AT391128B

AT391128B - Schmelzgefaess fuer nichtmetallische stoffe

Info

Publication number: AT391128B
Application number: AT295985A
Authority: AT
Inventors: Gerhard Dipl Ing Dr Hubweber; Bernhard Dipl Ing Enkner
Original assignee: Voest Alpine Ag
Priority date: 1985-10-14
Filing date: 1985-10-14
Publication date: 1990-08-27
Also published as: ATA295985A

Description

Nr. 391 128

Die Erfindung betrifft ein Schmelzgefäß für nichtmetallische Stoffe, insbesondere für anorganische Oxide zur Erzeugung von Mineralfasern oder mineralischen Granulaten, mit einer im Boden des Gefäßes angeordneten verschließbaren Abstichöffnung, die in einem Ausgießstein, der vorzugsweise aus Molybdän gefertigt ist, angeordnet ist, wobei die Abstichöffnung, die außenseitig in eine Kammer übergeht und mittels eines im wesentlichen kegelförmig ausgebildeten axial verstellbaren Stopfens aus dem gleichen Werkstoff wie der Ausgießstein verschließbar ist, und wobei weiters im verschlossenen Zustand zwischen dem Stopfen und der Ausflußblende eine Linienberührung auftritt, und der Stopfen an einer Stopfenstange angeordnet ist, die im Bereich der Schmelzenbadoberfläche mit einer Kühlung versehen ist

Zur Erzeugung von Mineralfasern oder mineralischen Granulaten ist es wesentlich, daß neben einer chemischen und thermischen Homogenität des aus dem Schmelzofen austretenden Materials dieses einen konstanten Volumenstrom beim Eintritt in den Spinner bzw. in den Granulator aufweist.

Bei einem aus der DE-A-3 105 129 bekannten Schmelzgefäß tritt die Schmelze durch eine Abstichöffnung aus, welche von einem sich zur Innenseite des Gefäßes hin aufweitenden Innenrohr aus Kohlenstoff gebildet ist. Dieses Innenrohren Masse umgeben, in der in einem Abstand vom Innenrohr konzentrisch ein Außenrohr aus Kohlenstoff oder Metall eingebettet ist. Innen- und Außenrohr sind mit elektrischen Anschlußklemmen ausgerüstet. Die feuerfeste Masse zwischen den Rohren ist so ausgebildet, daß sie als Widerstandsheizleiter beim Anlegen von elektrischer Spannung an die beiden Rohre fungiert. Weiters ist ein Kühlmantel im ausflußseitigen Bereich des Innenrohres angebracht, der nach Abschalten der Heizung den Ausfluß von Schmelze durch Erstarren zum Stillstand bringen soll.

Der schmelzflüssige Stoff erstarrt während des Abstiches an der Wandung der Abstichöffnung, wodurch sich an dem die Abstichöffnung bildenden feuerfesten Innenrohr eine Schicht aufbaut, deren Stärke von der Beheizung des feuerfesten Rohres abhängig ist Geringfügige Änderungen der Temperatur der Schmelze bewirken ebenfalls bereits eine Änderung der Schichtdicke des an dem Innenrohr erstarrten Stoffes (des sogenannten "selflinings"), wodurch sich der Querschnitt der Abstichöffnung und die pro Zeiteinheit durch diese durchtretende Volumsmenge ändert

Dies kann sogar bis zu einem Verstopfen der Abstichöffnung führen. Es ist dann erforderlich, die Abstichöffnung wieder aufzubrechen, was mit Metallstangen vorgenommen werden muß. Abgesehen von der Gefährdung von Personen sind damit auch andere große Nachteile verbunden: Einerseits steigt der Flüssigkeitsspiegel im Ofen, andererseits wird während des Wiederanfahrens ein stark schwankender Flüssigkeitsstrahl erhalten, bis sich in der Abstichöffnung wieder einigermaßen thermisches Gleichgewicht einstellt Für die Zeit des Anfahrens wird kein verkaufsfähiges Produkt erhalten.

Eine Regelung der ausfließenden Menge der Schmelze ist bei diesem bekannten Schmelzgefäß praktisch nicht möglich. Ebensowenig ist es möglich, den Ausfluß des schmelzflüssigen Stoffes ohne großen Zeitverlust zu unterbrechen bzw. wieder in Gang zu setzen.

Nachteilig ist weiters, daß es auch zu einem Abplatzen einer in der Abstichöffnung erstarrten Schicht kommen kann, wodurch es zu einer Gefährdung durch plötzlich austretende Schmelze kommt.

Ein Schmelzgefäß der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 4,350,516 bekannt. Dieses bekannte Schmelzgefäß weist einen Ausgießstein mit einer mittels eines Stopfens verschließbaren langen, engen und zylindrischen Abstichöffnung auf, an deren Wandung der schmelzflüssige Stoff während des Abstiches erstarrt. Dieses bekannte Schmelzgefäß weist somit ebenfalls die vorgenannten Nachteile, wie Änderung des Durchtrittsquerschnitts der Abstichöffnung und der durchtretenden Volumsmenge, Verstopfen der Abstichöffnung, Anfahrprobleme, Abplatzen einer in der Abstichöffnung erstarrten Schicht etc. auf.

Aus der DE-AS 1 229 252 ist ein weiteres Schmelzgefäß mit einem Ausgießstein bekannt, dessen Abstichöffnung mittels eines Stopfens verschließbar ist. Bei diesem bekannten Schmelzgefäß ist die Abstichöffnung zur Gefäßaußenseite hin verjüngt ausgebildet, wodurch das "selflining" und die damit verbundenen Probleme in besonders hohem Maß auftreten.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und stellt sich die Aufgabe, ein Schmelzgefäß der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, aus dem Schmelze aus nichtmetallischen Stoffen mit einer hohen Temperatur mit in weiten Bereichen einstellbarem Volumsstrom austreten kann und bei dem die Abstichöffnung mit einfachen Mitteln schnell und sicher verschlossen bzw. wieder geöffnet werden kann, wobei innerhalb einer kurzen Zeitspanne ein pro Zeiteinheit konstanter Ausfluß an Schmelze erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abstichöffnung von einer Ausflußblende aus Graphit oder Molybdän gebildet ist und sich von einem engsten Querschnitt zum Gefaßinnenraum hin erweiternd sowie auch zur Gefäßaußenseite hin erweiternd ausgebildet ist, daß der sich zur Gefäßaußenseite hin erweiternde Querschnitt in eine von einem Deckel verschließbare Kammer, in die eine Inertgasleitung einmündet, übergeht, und daß der Stopfen und die Ausflußblende an einen Stromkreis angeschlossen sind.

Vorzugsweise weist die Ausflußblende eine torusförmige Öffnung auf, in die der kegelförmige Stopfen einsetzbarist.

Zweckmäßig ist die Kammer zur Abstichöffnung hin mit einer sich zur Abstichöffnung hin verengenden Kegeloberfläche gerichtet, an die zur Gefäßaußenseite hin ein zylindrischer Teil anschließt, wobei vorteilhaft eine Gaszuführungsleitung zur Zuführung inerten Gases den die Kammer verschließenden Deckel durchsetzt

Um ein Ansetzen von Schmelze am kegelförmigen Stopfen mit Sicherheit zu vermeiden, durchsetzt dieser -2-

Nr. 391 128 sowohl bei geschlossener Abstichöffnung als auch bei geöffneter Abstichöffnung den engsten Querschnitt derselben.

Um den Stopfen in einfacher Weise auswechseln zu können und dabei Material zu sparen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Stopfenstange an einer an dem unteren Ende mit einer Wasserkühlung ausgestatteten Verlängerungsstange lösbar befestigt

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Vertikal-Schnitt durch ein Schmelzgefäß und die Fig. 2 und 3 in zu Fig. 1 analoger Darstellung, jedoch in größerem Maßstab, weitere Ausführungsformen einer Stopfenstange zeigen.

Ein Schmelzgefäß (1) mit feuerfester Auskleidung (2) weist im Boden (3) eine Abstichöffnung (4) auf, die mittels eines kegelförmigen Stopfens (5) verschließbar ist Die Abstichöffnung (4) ist von einer in die feuerfeste Auskleidung (2) eingesetzten, mit einer torusförmigen Öffnung (6) versehenen Ausflußblende (7) gebildet. Wesentlich dabei ist, daß die Ausflußblende (7) und der kegelförmige Stopfen (5) aus dem gleichen Material, u. zw. entweder aus Molybdän oder aus Graphit, hergestellt sind und daß im verschlossenen Zustand zwischen dem Stopfen (5) und der Ausflußblende (7) Linienberührung auftritL

Die Abstichöffnung (4) mündet nach außen in eine Kammer (8), die sich zu~ die Gefäßaußenseite bildenden Metallmantel (9) des Gefäßes hin mittels einer Kegeloberfläche (10), an die ein zylindrischer Teil (11) anschließt, erweitert. Die Kammer (8) ist mittels eines, von einer Gaszuführungsleitung (12) für inertes Gas durchsetzten Deckels (13), der am Metallmantel (9) des Schmelzgefäßes schwenkbar befestigt ist, verschließbar.

Konzentrisch zum zylindrischen Teil (11) der Kammer (8) ist in die feuerfeste Auskleidung (2), die als elektrischer Isolator wirkt, ein doppelt geschlitztes Kohlerohr (14) eingebettet, das über zwei Anschlußklemmen (15), die gegebenenfalls mit einer Wasserkühlung versehen werden können, an einen Stromkeis angeschlossen ist, um die Kammer (8) zu beheizen.

Der kegelförmige Stopfen (5) ist an einer axial verschiebbaren Stopfenstange (16) angeordnet, die von oben her durch die Schmelze (17) geführt ist und im Bereich der Schmelzenbadoberfläche (18) zum Schutz vor Oxidation von einem wassergekühlten Mantel (19) umgeben ist

Zum Anwärmen der Berührungszone sind der Stopfen (5) und die Ausflußblende (7) an einen Stromkreis angeschlossen.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Arten einer Wasserkühlung (20) einer aus weniger hochwertigem Material als der Stopfen selbst gefertigten Stopfenverlängerungsstange (21), in deren unteres Ende (22), die wesentlich kürzer als gemäß Fig. 1 ausgeführte Stopfenstange (16) mittels eines Gewindes (23) angeschraubt ist, wodurch der Stopfen (5) in einfacher Weise auswechselbar ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Stopfenverlängerungsstange (21) im Bereich der Schmelzenbadoberfläche (18) direkt von der Wasserkühlung (20) umgeben, wogegen gemäß Fig. 3 die Stopfenstange (16) von einem konzentrisch im Abstand liegenden Kühlmantel (19) umgeben ist, wobei in beiden Fällen ein Kontakt der aus weniger hochwertigem Material (z. B. Stahl) gefertigten Stopfenverlängerungsstange (21) mit Schmelze (17) vermieden ist. Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform schließt der Kühlmantel (24) unmittelbar an das Ende (22) der Stopfenverlängerungsstange (21) an; gemäß der in Fig. 3 dargestellten Variante befindet sich das Ende (22) innerhalb des glockenförmig gestalteten Kühlmantels (25), u. zw. oberhalb des Badspiegels (26) im Innenraum (27) des Kühlmantels (25).

Die Funktion des Schmelzgefäßes ist folgende:

Die Regelung der Ausflußmenge erfolgt durch axiales Verschieben der Stopfenstange (16) und somit des Stopfens (5). Die austretende Schmelze folgt dabei der Kegelfläche des Stopfens (5) und kann so frei und ohne Wandberührung austreten. Dazu muß jedoch sichergestellt sein, daß der Stopfen (5) sowohl bei geschlossener, als auch bei geöffneter Abstichöffnung (4) den engsten Querschnitt derselben durchsetzt, also nicht über das Niveau (28) des engsten Querschnittes gehoben wird.

Zum Zwecke des Unterbrechens des Abstiches wird zunächst der Stopfen (5) soweit abgesenkt, bis er die Abstichöffnung (4) verschließt, worauf die Kammer (8) durch Einschwenken des Deckels (13) veschlossen und mit Inertgas (Argon) gespült wird. Hierdurch wird eine Oxidation des in die Kammer (8) reichenden Teiles des Stopfens (5) und der Ausflußblende (7) verhindert.

Die in der feuerfesten Auskleidung (2) eingebettete Kohlerohrheizung (14, 15) dient dazu, den im Feuerfestmaterial herrschenden Temperaturgradienten im Bereich unter der Ausflußblende (7) zu simulieren und so ein Anbacken von Schmelze im Schmelzgefäßinneren an der Ausflußblende (7) bei abgesenkter Stopfenstange (16) am Stopfen (5) zu verhindern. Zusätzlich kann zum leichteren Wiederöffnen die Berührungszone von Ausflußblende (7) und Stopfen (5) durch Widerstandsheizung über den Kontaktwiderstand der beiden angewärmt werden. Zu diesem Zweck sind die Ausflußblende (7) und der Stopfen (5) an einen Stromkreis angeschlossen.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern kann in verschiedener Hinsicht modifiziert werden, so kann anstelle der Kohlerohrheizung (14, 15) jede andere Heizeinrichtung, beispielsweise eine Induktionsspule, eingebaut werden. -3-

Claims

Nr. 391 128 PATENTANSPRÜCHE 1. Schmelzgefäß für nichtmetallische Stoffe, insbesondere für anorganische Oxide zur Erzeugung von Mineralfasern oder mineralischen Granulaten, mit einer im Boden des Gefäßes angeordneten verschließbaren Abstichöffnung, die in einem Ausgießstein, der vorzugsweise aus Molybdän gefertigt ist, angeordnet ist, wobei die Abstichöffnung, die außenseitig in eine Kammer übergeht und mittels eines im wesentlichen kegelförmig ausgebildeten axial verstellbaren Stopfens aus dem gleichen Werkstoff wie der Ausgießstein verschließbar ist, und wobei weiters im verschlossenen Zustand zwischen dem Stopfen und der Ausflußblende eine Linienberührung auftritt, und der Stopfen an einer Stopfenstange angeordnet ist, die im Bereich der Schmelzenbadoberfläche mit einer Kühlung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstichöffnung (4) von einer Ausflußblende (7) aus Graphit oder Molybdän gebildet ist und sich von einem engsten Querschnitt zum Gefäßinnenraum hin erweiternd sowie auch zur Gefäßaußenseite (9) hin erweiternd ausgebildet ist, daß der sich zur Gefäßaußenseite (9) hin erweiternde Querschnitt in eine von einem Deckel (13) verschließbare Kammer (8), in die eine Inertgasleitung (12) einmündet, übergeht, und daß der Stopfen (5) und die Ausflußblende (7) an einen Stromkreis angeschlossen sind.
2. Schmelzgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußblende (7) eine torusförmige Öffnung (6) aufweist, in die der kegelförmige Stopfen (5) einsetzbar ist.
3. Schmelzgefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (8) zur Abstichöffnung (4) hin mit einer sich zur Abstichöffnung (4) hin verengenden Kegeloberfläche (10) gerichtet ist, an die zur Gefäßaußenseite (9) hin ein zylindrischer Teil (11) anschließt.
4. Schmelzgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gaszuführungsleitung (12) zur Zuführung inerten Gases den die Kammer (8) verschließenden Deckel (13) durchsetzt.
5. Schmelzgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmige Stopfen (5) sowohl bei geschlossener Abstichöffnung (4) als auch bei geöffneter Abstichöffnung (4) den engsten Querschnitt derselben durchsetzt.
6. Schmelzgefäß nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenstange (16) an einer an dem unteren Ende (22) mit einer Wasserkühlung (19, 20) ausgestatteten Verlängerungsstange (21) lösbar befestigt ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-