-
Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Speiser für
geschmolzenes Metall für
Formen von Stranggussmaschinen für
Erzeugnisse mit geringer Dicke und insbesondere einen Speiser für geschmolzenes
Metall für Formen
von Stranggussmaschinen, der sich dazu eignet, das geschmolzene
Metall in der Form gleichmäßig und
quer zu der Form selbst zuzuführen.
-
Es sind Stranggussmaschinen für geschmolzenes
Metall bekannt, die eine Form umfassen, die durch ein Paar zylindrischer,
gegenläufiger
Walzen mit horizontalen Achsen, die in ein und derselben horizontalen Ebene
liegen oder auch nicht, sowie durch zwei Anschluss-Endelement begrenzt
wird, die mit den Abschnitten der Walzen in Kontakt sind.
-
Die Walzen bestehen im Allgemeinen
aus Metall und werden im Inneren durch Zirkulation einer unter Druck
stehenden Kühlflüssigkeit
(beispielsweise Wasser) gekühlt,
und sind beabstandet, um das Stranggießen eines verfestigten Körpers aus
der Form zu ermöglichen,
der eine Dicke und eine Breite hat, die ungefähr der Länge der Walzen entspricht,
an denen die Verfestigung stattfindet.
-
Des Weiteren wird die so beschriebene
Form von einem Speiser für
geschmolzenes Metall gespeist, der mit einem Zwischengießgefäß oberhalb
der Form verbunden ist.
-
Es sind bis heute große Anstrengungen
von den bedeutendsten Stahlherstellern und Ausrüstern unternommen worden, um
die verschiedenen Probleme zu lösen,
die mit dem Stranggießen
geringer Dicken aus Legierungsstahl, insbesondere rostfreiem und
magnetischem Stahl zusammenhängen,
deren Qualität
unter anderem von der Oberflächenglätte des
Gusskörpers
abhängt.
-
Zu den wichtigsten Ursachen für Oberflächenmängel bei
einem Stranggusserzeugnis gehört
das Fehlen von Gleichmäßigkeit
bei der Verteilung des geschmolzenen Metalls in der Form. Dieser
Mangel an Gleichmäßigkeit
bewirkt Unterschiede in der Temperatur und dem Materialstrom, die
ihrerseits die Abkühlgeschwindigkeit
und die Dicke des Gusserzeugnisses sowie seine Struktur und homogene
Oberfläche
beeinflussen.
-
Insbesondere Abweichungen des Materialstroms
und der Temperatur führen
zu den folgenden Problemen:
-
- a) Oberflächenwelligkeit,
die eine nichthorizontale Krümmung
der Punkte bestimmt, an denen die Verfestigung mit einem anschließenden Mangel
an Einheitlichkeit der Temperaturen des Gusserzeugnisses beginnt,
der die Zunahme der Oberflächenfehler
fördert,
d. h. die Zunahme der Dichte von Rissen und Oberflächenrauhigkeit;
- b) ungleichmäßige Verteilung
der Temperatur in der Form, die Längsabweichungen in der Dicke
bewirkt, die auch als Senken bezeichnet werden.
-
Die oben aufgeführten Probleme treten beim
Stranggießen
von dünnen
Erzeugnissen noch deutlicher zu Tage. Angesichts der kleinen Abmessungen
von Formen ist es schwierig, den Strom und die damit zusammenhängenden
Turbulenzen sowie die Temperaturverteilung zu steuern.
-
Es sind verschiedene Verfahren und
Vorrichtung zu diesem Zweck entwickelt worden. In NL-A-8801101 wird
ein Pyramidenstumpf am unteren Ende eines Tauchrohrs angebracht,
jedoch laufen die Wände
des Rohrs im unteren Abschnitt desselben nicht nach unten auseinander.
In JP-A-03027847 wird eine Tauchdüse offenbart, bei der die Wände des
unteren Abschnitts nach unten aufeinander zu laufen.
-
Das europäische Patent 515 075 stellt
ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Stranggießen von dünnen Metallerzeugnissen
dar.
-
Gemäß dem oben erwähnten Patent
enthält
die Vorrichtung einen Speiser für
geschmolzenes Metall zu der Form, der eine Einlassleitung für das geschmolzene
Metall umfasst, die sich zu einer Auslassöffnung des geschmolzenen Metalls
erstreckt. Der Speisen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung
eine gekrümmte
Seitenfläche aufweist,
die geeignet ist, mögliche
Turbulenzen und Unregelmäßigkeiten
des Stroms von geschmolzenem Metall in der Form darunter zu verhindern.
-
Die genannte Lösung erscheint einerseits unter
dem Aspekt der Mechanik zu komplex, da ein Zwischengießgefäß integral
mit einem Überlauf
und einem Spaltkolben (cleft pluger) verbunden sein muss. Andererseits
erfüllt
sie funktionelle Anforderungen, wie beispielsweise die Einfachheit
der Konstruktion des Speisers, die große Zuverlässigkeit, die einfache Handhabbarkeit,
das leichte Vorwärmen
des Speisers, sowohl, wenn er angebracht ist, als auch, wenn er
nicht angeschlossen ist, und die Möglichkeit, ihn zur Inbetriebnahme zu
bewegen, wenn er heiß ist,
nicht.
-
Die vorliegende Erfindung löst alle
oben aufgeführten
Nachteile. Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es, einen Speiser
für geschmolzenes
Metall für
Formen von Stranggussmaschinen zu schaffen, der einen zylindrischen
Körper
umfasst, in dem eine Hauptabflussleitung für das geschmolzene Metall,
das aus einem Zwischengießgefäß kommt,
ausgebildet ist, mit der der zylindrische Körper über eine kegelstumpfförmige Verbindung
verbunden ist, die integral mit dem zylindrischen Körper am
oberen Ende desselben ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das untere Ende des zylindrischen Körpers eine Pyramidenstumpfform
mit wenigstens zwei schrägen
Wänden
hat, die nach unten auseinanderlaufen, und eine Vielzahl von Auslassen
hat, die mit der Hauptabflussleitung in Verbindung stehen.
-
Des Weiteren bildet jede schräge Wand
einen Winkel zur Längsachse
des Speisers, der zwischen 10° und
45° liegt.
-
Des Weiteren bilden die Längsachsen
von wenigstens zwei Auslassen der Vielzahl von Auslassen einen Winkel
zur Längsachse
des Speisers, der zwischen 0° und
95° und
vorzugsweise zwischen 65° und
95° liegt.
-
Des Weiteren kann gemäß der vorliegenden
Erfindung die Basis des pyramidenstumpfförmigen freien Endes des Speisers
plan oder konvex sein.
-
Des Weiteren liegen wenigstens ein
Abschnitt der Längsachsen
der Vielzahl von Auslassen und die Längsachse des Speisers auf der
gleichen Ebene.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
bilden die Längsachsen
von wenigstens zwei Auslassen der Vielzahl von Auslassen einen Winkel
zur Längsachse
des Speisers, der zwischen 0° und
90° liegt,
und jede der Längsachsen
liegt auf einer Ebene rechtwinklig zu der Ebene, die die Längsachsen
der verbleibenden Auslasse und des Speisers einschließt.
-
Des Weiteren hat gemäß der vorliegenden
Erfindung die Basis des freien Endes des Speisers wenigstens einen
spaltförmigen
Auslass.
-
Des Weiteren ist der Speisen der
vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er aus feuerfestem
Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die umfasst: Siliziumdioxid,
Graphitaluminiumoxid, Graphit-Aluminiumoxid und zirkonbeschichtetes
Graphit-Aluminiumoxid.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
auch den Einsatz des Speisers nach den Ansprüchen 11 und 13.
-
Die vorliegende Erfindung wird im
Folgenden anhand einer Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungen,
die als ein nichteinschränkendes
Beispiel dient, und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ausführlicher
beschrieben.
-
1 ist
eine Längsschnittansicht
einer ersten Ausführung
des Speisers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ist
eine Draufsicht auf den Speiser in 1 von
unten;
-
3 ist
eine als Längsschnitt
ausgeführte
Seitenansicht des Speisers in 1;
-
4 ist
eine Längsschnittansicht
einer zweiten Ausführung
des Speisers gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
5 ist
eine Draufsicht auf den Speiser in 4 von
unten;
-
6 ist
eine Längsschnittansicht
einer dritten Ausführung
des Speisers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
7 ist
eine Draufsicht auf den Speiser in 6 von
unten; und
-
8,
9 und 10 sind eine Längsschnittansicht,
eine Draufsicht von unten bzw. eine als Längsschnitt ausgeführte Seitenansicht
einer vierten Ausführung
des Speisers gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
In 1 ist
eine Längsschnittansicht
des Speisers der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführung dargestellt.
-
Der Speiser hat einen zylindrischen
Körper 1,
und am oberen Ende desselben ist eine einstückige, kegelstumpfförmige Verbindungseinrichtung 2 zur
Verbindung mit einem darüber
befindlichen Zwischengießgefäß (in der
Figur nicht gezeigt) ausgebildet. Das freie Ende des Speisers weist
einen Abschnitt 3 auf, der Pyramidenstumpfform hat und
eine Einheit mit dem zylindrischen Körper 1 und einer konvex
geformten Basis 4 bildet.
-
Der Pyramidenstumpfabschnitt 3 weist
zwei schräge
Wände 3a und
zwei im Wesentlichen vertikale Wände 3b (in
der Figur nicht gezeigt und im Folgenden ausführlich dargestellt) auf.
-
Eine Hauptabflussleitung 5 für das geschmolzene
Metall ist im Inneren des zylindrischen Körpers 1 ausgebildet.
Die Hauptleitung 5 steht nach oben mit der Außenseite über eine Öffnung 6 in
Verbindung und nach unten mit einer Vielzahl von Auslassen (später ausführlicher
beschrieben), die Verbindung nach außen herstellen.
-
Die Vielzahl von Auslassen wird durch
ein Paar Öffnungen 7 gebildet,
die symmetrisch angeordnet sind und deren Längsachsen einen Winkel α zur Längsachse
des Speisers bilden.
-
Unterhalb jeder Öffnung 7 sind zwei Öffnungen 8 bzw. 9 ausgebildet,
die einen Durchmesser haben, der kleiner ist als der der Öffnungen 7.
Die Längsachsen
der Öffnungen
8 und 9 bilden
einen Winkel α bzw. γ zur Längsachse
des Speisers. Des Weiteren ist eine zusätzliche Öffnung 10 in der Mitte
der Basis 4 ausgebildet, die den gleichen Durchmesser hat
wie die Öffnungen 8 und 9 und
vertikal angeordnet ist.
-
Des Weiteren sind an dem Abschnitt,
an dem zwei Öffnungen 7 ausgebildet
sind, zwei zusätzliche Öffnungen 11 (von
denen in der Figur nur eine dargestellt ist) ausgebildet, die einen
Durchmesser haben, der im Wesentlichen dem der Öffnungen 8, 9 und 10 entspricht,
wobei die Öffnungen 11 den
Wänden 3b des
freien Endes zugewandt sind und daher rechtwinklig zu den Wänden 3a sind.
Wie die Öffnungen 7 bilden
auch die Öffnungen 11 einen
Winkel α zur
Längsachse
des Speisers.
-
In 2 ist
eine Draufsicht auf den Speiser in 1 von
unten zu sehen.
-
Wie hier besser zu sehen ist, liegen
die Achsen der Öffnungen 7, 8, 9 und 10 alle
auf der gleichen Ebene, die auch die Längsachse des Speisers einschließt.
-
In 3 ist
eine als Längsschnittansicht
ausgeführte
Seitenansicht des Speisers in 1 zu
sehen.
-
Wie hier besser zu sehen ist, sind
die Öffnungen 11 an
den Wänden 3b ausgebildet,
und ihre Längsachsen
bilden einen Winkel α zur
Längsachse
des Speisers, und ihr Durchmesser entspricht im Wesentlichen dem
Durchmesser der Öffnungen 8, 9 und 10.
-
In den 4 und 5 sind eine Längsschnittansicht
bzw. eine Draufsicht auf eine zweite Ausführung des Speisers der vorliegenden
Erfindung von unten zu sehen.
-
Der Einfachheit halber sind gleiche
Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und daher wird
auf ihre Beschreibung verzichtet, da sie bereits beschrieben wurden.
-
Wie in den Figuren besser zu sehen
ist, weist die Basis 4 einen einzelnen Auslass 12 auf,
der Spaltform hat. Ähnlich
wie bei der vorangehenden Ausführung
liegt die Öffnung 12 auf
der gleichen Ebene wie die Achsen der Öffnungen 7 und die
Längsachse
des Spaltes. Des Weiteren bilden die Öffnungen 7 einen Winkel α zur Längsachse
des Speisers.
-
In 6 und 7 sind eine Längsschnittansicht sowie eine
Draufsicht auf eine dritte Ausführung
des Speisers der vorliegenden Erfindung von unten zu sehen.
-
Der Einfachheit halber sind gleiche
Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und daher wird
auf ihre Beschreibung verzichtet, da sie bereits beschrieben wurden.
-
Wie in den Figuren besser zu sehen
ist, ist die Basis 4 des freien Endes 3 des Speisers
plan geformt und weist ein Paar Öffnungen 7, 8 und 9 auf,
deren Längsachsen
Winkel α, β bzw. γ zur Längsachse
des Speisers bilden. Des Weiteren ist eine zusätzliche Öffnungen 10 in der
Mitte der Basis 4 vertikal angeordnet ausgebildet, die
den gleichen Durchmesser hat wie die Öffnungen 8 und 9.
-
Es ist erforderlich, zu präzisieren,
dass, wie aus den vorangehenden Figuren zu sehen ist, die Querschnittsform
der Öffnungen
kreisförmig,
elliptisch, rechteckig, quadratisch oder viereckig oder anders geformt sein
kann. Die Anordnung der Öffnungen
ist jedoch in Bezug auf die Längsachse
des Speisers symmetrisch. Die Längsachsen
jedes Paars Öffnungen 7 können horizontal,
schräg
nach unten oder nach oben gerichtet sein.
-
Für
jede Wand des freien Endes, d. h. die Wände 3a und 3b kann
eine Öffnung
vorhanden sein, oder es können
auch mehrere (zwei, drei, vier usw.) sein. Öffnungen 11, die Abmessungen
haben, die kleiner sind als die der seitlichen Öffnungen 7 oder ihnen
entsprechen, können
an den zwei Seitenwänden 3b vorhanden sein.
Dadurch wird das Strömen
des Metalls erleichtert.
-
Des Weiteren können die unteren Öffnungen 8, 9 und 10 in
anderer Form und Anzahl vorhanden sein.
-
Der untere Abschnitt des Speisers
kann gekrümmt
oder plan sein. Der Einsatz der einen oder der anderen Lösung hängt einerseits
von der erforderlichen zu gewährleistenden Festigkeit
ab, die das Erzeugnis haben soll, und andererseits von der geeigneten
Länge der
Leitungen zum Führen
des Stroms.
-
In 8, 9 und 10 ist eine vierte Ausführung des
Speisers gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt.
-
Die vierte Ausführung entspricht einer optimalen
Dimensionierung des Speisers.
-
Zum Dimensionieren der Querschnitte
und der Längen
des Speisers sind Berechnungen unter Verwendung numerischer Simulationen
mit einem handelsüblichen
thermofluidmechanischen Berechnungscode (PHOENICS von Cham) angestellt
worden, der die bekannten Formeln der Thermodynamik verwendet, wobei sie
der Klarheit und Einfachheit halber im Folgenden nicht dargestellt
sind.
-
Entsprechend der Darstellung in den
Figuren gibt eine Tabelle die optimale Dimensionierung des Speisers
in parametrischer dimensionsloser Form an.
-
-
Dann wurde, als die optimale Dimensionierung
bestimmt war, ein Prototyp hergestellt und an einem Modell im Maßstab 1
: 1 einer Form getestet, wobei Wasser als Arbeitsfluid eingesetzt
wurde.
-
Flüssiger Stahl ist als das betreffende
Metallfluid gewählt
worden.
-
Die experimenteifen Versuche beziehen
sich auf einen Strom von ungefähr
10 m3/h geschmolzenem Metalls mit einer
Durchschnittsgeschwindigkeit des Stroms in der Hauptleitung von
ungefähr
1,4 m/s.
-
Des Weiteren eignet sich der Speisen
für geschmolzenes
Metall der vorliegenden Erfindung zum Vorheizen auf Eine Temperatur,
die zwischen Tliquidus –600°C und Tliquidus liegt, wobei
Tliquidus die Temperatur ist, bei der sich
das geschmolzene Metall zu verfestigen beginnt.
-
Des Weiteren eignet sich der Speiser
gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Speisen einer Form, die in das Bad aus geschmolzenem
Metall getaucht ist, und zwar in einer Tiefe, die einer Strecke
entspricht, die, ausgehend vom höchsten
Auslass des Speisers, zwischen 5 und 120 mm liegt.
-
Die Leistung des so aufgebauten Speisers
ist mit einem zylindrischen Bezugs-Speiser mit horizontaler Achse
mit zwei Auslassen verglichen worden.
-
Die Leistung bezieht sich auf den
Grad der thermischen Gleichmäßigkeit,
die gleichmäßige Verteilung des
flüssigen
Metalls, die Oberflächenwelligkeit,
den Strom von heißem
Metall an den Seitenplatten und den Metallstrom an der Oberfläche.
-
Der Vergleich ist der folgenden Tabelle
zu entnehmen.
-
-
-
Die Tabelle zeigt, wie zu sehen ist,
dass gegenüber
dem Bezugs-Speiser mit dem neuen Speiser gemäß der vorliegenden Erfindung
die beste Leistung hinsichtlich der thermischen Gleichmäßigkeit
und dem Metallstrom an der Oberseite erreicht werden kann.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die oben beschriebenen Ausführungen
beschränkt,
sondern umfasst alle alternativen Ausführungen, die innerhalb des
Schutzumfangs der beigefügten
Ansprüche
liegen.
