Die Erfindung Tauchgiessrohr zum Einleiten von Stahlschmelze aus einem Giess- oder Zwischenbehälter in eine mit Breitseiten- und Schmalseitenwänden zum Stranggiessen von Flachprodukten vorgesehene Kokille, wobei das Tauchgiessrohr ausgebildet ist mit einem an einen Giess- oder Zwischenbehälter anschliessbaren Strömungskanal, mit wenigstens zwei relativ zu seiner Mittelachse bzw. relativ zum Schwerpunkt seiner Querschnittsfläche oberhalb eines Bodenelementes angeordneten Austrittsöffnungen, und mit innenliegenden Strömungsleitkörpern, die sich von Wandbereichen des Tauchgiessrohres gegen dessen Mittelachse zu erstrecken, dessen Strömungsquerschnitt von einem rotationssymmetrischen oberen Bereich stetig zu einem im unteren Bereich abgeflachten Querschnitt gegen die Austrittsöffnungen zu übergeht.
Bei einem derartigen, dem Stand der Technik entsprechend ausgebildeten Tauchgießrohr erfolgt üblicherweise im Bereich der Einströmöffnung eine Regelung des Durchflusses der Schmelze entweder über einen zentriert und in Gießrichtung beweglich angeordneten Stopfen oder über senkrecht zur Gießrichtung bewegliche Schieberplatten im Auslaufbereich des Gieß- oder Zwischenbehälters.
Tauchgießrohre sollen in der Kokille für eine gleichmäßige und turbulenzarme Verteilung der Schmelze sorgen. Zu diesem Zweck besitzen Tauchgießrohre bspw. Boden- und Innenkonturelemente, die zum stoßfreien Abbau der im Stahlschmelzenstrom enthaltenen kinetischen Energie sorgen sollen. Dennoch kommt es vielfach zur Ausbildung einer Stauwelle vor den Schmalseitenwänden, verbunden mit einem unregelmäßigen und instabilen Kokillen-Füllstandsniveau. Bei vergleichsweise dünnen Gießformaten kann es dabei im Bereich der Austrittsöffnungen zu Auswaschungen an der noch dünnen Strangschale kommen. Diese Effekte führen insgesamt zu Qualitätseinbußen, zumindest an der Oberfläche eines Gußproduktes.
Die ungleichmäßige Schmelzenverteilung innerhalb der Kokille wird durch instabile Strömungsvorgänge verursacht, die bspw. aus unsymmetrischen Strömungen der Schmelze beim Eintritt in die Einströmöffnung des Tauchgießrohres durch dynamisches Zusammenspiel von Stopfen bzw. Schiebersystem und Tauchrohreinlauf resultieren. Dabei kommt es zu turbulenten Strömungsfluktuationen, die mit starken Druckschwankungen einhergehen und im Tauchgießrohr bspw. Strudelbildungen verursachen, welche das Tauchgießrohr durchlaufen und aufgrund ihres radial ausgerichteten Anteils der Geschwindigkeitskomponente zu einer einseitigen Bevorzugung einer der Austrittsöffnungen führen. Beobachtet wird zudem ein Wechsel der bevorzugten Austrittsöffnung, wodurch regelmäßig wiederkehrende Kokillen-Füllstandsschwankungen herbeigeführt werden.
Die DE 41 42 447 C2 offenbart ein Tauchgießrohr zum Einleiten von Stahlschmelze aus einem Gießbehälter in eine Kokille, bestehend aus einem an den Gießbehälter anschließenden Rohrstück, das in Richtung auf die Schmalseitenwände der Kokille im Querschnitt erweitert und am unteren Ende mit einem mittig angeordneten Bodenstück unter Belassung von Austrittsöffnungen für die Schmelze versehen ist. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, daß die Innenwand des den Querschnitt erweitemden Teiles des Tauchgießrohres zusammen mit den gegenüberliegenden Wandteilen des Bodenstückes Strömungskanäle bilden, deren Achsen mit der Tauchgießrohrachse einen Winkel zwischen 10 und 22° einschließen, wobei der kleinere Winkel einem Abstand der Schmalseitenwände der Kokille von ca. 600 mm und der größere Winkel einem Abstand der Schmalseitenwände der Kokille von 2000 mm und mehr zugeordnet ist und der Abstand der Breitseitenwände der Kokille voneinander 50 bis 100 mm beträgt. Diese Tauchrohrausbildung ist nicht geeignet, instabile Strömungsvorgänge in der Kokille zu verhindern.
Aus der DE 36 07 104 C1 ist ein Tauchrohr aus feuerfestern Material bekannt, durch welches Metallschmelze in eine Kokille strömt. Um dabei in der Kokille eine Wellenbewegung durch die einströmende Metallschmelze weitgehend zu vermeiden, ist im freien Querschnitt des Tauchrohres ein Blendenring angeordnet. Der Längsschnitt des Blendenringes ist so gestaltet und der Blendenring ist so im Tauchrohr angeordnet, daß sich unterhalb des Blendenrings eine Laminarströmung der Schmelze einstellt. Dadurch wird erreicht, daß die Metallschmelze beruhigt durch die Austrittsöffnung des Tauchrohrs in die Kokille einströmt. Die einströmende Metallschmelze soll die bereits in der Kokille befindliche Metallschmelze nicht zu Wellenbewegungen oder Schwingungen anregen. Dadurch soll am fertigen Produkt eine glatte Oberfläche und eine Qualitätsverbesserung erreicht werden. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß die Wirkung des Blendenringes nachläßt.
Die belgische Patentanmeldung Nr. 792.540 offenbart ein Tauchgießrohr zur besonderen Verwendung beim Stranggießen einer Aluminium-Eisen-Legierung. Dabei kommt es zur Ablagerung von Aluminiumoxid an den Wänden, im Extremfall bis zur vollständigen Verstopfung der Kanäle. Bei der Ausbildung des speziellen Tauchgießrohres sind ausgehend von einem annähemd kreisförmigen Querschnitt hufeisenförmige Kanäle an dessen Peripherie vorgesehen, die gegen den Mittelpunkt gerichtete Wandteile ausbilden, in welchen Kanäle zum Hindurchleiten eines Kühlmittels vorgesehen sind. Sowohl die komplizierte Formgebung als auch die Anbringung von Kühlkanälen innerhalb der sich gegen das Zentrum richtenden Wandteile sind für die Anwendung in Stahlschmelzen ungeeignet.
Das japanische Dokument JP 63 295 056 A betrifft ein Tauchgiessrohr, welches geschmolzenen Stahl aus einem Schmelzenbehälter mit Schieberverschluß in eine Kokille leitet. In dem Tauchgießrohr befindet sich eine Strömungsleitplatte, mit der Strömungsturbulenzen beim Einfließen der Schmelze in die Kokille vermieden werden sollen.
Das Dokument WO 89 12 519 A zeigt Tauchgießrohre für Kokillen, die im Gießrohr Strömungsteiler für die Schmelze aufweisen, die aus einem Schmelzengefäß in die Kokille geleitet wird. Der Strömungsteiler leitet die Schmelzenströmung derart, dass am Austritt aus dem Tauchgießrohr gegeneinander gerichtete Teilströmungen entstehen und auf diese Weise die kinetische Strömungsenergie reduziert werden soll.
Die DE 43 20 723 A1 zeigt einen Eintauchausguß, insbesondere zum Dünnbrammen-gießen, dessen unteres Rohrstück Strömungsleitkörper besitzt, die sich vom Wandbereich des Strömungskanals gegen die Mittelachse zu erstrecken. Diese dienen einerseits der Stabilisierung des den Strömungskanal bildenden Formsteins und andererseits der Aufteilung und Ausrichtung des den Strömungsquerschnitt des Formsteins durchströmenden Schmelzenflusses.
Die DE 34 44 228 C2 zeigt ein Tauchgießrohr mit Strömungsleitkörpern, die im Tauchgießrohr gewendelt sind, bzw. in einem Winkel verlaufen. Dadurch soll erreicht werden, daß die Schmelze bereits im Auslaufbereich des Schmelzenvorratsbehälters bzw. im Zufuhrbereich zum Gießspiegel in eine um die Zufuhrrichtung rotierende Bewegung versetzt wird, und dass mittels der erzeugten Rotation des Schmelzenstrahls die Schmelze in der Kokille in eine um die Längsachse des Gußstücks umlaufende Bewegung versetzt wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Tauchgießrohr anzugeben, welches eine möglichst gleichmäßige Schmelzenverteilung in der Kokille ergibt, dabei solche mit der Durchflußkontrolle durch Stopfen oder Schieberregelung erzeugten ungleichförmigen Strömungszustände und Turbulenzen ausgleicht, Stauwellen beim Austritt in die Kokille reduziert, Auswaschungen an der noch dünnen Strangschale vermeidet und dadurch insgesamt Qualitätseinbußen in der Oberfläche des Gußproduktes verhindert sowie unter Vermeidung einer komplizierten, kostenträchtigen und verschleißanfälligen Ausgestaltung eine Herstellung mit ökonomischen Mitteln sowie eine möglichst lange Verfügbarkeit ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit der Erfindung bei einem Tauchgießrohr der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art dadurch, dass Strömungsleitkörper wenigstens einem der Bereiche (I1, I2) zugeordnet sind, und dass die Höhe (h) der Strömungsleitkörper, beginnend von einem oberen Bereich des Strömungskanals, in dessen Wandbereich übergeht.
Die Ausgestaltung des Tauchgießrohres nach der Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Ursache für eine ungleichmäßige Schmelzenverteilung innerhalb der Kokille infolge instabiler Strömungsvorgänge entsteht, die größtenteils aus dem oberen Eingießbereich des Tauchrohres resultieren. Verursacht werden diese durch das dynamische Zusammenspiel von Stopfen bzw. Schiebersystem und Tauchrohreinlauf. Die dort entstehenden und mit starken Druckschwankungen einhergehenden turbulenten Strömungsfluktuationen durchlaufen das Tauchrohr und führen zu den vorgenannten negativen Erscheinungen. Es handelt sich hierbei um Strudelbildungen, verbunden mit einem ungleichmäßigen örtlich bevorzugten Anlegen der Strömung an die Innenwandungen des Tauchgießrohres. Diese Strömungen durchlaufen das Tauchgießrohr und führen aufgrund ihres radial ausgerichteten Anteils der Geschwindigkeitskomponente zu einer Bevorzugung einer oder mehrerer der Austrittsöffnungen. Beobachtet wird zudem ein Wechseln der bevorzugten Austrittsöffnungen, was zu regelmäßig wiederkehrenden Kokillenfüllstandsschwankungen führt.
Durch den Einbau von erfindungsgemäss ausgebildeten Strömungsleitkörpern wird die Radialkomponente der Strömung besonders im oberen Eingiessbereich gebremst, und zwar ohne den Innenquerschnitt des Tauchgießrohres signifikant zu reduzieren. Durch den Einbau von einem oder mehreren sich in Gießrichtung verjüngenden Strömungsleitkörpern mit den erfindungsgemäßen Merkmalen werden die schädlichen Strömungen im Bereich ihrer Entstehung in der durchlaufenden Schmelzenströmung wesentlich beruhigt und die radialen Geschwindigkeitskomponenten unterdrückt, wodurch die Strömungsfluktuationen erheblich reduziert werden, in deren Folge sich eine überwiegend tangential zur Gießrichtung ausgerichtete Strömung innerhalb des Tauchgießrohres einstellt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind entsprechend den Merkmalen von Unteransprüchen vorgesehen.
Einzelheiten, weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigen:
Das Tauchgießrohr 1 verbindet einen nicht gezeigten Gieß- oder Zwischenbehälter, der mit Stahlschmelze gefüllt ist, mit einer Kokille, die ebenfalls bis zum Badspiegel mit Stahlschmelze gefüllt ist. In einer dem Fachmann bekannten Weise ist ein beliebiges Regelorgan (Stopfen- oder Schieberverschluß) zur einströmseitigen Regelung der Stahlschmelze in dem Tauchgießrohr 1 angeordnet. Mit 17 ist die übliche Verstärkung des Feuerfestmaterials durch hochwertige Oxidkomponenten im Bereich des Badspiegels bezeichnet. Mit dem austrittsseitigen Ende taucht das Gießrohr 1 mit seinen gegenüberliegenden Austrittsöffnungen 8, 8' in flüssige Schmelze der Kokille ein. Am unteren Ende ist das Tauchgießrohr 1 mit einem Bodenelement 10 versehen, wobei oberhalb desselben zwei seitliche Austrittsöffnungen 8, 8' vorhanden sind. Das Tauchgießrohr 1 bildet im oberen Bereich ein Rohrstück 11, wobei an dessen Innenwänden mehrere Strömungsleitkörper 12, 13, im Längsschnitt gesehen je rechts und links, vorhanden sind.
Die Kokille besitzt in an sich bekannter Weise Breitseitenwände und Schmalseitenwände, beispielsweise in einer Ausgestaltung zum Stranggießen von Flachprodukten.
Aus den Figuren 1 und 2 ist beispielsweise erkennbar, daß die in den Strömungskanal 11 des Tauchgießrohres 1 hineinragende Höhe h der Strömungsleitkörper 12, 13 weniger als 20 % des Abstandes der zugeordneten Wandbereiche 18, 18' eines entsprechenden Rohrabschnitts beträgt, und daß die Breite b eines Strömungsleitkörpers 12, 13 mindestens 25 % und maximal 300 % der Höhe h eines Strömungsleitkörpers 12, 13 beträgt.
Die Breite b, die Höhe h und die Länge I eines Strömungsleitkörpers 12, 13 kann über die Länge L des Tauchgießrohres 1 veränderlich sein.
Weiterhin zeigen die Figuren 1 und 2, daß die Querschnittsform eines Strömungsleitkörpers 12, 13 bevorzugt einer Rechteck- oder Trapezform folgt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß das Bodenelement 10 die Form eines nach beiden Seiten zu verjüngten Keils besitzt, was eine gleichmäßige Aufteilung des Schmelzenstromes in die beiden Austrittsrichtungen der Öffnungen 8, 8' begünstigt.
Eine weitergehende Abschrägung des Bodenelements 10 ist aus der Fig. 3 a erkennbar. Darüber hinaus können die Kanten eines Strömungsleitkörpers 12, 13 auch Verrundungen aufweisen.
Eine Ausgestaltung des Tauchgießrohres 1 nach der Erfindung ist in den Figuren 1a - 1c und 2a - 2c gezeigt. Dabei kann ein Strömungskanal 11 einen kreisförmigen, elliptischen bzw. elliptoidischen, konvexen oder polygonen Strömungsquerschnitt E aufweisen, und dieser kann über die Länge L des Tauchgießrohres veränderlich sein. Nach der Fig. 1a zeigt das Tauchgießrohr 1 im Längsschnitt zunächst im oberen Bereich I1 einen strichpunktiert angedeuteten rotationssymmetrischen Querschnitt, der mit einem stetigen Übergang zu einem abgeflachten Querschnitt in einen unteren Bereich I2 übergeht. Es folgen separat ausgebildete und bevorzugt die Querschnittsfläche beibehaltende Austrittsöffnungen 8, 8'. Diesen Bereichen I1 bzw. I2 sind nach der Erfindung ausgebildete Strömungsleitkörper 12 bzw. 13 zugeordnet, welche im oberen Bereich 13' besonders intensiv die Ausbreitung von gestörten radial ausgerichteten Strömungsformen bremsen.
Die Querschnittsform des Tauchgießrohres 1 im Bereich der Schnittebene A-A ist in der Fig. 1b dargestellt. Sie entspricht in etwa einem flachen Elliptoiden E mit trapezförmigen Strömungsleitkörpern 13, 13' mit der Höhe h und der Breite b.
Fig. 1c zeigt im Längsschnitt eine um 90 ° gegenüber der Fig. 1a geschwenkte Position der Querschnittsform des Tauchgießrohres 1 und den Verlauf eines von parallelen Wänden mit Strömungsleitkörpern 12 im oberen Bereich 11 keilförmig sich nach unten verjüngenden Wandbereichs mit Strömungleitkörpern 13, 13' im Abschnitt 12.
Der Einbau zusätzlicher aber durchgehender seitlicher Strömungsleitkörper 19 kann innerhalb der Austrittsöffnungen 8, 8' ebenfalls vorgesehen werden, wie dies in Fig. 2a dargestellt ist. Die Strömungsleitkörper 13, 13' können über die gesamte Länge L des Tauchgießrohres 1 bis in die Austrittsöffnungen 8, 8' geführt sein.