DE19758142A1

DE19758142A1 - Einrichtung zur Zuführung von Metallschmelze

Info

Publication number: DE19758142A1
Application number: DE19758142A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Boecher; Peter Dipl Ing Mueller; Wolfgang Prof Dr Ing Reichelt; Ulrich Dr Ing Urlau
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1997-12-19
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1999-07-01
Also published as: CN1098738C; EP1042087A1; ATE208671T1; AU2410299A; DE59802177D1; ES2167963T3; KR20010033170A; WO1999032248A1; CA2314076A1; JP2001526119A; EP1042087B1; CN1282279A; AU744237B2; BR9813755A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Zuführung von Metallschmelze, insbesondere von Flüssigstahl, über Tauchgießrohre in Zwischenbehälter in eine stationäre Kokille einer Brammen-Stranggießanlage.

Aus DE 39 29 767 A1 ist ein Eingießsystem für eine Stahlbandgießanlage bekannt, bei dem zwei Gießrohre an einem Zwischenbehälter in einem vorgegebenen Achsabstand vorgesehen sind.

Die Hauptausströmöffnungen der Gießrohre sind seitlich gegenüberliegend angeordnet. Nachteil dieses Eingießsystems sind die relativ großen Gießrohre, die einen erweiterten Eingießbereich der Kokille erfordern.

Aus der DE-OS 24 28 060 ist eine Stranggießanlage bekannt, bei der (Fig. 1) aus einer Gießpfanne Stahl kontinuierlich in ein Zwischengefäß fließt, welches eine Bodenöffnung besitzt, durch die der Stahl in ein feuerfestes Gießrohr und aus diesem eine wassergekühlte, gerade, vertikal angeordnete oszillierende Kokille fließt. Für extrem breite Kokille werden (Fig. 5) zwei Gießrohre eingesetzt. Oberhalb der Bodenöffnung ist ein feuerfestes Rohr in Abstand zur Oberkante der Bodenöffnung bringbar, wobei über dieses Rohr inertes Gas in den Gießstrahl zuführbar ist.

Nachteil dieser Einrichtung ist die große geodätische Höhe oberhalb der Mündung des Tauchgießrohres und damit die große kinetische Energie, welche über ein Gießrohr bzw. zwei Gießrohre auf die in der Kokille befindliche Stahlschmelze wirkt.

Aus der DE 195 12 209 ist ein Verfahren und eine Einrichtung bekannt, bei dem metallische Schmelze, insbesondere Stahl, über einen aus einem Gießbehälter befestigten Tauchgießrohr in eine vertikal oszillierende Kokille geführt wird. Das Tauchgießrohr besitzt dabei eine Querschnittsfläche, die nicht kleiner ist als das 0,3-fache des freien Innenquerschnittes der Durchtrittsfläche der Kokille. Das hierzu eingesetzte Tauchgießrohr gleicht sich in seiner Querschnittsform der Kokille an und besitzt daher eine deutlich größere Breite als Dicke. Nachteil dieser Ausgestaltung des Tauchgießrohres ist die relativ große freitragende Fläche und die darüber hinaus relativ scharfen Kanten im Bereich der Schmalseiten bezüglich der Bruchsicherheit des Feuerfestmaterials bei der gewünschten Wanddicke.

Weiterhin ist aus der FR 2675411 eine Einrichtung zum Zuführen von Stahlschmelze bekannt, mit einem unteren und oberen Behälter, die über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind. Am Deckel des oberen Behälters ist eine Unterdruckvorrichtung vorgesehen,mit der die Schmelze aus dem unteren Behälter angehoben werden kann und über einen Tauchausguß in eine Kokille geführt wird.

Diese Anlage ist an Gaszufuhrelemente angeschlossen und dient im wesentlichen der Behandlung des Stahles bevor er über ein nicht weiter beschriebenes Tauchgießrohr in die Kokille geführt wird.

Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, eine Einrichtung zur Zuführung von Metallschmelze, insbesondere von Flüssigstahl, zu schaffen, bei der mit einfachen, kostengünstigen Zuführelementen ein sicheres an kinetischer Energie armes Zuführen der Schmelze in eine Kokille bei hoher Betriebssicherheit erreicht wird.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargelegt.

Erfindungsgemäß wird die Schmelze über ein unter Vakuum gehaltenen Zwischenbehälter über mindestens drei nebeneinander angeordnete Tauchgießrohre in eine Kokille geführt. Durch das Aufteilen der gesamten, der Kokille zuzuführenden Schmelzenmenge auf mehrere Teilmengen über mehrere Tauchgießrohre, besteht die Möglichkeit, unmittelbar Einfluß auf die Strömungsrichtung und -menge der Teilströme zu nehmen, bei gleichzeitiger Verbindung eines möglichst großen Eintrittsquerschnittes der Zufuhrelemente in die Kokille. Ein großer Zufuhrquerschnitt bei gleichzeitiger geringer geodätischer Höhe des Flüssigkeitsspiegels erlaubt eine gewünschte, nur geringe kinetische Energie und damit minimale Eindringtiefe der zugeführten Schmelze in die Kokille. Da durch die Verwendung einzelner Tauchgießrohre und ihrer nahezu beliebigen Anordnung besteht die Möglichkeit, gleichzeitig unmittelbar Einfluß auf die Strömungsverhältnisse, insbesondere der Möglichkeit gezielter Rückströmungen von Schmelze bereits im oberen Teil der Kokille zu nehmen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Verwendung von geometrisch einfachen Elementen, wie die kreisrunde Form der Tauchgießrohre bzw. nahezu runde Formen oder auch rechteckige, mit sehr ähnlichen Längen- /Breitenverhältnissen.

Die Tauchgießrohre können dabei auf einer Linie nebeneinander in Reihe angeordnet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Tauchgießrohre auf zwei Linien angeordnet, wobei die eine ungerade Zahl aufweisenden Rohre auf der einen Linie und die mit geraden Ziffern auf der anderen Linie vorgesehen sind. Dabei kann darüber hinaus der Abstand zwischen den Tauchgießrohren im Zentrum der Kokille zu den Schmalseiten hin verändert werden. Auch der Durchmesser der Tauchgießrohre kann untereinander unterschiedlich gewählt und den jeweiligen Strömungsverhältnissen angepaßt werden.

Zur Einflußnahme auf die Strömung der zugeführten Schmelze wird darüber hinaus vorgeschlagen, die Tauchgießrohre in einem Winkel zur Kokillenhauptachse entsprechend der gewünschten Strömungsverhältnisse anzupassen. Eine weitere Variation besteht darin, die Länge der einzelnen Tauchgießrohre zu verändern. In einer Variante ist das kürzeste Tauchgießrohr im Zentrum der Kokille. Zu einer völlig anderen Strömung, wenn die Tauchgießrohre in ihrer Länge so variiert werden, daß das längste Tauchgießrohr in der Mitte der Kokille angeordnet ist und die kürzeren in der Nähe der Schmalseitenwände.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Tauchgießrohre vorgeschlagen, die einen rechteckigen Querschnitt besitzen und aus Tauchgießrohren bestehen, die Elemente aufweisen, daß die einzelnen Tauchgießrohre bei gleicher Gestaltung formschlüssig im Zwischenbehälter befestigt werden. Funktionsmäßig entsteht hierdurch ein Tauchausguß von einem sehr großen Verhältnis zu einer Breite zum Dicke, wobei aber die Einzelelemente durch ihre nahezu quadratische Form eine besonders hohe Standzeit aufweisen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind Stellglieder vorgesehen, bei denen der Durchfluß der einzelnen Tauchgießrohre veränderbar bis komplett verschließbar ist. Auf diese Weise kann während des Betriebes die Durchflußmenge verändert werden oder bei Defekten einzelner Tauchgießrohre dieses jeweils verschlossen werden, ohne daß der gesamte Betrieb behindert wird.

Für Notsituation ist darüber hinaus ein Schnellverschluß für jedes einzelne Tauchgießrohr vorgesehen.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargelegt. Dabei zeigen

Fig. 1 Das Schema der Gesamtanlage,

Fig. 2 Eine ungerade Anzahl von Tauchgießrohren mit dem längsten Tauchgießrohr in der Mitte,

Fig. 3 Eine gerade Zahl von Tauchgießrohren mit dem kürzeren Tauchgießrohr in der Mitte,

Fig. 4 Zur Zentralachse nach außen divergierende Tauchgießrohre,

Fig. 5 Zur Zentralachse im mittleren Bereich divergierende und im äußeren Bereich konvergierende Tauchgießrohre,

Fig. 6 Tauchgießrohre in Reihe auf einer Linie,

Fig. 7 Tauchgießrohre auf einer Linie mit unterschiedlichem Durchmesser,

Fig. 8 Tauchgießrohre auf zwei Linien,

Fig. 9 Von der Kreisform abweichenden Tauchgießrohre auf einer Linie bei gleichmäßiger Ausrichtung,

Fig. 10 Von der Kreisform abweichende Tauchgießrohre mit unterschiedlicher Ausrichtung,

Fig. 11 Draufsicht und Seitenansicht von Tauchgießrohren für eine Bogenstranggießanlage,

Fig. 12 Tauchgießrohr mit Schnellverschluß,

Fig. 13 Zwischenkammer mit Absperreinrichtung für einzelne Tauchgießrohre,

Fig. 14 Tauchgießrohre mit rechteckigem Querschnitt bei formschlüssiger Befestigung,

Fig. 15 Rechteckige Tauchgießrohre mit konischer Öffnung.

Die Fig. 1 zeigt eine Pfanne 11, deren Bodenöffnung 12 durch einen Stopfen 14 verschließbar ist. An der Pfanne 11 ist ein Tauchausguß 13 befestigt, der in eine Hauptkammer 23 eines Zwischenbehälters 21 hineinragt. Der Zwischenbehälter 21 besitzt darüber hinaus eine im Niveau höher als die Hauptkammer angeordnete Eingießkammer, an die eine Vakuumpumpe 27 zum Anheben der flüssigen Schmelze angeschlossen ist. Im Boden 24 der Eingießkammer 22 sind Bodenöffnungen 25 vorgesehen, an die Tauchgießrohre 31 bis 3n angeschlossen sind, welche in eine Kokille 41 hineinragen.

Die Fig. 2 zeigt die Eingießkammer 22, an der eine ungerade Zahl von Tauchgießrohren 31 bis 35 angeordnet ist, welche in die Kokille 41 hineinragen. Bei diesen in Reihe angeordneten Tauchgießrohren 31 bis 35 ist das mittlere Rohr 33 am längsten.

Die Fig. 3 zeigt im Gegensatz zur Fig. 2 eine gerade Zahl von Tauchgießrohren 31 bis 34, bei denen die mittleren Rohre 32, 33 am kürzesten sind.

Bei der Fig. 4 sind drei Tauchgießrohre 31 bis 33 vorgesehen, wobei die äußeren im Bezug auf die Kokillenmittenachse konisch divergieren.

Bei der Fig. 5 sind eine gerade Anzahl von Tauchgießrohren 31 bis 34 vorgesehen, wobei paarweise 31, 32 und 33, 34 die Tauchgießrohre zueinander konvergieren.

In der Fig. 6 ist eine ungerade Zahl von Tauchgießrohren 31 bis 33 auf einer Linie L₁ in Reihe angeordnet, wobei der Abstand a₁ untereinander im vorliegenden Fall größer ist, als der Abstand a₂ des äußeren Tauchgießrohres 31 bzw. 33 zur Schmalseite 44 der Kokille.

In der Fig. 7 ist eine gerade Zahl von Tauchgießrohren 31 bis 34 auf eine Linie L₁ angeordnet, wobei die einzelnen Tauchgießrohre 31 bis 34 unterschiedliche Durchmesser besitzen, im vorliegenden Fall sind die mittleren Tauchgießrohre 32, 33 im Durchmesser größer all die äußeren Tauchgießrohre 31, 34.

Bei der Fig. 8 ist eine ungerade Zahl von Tauchgießrohren 31 bis 35 vorgesehen, die auf zwei Linien L2, L3 angeordnet sind, wobei die Tauchgießrohre mit der ungeraden Zahl 31, 33, 35 auf der Linie L2 und die Tauchgießrohre mit den geraden Zahlen 32 und 34 auf der Linie L3 angeordnet sind. Im vorliegenden Fall sind die Abstände zwischen den einzelnen Tauchgießrohren 31 bis 35 einschließlich des Abstandes zur Schmalseite 44 der Kokille 41 und auch die Durchmesser der Tauchgießrohre 31 bis 35 konstant.

In der Fig. 9 ist eine ungerade Anzahl von Tauchgießrohren 31 bis 35 vorgesehen, die einen Durchmesser aufweisen, der von der Kreisform verschieden ist, hier im wesentlichen oval. Die einzelnen Tauchgießrohre 31 bis 35 sind auf einer Linie L1 in Reihe angeordnet und dabei in die gleiche Richtung ausgerichtet.

In Fig. 10 ist eine gerade Anzahl von Tauchgießrohren 31 bis 34 auf einer Linie L2 in Reihe angeordnet, wobei diese im wesentlichen ovalen Tauchgießrohre mit ihrer Längserstreckung sich einmal auf der Linie L2 befinden (Tauchgießrohre 31, 33) und die übrigen Tauchgießrohre 32, 33 sich senkrecht zur Linie L2 in ihrer Längserstreckung erstrecken.

Die Fig. 11 zeigt eine Anordnung der Tauchgießrohre 31 bis 35 in einer gebogenen Kokille 42 für eine Bogenstranggießanlage. Der Freiraum der Kokille 42 weist eine Dicke d auf und die auf der Linie L1 angeordneten Tauchgießrohre 31 bis 35 sind von der Innenwandung des inneren Radius R_i der Bogenanlage in einem Abstand d₁ = 0,2 bis 0,4 × d beabstandet.

Die Fig. 12 zeigt einen Ausschnitt des Bodens 24 der Eingießkammer 22, und zwar die Bodenöffnung 25, welche von einem Bodenstein 26 umgeben ist. Zwischen dem Bodenstein 26 und einem Tauchgießrohr 31 ist ein Schnellverschluß 53 vorgesehen, dessen Schieberplatte 54 im Notfall durch einen Aktuator 55 die Bodenöffnung 25 verschließt.

In der Fig. 13 ist ergänzend zur Fig. 1, mit der Zwischenkammer 21 und der Eingießkammer 22 sowie der Hauptkammer 23 und den in die Kokille 41 hineinragenden Tauchgießrohre 31 bis 33 eine Einrichtung zum Verschließen der Bodenöffnungen 25 vorgesehen, die im vorliegenden Fall durch Stopfen 52 verschließbar sind.

In der Fig. 14 ist der Boden 24 der Eingießkammer 22 als Schlitz ausgestaltet, in dem formschlüssig miteinander verbundene Tauchgießrohre 31 bis 33 eingepaßt sind. Diese Tauchgießrohre weisen Formelemente auf, die sich gegenseitig abstützen, und zwar eine Nase 36, die mit einer Konsole 37 korrespondiert.

Die Tauchgießrohre 31 bis 33 besitzen eine rechteckige Form, die im vorliegenden Fall im wesentlichen einen quadratischen Querschnitt besitzt, der über die gesamte Länge konstant gehalten wird.

Nicht weiter dargestellt ist die Möglichkeit, fußendig, also im Bereich des Bodens 24 der Eingießkammer 22, die Tauchgießrohre rechteckig auszugestalten und zur Mündung hin in eine Kreisform zu geben, welche bezüglich der Spannungsverhältnisse in der Wandung günstigere Verhältnisse aufweisen.

Fig. 15 zeigt eine Schlitzdüse in Modulbauweise mit Tauchgießrohren 31 bis 33, welche eine rechteckige Form aufweisen, bei dem die Schmalseite 38 kürzer ist als die Breitseite 39 des Tauchgießrohres. Die einzelnen Tauchgießrohre weisen wiederum Nasen 36 bzw. Konsolen 37 auf, die ein formschlüssiges Verbinden miteinander ermöglichen.

Im vorliegenden Fall divergiert bei den Tauchgießrohren 31 und 32 der freie Querschnitt in Gießrichtung, während die Außenwandung geradlinig und dabei parallel zur Hauptachse I der Kokille 41 angeordnet ist. Weiterhin sind im vorliegenden Fall die Wandungen der Tauchgießrohre 31 bis 33 im mittleren Bereich der Schlitzdüse kürzer ausgestaltet als in Nähe der Kokillenschmalseite 44. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, eine robuste Schlitzdüse eines beliebigen Breiten/-Dickenverhältnisses auszugestalten und dabei gleichzeitig Einfluß auf die Strömungen an beliebiger Stelle der Schlitzdüse zu nehmen.

Bezugszeichenliste

Zuführung

11

Pfanne

12

Bodenöffnung

13

Tauchausguß

14

Stopfentauchausguß

15

Schieber
Zwischenführung

21

Zwischenbehälter

22

Eingießkammer

23

Hauptkammer

24

Bodeneingießkammer

25

Bodenöffnung

26

Bodenstein

27

Vakuumpumpe
Eintauchen

31-35

Tauchgießrohre

36

Nase

37

Konsole

38

Schmalseite Tauchgießrohr

39

Breitseite Tauchgießrohr
Stranggießanlage

41

(gerade) Kokille

42

(gebogene) Kokille

43

Kokillenbreitseite

44

Kokillenschmalseite Absperrung

51

Stellglieder

52

Stopfen Tauchgießrohr

53

Schnellverschluß

54

Schieberplatte

55

Aktuator
A Durchtrittsquerschnitt
a Abstand zweier Tauchgießrohre
d Abstand zweier Kokillenbreitseitenwände
E Ebene
L Linie
l Länge Tauchgießrohr
R_i

Radius (innen) Stranggießanlage
r Radius Tauchgießrohr
S Schmelze
I Kokillenhauptachse

Claims

1. Einrichtung zum Zuführen von Metallschmelze, insbesondere von Flüssigstahl, über Tauchgießrohre eines Zwischenbehälters in eine stationäre Kokille einer Brammen-Stranggießanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbehälter (21) als mit einer Vakuumpumpe (27) versehene Eingießkammer (22) ausgebildet ist, die mit einer Hauptkammer (23) verbunden ist, in welche die Schmelze (S) von außen zugeführt wird, und daß im Boden (24) der Eingießkammer (22) mindestens drei nebeneinander angeordnete Tauchgießrohre (31-3n) vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer gebogenen Kokille (42) einer Bogen-Stranggießanlage die Tauchgießrohre (31-3n) in Reihe auf einer Linie (L1) angeordnet sind, die von der Innenwandung des inneren Radius (Ri) der Bogenanlage einen Abstand (d₁) aufweist, von d₁ = 0,2 bis 0,4 × d, mit d = Abstand der Kokillenbreitseiten (43).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchgießrohre (31-3n) in Relation zu den Kokillenbreitseiten (43) auf zwei parallelen Linien (L₁, L₂) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ungeraden Anzahl von Tauchgießrohren (31-3n) die jeweils mit geraden bzw. ungeraden Ziffern bezeichneten Tauchgießrohre (31-3n) auf jeweils einer Linie (L₁ oder L₂) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchgießrohre (31-3n) in Reihe an mindestens einer Linie (L₁ oder L₂) parallel zur Kokillenbreitseite (43) angeordnet und dabei ausgehend von der Kokillenhauptachse (I) in einem Abstand (a_n) untereinander und zur Kokillenschmalseite (44) hin in der Weise beabstandet sind, daß mit größer werdender ganzzahligen Ziffer (n) der Abstand (a_n) kleiner wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aktuelle Abstand (a_n+1) zweier benachbarter Tauchgießrohre (31-3n) a_n+1 = 0,5 bis 0,8 × a_n ist.

7. Einrichtung nach mindestens einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt (A) der Tauchgießrohre (31-3n) eine von der Kreisform abweichende Gestalt besitzt, und daß die jeweils schmalere Seite (38) den Kokillenbreitseiten (43) zugeordnet ist, wobei die Radien (r) von der breiten zur schmalen Seite nicht kleiner ist als r = ¼ d.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchgießrohre (31-3n) eine rechteckige Querschnittsform besitzen und im Bereich des Zwischenbehälters (21) Formelemente (33, 37) besitzen, die eine formschlüssige Verbindung untereinander und mit dem Boden (24) der Eingießkammer (22) herstellen.

9. Einrichtung nach mindestens einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Tauchgießrohr (31-3n) unter einem Winkel (α) zur Kokillenhauptachse (I) in die Kokille ragt, mit α = 10 bis 45°

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Tauchgießrohre (31, 32) unter einem Winkel (α) zur Kokillenhauptachse (I) in die Kokille (41) ragen, und daß diese Tauchgießrohre (31, 32) in einer Ebene (E) angeordnet sind, die parallel zu den Kokillenbreitseiten (43) verläuft.

11. Einrichtung nach mindestens einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Tauchgießrohre (31-3n) verschiedene Längen (l) aufweisen.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l) der Tauchgießrohre (31-3n) bei den näher zu den Schmalseiten (44) der Kokille (41) angeordneten Tauchgießrohre (31-3n) kürzer ist als die Länge (l) der im Zentrum angeordneten.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchgießrohre (31-3n) verschiedene Durchtrittsquerschnitte (A) besitzen.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsquerschnitte (A₁) der Tauchgießrohre (31-3n) bei den näher zu den Schmalseiten (44) der Kokille (41) angeordneten Tauchgießrohre (31-3n) kleiner ist als der Durchtrittsquerschnitt (A₂) der im Zentrum angeordneten.

15. Einrichtung nach einem der o.g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Stellglieder (51) vorgesehen sind, mit denen der Durchfluß der einzelnen Tauchgießrohre (31-3n) veränderbar ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (51) Stopfen (52) sind, mit denen die Durchtritte der Tauchgießrohre (31-3n) einengbar bis verschließbar sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schnellverschlüsse (53) vorgesehen sind, mit denen die einzelnen Bodenöffnungen (25) der Eingießkammer (22) zu den Tauchgießrohren (31-3n) absperrbar sind.