DE3811077A1 - Einrichtung fuer die zerstaeubung eines giessstrahles fluessigen metalls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Zerstäubung eines Gießstrahles flüssigen Metalls mittels eines unter Druck aus mehreren Düsen austretenden Fluids, wobei die Düsen in der unteren Hälfte einer den Gießstrahl umgebenden Leitung angeordnet sind und die aus den Düsen austretenden Fluidstrahlen den Gießstrahl schneiden und das zerstäubte Metall auf einer bewegten Unterlage einen Körper bildet. Das Prinzip derartiger Vorrichtungen bzw. Verfahren ist bekannt z.B. aus Stahl u. Eisen, 107 (1987), S. 333 bis 336 bzw. der DE-PS 22 52 139.

Gemäß diesen bekannten Verfahren fließt flüssiges Metall aus einer Pfanne mit regelbarem Ausflußquerschnitt in einen Verteiler, dessen Füllhöhe zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Durchsatzes konstant gehalten wird. Der Verteiler besitzt eine Ausflußöffnung mit vorgewähltem Querschnitt, die in eine Zerstäubungseinrichtung hineinragt.

Die Zerstäubungseinrichtung besteht üblicherweise aus einer stehenden Leitung, in der zahlreiche Bohrungen oder Düsen unter einem gleichen Neigungswinkel so angebracht sind, daß der zentrisch durch die Ringleitung fließende Metallstrahl unterhalb der Ringleitung von inertem Zerstäubungsgas getroffen wird. Dabei bildet sich bei stehender Zerstäubungseinrichtung ein symmetrischer Sprühkegel, der aus dem Gasstrom und kleinen Metallpartikeln besteht. Die durch den Gasstrom beschleunigten Partikel treffen mit hohem Impuls in teilweise erstarrtem Zustand auf eine Unterlage und bilden dort einen Formkörper. Zur Erzeugung von bandförmigem Vormaterial wird die Auflage unter dem Sprühstrahl hinwegbewegt. Die Breite des erzeugten Formkörpers kann durch Schwingen der Gasdüseneinrichtung um eine parallel zur Vorschubrichtung der Auflage liegende Achse oder durch die Breite des Sprühstrahls bei feststehender Gasdüse variiert werden (siehe z.B. EPO 2 25 080 A1).

Bei diesen bekannten Verfahren und Einrichtungen ist nachteilig, daß über die Breite des zu erzeugenden Bandes gesehen eine Materialanhäufung im Mittenbereich des Bandes erfolgt. Will man diesen Formkörper dem Endprofil stärker anpassen, müssen hohe Sprühgutverluste in Kauf genommen werden, ohne ein befriedigendes Ergebnis zu erzielen.

Aus der US-PS 40 66 117 ist es ferner bekannt, den Düsen eines Zerstäuberringes eine derartige Neigung zu erteilen, daß die Gasstrahlen der Düsen in zwei untereinander liegenden Schnittpunkten mit der Gießstrahlachse liegen. Dabei besitzen unmittelbar nebeneinander angeordnete Düsen abwechselnd eine unterschiedliche Neigung zur Gießstrahlachse. Dadurch soll eine Bündelung des Sprühgutes im Sinne einer Verkleinerung der kreisförmigen Auftrefffläche erzielt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Mengenverteilung der Partikel im Sprühstrahl über den Querschnitt derart zu beeinflussen, daß das Profil des Sprühstrahles zu einer gleichmäßigeren Dicke des erzeugten Körpers über seine Breite führt und Verluste des Sprühgutes im Randbereich verringert werden.

Bei einer Einrichtung gemäß Gattungsbegriff des Hauptanspruches 1 wird diese Aufgabe gelöst mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele darstellen, soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 den Aufbau einer Gesamtanlage im Schnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht der Zerstäubungseinrichtung,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2,

Fig. 4 eine Abwandlung der Zerstäubungseinrichtung in Draufsicht,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 4,

Gemäß Fig. 1 ist in einem Vorratsgefäß 1 Metallschmelze 2 enthalten, die durch einen Ausguß 3 und eine anschließende Führungsdüse 4 einer Zerstäubungseinrichtung 5 zugeführt wird. Die Zerstäubungseinrichtung 5 ist mit Zuleitungsrohren 6 verbunden, mit denen ein Fluid, insbesondere Gas, zugeführt wird. Der aus der Führungsdüse 4 austretende Gießstrahl 7 wird durch das aus Düsen einer ringförmigen Leitung 8 austretende Fluid zerstäubt. Dabei bildet sich ein Sprühstrahl 9. Das so erzeugte Sprühgut 10 wird auf einem Träger 11 aufgefangen und der Weiterverarbeitung, z.B. einem Walzprozeß, zugeführt.

In den Fig. 2 und 3 ist die das Fluid führende Leitung 8 als Ringleitung dargestellt. Die Leitung 8 umgibt den Gießstrahl 7, dargestellt als Längsachse V der ringförmigen Leitung 8, konzentrisch. Die Leitung 8 ist mit Düsen bzw. Bohrungen 12 versehen, die voneinander gleiche Abstände aufweisen. Die Düsen 12 sind zur Achse V derart geneigt, daß die Düsenachsen 13, 13′ die Achse V in Fließrichtung des Gießstrahles 7 gesehen, unterhalb der Leitung 8 schneiden. Dabei sind Düsen mit gleicher Achsneigung zusammengefaßt derart, daß jeweils zwei sich gegenüberliegende Gruppen gleiche Neigungswinkel α 1 und α 2, nebeneinanderliegende Gruppen unterschiedliche Neigungswinkel (α 1, α 2) aufweisen. In Fig. 2 weisen die Gruppen 14, 15 den gleichen Neigungswinkel α 2 auf, während die Gruppen 16, 17 den abweichenden Neigungswinkel α 1 aufweisen. In Fig. 3 sind die Gruppen 14, 16 mit jeweils unterschiedlichem Neigungswinkel α 1, α 2 dargestellt. Alle Düsengruppen sind mit gleichem Druck des Fluids beaufschlagt. Daraus ergibt sich zunächst, daß durch die Düsen 7 der Gruppen 14, 15 die übliche Zerstäubung des Gießstrahles im Schnittpunkt 18 erfolgt, mit einer im wesentlichen kegelförmigen Ausbildung des Sprühstrahles, also mit praktisch kreisringförmiger Grundfläche. Der so gebildete Sprühkegel wird durch die Fluidstrahlen der Düsen 12 der Gruppen 16, 17 mit tiefer­ liegendem Schnittpunkt 19 der Düsenachsen 13 mit der Gießstrahlachse V erfaßt und in einen Sprühkegel mit etwa ovaler bzw. elliptischer Grundfläche umgeformt. Die Gruppen sind so angeordnet, daß die den ersten Schnittpunkt 18 erzeugenden Düsen von der Abzugsrichtung 20 des Trägers 11 bzw. Sprühgutes 10 in der Draufsicht geschnitten werden, die Düsengruppen 16, 17 mit dem tieferliegenden Schnittpunkt 19 demgemäß neben der Abzugsrichtung 20 liegen. Das bedeutet, daß die Achse der elliptischen Grundfläche des Sprühkegels parallel zur Abzugsrichtung 20 des Sprühgutes liegt. Dadurch wird erreicht, vor allem bei pendelnder Bewegung der Düse zur Bestreichung der gesamten Trägerbreite bei Erzeugung eines bandförmigen Körpers, daß das Dickenprofil über die Sprühgutbreite gleichmäßiger ist und gleichzeitig der Overspray-Anteil (Partikel, die neben dem Träger vorbeifliegen oder durch flachen Auftreffwinkel auf den Träger abprallen und dadurch zur Körperbildung nicht mehr beitragen) minimiert wird. Gleichzeitig wird die Porosität des erzeugten Körpers durch den konzentrierten Sprühstrahl verringert.

Fig. 4 und 5 zeigen weitere Varianten der erfindungsgemäßen Zerstäubungseinrichtung. Die Düsen 12 sind hier zu konzentrischen Gruppen 21, 22 zusammengefaßt. Die innere konzentrische Gruppe 21 weist Düsen 7 mit gleichem Neigungswinkel α i auf, während die äußere konzentrische Gruppe 22 nach einer ersten Variante ebenfalls untereinander gleiche, jedoch vom Neigungswinkel α i unterschiedliche Neigungswinkel α 1, oder gemäß einer zweiten Variante sektorenweise Düsen mit unterschiedlichem Neigungswinkel aufweist, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Umformung des Sprühkegels wird durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung der einzelnen Sektoren der äußeren Gruppe erreicht. Dadurch wird eine größere Dichte des Sprühgutes erreicht.

Claims (9)

1. Einrichtung für die Zerstäubung eines Gießstrahles flüssigen Metalls mittels eines unter Druck aus mehreren Düsen austretenden Gases, wobei die Düsen in der unteren Hälfte einer den Gießstrahl umgebenden Leitung angeordnet sind und die Düsenachsen die Gießstrahlachse in in Abstand untereinander liegenden Schnittpunkten schneiden und das zerstäubte Metall auf einer bewegten Unterlage einen Körper bildet, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen (12) zu Gruppen (14, 15, 16, 17, 21, 22) zusammengefaßt sind derart, daß die Gruppen bei unterschiedlichem Abstand von der Gießstrahlachse einen gleichen Neigungswinkel oder bei gleichem Abstand unterschiedliche, innerhalb einer Gruppe gleiche Neigungswinkel, nebeneinander liegende Gruppen jedoch unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen, wobei die Gruppen mit gleichem Abstand und gleichem Neigungswinkel der Düsen einander gegenüberliegend angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei kreisringförmiger Anordnung der Düsen (12) eine Gruppe einem Quadranten eines Kreisringes entspricht.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen mit den Düsen mit größerem Neigungswinkel in der Draufsicht von der Längsachse der Unterlage (Träger 11) für das Sprühgut (10) mittig geschnitten werden.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen mit gleichem Neigungswinkel mit einem gleichen Druck des Gases beaufschlagt sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (12) auf mehreren zur Achse V konzentrischen Linien der Ringleitung (8) angeordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (8) ovale Gestalt besitzt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die große und die kleine Achse ein Verhältnis von 1,1 bis 2,5 aufweist und der Anstellwinkel der Düsen (12) auf den Umfang gleich ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (8) eine länglich rechteckige Gestalt besitzt und alle Düsen einen gleichen Neigungswinkel besitzen.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (8) um ihre größere Achse drehoszillierbar ist.