DE19738385A1 - Tauchgießrohr zum Einleiten von Schmelze aus einem Gieß- oder Zwischenbehälter in eine Kokille - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tauchgießrohr zum Einleiten von Schmelze, insbesondere von Stahlschmelze aus einem Gieß- oder Zwischenbehälter in eine mit Breitseiten- und Schmalseitenwänden ausgebildete Kokil­ le, insbesondere zum Stranggießen von Flachprodukten, umfassend ein an einen Gieß- oder Zwischenbehälter anschließendes, als Strömungs­ kanal ausgebildetes Rohrstück mit wenigstens zwei relativ zu dessen Mittelachse bzw. zum Schwerpunkt seiner Querschnittsfläche oberhalb eines Bodenelementes liegenden Austrittsöffnungen.

Bei einem derartigen, dem Stand der Technik entsprechend ausgebilde­ ten Tauchgießrohr erfolgt üblicherweise im Bereich der Einströmöff­ nung eine Regelung des Stahldurchflusses entweder über einen zen­ triert und in Gießrichtung beweglich angeordneten Stopfen oder über senkrecht zur Gießrichtung bewegliche Schieberplatten im Auslaufbe­ reich des Gieß- oder Zwischenbehälters.

Tauchgießrohre sollen in der Kokille für eine gleichmäßige und turbulenzarme Verteilung der Schmelze sorgen. Zu diesem Zweck besitzen Tauchgießrohre bspw. Boden- und Innenkonturelemente, die zum stoßfreien Abbau der im Stahlschmelzenstrom enthaltenen kineti­ schen Energie sorgen sollen. Dennoch kommt es vielfach zur Aus­ bildung einer Stauwelle vor den Schmalseitenwänden, verbunden mit einem unregelmäßigen und instabilen Kokillen-Füllstandsniveau. Insbesondere bei vergleichsweise dünnen Gießformaten kommt es im Bereich der Austrittsöffnungen zu Auswaschungen an der noch dünnen Strangschale. Diese Effekte führen insgesamt zu Qualitätseinbußen, zumindest an der Oberfläche eines Gußproduktes.

Die ungleichmäßige Schmelzenverteilung innerhalb der Kokille wird durch instabile Strömungsvorgänge verursacht, die bspw. aus unsym­ metrischen Strömungen der Schmelze beim Eintritt in die Einströmöff­ nung des Tauchgießrohres durch das dynamische Zusammenspiel von Stopfen bzw. Schiebersystem und Tauchrohreinlauf resultieren. Dabei kommt es zu turbulenten Strömungsfluktuationen, die mit starken Druckschwankungen einhergehen und im Tauchgießrohr bspw. Strudelbil­ dungen verursachen, welche das Tauchgießrohr durchlaufen und auf­ grund ihres radial ausgerichteten Anteils der Geschwindigkeitskom­ ponente zu einer einseitigen Bevorzugung einer der Austrittsöff­ nungen führen. Beobachtet wird zudem ein Wechsel der bevorzugten Austrittsöffnung, wodurch regelmäßig wiederkehrende Kokillen-Füll­ standsschwankungen herbeigeführt werden.

Die DE 41 42 447 C2 offenbart ein Tauchgießrohr zum Einleiten von Stahlschmelze aus einem Gießbehälter in eine Kokille, bestehend aus einem an den Gießbehälter anschließenden Rohrstück, das in Richtung auf die Schmalseitenwände der Kokille im Querschnitt erweitert und am unteren Ende mit einem mittig angeordneten Bodenstück unter Belassung von Austrittsöffnungen für die Schmelze versehen ist. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, daß die Innenwand des den Querschnitt erweiternden Teiles des Tauchgießrohres zusammen mit den gegenüberliegenden Wandteilen des Bodenstückes Strömungskanäle bilden, deren Achsen mit der Tauchgießrohrachse einen Winkel zwi­ schen 10 und 22° einschließen, wobei der kleinere Winkel einem Abstand der Schmalseitenwände der Kokille von ca. 600 mm und der größere Winkel einem Abstand der Schmalseitenwände der Kokille von 2000 mm und mehr zugeordnet ist und der Abstand der Breitseitenwände der Kokille voneinander 50 bis 100 mm beträgt. Diese Tauchrohraus­ bildung ist nicht geeignet, instabile Strömungsvorgänge in der Kokille zu verbinden.

Aus der DE 36 07 104 C1 ist ein Tauchrohr aus feuerfestem Material bekannt, durch welches Metallschmelze in eine Kokille strömt. Um dabei in der Kokille eine Wellenbewegung durch die einströmende Metallschmelze weitgehend zu vermeiden, ist im freien Querschnitt des Tauchrohres ein Blendenring angeordnet. Der Längsschnitt des Blendenringes ist so gestaltet und der Blendenring ist so im Tauch­ rohr angeordnet, daß sich unterhalb des Blendenrings eine Laminar­ strömung der Schmelze einstellt. Dadurch wird erreicht, daß die Metallschmelze beruhigt durch die Austrittsöffnung des Tauchrohrs in die Kokille einströmt. Die einströmende Metallschmelze soll die bereits in der Kokille befindliche Metallschmelze nicht zu Wellenbe­ wegungen oder Schwingungen anregen. Dadurch soll am fertigen Produkt eine glatte Oberfläche und eine Qualitätsverbesserung erreicht werden. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß die Wirkung des Blendenringes nachläßt.

Die belgische Patentanmeldung Nr. 792.540 offenbart ein Tauchgieß­ rohr zur besonderen Verwendung beim Stranggießen einer Aluminium- Eisen-Legierung. Dabei kommt es zur Ablagerung von Aluminiumoxid an den Wänden, im Extremfall bis zur vollständigen Verstopfung der Kanäle. Bei der Ausbildung des speziellen Tauchgießrohres sind ausgehend von einem annähernd kreisförmigen Querschnitt hufeisenför­ mige Kanäle an dessen Peripherie vorgesehen, die gegen den Mittel­ punkt gerichtete Wandteile ausbilden, in welchen Kanäle zum Hin­ durchleiten eines Kühlmittels vorgesehen sind.

Sowohl die komplizierte Formgebung als auch die Anbringung von Kühlkanälen innerhalb der sich gegen das Zentrum richtenden Wand­ teile sind für die Anwendung in Stahlschmelzen eingeeignet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Tauchgießrohr anzugeben, welches eine mög­ lichst gleichmäßige Schmelzenverteilung in der Kokille ergibt, dabei solche mit der Durchflußkontrolle durch Stopfen oder Schieberrege­ lung erzeugten ungleichförmigen Strömungszustände und Turbulenzen ausgleicht, Stauwellen beim Austritt in die Kokille reduziert, Aus­ waschungen an der noch dünnen Strangschale vermeidet und dadurch insgesamt Qualitätseinbußen in der Oberfläche des Gußproduktes verhindert sowie unter Vermeidung einer komplizierten, kostenträch­ tigen und verschleißanfällen Ausgestaltung eine Herstellung mit ökonomischen Mitteln sowie eine möglichst lange Verfügbarkeit ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung bei einem Tauch­ gießrohr der im Oberbegriff der im Anspruch 1 genannten Art dadurch, daß das Rohrstück Strömungsleitkörper aufweist, welche sich von der Innenwand des Strömungskanals gegen die Mittelachse erstrecken. Die Ausgestaltung des Tauchgießrohres nach der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Ursache für eine ungleichmäßige Schmel­ zenverteilung innerhalb der Kokille infolge instabiler Strömungs­ vorgänge entsteht, die größtenteils aus dem Eingießbereich des Tauchrohres resultieren. Verursacht werden diese durch das dynami­ sche Zusammenspiel von Stopfen bzw. Schiebersystem und Tauchrohrein­ lauf. Die dort entstehenden und mit starken Druckschwankungen ein­ hergehenden turbulenten Strömungsfluktuationen durchlaufen das Tauchrohr und führen zu den vorgenannten negativen Erscheinungen. Es handelt sich hierbei insbesondere um Strudelbildungen verbunden mit einem ungleichmäßigen örtlich bevorzugten Anlegen der Strömung an die Innenwandungen des Tauchgießrohres. Diese Strömungen durch­ laufen das Tauchgießrohr und führen aufgrund ihres radial ausgerich­ teten Anteils der Geschwindigkeitskomponente zu einer Bevorzugung einer oder mehrerer der Austrittsöffnungen. Beobachtet wird zudem ein Wechseln der bevorzugten Austrittsöffnungen, was zu regelmäßig wiederkehrenden Kokillenfüllstandsschwankungen führt. Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Einbau von Strömungsleitkör­ pern wird insbesondere die Radialkomponente der Strömung behindert, und zwar ohne den maßgeblichen Innenquerschnitt des Tauchgießrohres signifikant zu reduzieren. Durch den Einbau von einem oder mehreren sich in Gießrichtung ausdehnenden Strömungsleitkörpern werden die schädlichen Strömungen in der durchlaufenden Schmelzenströmung wesentlich beruhigt und die radialen Geschwindigkeitskomponenten unterdrückt, wodurch sich die Strömungsfluktuationen insgesamt erheblich beruhigen können und sich eine überwiegend tangential zur Gießrichtung ausgerichtete Strömung innerhalb des Tauchgießrohres einstellt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechend den Merkmale der Unteransprüche vorgesehen.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt ein Tauchgießrohr zum Einleiten von Stahl­ schmelze aus einem Zwischenbehälter in eine Kokille zum Stranggießen von Flachprodukten;

Fig. 2a im Längsschnitt ein zylindrisches Tauchgießrohr mit rechteckiger Querschnittsform von Strömungsleitkörpern;

Fig. 2b das Tauchgießrohr gemäß Fig. 2a im Querschnitt;

Fig. 2c im Längsschnitt ein zylindrisches Tauchgießrohr mit trapezförmigen Querschnitten der Strömungsleitkörper;

Fig. 2d das Tauchgießrohr gemäß Fig. 2c im Querschnitt;

Fig. 3a im Längsschnitt ein Tauchgießrohr mit unterschiedlicher Ausgestaltung der Querschnittsform zwischen kreisförmiger und elliptoidischer Ausbildung;

Fig. 3b das Tauchgießrohr im Querschnitt der Schnittebene A-A;

Fig. 3c das Tauchgießrohr gemäß Fig. 3a im Längsschnitt einer um 90°C geschwenkten Position;

Fig. 4a bis 4c eine weitere Ausbildung des Tauchgießrohres mit Strö­ mungsleitkörpern in den Austrittsöffnungen.

Das in Fig. 1 dargestellte Tauchgießrohr 1 mit seiner Einström­ öffnung 2 verbindet den Gieß- oder Zwischenbehälter 3, der bis zum Badspiegel 4 mit Stahlschmelze gefüllt ist, mit der Kokille 5, die bis zum Badspiegel 6 mit Stahlschmelze gefüllt ist. Mit der Ziffer 7 ist rein symbolisch ein beliebiges Regelorgan (Stopfen- oder Schieberverschluß) zur einströmseitigen Regelung der Stahlschmelze in das Tauchgießrohr 1 angedeutet. Mit 17 ist die übliche Verstär­ kung des Feuerfestmaterials durch hochwertige Oxidkomponenten im Bereich des Badspiegels 6 bezeichnet. Mit dem austrittseitigen Ende taucht das Gießrohr 1 mit seinen gegenüberliegenden Austrittsöff­ nungen 8, 8' in die flüssige Schmelze 9 in der Kokille 5 ein. Am unteren Ende ist das Tauchgießrohr mit einem Bodenelement 10 ver­ sehen, wobei oberhalb desselben die beiden seitlichen Austrittsöff­ nungen 8, 8' vorhanden sind. Das Tauchgießrohr 1 bildet dabei ein Rohrstück 11, wobei an den Innenwänden des Rohrstücks 11 mehrere Strömungsleitkörper 12, 13, im Längsschnitt gesehen je rechts und links ein Strömungsleitkörper 12, 13, vorhanden sind.

Die Kokille 5 besitzt Breitseitenwände 14 und Schmalseitenwände 15, insbesondere in einer Ausgestaltung zum Stranggießen von Flach­ produkten, wobei an den Breitseitenwänden 14, ebenso wie an den Schmalseitenwänden 15 eine im Entstehen begriffene Bildung einer Strangschale 16 angedeutet ist.

Aus der Zusammenschau der Fig. 2a bis 2d; 3a bis 3c und 4a bis 4c ist erkennbar, daß die in den Strömungskanal des Tauchgießrohres 1 hineinragende Höhe h der Strömungsleitkörper 12, 13 weniger als 20% des Abstandes der zugeordneten Wandbereiche 18, 18' eines ent­ sprechenden Rohrabschnitts beträgt, und daß die Breite b eines Strömungsleitkörpers 12, 13 mindestens 25% und maximal 300% der Höhe h eines Strömungsleitkörpers 12, 13 beträgt.

Die Breite b, die Höhe h und die Länge l eines Strömungsleitkörpers 12, 13 kann über die Länge L des Tauchgießrohres 1 veränderlich sein.

Weiterhin zeigen die Fig. 2a bis 2d, daß die Querschnittsform eines Strömungsleitkörpers 12, 13 bevorzugt einer Rechteck- oder Trapezform folgt. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß das Boden­ element 10 die Form eines nach beiden Seiten zu verjüngten Keils besitzt, welche eine gleichmäßige Aufteilung des Schmelzenstromes in die beiden Austrittsrichtungen der Öffnungen 8, 8' begünstigt.

Eine noch weitergehende Abschrägung des Bodenelements 10 ist aus der Fig. 3a erkennbar. Darüberhinaus können die Kanten eines Strömungsleitkörpers 12, 13 auch Verrundungen aufweisen. Eine weitere Ausgestaltung des Tauchgießrohres 1 ist in den Fig. 3a und 3c gezeigt. Nach diesem Ausführungsbeispiel kann ein Strömungskanal einen kreisförmigen, elliptischen bzw. elliptoidi­ schen, konvexen oder polygonen Strömungsquerschnitt aufweisen, und dieser kann über die Länge L des Tauchgießrohres veränderlich sein. Nach der Fig. 3a zeigt das Tauchgießrohr 1 im Längsschnitt zunächst im oberen Bereich l₁ einen strichpunktiert angedeuteten rotations­ symmetrischen Querschnitt, der mit einem stetigen Übergang zu einem abgeflachten Querschnitt in einen unteren Bereich l₂ übergeht. Es folgen separat ausgebildete und bevorzugt die Querschnittsfläche beibehaltende Austrittsöffnungen 8, 8'. Diesen Bereichen l₁ bzw. l₂ sind separat ausgebildete, einzelne Strömungsleitkörper 12 bzw. 13 zugeordnet, welche die Ausbreitung von gestörten radial ausgerichte­ ten Strömungsformen behindern.

Die Querschnittsform des Tauchgießrohres im Bereich der Schnittebene A-A ist in der Fig. 3b dargestellt. Sie entspricht in etwa einem flachen Elliptoiden E mit trapezförmigen Strömungsleitkörpern 13 mit der Höhe h und der Breite b.

Fig. 3c zeigt im Längsschnitt eine um 90° gegenüber der Fig. 3a geschwenkte Position der Querschnittsform des Tauchgießrohres und den Verlauf eines von parallelen Wänden mit Strömungsleitkörpern 12 im oberen Bereich l₁ keilförmig sich nach unten verjüngten Wandbereichs mit Strömungsleitkörpern 13 im Abschnitt l₂.

Der Einbau zusätzlicher aber durchgehender seitlicher Strömungs­ leitkörper 19 kann innerhalb der Austrittsöffnungen 8, 8' ebenfalls vorgesehen werden, wie dies in den Fig. 4a bis 4b dargestellt ist. Die Strömungsleitkörper können über die gesamte Länge L des Tauch­ gießrohres 1 bis in die Austrittsöffnungen 8, 8' geführt sein.

Claims (15)

1. Tauchgießrohr (1) zum Einleiten von Schmelze, insbesondere von Stahlschmelze aus einem Gieß- oder Zwischenbehälter (3) in eine mit Breitseiten- (14) und Schmalseitenwänden (15) ausgebildete Kokille (5), insbesondere zum Stranggießen von Flachprodukten, umfassend ein an einen Gieß- oder Zwischenbehälter (3) an­ schließendes, als Strömungskanal ausgebildetes Rohrstück (11) mit wenigstens zwei relativ zu dessen Mittelachse (x-x) bzw.

zum Schwerpunkt seiner Querschnittsfläche oberhalb eines Bodenelements (10) liegenden Austrittsöffnungen (8, 8'), dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrstück (11) Strömungsleitkörper (12, 13) besitzt, die sich von Wandbereichen (18, 18') des Strömungskanals gegen die Mittelachse (x-x) erstrecken.

2. Tauchgießrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Strömungskanal hineinragende Höhe (h) eines Strömungsleitkörpers (12, 13) weniger als 20% des Abstandes der zugeordneten Wandbereiche (18, 18') eines entsprechenden Rohrabschnittes beträgt.

3. Tauchgießrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) eines Strömungsleitkörpers (12, 13) minde­ stens 25% und maximal 300% der Höhe (h) eines Strömungs­ leitkörpers (12, 13) beträgt.

4. Tauchgießrohr nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l) eines Strömungsleitkörpers (12, 13) eine Ausdehnung von wenigstens 5% der Gesamtlänge (L) des Tauchgieß­ rohres (1) aufweist.

5. Tauchgießrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Breite (b), Höhe (h), die Länge (l) oder die Lage eines Strömungsleitkörpers (12, 13) über die Länge (L) des Tauchgieß­ rohres (1) veränderlich sind.

6. Tauchgießrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform eines Strömungsleitkörpers (12, 13) bevorzugt einer Rechteck- oder Trapezform folgt.

7. Tauchgießrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten eines Strömungsleitkörpers (12, 13) Verrundungen aufweisen.

8. Tauchgießrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tauchgießrohr (1) einen kreisförmigen, elliptischen bzw. elliptoidischen, konvexen oder polygonen Strömungsquer­ schnitt aufweist, und daß dieser über die Länge (L) des Tauch­ gießrohres (1) veränderlich ist.

9. Tauchgießrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Strömungsquerschnitt von einem etwa rotationssym­ metrischen Querschnitt in einem oberen Bereich (l₁) stetig zu einem in einem unteren Bereich (l₂) abgeflachten Querschnitt - bevorzugt unter Beibehaltung der Querschnittsfläche - gegen die Austrittsöffnungen (8, 8') zu übergeht, und daß Strömungs­ leitkörper (12, 13) wenigstens einem dieser Bereiche (l₁, l₂) zugeordnet sind.

10. Tauchgießrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) eines Strömungsleitkörpers (12, 13) beginnend von einem oberen Bereich des Strömungskanals stetig abnimmt und in einem unteren Bereich des Strömungskanals in dessen Wandbereich (18, 18') übergeht.

11. Tauchgießrohr nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitkörper (12, 13) zur Mittelachse (x-x) des Strömungskanals achsparallel oder in einem Winkel verlaufen.

12. Tauchgießrohr nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitkörper (12, 13) in die Matrix des Tauch­ gießrohres (1) eingebettet sind und/oder austauschbare Einzel­ elemente sind.

13. Tauchgießrohr nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dessen Bodenelement (10) eine Strömung führende Form, bevorzugt die Form eines nach beiden Seiten zu verjüngten Keils besitzt.

14. Tauchgießrohr nach mindestens einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Austrittsöffnungen (8, 8') zusätzliche Strömungsleitkörper (19) angeordnet sind.