EP0726113A1 - Einlaufsystem für eine Aluminiumstranggussanlage - Google Patents

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EP0726113A1
EP0726113A1 EP95118107A EP95118107A EP0726113A1 EP 0726113 A1 EP0726113 A1 EP 0726113A1 EP 95118107 A EP95118107 A EP 95118107A EP 95118107 A EP95118107 A EP 95118107A EP 0726113 A1 EP0726113 A1 EP 0726113A1
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EP
European Patent Office
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nozzle
stopper
inlet
section
cross
Prior art date
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EP95118107A
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English (en)
French (fr)
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EP0726113B1 (de
Inventor
C. Jürgen Dipl.-Ing. Moritz
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Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
Original Assignee
Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-nozzles

Definitions

  • the invention relates to inlet systems for continuous aluminum casting systems, consisting of a channel, an inlet nozzle inserted into the channel, into which a stopper for regulating the melt inlet is inserted, and optionally a control system with which the immersion depth of the stopper can be controlled within predetermined limits.
  • the static pressure also changes.
  • oxide and dirt particles are sucked into the melt from the metal surface of the trough or the ingot in the case of the negative pressures which then occur at the nozzle inlet or outlet, which has a disadvantageous effect on the ingot quality produced.
  • the object of the invention is therefore to optimize the inlet system in continuous aluminum casting systems in such a way that the negative pressure at the nozzle inlet and at the nozzle outlet is minimized while maintaining the essential installations and the flow conditions in the inlet nozzle are optimized.
  • a method for operating the inlet system is intended to reduce the vortex formation in the melt, so that no vortex formation occurs either on the melt surface in the channel or on the melt surface in the mold.
  • the first step is to minimize the negative pressure at the nozzle outlet and then measure the immersion depth so that a metal column of at least 2 cm compensates for the remaining negative pressure.
  • the nozzle contour according to the invention provides that the narrowest cross-section is present in the center of the inlet nozzle and thus the highest speed is generated in the center of the nozzle.
  • the shape of the nozzle avoids stalling, which could reduce the cross-section through which flow passes. The nozzle is thus flowed through uniformly over the entire cross-section, whereby an optimal volume flow can be set.
  • the inlet system consists of an inlet nozzle 2 inserted into the channel 1, into which a stopper 3 is inserted to regulate the melt inlet 4. Arrived through the pouring nozzle the melt into the mold 5, where it is formed into an ingot 6, which is held on the sprue 7. By lowering a casting table 8 by means of the lowering device 9, the ingot 6 is pulled down out of the mold 5.
  • nozzles 2 and plugs 3 can be seen in FIG. 2. It can be seen that the cross sections X and Y at the nozzle inlet and nozzle outlet are large in relation to the other cross sections of the inlet nozzle, so that low flow velocities occur there.
  • FIG. 2 It can also be seen from FIG. 2 how the plug 3 dips into the nozzle 2.
  • the space remaining between the nozzle 2 and the plug 3 is to be regarded as an annular gap C and is designed such that the flow fills the entire cross section uniformly. Seen from the inlet side X, the annular gap C tapers, so that a dynamic pressure builds up in the flowing metal, which counteracts a reduction in the static pressure in the melt.
  • the cross section widens behind the narrowest point, for example in the middle of the nozzle, so that the flow is braked again without tearing.
  • the latter is drawn out at the tip to a radius of 11.5 mm in the example.
  • the pressure conditions are hardly changed by an increased level difference - in the example 26 cm and 34 cm.
  • the closely spaced curves for different level differences show that the flow conditions are very stable and the flow in the nozzle does not stop even at high negative pressures. It follows that the available cross section is flowed through relatively evenly and there are no speed peaks.
  • FIGS. 6a, b and 5a, b exemplarily show the pressure profiles of known inlet systems.
  • the negative pressure at the nozzle outlet can no longer be reduced, since the available cross section at the nozzle outlet is greatly reduced by the flow stall under the stopper. This creates high negative pressures at the nozzle outlet, which can no longer be compensated for by increasing the immersion depth of the nozzle (see FIG. 5a).
  • FIG. 4b shows a known inlet system that closes at the top.
  • the vacuum rises sharply with increasing level difference (see Figure 5b).
  • the consequence of this is that the metal column above the nozzle inlet in the channel and the associated static pressure are not sufficient to compensate for the negative pressure which arises at the nozzle inlet.
  • a stall occurs under the stopper, which reduces the available cross section. If there is a large difference in level, this stall can have an effect right up to the nozzle outlet, so that there is an intensification of the underpressure with the disadvantageous consequences mentioned at the beginning.
  • the pressure profiles used for the above considerations depend on the respective position of the measuring points.
  • the representations in FIGS. 5a, b are to be regarded as two-dimensional representations and therefore say nothing about the uniformity of the flow over the circumference of the inlet nozzle. As shown at the beginning, however, in the case of conventional inlet systems, irregularities can occur over the circumference of the inlet nozzle, resulting in speed peaks which in turn increase the negative pressure.
  • the volume flow can be metered in much more precisely and the occurrence of instabilities can be avoided.
  • the glass model showed that an optimized nozzle is also flowed through relatively evenly over the circumference.
  • the known inlet system tends to form turbulence. This is illustrated in FIG. 7 and is explained in more detail below.
  • the melt 4 arrives in the direction of the arrow through the channel 1 to the feed nozzle 2.
  • the negative pressure which arises at the nozzle inlet and outlet causes the melt surface to be dented by the air pressure, as a result of which the oxide layer can tear open and oxide or dirt particles can be sucked into the melt.
  • the non-deformable impurities are built into the solidification front. During the later rolling process, they come to the surface and lead to the tearing of the rolled strip or damage to the rolls.
  • a mechanical control of the mold casting system for aluminum ingots is shown schematically in FIG. Via a float 14, which is positioned on the metal surface of the ingot, the stopper 3 is moved up or down by means of a push rod 16 via a mechanical deflection 15.
  • the term "float” stands for a piece of refractory material that floats on the metal surface and reports the metal level using a lever.
  • the annular gap between the nozzle and the stopper is increased or decreased, depending on the direction in which the melt level deviates from the target value. The feed quantity of the molten metal is thus regulated by different plug heights.
  • the metal level in the mold 5 can fluctuate for various reasons. For example, the inclination of the melting furnace is not continuous, so that gushing occurs in the channel 1.
  • the metal level in the gutter is also common regulated with a float, so that normally two control systems are coupled together. This leads to a dynamic control behavior, which requires constant correction of the respective plug height during the casting phase.
  • FIG. 9 the processes when opening the stopper are shown on the basis of 5 detailed images.
  • the plug 3 is shown in the nozzle 2 in the closed position.
  • the nozzle opening 22 is closed by the sealing edge 21 of the stopper 3.
  • the sealing edge 21 has been removed from the nozzle inlet opening 22 by a gap of approximately 2 to 3 mm.
  • melt gets into the nozzle 2 and flows along the stopper 3 to the narrowest point approximately in the middle of the nozzle.
  • the melt emerges as a thin jet 23 at the lower end of the nozzle.
  • FIG. 9.2 a gap between the narrowest cross section of the nozzle 2 and the stopper 3 can be seen in FIG. 9.1. This means that even in the closed state of the nozzle, any melt that is still present can flow out of the nozzle. This is particularly important for intermittent operation such as B. in a casting carousel, where the feed of the molten metal takes place in sections.
  • the invention provides that the nozzle is already sealed at the nozzle inlet.
  • the circumferential shoulder 21 on the stopper which in the closed state rests against the edge 22 of the nozzle inlet.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Casting Devices For Molds (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einlaufsystem für Aluminiumstranggußanlagen, bestehend aus einer Rinne, einer in die Rinne 1 eingesetzten Zulaufdüse 2 in die ein Stopfen 3 zur Regulierung des Schmelzezulaufs 4 eingesetzt ist und gegebenenfalls einem Regelsystem, mit dem die Eintauchtiefe des Stopfens innerhalb vorgegebener Grenzen steuerbar ist. Hierbei wird der Stopfen 3 am engsten Querschnitt der Düse stets in einem Abstand von der Düsenwand gehalten, wobei sich der Düsenquerschnitt vom Düseneintritt bis etwa zur Düsenmitte hin kontinuierlich verringert und dabei die Winkeldifferenz zwischen der Seitenwand des Düsenringraumes D und dem Stopfen 1°-3° beträgt. Ferner ist an dem dem Düseneintritt benachbarten Ende des Stopfens 3 eine Verschlußkante ausgebildet ist, die beim vollständigen Eintauchen des Stopfens 3 den Düseneintritt gegenüber der Schmelze verschließt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft Einlaufsysteme für Aluminiumstranggußanlagen, bestehend aus einer Rinne, einer in die Rinne eingesetzten Zulaufdüse, in die ein Stopfen zur Regulierung des Schmelzezulaufs eingesetzt ist und gegebenenfalls einem Regelsystem, mit dem die Eintauchtiefe des Stopfens innerhalb vorgegebener Grenzen steuerbar ist.
  • Die Regelung des Schmelzezulaufs mit Hilfe von Düse und Stopfen ist aus verschiedenen Veröffentlichungen bekannt. So ist beispielsweise von der Deutschen Gesellschaft für Metallkunde e.V. ein Symposium unter dem Titel "Stranggießen - Schmelzen - Gießen - Überwachen" veranstaltet worden, bei dem das Prinzip der Gießspiegelregelung nach dem Wirbelstromprinzip erläutert wurde. Bei den 1986 herausgegebenen Vortragstexten findet sich auf Seite 331 die Abbildung eines Regelsystems unter Verwendung von Düsen und Stopfen. Die Düse ist am Boden einer Rinne befestigt und ragt mit ihrem unteren Ende in die Kokille hinein.
  • Ändert sich unter bestimmten Voraussetzungen die Geschwindigkeit der Aluminiumschmelze in der Einlaufdüse, so verändert sich auch der statische Druck. Bei sehr hohen Geschwindigkeiten der Aluminiumschmelze werden bei den dann auftretenden Unterdrucken am Düseneintritt oder Düsenaustritt Oxyd- und Schmutzteilchen von der Metalloberfläche der Rinne oder des Barrens in die Schmelze eingesogen, was sich nachteilig bei der erzeugten Barrenqualität bemerkbar macht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Einlaufsystem bei Aluminiumstranggußanlagen derart zu optimieren, daß unter Beibehaltung der wesentlichen Installationen der Unterdruck am Düseneintritt und am Düsenaustritt minimiert wird und die Strömungsverhältnisse in der Zulaufdüse optimiert werden. Ein Verfahren zum Betrieb des Einlaufsystems soll die Wirbelbildung in der Schmelze herabsetzen, so daß sowohl an der Schmelzeoberfläche in der Rinne als auch an der Schmelzeoberfläche in der Kokille keine Wirbelbildungen auftreten.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Es hat sich gezeigt, daß durch eine besondere Formgebung der Innenkontur der Düse sowie durch die Einhaltung bestimmter Eintauchtiefen in die oberhalb des Sumpfes sich ausbildende Schmelzzone das Mitreißen von Oxyd- und anderen Schmutzteilchen von der Metalloberfläche vermieden werden kann. Ferner muß für einen ausreichenden Metallstand in der Rinne gesorgt werden.Im ersten Schritt wird der am Düsenaustritt herrschende Unterdruck minimiert und dann die Eintauchtiefe so gemessen, daß eine Metallsäule von mindestens 2 cm den verbleibenden Unterdruck kompensiert.
  • Die erfindungsgemäße Düsenkontur sieht vor, daß in der Mitte der Zulaufdüse der engste Querschnitt vorliegt und damit die höchste Geschwindigkeit in der Mitte der Düse erzeugt wird. Durch die Düsenform werden Strömungsabrisse, die den durchströmten Querschnitt verringern könnten, vermieden. Die Düse wird somit gleichmäßig über den gesamten Querschnitt durchströmt, wodurch sich ein optimaler Volumenstrom einstellen läßt.
  • Bei den herkömmlichen Rinnenanordnungen ergeben sich am Einlaufsystem unterschiedliche Strömungsverhältnisse, je nachdem, welche Düsenseite von der in der Rinne fließenden Schmelze zuerst angeströmt wird. Unter bestimmmten Voraussetzungen führt dies bei herkömmlichen Einlaufsystemen zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Flüssigkeitsströmung an der Düseninnenwand, mit der Folge, daß an bestimmten Düsenquerschnitten sehr große Strömungsgeschwindigkeiten und an anderen Stellen ein Strömungsschatten entsteht. Diese Zustände störten bisher die Gleichmäßigkeit der Strömung und wirkten sich auch auf die Einlauf- und Auslaufverhältnisse an der Zufuhrdüse aus.
  • Zusammenfassend lassen sich die erfindungsgemäßen Merkmale wie folgt darstellen:
    • 1. Ausbildung der Düse derart, daß am Düseneintritt und am Düsenaustritt nur geringe Unterdrucke entstehen.
    • 2. Ausbildung der Düsenkonfiguration derart, daß die Düse über den Querschnitt gleichmäßig durchströmt wird und die Strömung an keiner Stelle abreißt.
    • 3. Drosselung der Strömung im mittleren Bereich der Düse, sodaß die vorhandene Strömungsenergie vermindert wird und an den Ein- und Austrittsenden der Düse praktisch keine Turbulenz auftritt.
    • 4. Vermeidung des Einfrierens von Düse und Stopfen im Bereich des Düseneintritts durch Abdichtung mittels eines umlaufenden Absatzes am Stopfen, der im geschlossenen Zustand am Rand des Düseneintritts anliegt.
    • 5. Durch einen Spalt zwischen Stopfen und Düsenwand auch am engsten Querschnitt der Düse kann beim Schließen des Stopfens noch im Zwischenraum vorhandenes Metall abfließen.
    • 6. Verkürzung des Regelweges durch Zuspitzung des Stopfens auf einen Radius von 7 mm.
    • 7. Erhöhung der Winkeldifferenz auf 2° zur Verkürzung des Regelweges.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Einlaufsystem,
    Figur 2
    Erfindungsgemäße Zulaufdüse mit Stopfen im Querschnitt,
    Figur 3
    Druckverlauf in einem erfindungsgemäßen Einlaufsystem (Wassermodell),
    Figur 4
    Düsen/Stopfensystem nach dem Stand der Technik,
    Figur 5
    Druckverlauf bei einem herkömmlichen Einlaufsystem im Wassermodell,
    Figur 6
    Schematische Darstellung einer elektronischen Gießspiegelregelung,
    Figur 7
    Gesamtansicht eines Einlaufsystems nach dem Stand der Technik,
    Figur 8
    Schematische Darstellung einer mechanischen Gießspiegelregelung,
    Figur 9
    Schematische Darstellung beim Öffnen der erfindungsgemäßen Zulaufdüse.
  • Nach Figur 1 besteht das Einlaufsystem aus einer in die Rinne 1 eingesetzten Zulaufdüse 2, in die ein Stopfen 3 zur Regulierung des Schmelzezulaufs 4 eingesetzt ist. Über die Gießdüse gelangt die Schmelze in die Kokille 5, wo sie zu einem Barren 6 geformt wird, der auf dem Angußstein 7 gehalten wird. Durch Absenken eines Gießtisches 8 mittels Absenkvorrichtung 9 wird der Barren 6 nach unten aus der Kokille 5 herausgezogen.
  • Die Formen von Düsen 2 und Stopfen 3 sind aus der Figur 2 zu entnehmen. Man erkennt, daß die Querschnitte X und Y am Düsenein- und Düsenaustritt im Verhältnis zu den übrigen Querschnitten der Einlaufdüse groß gewählt sind, damit dort geringe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten.
  • Aus Figur 2 ist auch zu erkennen, wie der Stopfen 3 in die Düse 2 eintaucht. Der zwischen der Düse 2 und dem Stopfen 3 verbleibende Raum ist als Ringspalt C anzusehen und ist so ausgelegt, daß die Strömung den gesamten Querschnitt gleichmäßig ausfüllt. Von der Einlaufseite X aus gesehen verjüngt sich der Ringspalt C, sodaß sich im strömenden Metall ein Staudruck aufbaut, der einer Verringerung des statischen Drucks in der Schmelze entgegenwirkt.
  • Im fast parallelen Teil des Ringspaltes C wird die für die Drosselung nötige Reibung erzeugt. Der Ringspalt C erweitert sich sodann geringfügig zum Stopfen 3 hin, sodaß sich die Strömung hier besser an den Stopfen 3 anlegt. Bei abnehmendem Querschnitt tritt durch die sich verjüngende Düse 2 eine Vergleichmäßigung der Strömung über den Querschnitt auf.
  • Hinter der engsten Stelle, etwa in der Düsenmitte, erweitert sich der Querschnitt, sodaß die Strömung ohne Abriß wieder abgebremst wird. Um auch an dem Stopfen 2 einen Strömungsabriß zu vermeiden, ist dieser an der Spitze zu einem Radius von im Beispiel 11,5 mm ausgezogen.
  • Zur Überprüfung der tatsächlichen Strömungsverhältnisse in der erfindungsgemäßen Düse wurde ein Wassermodell des bei der Herstellung eines Walzbarrens herrschenden Zustandes geschaffen. In diesem Wassermodell konnten die Verhältnisse in der Rinne, in der Düse und im Walzbarren, bei verschiedenen Düsen-Stopfen-Systemen simuliert werden. Mit diesem Wassermodell wurden die Druckverläufe im optimierten Einlaufsystem untersucht. Das Ergebnis ist in Figur 3 dargestellt.
  • Man erkennt, daß am Düseneintritt (Düsenlänge = 0) ein positiver oder nur leicht negativer Druck herrscht. In der Düsenmitte werden durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten sehr hohe Unterdrucke erreicht. Am engsten Querschnitt werden hohe Unterdrucke gemessen, die zeigen, daß die Strömung nicht abreißt, sondern an den Wandungen anliegt. Danach erfolgt innerhalb kürzester Zeit ein Abbau der sehr hohen Unterdrucke, sodaß am Düsenaustritt bei etwa 17 cm Düsenlänge nur noch sehr geringe Unterdrucke verbleiben.
  • Die Druckverhältnisse werden auch durch einen vergrößerten Niveauunterschied - im Beispiel 26 cm und 34 cm - kaum verändert. Die dicht beieinander liegenden Kurven für verschiedene Niveauunterschiede zeigen, daß die Strömungszustände sehr stabil sind und auch bei hohen Unterdrucken die Strömung in der Düse nicht abreißt. Daraus folgt, daß der zur Verfügung stehende Querschnitt relativ gleichmäßig durchströmt wird und dabei keine Geschwindigkeitsspitzen auftreten.
  • In den Figuren 6a, b und 5a, b sind die Druckverläufe bekannter Einlaufsysteme exemplarisch dargestellt. Bei einem nach unten schließenden Einlaufsystem gemäß Figur 4a kann der Unterdruck am Düsenaustritt nicht mehr abgebaut werden, da der verfügbare Querschnitt am Düsenaustritt durch den Strömungsabriß unter dem Stopfen sehr stark verkleinert wird. Somit entstehen hohe Unterdrucke am Düsenaustritt, die nicht mehr durch eine Vergrößerung der Eintauchtiefe der Düse kompensiert werden können (siehe Figur 5a).
  • In Figur 4b ist ein bekanntes nach oben schließendes Einlaufsystem dargestellt. Hier steigt der Unterdruck bei zunehmendem Niveauunterschied stark an (siehe Figur 5b). Dies hat zur Folge, daß die über dem Düseneintritt in der Rinne stehende Metallsäule und der damit verbundene statische Druck nicht ausreicht, um den am Düseneintritt entstehenden Unterdruck zu kompensieren. Ferner entsteht unter dem Stopfen ein Strömungsabriß, der den zur Verfügung stehenden Querschnitt vermindert. Bei größerem Niveau-unterschied kann sich dieser Strömungsabriß bis zum Düsenaustritt hin auswirken, sodaß dort eine Verstärkung des Unterdrukkes mit den eingangs genannten nachteiligen Folgen auftritt.
  • Die zu den vorstehenden Betrachtungen herangezogenen Druckverläufe sind von der jeweiligen Lage der Meßpunkte abhängig. Die Darstellungen in Figur 5a, b sind als zweidimensionale Darstellungen anzusehen und sagen daher nichts über die Gleichmäßigkeit der Strömung über den Umfang der Einlaufdüse aus. Wie eingangs dargestellt, können aber bei üblichen Einlaufsystemen Ungleichmäßigkeiten über den Umfang der Zulaufdüse auftreten, wodurch Geschwindigkeitsspitzen entstehen, die wiederum den Unterdruck erhöhen.
  • Hinzu kommt, daß in der Praxis häufig schief stehende oder krumme Stopfen die Strömungsverhältnisse noch weiter beeinflussen, in der Weise, daß die Inhomogenitäten vergrößert werden. Bei den bekannten Systemen kommt es vor, daß nur eine Häfte des Düsenumfanges durchströmt wird. Somit ergeben sich auch Probleme bei der Regulierung des Volumenstroms, die sich insbesondere bei einer automatischen Niveauregelung nachteilig bemerkbar machen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Veränderung der Querschnitte kann der Volumenstrom sehr viel genauer dosiert und das Auftreten von Instabilitäten vermieden werden. Es zeigte sich am Glasmodell, daß eine optimierte Düse auch über den Umfang relativ gleichmäßig durchströmt wird.
  • Im Gegensatz dazu neigt das bekannte Einlaufsystem zur Turbulenzbildung. Dies ist anhand der Figur 7 dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Die Schmelze 4 gelangt in Pfeilrichtung durch die Rinne 1 zur Zulaufdüse 2. Durch die an Düsenein- und austritt entstehenden Unterdrucke wird die Schmelzeoberfläche vom Luftdruck eingedellt, wodurch die Oxydschicht aufreißen kann und Oxyd- oder Schmutzteilchen in die Schmelze gesogen werden können. Die nicht verformbaren Verunreinigungen werden in die Erstarrungsfront eingebaut. Beim späteren Walzprozeß gelangen sie an die Oberfläche und führen zum Aufreißen des Walzbandes oder zu Beschädigungen der Walzen.
  • In Figur 8 ist eine mechanische Regelung des Kokillengießsystems für Aluminiumwalzbarren schematisch dargestellt. Über einen Schwimmer 14, der auf der Metalloberfläche des Barrens positioniert ist, wird über eine mechanische Umlenkung 15 der Stopfen 3 mittels einer Druckstange 16 nach oben oder unten bewegt. Der Begriff "Schwimmer" steht dabei für ein Stück Feuerfestmaterial, das auf der Metalloberfläche schwimmt und über einen Hebel den Metallstand meldet. Im vorliegenden Fall wird damit der Ringspalt zwischen Düse und Stopfen vergrößert oder verkleinert, je nachdem in welche Richtung das Schmelzeniveau vom Sollwert abweicht. Die Zulaufmenge der Metallschmelze wird somit durch unterschiedliche Stopfenhöhen geregelt.
  • Andere Methoden bestehen in der Laserabtastung des Metallstandes in der Kokille. Das entstehende Signal wird hier auf elektronischem Wege verarbeitet und zu einer Stellgröße für den Stopfen 3 umgebildet (siehe Figur 6).
  • Der Metallstand in der Kokille 5 kann aus verschiedenen Gründen schwanken. Beispielsweise erfolgt die Neigung des Schmelzeofens nicht kontinuierlich, sodaß eine Schwallbildung in der Rinne 1 auftritt. Auch der Metallstand in der Rinne wird üblicherweise mit einem Schwimmer geregelt, sodaß im Normalfall zwei Regelsysteme miteinander gekoppelt sind. Dies führt zu einem dynamischen Regelverhalten, das während der Gießphase einer ständigen Korrektur der jeweiligen Stopfenhöhe bedarf.
  • Schwankungen des Metallstands verändern die thermischen Bedingungen, was zu einer ungünstigen Ausbildung der Barrenoberfläche führt. Die Dicke der Randschale, die vor dem Walzen vollständig abgefräst werden muß, vergrößert sich.
  • In Figur 9 sind anhand von 5 Detailbildern die Vorgänge beim Öffnen des Stopfens dargestellt. Bei Figur 9.1 ist der Stopfen 3 in der Düse 2 in Verschlußstellung gezeigt. Durch die Verschlußkante 21 des Stopfens 3 wird die Düsenöffnung 22 verschlossen.
  • In Figur 9.2 ist die Verschlußkante 21 um einen Spalt von ca. 2 bis 3 mm von der Düseneintrittsöffnung 22 entfernt worden. Dadurch gelangt Schmelze in die Düse 2 und fließt am Stopfen 3 entlang bis zur engsten Stelle etwa in der Düsenmitte. Die Schmelze tritt als dünner Strahl 23 am unteren Ende der Düse aus.
  • Ebenso wie in Figur 9.2 ist in Figur 9.1 ein Spalt zwischen dem engsten Querschnitt der Düse 2 und dem Stopfen 3 erkennbar. Dies bedeutet, daß auch im geschlossenen Zustand der Düse etwa noch vorhandene Schmelze aus der Düse abfließen kann. Dies ist besonders wichtig bei einem stoßweisen Betrieb wie z. B. bei einem Gießkarussel, wo der Zulauf der Metallschmelze abschnittsweise erfolgt.
  • In den Figuren 9.3 bis 9.5 wird der Spalt zwischen dem Stopfen 3 und der Düse 2 stetig vergrößert. In gleichem Maße steigt auch die Menge an abfließendem Metall.
  • Bei einer Bewegung des Stopfens 3 in umgekehrter Richtung - also beim Verschließen der Düse - wird die Menge des abfließenden Metalls stetig verringert. Bei geschlossenem Stopfen kann flüssiges Metall noch in dem Spalt zwischen Düse und Stopfen im oberen Bereich zwischen Düseneintritt und engstem Querschnitt der Düse vorhanden sein. Da die Metallmenge bedingt durch den engen Spalt sehr gering ist besteht hier die Gefahr, daß das Metall erstarrt und der Stopfen sich anschließend nicht mehr bewegen läßt.
  • Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Düse bereits am Düseneintritt abgedichtet ist. Hierzu dient der umlaufende Absatz 21 am Stopfen, der im geschlossenen Zustand am Rand 22 des Düseneintritts anliegt.
  • Da immer ein Spalt zwischen Stopfen und Düse auch im geschlossenen Zustand der Zulaufdüse vorhanden ist, kann beim Schließen des Stopfens noch im Zwischenraum vorhandenes Metall abfließen.

Claims (5)

  1. Einlaufsystem für Aluminiumstranggußanlagen, bestehend aus einer Rinne, einer in die Rinne (1) eingesetzten Zulaufdüse (2), in die ein Stopfen (3) zur Regulierung des Schmelzezulaufs (4) eingesetzt ist und gegebenenfalls einem Regelsystem, mit dem die Eintauchtiefe des Stopfens innerhalb vorgegebener Grenzen steuerbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stopfen (3) am engsten Querschnitt der Düse stets in einem Abstand von der Düsenwand gehalten wird,
    daß sich der Düsenquerschnitt vom Düseneintritt bis etwa zur Düsenmitte hin kontinuierlich verringert, wobei eine Winkeldifferenz zwischen der Seitenwand des Düsenringraumes D und dem Stopfen 1°-3° beträgt,
    und daß an dem dem Düseneintritt benachbarten Ende des Stopfens (3) eine Verschlußkante ausgebildet ist, die beim vollständigen Eintauchen des Stopfens (3) den Düseneintritt gegenüber der Schmelze verschließt.
  2. Einlaufsystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vom engsten Querschnitt der Düse zum Düsenein- und Düsenaustritt ein Abstand A von mindestens 7 cm eingehalten ist.
  3. Einlaufsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am Düseneintritt der Raum zwischen der Düse (2) und dem Stopfen (3) auf einer Länger B kontinuierlich verengt ist, wobei die Länge des Abschnitts B zwischen 0 - 10 cm liegt.
  4. Einlaufsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Verengung über eine Länge von 1-10 cm erfolgt.
  5. Einlaufsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sich oberhalb des engsten Düsenquerschnittes zwischen Düse (2) und Stopfen (3) ein sich verengender Ringraum C, D ausbildet, während unterhalb des engsten Düsenquerschnittes der Raum zwischen Düse (2) und Stopfen (3) kontinuierlich erweitert wird, wobei die Stopfenspitze S im Betriebszustand gegenüber dem Düsenaustritt Y einen Mindestabstand einhält, der das 1 bis 1,5-fache des Durchmessers der Stopfenspitze beträgt, wobei die Stopfenspitze vorzugsweise mit einem Radius von 5-10 mm abgerundet ist.
EP95118107A 1995-02-08 1995-11-17 Einlaufsystem für eine Aluminiumstranggussanlage Expired - Lifetime EP0726113B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19504009 1995-02-08
DE19504009A DE19504009A1 (de) 1995-02-08 1995-02-08 Einlaufsystem für eine Aluminiumstranggußanlage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0726113A1 true EP0726113A1 (de) 1996-08-14
EP0726113B1 EP0726113B1 (de) 1998-02-04

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