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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Pralltopf mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Pralltöpfe
werden in der Metallurgie eingesetzt beim Gießen von Metallschmelzen
aus einer Gießpfanne in einen Zwischenbehälter.
Bei der Stahlherstellung wird beispielsweise das flüssige
Metall in einer Pfanne einer metallurgischen Behandlung unterzogen.
Nach Abschluss der Behandlung wird die Schmelze dann aus der Pfanne
in einen Zwischenbehälter, einen so genannten Verteiler
(Tundish) gefüllt. Aufgrund der Höhendifferenz
zwischen der Pfanne und dem Boden des Zwischenbehälters, der
hohen Dichte der Metallschmelze und der geringen Viskosität
der Metallschmelze weist der Strahl eine hohe kinetische Energie
auf. Ruckartiges rasches öffnen des Pfannenschiebers gibt
die Öffnung frei und die darauf statisch ruhende Stahlsäule
wird dann durch den Pfannenschieber in den Verteiler eingegossen.
Es besteht die Gefahr, dass die feuerfeste Auskleidung des Zwischenbehälters
aufgrund der Auftreffenergie des Stahlstrahles beschädigt
wird. Weiter kann es zu Spritzern von flüssigem Metall kommen,
die Schäden an Mensch und Maschine in der Umgebung des
Zwischenbehälters bewirken. Schließlich können
entstehende Turbulenzen auch dazu führen, dass Schlacke
in die Schmelze gezogen wird und die Schmelze dadurch verunreinigt
wird.
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Um
dies zu verhindern, werden vor dem Gießvorgang üblicherweise
Verteilereinbauten (Prallplatten oder Pralltöpfe) in den
Zwischenbehälter eingesetzt, die im ersten Moment des Gießvorgangs
die Turbulenzen mindern sollen und die Ausmauerung vor der kinetischen
Energie der flüssigen Schmelze schützen sollen.
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Bei
den bekannten Pralltöpfen sind die Böden und die
Wände im Wesentlichen glatt. Die Funktion soll erreicht
werden durch eine Umlenkung des Strahls der flüssigen Schmelze
derart, dass der umgelenkte Strahl mit dem einlaufenden Strahl zusammentrifft
und dass hierdurch Energie verzehrt wird.
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Die
angestrebte Funktion ist von einer sehr genauen Positionierung der
Gießpfanne und des Pralltopfs beim Beginn des Gießvorgangs
abhängig. Jede Abweichung von der vorgesehenen relativen Ausrichtung
führt zu einer Störung der angestrebten Strömungsverhältnisse.
Die exakte Positionierung des Gießpfannenauslaufs zentrisch
zum „Pralltopf" ist aufgrund der Trägheit (Drehturm
und Stahlgießpfanne mit Inhalt) nicht möglich.
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pralltopf
zu schaffen, der aufgrund einer anderen Ausgestaltung die kinetische
Energie der fließenden Metallschmelze verringert, ohne
dass eine ausgeprägte Abhängigkeit von dem Auftreffpunkt
der Metallschmelze am Boden des Pralltopfs besteht.
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Diese
Aufgabe wird von einem Pralltopf mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Weil
die Seitenwand des Pralltopfs in einem Winkel von 90° zu
der Ebene des Bodens angeordnet ist und weil die Seitenwand, der
Boden oder beide Oberflächen eine Oberflächenstruktur
in Form von Vorsprüngen, Durchbrüchen oder Ausnehmungen trägt,
deren Oberflächen im wesentlichen entweder in einem Winkel
von 90° zu der Ebene des Bodens oder parallel zu der Ebene
des Bodens verlaufen, erhält die Metallschmelze beim Auftreffen
auf die Vorsprünge, Durchbrüche oder Ausnehmungen
praktisch keine Geschwindigkeitskomponente, die dem einlaufenden
Strahl entgegen wirkt. Der einlaufende Strahl nimmt deshalb an dem
angestrebten dynamischen Prozess im Pralltopf nicht oder nicht wesentlich
teil. Die senkrechten Wände erlauben weiter einen durchgehend
gleichmäßig großen Öffnungsquerschnitt
des Pralltopfs nach oben hin, der einen freien und ruhigen Auslauf
der Metallschmelze aus dem Pralltopf ermöglicht. Dies gilt
auch bei nicht zentrischer Anordnung des Stahlstrahles.
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Wenn
der Boden des Pralltopfs mit kegelförmigen Vorsprüngen
versehen ist, wird bereits dort durch eine Verlängerung
der Fließpfade nach dem Auftreffen der Metallschmelze auf
den Boden Energie verzehrt werden.
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Eine
einfachere Form ergibt sich, wenn die Oberflächenstruktur
nur auf einem Teil der inneren Oberfläche der Seitenwand
und/oder des Bodens ausgebildet ist. So kann es ausreichen, nur
die Seitenwand mit wenigen, insgesamt etwa fünf bis zehn horizontal
ringförmig ausgerichteten Reihen von Vorsprüngen
oder Ausnehmungen zu versehen.
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Wenn
die Oberflächenstruktur Durchbrüche, beispielsweise
in Form von Schlitzen in der Seitenwand umfasst, wird frühzeitig
zu Beginn des Gießvorgangs bereits Schmelze in den Verteiler
gelangen. Dies kann zu einem ruhigeren Verlauf des Gießvorgangs
führen, insbesondere in dem Moment, in dem der Pralltopf überläuft,
da dann das überlaufende Material nicht auf den Boden,
sondern auf bereits vorhandene Schmelze trifft.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1:
einen erfindungsgemäßen Pralltopf mit einer Bodenstruktur
und einer Wandstruktur in einem Querschnitt in perspektivischer
Darstellung;
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2:
den Pralltopf aus 1 in einer Seitenansicht im
Querschnitt;
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3:
den Pralltopf aus 1 und 2 in einer
Draufsicht;
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4:
einen Wandvorsprung in einem Querschnitt von der Seite;
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5:
einen Wandvorsprung in einer Draufsicht;
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6:
einen Bodenvorsprung in einem Querschnitt von der Seite; sowie
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7:
einen Bodenvorsprung in einer Draufsicht.
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In
der 1 ist ein Pralltopf perspektivisch in einem Querschnitt
dargestellt. Der Pralltopf weist eine kreisrunde, im Wesentlichen
ebene Bodenplatte 1 auf. Die Bodenplatte trägt
nahe ihres äußeren Umfangs eine zylindermantelförmige
Wandung 2, die gegenüber der Ebene der Bodenplatte 1 in
einem Winkel von 90° ausgerichtet ist. Die Wandung 2 weist eine äußere
glatte Mantelfläche 3 und eine der Bodenplatte 1 gegenüberliegende
obere Stirnseite 4 auf. Die Stirnseite 4 ist ebenfalls
glatt und hat die geometrische Form eines ebenen Rings, der parallel
zu der Ebene der Bodenplatte 1 verläuft.
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Die
Oberseite 4 der Wandung 2 ist gegenüber
der Mantelfläche 3 deshalb in einem Winkel von 90° orientiert.
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Die
Oberseite 4 umgibt eine Öffnung, die einen von
der Bodenplatte 1 und der Wandung 2 definierten
Innenraum 6 nach oben abschließt.
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Dem
Innenraum 6 zugewandt weist die Bodenplatte 1 innerhalb
der von der Wandung 2 umschlossenen Oberfläche 14 eine
Anzahl von Vorsprüngen 7 auf. Die Vorsprünge 7 sind
kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei das im Durchmesser
größere Ende mit der Bodenplatte 1 einstückig
verbunden ist, während das im Durchmesser kleinere Ende der Öffnung
zugewandt ist. Die kegelstumpfförmigen Vorsprünge 7 sind
rotationssymmetrisch und mit ihrer Symmetrieachse senkrecht zu der
Ebene der Bodenplatte 1 ausgerichtet. Sie bedecken in diesem
Ausführungsbeispiel nahe zu die gesamte Oberfläche 14 der
Bodenplatte 1, soweit diese innerhalb der Wandung 2 liegt.
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Die
Wandung 2 trägt an ihrer dem Innenraum 6 zugewandten
inneren Oberfläche 5 ebenfalls eine Vielzahl von
Vorsprüngen 8. Die Vorsprünge 8 weisen
von der Wandung 2 radial nach innen. Jeder einzelne Vorsprung 8 ist
bei dieser Ausführungsform als Trapezkantprisma ausgebildet.
Der Vorsprung 8 weist eine einstückig mit der
Wandung 2 verbundene Grundfläche mit rechteckigem
Querschnitt auf. Eine Oberseite 9 und eine Unterseite 10 des
Vorsprungs 8 sind trapezförmig ausgebildet, flach
und bezüglich der Ebene der Bodenplatte 1 parallel
zu dieser Ebene ausgerichtet. Seitenflächen 11 und 12 sind
rechteckig ausgebildet. Die Seitenflächen 11 und 12 verlaufen
senkrecht zu der Ebene der Bodenplatte 1 und in ihrem jeweiligen Übergangspunkt
zu der Innenwand 5 der Wandung 2 auch senkrecht
zu der Oberfläche 5. Schließlich ist
eine Stirnseite 13 vorgesehen, die frei in den Innenraum 6 hineinragt.
Die Stirnseite 13 ist im Wesentlichen eben und parallel
zu der Oberfläche 5 der Wandung 2 ausgerichtet.
In anderen Ausführungsformen können die Vorsprünge
auch mit abgerundeten Kanten oder geneigten Flächen ausgebildet
sein.
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Der
Pralltopf aus 1 wird in bekannter Weise aus
einem feuerfesten Material einstückig gefertigt.
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Die 2 zeigt
den Pralltopf aus 1 in einem Querschnitt von der
Seite. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern. Auf die
Kennzeichnung der einzelnen Flächen der Vorsprünge 8 wurde
zu besseren Übersicht des Teils verzichtet.
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Die 3 zeigt
einen Pralltopf gemäß 1 und 2 in
einer Draufsicht in abgebrochener Darstellung. In dieser Darstellung
ist erkennbar, dass die Trapezkantprismen der Vorsprünge 8 in
der Draufsicht auf die Oberseite 9 trapezförmig
ausgebildet sind und dass sie dem Mittelpunkt der kreisförmigen Bodenplatte 1 nach
Art einer Innenverzahnung zugewandt sind.
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Die 4 zeigt
einen Vorsprung 8 in einem Querschnitt von der Seite. Erkennbar
ist die senkrechte Wandung 5, die einstückig unter
dem Vorsprung 8 ausgebildet ist. Die Oberseite 9 und
die Unterseite 10 bilden jeweils eine im rechten Winkel
zu der Wandung 5 orientierte Fläche, die also
aufgrund der ebenfalls rechtwinkligen Ausrichtung der Wandung 5 parallel
zu der Bodenplatte 1 steht. Die dem Innenraum 6 zugewandte
Stirnseite 13 ist wiederum parallel zu der Wandung 5 ausgerichtet.
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Die 5 zeigt
den Vorsprung 8 aus 4 in einer
Draufsicht. Hier ist die parallel zu der Ebene der Bodenplatte 1 ausgerichtete,
trapezförmige Oberseite 9 des Vorsprungs 8 sichtbar.
Die Seitenflächen 11 und 12 sowie die
Stirnseite 13 begrenzen die trapezförmige Oberseite 11.
Der Bereich, in dem der Vorsprung 8 einstückig
mit der Seitenwand 2 verbunden ist, ist gestrichelt dargestellt.
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Die 6 zeigt
einen bodenseitigen Vorsprung 7 in einem Querschnitt von
der Seite. Der Vorsprung 7 ist einstückig an die
Bodenplatte 1 angeformt. Er weist eine kegelstumpfförmige
Gestalt mit einer äußeren Umfangsfläche 15 und
einer kreisrunden Oberseite 16 auf. Der Vorsprung 7 erhebt
sich senkrecht und rotationssymmetrisch über die Bodenplatte 1 in
den Innenraum 6 des Pralltopfs hinein.
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Die 7 zeigt
nur schematisch den Vorsprung 7 in einer Draufsicht senkrecht
auf die Bodenplatte 1.
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Der
insoweit beschriebene Pralltopf ist insgesamt aus feuerfestem Material
hergestellt. Die Abmessungen können je nach Anwendungsfall
variiert werden. Die Ausrichtung der beschriebenen Flächen 9 und 10, 11 und 12 sowie 13 wird
dann entsprechend angepasst. Die Orientierung der Flächen senkrecht
bzw. parallel zur Bodenplatte 1 bleibt jedoch im Wesentlichen
gleich.
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Ein
typischer Pralltopf der in 1 veranschaulichten
Bauweise weist einen Durchmesser von etwa 70 cm auf. Die Höhe
senkrecht zur Bodenplatte 1 beträgt rund 35 cm.
Dies ergibt ein Innenvolumen von etwa 55 l. Die Vorsprünge 8 weisen
in vertikaler Richtung eine Höhe von 10 mm auf. Die trapezförmigen
Flächen 9 und 10 sind angrenzend an die
innere Wandung 5 mit einer Kantenlänge von 15
mm versehen. Die Kantenlänge angrenzend an die frei stehende
Fläche 13 beträgt 10 mm. Die Fläche 13 ist
folglich quadratisch.
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Die
bodenseitigen Vorsprünge 7 weisen einen Durchmesser
im Grundkreis von etwa 17 mm auf, während die obere Begrenzungsfläche
einen Durchmesser von 10 mm aufweist. Die Höhe der Vorsprünge 7 beträgt
ebenfalls etwa 10 mm.
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Die
wandseitigen Vorsprünge 8 sind, wie in der 2 ersichtlich,
jeweils in horizontalen und vertikalen Reihen, also in Zeilen und
Spalten angeordnet. Dabei sind die Spalten parallel zueinander ausgerichtet.
In Zeilenrichtung, also in Umfangsrichtung der Wandfläche,
sind jeweils zwei auf einander folgende Vorsprünge 8 um
50% ihres vertikalen Abstandes gegeneinander versetzt. Die Vorsprünge 8 sind also
umfangsseitig „auf Lücke" angeordnet. Diese Anordnung
wird derzeit bevorzugt. Es sind aber auch andere Muster bei der
Anordnung der Vorsprünge 8 im Wandbereich des
Pralltopfs möglich.
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Die
im vorliegenden Beispiel aufwändige Gestaltung der inneren
Oberflächen des Pralltopfs kann auch bei im Wesentlichen
gleich guter Funktion einfacher gestaltet werden. So kann beispielsweise
eine geringere Anzahl von Vorsprüngen oder Ausnehmungen
vollständig umlaufend am Wandbereich angeordnet sein, jedoch
nur in 3 bis 4 oder 5 bis 10 Zeilen, während das vorliegende
Ausführungsbeispiel 17 Zeilen aufweist. Die geringere Anzahl
von Zeilen kann auf halber Höhe der Wandung 2 oder
im unmittelbar der Bodenplatte 1 benachbarten Bereich angeordnet
werden.
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Die
Anpassung an andere Tundish-Geometrien kann ebenfalls vorgenommen
werden. So ist abweichend von der kreisrunden dargestellten Form dieses
Ausführungsbeispiels auch eine Form mit rechteckiger oder
trapezförmiger Bodenplatte und entsprechend ausgebildetem
Innenraum 6 vorgesehen. Das Verhältnis von Durchmesser
zu Höhe kann ebenfalls nach den Anforderungen gewählt
werden.
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Während
im obigen Ausführungsbeispiel sowohl die Seitenwandung
als auch der Boden mit Vorsprüngen versehen ist, können
diese auch nur an einer der beiden Oberflächen ausgebildet
sein, wenn die Anwendung es zulässt. Die im Ausführungsbeispiel
dargestellte Oberflächenstruktur wird derzeit wegen ihrer
einfachen Herstellbarkeit bevorzugt. Wenn gemäß einer
alternativen Ausführung nicht Vorsprünge sondern
Ausnehmungen an den Begrenzungswänden vorgesehen sind,
ergibt sich praktisch eine Negativform der dargestellten Oberflächenstruktur,
die ebenso die gewünschte Wirkung erzielen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0729393
B1 [0004]
- - EP 0790873 B1 [0004]
- - EP 1526940 B1 [0004]