die
Fallgeschwindigkeit des flüssigen Stahls
zu reduzieren, wenn dieser in dem Verteiler eintrifft. Des Weiteren
sind das Muster der verschiedenen Abschnitte und der Divergenzwinkel
derart gewählt,
dass jede Abtrennung von der Innenwand der Austragsvorrichtung 2 verhindert
wird.
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Der
erste Verteiler 3, der in den 3 und 4 ausführlicher
dargestellt ist, ist ein Behälter, der
in dem obersten Teil offen ist und in der Draufsicht eine rechteckige
Form aufweist, wobei der längere Teil
entlang der Achse parallel zu den Mantellinien der Walzen gesetzt
ist. Der erste Verteiler 3 ist entlang seiner längeren Abmessung
an der Innenseite in eine Anzahl von Tanks geteilt, die in der in
den Figuren dargestellten Ausführungsform
drei sind, aber die in anderen Ausführungsformen mehr sein können. Die
Austragsvorrichtung gießt
den Stahl in den mittleren Tank 5, der von zwei Wänden 7, 8 abgegrenzt ist,
die ihn jeweils von den Endtanks 4 und 6 abtrennen.
Die Trennwände 7, 8 sind
niedriger als die perimetrischen Außenwände des mittleren Tanks 3,
so dass diese mit ihren jeweiligen obersten Kanten 7', 8' in der Lage
sind, eine Überlauffunktion
für die
aus der Austragsvorrichtung 2 gegossene Stahlschmelze zu erfüllen. In
Betrieb, wenn der mittlere Tank 5 mit Stahl gefüllt ist,
folgt der Strom, nach dem Aufprall auf dem Boden des mittleren Tanks
5, einem Muster, das einen Überlauf über die Überlaufwände 7 und 8 ermöglicht,
wodurch er einen großen
Teil seiner kinetischen Energie verliert, und anschließend in
die Endtanks 4 und 6 fließt, wo eine weitere Phase der
Reduktion der kinetischen Energie des Stahls stattfindet, der einen ruhigeren
Zustand erreicht. Das Fließmuster
zwischen dem mittleren Tank 5 und den Endtanks 4 und 6 wird
schematisch durch die Fließlinien 9, 9 angedeutet.
Die Wände 7, 8 können eine
Höhe ab
dem Boden des mittleren Tanks aufweisen, die bevorzugt zwischen
10 mm und 70 mm gemäß den Gießanforderungen,
zum Beispiel die Gießgeschwindigkeit
und die Abmessungen des zu erzeugenden Stahlbandes, beträgt.
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Der
flüssige
Stahl 11 fließt
aus den Endtanks 4 und 6 über eine Reihe von im untersten
Teil der Seitenwände
der Tanks 4, 6 angeordneten Schlitzen 10 in
einen zweiten Verteiler 12 mit einer bekannten Form, die
daher hier nicht weiter beschrieben wird, aus dem sich ein Austrag
in die Kokille ergibt, die durch den Raum gebildet ist, der zwischen
den gegenläufigen
Kristallisatorwalzen 13, 13' enthalten ist. Die Anzahl, Form
und Abmessungen der Schlitze 10 variieren sowohl gemäß dem zu
schmelzenden Metall als auch gemäß der in
der Gießmaschine
notwendigen Geschwindigkeit des Ausflusses. Die Austragsschlitze 10 können in
verschiedenen Positionen an den Außenwänden der Endtanks 4 und 6 genauso wie
an den äußeren Endwänden des
Verteilers 3 angeordnet sein.
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Sie
sind entsprechend verteilt, um eine gleichmäßige, homogene und nichtturbulente
Verteilung des Stahls sicherzustellen.
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Vorteilhafterweise
sind alle Seitenflächen des
Verteilers 3 schräg,
um konvergent zu sein, oder alternativ sind nur einige der Wände konvergent,
und in diesem Fall wird eine Verteilervariante erreicht, die eine
Kombination mit einigen vertikalen Wänden darstellt.
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Wann
immer vorgesehen ist der zweite Verteiler 12 im Betrieb
allgemein in der Kokille 15 versunken eingesetzt. Dann
wird das Stahlband von unbegrenzter Länge mittels des Stranggießverfahrens in
einer bekannten Weise aus der Kokille erzeugt.
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Gemäß einer
zweiten vorteilhaften Variante der Erfindung fließt der Stahl
von dem ersten Verteiler 3 über die Schlitze 10 direkt
in die Kokille 15 ohne die Anwesenheit des zweiten Verteilers 12.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Variante der Einspeisevorrichtung der Erfindung
weist der mittlere Tank 5 eine geringere Tiefe als die
der Endtanks 4 und 6 auf, und dies wird zum Beispiel
dadurch erreicht, dass der Boden 14 des Tanks in einer Position
angeordnet ist, die in Bezug auf die Endtanks 4 und 6 eingelassen
ist.