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WO2009012994A1 - Vorrichtung zum reinigen einer stahlschmelze - Google Patents

Vorrichtung zum reinigen einer stahlschmelze Download PDF

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WO2009012994A1
WO2009012994A1 PCT/EP2008/006081 EP2008006081W WO2009012994A1 WO 2009012994 A1 WO2009012994 A1 WO 2009012994A1 EP 2008006081 W EP2008006081 W EP 2008006081W WO 2009012994 A1 WO2009012994 A1 WO 2009012994A1
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WO
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tundish
projections
melt
use according
plate
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2008/006081
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Schrader
Günter Böcking
Andreas Viertauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pa-Ha-Ge Feuerfeste Erzeugnisse & Co KG GmbH
Original Assignee
Pa-Ha-Ge Feuerfeste Erzeugnisse & Co KG GmbH
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Publication date
Application filed by Pa-Ha-Ge Feuerfeste Erzeugnisse & Co KG GmbH filed Critical Pa-Ha-Ge Feuerfeste Erzeugnisse & Co KG GmbH
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/116—Refining the metal
    • B22D11/118—Refining the metal by circulating the metal under, over or around weirs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D11/116—Refining the metal
    • B22D11/119—Refining the metal by filtering
    • 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
    • B22D41/003—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like with impact pads

Definitions

  • the present invention relates to a weir plate for cleaning a molten steel in a tundish with the features of the preamble of claim 1.
  • the removal of non-metallic impurities from a molten steel is essential to the quality of the melt-cast billet or billet.
  • liquid steel is poured from a ladle into a tundish distributor (intermediate vessel), on the underside of which, in turn, a discharge opening for the melt is provided.
  • a tundish distributor intermediate vessel
  • a first removal of non-metallic impurities occurs already in that slags and other materials due to the lower density in the tundish rise to the surface, while the specific denser melt is present at the bottom disposed opening and runs there.
  • a weir divides the tundish into a first area into which the melt is filled and a second area containing the outlet.
  • a plate may be provided with flow openings and protrudes upward beyond the level of the melt.
  • the melt can run from the first region of the tundish, in which the material is filled, only through these openings or under the plate into the second region of the tundish, so that there is a limitation of the flow cross-section and thus a calming of the melt.
  • Non-metallic impurities remain in the area and are deposited especially on the surface which has flown over, but especially at the holes and around the holes.
  • the tundish weir plate has a textured, raised or dimpled surface, flow parallel to the surface is slowed down and non-metallic contaminants contained in the flow are likely to be deposited on the surface structure thus formed.
  • the built-in part is used in the form of a baffle plate or weir in the tundish, so that a forced flow from one side of the insert to the other side of the insert takes place.
  • the surface structure is then provided in particular near the openings through which flows on the side of the tundish into which the melt is introduced.
  • the structure is preferably formed by projections, in particular hemispherical projections or frustoconical projections.
  • the projections can also cuboid or cube-shaped, which is however more expensive to manufacture, especially during demolding.
  • a particularly preferred embodiment is a weir plate, which is installed trapezoidally over the cross section of the tundish and provided with flow openings.
  • the weir plate is made in a conventional manner from a refractory material.
  • Fig. 1 an insert in the form of a weir plate in a plan view
  • Fig. 2 the weir plate in a perspective view in cross section along the line II-II of Fig. 1; such as
  • FIG. 3 shows a weir plate according to the invention without flow openings.
  • FIG. 1 shows an insert in the form of a weir plate for a tundish.
  • the weir plate 1 has an upper side 2, a lower side 3 and two outer side surfaces 4 and 5. Together with a visible in Fig. 1 front 6 and a non-visible back 7, these surfaces define a substantially plane-parallel plate with trapezoidal shape.
  • the plate is designed so that it can be inserted into a tundish as a separation between two adjacent areas of the interior.
  • the outer shape is accordingly adapted to the specifications of the tundish, in which the plate is to be used.
  • the plate carries a number of through holes, indicated generally at 10.
  • the passage openings 10 have a circular cross-section and extend from the front side 6, which in operation is the flowed surface, to the back 7 of the plate.
  • a semicircular recess 11 is provided which represents a breakthrough between the front 6 and the back 7 in the region of the bottom 3.
  • the front side 6 of the plate 1 is provided with a structure comprising a plurality of frusto-conical projections 13.
  • the projections 13 are evenly distributed over the front side 6 of the plate. They rise above the front 6 and thus are in the installed position of the plate 1 in the tundish into the first area, which is bounded by the plate 1.
  • Fig. 2 shows a cross section along the line II-II of Fig. 1 in a perspective view.
  • the same components bear the same reference numbers.
  • the main body of the plate 1 has a uniform thickness throughout perpendicular to the front side 6, apart from the knob-shaped projections 13 which rise above this surface.
  • the plate 1 is made entirely of a refractory material, as is known in the art.
  • the plate 1 is installed in a tundish in such a manner that the front side 6 is aligned with the area in which the molten metal is filled.
  • the side facing away from the flow may be smooth or in any way fully or partially napped.
  • FIG. 3 shows an inventive weir plate in eienr embodiment without fürströmo réelleen. Otherwise, this weir plate corresponds to the embodiment shown in FIG.
  • the impurities are trapped on the surface structure 13, while the melt can flow under the weir plate due to the distance between the underside 3 of the weir plate 1.
  • the surface structure of the front side 6 can alternatively be configured differently. For example, it is not absolutely necessary for the projections 13 to be distributed over the entire surface. It is sufficient if a number of projections 13 are arranged around the passage openings 10 and the aperture 11, although the embodiment described is preferred.
  • the projections 13 may also have a different shape, for example, be hemispherical, cylindrical or truncated pyramidal.
  • the projections are oriented at right angles to the surface of the weir plate within the manufacturing accuracy.
  • the projections are then cuboid or cube-shaped. With this geometry, a particularly high degree of separation of non-metallic impurities is achieved.
  • the surface structure of the front side 6 may be formed so that no protrusions are formed, which extend beyond the plane of the front 6 addition, but that on the contrary recesses or indentations are provided, the depressions in the plane of the front 6 inside represent. Even such depressions slow the flow in the region of the openings 10 and 11. However, in this embodiment there is no "baffle surface" beyond the front side 6, which in the case of that described in FIGS Embodiment protrudes into the flow parallel to the front side 6.

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Abstract

Ein Einsatz aus einem feuerfesten Material für einen Tundish, mit einer im Betrieb eine Metallschmelze kontaktierenden Oberfläche, ist für die Reinigung der Schmelze von nichtmetallischen Verunreinigungen verbessert, weil die Oberfläche strukturiert mit Erhebungen und/oder Vertiefungen versehen ist.

Description

Vorrichtung zum Reinigen einer Stahlschmelze
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wehrplatte zum Reinigen einer Stahlschmelze in einem Tundish mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Die Entfernung von nichtmetallischen Verunreinigungen aus einer Stahlschmelze ist wesentlich für die Qualität des aus der Schmelze gegossenen Blocks oder Strangs.
Beim Gießvorgang wird flüssiger Stahl aus einer Gießpfanne in einen Tundishverteiler (Zwischengefäß) gegossen, an dessen Unterseite wiederum eine Ablauföffnung für die Schmelze vorgesehen ist. Eine erste Entfernung von nichtmetallischen Verunreinigungen erfolgt schon dadurch, dass Schlacken und andere Materialien auf Grund der geringeren Dichte in dem Tundish zur Oberfläche steigen, während die spezifisch dichtere Schmelze an der unten angeordneten Öffnung ansteht und dort abläuft. Der Vorgang ist jedoch insgesamt turbulent, so dass auch leichtere Verunreinigungen durch die Turbulenzen in den Bereich des Auslasses gelangen können und damit in das Produkt geraten bzw. im Bereich des Ablaufes sich ablagern, den freien Durchgang für Stahl einengen und es zu Ablagerungen kommt, was neben den bekannten Problemen im Gießprodukt (schlechter Reinheitsgrad) auch zu Gießproblemen (Zuschmieren) und daraus resultierendem Gießabbruch führen kann.
Eine Möglichkeit, diese Turbulenzen aus dem Bereich des Ablaufs fernzuhalten, besteht einerseits im Einbau von Prallplatten oder Wehren in den Tundish und andererseits in der Anordnung der
Einbauten. Ein Wehr teilt den Tundish in einen ersten Bereich, in den die Schmelze eingefüllt wird, und einen zweiten Bereich, der den Auslauf enthält. Eine solche Platte kann mit Durchströmöffnungen versehen sein und ragt nach oben über das Niveau der Schmelze hinaus. Die Schmelze kann von dem ersten Bereich des Tundishs, in dem das Material eingefüllt wird, nur durch diese Öffnungen oder unter der Platte hindurch in den zweiten Bereich des Tundishs laufen, so dass dort eine Begrenzung des Strömungsquerschnitts und damit eine Beruhigung der Schmelze erfolgt. Nichtmetallische Verunreinigungen verbleiben in dem Bereich und lagern sich speziell an der angeströmten Oberfläche ab, speziell jedoch bei den Löchern und um die Löcher.
Aufwändigere Vorrichtungen zur Reinigung der Schmelze sind beispielsweise aus der Druckschrift JP 59035614 bekannt. Hier werden poröse Rohre in den Ablauf eingesetzt, die die
Verunreinigungen an ihrer Oberfläche fangen sollen, während die Schmelze von der Außenseite des Rohres durch das poröse Material zu der Innenseite des Rohres strömt, die mit dem Auslass in Verbindung steht. Aus der Druckschrift JP 7268437 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der ein poröser Filterkörper innerhalb der Schmelze mit einem motorischen Antrieb versehen ist und in der Schmelze gedreht wird. Die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Schmelze von innen nach außen durch den Filterkörper strömt und dadurch aktiv gefiltert wird. Diese Vorrichtungen sind schon aufgrund des zusätzlichen Antriebs sehr aufwändig. Es sind auch andere für einen Tundish bekannt, die eine strukturierte Oberfläche mit Rippe, Vorsprüngen und Ausnehmungen aufweisen. Beispiele sind in folgenden Dokumenten aufgeführt: DE102004011883B4, DE2643009A1, EP0463257B1 und FR1081253. Die in diesen Dokumenten dargestellten Einbauten sollen in erster Linie das Spritzen von Metall zu Beginn des Gießvorgangs verhindern. Sie werden am Boden des Tundishs eingebaut. Es handelt sich nicht um Wehrplatten. Konventionelle Wehrplatten weisen eine plane Oberfläche auf.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen aus einer Schmelze zu schaffen, die bei geringem Aufwand ein gegenüber den konventionellen Wehrplatten verbessertes Ergebnis gewährleistet.
Diese Aufgabe wird von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weil die Wehrplatte für den Tundish eine strukturierte, mit Erhebungen oder Vertiefungen ausgestattete Oberfläche aufweist, wird eine parallel zu der Oberfläche verlaufende Strömung verlangsamt und in der Strömung enthaltene nichtmetallische Verunreinigungen werden an der so gebildeten Oberflächenstruktur mit hoher Wahrscheinlichkeit abgeschieden. Das Einbauteil wird in der Bauform einer Prallplatte oder eines Wehres in den Tundish eingesetzt, so dass eine erzwungene Strömung von einer Seite des Einsatzes zu der anderen Seite des Einsatzes erfolgt. Die Oberflächenstruktur ist dann insbesondere nahe den durchströmten Öffnungen auf der Seite des Tundishs vorgesehen, in die die Schmelze eingefüllt wird.
Die Struktur wird vorzugsweise von Erhebungen gebildet, insbesondere von halbkugelförmigen Vorsprüngen oder kegelstumpfförmigen Vorsprüngen. Die Vorsprünge können auch quader- oder würfelförmig gestaltet sein, was in der Herstellung insbesondere bei der Entformung jedoch aufwändiger ist.
Die Form für die Fertigung des Einsatzes ist nur wenig aufwändiger als die bekannten Formen, wenn die Oberflächenstruktur im Wesentlichen in der Nähe der Durchströmöffnungen aufgebracht wird. Für eine großflächige Wirkung kann aber auch vorgesehen sein, dass die gesamte dem Einfüllbereich zugewandte Oberfläche des Einsatzes mit dieser Struktur versehen ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform stellt eine Wehrplatte dar, die trapezförmig über den Querschnitt des Tundishs eingebaut und mit Durchströmöffnungen versehen ist. Die Wehrplatte ist in an sich bekannter Weise aus einem feuerfesten Material gefertigt.
Wenn die die Struktur bildenden Vorsprünge oder Ausnehmungen in einer Verteilung angeordnet sind, die keine durchgehenden parallelen Reihen aufweist, kann es nicht zu störenden geradlinigen Strömungspfaden zwischen den Strukturelementen kommen .
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: einen Einsatz in Form einer Wehrplatte in einer Draufsicht ;
Fig. 2: die Wehrplatte in einer perspektivischen Darstellung im Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1; sowie
Figur 3 : eine erfindungsgemäße Wehrplatte ohne Durchströmöffnungen..
In der Fig. 1 ist ein Einsatz in Form einer Wehrplatte für einen Tundish dargestellt. Die Wehrplatte 1 weist eine Oberseite 2, eine Unterseite 3 und zwei äußere Seitenflächen 4 und 5 auf. Gemeinsam mit einer in der Fig. 1 sichtbaren Vorderseite 6 und einer nicht sichtbaren Rückseite 7 begrenzen diese Flächen eine im Wesentlichen planparallele Platte mit trapezförmiger Gestalt. Die Platte ist so gestaltet, dass sie in einen Tundish als Trennung zwischen zwei nebeneinander liegende Bereiche des Innenraums eingesetzt werden kann. Die äußere Form ist dementsprechend an die Vorgaben des Tundishs anzupassen, in den die Platte eingesetzt werden soll.
Die Platte trägt einige Durchgangsöffnungen, die insgesamt mit 10 bezeichnet sind. Die Durchgangsöffnungen 10 weisen einen kreisrunden Querschnitt auf und erstrecken sich von der Vorderseite 6, die im Betrieb die angeströmte Fläche darstellt, zu der Rückseite 7 der Platte. Ebenso ist eine halbkreisförmige Ausnehmung 11 vorgesehen, die einen Durchbruch zwischen der Vorderseite 6 und der Rückseite 7 im Bereich der Unterseite 3 darstellt.
Die Vorderseite 6 der Platte 1 ist mit einer Struktur versehen, die eine Vielzahl von kegelstumpfförmigen Vorsprüngen 13 umfasst. Die Vorsprünge 13 sind gleichmäßig über die Vorderseite 6 der Platte verteilt. Sie erheben sich über die Vorderseite 6 und stehen somit in der Einbauposition der Platte 1 im Tundish in den ersten Bereich hinein, der durch die Platte 1 begrenzt wird.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung. Gleiche Komponenten tragen gleiche Bezugsziffern.
An der Querschnittsfläche ist erkennbar, dass der Grundkörper der Platte 1 eine durchgehend gleichmäßige Dicke senkrecht zu der Vorderseite 6 aufweist, abgesehen von den noppenförmigen Vorsprüngen 13, die sich über diese Fläche erheben. Die Platte 1 ist insgesamt aus einem feuerfesten Material gefertigt, wie es an sich bekannt ist.
Zur Verwendung wird die Platte 1 in einen Tundish eingebaut, und zwar in der Weise, dass die Vorderseite 6 zu dem Bereich ausgerichtet ist, in den die Metallschmelze eingefüllt wird. Die Rückseite 7, die bei diesem Ausführungsbeispiel eine glatte Oberfläche aufweist, ist dem Bereich zugewandt, in dem der Auslauf des Tundishs angeordnet ist. Die strömungsabgewandte Seite kann glatt oder ebenfalls in irgendeiner Art und Weise ganz oder partiell genoppt sein.
Bei Einfüllen der Schmelze läuft diese zunächst durch den Durchbruch 11 und dann mit steigendem Niveau auch durch die Durchgangsöffnungen 10 in den zweiten Teil des Tundishs. Die Öffnungen 10 und der Durchbruch 11 bewirken eine Strömung der Schmelze, die zumindest teilweise eine Komponente in Richtung parallel zu der Vorderseite 6 aufweist. Diese Strömung wird durch die Struktur der Oberfläche 6 in Gestalt der Vorsprünge 13 verlangsamt, so dass spezifisch leichtere Einschlüsse hier einerseits aufsteigen können und nicht in den zweiten Bereich des Tundishs mitgenommen werden. Andererseits können nichtmetallische Einschlüsse in der Schmelze auch an der Oberflächenstruktur der Vorderseite 6 hängen bleiben, so dass sie zurück gehalten werden und nicht in den zweiten Bereich des Tundishs gelangen. Beide Effekte bewirken, dass die Schmelze in dem zweiten Bereich des Tundishs und im Auslauf einen geringeren Anteil an nichtmetallischen Verunreinigungen enthält, als wenn eine konventionelle Wehrplatte mit beidseitig glatter Oberfläche verwendet würde .
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Wehrplatte in eienr Ausführungsform ohne Durchströmoffnungen. Ansonsten entspricht diese Wehrplatte der in Figur 2 gezeigten Ausführung. Beim Einsatz in einem Tundishverteiler werden auch hier die Verunreinigungen an der Oberflächenstruktur 13 gefangen, während die Schmelze aufgrund des Abstandes zwischen der Unterseite 3 der Wehrplatte 1 unter der Wehrplatte hindurch strömen kann.
Die Oberflächenstruktur der Vorderseite 6 kann alternativ auch anders ausgestaltet werden. So ist es beispielsweise nicht unbedingt erforderlich, dass die Vorsprünge 13 über die gesamte Fläche verteilt sind. Es ist ausreichend, wenn eine Anzahl von Vorsprüngen 13 rund um die Durchgangsöffnungen 10 und den Durchbruch 11 angeordnet sind, wenngleich das beschriebene Ausführungsbeispiel bevorzugt wird.
Die Vorsprünge 13 können auch eine andere Gestalt aufweisen, beispielsweise halbkugelförmig, zylindrisch oder pyramidenstumpfförmig sein.
Es hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Vorsprünge im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit rechtwinklig zu der Oberfläche der Wehrplatte orientiert sind. Die Vorsprünge sind dann quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet. Bei dieser Geometrie wird ein besonders hoher Abscheidungsgrad von nichtmetallischen Verunreinigungen erreicht.
In einer anderen Ausführungsform kann die Oberflächenstruktur der Vorderseite 6 so ausgebildet sein, dass nicht Vorsprünge ausgebildet sind, die sich über die Ebene der Vorderseite 6 hinaus erheben, sondern dass im Gegenteil Rücksprünge oder Einprägungen vorgesehen sind, die Vertiefungen in die Ebene der Vorderseite 6 hinein darstellen. Auch solche Vertiefungen verlangsamen die Strömung im Bereich der Öffnungen 10 und 11. Allerdings steht bei dieser Ausführung dann keine „Prallfläche" über die Vorderseite 6 hinaus, die bei dem in Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel in die Strömung parallel zur Vorderseite 6 hineinragt .

Claims

Patentansprüche
1. Einsatz in der Bauform einer Wehrplatte aus einem feuerfesten Material für einen Tundish, mit einer im Betrieb eine Metallschmelze kontaktierenden Oberfläche (6,7), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche strukturiert mit Erhebungen (13) und/oder Vertiefungen versehen ist.
2. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz mit einer Anzahl von durchströmbaren Öffnungen
(10) versehen ist.
3. Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur (13) insbesondere nahe den durchströmten Öffnungen (10) auf der Seite des Tundishs vorgesehen ist, in die die Schmelze eingefüllt wird.
4. Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur von Erhebungen gebildet ist, insbesondere von halbkugelförmigen Vorsprüngen oder kegelstumpfförmigen Vorsprüngen.
5. Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge quader- oder würfelförmig ausgebildet sind.
6. Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge pyramidenstumpfförmig ausgebildet sind.
7. Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte dem Einfüllbereich zugewandte Oberfläche (6) des Einsatzes mit der Struktur (13) versehen ist.
8. Einsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Struktur (13) bildenden Vorsprünge oder Ausnehmungen in einer Verteilung angeordnet ist, die keine durchgehenden parallelen Reihen aufweist .
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