DE102007004958B4

DE102007004958B4 - Stopfen zur Verwendung in metallurgischen Einrichtungen

Info

Publication number: DE102007004958B4
Application number: DE200710004958
Authority: DE
Original assignee: INNOTEC Ltd
Current assignee: PIRE FEUERFESTE PRODUKTE GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2027-01-27
Also published as: DE102007004958A1; DE202007019036U1

Abstract

Stopfen (1, 1b, 100) für die Regelung des Zuflusses von flüssigem Metall von einem Behälter in eine Gussanlage, aufweisend:
a) eine Haltestange (5) zur Fixierung an einer externen Vorrichtung, welche die Position des Stopfens (1, 1b) kontrolliert, wobei
aa) die Haltestange (5) eine erste Bohrung (5b) für die Durchleitung von Inertgas durch den Stopfen (1, 1b) zum Austritt aus mindestens einer im Stopfen (1, 1b) befindlichen Düse (22) aufweist,
b) einen die Haltestange (5) umgebenden Stopfenkörper (3) und
c) eine die Haltestange (5) umgebende Stopfenkappe (4), beide aus feuerfestem Material,
d) eine zweite Bohrung (3a), die längs durch den Stopfen (1, 1b) zur mindestens einen Düse (22) geführt ist, wobei
bb) die mindestens eine Düse (22) an der Spitze der Stopfenkappe (4) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Düse (22) als Düsenpfropfen (8a) ausgebildet ist, der durch eine im Wesentlichen umgekehrt...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Stopfen für die Regelung des Zuflusses von flüssigem Metall von einem Behälter in eine Gussanlage, aufweisend, eine Haltestange zur Fixierung an einer externen Vorrichtung, welche die Position des Stopfens kontrolliert, wobei die Haltestange eine erste Bohrung für die Durchleitung von Inertgas durch den Stopfen zum Austritt aus mindestens einer im Stopfen befindlichen Düse aufweist, einen die Haltestange umgebenden Stopfenkörper und eine die Haltestange umgebende Stopfenkappe, beide aus feuerfestem Material, eine zweite Bohrung, die längs durch den Stopfen zur mindestens einen Düse geführt ist, wobei die mindestens eine Düse an der Spitze der Stopfenkappe angeordnet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Stopfens.
Zum Gießen von Endlossträngen aus hochwertigem Stahl wird flüssiger Stahl aus einer Gusspfanne über eine gasdichte Entleerungsvorrichtung aus der Gusspfanne in einen Vorratsbehälter gegossen der seinerseits eine geschmolzene Schicht eines Schmelzpulvers auf der flüssigen Stahlschicht aufweist und mit mindestens einem Abfluss versehen ist, der in einer gekühlten Kokille endet, die ihrerseits in einen Kanal und eine Stranggussstrasse übergeht. Um die Zuflussmenge des flüssigen Stahls in die Kokille zu kontrollieren, werden die Abflüsse des Vorratsbehälters mit Hilfe einer Stopfenstange geöffnet und geschlossen, wobei die Abflüsse und die Stopfenstangen korrespondierende Formen aufweisen, sodass die Kombination aus den Abflüssen in den Vorratsbehältern und den Stopfenstangen ähnlich wie ein Nadelventil funktionieren. Im Gegensatz zu einem bekannten Nadelventil sind die Dimensionen einer derartigen Vorrichtung wesentlich größer. So weist allein der Stopfen eine Höhe zwischen einem Meter und zwei Metern auf. Die mit dem flüssigen Stahl in Verbindung stehenden Teile sind dabei einer erheblichen Korrosion durch Hitze und chemisch aggressiven Stoffen ausgesetzt. Speziell der Stopfen ist einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt, wenn dieser mit hohen Kräften von der erkaltenden Stahlmasse im Abfluss des Vorratsbehälters gelöst und gegen die Auftriebswirkung des flüssigen Stahls in den Abfluss hineinge drückt wird. Darüber hinaus ist der Stopfen der Hitze und der mechanischen Reibung des hochdichten, flüssigen Stahls ausgesetzt, wobei der Stopfen an den Phasengrenzen von Stahl zu Schmelzpulver beziehungsweise von Schmelzpulver zu Luft einer erhöhten chemischen Korrosion ausgesetzt ist, da sowohl der Luftsauerstoff bei Erhitzung und auch das Schmelzpulver in flüssiger Form hochgradig korrodierend wirkt. Die Funktion des Schmelzpulvers ist dabei, die Oberfläche des flüssigen Stahls in dem Vorratsbehälter vor Luftsauerstoff abzudecken und gegebenenfalls aus dem Stahl ausgetriebene Schlackereste aufzunehmen und zu lösen. Um die letzten verbliebenen Schlackereste aus dem flüssigen Stahl auszutreiben, ist es bekannt, durch den Stopfen ein Inertgas zu pressen, wobei die feinen Gasbläschen in dem flüssigen Stahl die Aufgabe haben, die in dem flüssigen Stahl eingebettete Schlacke zu flotieren und an die Oberfläche zu transportieren.
Ein Stopfen, der einer derartigen physikalischen Belastung und Korrosion ausgesetzt ist, hat eine nur begrenzte Lebensdauer. Dabei wird der Umfang des Stopfenkörpers durch Korrosion verringert, durch gegebenenfalls anhaftenden und erkaltenden Stahl verformt und es werden Stücke aus der Feuerfestschicht herausgebrochen und die Materialien des Stopfens werden durch die andauernde Hitze spröde.
Aus diesem Grund werden die Stopfen nach wenigen Gießvorgängen ausgewechselt, wodurch nicht unerhebliche Kosten für den Strangguss entstehen.
Der Stopfen ist nicht nur einer hohen chemischen und physikalischen Korrosion ausgesetzt, sondern es werden an den Stopfen auch noch erhöhte Anforderungen, wie beispielweise mechanische Stabilität und Gasdichtigkeit gestellt. Speziell beim Durchleiten eines Inertgases durch den Stopfen wird verlangt, dass der Stopfen eine hohe Gasdichtigkeit aufweist, damit der Stopfen keine Fremdluft zieht und dadurch Zunder in den zu gießenden Strang einbringt. Dabei soll das Inertgas mit einem definierten Blasendurchmesser unter vergleichsweise hohem Druck in den flüssigen Stahl eingebracht werden, damit feine Bläschen entstehen, durch die vorhandene Schlackereste im Stahl flotiert werden. Damit die Blasen eine vordefinierte und reproduzierbare Größe aufweisen, ist es wichtig, dass die Düse eine definierte Mündung aufweist, die zu einer feinen Blasenbildung führt.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 01/08837 A1 ist ein herkömmlicher Stopfen bekannt, welcher eine Stopfenkappe und einen Stopfenkörper aufweist. In der Stopfenkappe ist ein poröser Stopfen angeordnet, durch den ein Inertgas hindurch treten kann und anschließend die Stopfenkappe durch einen Auslass verlässt. Dieser Stopfen weist keine Düsenbohrung auf, sodass das Inertgas mit relativ hohem Druck durch den Stopfen gedrückt werden muss, um ausreichend Inertgas in das flüssige Metall um den Stopfen abzugeben. Unterhalb des Stopfens ist ein Düsenkanal in der Stopfenkappe angeordnet, welcher sich zweifach konisch verjüngt. Dieser Düsenkanal ist den oben beschriebenen Belastungen ausgesetzt, wodurch Material der Stopfenkappe ausbrechen und ein Auswechseln des Stopfens erforderlich werden kann.
Aus der EP 0 106 822 B1 ist ein Düseneinsatz für ein Einblasrohr zum Einblasen von pulverförmigen Material und/oder Gas zum Beispiel in einem Stahlbad bekannt. Der Düseneinsatz ist rohrförmig gestaltet und besteht beispielsweise aus einem keramischen Material, wobei ein keramisches Bindemittel, Gewinde oder eine Schrumpfung in der Einblasrohrspitze eingebracht sein kann.
Aus der EP 1 736 260 A1 ist eine Stopfenstange zur Fließsteuerung des geschmolzenen Metalls bekannt, welche einen länglichen Körper und ein sich von einer oberen Oberfläche des Körpers in Richtung auf sein gegenüberliegendes unteres Ende erstreckendes Bohrloch aufweist. Hierbei mündet zumindest ein wendelartig gestalteter Gaskanal in das Bohrloch.
Aus der EP 1 401 600 B1 ist ein Monoblockstopfen mit einer inneren Kammer und ein eine Gasaustrittsöffnung aufweisenden Stopfenkörper sowie eine sich über den Boden der inneren Kammer erstreckende Stange bekannt, wobei zwischen dem unteren Ende der Stange und der Gasaustrittsöffnung ein poröser Stöpsel eingesetzt werden kann.
Aus dem Stand der Technik sind somit einzelne Maßnahmen bekannt, wie eine Fixierung eines Düseneinsatzes in der Einblasrohrspitze, beispielsweise über ein Gewinde, erfolgen kann. Die aufgezeigten Maßnahmen konnten das Problem der Befestigung bisher nicht zufriedenstellend lösen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Stopfen zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem herkömmliche, insbesondere gebrauchte Stopfen zu den erfindungsgemäßen Stopfen umgearbeitet werden können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Düse als Düsenpfropfen ausgebildet ist, der durch eine im Wesentlichen umgekehrt verjüngende Form und/oder durch eine Hinterschneidung in der Spitze der Stopfenkappe verankert ist, wobei der Düsenpfropfen eine erste Ringnut aufweist, die zu einer zweiten Ringnut in der Spitze der Stopfenkappe korrespondiert, wobei der durch die beiden Ringnuten entstehende Ringraum mit einem bei Erwärmung expandierenden Kitt ausgefüllt ist.
Die dazu korrespondierende Erfindungsaufgabe, ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stopfens aus herkömmlichen und insbesondere aus gebrauchten Stopfen aufzuzeigen, wird gelöst durch die Schritte: Die Einbringung einer weiteren Bohrung in die Stopfenkappe und Einsetzen eines Düsenpfropfens in diese Bohrung, wobei der Düsenpfropfen mit der Stopfenspitze durch zwei in dem Düsenpfropfen und der Stopfenspitze angeordnete, korrespondierende und mit bei Erwärmung aufquellendem Kitt gefüllte Ringnuten gedichtet wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stopfens und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Stopfen ist, dass die Düse als Düsenpfropfen ausgebildet ist, der durch eine im Wesentlichen umgekehrt verjüngte Form und/oder durch eine Hinterschneidung in der Spitze der Stopfenkappe verankert ist. Im Stand der Technik wird zur Einbringung von Inertgas in den flüssigen Stahl eine Bohrung durch das feuerfeste Material verwendet, wodurch einerseits das feuerfeste Material mit diesen feinen Bohrungen versehen werden muss und es ist notwendig, die Öffnung der Düse genau auszubilden. Da das feuerfeste Material spröde ist, neigt die Düsenöffnung dazu, auszubrechen, wodurch eine vergrößerte Düsenöffnung entsteht, durch die größere Blasen des Inertgases in den flüssigen Stahl eingebracht werden. Die flotierende Wirkung der Blasen reduziert sich dabei, der Gasbedarf wächst und die Effektivität des Einsatzes von Inertgas verringert sich bei dieser Degeneration der Düsenspitze. Dadurch, dass eine eigene Düsenspitze in die Stopfenkappe eingebracht wird, ist es möglich, auf einen fein eingestellten Düsenpfropfen zurückzugreifen, der aus feuerfestem Beton oder gegebenenfalls aus einem besonders harten Keramikmaterial besteht, wobei der keramische Düsenpfropfen in kleiner Größe in einem eigenen Fertigungsprozess gebrannt werden kann. Daneben ist es auch möglich, den Düsenpfropfen aus einem feuerfesten Beton herzustellen, wobei in dem Beton ein Röhrchen eingegossen ist und wobei das Röhrchen aus einem Metall gefertigt sein kann, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der des flüssigen Stahls. Auch auf diese Weise wird erreicht, dass der Düsenpfropfen eine besonders hohe Stabilität gegenüber Ausbrechen aufweist und so wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Blasen die in den Stahl eingebracht werden, von reproduzierbarer Größe und somit von gleichbleibender Effektivität sind.
Durch die umgekehrt verjüngte Form oder die Hinterschneidung in der Spitze der Stopfenkappe wird erreicht, dass der Düsenpfropfen auch durch sehr hohe Drücke nicht aus der Stopfenkappe herausgedrückt wird. Hierdurch wird nicht nur ein wirtschaftlicher Nachteil verhindert, der dadurch entsteht, dass der Stopfen ausgewechselt werden muss, sondern es wird auch eine gefährliche Situation verhindert, die dazu führt, dass durch den hohen Druck des Inertgases der flüssige Stahl aus dem Vorratsbehälter spritzt und somit das in der Nähe stehende Personal gefährdet.
Zur Abdichtung der als Düsenpfropfen ausgebildeten Düse ist vorgesehen, dass der Düsenpfropfen um seinen Umfang herum eine Nut aufweist, die in bevorzugter Weise eine Ringnut ist, die um einen konischen oder einen zylindrischen Teil des Düsenpfropfens herum angebracht worden ist. Die zur Form des Düsenpfropfens korrespondierende Negativform in der Stopfenkappe weist an entsprechender und korrespondierender Stelle ebenfalls eine Ringnut auf. Wenn der Düsenpfropfen in die Bohrung der Stopfenkappe eingebracht wird, werden beide Ringnuten mit einem bei Erwärmung quellenden Kitt ausgefüllt, sodass sich die beiden mit Kitt ausgefüllten Ringnuten gegenüberliegen und bei Erwärmung quillt der Kitt und verbindet sich somit. Auf diese Weise wird eine feste Verbindung zwischen dem Düsenpfropfen und der Stopfenkappe ausgebildet, wobei diese Verbindung außerdem hochgradig gasdicht ist, da der quellende Kitt sich in gegebenenfalls vorhandene kapillare Öffnungen hinein presst und somit Gasdichtigkeit erzeugt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Düsenpfrop fens in der Stopfenkappe wird eine hohe Stabilität gegenüber Auspressen des Düsenpfropfens aus der Stopfenkappe erzielt, wobei gleichzeitig ein hohes Maß an Dichtigkeit erreicht wird. In vorteilhafter Weise kann durch die vorgeschlagene Verbindung von Düsenpfropfen und Stopfenkappe auf Gewinde oder ähnliche vergleichsweise aufwändig herzustellende Verbindungselemente verzichtet werden.
In vorteilhafter Weise weist der Düsenpfropfen mindestens eine Düsenöffnung auf, wobei die mindestens eine Düsenöffnung in Bezug auf die Achse des Stopfens axial ausgeführt ist, radial ausgeführt ist oder zwischen diesen Richtungen ausgerichtet ist. Zur Herstellung des qualitativ hochwertigen Stahls ist es wichtig, dass das Inertgas so in den flüssigen Gussstahl eingedüst wird, dass die Bläschen das Volumen des Gussstahls gleichmäßig durchströmen. Auf diese Weise wird verhindert, dass einige Volumina des flüssigen Stahls stark mit Blasen durchströmt werden und insofern von Schlackeresten durch Flotation befreit werden und andere Volumina stets undurchströmt bleiben, wodurch diese Volumina Schlacken aufweisen können. Für eine gleichmäßige Eindüsung des Inertgases ist es somit wichtig, durch Experimente herauszufinden, wie die ideale Eindüsung vorgenommen werden muss. Dabei hängt der exakte Ort für eine effektive Eindüsung stark von den weiteren Parametern, speziell von der Form des Abflusses aus dem Vorratsbehälter ab. Vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Eindüsungsort an der Spitze des Stopfens angeordnet ist und noch bevorzugter ist es, wenn der Eindüsungsort an der Spitze und radial um die Spitze verteilt vorliegt.
Um die Form des Düsenpfropfens, speziell die Düsenform des Düsenpfropfens aufrecht zu erhalten, ist vorgesehen, dass in den Düsenpfropfen ein Röhrchen eingebracht ist, welches die Düsenöffnung des Düsenpfropfens besonders dann stabilisiert, wenn der Düsenpfropfen aus feuerfesten Beton hergestellt worden ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Bohrung durch den Stopfenkörper, durch den die Haltestange geführt wird, nahe des Fußes des Stopfenkörpers ein armierter Graphitring eingebracht ist, der in einer bei Erwärmung quellender Ölemulsion gebettet ist. Dieser armierte Graphitring umschließt die Haltestange und das bei Erwärmung aufquellende Öl drückt sich in laminare Öffnungen, die gegebenenfalls zwischen der Haltestange und der Bohrung im Stopfenkörper vorhanden sein können.
Zwar wird die Haltestange innerhalb des Stopfens zumindest teilweise in einem bei Erwärmung expandierenden Kitt eingebettet, wobei der bei Erwärmung expandierende Kitt sich in die Gewindezüge der Haltestange eindrückt, jedoch ist nicht ganz auszuschließen, dass der Kitt laminare Öffnungen frei lässt, durch die gegebenenfalls Falschluft angesogen werden könnte. Diese Falschluft würde dazu führen, dass statt den Stahl durch Inertgas von Schlacke und Zunder zu befreien, Luft in den Stahl eingebracht wird, der gerade zur Bildung von Zunder führt und daher die Qualität des Stahls verringern würde. Gerade die Kombination des bei Erwärmung expandierenden Kitts, in denen die Haltestange eingebettet ist, und der armierte Graphitring mit der bei Erwärmung aufquellenden Ölemulsion bietet eine hohe Dichtigkeit für das durch die Stopfenstange gepresste Inertgas, das zunächst durch eine Bohrung in der Haltestange in den Stopfen hineingepresst wird. Dabei wird die Verbindungsstelle zwischen Haltestange und Stopfenkörper durch die quellende Ölemulsion und den quellenden Kitt gedichtet und von dem Stopfenkörper aus dringt das Inertgas in die Stopfenkappe, wo es dann, gedichtet durch die beiden korrespondierenden Ringnuten, die mit einem bei Erwärmung quellenden Kitt ausgerüstet sind, durch den Düsenpfropfen und entweicht aus dem Stopfen am Ende des Düsenpfropfens an der Düsenöffnung. Alternativ zu einem Düsenpfropfen kann auch ein keramischer Düsenpfropfen benutzt werden, der eine hohe Porosität aufweist und so durch seine poröse Bauweise Gas in dem flüssigen Stahl dispergiert.
In vorteilhafter Weise ist der Stopfen zweiteilig ausgeführt, wobei die Stopfenkappe und der Stopfenkörper miteinander verschraubbar ausgeführt sind. Dabei ist die Verbindung des Stopfenkörpers mit der Stopfenkappe und/oder die Verbindung des Stopfenkörpers mit der Haltestange aus einer Kombination von Innen- und Außengewinde ausgeführt, wobei mindestens eines der Gewindeteile aus einem keramischen Material besteht. Dadurch, dass eines der korrespondierenden Gewindeteile aus Keramik besteht, wird verhindert, dass durch die intensive Hitze die ineinandergeschraubten Gewindeelemen te aneinander haften und so gegebenenfalls unlösbar miteinander verbunden beziehungsweise verklemmt sind.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Stopfenkörper und/oder die Stopfenkappe aus einer graphitierten Keramik bestehen. Gerade die Graphitierung führt zu einer chemischen Passivierung gegenüber dem Schmelzpulver, sodass die Korrosion des Stopfens langsamer voranschreitet als wenn der Stopfen nicht graphitiert ist.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Stopfenkörpers und/oder der Stopfenkappe glasiert ist. Die Glasur, die gegebenenfalls bei geringer Temperatur in das feuerfeste Material des Stopfens eingebracht werden kann, führt zu einer erhöhten Dichtigkeit des Stopfens gegenüber Fremdluft, sodass auch hierdurch keine Fremdluft in den zu gießenden Strang eingebracht wird, wodurch sich die Qualität des damit hergestellten Stahls erhöht. Durch die Glasierung wird die Porosität des Stopfens, die üblicherweise etwa 19% beträgt, gedichtet. Durch diese Porosität kann Fremdluft in den Stopfen gezogen werden, wenn beispielweise Edel- oder Inertgas mit hoher Geschwindigkeit durch den Stopfen geleitet wird und daher einen Unterdruck an der Innenwandung des Stopfens durch den Bernoulli-Effekt erzeugt. Durch diesen Unterdruck kann Sauerstoff in den Stahl gelangen, was den Stahl unbrauchbar machen würde. Der Unterdruck kann auch durch ein plötzliches relatives Absacken des Flüssigstahlpegels entstehen, beispielweise, wenn der Stopfen bewegt wird. Durch das pulsartige Absacken des Stahlpegels kann Luft durch Undichtigkeiten in den Stopfen gesogen werden und in den Stahl gelangen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird von der Glasur abgesehen und ein geschlossenes Rohr im Inneren des Stopfens, bevorzugt in der Bohrung im Stopfen, verbindet die Bohrung in der Haltestange mit der Düse in der Stopfenkappe. Durch das geschlossene Rohr wird ein Fremdlufteintritt in den Stopfen verhindert, weil das Inertgas ausschließlich durch das geschlossene Rohr zur Düse geleitet wird. Es ist darüber hinaus auch möglich, die Verrohrung und die Glasur gleichzeitig einzusetzen. Damit das Rohr einfach in den Stopfen eingebracht werden kann, speziell bei der Aufarbeitung herkömmlicher Stopfen, ist vorgesehen, das Rohr mit Hilfe von Schraubverbindungen an die Haltestange und die Düse anzubringen.
Erfindungsgemäß wird auch vorgeschlagen, den erfindungsgemäßen Stopfen durch Wiederaufarbeitung eines gebrauchten, aus dem Stand der Technik bekannten Stopfen herzustellen. Hierzu wird zunächst eine Bohrung in die Stopfenkappe eines zerlegten Stopfens eingebracht und in diese Bohrung wird ein Düsenpfropfen eingesetzt, wobei der Düsenpfropfen mit der Stopfenspitze durch zwei in dem Düsenpfropfen und der Stopfenspitze angeordneten, korrespondierenden und mit bei Erwärmung aufquellenden Kitt gefüllten Ringnuten gedichtet wird. Auf diese Weise kann ein Stopfen aufgearbeitet werden, wobei sich die Qualität der Inertgasdüse nicht nur nicht verschlechtert, sondern sogar im Gegenteil verbessert. Denn überraschender Weise hat sich gezeigt, dass gerade der zum erfindungsgemäßen Stopfen umgearbeitete, gebrauchte Stopfen aus dem Stand der Technik dem ursprünglichen Stopfen aus dem Stand der Technik überlegen ist, weil er eine gleichmäßigere Bedüsung mit Inertgas erlaubt und weil dieser Stopfen eine höhere Dichtigkeit gegenüber Falschluft aufweist. Zusätzlich wird ein armierter Graphitring in den Fuß des Stopfenkörpers eingebracht, wobei der armierte Graphitring in einer bei Erwärmung aufquellender Ölemulsion eingebettet ist. Dieser armierte Graphitring umgreift die Haltestange, wenn diese in den Stopfenkörper eingesetzt und mit bei Erwärmung aufquellenden Kitt in der Bohrung des Stopfenkörpers gedichtet wird.
Um einen gebrauchten Stopfen aus dem Stand der Technik aufarbeiten zu können, ist es mithin notwendig, die an dem Stopfen haftenden Schlacke- und Metallreste durch Abdrehen, Abschälen und/oder Abschmelzen zu entfernen, wobei in vorteilhafter Weise ein Hartmetallwerkzeug auf einer Drehbank benutzt wird, und wobei eine Formschablone zum Einsatz kommt, damit die Formschlüssigkeit zwischen dem Stopfen und dem Auslass an dem Vorratsbehälter nicht nachteilig beeinflusst wird.
In konkreter Ausgestaltung des Verfahrens zur Aufarbeitung eines gebrauchten Stopfens für die Regelung des Zuflusses von flüssigen Metall von einem Behälter in eine Gussanlage wird wie folgt vorgegangen. Entfernung der Haltestange und der Stopfenkappe vom Stopfenkörper. Danach wird der Stopfenkörper abgedreht, abgeschält oder abgeschmolzen, wobei auf der Stopfenkappe anhaftende Metall- und/oder Schlackereste entfernt werden. Das Abdrehen, Abschälen und/oder Abschmelzen erfolgt mit Hilfe einer Formschablone, um die Funktonalität des Stopfens nicht zu beeinträchtigen. Nach dem der Stopfenkörper äußerlich von Schlacke- und/oder Metallresten befreit ist, wird eine weitere Bohrung in die Stopfenkappe eingebracht und in diese Bohrung wird ein Düsenpfropfen eingesetzt, wobei dieser Düsenpfropfen mit der Stopfenspitze durch zwei in dem Düsenpfropfen und der Stopfenspitze angeordneten und korrespondierenden und mit bei Erwärmung aufquellenden Kitt geführten Ringnuten gedichtet wird. Zusätzlich wird ein Graphitring in den Fuß der Stopfenkappe eingebracht, wobei der armierte Graphitring in einer bei Erwärmung aufquellenden Ölemulsion eingebettet ist. Dieser Graphitring dichtet den Fuß des Stopfenkörpers, der die Haltestange umgreift. Zusätzlich zur Dichtung durch das bei Erwärmung aufquellende Öl ist vorgesehen, dass ein bei Erwärmung aufquellender Kitt in die Bohrung zur Aufnahme der Haltestange eingebracht wird, damit sich dieser Kitt in die Gewindezüge der Haltestange einpresst und durch das aufquellende Öl gedichtet wird. Zuletzt wird die Außenhaut des Stopfenkörpers glasiert oder graphitiert und die Einzelteile, die mit einem Düsenpfropfen versehene Stopfenkappe, der Stopfenkörper und die Haltestange, werden aneinandergeschraubt, wobei die Dichtflächen zwischen den Verschraubungen mit einem bei Erwärmung quellenden Kitt bestrichen werden, sodass der Stopfen, sobald er mit dem flüssigen Stahl in Berührung kommt, seine volle Dichtigkeit aufweist und keine Falschluft zieht, sondern lediglich das Inertgas, das unter hohem Druck steht, zur Stopfenspitze führt und dort den flüssigen Stahl entgast.
In spezieller Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Düsenpfropfen zur Innenseite eine konische Dachfläche aufweist, die einem Winkel von mindestens 40° zur Horizontalen aufweist. Durch die Dachfläche ist der Eintrittsort des Inertgases in den Düsenpfropfen an der Spitze der Dachfläche angeordnet, wodurch an den Seiten eine Staub- und Partikelfalle entsteht. Durch die Staub- und Partikelfalle wird verhindert, dass sprödes Material des Stopfens, Rost und anderer Schmutz aus den verwendeten Druckleitungen die feine Düse im Düsenpfropfen verstopft und somit ggf. eine gesamte Strangguss-Charge unbrauchbar macht.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der folgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigt
1 eine Skizze eines gebrauchten Stopfens,
2 der gebrauchte Stopfen aus 1 nach Aufarbeitung,
3 einen erfindungsgemäßen Stopfenkörper,
4 eine erste Ausführungsform der Spitze des erfindungsgemäßen Stopfenkörpers,
5 eine zweite Ausführungsform der Spitze des erfindungsgemäßen Stopfenkörpers und
6 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stopfens.
In 1 ist ein gebrauchter Stopfen 1 in einer unterbrochenen Ansicht dargestellt, der Metall- und Schlackenreste 2 an der Außenform 1a des Stopfenkörpers 3 aufweist. Daneben weist auch die Stopfenkappe 4 Metall- und Schlackenreste 2 auf. Nach Gebrauch weist der gebrauchte Stopfen 1 noch eine Haltestange 5 aus Stahl auf. Diese ist mit einer Deckplatte 14 versehen, die auf dem Fuß des Stopfenkörpers 3 aufliegt. Zur Aufarbeitung werden zunächst die Metall- und Schlackenreste 2 von der Außenform 1a des gebrauchten Stopfen 1 abgedreht.
In 2 ist der aufgearbeitete gebrauchte Stopfen 1 nach Aufarbeitung dargestellt, wobei der gebrauchte Stopfen 1 in zwei Zentrierspitzen 12 und 13 einer Drehbank 11 aufgenommen ist. Zum Abdrehen der Metall- und Schlackenreste 2 wird eine Formschablone 10 verwendet, um die Außenform der Stopfenkappe 4 durch die Aufarbeitung nicht zu verändern. Die Stopfenoberfläche 7 weist nach Aufarbeitung eine Glasur 6 auf, um den gebrauchten Stopfen 1 auf der Stopfenoberfläche 7 zu verschließen, eine Entkohlung und Haarrisse zu verhindern. Die Glasur 6 wird mit relativ niedriger Temperatur, nämlich 500° Celsius bis 700° Celsius, bevorzugt jedoch 600° Celsius, auf die Oberfläche 7 des gebrauchten Stopfen 1 aufgebracht.
In 3 ist ein aus dem Stand der Technik gekannter Stopfen 16 dargestellt, der durch das erfindungsgemäße Verfahren zum erfindungsgemäßen Stopfen umgearbeitet werden kann. Der aus dem Stand der Technik bekannte Stopfen 1b besteht aus dem Stopfenkörper 3, der Stopfenkappe 4 und der Haltestange 5, die einen Bohrungskanal 5b für den Eintritt von Inertgas in den aus dem Stand der Technik bekannten Stopfen 1b aufweist. Erfindungsgemäß wird der Querschnitt des Stopfenkörperkanals 3a im Stopfenkörper 3 am Fuße des Stopfenkörpers 3 zu Querschnitt 5a aufgeweitet, in welchen ein armierter Graphitring 15 in einer bei Erwärmung aufquellender Ölemulsion eingesetzt wird, um die Haltestange 5 am Fuße des Stopfenkörpers 3 gegen austretendes Inertgas oder gegen Ansaugen von Falschluft abzudichten. Der Graphitring 15 wird durch die Deckplatte 14 am Fuße des Stopfenkörpers 3 in den Fuß des Stopfenkörpers 3 hineingepresst. Der im Stopfenkörper 3 befindliche Stopfenkörperkanal 3a führt bis zur Stopfenkappe 4, welcher eine Düsenbohrung 22 aufweist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, diese Düsenbohrung 22 mit einem speziellen Düsenpfropfen 8a, der in der 4 und 5 in verschiedenen Ausführungsformen gezeigt wird, auszustatten.
In 4 ist ein Ausschnitt des überholten Stopfens dargestellt, wobei Teile des Stopfenkörpers 3 und die Stopfenkappe 4 dargestellt ist. Die Spitze 9 der Stopfenkappe weist eine konische Bohrung 18 auf, in welche ein Düsenpfropfen 8 eingesetzt ist. Der Düsenpfropfen 8 hat eine umgekehrt verjüngende Form, wobei der geringere Durchmesser zur Spitze hinzeigt und der weitere Durchmesser, der durch die Dachfläche 21, die als Staub- und Partikelfalle arbeitet, abgedeckt wird, zum Inneren der Stopfenkappe 4 zeigt. Der Düsenpfropfen 8 weist eine Ringnut 19 auf, die an korrespondierender Stelle einer Ringnut 17 in der Stopfenkappe 4 gegenüberliegt. Die beiden Ringnuten 17 und 19 werden mit einem bei Erwärmung aufquellendem Kitt gefüllt, sodass der durch die beiden Ringnuten 17 und 19 entstehende Ringraum 20 bei Erwärmung vollständig mit dem bei Erwärmung aufquellendem Kitt ausgefüllt ist. Der Düsenpfropfen 8 weist eine zentrische Düsenbohrung 22a auf, durch die das Inertgas in den flüssigen Stahl gepresst wird.
In 5 ist eine alternative Ausführungsform der Düsenspitze des überholten und aus dem Stand der Technik bekannten Stopfens 1b dargestellt. Hier wird in den Stopfenkörperkanal 3a ein zylindrischer Düsenpfropfen 8a eingesetzt, der eine Hinterschneidung 19a aufweist. Diese Hinterschneidung 19a wird durch den Feuerfestbeton 8b ausgefüllt, in welchen eine Bohrung 22b hineingebracht wird. Beim Abbinden des Feuerfestbetons hält dieser durch die Hinterschneidung 19a an den Stopfenkörperkanal 3a fest.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stopfens 100 abgebildet, der eine Gaszufuhr 101 aufweist, die im Stopfenkörper 107 durch eine Schraubverbindung 102 mit einem geschlossenen Rohr 103 verbunden ist, wobei das geschlossene Rohr 103 durch den Stopfenkörper 107 geführt ist und dort das Inertgas frei von Fremdluftzufuhr über die Schraubverbindung 104 zum Düsenpfropfen 105 in die Düse 106 leitet. Der Stopfenkörper 107 weist in herkömmlichen Stopfen eine Porosität von etwa 19% auf, wobei diese Porosität bei hohen Gasgeschwindigkeiten zu einem Unterdruck an der Innenwand der Bohrung des Stopfenkörpers 107 führen kann, durch den Fremdluft durch den Stopfenkörper 107 in das Innere des Rohres gesaugt wird. Diese Unterdruck entsteht durch den bekannten Bernoulli-Effekt. Um das Ansaugen von Fremdluft durch den porösen Stopfenkörper 107 zu verhindern ist das Rohr 103 vorgesehen, das zu einer hohen Dichtigkeit gegenüber Fremdlufteinzug führt.

1: Stopfen
1a: Außenform
1b: Stopfen
2: Metall- und Schlackenrest
3: Stopfenkörper
3a: Stopfenkörperkanal
4: Stopfenkappe
5: Haltestange
5a: Querschnitt
5b: Bohrungskanal
6: Glasur
7: Stopfenoberfläche
8: Düsenpfropfen
8a: Düsenpfropfen
8b: Feuerfestbeton
9: Spitze
10: Formschablone
11: Drehbank
12: Zentrierspitze
13: Zentrierspitze
14: Deckplatte
15: Graphitring
17: Ringnut
18: Bohrung
19: Ringnut
19a: Hinterschneidung
20: Ringraum
21: Dachfläche
22: Düsenbohrung
22a: Düsenbohrung
22b: Düsenbohrung
100: Stopfen
101: Gaszufuhr
102: Schraubverbindung
103: Rohr
104: Schraubverbindung
105: Düsenpfropfen
106: Düse
107: Stopfenkörper

Claims

Stopfen (1, 1b, 100) für die Regelung des Zuflusses von flüssigem Metall von einem Behälter in eine Gussanlage, aufweisend: a) eine Haltestange (5) zur Fixierung an einer externen Vorrichtung, welche die Position des Stopfens (1, 1b) kontrolliert, wobei aa) die Haltestange (5) eine erste Bohrung (5b) für die Durchleitung von Inertgas durch den Stopfen (1, 1b) zum Austritt aus mindestens einer im Stopfen (1, 1b) befindlichen Düse (22) aufweist, b) einen die Haltestange (5) umgebenden Stopfenkörper (3) und c) eine die Haltestange (5) umgebende Stopfenkappe (4), beide aus feuerfestem Material, d) eine zweite Bohrung (3a), die längs durch den Stopfen (1, 1b) zur mindestens einen Düse (22) geführt ist, wobei bb) die mindestens eine Düse (22) an der Spitze der Stopfenkappe (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (22) als Düsenpfropfen (8a) ausgebildet ist, der durch eine im Wesentlichen umgekehrt verjüngende Form und/oder durch eine Hinterschneidung (19a) in der Spitze der Stopfenkappe (4) verankert ist, wobei der Düsenpfropfen (8a) eine erste Ringnut (19) aufweist, die zu einer zweiten Ringnut (17) in der Spitze der Stopfenkappe (4) korrespondiert, wobei der durch die beiden Ringnuten (17, 19) entstehende Ringraum (20) mit einem bei Erwärmung expandierenden Kitt ausgefüllt ist.
Stopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenpfropfen (8a) mindestens eine Düsenöffnung aufweist, wobei die mindestens eine Düsenöffnung in Bezug auf die Achse des Stopfens (1, 1b) axial, radial oder zwischen diesen Richtungen ausgerichtet ist.
Stopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Düsenpfropfen (8a) ein Rohr eingegossen ist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Bohrung (3a) an der Eintrittsstelle für die Haltestange (5) ein armierter Graphitring (15) angeordnet ist, der in einer bei Erwärmung aufquellenden Öl-Emulsion gebettet ist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestange (5) innerhalb des Stopfens (1, 1b) zumindest teilweise in einen bei Erwärmung expandierenden Kitt eingebettet ist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweiteilige Anordnung aus Stopfenkappe (4) und Stopfenkörper (3) vorgesehen ist, wobei die Stopfenkappe (4) mit dem Stopfenkörper (3) verschraubbar ist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Stopfenkörpers (3) mit der Stopfenkappe (4) und/oder die Verbindung des Stopfenkörpers (3) mit der Haltestange (5) aus einer Kombination von Innen- und Außengewinde besteht.
Stopfen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Gewinde aus keramischem Material besteht.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfenkörper (3) und/oder die Stopfenkappe (4) aus graphitierter Keramik besteht.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Stopfenkörpers (3) und/oder der Stopfenkappe (4) glasiert ist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bohrung (5b) in der Haltestange (5) durch ein geschlossenes Rohr (103) mit der Düse (106) verbunden ist.
Stopfen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Rohr (103) innerhalb der zweiten Bohrung (3a) durch den Stopfenkörper (3) angeordnet ist.
Stopfen nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Rohr (103) durch je eine Schraubverbindung (102, 104) mit der ersten Bohrung (5b) durch die Haltestange (3) und mit der Düse (106) verbunden ist.
Verfahren zur Herstellung eines Stopfens (1, 1b) für die Regelung des Zuflusses von flüssigem Metall von einem Behälter in eine Gussanlage, wobei der Stopfen (1) eine Haltestange (5), einen Stopfenkörper (3) und eine Stopfenkappe (4) aufweist und die Haltestange (5) in einer Bohrung (3a) des Stopfenkörpers aufgenommen ist, gekennzeichnet durch die Einbringung einer weiteren Bohrung in die Stopfenkappe (4) und Einsetzen eines Düsenpfropfens (8a) in diese Bohrung, wobei der Düsenpfropfen (8a) mit der Stopfenspitze durch zwei in dem Düsenpfropfen (8a) und der Stopfenspitze angeordnete, korrespondierende und mit bei Erwärmung aufquellendem Kitt gefüllte Ringnuten (17, 19) gedichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die zusätzliche Einbringung eines in einer bei Erwärmung aufquellenden Öl-Emulsion eingebetteten armierten Graphitringes (15) in den Fuß des Stopfenkörpers (3), der die Haltestange (5) umgreift.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch die zusätzliche Einbringung von bei Erwärmung aufquellendem Kitt in die Bohrung (3a) zur Aufnahme der Haltestange.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine äußere Glasur (6) und/oder Graphitierung des Stopfenkörpers (3) und/oder der Stopfenkappe (4).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch ein Abdrehen, Abschälen und/oder Abschmelzen der dem Stopfen (1, 1b) anhaftenden Metall- und Schlackereste mit Hilfe einer Formschablone.
Verfahren zur Herstellung eines Stopfens (1, 1b) für die Regelung des Zuflusses von flüssigem Metall von einem Behälter in eine Gussanlage, wobei der Stopfen (1, 1b) eine Haltestange (5), einen Stopfenkörper (3) und eine Stopfenkappe (4) aufweist und die Haltestange (5) in einer Bohrung des Stopfenkörpers (3) aufgenommen ist, nach einem der Ansprüche 14 bis 18, gekennzeichnet durch Entfernen der Haltestange (5) und der Stopfenkappe (4) vom Stopfenkörper (3), Abdrehen, Abschälen und/oder Abschmelzen der dem Stopfenkörper (3) und der Stopfenkappe (4) anhaftenden Metall- und Schlackereste (2) mit Hilfe einer Formschablone (10), das Einbringen einer weiteren Bohrung in die Stopfenkappe (4) und Einsetzen eines Düsenpfropfens (8a) in diese Bohrung, wobei der Düsenpfropfen (8a) mit der Stopfenspitze durch zwei in dem Düsenpfropfen (8a) und der Stopfenspitze angeordneten, korrespondierenden und mit bei Erwärmung aufquellendem Kitt gefüllten Ringnuten (17, 19) gedichtet wird, die zusätzliche Einbringung eines in einer bei Erwärmung aufquellender Öl-Emulsion eingebetteten armierten Graphitringes (15) in den Fuß des Stopfenkörpers (3), der die Haltestange (5) umgreift, die zusätzliche Einbringung von bei Erwärmung aufquellendem Kitt in die Bohrung (3a) zur Aufnahme der Haltestange (5) und eine äußere Glasur und/oder Graphitierung des Stopfenkörpers (3) und/oder der Stopfenkappe (4) und anschließender Montage der überholten Stopfenkappe (4) auf den und der Haltestange (5) in den überholten Stopfenkörper (3), wobei die Dichtflächen mit einem bei Erwärmung quellendem Kitt bestrichen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch die Einbringung eines Rohrs (103) in die Bohrung (3a) des Stopfenkörpers (3), wobei das Rohr (103) mit Hilfe von Schraubverbindungen (102, 104) mit einer Bohrung (5b) in der Haltestange (5) und mit einer Düse (106) im Düsenpfropfen (105) verbunden ist.