DE69723871T2

DE69723871T2 - Giessdüse mit einer diamantförmigen inneren geometrie, mehrteilige giessdüse mitsich ändernden effektiven auslasswinkeln und verfahren um flüssiges metall durchdie düse fliessen zu lassen.

Info

Publication number: DE69723871T2
Application number: DE69723871T
Authority: DE
Inventors: John Lawrence HEASLIP; Derek James DORRICOTT
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Current assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2017-10-04
Also published as: EP0959996B1; ES2203821T3; ES2284784T3; PL332596A1; ATE359888T1; AU4448697A; AU734914B2; DE69723871D1; EP1327490A2; US20010038045A1; CZ114499A3; DE69737638D1; JP2001501132A; CA2267857C; US6464154B1; JP4583508B2; US6027051A; PL185263B1; CA2591780A1; CA2591780C

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gieß- oder Tauchdüse nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Gießen flüssigen Metalls durch eine Gießdüse nach Anspruch 21 und 33.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Für den gleichmäßigen Gießprozess von Stahl (beispielsweise zu Platten) die Dicken von typischerweise 50 bis 60 mm und Breiten von 975 bis 1625 mm aufweisen, wird oft eine Gieß- oder Tauchdüse verwendet. Die Gießdüse enthält flüssigen Stahl, wie er in eine Gussform fließt, und leitet das flüssige Metall unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in die Gussform ein.
Die Gießdüse ist gewöhnlich ein Rohr mit einem Eingang an einem Ende und ein oder zwei Ausgängen, welche an oder nahe dem anderen Ende angeordnet sind. Die Innenbohrung der Gießdüse zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich ist oft einfach ein zylindrischer, axial symmetrischer Rohrabschnitt.
Die Gießdüse hat typische Auslassabmessungen von 25 bis 40 mm Breite und 150 bis 250 mm Länge. Der Ausgangsbereich der Düse kann einfach ein offenes Ende des Rohrabschnitts sein. Die Düse kann auch in der Seitenwand der Düse, wo das Ende des Rohrs geschlossen ist, zwei entgegengesetzt gerichtete Auslassanschlüsse aufweisen. Die entgegengesetzt gerichteten Auslassanschlüsse lenken geschmolzene Stahlströme in relativen Winkeln zwischen 10° und 90° relativ zu der Vertikalen ab. Der Düseneingang ist mit der Quelle des flüssigen Metalls verbunden. In dem gleichmäßigen Gießprozess wird die Quelle des flüssigen Metalls Gießwanne genannt.
Die Anforderungen an die Verwendung von Gießdüsen sind:

(1) Befördern von flüssigem Metall von der Gießwanne in die Gussform, ohne das flüssige Metall der Luft auszusetzen;
(2) Gleichmäßiges Verteilen des flüssigen Metalls in der Gussform, so dass die Hitzeausdehnung und die Bildung einer festen Außenhaut gleichförmig sind; und
(3) Befördern des flüssigen Metalls zu der Gussform in einer ruhigen und sanften Art ohne übermäßige Turbulenzen, besonders auf dem Meniskus, um so eine gute Schmierung zu ermöglichen, und die Möglichkeit einer Defektbildung an der Oberfläche zu minimieren.

Die Fließgeschwindigkeit von flüssigem Metall von der Gießwanne in die Gießdüse kann auf verschiedene Arten gesteuert werden. Zwei der üblicheren Verfahren zum Steuern der Fließgeschwindigkeit sind: (1) mit einer Stopfenstange und (2) mit einem Absperrschieberventil. Auf jeden Fall muss die Düse zu der Gießwannen-Stopfenstange oder dem Gießwannen-Absperrschieber passen, und die Innenbohrung der Gießdüse in dem Eingangsbereich der Düse ist im Allgemeinen zylindrisch und kann rund oder verjüngt sein.
Bisher erreichen die Gießdüsen nach dem Stand der Technik die oben erwähnte erste Aufgabe, wenn sie in der Gussform exakt in dem flüssigen Stahl untergetaucht werden, und behalten ihre physikalische Unversehrtheit bei.
Düsen nach dem Stand der Technik erreichen jedoch, wie aus WO 95/29025 bekannt ist, nicht ganz die oben erwähnte zweite und dritte Anforderung. Beispielsweise zeigen die 19 und 20 eine typische Bauart einer Gießdüse nach dem Stand der Technik mit zwei Öffnungen und einem geschlossenen Ende. Diese Düse versucht den Ausgangswerkstofffluss in zwei entgegengesetzte Auslassströme zu teilen. Das erste Problem bei dieser Art von Düsen ist die Beschleunigung des Werkstoffflusses in der Bohrung und die Bildung von starken Auslassströmen, welche den verfügbaren Bereich der Ausgangsanschlüsse nicht voll nutzen. Das zweite Problem ist eine Strahlschwingung und instabile Gießfließmuster infolge der plötzlichen Richtungsumlenkung des Werkstoffflusses in dem unteren Bereich der Düse. Diese Probleme ermöglichen in der Gussform keine gleichmäßige Werkstoffflussverteilung und verursachen übermäßige Turbulenzen.
20 zeigt eine alternative Bauart einer Gießdüse vom Stand der Technik mit zwei Öffnungen mit einem spitzen Mengenteilerende. Der spitze Teiler versucht die Ausgangsstrahl-Stabilität zu verbessern. Jedoch erfährt diese Bauart die gleichen Probleme wie jene, die bei der Bauart von 18 aufgetretenen sind. In beiden Fällen kann die Trägheitskraft des flüssigen Metalls, das sich entlang der Bohrung zu dem Ausgangsanschlussbereich der Düse bewegt, so groß sein, dass sie nicht abgelenkt werden kann, um die Ausgangsanschlüsse ohne Werkstoffflussteilung an dem oberen Ende der Anschlüsse zu füllen. Somit sind die Ausgangsstrahlen instabil, erzeugen Schwingungen und sind turbulent.
Die erwarteten Auslasswinkel werden darüber hinaus nicht erreicht. Die tatsächlichen Auslasswinkel sind beträchtlich geringer. Außerdem sind die Werkstoffflussquerschnitte in den Auslassanschlüssen extrem ungleichmäßig mit geringer Fließgeschwindigkeit in dem oberen Abschnitt der Anschlüsse und hoher Fließgeschwindigkeit angrenzend an den unteren Abschnitt der Anschlüsse. Diese Düsen erzeugen eine relativ große stehende Welle in dem Meniskus oder der Oberfläche des geschmolzenen Stahls, welche mit einem Gießflussmittel oder -pulver zum Zweck der Schmierung bedeckt wird. Diese Düsen erzeugen ferner in der stehenden Welle eine Schwingung, wobei der Meniskus anschließend an ein Gussformende abwechselnd steigt und fällt, und der aus dem Stand der Technik bekannte Meniskus anschließend an das andere Gussformende abwechselnd fällt und steigt. Düsen aus dem Stand der Technik erzeugen auch intermittierende Oberflächenwirbel. All diese Effekte führen dazu, dass durch die Flüssigkeit mitgerissenes Gießflussmittel in den Körper der Stahlplatte eingebracht wird, wobei deren Qualität verringert wird. Eine Schwingung der stehenden Welle erzeugt eine ungleichmäßige Wärmeübertragung durch die Gussform am oder nahe dem Meniskus. Diese Effekte beeinflussen die Gleichmäßigkeit der Bildung einer Außenhaut des Stahls sowie die Schmierung durch das Gießpulver negativ und tragen Spannungen in die Gussform ein. Diese Effekte werden schwerwiegender bei ansteigender Gießgeschwin digkeit; und folglich wird es notwendig, die Gießgeschwindigkeit zu begrenzen, um Stahl mit einer gewünschten Qualität zu erzeugen.
Bezugnehmend auf 17, in der eine Düse 30 gezeigt ist, die jener in der Europäischen Anmeldung 0403808 beschriebenen, ähnlich ist. Wie Fachleuten bekannt ist, fließt geschmolzener Stahl von einer Gießwanne durch ein Ventil oder eine Stopfenstange in einen kreisförmigen Einlassrohrabschnitt 30b. Düse 30 weist einen Hauptübergang 34 von kreisförmig zu rechteckig auf. Düse 30 umfasst ferner einen Flachplatten-Mengenteiler 32, welcher die zwei Ströme relativ zu der Vertikalen in scheinbare Winkel von plus/minus 90° lenkt. In der Praxis sind die Auslasswinkel jedoch nur plus/minus 45°. Ferner ist die Fließgeschwindigkeit in Auslassanschlüssen 46 und 48 nicht gleichmäßig. Neben der rechten divergierenden Seitenwand 34C des Übergangs 34 ist die Fließgeschwindigkeit von Anschluss 48 relativ niedrig, wie durch den Vektor 627 gezeigt ist. Eine maximale Fließgeschwindigkeit vom Anschluss 48 entsteht sehr nahe des Mengenteilers 32, wie durch den Vektor 622 gezeigt ist. Infolge der Reibung ist die Fließgeschwindigkeit neben dem Teiler 32 etwas geringer, wie durch den Vektor 621 gezeigt ist. Der ungleichförmige Werkstofffluss vom Auslassanschluss 48 führt zu Turbulenzen. Ferner zeigt der Werkstofffluss von Auslassanschlüssen 46 und 48 eine niederfrequente Schwingung von plus/minus 20° mit einem Zeitintervall von 20 bis 60 Sekunden. Bei Anschluss 46 ist die maximale Fließgeschwindigkeit durch den Vektor 602 gezeigt, welches dem Vektor 622 von Anschluss 48 entspricht. Der Vektor 602 schwingt zwischen zwei Extremen, von denen einer der Vektor 602a ist, welcher um 65° von der Vertikalen versetzt ist, und der andere der Vektor 602b ist, welcher um 25° von der Vertikalen versetzt ist.
Wie in 17a gezeigt ist, tendieren die Werkstoffflüsse von den Anschlüssen 46 und 48 dazu, in einem Winkel von 90° zueinander zu bleiben, so dass, wenn der Ausgang von Anschluss 46 durch den Vektor 602a dargestellt wird, welcher von der Vertikalen um 65° abgelenkt wird, der Ausgang von Anschluss 48 durch den Vektor 622a dargestellt wird, welcher um 25° von der Vertikalen abgelenkt wird. Bei einem Extrem einer in 17a gezeigten Schwingung ist der Meniskus M1 an dem linken Ende der Gussform 54 ziemlich erhöht, während der Meniskus M2 an dem rechten Ende der Gussform nur leicht erhöht ist. Der Effekt ist aus Gründen der Klarheit stark übertrieben gezeigt. Im Allgemeinen tritt der tiefste Pegel des Meniskus' nahe der Düse 30 auf. Bei einer Gießgeschwindigkeit von drei Tonnen pro Minute zeigt der Meniskus im Allgemeinen stehende Wellen von 18 bis 30 mm Höhe. Bei dem Extrem einer gezeigten Schwingung gibt es am linken Gussformende eine Zirkulation C1 im Uhrzeigersinn von beträchtlicher Größe und niedriger Tiefe und eine Zirkulation C2 entgegen dem Uhrzeigersinn von geringerer Größe und größerer Tiefe am rechten Gussformende.
Wie in den 17a und 17b gezeigt ist, ist neben der Düse 30 ein Gussformwulstbereich B, an dem die Breite der Gussform vergrößert ist, um die Düse anzupassen, welche für feuerfeste Wände typische Dicken von 19 mm aufweist. Bei dem Extrem von einer in 17a gezeigten Schwingung gibt es vor und hinter einer Düse 30 einen großen Oberflächenstrom F1 von links nach rechts in den Wulstbereich. Es ist ebenfalls ein kleiner Oberflächenstrom F2 von rechts nach links in den Wulstbereich zu verzeichnen. Intermittierende Wirbelvektoren V treten in dem Meniskus in der Gussform im Wulstbereich neben der rechten Seite der Düse 30 auf. Die hochgradig ungleichförmige Geschwindigkeitsverteilung an den Anschlüssen 46 und 48, die großen stehenden Wellen in dem Meniskus, die Oszillationen der stehenden Wellen und die Oberflächenwirbel neigen allesamt dazu, ein Mitreißen von Gießpulver oder Gießflussmittel zu verursachen, was zu einer Qualitätsminderung des Stahlgusses führt. Zusätzlich ist eine Außenhautbildung des Stahls unbeständig und ungleichmäßig, eine Schmierung wird nachteilig beeinflusst und es wird eine Spannung innerhalb der Gussform am oder nahe dem Meniskus erzeugt. All diese Effekte werden bei höheren Gießgeschwindigkeiten verstärkt. Solche Düsen vom Stand der Technik erfordern, dass die Gießgeschwindigkeit verringert wird.
In neuerlichem Bezug auf 17 kann der Mengenteiler einen stumpfen dreieckigen Keil 32c mit einem Winkel der Anstiegsflanken-Öffnung von 156° aufweisen, wobei dessen Seiten mit Winkeln von 12° von der Horizontalen angeordnet sind, wie in einer ersten deutschen Anmeldung DE 3 709 188 gezeigt ist, welche scheinbare Auslasswinkel von plus/minus 78° bilden. Jedoch sind die tatsächlichen Auslasswinkel wieder ungefähr plus/minus 45°; und die Düse zeigt die gleichen Nachteile wie vorher.
In Bezug auf 18 ist Düse 30 ähnlich der in einer zweiten deutschen Anmeldung DE 4 142 447 gezeigten, in welcher die scheinbaren Auslasswinkel angeblich zwischen 10° und 22° liegen. Der Werkstofffluss von dem Einlassrohr 30b gelangt in den Hauptübergang 34, welcher als der gezeigt ist, der scheinbare Auslasswinkel von plus/minus 20° aufweist, wie durch seine divergierenden Seitenwände 34c und 34f und durch den dreieckigen Mengenteiler 32 festgelegt ist. Wenn der Mengenteiler 32 weggelassen wurde, wird ein Äquipotenzial des resultierenden Werkstoffflusses neben den Auslassanschlüssen 46 und 48 durch 50 gezeigt. Ein Äquipotenzial 50 zeigt in dem Mittelbereich neben der Achse S des Rohrs 30b keine Krümmung und zeigt eine maximale Krümmung in seinem rechtwinkligen Schnittpunkt der rechten und linken Seiten 34c und 34f der Düse. Der Hauptstrom in der Mitte zeigt eine vernachlässigbare Ablenkung; und nur ein Werkstofffluss an den Seiten zeigt eine Ablenkung von plus/minus 20°. Ohne Mengenteiler wären die Hauptablenkungen an den Anschlüssen 46 und 48 geringer als 1/4 und vielleicht 1/5 oder 20% der scheinbaren Ablenkung von plus/minus 20°.
Wenn man die Wandreibung für einen Moment außer Acht lässt, ist 64a ein kombinierter Vektor und eine Strömungslinie, die den Werkstofffluss an der linken Seite 34f der Düse darstellt, und 66a ist ein kombinierter Vektor und eine Strömungslinie, die den Werkstofffluss an der rechten Seite 34c der Düse darstellt. Der Anfangspunkt und die Richtung der Strömungslinie entsprechen dem Anfangspunkt und der Richtung des Vektors; und die Länge der Strömungslinie entspricht der Länge des Vektors. Die Strömungslinien 64a und 66a verschwinden natürlich in den Turbulenzen zwischen der Flüssigkeit in der Gussform und der Flüssigkeit, die aus der Düse 30 austritt. Wenn ein kurzer Mengenteiler 32 eingesetzt wird, wirkt er im Wesentlichen wie ein kegelstumpfartiger Körper in einem zweidimensionalen Werkstofffluss. Die vektoriellen Strömungslinien 64 und 66 entlang des Körpers entsprechen einer höheren Geschwindigkeit als die vektoriellen Strömungslinien 64a und 66a. Die Strömungslinien 64 und 66 verschwinden natürlich in dem Niederdruck-Wirbelstrom unterhalb des Mengenteilers 32. Dieser Niederdruck-Wirbelstrom lenkt den Strom entlang dem Teiler 32 abwärts. Die letztere deutsche Anmeldung zeigt, dass der dreieckige Teiler 32 nur 21% der Länge des Hauptübergangs 34 hat. Dies ist nicht ausreichend, um auch nur in der Nähe der erwarteten Ablenkungen anzukommen, was einen viel längeren dreieckigen Teiler mit zugehörigem Anwachsen der Länge des Hauptübergangs 34 erfordern würde. Ohne ausreichende seitliche Ablenkung neigt der geschmolzene Stahl dazu, in die Gussform einzutauchen. Dies erhöht die Amplitude der stehenden Welle, nicht durch ein Zunehmen der Höhe des Meniskus' an dem Ende der Gussform, sondern durch eine Vergrößerung der Tiefe des Meniskus' in dem Abschnitt der Wulst vor und hinter der Düse, wobei der Werkstofffluss daraus Flüssigkeit von diesem Abschnitt des Wulstes mitreißt und Unterdruck erzeugt.
Die Düsen aus dem Stand der Technik, wie sie aus EP 0 482 423 bekannt sind, versuchen durch Überdruck zwischen den Strömen die Ströme abzulenken, wie dies durch einen Mengenteiler bewirkt wird.
Infolge von Unregelmäßigkeiten bei der Fertigung der Düse, das Nichtvorhandensein der Abbremsung oder Diffusion des Werkstoffflusses oberhalb der Teilung des Werkstoffflusses und aufgrund von niederfrequenten Schwingungen in den Werkstoffflüssen, ausgehend von den Anschlüssen 46 und 48, wird die mittlere Strömungslinie des Werkstoffflusses im Allgemeinen nicht die Spitze des dreieckigen Mengenteilers 32 aus 18 treffen. Stattdessen liegt der Staupunkt im Allgemeinen an der einen Seite oder der anderen Seite des Teilers 32. Beispielsweise, wenn der Staupunkt auf der linken Seite des Teilers 32 ist, dann entsteht eine laminare Trennung des Werkstoffflusses an der rechten Seite des Teilers 32. Die Trennungs-"Blase" senkt den Auslasswinkel des Werkstoffflusses an der rechten Seite des Teilers 32 und fügt dem Werkstofffluss von Anschluss 48 weitere Turbulenzen hinzu.
Zusammenfassung der Erfindung
Folglich ist es eine Aufgabe unserer Erfindung, eine Gießdüse bereitzustellen, die das Fließverhalten verbessert, das mit der Einführung von flüssigem Metall in eine Gussform durch eine Gießdüse verbunden ist.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse bereitzustellen, in der die Trägheitskraft des durch die Düse strömenden flüssigen Metalls geteilt und besser gesteuert wird, indem der Werkstofffluss in einzelne und unabhängige Ströme innerhalb der Bohrung der Düse in eine Mehrstufenform geteilt wird.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse bereitzustellen, welche zur Erleichterung der Teilung des Werkstoffflusses und daher zu der Reduzierung von Turbulenzen, der Stabilisierung von Ausgangsstrahlen und dem Erzielen eines gewünschten Auslasswinkels der unabhängigen Ströme führt.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse zum Aufteilen oder Abbremsen des Werkstoffflusses des flüssigen Metalls bereitzustellen, welcher sich durch diese hindurch bewegt, und daher die Trägheitskraft des Werkstoffflusses zu verringern, um so die Ausgangsstrahlen von der Düse zu stabilisieren.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Gießdüse bereitzustellen, in der die Ablenkung der Strömung teilweise durch Unterdruck erreicht wird, welcher an den äußeren Teilen der Ströme wirkt, wie beispielsweise durch gebogene Anschlusskrümmungsteile, um die Geschwindigkeitsverteilung in den Auslassanschlüssen gleichförmiger zu machen.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse, die einen Hauptübergang von einem kreisförmigen Querschnitt, der eine Strömung mit axialer Symmetrie enthält, zu einem länglichen Querschnitt mit einer Dicke bereitzustellen, welche geringer ist als der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts, und eine Breite besitzt, welche größer ist als der Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts, der eine Strömung mit ebener Symmetrie mit im Allgemeinen gleichförmiger Geschwindigkeitsverteilung während des Übergangs unter Vernachlässigung der Wandreibung aufweist.
Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse mit einem sechseckigen Querschnitt am Hauptübergang bereitzustellen, um die Effektivität der Stromablenkungen innerhalb des Hauptübergangs zu erhöhen.
Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse mit einer Diffusion zwischen dem Einlassrohr und den Auslassanschlüssen bereitzustellen, um die Geschwindigkeit des Werkstoffflusses an den Anschlüssen herabzusetzen und Turbulenzen zu verringern.
Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse mit einer Diffusion oder Abbremsung des Werkstoffflusses innerhalb des Hauptübergangs des Quer schnitts bereitzustellen, um die Geschwindigkeit des Werkstoffflusses durch die Anschlüsse zu verringern und die Gleichmäßigkeit der Geschwindigkeit und die Gleichförmigkeit der Geschwindigkeit von Strömungslinien an den Anschlüssen zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse mit einem Mengenteiler bereitzustellen, welcher mit einer abgerundeten Anstiegsflanke versehen ist, um eine Veränderung im Staupunkt ohne Teilung des Werkstoffflusses zu ermöglichen.
Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse bereitzustellen, welche den verfügbaren Platz in einer gewölbten oder kronenförmigen Gussform effektiver ausnutzt und ein verbessertes Strömungsbild in dieser ermöglicht.
Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse bereitzustellen, welche eine Bohrung mit einer Mehrfacetten-Innengeometrie besitzt, wobei diese eine größere Innen-Querschnittsfläche für die Bohrung nahe einer Mittelachse der Gießdüse im Vergleich zu den Kanten bereitstellt.
Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse bereitzustellen, die einen weit zu gebrauchenden Bereich von handhabbaren Durchsätzen des Werkstoffflusses erzielt, ohne die Strömungseigenschaften zu verschlechtern.
Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse mit Ablenkplatten bereitzustellen, welche den Werkstofffluss, der in äußere Ströme und einen mittleren Strom aufgeteilt ist, so verteilt, dass der effektive Auslasswinkel der äußeren Ströme, die durch die oberen Ausgangsanschlüsse austreten, auf der Basis des Durchsatzes von flüssigem Metall durch die Gießdüse variiert.
Noch eine weitere Aufgabe ist es, eine Gießdüse mit Ablenkplatten bereitzustellen, welche den Werkstofffluss, der in äußere Ströme und einen mittleren Strom aufgeteilt ist, so verteilt, dass der effektive Auslasswinkel der äußeren Ströme, die durch die oberen Ausgangsanschlüsse austreten, ansteigt, wenn der Durchsatz von flüssigem Metall durch die Gießdüse ansteigt.
Es wurde festgestellt, dass die obige und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Gießen von flüssigem Metall durch eine Gießdüse erreicht wird, die eine längliche Bohrung mit mindestens einem Eingangsanschluss, mindestens einem oberen Ausgangsanschluss und mindestens einem unteren Ausgangsanschluss enthält. Nahe bei dem oberen Ausgangsanschluss ist eine Ablenkplatte angeordnet, um den Fluss von flüssigem Metall durch die Bohrung in mindestens einen äußeren Strom und einen mittleren Strom aufzuteilen, wobei der äußere Strom durch den oberen Ausgangsanschluss fließt und der mittlere Strom an der Ablenkplatte vorbei und zu dem unteren Ausgangsanschluss fließt. Die Ablenkplatte ist so ausgelegt, um das flüssige Metall so zwischen dem äußeren Strom und dem mittleren Strom aufzuteilen, dass der effektive Auslasswinkel des äußeren Stroms, der durch den oberen Ausgangsanschluss austritt, basierend auf dem Durchsatz von flüssigem Metall durch die Gießdüse, variiert.
Vorzugsweise steigt der effektive Auslasswinkel der äußeren Ströme an, wenn der Durchsatz des Werkstoffflusses ansteigt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Ablenkplatten so ausgelegt, dass etwa 15–45%, vorzugsweise 25–40% des gesamten Werkstoffflusses an Flüssigkeit durch die Gießdüse den äußeren Strömen zugeordnet ist, und etwa 55–85%, vorzugsweise 60–75% des gesamten Werkstoffflusses an Flüssigkeit durch die Düse dem mittleren Strom zugeordnet ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der theoretische Auslasswinkel der oberen Ausgangsanschlüsse etwa 0–25° und vorzugsweise etwa 7–10° abwärts von der Horizontalen.
Die Gießdüse kann auch eine Zentralachse und mindestens einen Eingangsanschluss und mindestens einen Ausgangsanschluss aufweisen, wobei die Bohrung der Gießdüse einen vergrößerten Abschnitt umfasst, um die Bohrung mit einer größeren Querschnittsfläche in der Nähe der Zentralachse statt in der Nähe der Kanten der Bohrung bereitzustellen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der vergrößerte Abschnitt mindestens zwei sich krümmende Facetten auf, von denen jede von einem Punkt auf einer Ebene, welche im Wesentlichen zu der Zentralachse parallel ist und diese kreuzt, zu einer unteren Kante der Bohrung verläuft. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die sich krümmenden Facetten eine obere Kante und eine mittlere Kante auf, und mindestens zwei der oberen Kanten sind nebeneinander und bilden einen Spitze, welche im Allgemeinen zu dem Eingangsanschluss zeigt. Vorzugsweise ist die mittlere Kante von jeder sich krümmenden Facette von einer horizontalen Längsachse der Gießdüse weiter entfernt als die obere Kante der sich krümmenden Facette in einem horizontalen Querschnitt.
Es wurde festgestellt, dass die obigen und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Gießen von flüssigem Metall durch eine Gießdüse erreicht werden, welche eine längliche Bohrung mit einem Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüssen aufweisen. Eine erste Ablenkplatte ist nahe einem Ausgangsanschluss angeordnet, und eine zweite Ablenkplatte ist nahe dem anderen Ausgangsanschluss angeordnet.
Die Ablenkplatten teilen den Werkstofffluss des flüssigen Metalls in zwei äußere Strome und einen mittleren Strom und lenken die beiden äußeren Ströme in im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen ab. Ein Mengenteiler, der von den Ablenkplatten unterhalb der Ablenkplatten angeordnet ist, teilt den mittleren Strom in zwei innere Ströme und wirkt mit den Ablenkplatten zusammen, um die zwei inneren Ströme im Wesentlichen in die gleiche Richtung abzulenken, in welche die zwei äußeren Ströme abgelenkt wurden.
Vorzugsweise vereinigen sich die äußeren und inneren Ströme wieder, bevor oder nachdem die Ströme durch mindestens einen der Ausgangsanschlüsse ausgetreten sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel lenken die Ablenkplatten die äußeren Ströme um einen Auslasswinkel von ungefähr 20–90° von der Vertikalen ab. Vorzugsweise lenken die Ablenkplatten die äußeren Ströme in einem Winkel von ungefähr 30° von der Vertikalen ab.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel lenken die Ablenkplatten die zwei inneren Ströme in eine andere Richtung ab, als die Richtung, in welche die zwei äußeren Ströme abgelenkt werden. Vorzugsweise lenken die Ablenkplatten die zwei äußeren Ströme um einem Winkel von ungefähr 45° von der Vertikalen ab und lenken die zwei inneren Ströme um einem Winkel von ungefähr 30° von der Vertikalen ab.
Andere Eigenschaften und Aufgaben unserer Erfindung werden aus der folgen- den Beschreibung der Erfindung ersichtlich, welche sich auf die anhängenden Zeichnungen bezieht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den anhängenden Zeichnungen, welche einen Teil dieser vorliegenden Beschreibung bilden, und welche in Verbindung mit diesen gelesen werden sollen, werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Teile in den verschiedenen Figuren zu bezeichnen.
1 ist eine axiale Querschnittsansicht rückwärts gesehen entlang der Linie 1–1 von 2 einer ersten Gießdüse mit einem sechseckigen, kleinwinklig abweichenden Hauptübergang mit Diffusion und mäßiger Anschlusskrümmung.
1a ist eine Teilansicht im Querschnitt rückwärts gesehen eines bevorzugten Mengenteilers mit einer abgerundeten Anstiegsflanke.
1b ist eine andere axiale Schnittansicht entlang der Linie 1b–1b von 2b eines anderen Ausführungsbeispiels einer Gießdüse mit einem Hauptübergang mit Abbremsung und Diffusion sowie einer Ablenkung der Auslassflüsse.
2 ist eine axiale Schnittansicht mit Blick nach rechts entlang der Linie 2–2 von 1.
2a ist eine axiale Schnittansicht entlang der Linie 2a–2a der 1b.
3 ist ein Querschnitt in der Ebene 3–3 der 1 und 2 mit Blick nach unten.
3a ist ein Querschnitt in der Ebene 3a–3a der 1b und 2a.
4 ist ein Querschnitt in der Ebene 4–4 der 1 und 2 mit Blick nach unten.
4a ist ein Querschnitt in der Ebene 4a–4a der 1b und 2a.
5 ist ein Querschnitt in der Ebene 5–5 der 1 und 2 mit Blick nach unten.
5a ist ein Querschnitt in der Ebene 5a–5a der 1b und 2a.
6 ist ein Querschnitt in der Ebene 6–6 der 1 und 2 mit Blick nach unten.
6a ist ein anderer Querschnitt in der Ebene 6–6 der 1 und 2 mit Blick nach unten.
6b ist ein Querschnitt in der Ebene 6–6 der 13 und 14 und von den 15 und 16 mit Blick nach unten.
6c ist ein Querschnitt in der Ebene 6a–6a der 1b und 2a.
7 ist eine axiale Schnittansicht rückwärtsgerichtet von einer zweiten Gießdüse mit einem kreisförmig-nach-rechteckigen Übergang, wobei die Flächen innerhalb des Kreises und des Rechtecks gleich sind, einem sechseckigen, kleinwinklig divergierenden Hauptübergang mit Diffusion und mäßiger Anschlusskrümmung.
8 ist eine axiale Schnittansicht mit Blick nach rechts von der Düse von 7.
9 ist eine axiale Schnittansicht rückwärtsgerichtet von einer dritten Gießdüse mit einem kreisförmig-nach-quadratischen Übergang mit einer mäßigen Diffusion, einem sechseckigen, mittleren Winkels divergierenden Hauptübergang mit konstantem Durchflussquerschnitt und geringer Anschlusskrümmung.
10 ist eine axiale Schnittansicht mit Blick nach rechts von der Düse von 9.
11 ist eine axiale Schnittansicht rückwärtsgerichtet von einer vierten Gießdüse, welche Übergänge von kreisförmig zu quadratisch und quadratisch zu rechteckig mit hoher Gesamtdiffusion, einen sechseckigen, großwinklig divergierenden Hauptübergang mit abnehmendem Durchflussquerschnitt und ohne Anschlusskrümmung bereitstellt.
12 ist eine axiale Schnittansicht mit Blick nach rechts von der Düse von 11.
13 ist eine axiale Schnittansicht rückwärtsgerichtet von einer fünften Gießdüse ähnlich jener von 1, welche aber einen rechteckigen Hauptübergang besitzt.
14 ist eine axiale Schnittansicht mit Blick nach rechts von der Düse von 13.
15 ist eine axiale Schnittansicht rückwärtsgerichtet von einer sechsten Gießdüse mit einem rechteckigen, kleinwinklig divergierenden Hauptübergang mit Diffusion, geringfügiger Werkstoffflussablenkung in dem Hauptübergang und hoher Anschlusskrümmung.
16 ist eine axiale Schnittansicht mit Blick nach rechts von der Düse von 15.
17 ist eine axiale Schnittansicht rückwärtsgerichtet von einer Düse vom Stand der Technik.
17a ist eine Schnittansicht rückwärtsgerichtet, welche die Gießfließmuster zeigt, die von der Düse von 17 erzeugt werden.
17b ist ein Querschnitt in der krummlinigen Ebene des Meniskus' mit Blick nach unten, welcher die Oberflächen-Fließmuster zeigt, die von der Düse von 17 erzeugt werden.
18 ist eine axiale Schnittansicht rückwärtsgerichtet von einer weiteren Düse vom Stand der Technik.
19 ist eine axiale Schnittansicht von einer anderen Düse vom Stand der Technik.
20 ist eine teilweise Seitenschnittansicht der Düse von 19 vom Stand der Technik.
21 ist eine axiale Schnittansicht von einer anderen Düse vom Stand der Technik.
22 ist eine Draufsicht auf Pfeil A der Düse von 21 vom Stand der Technik.
23 zeigt eine axiale Schnittansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel von einer Gießdüse der vorliegenden Erfindung.
24 zeigt eine Querschnittansicht von 23 entlang der Linie A–A von 23.
25 zeigt eine Querschnittansicht von 23 entlang der Linie B–B von 23.
26 zeigt eine teilweise axiale Seitenschnittansicht von der Gießdüse von 23.
27 zeigt eine axiale Seitenschnittansicht von der Gießdüse von 23.
28 zeigt eine axiale Schnittansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel von einer Gießdüse der vorliegenden Erfindung.
29 zeigt eine axiale Seitenschnittansicht von der Gießdüse von 28.
30 zeigt eine axiale Schnittansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel von einer Gießdüse der vorliegenden Erfindung.
30A zeigt eine Querschnittansicht von 30 entlang der Linie A–A von 30.
30B zeigt eine Querschnittansicht von 30 entlang der Linie B–B von 30.
30C zeigt eine Querschnittansicht von 30 entlang der Linie C–C von 30.
30D zeigt eine Querschnittansicht von 30 entlang der Linie D–D von 30.
30EE ist ein teilweiser Grundriss von einem Ausgangsanschluss von der Gießdüse von 30 mit Blick entlang dem Pfeil EE.
31 zeigt eine axiale Seitenschnittansicht der Gießdüse von 30.
32 zeigt eine axiale Schnittansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel von einer Gießdüse der vorliegenden Erfindung.
32A zeigt eine Querschnittansicht von 32 entlang der Linie A–A von 32.
32B zeigt eine Querschnittansicht von 32 entlang der Linie B–B von 32.
32C zeigt eine Querschnittansicht von 32 entlang der Linie C–C von 32.
32D zeigt eine Querschnittansicht von 32 entlang der Linie D–D von 32.
32E zeigt eine Querschnittansicht von 32 entlang der Linie E–E von 32.
33 zeigt eine axiale Seitenschnittansicht von der Gießdüse von 32.
34A zeigt eine axiale Schnittansicht von der Gießdüse von 32 und stellt die effektiven Auslasswinkel von Ausgangsstrahlen bei einem niedrigen Werkstoffflussdurchsatz dar.
34B zeigt eine axiale Schnittansicht von der Gießdüse von 32 und stellt die effektiven Auslasswinkel von Ausgangsstrahlen bei einem mittleren Werkstoffflussdurchsatz dar.
34C zeigt eine axiale Schnittansicht von der Gießdüse von 32 und stellt die effektiven Auslasswinkel von Ausgangsstrahlen bei einem hohen Werkstoffflussdurchsatz dar.
35 zeigt eine axiale Schnittansicht von einem weiteren Ausführungsbeispiel von einer Gießdüse der vorliegenden Erfindung.
35A zeigt eine Querschnittansicht von 35 entlang der Linie A–A von 35.
35B zeigt eine Querschnittansicht von 35 entlang der Linie B–B von 35.
35C zeigt eine Querschnittansicht von 35 entlang der Linie C–C von 35.
35D zeigt eine Querschnittansicht von 35 entlang der Linie D–D von 35.
35E zeigt eine Querschnittansicht von 35 entlang der Linie E–E von 35.
35QQ ist ein teilweiser Grundriss von einem oberen Ausgangsanschluss von der Gießdüse von 35 mit dem Blick entlang dem Pfeil QQ.
35RR ist ein teilweiser Grundriss von einem unteren Ausgangsanschluss von der Gießdüse von 35 mit dem Blick entlang dem Pfeil RR.
36 zeigt eine axiale Seitenschnittansicht von der Gießdüse von 35.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
In Bezug auf die 1b und 2a, in denen die Gießdüse im Allgemeinen mit der Bezugszahl 30 angegeben ist. Das obere Ende der Düse umfasst einen Düseneingang 30a, welcher in einem kreisförmigen Rohr oder einer Bohrung 30b endet, die sich abwärts erstreckt, wie in den 1b und 2a gezeigt ist. Die Achse von dem Rohrteil 30b wird als die Achse S der Düse betrachtet. Das Rohrteil 30b endet in der Ebene 3a–3a, welche, wie in 3a zu sehen ist, einen kreisförmigen Querschnitt hat. Der Werkstofffluss tritt dann in den Hauptübergang ein, welcher im Allgemeinen durch die Bezugszahl 34 angegeben ist und vorzugsweise vier Wände 34a bis 34d aufweist. Die Seitenwände 34a und 34b divergieren jeweils in einem Winkel von der Vertikalen. Die Frontwände 34c und 34d konvergieren mit den Rückwänden 34a und 34b. Es sollte von Fachleuten zu erkennen sein, dass der Übergangsbereich 34 irgendeine Form oder Querschnittfläche mit ebener Symmetrie haben kann und nicht auf eine Form mit einer Anzahl von Wänden (vier oder sechs Wände) oder Querschnittsflächen begrenzt sein muss, wie hierin dargelegt ist, solange sich die Übergangsfläche 34 von einer im Allgemeinen runden Querschnittsfläche zu einer im Allgemeinen länglichen Querschnittsfläche mit ebener Symmetrie ändert, siehe die 3a, 4a, 5a, 6c.
Für einen konischen zweidimensionalen Diffusor ist es üblich, den Öffnungswinkel von dem Kegel auf ungefähr 8° zu begrenzen, um einen übermäßigen Druckverlust wegen einer beginnenden Trennung der Werkstoffflüsse zu vermeiden. Entsprechend sollte bei einem eindimensionalen rechteckigen Diffusor, bei welchem ein Paar gegenüberstehender Wände parallel sind, das andere Paar gegenüberstehender Wände in einem Öffnungswinkel von nicht mehr als 16° divergieren; d. h. plus 8° von der Achse bei einer Wand und minus 8° von der Achse bei der gegenüberliegenden Wand. In dem zerstreuenden Hauptübergang 34 von 1 b ergibt beispielsweise eine mittlere Konvergenz von 2,65° der Frontwände und eine 5,2°-Divergenz der Seitenwände eine entsprechende eindimensionale Divergenz der Seitenwände von ungefähr 10,4 – 5,3 = 5,1°, was weniger als die 8°-Grenze ist.
Die 4a, 5a und 6c sind Querschnitte in den jeweiligen Ebenen 4a–4a, 5a–5a und 6c–6c von den 1b und 2a, welche jeweils unter der Ebene 3a–3a angeordnet sind.
4a zeigt vier vorstehende Ecken mit großem Radius; 5a zeigt vier vorstehende Ecken mit mittlerem Radius; und 6c zeigt vier vorstehende Ecken mit kleinem Radius.
Der Mengenteiler 32 ist unter dem Übergang angeordnet, und da sind somit zwei Achsen 35 und 37 geschaffen. Der Öffnungswinkel des Mengenteilers ist im Allgemeinen gleich dem Divergenzwinkel der Ausgangswände 38 und 39.
Die Fläche in der Ebene 3a–3a ist größer als die Fläche der zwei winkligen Ausgänge 35 und 37; und der Werkstofffluss von den Ausgängen 35 und 37 hat eine geringere Geschwindigkeit als der Werkstofffluss in dem kreisförmigen Rohrteil 30b. Diese Reduzierung bei der Hauptgeschwindigkeit des Werkstoffflusses verringert Turbulenzen, welche durch Flüssigkeit von der Düse beim Eintreten in die Gussform verursacht wurden.
Die gesamte Ablenkung ist die Summe von jener in dem Hauptübergang 34 erzeugten und jener durch die Divergenz von den Ausgangswänden 38 und 39 bereitgestellten. Es wurde festgestellt, dass ein gesamter Auslasswinkel von ungefähr 30° für das gleichmäßige Gießen von dünnen Stahlplatten mit Breiten in dem Bereich von 975 bis 1625 mm oder 38 bis 64 Inch und Dicken in dem Bereich von 50 bis 60 mm nahezu optimal ist. Der optimale Auslasswinkel ist von der Breite der Platte und bis zu einem gewissen Grad von der Länge, Breite und Tiefe der Gussformauswölbung B abhängig. Normalerweise kann die Auswölbung eine Länge von 800 bis 1100 mm, eine Breite von 150 bis 200 mm und eine Tiefe von 700 bis 800 mm haben.
Nun zu den 1 und 2, in welchen durch die Bezugszahl 30 im Allgemeinen eine andere Gießdüse gezeigt wird. Das obere Ende der Düse weist einen Düseneingang 30a auf, welcher in einem kreisförmigen Rohr 30b von 76 mm Innendurchmesser endet, das sich abwärts erstreckt, wie in den 1 und 2 gezeigt ist. Die Achse von dem Rohrteil 30b wird als die Achse S der Düse betrachtet. Das Rohrteil 30b endet in der Ebene 3–3, welche, wie aus 3 zu sehen ist, aus einem kreisförmigen Querschnitt besteht und eine Fläche von 4536 mm² hat. Der Werkstofffluss tritt dann in den Hauptübergang ein, welcher im Allgemeinen durch die Bezugszahl 34 gezeigt wird und vorzugsweise sechs Wände 34a bis 34f hat. Die Seitenwände 34c und 34f divergieren jeweils in einem Winkel, vorzugsweise in einem Winkel von 10° von der Vertikalen. Die Frontwände 34d und 34e sind in kleinen Winkeln relativ zueinander angeordnet, wie die Rückwände 34a und 34b. Dies wird später ausführlich erklärt. Die Frontwände 34d und 34e konvergieren zu den Rückwänden 34a und 34b, jede in einem Hauptwinkel von ungefähr 3,8° von der Vertikalen.
Für einen konischen zweidimensionalen Diffusor ist es üblich, den Öffnungswinkel von dem Konus auf ungefähr 8° zu begrenzen, um einen übermäßigen Druckverlust wegen einer beginnenden Werkstoffflusstrennung zu vermeiden. Entsprechend sollte bei einem eindimensionalen rechteckigen Diffusor, bei welchem ein Paar gegenüberstehender Wände parallel sind, das andere Paar gegenüberstehender Wände mit einem Öffnungswinkel von nicht mehr als 16° divergieren; d. h. plus 8° von der Achse für eine Wand und minus 8° von der Achse für die gegenüberstehende Wand. In dem teilenden Hauptübergang 34 von 1 erzeugt die 3,8°-Hauptkonvergenz der Front- und Rückwände eine äquivalente eindimensionale Divergenz der Seitenwände von ungefähr 10 – 3,8 = 6,2°, was geringer ist als die 8°-Grenze.
Die 4, 5 und 6 sind Querschnitte in den jeweiligen Ebenen 4– 4, 5–5 und 6–6 der 1 und 2, welche jeweils 100, 200 und 351,6 mm unter der Ebene 3–3 angeordnet sind. Der Öffnungswinkel zwischen den Frontwänden 34e und 34d ist etwas kleiner als 180°, was auch bei dem Öffnungswinkel zwischen den Rückwänden 34a und 34b der Fall ist. 4 zeigt vier hervorstehende Ecken mit großem Radius; 5 zeigt vier hervorstehende Ecken mit mittlerem Radius; und 6 zeigt vier hervorstehende Ecken mit kleinem Radius. Der Schnittpunkt von den Rückwänden 34a und 34b kann mit einem Filet oder Radius versehen sein, wie es der Schnittpunkt von den Frontwänden 34d und 34e sein kann. Die Länge des Werkstoffflussabschnitts ist 111,3 mm in 4, 146,5 mm in 5 und 200 mm in 6.
In einer anderen Ausführungsform kann, wie in 6a gezeigt ist, der Querschnitt in der Ebene 6–6 vier hervorstehende Ecken mit einem Radius von im Wesentlichen null haben. Die Frontwände 34e und 34d und die Rückwände 34a und 34b verlängern sich entlang ihrer Schnittpunktlinien abwärts, 17,6 mm unter der Ebene 6–6 zu der Spitze 32a von dem Mengenteiler 32. Da werden somit zwei Ausgänge 35 und 37, die jeweils in plus/minus 10°-Winkeln relativ zu der Horizontalen angeordnet sind, geschaffen. Angenommen, jener Übergang 34 hat scharfkantige, hervorstehende Ecken in der Ebene 6–6, wie in 6a gezeigt ist, dann wäre jeder der winkligen Ausgänge rechteckig mit einer schrägen Länge von 101,5 mm und einer Breite von 28,4 mm, welches eine Gesamtfläche von 5776 mm² ergibt.
Das Verhältnis der Fläche in der Ebene 3–3 zu der Fläche der zwei winkligen Ausgänge 35 und 37 ist π/4 = 0,785; und der Werkstofffluss aus den Ausgängen 35 und 37 hat 78,5% der Geschwindigkeit im kreisförmigen Rohrteil 30b. Diese Verringerung der Hauptgeschwindigkeit des Werkstoffflusses verkleinert die Turbulenzen, welche durch Flüssigkeit von der Düse beim Eintreten in die Gussform verursacht werden. Der Werkstofffluss von den Ausgängen 35 und 37 tritt in jeweilige gebogene, rechteckige Rohrteile 38 und 40 ein. Es wird später gezeigt, dass der Werkstofffluss in dem Hauptübergang 34 im Wesentlichen in zwei Ströme mit höheren Flüssigkeitsgeschwindigkeiten neben den Seitenwänden 34c und 34f und niedrigeren Geschwindigkeiten neben der Achse geteilt wird. Dies setzt ein Krümmen des Werkstoffflusses in zwei gegenüberliegende Richtungen in dem Hauptübergang 34 annähernd plus/minus 10° voraus. Die gebogenen, rechteckigen Rohre 38 und 40 krümmen die Flüsse um weitere Winkel von 20°. Die gebogenen Teile enden bei den Linien 39 und 41. Stromabwärts sind jeweils gerade rechteckige Rohrteile 42 und 44, welche die Geschwindigkeitsverteilung nahezu gleich machen, die von den gekrümmten Teilen 38 und 40 herausfließt. Die Anschlüsse 46 und 48 sind die Ausgänge von jeweiligen geraden Teilen 42 und 44. Es ist wünschenswert, dass die Innenwände 38a und 40a von jeweiligen gekrümmten Teile 38 und 40 einen beträchtlichen Krümmungsradius haben, vorzugsweise nicht viel kleiner als die Hälfte von dem der Außenwände 38b und 40b. Die Innenwände 38a und 40a können einen Radius von 100 mm haben, und die Außenwände 38b und 40b würden einen Radius von 201,5 mm haben. Die Wände 38b und 40b sind durch den Mengenteiler 32 festgelegt, welcher eine scharfe Anstiegsflanke mit einem Öff nungswinkel von 20° hat. Der Teiler 32 legt auch die Wände 42b und 44b der geraden, rechteckigen Teile 42 und 44 fest.
Es ist offensichtlich, dass neben den Innenwänden 38a und 40a ein niedriger Druck und daher eine hohe Geschwindigkeit herrschen, während neben den Außenwänden 38b und 40b ein hoher Druck und daher eine geringe Geschwindigkeit herrschen. Es ist anzumerken, dass dieser Geschwindigkeitsverlauf in gekrümmten Teilen 38 und 40 gegensätzlich zu jenem der Düsen vom Stand der Technik der 17 und 18 ist. Gerade Teile 42 und 44 ermöglichen den Hochgeschwindigkeits-Niederdruckstrom neben den Innenwänden 38a und 40a von gekrümmten Teilen 38 und 40 einen angemessenen Abstand entlang der Wände 42a und 44a, um innerhalb dieser zu geringerer Geschwindigkeit und höherem Druck zu diffundieren.
Die Gesamtablenkung ist plus/minus 30°, wobei 10° in dem Hauptübergang 34 erzeugt wurden, und 20° durch die gekrümmten Rohrteile 38 und 40 bereitgestellt wurden. Es ist festgestellt worden, dass dieser Gesamtablenkungswinkel für das permanente Gießen von Stahlplatten mit Breiten in dem Bereich von 975 bis 1625 mm oder 38 bis 64 Zoll nahezu optimal ist. Der optimale Auslasswinkel ist von der Breite der Platte und bis zu einem gewissen Grad von der Länge, Breite und Tiefe der Gussformauswölbung B abhängig. Normalerweise kann die Auswölbung eine Länge von 800 bis 1100 mm, eine Breite von 150 bis 200 mm und eine Tiefe von 700 bis 800 mm haben. Es ist offensichtlich, dass, wo der Teil in der Ebene 6–6 so ist, wie in 6 gezeigt ist, die Rohrteile 38, 40, 42 und 44 nicht mehr völlig rechteckig sein würden, sondern nur weitgehend. Es ist weiterhin offensichtlich, dass in 6 die Seitenwände 34c und 34f im Wesentlichen halbrund ohne geraden Teil sein können. Der Schnittpunkt von den Rückwänden 34a und 34b ist als sehr scharfkantig gezeigt worden, wie entlang einer Linie, um die Klarheit der Figuren zu verbessern. In 2 stellt 340b und 340d den Schnittpunkt der Seitenwand 34c mit den jeweiligen Front- und Rückwänden 34b und 34d dar, unter der Annahme von quadratischen, vorstehenden Ecken, wie in 6a. Wegen der Abrundung der vier vorstehenden Ecken stromaufwärts von Ebene 6–6 jedoch verschwinden die Linien 340b und 340d. Die Rückwände 34a und 34b sind zueinander entgegengesetzt verdreht, wobei die Verdrehung in der Ebene 3–3 gleich null ist und die Verdrehung in der Ebene 6–6 nahezu maximal ist. Die Frontwände 34d und 34e sind ähnlich verdreht. Die Wände 38a und 40a und die Wände 40a und 44a können als ausgestellte Verlängerungen von entsprechenden Seitenwänden 34f und 34c von dem Hauptübergang 34 angenommen werden.
In Bezug auf 1a, in welcher auf einer vergrößerten Skala ein Mengenteiler 32 gezeigt ist, welcher mit einer abgerundeten Anstiegsflanke ausgebildet ist. Gebogene Wände 38b und 40b sind jeweils mit einem um 5 mm verringerten Radius ausgebildet, beispielsweise von 201,5 auf 196,5 mm. Dies erzeugt in dem Beispiel eine Dicke von über 10 mm, innerhalb welcher eine abgerundete Anstiegsflanke mit einem ausreichenden Krümmungsradius zu bilden ist, um den gewünschten Bereich von Staupunkten anzupassen, ohne eine Laminartrennung zu erzeugen. Die Spitze 32b des Teilers 32 kann halbelliptisch mit einer vertikalen großen Halbachse sein. Vorzugsweise hat die Spitze 32b die Kontur einer Tragfläche, wie beispielsweise eines symmetrischen NACA 0024-Flügelteils vor der 30%-igen Sehnenposition einer maximalen Dicke. Entsprechend kann die Breite der Ausgänge 35 und 37 um 1,5 mm auf 29,9 mm erhöht werden, um eine Ausgangsfläche von 5776 mm² beizubehalten.
In Bezug auf 7 und 8, in welchen der obere Abschnitt von dem kreisförmigen Rohrteil 30b der Düse weggebrochen gezeigt ist. Auf der Ebene 3–3 ist das Teil kreisförmig. Die Ebene 16–16 ist 50 mm unter der Ebene 3–3. Der Querschnitt ist rechteckig, 76 mm lang und 59,7 mm breit, so dass die Gesamtfläche wieder 4536 mm² ist. Der kreisförmig zu rechteckige Übergang 52 zwischen den Ebenen 3–3 und 16–16 kann relativ kurz sein, weil keine Diffusion des Werkstoffflusses vorkommt. Der Übergang 52 ist mit einem 25 mm hohen rechteckigen Rohr 54 verbunden, welches bei der Ebene 17–17 endet, um den Werkstofffluss von dem Übergang 52 zu stabilisieren, bevor er in den aufweitenden Hauptübergang 34 eintritt, welcher nun vollkommen rechteckig ist. Der Hauptübergang 34 hat wieder eine Höhe von 351,6 mm zwischen den Ebenen 17–17 und 6–6, wo der Querschnitt völlig sechseckig sein kann, wie in 6a gezeigt ist. Die Seitenwände 34c und 34f divergieren in einem Winkel von 10° von der Vertikalen, und die Frontwände und Rückwände konvergieren in einem mittleren Winkel, in diesem Fall ungefähr 2,6° von der Vertikalen. Der äquivalente eindimensionale Diffusor-Wandwinkel ist nun ungefähr 10 – 2,6 = 7,4°, welcher immer noch geringer als der im Allgemeinen verwendete Winkel von maximal 8° ist. Der rechteckige Rohrteil 54 kann weggelassen werden, wenn dies gewünscht ist, so dass der Übergang 52 direkt mit dem Hauptübergang 34 gekoppelt ist. In der Ebene 6–6 ist die Länge wieder 200 mm, und die Breite neben den Wänden 34c und 34f ist wieder 28,4 mm. An der Mittellinie der Düse ist die Breite etwas größer. Die Querschnitte in den Ebenen 4–4 und 5–5 sind ähnlich jenen in den 4 und 5 gezeigten, ausgenommen dass die vier vorstehenden Ecken scharfkantig statt abgerundet sind. Die Rückwände 34a und 34b und die Frontwände 34d und 34e schneiden sich entlang der Linien, welche die Spitze 32a des Mengenteilers 32 in einem Punkt 17,6 mm unter der Ebene 6–6 trifft. Winklige, rechteckige Ausgänge 35 und 37 haben wieder jeweils eine schräge Länge von 101,5 mm und eine Breite von 28,4 mm, welche eine Gesamtausgangsfläche von 5776 mm² ergibt. Das Verdrehen der Frontwand 34b und der Rückwand 34d ist in 8 deutlich zu sehen.
In den 7 und 8 treten, wie in den 1 und 2, die Flüsse von den Ausgängen 35 und 37 von dem Übergang 34 durch jeweilige rechteckige Umkehrteile 38 und 40 hindurch, wobei die jeweiligen Flüsse durch einen zusätzlichen 20°-Winkel relativ zu der Vertikalen umgelenkt werden und dann durch jeweilige gerade, rechteckige Ausgleichteile 42 und 44 fließen. Die Flüsse von den Teilen 42 und 44 haben wieder Gesamtablenkungen von plus/minus 30° von der Vertikalen. Die Anstiegsflanke von dem Mengenteiler 32 hat wieder einen Öffnungswinkel von 20°. Es wird wiederum bevorzugt, dass der Mengenteiler 32 eine abgerundete Anstiegsflanke und eine Spitze (32b) hat, welche halbelliptisch ist oder eine Tragflächenkontur besitzt, wie in 1a.
In Bezug auf 9 und 10, in welchen sich zwischen den Ebenen 3–3 und 19–19 ein kreisförmig zu quadratischer Übergang 56 mit Teilung befindet. Die Fläche in der Ebene 19–19 ist 76² = 5776 mm². Der Abstand zwischen den Ebenen 3–3 und 19–19 ist 75 mm, welcher zu einem konischen Diffusor äquivalent ist, wobei die Wand zu der Achse einen Winkel von 3,5° einschließt und der Gesamtöffnungswinkel zwischen den Wänden 7,0° ist. Die Seitenwände 34c und 34f des Übergangs 34 divergieren jeweils in einem Winkel von 20° von der Vertikalen, während die Rückwände 34a–34b und die Frontwände 34d–34e in einer solchen Weise konvergieren, dass sie ein Paar rechteckiger Ausgangsanschlüsse 35 und 37 bilden, welche in 20°-Winkeln relativ zu der Horizontalen angeordnet sind. Die Ebene 20–20 liegt 156,6 mm unter der Ebene 19–19. In dieser Ebene ist die Länge zwischen den Wänden 34c und 34f gleich 190 mm. Die Schnittpunktlinien der Rückwände 34a–34b und der Frontwände 34d–34e erstrecken sich 34,6 mm unter der Ebene 20–20 zu der Spitze 32a des Teilers 32. Die zwei winkligen, rechteckigen Ausgangsanschlüsse 35 und 37 haben jeweils eine schräge Länge von 101,1 mm und eine Breite von 28,6 mm, die eine Ausgangsfläche von 5776 mm² ergeben, welche die gleiche ist wie die Eintrittsfläche des Übergangs in der Ebene 19–19. Es gibt in dem Übergang 34 keine Nettodiffusion. In den Ausgängen 35 und 37 sind rechteckige Umkehrteile 38 und 40 angeordnet, welche in diesem Fall nur durch einen zusätzlichen 10°-Winkel jeden der Flüsse ablenken. Die Anstiegsflanke des Mengenteilers 32 hat einen Öffnungswinkel von 40°. Den Umkehrteilen 38 und 40 folgen jeweils gerade, rechteckige Teile 42 und 44. Die Innenwände 38a und 40a von den Teilen 38 und 40 können wieder einen Radius von 100 mm haben, welcher nahezu die Hälfte des 201,1 mm-Radius der Außenwände 38b und 40b ist. Die Gesamtablenkung ist wieder plus/minus 30°. Der Mengenteiler 32 ist vorzugsweise mit einer abgerundeten Anstiegsflanke und einer Spitze (32b) versehen, welche halbelliptisch ist oder durch Verringerung der Radien der Wände 38b und 40b, falls gewünscht, eine Tragflächenkontur besitzt, entsprechend dem Anstieg der Breite der Ausgänge 35 und 37.
In Bezug auf 11 und 12, in welchen in der Ebene 3–3 der Querschnitt wieder kreisförmig ist, und in der Ebene 19–19 der Querschnitt quadratisch ist. Zwischen den Ebenen 3–3 und 19–19 ist ein kreisförmig zu quadratischer Übergang 56 mit Diffusion. Eine Trennung in dem Diffusor 56 erübrigt sich wieder durch Einstellen des Abstands zwischen den Ebenen 3–3 und 19–19 auf 75 mm. Die Fläche in der Ebene 19–19 ist 76² = 5776 mm². Zwischen der Ebene 19–19 und der Ebene 21–21 ist ein eindimensionaler quadratisch zu rechteckiger Diffusor. In der Ebene 21–21 ist die Länge (4/π)76 = 96,8 mm und die Breite 76 mm, was eine Fläche von 7354 mm² ergibt. Die Höhe des Umlenkers 58 ist auch 75 mm, und seine Seitenwände divergieren in 7,5°-Winkeln von der Vertikalen. In dem Hauptübergang 34 ist die Divergenz jeder der Seitenwände 34c und 34f jetzt 30° von der Vertikalen. Um gegen eine Werkstoffflussteilung mit solch großen Winkeln sicher zu sein, liefert der Übergang 34 einen günstigen Druckgradienten, wobei die Fläche von den Ausgangsanschlüssen 35 und 37 kleiner als in der Eingangsebene 21–21 ist. In der Ebene 22–22, welche 67,8 mm unter der Ebene 21–21 liegt, ist die Länge zwischen den Wänden 34c und 34f gleich 175 mm. Winklige Ausgangsanschlüsse 35 und 37 haben jeweils eine schräge Länge von 101,0 mm und eine Breite von 28,6 mm, was eine Ausgangsfläche von 5776 mm² ergibt. Die Schnittpunktlinien von den Rückwänden 34a–34b und den Frontwänden 34d–34e erstrecken sich 50,5 mm unter der Ebene 22–22 zu der Spitze 32a des Teilers 32. An den Ausgängen 35 und 37 des Übergangs 34 sind zwei gerade rechteckige Teile 42 und 44 angeordnet. Die Teile 42 und 44 sind bedeutend verlängert, um Verluste der Ablenkung in dem Übergang 34 zurückzugewinnen. Es gibt keine eingreifenden Umkehrteile 38 und 40, und die Ablenkung ist wieder nahezu plus/minus 30°, wie durch den Hauptübergang 34 vorgesehen ist. Der Mengenteiler 32 ist ein dreieckiger Keil mit einem Anstiegsflanken-Öffnungswinkel von 60°. Vorzugsweise ist der Teiler 32 mit einer abgerundeten Anstiegsflanke und einer Spitze (32b) ausgestattet, welche durch Bewegen der Wände 42a und 42b nach außen und somit Vergrößern der Länge der Basis des Teilers 32 halbelliptisch ist oder eine Tragflächenkontur aufweist. Der Druckanstieg in dem Diffusor 58 ist bei Vernachlässigung der Reibung gleich dem Druckabfall, welcher in dem Hauptübergang 34 auftritt. Durch Vergrößerung der Breite der Ausgänge 35 und 37 kann die Fließgeschwindigkeit weiter reduziert werden, während in dem Übergang 34 noch ein günstiger Druckgradient erreicht wird.
In 11 stellt 52 ein Äquipotenzial von dem Werkstofffluss in der Nähe der Ausgänge 35 und 37 von dem Hauptübergang 34 dar. Es ist anzumerken, dass sich das Äquipotenzial 52 orthogonal zu den Wänden 34c und 34f erstreckt und hier die Krümmung gleich null ist. Wenn sich das Äquipotenzial 52 der Mitte des Übergangs 34 nähert, wird die Krümmung immer größer und erreicht in der Mitte von dem Übergang 34 ein Maximum, entsprechend der Achse S. Der sechseckige Querschnitt des Übergangs erzielt somit eine Umkehr der Strömungslinien des Werkstoffflusses innerhalb des Übergangs 34 selbst. Es wird angenommen, dass die Wirksamkeit der mittleren Ablenkung eines sechseckigen Hauptübergangs mehr als 2/3 und vielleicht 3/4 oder 75% der scheinbaren Ablenkung ist, die von den Seitenwänden erzeugt wird.
In den 1–2 und 7–8 wird der 2,5°-Verlust von 10° in dem Hauptübergang beinahe vollständig in den gekrümmten und den geraden Teilen zurückgewonnen. In den 9–10 wird der 5°-Verlust von den 20° in dem Haupt übergang der gekrümmten und der geraden Teilen beinahe zurückgewonnen. In den 11–12 wird der 7,5°-Verlust von 30° in dem Hauptübergang in den länglichen geraden Teilen größtenteils zurückgewonnen.
In Bezug auf 13 und 14, in welchen eine Variante von den 1 und 2 gezeigt ist, wobei der Hauptübergang 34 nur mit vier Wänden ausgestattet ist, die Rückwand 34ab ist und die Frontwand 34de ist. Der Querschnitt in der Ebene 6–6 kann im Allgemeinen rechteckig sein, wie in 6b gezeigt ist. Alternativ kann der Querschnitt scharfkantige Ecken mit einem Radius von null haben. Alternativ können die Seitenwände 34c und 34f einen halbkreisförmigen Querschnitt ohne geraden Teil haben, wie in 17b gezeigt ist. Die Querschnitte in den Ebenen 4–4 und 5–5 sind im Allgemeinen wie in den 4 und 5 gezeigt, ausgenommen natürlich, dass die Rückwände 34a und 34b kollinear sind, ebenso wie die Frontwände 34e und 34d. Beide Ausgänge 35 und 37 liegen in der Ebene 6–6. Die Linie 35a stellt den winkligen Eingang zu dem Umkehrteil 38 dar, und die Linie 37a stellt den winkligen Eingang zu dem Umkehrteil 40 dar. Der Mengenteiler 32 hat eine scharte Anstiegsflanke mit einem Öffnungswinkel von 20°. Die Ablenkungen des Werkstoffflusses in den linken und rechten Abschnitten des Übergangs 34 sind vielleicht 20% von den 10°-Winkeln der Seitenwände 34c und 34f oder der Hauptablenkungen von plus/minus 2°. Die winkligen Eingänge 35a und 37a der Umkehrteile 38 und 40 setzen voraus, dass der Werkstofffluss in dem Übergang 34 um 10° abgelenkt worden ist. Die Umkehrteile 38 und 40 ebenso wie die folgenden geraden Teile 42 und 44 werden das Meiste des 8°-Verlustes an Ablenkung in dem Übergang 34 zurückgewinnen; aber es ist nicht zu erwarten, dass die Ablenkungen von den Anschlüssen 46 und 48 gerade plus/minus 30° groß sein werden. Der Teiler 32 hat vorzugsweise eine abgerundete Anstiegsflanke und eine Spitze (32b), welche halbelliptisch ist oder eine Tragflächenkontur wie in 1a aufweist.
In Bezug auf 15 und 16, in denen eine weitere Düse gezeigt ist, die der in den 1 und 2 gezeigten ähnelt. Der Übergang 34 hat wieder nur vier Wände, von denen die Rückwand 34ab ist und die Frontwand 34de ist. Der Querschnitt in der Ebene 6–6 kann abgerundete Ecken haben, wie in 6b gezeigt ist, oder kann alternativ rechteckig mit scharfkantigen Ecken sein. Die Querschnitte in den Ebenen 4–4 und 5–5 sind im Allgemeinen wie in den 4 und 5 gezeigt, ausgenommen, dass die Rückwände 34a–34b kollinear sind, wie die Frontwände 34d und 34e. Die Ausgänge 35 und 37 liegen beide in der Ebene 6–6. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird angenommen, dass die Auslasswinkel an den Ausgängen 35–37 gleich 0° sind. Von den Umkehrteilen 38 und 40 lenkt jeder seinen jeweiligen Werkstofffluss um 30° ab. In diesem Fall läge es, wenn der Mengenteiler 32 eine scharfkantige Anstiegsflanke haben sollte, in der Natur einer Spitze mit einem Öffnungswinkel von 0°, welche Konstruktion unzweckmäßig wäre. Folglich haben die Wände 38b und 40b einen verringerten Radius, so dass die Anstiegsflanke des Mengenteilers 32 abgerundet und die Spitze (32b) halbelliptisch ist oder vorzugsweise eine Tragflächenkontur hat. Die Gesamtablenkung ist plus/minus 30°, was nur durch die Umkehrteile 38 und 40 bewirkt wird. Die Auslassanschlüsse 46 und 48 von den geraden Teilen 42 und 44 sind in einem Winkel von der Horizontalen von weniger als 30° angeordnet, was die Werkstoffflussablenkung von der Vertikalen ist.
Die Wände 42a und 44a sind bedeutend länger als die Wände 42b und 44b. Da der Druckgradient neben den Wänden 42a und 44a ungünstig ist, wird für eine Diffusion eine größere Länge vorgesehen. Die geraden Teile 42 und 44 der 15–16 können in den 1–2, 7–8, 9–10 und 13–14 verwendet werden. Solche gerade Teile können auch in den 11–12 verwendet werden, aber der Vorteil wäre nicht so groß. Es ist anzumerken, dass für den Beginn des ersten Drittels der Umkehrteile 38 und 40 die Wände 38a und 40a weniger scheinbare Ablenkung erzeugen als die entsprechenden Seitenwände 34f und 34c. Jedoch erzeugen stromabwärts davon die ausgestellten Wände 38a und 40a und die ausgestellten Wände 42a und 44a mehr scheinbare Ablenkung als die entsprechenden Seitenwände 34f und 34c.
In dem anfänglichen Design ähnlich den 13 und 14, welches erstellt und erfolgreich getestet wurde, hatte jede der Seitenwände 34c und 34f eine Winkelabweichung von 5,2° von der Vertikalen, und jede Rückwand 34ab sowie Frontwand 34de konvergierte jeweils in einem Winkel von 2,65° von der Vertikalen. In der Ebene 3–3 war der Werkstoffflussquerschnitt kreisförmig mit einem Durchmesser von 76 mm. In der Ebene 4–4 war der Werkstoffflussquerschnitt 95,5 mm lang und 66,5 mm breit, mit Radien von 28,5 mm für die vier Ecken. In der Ebene 5–5 war der Querschnitt 115 mm lang und 57,5 mm breit, mit Radien von 19 mm für die Ecken. In der Ebene 6–6, welche 150 mm statt 151,6 mm unter der Ebene 5–5 angeordnet war, war der Querschnitt 144 mm lang und 43,5 mm breit, mit Radien von 5 mm für die Ecken; und der Durchflussquerschnitt war 6243 mm². Die Umkehrteile 38 und 40 wurden weggelassen. Die Wände 42a und 44a von den geraden Teilen 40 und 42 kreuzten die jeweiligen Seitenwände 34f und 34c in der Ebene 6–6. Die Wände 42 und 44a divergierten wieder um 30° von der Vertikalen und verlängern sich abwärts 95 mm unterhalb der Ebene 6–6 zu einer siebten horizontalen Ebene. Die scharfkantige Anstiegsflanke von einem dreieckigen Mengenteiler 32 mit einem Öffnungswinkel von 60° (wie in 11) war in dieser siebten Ebene angeordnet. Die Basis des Teilers erstreckte sich 110 mm unter der siebten Ebene. Die Auslassanschlüsse 46 und 48 hatten jeweils eine schräge Länge von 110 mm. Es wurde festgestellt, dass die oberen Enden von den Anschlüssen 46 und 48 mindestens 150 mm unter den Meniskus untergetaucht werden sollten. Bei einer Gießgeschwindigkeit von 3,3 Tonnen pro Minute bei einer Plattenbreite von 1384 mm war die Höhe von stehenden Wellen nur 7 bis 12 mm; in dem Meniskus bildeten sich keine Oberflächenwirbel; bei Gussformbreiten von weniger als 1200 mm war offensichtlich keine Schwingung; und bei größeren als diesen Gussformbreiten war die auftretende Schwingung minimal. Es wird angenommen, dass diese minimale Schwingung bei großen Gussformbreiten bei einer Werkstoffflussteilung an den Wänden 42a und 44a wegen der extrem plötzlichen Anschlussablenkung und wegen einer Werkstoffflussteilung stromabwärts der scharfkantigen Anstiegsflanke des Mengenteilers 32 vorkommen kann. Bei diesem Anfangskonzept wurde die 2,65°-Konvergenz der Front- und Rückwände 34ab und 34de in den länglichen, geraden Teilen 42 und 44 fortgesetzt. Somit waren diese Teile nicht rechteckig mit 5 mm Radius an den Ecken, waren aber statt dessen leicht trapezförmig, die Spitze der Auslassanschlüsse 46 und 48 hatte eine Breite von 35 mm, und der Boden der Auslassanschlüsse 46 und 48 hatte eine Breite von 24,5 mm. Wir ziehen in Betracht, dass ein Teil, welches ziemlich trapezförmig ist, im Allgemeinen rechteckig ist.
In Bezug auf 23–29, in welchen alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Diese Gießdüsen sind ähnlich den Gießdüsen der vorliegenden Erfindung, enthalten aber Ablenkplatten 100–106 zum Aufnehmen mehrerer Stufen einer Werkstoffflussteilung in getrennte Ströme mit unabhängiger Ablenkung von diesen Strömen in dem Inneren der Düse. Es soll te jedoch von Fachleuten erkannt werden, dass die Ablenkplatten nicht mit den Düsen der vorliegenden Erfindung verwendet werden müssen, sondern sie können mit jeder bekannten Düse oder Düsen nach dem Stand der Technik oder einer Tauchdüse verwendet werden, so lange die Ablenkplatten 100–106 verwendet werden, um mehrere Stufen einer Werkstoffflussteilung in getrennte Ströme mit unabhängiger Ablenkung von diesen Strömen in dem Inneren der Düse aufzunehmen.
Unter Bezugnahme auf die 23–27 wird eine Gießdüse 30 der vorliegenden Erfindung gezeigt, beispielsweise eine Gießdüse mit einem Übergangsteil 34, bei welchem es in diesem Teil einen Übergang von einer axialen Symmetrie zu einer ebenen Symmetrie gibt, um den Werkstofffluss zu teilen oder zu verlangsamen und demzufolge die Trägheitskraft des Werkstoffflusses beim Verlassen der Düse 30 zu verringern. Nach dem Fortschreiten des Metallflusses entlang dem Übergangsteil 34 stößt er auf die Ablenkplatten 100, 102, welche innerhalb oder im Inneren der Düse 30 angeordnet sind. Vorzugsweise sollten die Ablenkplatten so angeordnet sein, dass die oberen Ränder 101, 103 der Ablenkplatten 100, 102 jeweils stromaufwärts der Ausgangsanschlüsse 46, 48 sind. Die unteren Ränder 105, 107 der Ablenkplatten 100, 102 können jeweils stromaufwärts der Ausgangsanschlüsse 46, 48 angeordnet sein, obwohl bevorzugt wird, dass die unteren Ränder 105, 107 stromaufwärts der Ausgangsanschlüsse 46, 48 angeordnet sind.
Die Ablenkplatten 100, 102 dienen zum Verteilen des flüssigen Metalls, welches in mehreren Stufen durch die Düse 30 fließt. Die Ablenkplatten teilen erst den Werkstofffluss in drei getrennte Ströme 108, 110 und 112. Die Ströme 108, 112 werden als äußeren Ströme betrachtet und der Strom 110 wird als mittlerer Strom betrachtet. Die Ablenkplatten 100, 102 weisen obere Flächen 114 bzw. 116 und untere Flächen 118 bzw. 120 auf. Die Ablenkplatten 100, 102 veranlassen die zwei äußeren Ströme 108, 112, unabhängig von den oberen Flächen 114, 116 der Ablenkplatten in entgegengesetzte Richtungen abgelenkt zu werden. Die Ablenkplatten 100, 102 sollten so konstruiert und angeordnet werden, dass sie eine Winkelablenkung von ungefähr 20–90°, vorzugsweise 30° von der Vertikalen bewirken. Der mittlere Strom 110 wird durch die divergierenden unteren Flächen 118, 120 der Ablenkplatten geteilt. Der mittlere Strom 110 wird später von dem Mengenteiler 32 in zwei innere Ströme 122, 124 geteilt, die in Winkeln entgegengesetzt abgelenkt werden, welche die Winkel so anpassen, dass die äußeren Ströme 108, 112 abgelenkt werden, beispielsweise um 20–90°, vorzugsweise um 30° von der Vertikalen.
Weil die zwei inneren Ströme 122, 124 entgegengesetzt in Winkeln abgelenkt werden, welche die Winkel so anpassen, dass die äußeren Ströme 108, 112 abgelenkt werden, werden die äußeren Ströme 108, 112 dann mit den inneren Ströme 122 bzw. 124 wieder vereinigt, d. h. ihr Anpassungsstrom in der Düse 30, bevor die Ströme von geschmolzenem Metall die Düse 30 verlassen und in einer Gussform freigelassen werden.
Die äußeren Ströme 108, 112 vereinigen sich wieder mit den inneren Strömen 122 bzw. 124 in der Düse 30 aus einem weiteren Grund wieder verbunden. Der weitere Grund ist, dass, wenn die unteren Kanten 105, 107 der Ablenkplatten 100, 102 stromaufwärts der Ausgangsanschlüsse 46, 48 sind, d. h. sich nicht völlig bis zu den Ausgangsanschlüssen 46, 48 erstrecken, die äußeren Ströme 108, 112 nicht mehr physikalisch von den inneren Strömen 122, 124 getrennt sind, bevor die Ströme die Düse 30 verlassen.
Die 28–29 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel der Gießdüse 30 der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die oberen Kanten 130, 132, aber nicht die unteren Kanten 126, 128 der Ablenkplatten 104, 106 stromaufwärts von den Ausgangsanschlüssen 46, 48 angeordnet. Dies trennt die äußeren Ströme 108, 112 und die inneren Ströme 122, 124 in der Düse 30 vollständig. Darüber hinaus passen in diesem Ausführungsbeispiel die Auslasswinkel der äußeren Ströme 108, 112 und der inneren Ströme 122, 124 nicht zusammen. Folglich vereinigen sich die äußeren Ströme 108, 112 und die inneren Ströme 122, 124 in der Düse 30 nicht.
Vorzugsweise sind die Ablenkplatten 104, 106 und der Mengenteiler 32 so konstruiert und angeordnet, dass die äußeren Ströme 108, 112 um etwa 45° von der Vertikalen abgelenkt werden, und die inneren Ströme 122, 124 werden um etwa 30° von der Vertikalen abgelenkt. In Abhängigkeit von der gewünschten Gießflussverteilung ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel eine unabhängige Einstellung der Auslasswinkel von den äußeren und inneren Strömen.
In Bezug auf 30 und 31, in welchen ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Eine gabelförmige Gießdüse 140 wird bereitgestellt, welche zwei Ausgangsanschlüsse 146, 148 aufweist und anderen Gießdüsen-Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung gleicht. Die Gießdüse 140 von den 30 und 31 weist jedoch eine fecettenförmige oder „diamantartige" innere Geometrie auf, welche der Düse eine größere Innenquerschnittfläche an der Zentralachse oder der Mittellinie CL der Düse gibt als an den Kanten der Düse.
Nahe dem Boden oder dem Ausgangsende des Übergangsteils 134 der Gießdüse 140 erstrecken sich zwei winklige Nebenkanten 142 von der Mitte jeder der inneren breiten Flächen der Gießdüse 140 abwärts zu den Spitzen der Ausgangsanschlüsse 146, 148. Die Kanten 142 bilden vorzugsweise eine Spitze 143 zwischen den Teilen B–B und C–C, welche aufwärts zu dem Eingangsanschluss 141 zeigen, und welche die oberen Kanten der inneren gekrümmten Facetten 144a und 144b aufweisen. Diese gekrümmten Facetten 144a und 144b weisen die diamantartige innere Geometrie der Düse 140 auf. Sie konvergieren an einer mittleren Kante 143a und verjüngen sich von der mittleren Kante 143a nach außen zu den Ausgangsanschlüssen 146, 148.
Die oberen Kanten 142 passen sich im Allgemeinen vorzugsweise dem Auslasswinkel der Ausgangsanschlüsse 146 und 148 an und fördern dadurch die Werkstoffflussablenkung oder ein Krümmen des Flusses flüssigen Metalls zu dem theoretischen Auslasswinkel der Ausgangsanschlüsse 146 und 148. Der Auslasswinkel der Ausgangsanschlüsse 146 und 148 sollte etwa 45–80° von der Horizontalen abwärts sein. Vorzugsweise sollte die Winkelabweichung etwa 60° von der Horizontalen abwärts sein.
Ein Anpassen der oberen Kanten 142 an den Auslasswinkel der Ausgangsanschlüsse 146 und 148 minimiert eine Werkstoffflussteilung an der Spitze der Ausgangsanschlüsse und minimiert eine Teilung von den Seitenwandkanten, wenn sich der Werkstofffluss den Ausgangsanschlüssen nähert. Darüber hinaus sind, wie in den 30, 30C und 30D am deutlichsten zu sehen ist, gekrümmte Facetten 144a und 144b von einer Achse LA der Länge nach an einer Mittelkante 143a weiter entfernt als an der oberen Kante 142 in dem glei chen horizontalen Querschnitt. Folglich ist in der Nähe der Zentralachse der Gießdüse eine größere Innenquerschnittfläche vorgesehen als an den Kanten.
Wie in 30EE gezeigt ist, bewirkt die diamantartige innere Geometrie, dass Ausgangsanschlüsse 146 und 148 am Boden des Anschlusses breiter sind als an der Spitze, d. h. breiter in der Nähe eines Mengenteilers 149, wenn vorhanden. Folglich passt sich die diamantartige Anschlusskonfiguration natürlicher der dynamischen Druckverteilung des Werkstoffflusses in der Düse 140 in dem Bereich der Ausgangsanschlüsse 146 und 148 an und erzeugt dadurch stabilere Ausgangsstrahlen.
In Bezug auf 32–34, in welchen ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die Gießdüse 150 von den 32–34 ist ähnlich anderen Gießdüsen-Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Gießdüse 150 ist jedoch so konfiguriert, dass sie die Werkstoffflussmenge verteilt, welche zwischen oberen und unteren Ausgangsanschlüssen 153 bzw. 155 verteilt worden ist, und verschiedene effektive Auslasswinkel von oberen Ausgangsstrahlen erzeugt, welche obere Ausgangsanschlüsse 153 in Abhängigkeit von dem Werkstoffflussdurchsatz von flüssigem Metall durch die Gießdüse 150 verlassen.
Wie in den 32 und 33 gezeigt ist, nimmt die Gießdüse 150 vorzugsweise mehrere Stufen der Werkstoffflussteilung auf, wie oben in den Gießdüsen-Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist. Die Gießdüse 150 weist Ablenkplatten 156 auf, welche zusammen mit den unteren Flächen 160a von den Seitenwänden 160 und den Spitzenflächen 156a von den Ablenkplatten 156 obere Ausgangskanäle 152 festlegen, die zu den oberen Ausgangsanschlüssen 153 führen.
Die Gießdüse 150 kann wahlweise einen unteren Mengenteiler 158 aufweisen, welcher im Wesentlichen entlang der Mittellinie CL der Gießdüse 150 und stromabwärts von den Ablenkplatten 156 in der Richtung des Werkstoffflusses durch die Düse angeordnet ist. Bei dem unteren Mengenteiler 158 würden die Bodenflächen 156b von den Ablenkplatten 156 und den oberen Flächen 158a von dem unteren Mengenteiler 158 dann untere Ausgangskanäle 154 festlegen, welche zu den unteren Ausgangsanschlüssen 155 führen.
Die Seitenwände 160, die Ablenkplatten 156 und der Mengenteiler 158 werden vorzugsweise so konfiguriert, dass der theoretische Auslasswinkel der oberen Ausgangsanschlüsse von dem theoretischen Auslasswinkel der oberen Ausgangsanschlüsse um mindestens etwa 15° divergiert. Vorzugsweise stellen die Seitenwände 160 und die Ablenkplatten 156 obere Ausgangsanschlüsse 153 mit einem theoretischen Auslasswinkel von etwa 0–25°, vorzugsweise etwa 7–10° von der Horizontalen abwärts bereit. Die Ablenkplatten 156 und der untere Mengenteiler 158 stellen vorzugsweise untere Ausgangsanschlüsse 155 mit einem theoretischen Auslasswinkel von etwa 45–80°, insbesondere etwa 60–70° von der Horizontalen abwärts bereit.
Falls die Gießdüse 150 keinen Mengenteiler 158 enthält, dann würde die Gießdüse 150 nur einen unteren Ausgangsanschluss 155 enthalten (nicht gezeigt), welcher durch die Bodenflächen 156b der Ablenkplatten 155 festgelegt wäre. Ein unterer Ausgangsanschluss 155 würde dann einen theoretischen Auslasswinkel von etwa 45–90° aufweisen.
In Bezug auf 32–34, in welchen in der Praxis Ablenkplatten 156 anfangs den Fluss von flüssigem Metall durch die Bohrung 151 in drei getrennte Ströme teilen: nämlich zwei äußere Ströme und einen mittleren Strom. Die zwei äußeren Ströme werden von den oberen Ausgangsanschlüssen 153 zu dem theoretischen Auslasswinkel von etwa 0–25° von der Horizontalen abwärts und in entgegengesetzte Richtungen von der Mittellinie CL abgelenkt. Diese äußeren Ströme werden von den oberen Ausgangsanschlüssen 153 als obere Ausgangsstrahlen in die Gussform abfließen gelassen.
Unterdessen fließt der mittlere Strom abwärts durch die Bohrung 151 und zwischen den Ablenkplatten 156 weiter. Dieser mittlere Strom wird ferner von dem unteren Mengenteiler 158 in zwei innere Ströme geteilt, welche von der Mittellinie CL der Düse 150 in Abhängigkeit von der Krümmung der Bodenflächen 156b der Ablenkplatten 156 und den oberen Flächen 158a des unteren Mengenteilers 158 entgegengesetzt abgelenkt werden.
Die Krümmung oder Form der oberen Flächen 156a der Ablenkplatten 156 oder die Form der Ablenkplatten 156 selbst sollten genügen, um die zwei äußeren Ströme zu dem theoretischen Auslasswinkel der oberen Ausgangsanschlüsse 153 von etwa 0–25° von der Horizontalen zu führen, obwohl etwa 7–10° bevorzugt wird. Darüber hinaus sollte die Ausführung oder Form der unteren Seitenwandflächen 160a und der Ablenkplatten 156 einschließlich der Krümmung oder der Neigung der oberen Flächen 156a ausreichend sein, um die Querschnittfläche von den oberen Ausgangskanälen 152 zu den oberen Ausgangsanschlüssen 153 im Wesentlichen konstant zu halten.
Die Krümmung oder Form der Bodenflächen 156b der Ablenkplatten 156 und die oberen Flächen 158a des Mengenteilers 158 sollten ausreichend sein, um die zwei inneren Ströme zu dem theoretischen Auslasswinkel der unteren Ausgangsanschlüsse 155 von etwa 45–80° von der Horizontalen abwärts zu führen, wenn auch etwa 60–70° bevorzugt werden. Dies weicht signifikant von dem bevorzugten theoretischen Auslasswinkel von etwa 7–10° von dem oberen Ausgangsanschluss 153 ab.
Die Lage der Anstiegsflanken 156c der Ablenkplatten 156 im Verhältnis zu dem Querschnitt der Gießdüsenbohrung direkt über den Anstiegsflanken 156c, beispielsweise in 32E, bestimmt das theoretische Verhältnis des Werkstoffflusses, welcher zwischen den äußeren Strömen und dem mittleren Strom geteilt wird. Vorzugsweise werden Ablenkplatten 156 angeordnet, um eine symmetrische Teilung des Werkstoffflusses (d. h. des äquivalenten Werkstoffflusses in jedem der äußeren Ströme durch die oberen Ausgangsanschlüsse 153) zu bewirken.
Vorzugsweise wird dem mittleren Strom ein größerer Teil des gesamten Werkstoffflusses zugewiesen als den äußeren Strömen. Vor allem ist es vorteilhaft, eine Gießdüse 150 zu konstruieren und die Anstiegsflanken 156c von den Ablenkplatten 156 im Verhältnis zu dem Querschnitt der Gießdüsenbohrung direkt über der Anstiegsflanke 156c zu positionieren, so dass etwa 15–45%, vorzugsweise etwa 25–40% des gesamten Werkstoffflusses durch die Gießdüse 150 mit den zwei äußeren Strömen der oberen Ausgangsanschlüsse 153 zugeordnet werden, und die übrigen 55–85%, vorzugsweise etwa 60–75% des gesamten Werkstoffflusses dem mittleren Strom zugeordnet werden, welche als die zwei inneren Ströme durch die unteren Ausgangsanschlüsse 155 zugeordnet werden (oder ein mittlerer Strom durch den unteren Ausgangsanschluss 155, wenn die Gießdüse 150 keinen unteren Mengenteiler 158 enthält). Ein Auf teilen des Werkstoffflusses zwischen den oberen und unteren Ausgangsanschlüssen 153 und 155, so dass die unteren Ausgangsanschlüsse 155 einen größeren Teil von dem Werkstofffluss haben als die oberen Ausgangsanschlüsse 153, wie oben beschrieben wurde, bewirkt ebenfalls den effektiven Auslasswinkel des Werkstoffflusses, der aus den oberen Ausgangsanschlüssen 153 austritt und von dem gesamten Werkstoffflussdurchsatz beeinflusst wird.
Die 34A–34C zeigen die Abweichung bei dem effektiven Auslasswinkel der Ausgangsstrahlen durch die oberen und unteren Ausgangsanschlüsse als Funktion des Werkstoffflussdurchsatzes. Die 34A–34C zeigen den effektiven Auslasswinkel der Ausgangsstrahlen jeweils bei niedrigen, mittleren und hohen Werkstoffflussdurchsätzen durch die Gießdüse 150. Beispielsweise wäre ein niedriger Werkstoffflussdurchsatz etwa 1,5 bis 2 Tonnen/min. oder weniger, ein mittlerer Werkstoffflussdurchsatz etwa 2–3 Tonnen/min. und ein hoher Werkstoffflussdurchsatz etwa 3 Tonnen/min oder mehr.
Bei einem niedrigen Werkstoffflussdurchsatz, wie in 34A gezeigt ist, sind die Ausgangsstrahlen, welche die oberen Ausgangsanschlüsse 153 verlassen, dargestellt durch die Pfeile 162, unabhängig von den unteren Ausgangsstrahlen, dargestellt durch die Pfeile 164, und erreichen im Wesentlichen den theoretischen Auslasswinkel der oberen Ausgangsanschlüsse 153 (vorzugsweise etwa 7–10° von der Horizontalen).
Wenn der Werkstoffflussdurchsatz ansteigt, wie in den 34B und 34C gezeigt ist, werden die oberen Ausgangsströme 162 von dem höheren Moment, verbunden mit den unteren Ausgangsstrahlen 164, welche die unteren Ausgangsanschlüsse 155 verlassen, abwärts zu der Mittellinie CL der Gießdüse 150 gezogen. Somit steigt der effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsstrahlen 162 von dem theoretischen Auslasswinkel (einen größeren Winkel von der Horizontalen abwärts), wenn sich der Werkstoffflussdurchsatz erhöht. Der effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsstrahlen 162 weicht ebenfalls von dem Auslasswinkel der unteren Ausgangsstrahlen weniger ab, wenn der Werkstoffflussdurchsatz ansteigt.
Wenn der Werkstoffflussdurchsatz ansteigt, wie in den 34B und 34C gezeigt ist, ändern sich die unteren Ausgangsstrahlen 164, welche die unteren Ausgangsanschlüsse 155 verlassen, auch ein wenig. Die unteren Ausgangsstrahlen 164 werden geringfügig von der Mittellinie CL der Gießdüse 150 weg aufwärts gezogen. Somit verringert sich der effektive Auslasswinkel der unteren Ausgangsstrahlen 164 gegenüber dem theoretischen Auslasswinkel leicht (ein kleinerer Winkel von der Horizontalen abwärts), wenn der Werkstoffflussdurchsatz ansteigt.
Es sollte bekannt sein, dass zu Zwecken der vorliegenden Erfindung die exakten Werte des niedrigen, mittleren und hohen Werkstoffflussdurchsatzes nicht von besonderer Bedeutung sind. Es ist nur notwendig, dass, wie auch immer die Werte sind, der effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsstrahlen gegenüber dem theoretischen Auslasswinkel ansteigt (ein größerer Winkel von der Horizontalen abwärts), wenn der Werkstoffflusseingang ansteigt.
Der sich verändernde effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsströme 162 mit einer Geschwindigkeit des Werkstoffflussdurchsatzes ist sehr vorteilhaft. Bei niedrigem Werkstoffflussdurchsatz ist es wünschenswert, das hereinkommende heiße, flüssige Metall gleichmäßig zu dem Meniskusbereich der Flüssigkeit in der Gussform zu liefern, um so eine exakte Wärmeübertragung zu dem Gussformpulver für eine exakte Schmierung zu unterstützen. Der flache effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsstrahlen 162 bei einem niedrigen Werkstoffflussdurchsatz erreicht dieses Ziel. Dagegen ist bei einem höheren Werkstoffflussdurchsatz die Mischenergie, welche von den Ausgangsstrahlen zu der Gussform geliefert wird, viel höher. Folglich gibt es ein im Wesentlichen erhöhtes Potential an übermäßigen Turbulenzen und/oder eine Meniskusstörung in der Flüssigkeit innerhalb der Gussform. Der steilere oder weiter abwärts befindliche effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsstrahlen 162 reduziert bei einem höheren Werkstoffflussdurchsatz effektiv solche Turbulenzen oder Meniskusstörungen. Folglich verbessert die Gießdüse 150 von den 32–34 die Lieferung und exakte Verteilung von flüssigem Metall in der Gussform über einen wesentlichen Bereich von Werkstoffflussdurchsätzen durch die Gießdüse 150.
In Bezug auf 35 und 36, in welchen ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die in den 35 und 36 gezeigte Gießdüse 170 vereinigt Eigenschaften der Gießdüse 140 von den 30–31 und denen der Gießdüse 150 von den 32–34.
Die diamantartige innere Geometrie mit vielen Facetten der Gießdüse 140 von den 30–31 ist in der Gießdüse 170 so enthalten, dass die oberen Kanten 172 von den gekrümmten Facetten 174 auf den theoretischen Auslasswinkel von den unteren Ausgangsanschlüssen 176 ausgerichtet sind, d. h. etwa 45–80° von der Horizontalen abwärts, obwohl etwa 60–70° bevorzugt sind. Somit werden die gekrümmten Facetten 174 im Allgemeinen in der Nähe des mittleren Stroms bereitgestellt, welcher zwischen den Ablenkplatten 178 fließt. Die diamantartige innere Geometrie unterstützt ein glatteres Krümmen und Aufspalten des mittleren Stroms in die Richtung des Auslasswinkels der unteren Ausgangsanschlüsse 176 ohne Teilung des Werkstoffflusses entlang der Bodenflächen 178a der Ablenkplatten 178. Wie in 35RR gezeigt ist, ist der untere Ausgangsanschluss 176 vorzugsweise zum Boden hin breiter als an der Spitze, d. h. breiter in der Nähe des Mengenteilers 180. Wie in 35QQ gezeigt ist, ist der obere Ausgangsanschluss 182 vorzugsweise zur Spitze hin als am Boden am breitesten, d. h. am breitesten in der Nähe der unteren Flächen 184a der Seitenwände 184.
Ferner wird, wie bei der Gießdüse 150 von den 32–34, der Werkstofffluss durch die Gießdüse 170 vorzugsweise von den Ablenkplatten 178 in Werkstoffflussströme geteilt, welche durch obere und untere Ausgangsanschlüsse 182 bzw. 176 austreten gelassen werden, und der Werkstofffluss durch die Gießdüse 170 wird vorzugsweise aufgeteilt, um den effektiven Auslasswinkel der Ströme, welche die oberen Ausgangsanschlüsse auf der Basis des Werkstoffflussdurchsatzes verlassen, zu ändern.
Der effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsanschlüsse 182 wird sich in einer Weise ähnlich jener der Gießdüse 150 ändern, wie in den 34A– 34C gezeigt ist. Jedoch erzeugt, als Folge der diamantartigen inneren Geometrie der Gießdüse mit vielen Facetten 170, die Gießdüse 170 glattere Ausgangsströme von den unteren Ausgangsanschlüssen 176 bei einem hohen Werkstoffflussdurchsatz mit geringerer Abweichung bei einem effektiven Auslasswinkel und konstanterer Steuerung der Meniskusschwankung wegen der Wellenbewe gung und der Turbulenzen in der Gussform als im Vergleich zu der Gießdüse 150.
Darüber hinaus trägt die diamantartige innere Geometrie der Gießdüse 170 dazu bei, einen größeren Teil des Ausflusses der unteren Ausgangsanschlüsse 176 effizienter aufzuteilen als von den oberen Ausgangsanschlüssen 182. Die diamantförmige innere Geometrie wird vorzugsweise so konfiguriert, dass etwa 15–45%, vorzugsweise etwa 25–40% von dem gesamten Werkstofffluss durch die oberen Ausgangsanschlüsse 182 austreten, während etwa 55–85%, vorzugsweise etwa 60–75% des gesamten Werkstoffflusses durch die unteren Ausgangsanschlüsse 176 oder durch einen einzigen Ausgangsanschluss 176, wenn die Gießdüse 170 keinen Mengenteiler 180 aufweist, austreten.
Es wird zu erkennen sein, dass wir mindestens einige der Aufgaben mit unserer Erfindung gelöst haben. Durch Erzeugen von Diffusion und durch Verringern der Werkstofffließgeschwindigkeit zwischen dem Einlassrohr und den Auslassanschlüssen wird die Geschwindigkeit des Werkstoffflusses von den Anschlüssen verringert, die Geschwindigkeitsverteilung entlang der Länge und Breite der Anschlüsse wird im Allgemeinen gleichförmig gemacht und die Schwingung einer stehenden Welle in der Gussform reduziert. Eine Ablenkung der zwei entgegengesetzt gerichteten Ströme wird durch Bereitstellen eines Mengenteilers erreicht, welcher unterhalb des Übergangs von der axialen Symmetrie zu der ebenen Symmetrie angeordnet ist. Durch Diffusion und Abbremsen des Werkstoffflusses in dem Übergang kann eine Gesamtstromablenkung von ungefähr plus/minus 30° von der Vertikalen erreicht werden, während Auslassflüsse mit einer stabilen, gleichförmigen Geschwindigkeit bewirkt werden.
Außerdem kann eine Ablenkung der zwei entgegengesetzt gerichteten Ströme durch Erzeugen von Unterdrücken an den äußeren Teilen der Ströme teilweise erreicht werden. Diese Unterdrücke werden teilweise durch Erhöhen des Auslasswinkel der Seitenwände stromabwärts von dem Hauptübergang erzeugt. Eine Ablenkung kann durch gebogene Teile bewirkt werden, bei welchen der Innenradius ein beträchtlicher Bruchteil des Außenradius ist. Eine Ablenkung des Werkstoffflusses in dem Hauptübergang selbst kann durch Ausstatten des Übergangs mit einem sechseckigen Querschnitt mit jeweiligen Paaren von Front- und Rückwänden erreicht werden, welche sich bei Öffnungswinkeln von kleiner als 180° schneiden. Der Mengenteiler wird mit einer abgerundeten Anstiegsflanke des ausreichenden Krümmungsradius ausgebildet, um Unregelmäßigkeiten in dem Staupunkt entweder infolge der Herstellung oder einer schwachen Werkstoffflussschwingung vom Erzeugen einer Trennung des Werkstoffflusses an der Anstiegsflanke zu vermeiden, welche sich merklich stromabwärts verlängern.
Die Gießdüsen von den 23–28 verbessern das Werkstoffflussverhalten, welches mit dem Hinzufügen von flüssigem Metall in eine Gussform über eine Gießdüse zusammenhängt. In Düsen vom Stand der Technik führten die hohen Trägheitskräfte des flüssigen Metalls, das in die Bohrung der Düse zu einer Werkstoffflussteilung in dem Bereich der Ausgangsanschlüsse führte, welche eine hohe Geschwindigkeit und instabile Turbulenzen und Ausgangsstrahlen, welche nicht ihre offensichtliche Werkstoffflussablenkungswinkel erreichen, erzeugt.
Mit den Gießdüsen von den 23–28 wird die Trägheitskraft geteilt und durch Teilen des Werkstoffflusses in getrennte und unabhängige Ströme in der Bohrung der Düse in einer mehrfachen Stufenform besser gesteuert. Dies führt zu der Erleichterung einer Werkstoffflussteilung, und daher stabilisiert die Reduzierung von Turbulenzen die Ausgangsstrahlen und erreicht einen gewünschten Auslasswinkel.
Darüber hinaus erreicht die Gießdüse von den 28–29 die Fähigkeit, unabhängige Auslasswinkel der äußeren und inneren Ströme zu erreichen. Diese Gießdüsen sind für Gießprozesse besonders geeignet, bei welchen die Gussformen eine beschränkte Geometrie haben. In diesen Fällen ist es wünschenswert, das flüssige Metall in einer diffuseren Weise zu verteilten.
Mit der Gießdüse der 30–31 wird eine Mehrfacetten-Innengeometrie eingebaut, in welcher die Bohrung der Düse an der Mittellinie der Düse eine größere Dicke hat als an den Kanten, wodurch eine diamantartige innere Geometrie geschaffen wird. Folglich können in der Bohrung der Gießdüse offenere Flächen konstruiert werden, ohne die Außenabmessungen der Düse rund um die engen Seitenwandkanten zu vergrößern. Infolgedessen liefert die Düse eine verbesserte Werkstoffflussabbremsung, Werkstoffflussdiffusion und Werkstoff flussstabilität in der Innenbohrung der Düse, wodurch die Zufuhr des flüssigen Metalls zu der Gussform in einer ruhigen und glatten Weise verbessert wird. Darüber hinaus ist die diamantartige Geometrie besonders für eine ausgewölbte oder kronenförmige Gussformgeometrie geeignet, bei welcher die Gussform in der Mitte der breiten Seite dicker und schmäler an den engen Seitenwänden ist, weil die Gießdüse den verfügbaren Raum in der Gussform besser nutzt, um ein geeignetes Strömungsbild darin zu unterstützen.
Mit der Mehrfachanschluss-Gießdüse von den 32–34 wird die Zufuhr von flüssigem Metall zu und die Verteilung von flüssigem Metall in der Gussform über einen weiten, nützlichen Bereich von Gesamtflussdurchsätzen durch die Gießdüse verbessert. Durch ein genaues Teilen der Werkstoffflussmenge, welche zwischen den oberen und unteren Ausgangsanschlüssen der Mehrfachanschluss-Gießdüse verteilt wird, und durch Aufteilen des theoretischen Auslasswinkels der oberen und unteren Anschlüsse um mindestens etwa 15° wird sich der effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsanschlüsse mit einem Ansteigen oder Abfallen bei dem Gießdüsen-Durchsatz in einer vorteilhaften Weise ändern. Das Ergebnis einer solchen Abweichung ist ein glatter, ruhiger Meniskus in der Gussform mit einem angemessenem Hitzeübergang zu dem Gussformpulver bei niedrigen Werkstoffflussdurchsätzen zusammen mit der Förderung von Meniskusstabilität bei hohen Werkstoffflussdurchsätzen. Daher kann ein größerer nützlicher Bereich von Betriebs-Werkstoffflussdurchsätzen ohne Abbau von Fließeigenschaften im Vergleich zu Gießdüsen vom Stand der Technik erreicht werden.
Mit der Gießdüse von den 35 und 36 ändert sich der effektive Auslasswinkel der oberen Ausgangsanschlüsse vorteilhafterweise mit dem Werkstoffflussdurchsatz in einer Weise ähnlich jener der Gießdüse von den 32–34, und in Verbindung mit einer diamantartigen inneren Geometrie mit vielen Facetten ähnlich jener der Gießdüse von den 30–31 erzeugt die Gießdüse von den 35 und 36 glatte Ausgangsströme von den unteren Ausgangsanschlüssen bei hohem Werkstoffflussdurchsatz mit geringer Abweichung bei dem effektiven Auslasswinkel und einheitlicheren Steuerung der Meniskusabweichung in der Gussform.
Es ist offensichtlich, dass bestimmte Merkmale und Kombinationen derselben von Nutzen sind und verwendet werden können, ohne Bezugnahme auf andere Merkmale der Merkmalskombinationen. Dies ist in unseren Patentansprüchen beinhaltet und liegt in deren Schutzumfang. Es ist daher offensichtlich, dass unsere Erfindung nicht auf die speziellen gezeigten und beschriebenen Einzelheiten begrenzt werden soll.

Claims

Gießdüse (30; 150; 170) zum Gießen flüssigen Metalls durch diese, mit: einer länglichen Bohrung (30b, 34; 151) mit mindestens einem Eingangsanschluss und mindestens einem ersten Ausgangsanschluss (46; 155; 176); mindestens einer Ablenkplatte (100; 104; 156; 178), welche neben dem ersten Ausgangsanschluss angeordnet ist, um den Fluss von flüssigem Metall in mindestens zwei getrennte Ströme zu teilen; und einem Flussteiler (32; 158; 180), welcher neben dem mindestens einen Ausgangsanschluss angeordnet ist.
Gießdüse (30; 150; 170) nach Anspruch 1, ferner mit: mindestens einem zweiten Ausgangsanschluss (48; 155; 176), um mindestens einem Teil des flüssigen Metalls zu ermöglichen, die Düse zu verlassen; und einer zweiten Ablenkplatte (102; 106; 156; 178), welche neben dem zweiten Ausgangsanschluss angeordnet ist, wobei die Ablenkplatten den Fluss von flüssigem Metall in zwei Außenströme (108, 112) und einen Mittelstrom (110) teilen.
Gießdüse (30; 150; 170) nach Anspruch 2, wobei die Ablenkplatten (100, 102; 104, 106; 156; 178) obere Flächen (114, 116; 156a) und untere Flächen (118, 120; 156b) aufweisen und die oberen Flächen die Außenströme (108, 112) in im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen ablenken.
Gießdüse (30; 150; 170) nach Anspruch 3, wobei der Flussteiler (32; 158; 180) den Mittelstrom (110) in zwei Innenströme (122, 124) teilt und der Flussteiler und die unteren Flächen (118, 120; 156b) die zwei Innenströme in im Wesentlichen die gleiche Richtung ablenken, in welche die zwei Außenströme (108, 112) abgelenkt werden.
Gießdüse (30) nach Anspruch 4, wobei sich die Außen- (108, 112) und Innenströme (122, 124) wieder vereinigen, bevor die Ströme durch mindestens einen der Ausgangsanschlüsse (46) entweichen.
Gießdüse (150 170) nach Anspruch 4, wobei sich die Außen- (108, 112) und Innenströme (122, 124) wieder vereinigen, bevor die Ströme durch mindestens einen der Ausgangsanschlüsse (46, 155; 176) entweichen.
Gießdüse (30; 150; 170) nach Anspruch 3, wobei die Ablenkplatten (100, 102; 104, 106; 156; 178) im Wesentlichen divergierende untere Flächen (118, 120; 156b) aufweisen und die unteren Flächen den Mittelstrom teilen.
Gießdüse (30; 150; 170) nach Anspruch 7, wobei der Flussteiler (32; 158; 180) den geteilten Fluss in zwei Innenströme (122, 124) teilt und der Flussteiler und die unteren Flächen (118, 120; 156b) die zwei Innenströme in eine andere Richtung ablenken als die Richtung, in welcher die zwei Außenströme (108, 112) abgelenkt werden.
Gießdüse (30) nach Anspruch 3, wobei die oberen Flächen (114, 116) die Außenströme (108, 112) in einem Ablenkwinkel von ungefähr 20–90 Grad von der Vertikalen ablenken.
Gießdüse (30) nach Anspruch 9, wobei die oberen Flächen (114, 116) die Außenströme (108, 112) in einem Winkel von ungefähr 30 Grad von der Vertikalen ablenken.
Gießdüse (30) nach Anspruch 9, wobei die Ablenkplatten (104, 106) die zwei Außenströme (108, 112) in einem Winkel von ungefähr 45 Grad von der Vertikalen ablenken und die zwei Innenströme (122, 124) in einem Winkel von ungefähr 30 Grad von der Vertikalen ablenken.
Gießdüse (30; 150; 170) nach Anspruch 2, wobei die längliche Bohrung folgendes aufweist: einen Eingangsrohrteil mit einem ersten Durchflussquerschnitt einer im allgemeinen axialen Symmetrie; und einen Diffundier-Übergangsteil (34) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Eingangsrohrteil, der Übergangsteil dafür eingerichtet und angeordnet ist, den Durchflussquerschnitt der Düse in dem Übergangsteil von dem ersten Durchflussquerschnitt zu einem im allgemeinen länglichen zweiten Durchflussquerschnitt im Wesentlichen stufenlos zu ändern, welcher einen größeren Durchflussquerschnitt als der erste Durchflussquerschnitt aufweist, und die Durchflussquerschnittssymmetrie der Düse in dem Übergangsteil von der im Allgemeinen axialen Symmetrie zu einer im Allgemeinen ebenen Symmetrie im Wesentlichen stufenlos zu ändern, wobei die mindestens ersten (46; 155; 176) und zweiten Ausgangsanschlüsse (48; 155; 176) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Übergangsteil stehen.
Gießdüse (150; 170) nach Anspruch 2, wobei: die Düse zwei obere Ausgangsanschlüsse (153; 182) aufweist; die Düse zwei Ablenkplatten (156; 178) aufweist, eine Ablenkplatte (156) neben jedem oberen Ausgangsanschluss angeordnet ist, um den Fluss von flüssigem Metall durch die Bohrung in zwei Außenströme und einen Mittelstrom zu teilen, die Außenströme durch die jeweiligen oberen Ausgangsanschlüsse fließen und der Mittelstrom zu dem Flussteiler (158; 180) fließt; und der Flussteiler auf dem Weg des Mittelstroms angeordnet ist, um mindestens zwei untere Ausgangsanschlüsse (155; 176) zu schaffen und den Mittelstrom in mindestens zwei Innenströme zu teilen, wobei jeder Innenstrom die Gießdüse durch einen der unteren Ausgangsanschlüsse verlässt, die Ablenkplatten dafür eingerichtet sind, den zwischen den Außenströmen und den Mittelströmen aufgeteilten Teil von flüssigem Metall so zuzuteilen, dass der effektive Ausströmwinkel der Außenströme, welche durch die oberen Aus gangsanschlüsse entweichen, auf der Basis des Flussdurchsatzes von flüssigem Metall durch die Gießdüse variiert.
Gießdüse (150; 170) nach Anspruch 13, wobei der effektive Ausströmwinkel des Außenstroms größer wird, wenn ein Flussdurchsatz ansteigt.
Gießdüse (150; 170) nach Anspruch 13, wobei die Außenströme, welche die oberen Ausgangsanschlüsse (153; 182) verlassen, zu den Innenströmen gezogen werden, welche die unteren Ausgangsanschlüsse (155; 176) verlassen, wenn ein Flussdurchsatz größer wird.
Gießdüse (150; 170) nach Anspruch 13, wobei die Innenströme, welche die unteren Ausgangsanschlüsse (155; 176) verlassen, zu den Außenströmen gezogen werden, welche die oberen Ausgangsanschlüsse (153; 182) verlassen, wenn ein Flussdurchsatz größer wird.
Gießdüse (150) nach Anspruch 13, ferner mit mindestens einer Seitenwand (160), welche die Bohrung umgibt, wobei jeder obere Ausgangsanschluss (153) zwischen einer unteren Fläche einer jeweiligen Seitenwand (160a) und einer oberen Fläche (156a) einer entsprechenden Ablenkplatte angeordnet ist, wobei ein unterer Teil der mindestens einen Seitenwand (160) und die obere Fläche jeder Ablenkplatte (156a) (i) einen oberen Ausgangskanal (152) aufweisen, welche zu jedem oberen Ausgangsanschluss (153) führen, wobei die Querschnittfläche von jedem oberen Ausgangskanal (152) im Wesentlichen gleichförmig über die gesamte Länge des Kanals reicht; und (ii) einen theoretischen Ausströmwinkel von der Horizontalen für jeden. der Außenströme aufweist, welche aus den oberen Ausgangskanälen (153) ausfließen.
Gießdüse (150) nach Anspruch 17, wobei: ein effektiver Ausströmwinkel der Außenströme der oberen Ausgangskanä le (153) von dem theoretischen Ausströmwinkel beim Ansteigen divergieren, wenn ein Flussdurchsatz größer wird; die unteren Ausgangsanschlüsse (155) dafür eingerichtet sind, einen theoretischen Ausströmwinkel von der Horizontalen für jeden der Innenströme bereitzustellen, welche von den unteren Ausgangsanschlüssen herausfließen, ein effektiver Ausströmwinkel der Innenströme in Richtung der Horizontalen zu abnimmt, wenn ein Flussdurchsatz größer wird; und der theoretische Ausströmwinkel der oberen Ausgangsanschlüsse von dem theoretischen Ausströmwinkel der unteren Ausgangsanschlüsse um mindestens etwa 15° divergiert.
Gießdüse (150) nach Anspruch 18, wobei: der theoretische Ausströmwinkel der oberen Ausgangsanschlüsse (153) um etwa 0–25° von der Horizontalen nach unten gerichtet oder etwa 7–10° von der Horizontalen nach unten gerichtet ist; und der theoretische Ausströmwinkel der unteren Ausgangsanschlüsse (155) um etwa 45–80° von der Horizontalen nach unten gerichtet oder etwa 60–70° von der Horizontalen nach unten gerichtet ist.
Gießdüse (150; 170) nach Anspruch 13, wobei die Ablenkplatten (156; 178) so eingerichtet sind, dass: (i) etwa 15–45% des gesamten Flüssigkeitsflusses durch die Gießdüse den Außenströmen und etwa 55–85% des gesamten Flüssigkeitsflusses durch die Düse dem Mittelstrom zugeteilt werden; (ii) etwa 25–40% des gesamten Flüssigkeitsflusses durch die Gießdüse den Außenströmen und etwa 60–75% des gesamten Flüssigkeitsflusses durch die Düse dem Mittelstrom zugeteilt werden; oder (iii) der Teil an flüssigem Metall, welcher jedem der Außenströme zugeteilt wird, im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren zum Gießen von flüssigem Metall durch eine Gießdüse (150; 170) mit: Gießen von flüssigem Metall in die Gießdüse; Teilen des Flusses flüssigen Metalls, welches die Gießdüse verlässt, in mindestens einen Außenstrom und einen Mittelstrom; und Zuteilen des Teils an flüssigem Metall, welches zwischen dem Außenstrom und dem Mittelstrom so aufgeteilt ist, dass der effektive Ausströmwinkel des Außenstroms auf der Basis des Flussdurchsatzes von flüssigem Metall durch die Gießdüse variiert.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem der Fluss an flüssigem Metall in zwei Außenströme und einen Mittelstrom geteilt wird und der Mittelstrom in mindestens zwei Innenströme geteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem der effektive Ausströmwinkel der Außenströme größer wird, wenn ein Flussdurchsatz ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem: (i) die Außenströme zu den Innenströmen gezogen werden, wenn ein Flussdurchsatz größer wird; oder (ii) die Innenströme zu den Außenströmen gezogen werden, wenn ein Flussdurchsatz größer wird.
Verfahren nach Anspruch 24, ferner mit dem Schritt eines Ablenkens der Außenströme in im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner mit dem Schritt eines Diffundierens des Mittelstroms.
Verfahren nach Anspruch 26, ferner mit dem Schritt eines Ablenkens der zwei Innenströme in im Wesentlichen die gleiche radiale Richtung, in welcher die zwei Außenströme abgelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, bei welchem: die Außenströme in einem theoretischen Ausströmwinkel abgelenkt werden, ein effektiver Ausströmwinkel der Außenströme von dem theoretischen Ausströmwinkel durch Größerwerden divergiert, wenn ein Flussdurchsatz größer wird; und die Innenströme in einem theoretischen Ausströmwinkel abgelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem: der theoretische Ausströmwinkel der Außenströme: (i) etwa 0–25° von der Horizontalen nach unten gerichtet ist, oder (ii) etwa 7 –10° von der Horizontalen nach unten gerichtet ist; und der theoretische Ausströmwinkel der Innenströme (i) etwa 45 –80° von der Horizontalen nach unten gerichtet ist, oder (ii) etwa 60–70° von der Horizontalen nach unten gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem der theoretische Ausströmwinkel der Außenströme zu dem theoretischen Ausströmwinkel der Innenströme um mindestens etwa 15° divergiert.
Verfahren nach Anspruch 30, bei welchem der effektive Ausströmwinkel der Innenströme in Richtung der Horizontalen abnimmt, wenn ein Flussdurchsatz größer wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem: etwa 15–45% des gesamten Flüssigkeitsflusses durch die Gießdüse (150; 170) den Außenströmen und etwa 55–85% des gesamten Flüssigkeitsflusses durch die Düse dem Mittelstrom zugeteilt werden; etwa 25–40% des gesamten Flüssigkeitsflusses durch die Gießdüse den Außenströmen und etwa 60–75% des gesamten Flüssigkeitsflusses durch die Düse dem Mittelstrom zugeteilt werden; oder der Teil an flüssigem Metall, welcher jedem der Außenströme zugeteilt wird, im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren zum Gießen von flüssigem Metall durch eine Gießdüse (30) mit den Schritten: Gießen von flüssigem Metall durch eine längliche Bohrung (30b) mit einem Eingangs anschluss und mindestens einem Ausgangsanschluss (46); Aufteilen des Flusses von flüssigem Metall in zwei Außenströme (108, 112) und einen Mittelstrom (110); Ablenken der zwei Außenströme (108, 112) in im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen; Aufteilen des Mittelstroms (110) in zwei Innenströme (122, 124); und Ablenken der zwei Innenströme in im Wesentlichen die gleiche Richtung, in welcher die zwei Außenströme abgelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 33, ferner mit dem Schritt einer Wiedervereinigung der Außen- (108, 112) und Innenströme (122, 124), bevor die Ströme den mindestens einen Ausgangsanschluss verlassen.
Verfahren nach Anspruch 33, ferner mit dem Schritt einer Wiedervereinigung der Außen- (108, 112) und Innenströme (122, 124) nach dem Verlassen der Ströme des mindestens einen Ausgangsanschlusses (46).
Verfahren nach Anspruch 33, bei welchem die zwei Innenströme (122, 124) in eine andere Richtung als die zwei Außenströme (108, 112) abgelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 33, ferner mit dem Schritt eines Ablenkens der Außenströme (108, 112) in einem Ablenkwinkel von ungefähr 20–90 Grad von der Vertikalen oder eines Ablenkens der Außenströme in einem Winkel von ungefähr 30 Grad von der Vertikalen.
Verfahren nach Anspruch 36, ferner mit dem Schritt eines Ablenkens der zwei Außenströme (108, 112) in einem Winkel von ungefähr 95 Grad von der Vertikalen und eines Ablenkens der zwei Innenströme (122, 124) in einem Winkel von ungefähr 30 Grad von der Vertikalen.