EP1128920A1 - Verfahren und einrichtung zur regulierung von giessstrahlen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur regulierung von giessstrahlen

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EP1128920A1
EP1128920A1 EP99955923A EP99955923A EP1128920A1 EP 1128920 A1 EP1128920 A1 EP 1128920A1 EP 99955923 A EP99955923 A EP 99955923A EP 99955923 A EP99955923 A EP 99955923A EP 1128920 A1 EP1128920 A1 EP 1128920A1
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chamber
gas
pouring jet
pouring
constriction
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Paul Grohmann
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Messer Austria GmbH
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Messer Austria GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D37/00—Controlling or regulating the pouring of molten metal from a casting melt-holding vessel
    • B22D37/005—Shielding the molten metal stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for regulating pouring jets in steel production.
  • the methods and devices known in steel production for regulating the metallic pouring stream flowing from a ladle or other storage container into the processing installation, such as, for example, in the tundish of a continuous casting installation, are carried out using mechanical means, such as, for example, slides or plugs, through which the mass flow of the pouring jet * regulated until it is completely closed off.
  • the object of the invention is therefore to provide an economical method and a simple device for optimally regulating the flow rate of pouring streams in steel production.
  • This object is achieved with the method according to the invention in that the mass flow of the pouring jet is regulated by a gas.
  • the gas for example an inert gas such as argon, a protective gas such as nitrogen or a gas in the form of an evaporated liquid
  • a gas connection in the double wall of the concentric gas heater and then into the double wall of the concentric chamber connected to the gas heater.
  • the gas enters the interior of the chamber through the inflow openings of the double wall, in which it is evenly distributed through a chamber forming and flows an annular gap to the pouring stream, concentric constriction and then discharged to the outside through a lower outflow opening of the gas heater.
  • the amount of gas used is advantageously selected so that a pressure arises in the chamber which counteracts the pouring jet flowing out of the outflow opening of the container and thus has a regulating effect on its outflow amount.
  • the relevant gas back pressure is essentially determined by the amount of gas used per unit of time, the size of the annular gap area and the geometry of the constriction forming the chamber floor.
  • the pouring jet outflow quantity from the outflow opening of the container is known to depend on the geometry of the outflow opening of the container and the static pressure of the material contained therein.
  • the static liquid pressure corresponds to the height of the liquid level above the outlet opening in the container, that is to say generally the bath height.
  • the gas volume flow can thus be regulated via the gas input quantity.
  • the gas back pressure acting on the pouring jet flowing out of the container in the region of the outflow opening counteracts the static pouring jet liquid pressure.
  • the amount of liquid flowing out of the outflow opening of the container can thus be regulated simply and effectively by the amount of gas used in a range of a full pouring stream quantity flow in the absence of gas counterpressure until the pouring jet flows back into the container at a gas backpressure exceeding the static liquid pressure.
  • the gas heater is only to be understood as an option to improve the economics of the process, which can be dispensed with in unfavorable conditions, such as unfavorable installation conditions.
  • the gas flowing directly into the double wall of the concentric chamber in this case is then also heated by the waste heat of the pouring jet flowing out of the outlet opening of the container until it flows into the interior of the chamber.
  • the device characterized in that the container having the outflow opening is connected to the concentric chamber having the concentric constriction is used with particular advantage.
  • the double-walled concentric chamber is connected to the concentric, double-walled gas heater in such a way that the gas flowing through the double wall of the gas heater and then through the double wall of the chamber via inflow openings in the chamber wall into the chamber interior in the double wall of the gas heater and the chamber is preheated by the waste heat of the pouring jet with the advantages already shown.
  • the coolable and heatable made of ceramic or metal and gas-tightly connected to the container and enclosing the pouring jet only in a partial area, ensures a uniform gas introduction and has as the chamber bottom the concentric constriction forming the annular gap with the pouring jet.
  • the narrowing of the chamber is designed in such a way that the highest possible flow resistance in the gas and thus a high gas back pressure in the region of the outflow opening of the container is ensured.
  • a design of the constriction as a pointed edge has proven to be advantageous.
  • the device according to the invention can also be used without a gas heat exchanger designed according to the available length of the pouring jet.
  • the practical advantageous applicability of the invention was demonstrated by an experiment in which the sharp-edged chamber constriction forming an annular gap with a diameter of 20 mm was subjected to a gaseous nitrogen quantity of 150 m3 / h. A liquid with a diameter of 10 mm, hydraulically similar to the liquid steel, was used as the pouring stream. Due to the selected parameters, a gas back pressure of up to 0.5 bar was achieved in the area below the outflow opening of the container, which corresponds to a change in the bath level height of 0.7 m.
  • pouring systems can be adapted in their casting performance to the respective requirements of the downstream system, for example a continuous casting system.
  • the subject matter of the invention is not only limited to the regulation of metallic liquids in steel production. It can also be used to regulate the mass flow of liquid jets of different types, for example also particularly advantageously for regulating the mass flow of aggressive liquids.
  • the pouring jet 3 enclosing, concentric and Double-walled chamber 4 has a concentric constriction 6, which forms the chamber bottom and is formed as a pointed edge, which in turn forms an annular gap 7 with the pouring jet 3, and is provided with inflow openings 8 opening into the interior of the chamber 4.
  • the concentric gas heater 5 connected to the chamber 4 is in one of its
  • Double wall opening located at the lower end of the gas connection 9 and provided with a bottom-side outflow opening 10.
  • the gas flowing through the entry opening 9 into the double wall of the gas heater 5 and heated by the waste heat of the pouring jet 3 as it flows through it continues to flow through the double wall of the chamber 4 with further heating through the waste heat of the pouring jet 3 and then through the inflow openings opening into the chamber interior 8 evenly distributed into the interior of the chamber 4 surrounding the pouring jet 3 flowing out of the outlet opening 2 of the container 1.
  • the preheated gas flowing into the interior of the chamber 4 is further heated by the waste heat of the pouring jet 3 flowing into the chamber 4 from the outlet opening 2 and then flows through the annular gap 7 formed in the area of the constriction 6 into the gas heater 5 and is discharged to the outside through the tube forming the inner wall of the gas heater 5 with the outlet opening 10 on the underside.

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Description

Verfahren und Einrichtung zur Regulierung von Gießstrahlen
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 Flüssigksstrahlen 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 Gasererwärmers 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

Patentansprüche
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 Auströmöffnung (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.
EP99955923A 1998-11-13 1999-10-30 Verfahren und einrichtung zur regulierung von giessstrahlen Expired - Lifetime EP1128920B1 (de)

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DE (2) DE19852289A1 (de)
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