DE3320322C2

DE3320322C2 - Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze sowie Düse zu dessen Durchführung

Info

Publication number: DE3320322C2
Application number: DE3320322A
Authority: DE
Inventors: Martin Ing. HTL. Venthône Bolliger; Kurt Dr.rer.nat. Sierre Buxmann
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: LAUENER ENGINEERING AG THUN CH
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-04
Publication date: 1985-12-12
Also published as: GB8413639D0; IT8421170A0; BE899772A; SE8402845L; DE3320322A1; SE8402845D0; IT1174119B; CH662073A5; IT8421170A1; JPS606251A; GB2140720A; LU85381A1; NL8401742A; FR2546782A1; GB2140720B

Abstract

Bei einem Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze durch zumindest einen Durchlaßkanal einer Düse mit ggf. einem Düsenmundstück in einen Gießspalt zwischen Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. einer Gießmaschine, wird in einem Zwischenraum zwischen der Düse bzw. dem Düsenmundstück und den Walzen, Kokillen, Bänder od. dgl. ein Luftkissen aufgebaut, mittels dessen ein Krümmungsradius der Metallschmelze zwischen einer Auslaßöffnung des Düsenmundstückes und einem Kontaktpunkt der Schmelze mit der Walze, Kokille, dem Band od. dgl. beeinflußt wird. Eine entsprechende Düse mit ggf. einem Düsenmundstück hat eine obere und/oder eine untere Düsenwand (4 und/oder 5) mit Luftkanälen (14), welche in einen Zwischenraum (J) zwischen Düse bzw. Düsenmundstück (1) und Walze, Kokille (2, 3), Band od. dgl. einmünden und dort ein Luftkissen mit einem Druck (p) ausbilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen einer Metallschmelze durch zumindest einen Durchlaß kanal einer Düse, insbesondere mit einem besonderen Düsenmundstück, zu einem von Walzen, Kokillen oder Bändern einer Gießmaschine als Spaltbegrenzungen gebildeten Gießspalt einer Gießmaschine. Außerdem erfaßt die Erfindung eine Düse zur Durchführung dieses Verfahrens.

Eines der schwierigsten Probleme beim kontinuierlichen Gießen insbesondere von Eisen- und Nichteisenmetallen bietet die Zuführdüse, mit welcher das flüssige Metall in den Gießspalt zwischen beispielsweise zwei Walzen oder Raupenkokillen eingegeben wird. Gerade bei letztgenannter Gießmaschine werden verhältnismäßig dünne Bänder, z. B. von 20 mm Dicke und darunter, gegossen, weshalb die Düse, insbesondere im Bereich des Düsenmundstückes, verhältnismäßig gering dimensioniert sein muß.

Wesentliche Gefahren für die Düse kommen von den sehr hohen Temperaturen des durchfließenden Metalls; es gibt nur wenige Werkstoffe, welche einer Erosion oder Auflösung im Metall widerstehen. Unter den s Werkstoffen, die diesen Forderungen entsprechen, ist Graphit zu nennen. Doch Graphit bietet den Nachteil einer hohen Wärmeleitfähigkeit; die Wärme wird so schnell von der Metallschmelze abgeführt, daß das Metall die Neigung hat, in der Düse zu erstarren.

ίο Ein weiterer feuerfester Werkstoff ist eine Mischung von 30% Diatomeenerde (praktisch reine Kieselsäure in Form von mikroskopischen Zellen), 30% langen Asbestfasern, 20% Natriumsilikat (Trockengemisch) und 20% Kalk (zur Bildung von Kalziumsilikat). Eine derartige Düse findet in der Regel beim Vergießen von Aluminium Anwendung, während zum Gießen von Stahl meist Düsen aus ZrO₂ oder ZrSiO₄ eingesetzt werden.

Die Düse muß aber nicht nur den thermischen Beanspruchungen widerstehen, die sich durch die Tempera- türen des Gießmetalls ergeben, sondern gleichermaßen dem daraus resultierenden chemischen Angriff sowie den mechanischen Einwirkungen infolge von Schwingbewegungen der Kokille oder Walze und Verbiegungen der Düse infolge des relativ hohen Gewichts der hin durchfließenden Schmelze. Gerade dieses Durchbiegen führt zu einem Reiben, insbesondere des Düsenmundstücks an der Walze oder der Kokillenwandung, und damit zu einem Zerstören der Düse. Durch die CH-PS 5 08 433 ist eine Zuführdüse be kanntgeworden, die in der Nähe des Außenrandes des Mundstücks außen auf ihrem ganzen Umfang mit Einlagen aus einem selbstschmierenden Werkstoff versehen ist Diese Einlagen stehen gerade so weit aus der Oberfläche des Mundstückes hervor, daß jede direkte Beruh- rung der Düsenoberfläche mit den Kokillenhälften und ein Eindringen von Schmelze in das Spiel zwischen Mundstück und Kokillenhälfte verhindert wird. In der Praxis wurde jedoch als Nachteil empfunden, daß Reibspuren der Graphiteinsätze »aktivierte« Streifen dar- stellen, die eine schroffere Erstarrung aufweisen und dementsprechend ungleichmäßiges Gußgefüge, oft auch Oberflächenrisse, verursachen. Zur Verminderung dieser Nachteile bei der mechanischen Beanspruchung der Düse, insbesondere des Düsenmundstücks, wird in Patentanmeldung P 33 20 323.7 ein Verfahren beschrie ben, mittels dessen der Abstand des Düsenkörpers von den Spaltbegrenzungen beim Betrieb der Gießmaschine bestimmt wird. Beispielsweise befinden sich im Düsenkörper Luftkanäle, welche in den Zwischenraum zwisehen Düse bzw. Düsenmundstück einerseits sowie ei ner Spaltbegrenzung andererseits einmünden. Infolge von Luftzugabe durch die Luftkanäle wird in dem Zwischenraum ein sog. hydrodynamisches Paradoxon aufgebaut, welches verhindert, daß das Düsenmundstück in Berührung mit der Walze, Kokille oder dem Band kommt.

Ein weiteres Problem bildet das sog. Hinterfließen der Düse durch die aus ihr austretende Metalischmelze. Letztere bildet im Bereich zwischen Austrittsöffnung und dem ersten Kontakt mit den mitlaufenden Wandungen der Walze, Kokille oder des Bandes einen Krümmungsradius, der im wesentlichen von der Oberflächenspannung des Metalls, dem metallostatischen Druck, mit dem das Metall aus der Düse austritt, und der Geschwindigkeit der mitlaufendenWandungen der entsprechenden Gießmaschinenteile abhängt. Hierbei kann es auch infolge einer frühzeitigen Erstarrung des Metalls zu einem Rückstau kommen, welcher bewirkt, daß

das Metall das Düsenmundstück hinterfließt Diese Erscheinung ist sehr unangenehm, da sie den Ablauf des kontinuierlichen Gießens wesentlich stört und auch das Zusammenspiel von Düsenmundstück und Gießmaschine behindert

Der Erfinder hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren sowie eine Düse der obengenannten Art zu entwickeln, mittels dessen/deren ein Hinterfließen der Düse verhindert wird und gleichzeitig das obenbeschnebene Reiben der Düss an der Kokillenwand oder entsprechenden Spaltbegrenzung vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß in einem Zwischenraum zwischen der Düse bzw. dem Düsenmundstück und den Spaltbegrenzungen — wie Walzen, Kokillen oder Bändern — ein Luftkissen aufgebaut wird, mittels dessen ein Krümmungsradius der Metallschmelze zwischen einer Auslaßöffnung des Düsenmundstükkes und einem Kontaktpunkt der Schmelze mit der Spaltbegrenzung beeinflußt wird. Dabei können die in der genannten Patentanmeldung P 33 20 323.7 beschriebenen Vorteile des hydrodynamischen Paradoxons mit den jetzx erzielten Vorteilen der Verhinderung des Hinterfließens der Düse gekoppelt werden.

Eine Düse zur Durchführung des Verfahrens ist in ihrer oberen und/oder unteren Düsenwand von Luftkanälen durchsetzt, welche in einen Zwischenraum zwischen Düse bzw. Düsenmundstück und Spaltbegrenzung einmünden, und dort jenes Luftkissen mit einem bestimmten Druck ausbilden. Dieser Druck des Luftkissens wirkt auf den Krümmungsradius der aus dem, Du· senmundstück unter einem metallostatischen Druck austretenden Metallschmelze mit einer Oberflächenspannung und verändert ihn.

Findet eine Düse gemäß Patentanmeldung P 33 20 323.7 Anwendung, sind die Luftkanäle bevorzugt in die metallischen Düsenversteifungsstücke eingelassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprache:

1. Verfahren zum Zufuhren einer Metallschmelze durch zumindest einen Durchlaßkanal einer Düse, insbesondere mit einem besonderen Düsenmundstück, zu einem von Walzen, Bindern oder insbesondere Kokillenwänden als Spaltbegrenzung gebildeten Gießspalt einer Gießmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zwischenraum zwischen der Düse bzw. dem Düsenmundstück und den Spaltbegrenzungen ein Luftkissen aufgebaut wird, mittels dessen ein Krümmungsradius der Metallschmelze zwischen einer Auslaßöffnung des Düsenmundstückes und einem Kontaktpunkt der Schmelze mit der Spaltbegrenzung beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftkissen das Düsenmundstück in einem vorgegebenen Abstand von der Spaltbegrenzunghält

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aber den Druck (p) des Luftkissens ein Krümmungsradius der aus dem Düsenmundstück unter einen metallostatischen Druck (Pm«) austretenden Metallschmelze mit einer Oberflachenspannung (<ή zwischen einer Austrittsöffnung und einem Kontaktpunkt mit beispielsweise einer Kokillenwand als Spaltbegrenzung verändert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius nach dem Verhältnis von Oberflächenspannung (σ) der Metallschmelze zu dem metallostatischen Druck (pmct), vermindert um den Druck (p) des Luftkissens, bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftkissen im wesentlichen aus einem durch Luftkanäle zugeführten Inertgas, bevorzugt Argon, aufgebaut wird.

6. Düse, insbesondere mit einem Düsenmundstück, zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine obere und/oder eine untere Düsenwand (4 und/oder 5) von Luftkanälen (14) durchsetzt ist, welche in einen Zwischenraum (3) zwischen Düse bzw. Düsenmundstück (1) und Spaltbegrenzung (2,3,9,10) einmünden.