DE2655912C2 - Vorrichtung zum Abschirmen des Gießstrahls einer Gießanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschirmen des Gießstrahls einer Gießanlage mit einem Schutzgas mit einem aus hochtemperaturbeständigem Material bestehenden Gasverteiler mit Strömungsquerschnitten für den Transport des Schutzgases zum : Gießstrahl, wobei der Gasverteiler zwischen Gießpfanne und Kokille sowie mit Abstand zum freifallenden Gießstrahl angeordnet ist

Es ist bekannt, den Gießstrahl einer Gießanlage vor dessen Eintritt in die Kokille mit einem inerten Schutzgas zu umgeben, um eine Oxidation und weitere unerwünschte Gasaufnahmen des flüssigen Metalls zu verhindern. Als inertes Schutzgas findet dabei häufig flüssiger oder gasförmiger Stickstoff Anwendung.

Die mit flüssigem Stickstoff arbeitenden Verfahren erfordern jedoch einen hohen apparativen Aufwand, wenn es gelingen soll, den Stickstoff immer flüssig an die Schmelze heranzubringen. Der z. B. in Einzelstrahlen auf den Gießstrahl gerichtete flüssige Stickstoff behindert zudem beim Auftreffen auf das flüssige Metall durch Verdampfen die Sicht, so daß eine optische Beurteilung des Gießvorganges nicht möglich ist Bei der Anwendung von gasförmigem Stickstoff ve-, einfacht sich zwar der apparative Aufwand und der Stickstoffverbrauch verringert sich, jedoch ist es notwendig, um den gasförmigen Stickstoff an den Gießstrahl heranzubringen als Gasverteiler den Gießstrahl fast völlig abdeckende Rohre zu verwenden, wodurch ebenso durch Sichtbehinderung der Gießvorgang nur schwer verfolgt werden kann. Außerdem besteht bei beiden Verfahren die Gefahr, daß aus der Metallschmelze sich absetzende Metalispritzer an den der Schmelze ausgesetzten Seiten des zur Verteilung des Stickstoffs notwendigen Gasverteiler haften bleiben und diesen allmählich zusetzen Eine ausreichende Zuführung von

Stickstoff und damit eine vollständige Abdeckung des Gießstrahls ist dann nicht mehr sicher gewährleistet Als Gasvei teiler werden z. B. Ringrohre verwendet

die mit Düsen für den Austritt von Schutzgas aus dem den Gießstrahl umgebenden Ringrohr ausgerüstet sind. Durch DE-GM 72 14 530 ist eine derartige Vorrichtung zum Abschirmen des Gießstrahls einer Gießanlage mit einem Ringrohr, das mit parallel zum Gießstrahl gerichtet angeordneten Düse?, ausgviratet ist, bekannt. Zusätzlich sind in diesem oder in einem weiteren Ringrohr Düsen vorgesehen, du im wesentlichen senkrecht zum Gießstrahl orientiert sind Dieser bekannte Gasverteiler besitzt den allen aus mehreren Einzeldüsen bestehenden Systemen gemeinsamen Nachteil, daß die aus den Einzeldüsen austretenden Gasstrahlen sich nicht zu einem homogenen, den Gießstrahl umschließenden Gasschleier zusammenführen lassen. Vielmehr treten Turbulenzen auf. durch die die Atmosphäre, die es eigentlich abzuschirmen gilt an den Gießstrahl herantritt und mit diesem reagieren kann.

Weiterhin ist es bekannt, daß Gas durch poröse Körper hindurchgeleitet werden kann. Durch die US-PS 32 53 307 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Regelung der Fließrate, mit der eine Metallschmelze einer Gießpfanne entfließt, bekannt Dabei wird irgend ein Gas unter Druck der Ausflußdüse zugeführt, um die Querschnittsfläche der Ausflußöffnung zu verkleinern.

Die Gaszufuhr kann z. B. über einen porösen Körper erfolgen· Da das Gas unter Druck stehen muß. um ein Einschnüren des Gießstrahles zu bewirken, entspannt sich das Gas beim Verlassen der Ausflußdüse auf Atmosphärendruck. Bei dieser Entspannung treten

unweigerlich Turbulenzen auf, durch die wiederum atmosphärischer Sauerstoff zum Gießstrahl transportiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zum Abschirmen des Gießstrahls einer Gießanlage mit einem gasförmigen Schutzgas zu entwickeln, die konstruktionstechnisch gegenüber bestehenden Gasverteilern vereinfacht und damit billiger und in ihrer Wirkungsweise verbessert ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gasverteiler aus einem porösen Material besteht, dessen Strömungsquerschnitte ausschließlich von den Kanalporen dieses Gasverteilers gebildet werden, wobei der Gasverteiler eine freiliegende, dem Gasstrahl zugewandte Oberfläche besitzt, die im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Gießstrahls verläuft und in die Kanalporen münden.

Die Verwendung eines gasdurchlässigen, hochtemperaturbeständigen Materials für die Herstellung eines erfindungsgemäSen Gasverteilers ermöglicht es, das zur Abschirmung des Gießstrahls notwendige Schutzgas ohne Sichtbehinderung und ohne Einengung des zum Abstechen des Gießstrahls notwendigen Arbeitsraumes an den Gießstrahl heranzuführen, da die bisherige Anordnung von Zuführrohren für das Schutzgr·.:· um den Gießstrahl herum entfallen kann. Dabei kann die Bevorratung des Schutzgases in einem Drucktank dafür ausgenutzt werden, das Schutzgas unter Druck durch das gasdurchlässige Material hindurchzuleiten und auf den Gießstrahl aufzublasen.

Wird der Gasverteiler entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens aus einem keramischen Material hergestellt, ist auch die dem verflüssigten Metall zugewandte Seite des Gasverteilers durch die Wahl des verwendeten Werkstoffs sicher davor geschützt, daß sich aus der Metallschmelze absetzende Metallspritzer festsetzen. Eine Beeinträchtigung in der Schutzwirkung des Gasverteilers ist damit vermieden, da das Schutzgas gleichmäßig aus dem Gasverteiler austreten kann, und ein häufiges Auswechseln des Gasverteilers zum Zwecke seiner Reinigung nicht mehr erforderlich ist.

Dabei hat sich als besonders günstig erwiesen, als keramisches Material gebrannten Ton zu verwenden, in den vor dem Brennen unter starker Hitzeeinwirkung und trotz Luftabschluß gut brennbare Materialteilchen, wie z. B. Kugeln aus aufschäumbaren Polystyrol, eingelagert werden. Beim Brennen des Tons verbrennen die in der Tonmasse eingelagerten Materialteilchen und durch den dabei entstehenden Gasdruck wird der Ton von einer Vielzahl von Kapillaren durchzogen, die die Porösität des Tons erhöhen. Dadurch kann der Gasdurchsatz durch eine«i aus einem solchen Material gefertigten Gasverteiler erleichtert werden.

Eine weitere Herstellungsmöglichkeit des Gasverteilers besteht darin. Porenbeton zu verwenden, der die gleichen Voraussetzungen der Gasdurchlässigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit aufweist und an dem ebenso sich aus der Metallschmelze absetzende Metallspritzer nicht haften bleiben können.

Vorteilhafterweise kann de^r aus solchen Materialien bestehende Gasverteiler als Ring konzentrisch um den Gießstrahl angeordnet werden, wodurch sichergestellt wird, daß das Schutzgas den Gießstrahl auf allen Seiten gleichmäßig umströmt.

Er kann aber auch so ausgebildet sein, daß er den Gießstrahl nur teilweise umschließt, wobei er beispielsweise nur ein Hdlbring sein kann, oder aus zwei quaderförmigen, winklig zueinander angeordneten Blöcken bestehen kann. Diese offene Ausführungsform des Gasverteilers macht es möglich, einerseits die Schmelze ohne Behinderung abzustecken und andererseits einen bei diesem Vorgang zum Schütze des Bedienungsperson-^ notwendigen Kühlluftstrom vor dem Gießstrahl abzulenken. Denn das aus dem offenen Gasverteiler austretende Gas strömt nicht nur parallel zum Gießstrahl, sondern auch quer zu diesem in Richtung der offenen Seite des Gasverteilers, und kann somit einen entgegen dieser Richtung geführten Kühlluftstrom von dem Gießstrahl abhalten.

ίο Wird wie bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens der Gasverteiler am Ausfluß des Gießstrahles aus der Gießpfanne angeordnet, kann der Gießstrahl gleich beim Austreten aus dem Ausfluß mit dem aus dem Gasverteiler austretenden Gas mit einem ihn umströmenden Schutzgasschleier umgeben werden. Durch die starke Injektorwirkung des Gießstrahles adsorbiert dabei die am Austritt besonders reaktionsfähige Oberfläche der Metallschmelze das Schutzgas. Damit ist die Oberfläche des flüssigen Metalls vom Austritt aus der Gießpfanne an vor Oxidation und unerwünschter Gasaufnahme geschützt. Zudem entfallen bei dieser Lösung die die Sicht behindernden Rohre und Einzeldüsen zur Zuführung des Schutzgases auf den GießstrahL

Als besonders günstig erweist es sich, wenn die Austrittsgeschwindigkeit des Schutzgases auf der dem Gießstrahl zugewandten Seite aus dem Gasverteiler, abhängig von dem auf der Außenseite des Gasverteilers herrschenden Druck, so groß ist, daß sich eine laminare Strömung des Schutzgases um den Gießsti ahl einstellt.

Andernfalls wird Sauerstoff in die Inertgasatmosphäre eingewirbelt und eine sichere Abschirmung des Gießstrahles nicht mehr erreicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht darin, den Gasverteiler am Einlauf des Gießstrahles in die Kokille anzuordnen. In diesem Falle muß ein Schutzgasschleier im Gegenstrom zu dem Gießstrahl bei entsprechend hoher Austrittsgeschwindigkeit des Gases aus dem Gasverteüer aufgebaut werden. Bis der Schutzgasschleier auf die GiePpfanne auftrifft, werden durch die Saugwirkung des Gießstrahles laufend kleine Gasströme auf der Innenseite des ansonsten gradlinig zur Gießpfanne aufsteigenden Schutzgasschleiers abgezweigt und in umj-ekehrter Richtung zu dem Schutzgasschleier von dem Gießstrahl parallel mitgerissen. An der Kokille treffen diese Teilgasströme auf den nach oben gerichteten Gasstrom aus dem Gasverteüer und werden von diesem wieder nach oben abgelenkt. Auf diese Weise entsteht ein auf

so seiner Innenseite im Schnitt wirbeiförmig umlaufender und auf seiner Außenseite geradlinig aufsteigender Schutzgasschleier, der die Abschirmung des Gießstra'.iles in hohem Maße sicherstellt.

Zur Befestigung des Gasverteilers kann dieser vorteilhafterweise in einem in seinem Schnitt Z-fdrmigen Metallbügel, der in der Draufsichi je nach Ausführungsform des Gasverteilers einen Kreis, einen Halbkreis oder einen V-förmigen Winkel bilden kann, eingesetzt werde., dessen Schenkel rechtwinklig aneinanderstoßen und dessen zum Mittelpunkt hinweisender Schenkel einen Anschlag aufweist, an dem der Gasverteüer anliegt. Der vom Mittelpunkt wegweisende Schenkel des Metallbügels kann magnetisch an einer mit einer entsprechenden Bohrung für den Durchlauf des Gießstrahles vei iehenen Metallplatte befestigt sein, die ihrerseits als Halterung für den Metallbügel an beliebiger Stelle zwischen Gießpfanne und Kokille dienen kann. Durch den Anschlag auf dem zum

Mittelpunkt hinweisenden Schenkel entsteht zwischen dem Gasverteiler und dem Metallbügel ein Kanal, in den das Schutzgas über eine Zuführungsleitung eingeleitet wird und über den der aus gasdurchlässigem Material bestehende Gasverteiler mit Schutzgas durchströmt wird. Wartungsarbeiten am Gasverteiler sind durch diesen einfachen Aufbau leicht möglich, denn ohne großen Aufwand kann die magnetische Verbindung gelöst und der Kanal und der Gasverteiler gereinigt werden.

Hervorgerufen durch das aus dem Vorratstank nachströmende, unter Druck stehende Schutzgas baut sich in dem Kanal ein Druck auf, der, wie schon erwähnt, das Schutzgas durch das gasdurchlässige Material des Gasverteilers hindurchpreßt und der die Austrittsgeschwindigkeit des Schutzgases aus dem Gasverteiler auf der dem Gießstrahl zugewandten Seite bestimmt.

In den Fig. 1,2 und 3 sind Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Gasverteilers für eine Gießanlage scncfnatiscu dargestellt, «vobei in den einzelnen Figuren für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Es zeigt

Fig. 1 im Ausschnitt eine Gießanlage mit einem an der Unterseite der Gießpfanne angeordneten Gasverteiler;

Fig. 2 eine gegenüber Fig. I geänderte Anordnung des Gasverteilers am Einlauf des Gießstrahls in die Kokille;

Fig.3 einen den Gießstrahl nur teilweise umschließenden Gasverteiler und seine Gasströmungen in der Draufsicht.

Fig. 1 zeigt eine Gießpfanne 1 mit einem Ausfluß 2 aus dessen Öffnung ein Gießstrahl 3 in eine gekühlte Kokille 4 fließt. An die Gießpfanne 1 ist von unten eine mit einer entsprechenden Bohrung für den Durchlauf des Gießstrahls 3 versehene Metallplatte 8 angeschraubt, die den magnetischen Gegenpol für einen in seinem Schnitt Z-förmigen Metallhügel 6 darstellt, der an einem Anschlag auf der Metallplatte 8 anliegend den Gießstrahl 3 umgibt. Die Schenkel des in seinem Schnitt Z-förmigen Metallbügels 6 stoßen rechtwinklig aneinander, wobei der untere zum Mittelpunkt hinweist, und einen Anschlag 7 auf der der Metallplatte 8 zugewand-

ten Seite aufweist. Zwischen dem unteren Schenkel des Metallbügels 6 und der Metallplatte 8 ist ein aus hochtemperaturbeständigem gasdurchlässigem Material bestehender, im Schnitt rechteckiger Gasverteiler 5 eingesetzt, der mit seiner Außenseite den Anschlag 7 berührt. Damit entsteht zwischen dem Gasverteiler 5 und dem Metallbügel 6 ein spaltförmiger Kanal 9, in den eine Zuführungsleitung IO das Schutzgas aus einem Vorratstank einleitet. Durch den in der Zuführungsleitung 10 und dem Kanal 9 herrschenden Druck aus dem Vorratstank wird das Schutzgas durch das gasdurchlässige Material des Gasverteilers 5 hindurchgepreßt. Abhängig von diesem Druck ist auch die Austrittsgeschwindigkeit des Schutzgases auf der dem Gießstrahl 3 zugewandten Seite des Gasverteilers 5, die so groß sein soll, daß sich eine laminare Umströmung des Gießstrahles 3 mit Schutzgas ergibt.

Zum Unterschied zu Fig. 1 ist in Fig. 2 die Metallplatte 8 an der Kokille 4 angeschraubt und der in seinem Sehn·'.·. Z-förmige Metallbügel 6 um seine Querachse um 180° gedreht, so daß die oberen Schenkel zum Mittelpunkt hin- und die unteren vom Mittelpunkt wegweisen. Ansonsten ist die Ausführungsform die gleiche. Entsprechend dieser geänderten Anordnung wird das Schutzgas entgegen dem Gießstrahl 3 von unten nach oben geblasen.

In der F i g. 3 ist eine Draufsicht eines den Gießstrahl nur teilweise umschließenden Gasverteilers gezeigt. Dieser besteht aus zwei quaderförmigen, in V-weise zueinander angeordneten Blöcken 11, 12 aus gasdurchlässigem, hochtemperaturbeständigem Material, die in einen im Schnitt Z-förmigen Metallbügel 13 eingesetzt sind. Der Gasverteiler ist so angeordnet, daß der Gießstrahl 3 möglichst in der Spitze des von den zwei Blöcken 11, 12 gebildeten Winkels durch diesen hindurchläuft. Durch die offene Form des Gasverteilers bedingt, strömt ein Teil des aus den Blöcken 11, 12 austretenden Gases quer zum Gießstrahl in Richtung der Offenseite des Gasverteilers, wobei sich die aus beiden Blöcken austretenden Quergasströme aufgrund der V-Anordnung der Blöcke zu einem einzigen Gasstrom 14 vereinigen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abschirmen des Gießstrahls einer Gießanlage mit einem Schutzgas mit einem aus hochtemperaturbeständigem Material bestehenden Gasverteiler mit Strömungsquerschnitten für den Transport des Schutzgases zum Gießstrahl, wobei der Gasverteiler zwischen Gießpfanne und Kokille sowie mit Abstand zum freifallenden Gießstrahl angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler aus einem porösen Material besteht, dessen Strömungsquerschnitte ausschließlich von den Kanalporen dieses Gasverteilers gebildet werden, wobei der Gasverteiler eine freiligende, dem Gießstrahl zugewandte Oberfläche besitzt, die im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Gießstrahls verläuft und in die Kanalporen münden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (5) aus einem keramischer Material besteht

3. Vorrichtung nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (5) aus gebranntem Ton besteht, in den vor dem Brennen unter starker Hitzeeinwirkung und trotz Luftabschluß gut brennbare Materialteilchen eingelagert werden.

4. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (5) aus Porenbeton besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (5) als Ring konzentrisch um den Gießstrahl (3) angeordnet ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, <iaß d<*r Gasverteiler (5) den Gießstrahl (3) nur teilweise umschließt

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (S) am Ausfluß (2) des Gießstrahles (3) aus der Gießpfanne (1) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (5) am Einlauf des Gießstrahles (3) in die Kokille (4) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasverteiler (5) in einen in seinem Schnitt Z-förmigen Metallbügel (6), dessen Schenkel rechtwinklig aneinanderstoßen und dessen zum Mittelpunkt hinweisender Schenkel einen Anschlag (7) aufweist, eingesetzt ist wobei durch den Anschlag (7) ein Kanal (9) zwischen dem Gasverteiler (5) und dem Metallbügel (6) entsteht

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kanal (9) eine Gaszuführungsleitung (10) einmündet.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder tO, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallbügel (6) mit seinem vom Mittelpunkt wegweisenden Schenkel magnetisch an einer Metallplatte (8) befestigt ist. die zur Halterung des Metallbügels (6) dient.