[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Trennspalts zwischen mindestens
zwei sich bei Berührung benetzenden, ablagernden oder aneinander haftenden Stoffen,
insbesondere in der Metallurgie.
[0002] In der metallurgischen Technik besteht häufig das Problem, daß Metallschmelze zonal
an Bauteilen aus feuerfestem, keramischem Material einfriert, oder sich an dem Bauteil
hochtonerdehaltige Ablagerungen bilden, wodurch die Funktion solcher Bauteile beeinträchtigt
wird. Solche Bauteile sind beispielsweise Gasspülsteine, Schieberverschlußteile, Hülsen
oder Eintauchausgüsse.
[0003] Beim endabmessungsnahen Gießen von Dünnbändern, beispielsweise im Belt-Roll- oder
im Twin-Roll-Verfahren treten ebensolche Probleme auf. Dort kann die Stahlschmelze
an notwendigen Begrenzungskörpern einfrieren bzw. hochtonerdehaltige Al₂O₃-Ablagerungen
bilden. Dies beeinträchtigt die Qualität des Bandstahls beträchtlich.
[0004] In der Zeitschrift Stahl und Eisen 111 (1991) Nr. 6, S. 37 bis 43 sind derartige
Verfahren beschrieben, Lösungen zum genannten Problem jedoch nicht angegeben.
[0005] In der DE 41 41 508 A1 ist vorgeschlagen, seitlich der Stahlschmelze angeordnete
Begrenzungskörper als Metallbleche auszubilden, die für ein Magnetfeld eines Induktors
durchlässig sind. Das Magnetfeld induziert in der Metallschmelze Ströme, die zu einer
zusätzlichen Erwärmung der Metallschmelze führen. Dadurch soll vermieden sein, daß
die Metallschmelze an den Begrenzungsplatten einfriert. Die in die Schmelze induzierten
Ströme können jedoch zu einer Störung der Struktur im Randbereich des Dünnbandes führen,
die mit einer Qualitätsminderung verbunden ist.
[0006] In der älteren Patentanmeldung P 41 43 049 ist eine Einrichtung beschrieben, bei
der an den seitlich der Schmelze angeordneten Begrenzungskörpern poröse, keramische
Einsätze angeordnet sind. Diese werden mit einem Fluid beaufschlagt, das einen Film
bildet, welcher ein Anfrieren der Schmelze an den Begrenzungskörpern verhindern soll.
Zum gleichen Zweck ist in der älteren Patentanmeldung P 42 38 036.7 vorgeschlagen,
Begrenzungsplatten aus einem induktiv aufheizbaren, feuerfesten, keramischen Material
vorzusehen, das an das elektromagnetische Feld des Induktors ankoppelt.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, durch das ein Aneinanderhaften
von Stoffen, insbesondere einer Metallschmelze und einem Festkörper, vermieden wird,
um eine Relativbewegung der Stoffe zu ermöglichen.
[0008] Die genannte Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die dem bzw.
den Stoffen aufgeprägten Vibrationen verhindern, daß sich die Stoffe aneinander festsetzen.
Vorzugsweise sind die Schwingungen Ultraschallschwingungen.
[0009] Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen, wobei Ausführungsbeispiele aus dem Bereich der Metallurgie
gezeigt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern auch auf
anderen Gebieten einsetzbar.
[0010] In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1
- einen Eintauchausguß an einem metallurgischen Gefäß schematisch,
- Figur 2
- eine Einrichtung für das Twin-Roll-Verfahren,
- Figur 3
- eine Einrichtung für das Belt-Roll-Verfahren, und
- Figur 4
- eine weitere Einrichtung für das endabmessungsnahe Gießen schematisch.
[0011] Ein Eintauchausguß 1 aus feuerfestem, keramischem Material ist an den Boden eines
metallurgischen Gefässes 2 angesetzt. Ein Kanal 3 des Eintauchausgusses 1 dient der
Durchleitung von Stahlschmelze. An den Eintauchausguß 1 ist ein Ultraschall-Generator
4 angesetzt. Dieser prägt dem Eintauchausguß 1 als Festkörper mechanische Schwingungen
mit einer Frequenz größer als 20 kHz auf. Die Schwingungen pflanzen sich im Eintauchausguß
1 auf die Wandung 5 des Kanals 3 fort. Dadurch bildet sich zwischen der den Kanal
3 durchströmenden Schmelze und der Wandung 5 ein Trennspalt, weil die hochfrequenten
Schwingungen verhindern, daß die Schmelze in einer dauerhaften Berührung mit der Wandung
5 bleibt. Durch diesen Trennspalt ist vermieden, daß sich an der Wandung 5 feste Stoffe,
insbesondere Al₂O₃-Partikel festsetzen können. Wachsende Anbackungen, die dazu führen
könnten, daß sich der freie Querschnitt des Kanals 3 verringert, sind dadurch vermieden.
Durch den Trennspalt ist auch das Abflußverhalten der Schmelze insgesamt verbessert,
da der Trennspalt die Reibung zwischen der Wandung 5 und der Schmelze herabsetzt.
Die Breite des Trennspaltes liegt in der Größenordnung von Bruchteilen eines mm, beispielsweise
in der Größenordnung von einigen µm.
[0012] In Figur 1 (links) ist ein Ultraschall-Generator 4 außen an dem Eintauchausguß 1
dargestellt. Im Bedarfsfall können mehrere solcher Generatoren 4 am Außenumfang des
Eintauchausgusses 1 verteilt angeordnet sein. Der Generator 4 kann auch den Außenumfang
des Eintauchausgusses 1 ringförmig umschließen.
[0013] Der Ultraschall-Generator 4 bzw. mit ihm verbundene Verlängerungen kann auch in die
Wandung des Eintauchausgusses 1 eingebaut sein (vgl. Fig.1, rechts). Er versetzt dann
die Schmelze als flüssigen Stoff in Schwingungen. Vorzugsweise ist der Generator 4
in der Höhe des Eintauchausgusses 1 angeordnet, in der erfahrungsgemäß die Tendenz
zur Bildung von Al₂O₃-Anbackungen besteht. Durch die Ultraschallschwingungen ist vermieden,
daß sich an der Wandung 5 Kristallisationskerne für wachsende Anlagerungen festsetzen
können.
[0014] In Figur 2 sind die gegensinnig gedrehten Rollen 6, 7 einer Einrichtung zur Durchführung
des Twin-Roll-Verfahrens gezeigt, mit dem das endabmessungsnahe Gießen eines Stahl-Dünnbandes
dient. Die Stahlschmelze wird auf die Rollen 6, 7 aufgebracht und im zwischen den
Rollen 6, 7 bestehenden Abstand nach unten gefördert. Um ein seitliches Ausweichen
der Stahlschmelze zu verhindern, sind Begrenzungsplatten 8, 9 als Festkörper neben
den Rollen 6, 7 angeordnet. An den aus Stahl oder feuerfester Keramik bestehenden
Begrenzungsplatten 8, 9 sind Ultraschall-Generatoren 4 befestigt. Diese versetzen
die Begrenzungsplatten 8, 9 in Schwingungen. Diese verhindern, daß die Schmelze an
ihnen einfriert bzw. Anbackungen bildet, wie dies oben beschrieben ist.
[0015] Bei der in Figur 3 für das Belt-Roll-Verfahren gezeigten Einrichtung sind zwei Antriebsrollen
10, 11 für ein Transportband 12 vorgesehen. Auf das Transportband 12 wird in einem
Bereich 13 die Schmelze als dünnes Band aufgegeben. Die Stahlschmelze kühlt auf dem
Transportband 12 bis zur Erstarrung ab und wird von diesem abgezogen.
[0016] Um ein seitliches Abfließen der Stahlschmelze zu verhindern, sind Begrenzungsleisten
14, 15 vorgesehen. An den Begrenzungsleisten 14, 15 sind Ultraschall-Generatoren 4
angeordnet, die den Begrenzungsleisten 14, 15 Schwingungen aufprägen. Diese führen
in der beschriebenen Weise zu Trennspalten zwischen den Begrenzungsleisten 14, 15
als Festkörper und der Stahlschmelze als flüssigen Stoff, so daß die Stahlschmelze
an den Begrenzungsleisten 14, 15 nicht einfrieren kann und sich in der Stahlschmelze
enthaltene Kristallisationskerne nicht an den Begrenzungsleisten 14, 15 anlagern und
somit an diesen auch keine Anbackungen anwachsen können.
[0017] Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist eine hinsichtlich des endabmessungsnahen
Gießens eines Dünnbandes der Figur 3 ähnliche Einrichtung gezeigt. Bei der Einrichtung
nach Figur 4 ist auf das von den Antriebsrollen 10, 11 angetriebenen Transportband
12 verzichtet. Statt dessen ist eine Aufnahmeplatte 16 aus Stahl oder feuerfestem,
keramischem Material vorgesehen, die an Festlagern 17, 18 angeordnet ist. Seitlich
an der Aufnahmeplatte 16 sind die Begrenzungsleisten 14, 15 angeordnet. Diese können
einstückig mit der Aufnahmeplatte 17 ausgebildet oder als separate Bauteile an der
Aufnahmeplatte 17 befestigt sein.
[0018] Unten an der Aufnahmeplatte 17 ist wenigstens ein Ultraschall-Generator 4 angeordnet.
Zusätzlich können an den Begrenzungsleisten 15, 16 Ultraschall-Generatoren 4 vorgesehen
sein. Diese können entfallen, wenn der an der Aufnahmeplatte 17 angeordnete Ultraschall-Generator
4 auch die Begrenzungsleisten 15, 16 in die gewünschten Ultraschallschwingungen versetzt.
[0019] Aus beispielsweise einer Breitschlitzdüse wird im Bereich 13 auf die Aufnahmeplatte
16 die Stahlschmelze aufgegeben. Die Aufnahmeplatte 16 steht in einem Neigungswinkel
W zur Horizontalen H, der so bemessen ist, daß die Schmelze auf der Aufnahmeplatte
16 zum Bereich 13 hin schräg nach unten abströmt Durch die Ultraschallschwingungen
der Aufnahmeplatte 16 und der Begrenzungsleisten 14, 15 entsteht zwischen diesen Festkörpern
und der Stahlschmelze ein Trennspalt, der ein Einfrieren bzw. Anbacken der Stahlschmelze
bzw. Partikeln aus ihr an der Aufnahmeplatte 16 und den Begrenzungsleisten 14, 15
verhindert, also die gewünschte Bewegung der Schmelze gegenüber der Aufnahmeplatte
16 und den Begrenzungsleisten 14, 15 ermöglicht.
[0020] Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wird das Abziehen der Schmelze durch die
Schrägstellung der Aufnahmeplatte 16 im Winkel W erreicht.
[0021] Das Abziehen der Schmelze läßt sich bei einer in einem Winkel W zur Horizontalen
H angeordneten Aufnahmeplatte 16 verbessern oder bei einer in der Horizontalen H angeordneten
Aufnahmeplatte 16 erreichen, wenn die der Aufnahmeplatte 16 aufgeprägten Ultraschallschwingungen
so gerichtet sind, daß sie der Schmelze eine von dem Bereich 13 weggerichtete Führungskomponente
in Richtung F aufprägen.
[0022] Die beschriebene Anordnung eines Ultraschall-Generators 4 läßt sich auch an anderen
Bauteilen, beispielsweise Gasspülsteinen oder Schieberverschlüssen metallurgischer
Gefäße, einsetzen, um dort ein Einfrieren von Schmelze bzw. Anbacken hochtonerdehaltiger
Verunreinigungen zu vermeiden.
[0023] Der Effekt wird durch die Auswahl feuerfester Materialien, die der Stahl nur gering
benetzt, unterstützt.
1. Verfahren zur Bildung eines Trennspalts zwischen mindestens zwei sich bei Berührung
benetzenden, ablagernden oder aneinander haftenden Stoffe, insbesondere in der Metallurgie,
wofür mindestens einer der Stoffe zu mechanischen Schwingungen angeregt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anregungsquelle ein elektroakustischer Schallwandler (Ultraschallgenerator)
ist, der Ultraschallwellen emittiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwingungen Ultraschallschwingungen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Stoff ein Festkörper ist, dessen dem anderen Stoff zugewandte Wandung
zu den Schwingungen angeregt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Festkörper aus einem feuerfesten, keramischen Material oder aus Stahl besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der andere Stoff eine Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Stoff ein Festkörper ist und der andere Stoff eine an diesem entlangfließende
Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, ist die und/oder deren in ihr enthaltene
Feststoffpartikel zu den Schwingungen angeregt wird bzw. werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Festkörper ein Bauteil eines metallurgischen Gefässes, beispielsweise Eintauchausguß,
Gasspülstein oder Schieberverschlußplatte, ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Festkörper eine Seitenbegrenzung einer abfließenden Metallschmelze, insbesondere
Stahlschmelze, ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Festkörper eine feststehende Aufnahmeplatte bildet, über die Metallschmelze,
insbesondere Stahlschmelze, zum Abfließen gebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch eine Schrägstellung der Aufnahmeplatte die Metallschmelze, insbesondere
Stahlschmelze, zum Abfließen gebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch mechanische Schwingungen der Aufnahmeplatte die Metallschmelze zum Abfließen
gebracht wird.