DE19852289A1

DE19852289A1 - Verfahren und Einrichtung zur Regulierung von Gießstrahlen

Info

Publication number: DE19852289A1
Application number: DE19852289A
Authority: DE
Inventors: Paul Grohmann
Original assignee: Messer Austria GmbH
Current assignee: Messer Austria GmbH
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2000-05-25
Also published as: DE59904485D1; ATE233624T1; ES2194524T3; EP1128920A1; PT1128920E; WO2000029147A1; EP1128920B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regulierung von Gießstrahlen bei der Stahlherstellung, bei dem der Mengenstrom eines aus einer Ausflußöffnung (2) eines Behälters (1) ausfließenden Gießstrahls (3) mechanisch reguliert wird. Erfindungsgemäß ist dadurch, daß der Mengenstrom des Gießstrahls (3) in einer mit dem Behälter (1) verbundenen und eine Einengung (6) enthaltenen Kammer (4) durch ein Gas reguliert wird, eine einfache und exakte Gießstrahl-Regulierung ohne Regulierungsmittel-Verschleiß möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regulierung von Gießstrahlen bei der Stahlherstellung.

Die bei der Stahlherstellung bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Regulierung des aus einer Pfanne oder einem sonstigen Lagerbehältnis in die Verarbeitungsanlage, wie beispielsweise in den Tundish einer Stranggußanlage, fließenden metallischen Gießstrahls erfolgen mit mechanischen Mitteln, wie beispielsweise Schieber oder Stopfen, durch welche der Mengenstrom des Gießstrahls bis hin zu seiner völligen Absperrung reguliert wird.

Diese bekannten Verfahren und Einrichtungen zur mechanischen Regulierung von metallischen Gießstrahlen bei der Stahlherstellung weisen den Nachteil einer unzureichend genauen Gießstrahl-Regulierung und einen durch den Gießstrahl einfluß hervorgerufenen zusätzlichen Verschleiß der eingesetzten mechanischen Regulierungsmittel auf.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein wirtschaftliches Verfahren und eine einfache Einrichtung zur optimalen Regulierung des Mengenstroms von Gießstrahlen bei der Stahlherstellung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß der Mengenstrom des Gießstrahls durch ein Gas reguliert wird.

Erfindungsgemäß wird dazu das Gas, beispielsweise ein Edelgas wie Argon, ein Schutzgas wie Stickstoff oder ein Gas in Form einer verdampften Flüssigkeit, durch einen Gasanschluß in der Doppelwand des konzentrischen Gaserwärmers und anschließend in die Doppelwand der mit dem Gaserwärmer verbundenen konzentrischen Kammer zugeführt. Das Gas gelangt durch innenseitige Einströmöffnungen der Doppelwand in den Innenraum der Kammer in der es gleichmäßig verteilt durch eine den Kammerboden bildenden und einen Ringspalt zum Gießstrahl ausbildenden, konzentrischen Einengung strömt und anschließend durch eine untere Ausströmöffnung des Gaserwärmers ins Freie abgeleitet wird.

Dabei ist vorteilhaft die Gaseinsatzmenge so gewählt, daß in der Kammer ein Druck entsteht, der dem aus der Ausflußöffnung des Behälters ausfließenden Gießstrahl entgegen und somit auf seine Ausflußmenge regulierend wirkt. Der diesbezügliche Gas-Gegendruck wird im wesentlichen von der eingesetzten Gasmenge pro Zeiteinheit, der Größe der Ringspaltfläche und der Geometrie der den Kammerboden bildenden Einengung bestimmt.

Die Gießstrahl-Ausflußmenge aus der Ausflußöffnung des Behälters ist bekanntlich von der Geometrie der Ausflußöffnung des Behälters und dem statischen Druck des sich in diesem befindlichen Materials abhängig. Dabei entspricht der statische Flüssigkeitsdruck der Höhe des Flüssigkeitsspiegels über der Ausflußöffnung in dem Behälter, also in der Regel der Badhöhe.

Die Regulierung des Gas-Mengenstroms kann somit über die Eintragsmenge des Gases erfolgen. Der im Bereich der Ausflußöffnung des Behälters auf den aus diesem ausfließenden Gießstrahl einwirkende Gas-Gegendruck wirkt dem statischen Gießstrahl-Flüssigkeitsdruck entgegen.

Mit der Erfindung kann somit die aus der Ausflußöffnung des Behälters ausfließende Flüssigkeitsmenge durch die Gas-Einsatzmenge einfach und wirkungsvoll in einem Bereich eines vollen Gießstrahl-Mengenstroms bei nichtvorhandenem Gasgegendruck bis zum Zurückfließen des Gießstrahls in den Behälter bei einem den statischen Flüssigkeitsdruck übersteigenden Gasgegendruck reguliert werden.

Für die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, eine Vorwärmung des Gases vorzunehmen, um ein größeres Gasvolumen zu erhalten und somit die Gaseinsatzmenge zu verringern. Zur zusätzlichen Vorwärmung des Gases findet ein Gaserwärmer, in dem das der Kammer zuströmende Gas durch die Abwärme des aus der Ausflußöffnung des Behälters ausfließenden Gießstrahls erwärmt wird, Verwendung.

Der Gaserwärmer ist nur als Option zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu verstehen, die bei ungünstigen Verhältnissen, wie beispielsweise ungünstigen Einbauverhältnissen, entfallen kann. Das in diesem Fall direkt in die Doppelwandung der konzentrischen Kammer einströmende Gas wird dann bis zu seinem Einströmen in das Innere der Kammer ebenfalls von der Abwärme des aus der Ausflußöffnung des Behälters ausfließenden Gießstrahls erwärmt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens findet mit besonderem Vorteil die dadurch gekennzeichnete Einrichtung, daß der die Ausflußöffnung aufweisende Behälter mit der die konzentrische Einengung aufweisenden, konzentrischen Kammer verbunden ist, Verwendung.

Erfindungsgemäß ist die eine Doppelwandung aufweisende konzentrische Kammer mit dem konzentrischen, doppelwandigen Gaserwärmer derart verbunden, daß das durch die Doppelwandung des Gaserwärmers und danach durch die Doppelwandung der Kammer über in der Kammerwand befindliche Einströmöffnungen in den Kammerinnenraum einströmende Gas in der Doppelwand des Gaserwärmers und der Kammer durch die Abwärme des Gießstrahls mit den bereits aufgezeigten Vorteilen vorgewärmt wird.

Die kühl- und beheizbare, aus Keramik oder Metall bestehende und gasdicht mit dem Behälter verbundene und den Gießstrahl nur in einem Teilbereich umschließende, konzentrische Kammer gewährleistet eine gleichmäßige Gaseinbringung und weist als Kammerboden die konzentrische, zu dem Gießstrahl den Ringspalt ausbildende Einengung auf.

Die Einengung der Kammer ist derart gestaltet, daß ein möglichst hoher Strömungswiderstand im Gas und damit ein hoher Gasgegendruck im Bereich der
Ausflußöffnung des Behälters gewährleistet ist. Vorteilhaft hat sich eine Ausbildung der Einengung als spitze Kante erwiesen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann - wie bereits dargelegt - auch ohne entsprechend der verfügbaren Länge des Gießstrahls ausgebildeten Gasentwärmer zur Anwendung gelangen.

Die praktische vorteilhafte Anwendbarkeit der Erfindung wurde durch einen Versuch nachgewiesen, bei dem die einen Ringspalt mit einem Durchmesser von 20 mm ausbildende, scharfkantige Kammer-Einengung mit einer gasförmigen Stickstoffmenge von 150 m3/h beaufschlagt wurde. Als Gießstrahl wurde eine dem flüssigen Stahl hydraulisch ähnliche Flüssigkeit mit einem Durchmesser von 10 mm eingesetzt. Durch die gewählten Parameter wurde im Bereich unterhalb der Ausflußöffnung des Behälters ein Gas-Gegendruck von bis zu 0,5 bar erreicht, welcher einer Veränderung der Badspiegelhöhe von 0,7 m entspricht. Damit ist belegt, daß mit der Erfindung Ausfließsysteme in ihrer Gießleistung dem jeweiligen Bedarf der nachgeschalteten Anlage, beispielsweise einer Stranggußanlage, angepaßt werden können.

Selbstverständlich ist der Erfindungsgegenstand nicht nur auf die Regulierung von metallischen Flüssigkeiten bei der Stahlherstellung beschränkt. Er ist auch zur Regulierung des Mengenstroms von Flüssigkeitsstrahlen unterschiedlicher Art, wie beispielsweise auch besonders vorteilhaft zur Regulierung des Mengenstroms von aggressiven Flüssigkeiten, anwendbar.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt die einzige Figur im Vertikalschnitt eine erfindungsgemäße Gießstrahl-Regulierungs-Einrichtung.

Ein in der Zeichnung mit einer zentrischen Ausflußöffnung 2 dargestellter Behälter 1 in Form einer herkömmlichen Gießpfanne, ist mit einer einen aus der Ausflußöffnung 2 ausfließenden Gießstrahl 3 umschließenden, aus Keramik oder Metall bestehenden, konzentrischen Kammer 4 mit einem Gaserwärmer 5 verbunden. Die den Gießstrahl 3 umschließende, konzentrische und doppelwandige Kammer 4 weist eine den Kammerboden bildende und als spitze Kante ausgebildete, konzentrische Einengung 6, welche ihrerseits mit dem Gießstrahl 3 einen Ringspalt 7 ausbildet, auf und ist mit in den Innenraum der Kammer 4 einmündenden Einströmöffnungen 8 versehen. Der mit der Kammer 4 verbundene konzentrische Gaserwärmer 5 ist mit einem in seiner Doppelwandung einmündenden, am unteren Ende befindlichen Gasanschluß 9 und mit einer bodenseitigen Ausströmöffnung 10 versehen.

Das durch die Entrittsöffnung 9 in die Doppelwandung des Gaserwärmers 5 einströmende und bei deren Durchströmen von der Abwärme des Gießstrahls 3 erwärmte Gas strömt weiter durch die Doppelwandung der Kammer 4 unter weiteren Erwärmung durch die Abwärme des Gießstrahls 3 und anschließend durch die in den Kammerinnenraum einmündenden Einströmöffnungen 8 gleichmäßig verteilt in den, den aus der Ausflußöffnung 2 des Behälters 1 ausfließenden Gießstrahl 3 umschließenden Innenraum der Kammer 4 ein. Das in den Innenraum der Kammer 4 eingeströmte, vorgewärmte Gas wird weiter durch die Abwärme des von dem Behälter 1 aus der Ausflußöffnung 2 in die Kammer 4 einfließenden Gießstrahls 3 erwärmt und strömt anschließend durch den im Bereich der Einengung 6 ausgebildeten Ringspalt 7 in den Gaserwärmer 5 ein und wird durch das die Innenwand des Gaserwärmers 5 bildende Rohr mit der unterseitigen Ausströmöffnung 10 ins Freie abgeleitet.

In dem derart durch die Einrichtung geleiteten Gas wird beim Durchströmen des durch die Einengung 6 ausgebildeten Ringspaltes 7 aufgrund des sich im Gas erhöhenden Strömungswiderstandes ein Gasdruck aufgebaut, der im Bereich der Ausflußöffnung 2 des Behälters 1 dem Gießstrahl 3 entgegen und damit auf den Mengenstrom des Gießstrahls (3) regulierend einwirkt.

Bezugszeichen-Aufstellung

1

Behälter

2

Ausflußöffnung

3

Gießstrahl

4

Kammer

5

Gaserwärmer

6

Einengung

7

Ringspalt

8

Einströmöffnung

9

Gasanschluß

10

Ausströmöffnung

Claims

1. Verfahren zur Regulierung von Gießstrahlen bei der Stahlherstellung, bei dem der Mengenstrom des aus einer Ausflußöffnung eines Behälters ausfließenden Gießstrahls mechanisch reguliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenstrom des Gießstrahls (3) durch ein Gas reguliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas den Mengenstrom des Gießstrahls (3) beim Ausfließen aus der Ausflußöffnung (2) des Behälters (1) in einer mit dem Behälter (1) verbundenen, doppelwandig und konzentrisch ausgebildeten Kammer (4), welche mit einer einen Ringspalt (7) zwischen sich und dem Gießstrahl (3) ausbildenden Einengung (6) versehen ist, reguliert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas der Kammer (4) durch einen Gasanschluß (9) eines mit der Kammer (4) verbundenen, doppelwandig und konzentrisch ausgebildeten Gaserwärmers (5) zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Gaserwärmer (5) der Doppelwand der Kammer (4) zugeführte Gas durch in der Innenwand der Kammer (4) vorhandene Einströmöffnungen (8) in den Innenraum der Kammer (4) gleichmäßig verteilt einströmt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Kammer (4) eingeströmte und durch die Abwärme des Gießstrahls (3) volumenvergrößerte Gas durch den Ringspalt (7) der Einengung (6) strömt und dabei durch den sich in ihm erhöhenden Strömungswiderstand einen die Regulierung des Mengenstroms des Gießstrahls (3) unterhalb der Ausflußöffnung (2) des Behälters (1) bewirkenden Gegendruck aufbaut.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das den Mengenstrom des Gießstrahls (3) in der Kammer (4) regulierende Gas durch den Innenraum des Gaserwärmers (5) in Richtung einer im Bodenbereich vorhandenen Ausströmöffnung (10) ausströmt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Doppelwandung des Gaserwärmers (5) und der Kammer (4) durchströmende Gas durch das, durch den Innenraum der Kammer (4) und des Gaserwärmers (5) in Gegenrichtung strömende und dabei die Abwärme des Gießstrahls (3) aufnehmende Gas vorgewärmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regulierung des Mengenstroms des Gießstrahls (1) das Gas,vorzugsweise ein Edelgas wie Argon, direkt der Kammer (4) zugeführt und nach erfolgter Regulierung des Mengenstroms des Gießstrahls (3) durch den Ringspalt (7) der Einengung (6) direkt aus der Kammer (4) abgeleitet wird.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem das Gießgut enthaltenen und eine Ausflußöffnung aufweisenden Behälter, dessen Ausflußöffnung mit einem mechanischen Schieber, Stopfen oder dergl. versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Ausflußöffnung (2) aufweisende Behälter (1) mit einer eine Einengung (6) enthaltenen Kammer (4) verbunden ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrische Einengung (6) der doppelwandigen und konzentrischen Kammer (4) mit Einströmöffnungen (8) so ausgebildet ist, daß zu einem von der Einengung (6) umschlossenen Gießstrahl (3) ein Ringspalt (7) ausgebildet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (4) mit einem, der Länge des Gießstrahls (3) entsprechenden und mit einem seitlichen Gasanschluß (9) sowie mit einer unteren Ausströmöffnung (10) versehenen, doppelwandigen, konzentrischen Gaserwärmer (5) verbunden ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Keramik oder Metall bestehende Kammer (4) beheiz- oder kühlbar ausgebildet ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß die das Bodenteil der Kammer (4) bildende Einengung (6) als scharfkantiger Vorsprung, vorzugsweise als Spitze, ausgebildet ist.