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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Tauchrohr für Stranggussanlagen zur Herstellung von metallischen Gussteilen in Formen, insbesondere mit dem unteren Teil des Tauchrohres, der von einem glockenartigen Mantel umgeben ist.
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Eine derartige Vorrichtung ist im Stand der Technik aus der
RU 2359782 C2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine einteilige Unterwasserdüse, die im unteren Bereich von einer ovalen Schürze umgeben ist, die zwei planparallele Wände aufweist und mit dem Zuführungsrohr der Düse fest verbunden ist. Das aus der Düse austretende flüssige Metall fließt in einer laminaren Strömung unter einem vorgegeben Winkel aus und breitet sich in der vorgesehenen Kokille aus.
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Ferner ist aus der
DE 24 42 915 ein Gießrohr mit geschlossenem Boden und einander gegenüber liegenden Öffnungen bekannt geworden, bei dem der untere Teil des Gießrohres von vier im Wesentlichen ebenen Umlenkflächen umgeben ist, die integral mit dem Gießrohrunterteil zusammenhängen. Die stirnseitigen Umlenkflächen dienen zum Abfangen der kinetischen Energie des ausströmenden flüssigen Metalls und führen zu Verwirbelungen innerhalb der Strömung des flüssigen Metalls.
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Weiterhin ist aus der
RU 2 236 326 C2 ein Tauchrohr mit einer am Ende des Tauchrohres angeordneten Düse, die von einer untrennbaren, mit dem Ende des Tauchrohres verbundenen Glocke, umgeben ist.
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Diese bekannte Ausführungsform eines Tauchrohres mit einer Düse mit einer festen Schürze hat den Nachteil, dass die Schürze unlösbar mit dem Tauchrohr und der Düse verbunden ist und somit nicht separat geliefert oder transportiert werden kann, so dass nicht die Möglichkeit besteht, die Schürze bzw. den glockenartigen Mantel bei Bedarf auszuwechseln. In der Herstellung bei deren Produktion (Schürze) ist ein presstechnischer Mehraufwand von Nöten und bindet die Anwender an den Produktionsmöglichkeiten eines Herstellers. Die wesentlich einfachere Presstechnologie für die mindestens zweigeteilte Ausführung öffnet dem Endanwender Freiheit in der Wahl des Feuerfestproduzenten.
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Das Risiko, die Schürze beim Transport des kompletten Tauchrohres mit befestigter Schürze zu beschädigen, ist nicht gering und kann nur mit großem technischen Aufwand repariert und wieder gebrauchsfertig gemacht werden kann, so dass es allein aus diesem Grunde sinnvoll erscheint, die Schürze am Tauchrohr lösbar zu befestigen, um die beiden Teile einzeln zu transportieren und in den Verkehr zu bringen.
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Ein weiterer Nachteil wird darin gesehen, dass es in bestimmten Anwendungsfällen für bestimmte Metalle vorteilhaft ist, den Gießvorgang in die dafür vorgesehenen Formen ohne die Schürze durchzuführen, da für bestimmte Stahl/Metallsorten der Reinheitsgrad für den Guss mit herkömmlichen Tauchrohren ausreicht. Dies bringt zusätzlich einen wirtschaftlichen Vorteil, da durch die zwei oder mehrteilige Ausführung der Schürze ein Anpassen an die erforderlichen Stahl/Metallgüte, vor Ort durch Befestigen oder Weglassen der Schürze, erreicht wird.
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Ferner werden häufig Gussformen gefragt, für die der Querschnitt der Gussform weder rund noch oval, sondern mehreckig sein muss, um dadurch eine Referenzkante oder Ecke zu haben, was für die Weiterverarbeitung des Rohlings von Bedeutung ist.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Stranggussteilen bereitzustellen, die in der Lage ist, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen, einfach und kostengünstig in der Herstellung ist und eine verbesserte Standzeit gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind den Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist das Tauchrohr für Stranggussanlagen zum Gießen von flüssigem Metall in Formen, bestehend aus mindestens zwei Teilen, in deren Endbereich mindestens eine Auslassöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Endbereich des Tauchrohres ein glockenartiger feuerfester Mantel angeordnet ist, der lösbar an der Oberfläche im unteren Bereich des Tauchrohres befestigt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Stranggießen von flüssigem Metall, z. B. Stahl in eine Gussform mit einem Tauchrohr, das im unteren Bereich von einem glockenartigen Mantel umgeben ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der vorgefertigte glockenförmige Mantel erst am Einsatzort am unteren Bereich des Tauchrohres lösbar befestigt wird.
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Dabei ist es auch vorteilhaft, dass der glockenartige Mantel im Berührungsbereich zur flüssigen Metalloberfläche eine Schicht aufweist, dessen Material resistent gegen Abdeckpulver auf der Oberfläche des flüssigen Metalls ist.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass zumindest der untere Teil des glockenartigen Mantels im Querschnitt in verschiedenen Formen ausgebildet ist, z. B. rund, oval oder mehreckig.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass der glockenartige Mantel an vorbestimmter Stelle mindestens eine Bohrung aufweist.
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Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass im Endbereich des Tauchrohres mindestens eine Auslassöffnung angeordnet ist, deren Mittelachse einen vorbestimmten spitzen Winkel (α) mit der Mantelfläche des glockenartigen Mantels einschließt, wobei die Werte für den Winkel α zwischen etwa 10° und 80°, vorzugsweise zwischen etwa 20° und 45° liegen.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die Mittelbohrung des glockenförmigen Mantels, die den unteren Teil des Tauchrohres aufnimmt, Mittel zur Befestigung des glockenartigen Mantels aufweist, z. B. ein Gewinde oder eine vorbestimmte Rauhigkeit zur Vergrößerung der Reibung oder zur Aufnahme eines Klebers oder eines Mörtels oder längliche Schlitze mit oder ohne an geeigneter Stelle abgeordneten Bajonettverschluss.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass die Mittelbohrung in dem glockenartigen Mantel mindestens in einem Teilbereich konisch ausgeformt ist.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zumindest die Oberfläche des glockenförmigen Mantels ein Material aufweist, das z. B. ca. 59% AL2O3 und ca. 10% SiO2 und ca. 29% C beinhaltet.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass zumindest die Oberfläche des glockenförmigen Mantels ein Material aufweist, das z. B. ca. 79% ZrO2 und ca. 4,5% SiO2 und ca. 29% C beinhaltet.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die mindestens eine Auslassöffnung im unteren Bereich des Tauchrohres leicht konisch ausgebildet ist, wobei der größere Durchmesser (D) der Auslassöffnung nach außen weist.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Boden am Ende des Tauchrohres mindestens eine Bohrung aufweist.
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Im nun Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
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1: einen Querschnitt des unteren Teils (2, 2') des Tauchrohres (1) mit einem glockenartigen Mantel (5);
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2: einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A im unteren Bereich (2) des Tauchrohres (1) aus 1;
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3: einen Querschnitt durch den unteren Bereich (2, 2') des Tauchrohres (1) senkrecht zur Schnittlinie A-A mit mindestens einer Auslassöffnungen (3);
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4: eine schematische Querschnittsdarstellung durch den glockenartigen Mantel (5);
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5: die schematische Draufsicht auf drei verschiedene Gussformen 21, 21', 21'' bzw. Kokillen, in die das Tauchrohr (1) eingesetzt wird.
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Die 1 zeigt einen Querschnitt durch den unteren Teil 2 des Tauchrohres 1, das im Endbereich mindestens eine seitliche Auslassöffnung 3 und im Boden des Tauchrohres 1 eine weitere Bohrung 4 aufweist. Der untere Bereich des Tauchrohres 1 ist von einem glockenartigen Mantel 5 umgeben, der erst am Gebrauchsort aufmontiert und befestigt wird. Beim Gießen eines Gussteiles wird das Ende des Tauchrohres 1 mit dem montierten glockenförmigen Mantel 5 in eine Gießform – hier nicht gezeigt – eingeführt und das flüssige Metall im bekannten Stranggießverfahren in die Form eingeleitet. Dabei strömt das flüssige Metall durch die Röhre 6 und tritt durch die seitlichen Auslassöffnungen 3, sowie durch die mindestens eine untere Auslassöffnung 4 im Boden des Tauchrohres 1 in einer laminaren Strömung aus und trifft zunächst auf die Innenwände 7 des glockenförmigen Mantels 5, um sich dann in der entsprechenden Gussform auszubreiten. Bei diesem Austrittsprozess des flüssigen Metalls wird die immanente kinetische Energie des flüssigen Metalls infolge der besonderen Stellung der Auslassdüsen 3 in eine Art Rotationsenergie umwandelt, die erst im Laufe des Erstarrungsprozesses des Metalls vollständig zu Null wird. Während der untere Teil 2' am Ende des Tauchrohres 1 eher eine zylindrische Mantelfläche aufweist, erstreckt sich der darüber liegende Teil 2 mit einer konusförmigen Mantelfläche 8, die vorbestimmte Befestigungsmittel aufweist, die weiter unter näher erläutert werden. Um die Auftriebskräfte, die auf den glockenförmigen Mantel 5 während des Gießprozesses einwirken, abzufangen, weist die Mantelfläche 8 am oberen Ende eine Kante mit einem Absatz 9 auf, der mit dem oberen Ende des Mantels 5 kraft- und formschlüssig in Wirkverbindung steht.
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Die 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A senkrecht zur Mittelachse des Tauchrohres 1. In dieser Draufsicht auf die Schnittfläche ist mittig im Boden des Tauchrohres 1 eine Bohrung 4 angeordnet, die im Wesentlichen dem Druckausgleich auf den Boden des Tauchrohre 1 beim Stranggussvorgang dient. Tangential an die Bohrung 6 des Tauchrohres 1 erstrecken sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Seite 10, 10', 10'' sternförmig drei konische Austrittsöffnungen 3, 3', 3'', deren Mittelachsen 11, 11', 11'' um 120° gedreht sind. Andere Gradteilungen sind ebenfalls je nach Anwendungsfall und Art der Form, sowie des Metalls möglich. Bei einer runden Gießform oder Kokille – die hier nicht gezeigt sind – sowie eines runden glockenförmigen Mantels 5 spielt die Stellung der Auslassöffnungen 3, 3', 3'' wegen der Rotationssymmetrie der Gießform und des Mantels 5 nur eine untergeordnete Rolle. Bei einer ovalen Gießform bzw. Mantels sind dagegen nur zwei sich gegenüber stehende Auslassöffnungen 3, 3' erforderlich, und bei mehreckigen Gießformen sind entsprechend der Anzahl der Seiten die Anzahl der Auslassöffnungen und die Form des glockenförmigen Mantels 5 zu variieren, um eine laminare Strömung des ausströmenden flüssigen Metalls zu gewährleisten. Wichtig ist, dass der Winkel zwischen der Mittelachse 11 der Auslassöffnung 3 und der Fläche der Mantelwand, auf die das flüssige Metall auftrifft, ein spitzer Winkel ist.
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Die 3 zeigt den unteren Teil 2' des Tauchrohres 1 im Querschnitt, dessen Ansicht um 90° gegenüber der Schnittdarstellung aus 2 gedreht ist. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, das der Querschnitt der Auslassöffnungen 3, 3' nicht rund, sondern eher rechteckig ist, wobei mindestens eine Kante abgerundet ist. Ferner verbreitern sich die Durchmesser der Auslassöffnungen 3, 3', 3'' in Strömungsrichtung. Die Bohrung 4 im Boden des Tauchrohres 1 ist ebenfalls konisch ausgebildet, wobei sich der Durchmesser in Strömungsrichtung vergrößert.
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Die 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform des feuerfesten glockenartigen Mantels 5 der vorliegenden Erfindung. Der feuer- und hitzebeständige glockenartige Mantel 5 besteht zumindest teilweise aus einem Material, wie beispielsweise Al2O3 (59,113%) Al2O3 (59,113%) und SiO2 (10,327%), sowie C (29,02%) Kohlenstoff als wesentliche Bestandteile beinhaltet. Diese Zusammensetzung weist eine Dichte von 2,416 g/cm3 und eine Porosität von 19,2 vol% sowie einem Bruchmodul von 8,7 N/mm2 auf. Ein weiteres Material könnte auch eine Zusammensetzung aus ZrO2 (79,253%) SiO2 (4,558%) und C (15,56%) sein. Diese Zusammensetzung weist eine Dichte von 3,663 g/cm3 und eine Porosität von 14,4, vol% sowie einen Bruchmodul von 10,9 N/mm2 auf. Da in der Regel während des Gießvorgangs des flüssigen Metalls in die Gussform auf die flüssige Metalloberfläche ein Abdeckpulver aufgebracht wird, weisen zumindest die Außenwände des Mantels 5 eine Schicht 12 auf, die für das verwendete Abdeckpulver chemisch resistent ist. Schicht 12 kann je nach Anforderungsprofil in Form einer dünnen Glasur unterschiedlicher Zusammensetzung aufgebracht werden. Der obere Teil 13 des glockenförmigen Mantels 5 ist in seiner äußeren Form trapezförmig ausgeformt und weist mittig eine konische Bohrung 14 zur Aufnahme des Tauchrohres 1 auf. Die Seitenwände 15 der im Wesentlichen konischen Bohrung 14 dienen der Befestigung des glockenförmigen Mantels 5 an der Außenfläche 8 des Tauchrohres 1. Die Außenflächen 8 des Tauchrohres 1 und die Außenflächen der Seitenwände 15 der konischen Bohrung 14 sind so aneinander angepasst, dass sie eine lösbare Verbindung bilden. Ein einfaches Ausführungsbeispiel der lösbaren Verbindung zwischen dem Tauchrohr 1 und dem glockenartigen Mantel 5 ist darin zu sehen, dass zumindest die Oberflächen der Wände mit einer 2 mm dicken Keramikschicht 16, 16' beschichtet sind, deren Rauigkeit so bestimmt ist, dass allein die Reibung zwischen den Wänden eine ausreichende Verbindung herstellt. Eine andere lösbare Verbindung stellt ein Gewinde dar, dass sowohl auf der Außenwand des Tauchrohres 1 im Bereich der Berührung als auch in die Innenwände 15 der konischen Bohrung 14 des Mantel 5 eingearbeitet ist. Ein weiteres Befestigungsmittel wird mit Nuten in den Seitenwänden 15 der konischen Bohrung 14 und passenden Zapfen auf der Außenwand des Tauchrohres 1 hergestellt, wobei als Sicherung an einer passenden Stelle eine seitliche, um 90° gedrehte Nut in der Wand 15 angeordnet ist, mit der ein Zapfen – hier nicht gezeigt – in Wirkverbindung steht, so dass eine sichere lösbare Verbindung zwischen den beiden Oberflächen hergestellt wird. Die obere Stirnfläche 17 des glockenartigen Mantels 5 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ebene Fläche ausgebildet, die mit dem eingelassenen Absatz 9 im Tauchrohr 1 kraft- und formschlüssig in Wirkverbindung steht. Der untere, im Wesentlichen zylindrische Teil 18 des glockenförmigen Mantels 5 schließt sich an den oberen trapezförmigen Teil 13 an und kann wahlweise getrennt hergestellt werden, so dass der glockenförmige Mantel 5 mindestens zweiteilig ausgebildet ist und an der Trennlinie 19 mit einem entsprechenden Verbindungsmechanismus befestigt wird. Ein für die Standzeit des glockenförmigen Mantels 5 besonders wichtiges Merkmal ist mindestens eine Öffnung oder Bohrung 20, die die Mantelwand vollständig durchdringt wobei die longitudinale Querschnittsform frei wählbar ist, z. B. zylindrisch oder konisch. Die Höhe der Mittelachse der Bohrung richtet sich primär nach dem Sitz der Auslassöffnungen 3, 3', 3'' im Tauchrohr 1.
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Die 5 zeigt eine schematische Draufsicht von drei typischen Querschnittsformen a)–c) einer Gussform 21 bzw. Kokille, in die das flüssige Metall eingeführt wird. Die äußere Form des glockenartigen Mantels 5 richtet sich im Wesentlichen nach der Gussform 21, 21', 21'' mit Wandungen 22, 22', 22'', damit beim Austritt des flüssigen Metalls nach Möglichkeit an allen Stellen der Gussform eine gleichmäßige Ausbreitungsgeschwindigkeit erzielt wird, die dann für geringe Verwirbelungen in der Strömung sorgt. Somit ist es für eine runde Gussform 21 zweckmäßig, einen im Querschnitt runden glockenartigen Mantel 5 einzusetzen und entsprechend für eine ovale Gussform 21' einen ovalen glockenartigen Mantel, sowie für eine mehreckige Gussform 21'' einen entsprechenden mehreckigen glockenförmigen Mantel 5.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass mit der vorliegenden Erfindung ein Tauchrohr 1 zum Stranggießen von flüssigen Metallen vorgestellt wird, das im unteren Bereich von einem lösbar befestigten feuerfesten glockenförmigen Mantel 5 umgeben ist. Die lösbare Verbindung 16 des glockenförmige Mantels 5 an der Oberfläche des unteren Teils 2 des Tauchrohres 1 kann mit verschiedenen technischen Mitteln auf verschiedene Art und Weise bewirkt werden, z. B. mittels eines Gewindes oder einer einfachen Steckverbindung. Die äußere Form des glockenartigen Mantels 5 ist frei wählbar, z. B. rund, oval oder mehreckig und richtet sich nach der Art des Anwendungsfalls.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- RU 2359782 C2 [0002]
- DE 2442915 [0003]
- RU 2236326 C2 [0004]
