DE69702984T2 - Tauchgiessrohr zum stranggiessen von dünnbrammen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zufuhr-Tauchrohr zum kontinuierlichen Gießen von dünnen Brammen und insbesondere eine eingetauchte Düse zum möglichst vorteilhaften Führen eines geschmolzenen Metalls oder einer geschmolzenen Legierung von einer Pfanne mit im wesentlichen konstanten Spiegel zur Überführung ohne Turbulenz und Wirbel auf eine Höhe unterhalb des Spiegels der Bramme, die innerhalb einer kühlenden Form hergestellt wird, in der die Bramme ihre Form durch Erstarrung erhält.
• Dünne Brammen werden üblicherweise mit vier Wänden hergestellt, die sich in senkrechter Richtung erstreckt, mit einem waagerechten Querschnitt, bei dem zwei Seiten eine größere Länge als die beiden anderen aufweisen. Es ist auch bekannt, zum Einleiten von geschmolzenem Metall, insbesondere Stahl, aus einem höher gelegenen Kessel in eine Form eine Verbindungsleitung zu verwenden, die als eingetaucht bezeichnet wird, da ihre untere Öffnung in das geschmolzene Bad in der Form eintaucht und soweit wie möglich an die dünne Größe der Form angepaßt ist, um genügend Abstand von den Kühlwänden zu halten. Daher werden Tauchrohre für dünne Brammen normalerweise verwendet bei Verfahren, bei denen der Querschnitt im unteren Bereich rechteckig, polygonal oder elyptisch ist, mit Auslaßplatten, in Richtung der schmalen Seiten und/oder abwärts. Derartige Rohre sind beispielsweise bekannt aus der DE-A-41 42 447, die verwendet wird zur Bildung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Diese bekannten Tauchrohre lösen jedoch nicht die verschiedenen Probleme, die bei dieser Technologie typisch sind und die in weitem Umfang in der Literatur auf diesem Gebiet beschrieben werden, und zwar aus verschiedenen Gründen. Insbesondere hat der Fluidstrom, der von dem Tauchrohr ausströmt, die Tendenz, sich in der Flüssigkeitsmasse des Kerns der entstehenden Bramme, die nur äußerlich erstarrt ist zu drehen. Stehende Wellen auf der Badoberfläche, insbesondere in der Nähe der schmalen Seiten der dünnen Form, werden daher erzeugt. Daher sammelt sich die Schmierschlacke generell im unteren Bereich des wellenförmigen Spiegels, während die Höhen nicht abgedeckt werden, so daß sich eine schlechte Schmierung oder schlechte Verteilung der Schmierung ergibt, so daß sich ein Verschleiß der Form und eine schlechte Oberflächenqualität der Bramme sowie ein inkorrekter thermischer Austausch der sich bildenden Bramme mit der Form, der zu Rissen führen kann, einstellen.
• Im übrigen zeigen die Bereiche, in denen die Flüssigkeitswirbel zurück in das Flüssigkeitsbad gelangen, eine deutliche Biegung im Spiegel, wobei die Teile des Pulvers und der Schmierschlacke leicht in der sich bildenden Bramme gefangen werden, so daß sich ein weiterer Grund für Risse oder andere Oberflächendefekte ergibt. Die Turbulenz in Höhe des Spiegels der Form ist weiterhin ein wichtiger Grund für Verschleiß oder eine verringerte Lebensdauer der Düse.
• Mögliche Turbulenzen und Wirbel in dem Fluidstrom am Auslaß der Düse haben einen negativen Einfluß auf den Erstarrungsprozeß innerhalb der Bramme, der progressiv und möglichst homogen in Richtung parallel zu den schmalen Oberflächen der Form erfolgen sollte. Vielmehr wäre Gleichmäßigkeit der Zufuhr und eine möglichst symmetrische Verteilung der Strömung in bezug auf die Längsachse der Bramme mit möglichst großer Homogenität im waagerechten Querschnitt wünschenswert.
• Erwähnt werden sollte ein weiterer Nachteil aufgrund der Tatsache, daß Oxide in den geschmolzenen Metallen und Legierungen enthalten sind und die Tendenz haben, sich auf der inneren Oberfläche der Düse abzulagern und damit deren Geometrie zu modifizieren und den Durchflußquerschnitt negativ zu beeinflussen.
• Außer in bezug auf den zuletzt genannten Nachteil, der sich stärker auswirkt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit in den verschiedenen Durchlaßquerschnitten gering ist, verstärken alle zuvor genannten Nachteile sich mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls oder der Legierung, insbesondere entsprechend höheren Geschwindigkeiten, bei denen die Bramme in der Form abgezogen wird, und mit größeren Querschnitten der Bramme und damit höheren Strömungsdurchsätzen in den verschiedenen Durchlässen, insbesondere den Auslaßöffnungen.
• Irgendwie sind all diese Nachteile bei jeder Form eines Tauchrohres oder einer Düse vorhanden, und sie beeinflussen auf verschiedene Weise den korrekten Gießvorgang und das Abkühlen der Bramme negativ, so daß ein Endprodukt mit schlechter Qualität entsteht.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Zufuhr-Tauchrohr oder eine Düse zu schaffen, mit dem diese Nachteile überwunden werden können, indem so viel wie möglich und nach und nach der Strömungsdurchsatz in den Querschnitten nach und nach von den Auslaßöffnungen abnimmt, so daß ein stabilisierter Strom entsteht, der symmetrisch in bezug auf die senkrechte Achse ist, mit einer kinetischen Energie, die leichter verteilt werden kann innerhalb des Flüssigkeitskerns der hergestellten Bramme und bei einer erheblichen Reduzierung der Anwesenheit von Wirbeln und Turbulenzen in dem Spiegel. Innerhalb des Tauchrohres wird der Strom beschleunigt bis zu einem Punkt der Querschnittsreduzierung, und sodann wird er gleichmäßig verzögert, während der untere Bereich des Diffusors mit Flüssigkeit gefüllt wird.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit Hilfe eines Tauchrohres oder einer Düse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die nachfolgenden Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte und alternative Ausführungsformen der Düse gemäß speziellen Aspekten der vorliegenden Erfindung.
• Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale des Tauchrohres oder der Düse gemäß der Erfindung werden klarer verständlich werden anhand der folgenden Beschreibung, die nicht einschränkend zu verstehen ist, in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen:
• Fig. 1 einen Längsschnitt der Düse gemäß der Erfindung zeigt, die in eine dünne Form eingetaucht ist, bezogen auf eine Mittelebene parallel zu den großen Flächen der Form.
• Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt der Düse, die in die Form eingetaucht ist, entlang einer Ebene II-II parallel zu den schmalen Flächen der Form und
• Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Ebene III-III in Fig. 2.
• Gemäß Fig. 1 fördert ein Tauchrohr 1 ein geschmolzenes Metall oder eine geschmolzene Legierung 2, die in einer oberen Pfanne 3 mit im wesentlichen konstantem Spiegel enthalten ist, durch Schwerkraft. Eine Bramme 4 wird an der Innenseite einer dünnen Form 5 mit Kühlwänden und mit vier Wänden gebildet, die sich in senkrechter Richtung erstrecken, mit einem waagerechten Querschnitt, bei dem zwei Seiten eine größere Länge im Verhältnis zu den beiden an deren aufweisen. Obgleich es nach Fig. 3 so erscheint, als ob der Querschnitt genau rechtwinklig sei, kann die Form leicht konvexe oder polygonale Wände oder sogar einen Längstrend aufweisen, der sich geringfügig von der senkrechten Anordnung gemäß Fig. 2 unterscheidet, ohne daß von den Merkmalen des Tauchrohres gemäß der Erfindung abgewichen wird.
• Das Tauchrohr umfaßt einen Abschnitt eines senkrechten Rohres mit kreisförmigem Querschnitt, der mit der oberen Pfanne 3 in bekannter Weise verbunden ist. Das Tauchrohr kann in seinem oberen Bereich mit einer strömungssteuernden Oberfläche 7 versehen werden, während es sich unten durch eine Anpassungszone 18 erstreckt, die einen abgeflachten Verteilungsbereich aufweist, der im folgenden Diffusor 8 genannt werden soll, und der einen unteren Auslaß 9, 9' aufweist. Der Diffusor 8 bewirkt, daß das geschmolzene Material unter den Spiegel 17 gefördert wird. Daher wird der Begriff "Eintauchen" oder "untergetaucht" abgeleitet. Das geschmolzene Material wird unter dem Spiegel 17 auf der Innenseite der Bramme 4 abgegeben, die in der dünnen Form 5 hergestellt wird, während ein vorgegebener Abstand von den Wänden der Form selbst eingehalten wird. Die Bramme 4 wird gebildet mit von oben nach unten in der Dicke zunehmenden starren Wänden, während der innere Kern noch flüssig oder noch nicht vollständig erstarrt ist.
• In der Diffusor-Zone 8 ist ein zentraler Trennkörper 14 vorgesehen, der mit den größeren Wänden des Diffusors einstückig verbunden ist und geeignet ist, den Strom auf zwei bestimmte Leitungen 16, 16' aufzuteilen, die in zwei Öffnungen 9, 9' für eine Abgabe nach unten enden.
• Der Querschnitt 10 der Strömungsbahn in der größten Höhe des Diffusors am Ende des Anpassungsbereichs 18 zum Rohr 6 wird vorzugsweise dargestellt als übereinstimmend mit dem oberen Ende des Trennkörpers 14, obgleich dies nicht ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Fläche eines derartigen Querschnitts 10 geringer als die Fläche des Querschnitts des oberen Rohres 6, die mit 11 bezeichnet wird. Dies ergibt sich genauer aus Fig. 2. Es ist erkennbar, daß trotz der Tatsache, daß die Seitenwände des Anpassungsabschnitts 18 in Fig. 1 nach unten zu divergieren scheinen, d. h. bei einem Querschnitt parallel zu den großen Flächen der Form, in allen anderen Schnittebenen Konvergenz besteht, d. h., daß der Querschnitt in Abwärtsrichtung abnimmt.
• Weiterhin divergieren die inneren Seitenwände 12, 12' des Diffusors 8 zu den schmalen Seiten der dünnen Form 5 abwärts und bilden jeweils eine senkrechte Achse 13, von der sie mit einem Winkel α abweichen, der ≤ 7,5º ist.
• Weiterhin verjüngt sich der Trennkörper 14 in seinem unteren Bereich 15, 15' entlang den Seiten, die den schmalen Seiten der dünnen Form 5 gegenüberliegen, indem im unteren Bereich mit der senkrechten Achse 13 Winkel β von ≤ 75º gebildet werden. Der Winkel β kann gleich oder unterschiedlich gegenüber dem Winkel α sein, sofern die oben genannten Bedingungen erfüllt werden.
• Die beiden Leitungen 16, 16', die folglich auf gegenüberliegenden Seiten des Trennkörpers 14 gebildet, weisen einen Querschnitt im rechten Winkel zu der Strömung auf, der in Abwärtsrichtung zunimmt, ohne daß eine Lösung des Stromes von den Wänden erleichert wird. Aufgrund der Einschränkung, die in bezug auf die Winkel α und β gilt, wird eine Strömungsabtrennung vermieden und der Durchsatz entlang den Leitungen 16, 16' ist der maximal erzielbare Durchsatz in bezug auf die gewünschte Geschwindigkeit des austretenden Stromes aus den Abgabeöffnungen 9, 9'.
• Unter dem hydrodynamischen Aspekt ist das Tauchrohr oder die Düse gemäß der Erfindung im wesentlichen so ausgebildet, als würde sich dem Strom des geschmolzenen Materials eine Druckkammer entsprechend dem Querschnitt 11 präsentieren, oder, genauer, zwischen dem Querschnitt 11 und dem reduzierten Querschnitt 10. Folglich hat der Strom seine größte Beschleunigung und verzögert sich dann nach unten, beginnend mit dem Querschnitt 10, nach und nach entlang den beiden Leitungen 16, 16', bewahrt jedoch kontinuierlich Kontakt mit den Wänden. Es ist jedoch vorteilhaft, daß der Strömungsdurchsatz entlang dem oberen Bereich wiederum beschleunigt wird, wobei die Wände des Trennkörpers 14 divergieren, so daß die beiden Leitungen 16, 16' frei von jeder Ablagerung von Oxiden gehalten werden. Derartige Ablagerungen treten in diesem Bereich bereits dann ein, wenn eine übermäßige oder zu frühe Verlangsamung des Stromes vorkommt. Zu diesem Zweck ist es vorzuziehen, daß der Querschnittsbereich der beiden Leitungen 16, 16' weiter abnimmt zwischen dem höchsten Querschnitt 10 des Diffusors und dem der größten Weite des Trennkörpers. Es wäre möglich, eine derartige Bedingung zu erhalten, beispielsweise durch die oben erwähnte obere Zone des Trennkörpers, deren Ecken 19, 19' in Fig. 1 gezeigt sind und die um einen Winkel größer ≥ α geneigt sein können. Auf diese Weise werden die oberen Zonen der Leitungen 16, 16', beginnend von den oberen Ecken 19, 19' des Trennkörpers, leicht konvergieren, bevor die divergierende Zone in dem Diffusor beginnt.
• Zusätzliche Maßnahmen und Modifikationen sind möglich in bezug auf die oben beschriebenen Ausführungsformen des Tauchrohres gemäß der vorliegenden Erfindung, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird. Insbesondere kann das Tauchrohr 1 anstelle der Strömungssteuerfläche 7 gemäß Fig. 1 und 2 direkt in an sich bekannter Weise an den Boden der Pfanne 3 angeflanscht sein, während die Strömungssteuerfläche an einem gesonderten Teil innerhalb der Pfanne vorgesehen wäre. Bei einer alternativen Lösung könnte das Rohr 1 in an sich bekannter Weise unter einem Auslaß mit Strömungssteuerung am Boden der Pfanne 3 vorgesehen sein, der in bekannter Weise durch Drosselung zwischen zwei gebohrten und einander gegenüberliegenden Platten wirkt, von denen eine über der anderen zuführt.

Claims (7)

1. Tauchrohr zum Zuführen eines geschmolzenen Metalls oder einer Legierung (2) durch Schwerkraft von einer Pfanne (3) mit im wesentlichen konstantem Spiegel zu einer Bramme (4), die gebildet wird aus einem Bad mit Oberflächenspiegel (17) in einer dünnen Form (5) mit kühlenden Wänden, die aus vier im wesentlichen senkrecht verlaufenden Wänden besteht und einen waagerechten Querschnitt aufweist, dessen zwei Seiten eine wesentlich größere Länge als die anderen zwei Seiten aufweisen, welches Tauchrohr (1) einen Abschnitt eines senkrechten oberen Rohres (6) in Verbindung mit der oberen Pfanne (3) und unterhalb einen abgeflachten Verteilerbereich oder Diffusor (8) mit Auslaßöffnungen (9, 9') am Boden umfaßt, die zwei bestimmten Leitungen (16, 16') entsprechen, die durch einen Trennkörper (14) gebildet werden und sich unterhalb des Spiegels der Bramme (4) öffnen, die in gegebenem Abstand von den Wänden (5) der Form gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor in seinem höchsten Querschnitt (10) eine Fläche aufweist, die kleiner ist als diejenige des oberen Rohres (6), daß der Diffusor (8) innere Seitenwände (12, 12') aufweist, die den schmalen Seiten der Form (5) gegenüberliegen und symmetrisch von einer senkrechten Achse (13) aus mit einem Winkel α von ≤ 7,5º divergieren, wobei der Trennkörper (14) in seinem unteren Bereich zu den schmalen Seiten der dünnen Form zusammenläuft, so daß zwischen den Seiten (15, 15') und der Senkrechten zwei Winkel β ≤ 7,5º gebildet wird.

2. Tauchrohr gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkörper (14) sich vom Boden des Diffusors (8) zur Höhe der Auslaßöffnungen (9, 9') erstreckt, bis zu dem höchsten und engsten Querschnitt (10) des Diffusors (8) zur Bildung von zwei Leitungen (16, 16'), die einen zunehmenden Querschnitt von oben in Abwärtsrichtung senkrecht zu dem Strom des geschmolzenen Metalls oder der Legierung wenigstens von einer Zone, in der der Trennkörper die größte Breite aufweist, von der die Seiten (15, 15') beginnen sich der Senkrechten zu nähern.

3. Tauchrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Trennkörpers (14) im wesentlichen in der Höhe wie der höchste und engste Querschnitt des Diffusors (8) verbunden ist mit dem oberen Rohr (6) über eine kegelförmige Anpassungszone (18) und daß zwischen dem oberen Ende und der weitesten Zone des Trennkörpers (14), von dem die schmaler werdenden Seiten (15, 15') beginnen, divergierende oberen Seiten (19, 19') des Trennkörpers selbst vorgesehen sind.

4. Tauchrohr gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die divergierende oberen Seiten (19, 19') des Trennkörpers (14) einen Winkel ≥ α der Senkrechten bilden, wobei ein Anfangsbereich der Leitungen (16, 16') einen konstanten oder abnehmenden Querschnitt bei höherer Strömungsgeschwindigkeit aufweist, bis zu der Zone der größten Breite des Trennkörpers (14).

5. Tauchrohr gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) an seinem oberen Bereich mit einer Strömungssteuerfläche (7) versehen ist.

6. Tauchrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) direkt an den Boden der Pfanne (3) angeflanscht ist und daß an der Innenseite der Pfanne eine Strömungssteuerfläche vorgesehen ist.

7. Tauchrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (6) in an sich bekannter Weise an eine Auslaßeinrichtung zur Strömungssteuerung am Boden der Pfanne (3) angeflanscht ist.