DE19618605A1 - Verfahren zum Abdichten eines Spaltes zwischen zwei Formteilen und Anordnung mit solchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abdichten eines Spaltes zwischen zwei, insbesondere aus feuerfestem keramischem Material bestehenden, Formteilen, insbesondere rotationssymmetrischen Formteilen, wie zylindrischen, ineinandergeführten Rohren, gegen das Durchfließen einer Schmelze, insbesondere Metallschmelzen oder Glasschmelzen. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Stator-Rotor-Anordnung zum Abstich der Schmelze.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Anordnung sind aus der DE 41 40 300 A1 bekannt. In der Rotor-Stator-Anordnung besteht zwischen dem Stator und dem in diesem drehbaren und/oder axial verschiebbaren Rotor ein Spalt. Zur Abdichtung des Spaltes gegen ein Durchfließen der Schmelze wird in diesen durch einen porösen Körper ein filmbildendes Dichtungsmittel, beispielsweise Öl, eingedrückt. Organische Bestandteile des Dichtungsmittels können bei den bestehenden hohen Temperaturen verkoken, wodurch die Beweglichkeit des Rotors beeinträchtigt werden kann. Das Dichtungsmittel kann längs des Rotors nach unten zu dessen Antriebseinrichtung austreten und führt dann dort zu Verunreinigungen. Außerdem ist mit dieser Abdichtung ein ständiger Dichtungsmittel- bzw. Ölverbrauch verbunden.

In der DE 41 43 049 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bei einer Einrichtung zum endabmessungsnahen Gießen beschrieben. Poröse Körper, durch die ein filmbildendes Fluid gedrückt wird, sind an Begrenzungskörpern von Zwillingsrollen und/oder an Begrenzungskörpern eines Transportbandes angeordnet. Als Fluid ist ein Öl vorgeschlagen.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abdichtung flüssigen Stahls in Stranggießanlagen mit Zwillingsrollen ist auch in der DE 40 02 731 A1 dargestellt.

Die DE 38 38 903 A1 (US 5 106 106) beschreibt zur Abdichtung des Spaltes nach einer Stator-Rotor-Anordnung radial federnde Ringe im Spalt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verbesserung der Abdichtung sowie eine mit diesem Verfahren arbeitende Stator-Rotor-Anordnung und ein diesbezügliches Betriebsverfahren vorzuschlagen.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Dabei ist erreicht, daß das aufgeschmolzene Dichtungsmittel infolge seines teigigen bis zähflüssigen Zustands im Spalt verbleibt und nicht aus diesem ausfließt. Es ist dabei im Gießbetrieb keine Nachlieferung von Dichtungsmittel nötig.

Das im Spalt stehende Dichtungsmittel bildet im Spalt einen Puffer und verhindert, daß die Schmelze durch das Dichtungsmittel hindurch oder an diesem vorbei aus dem Spalt ausfließen kann.

Durch ein Aufheizen des Dichtungsmittels auf eine Temperatur, die über der Liquidus-Temperatur der Schmelze liegt, insbesondere an seiner der Schmelze zugewandten Oberfläche, ist vermieden, daß aus Abdichtungsgründen gegen Luftzufuhr erwünschte, in den Spalt gelangende Schmelze in diesem einfriert. Dabei kann in dem Dichtungsmittel über die Länge des Spaltes ein Temperaturgefälle derart bestehen, daß das Dichtungsmittel an der der Schmelze zugewandten Oberfläche über der Liquidus-Temperatur der Schmelze liegt und entfernt von der Schmelze eine niedrigere Temperatur hat, wobei das Dichtungsmittel nahe der Schmelze dünnflüssiger und am der Schmelze abgewandten Ende des Spaltes zähflüssiger bzw. teigiger ist, wodurch dem Ausfließen des Dichtungsmittels aus dem Spalt entgegengewirkt ist.

Dieses Temperaturgefälle kann durch eine entsprechende Lage des Spaltes am Schmelzengefäß und/oder durch eine Heizeinrichtung, insbesondere induktive Heizeinrichtung, geschaffen sein.

Als Dichtungsmittel eignet sich beispielsweise ein Dichtungspulver, das im wesentlichen aus SiO₂ und CaO mit einer Beimischung von Flußmitteln, insbesondere Fluoriden, ggf. mit Kohlenstoff besteht. Ein solches Dichtungspulver kann ein in der Metallurgie übliches, in seinem Schmelzverhalten jedoch angepaßtes Gießpulver sein. Ein derartiges Dichtungsmittel ist frei von organischen Bestandteilen, die bei der Gießtemperatur verkoken könnten, so daß die Formteile auch bei der Gießtemperatur gegeneinander beweglich bleiben.

Eine Stator-Rotor-Anordnung, bei der das Verfahren vorteilhaft anwendbar ist, ergibt sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Das Verfahren läßt sich auch bei einer Stranggießanlage einsetzen, bei der abzudichtende Spalte zwischen deren Zwillingsrollen und/oder deren Transportband und seitlichen Begrenzungskörpern bestehen.

Ein Verfahren zum Betreiben einer Stator-Rotor-Anordnung ergibt sich aus dem Anspruch 15. Mit diesem Verfahren wird das Dichtungsmittel vor dem eigentlichen Gießbetrieb in den Spalt eingebracht und steht dann in diesem im Gießbetrieb zur Verfügung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. Die Figur zeigt eine Stator- Rotor-Anordnung bei einem metallurgischen Gefäß im Schnitt.

In eine Bodenwandung (1) eines metallurgischen Gefäßes ist eine Stator-Rotor- Anordnung mit einem Stator (2) und einem Rotor (3) eingebaut. Die Stator-Rotor- Anordnung ist durch Befestigungsmittel (4) an der Bodenwandung (1) festgelegt. Der Rotor (3) ist durch eine nicht näher dargestellte, unterhalb der Bodenwandung (1) angeordneten, in dem Befestigungsmittel (4) integrierten Antriebseinrichtung im Stator (2) um die gemeinsame Längsachse (A) drehbar.

Am Stator (2) ist eine Abstichöffnung (6) vorgesehen. Der Rotor (3) weist eine Abstichöffnung (7) auf. In der in der Figur dargestellten Stellung des Rotors (3) decken sich die Abstichöffnungen (6, 7), so daß Schmelze aus dem Gefäß durch die Abstichöffnung (6) und die Abstichöffnung (7) durch den Rotor (3) nach unten ausfließen kann. Durch Drehen des Rotors (3) läßt sich der Schmelzenfluß regeln und unterbrechen.

Zwischen dem Stator (2) und dem Rotor (3) besteht ein Spalt (5). Im Spalt (5) sind mehrere am Rotor (3) umlaufende Rippen (8) ausgebildet, die den Spalt (5) verengen. Es kann auch genügen, nur eine Rippe (8) im Bereich des unteren Endes (9) des Spaltes (5) vorzusehen. Die Rippen (8) bilden mechanische Barrieren für in den Spalt (5) eingebrachtes Dichtungsmittel (10). Anstelle der Rippen (8) können auch radial federnde Ringe vorgesehen sein, die in den Rotor (3) und/oder den Stator (2) eingreifen. Als mechanische Barriere kann auch ein am unteren Ende (9) des Spaltes (5) vorgesehener Ring (11) genügen.

Der Stator (2) ist von einem elektrischen Induktor (12) umschlossen, der in die Bodenwandung (1) eingebaut ist. Der Induktor (12) dient der Aufheizung des Dichtungsmittels (10) sowie des in den Dichtspalt oberhalb des Dichtungsmittels (10) gegebenenfalls erwünscht eingedrungenen Metalls über Liquidustemperatur. Er kann gleichzeitig auch für die Aufheizung des Rotors (3) oder des Stators (2) dienen.

Als Dichtungsmittel wird ein im kalten Zustand pulverförmiges Dichtungspulver verwendet, das unter Temperatureinwirkung schmelzbar ist. Ein solches Dichtungsmittel besteht im wesentlichen aus SiO₂ und CaO mit einer Beimischung von Flußmitteln, insbesondere Fluoriden, und ggf. Kohlenstoff. Das Dichtungsmittel kann im Ausgangszustand auch pastös sein.

Das Dichtungsmittel wird im Ausgangszustand - vor dem Gießbetrieb bzw. dem Abstich der Schmelze - in den Spalt (5), speziell in dessen zwischen den Rippen (8) bestehende Zonen eingebracht. Handelt es sich um Gießpulver, dann wird dieses im Spalt (5) bei Schließstellung der Abstichöffnungen (6, 7) mittels des Induktors (12) oder einer externen Heizeinrichtung zunächst aufgeschmolzen und dann durch Abkühlen zum Erstarren gebracht. Dies kann auch geschehen, bevor die Stator-Rotor-Anordnung (2, 3) in die Bodenwandung (1) eingesetzt und an dieser befestigt wird. In diesem Fall wird die Stator-Rotor-Anordnung (2, 3) mit Dichtungsmittel (10) fertig gefüllt an den Betreiber des metallurgischen Gefäßes geliefert.

Im Gießbetrieb bzw. beim Abstich wird mittels des Induktors (12) das Dichtungsmittel (10) in einen teigigen bis zähflüssigen Zustand aufgeschmolzen bzw. aufgeheizt, daß es unter der Wirkung der Schwerkraft nicht aus dem unteren Ende (9) des Spaltes (5) austreten kann. Der Rotor (3) ist nun drehbar. Die Viskosität des aufgeschmolzenen Dichtungsmittels (10) im unteren Bereich des Spaltes (5) ist so hoch, daß es die von der unteren Rippe (8) oder dem Ring (11) gebildete mechanische Barriere nicht umfließt.

Die Aufheizung des Dichtungsmittels (10) kann indirekt dadurch erfolgen, daß der Stator (2) oder der Rotor (3) an das Feld des Induktors (12) ankoppelt, wobei das Dichtungsmittel (10) durch Wärmeleitung aufgeheizt wird.

In den Spalt (5) wird im Gießbetrieb Schmelze aus dem Gefäß eintreten. Das ist gegebenenfalls erwünscht, um eine sichere Abdichtung des Spaltes gegen Lufteintritt oder auch das Dichtungsmittel in die Schmelze zu gewährleisten, was die Schmelze verunreinigen würde. Das Dichtungsmittel (10) verhindert, daß die Schmelze durch den Spalt (5) durchfließen kann. Es bildet einen Puffer, dessen Oberfläche eine Grenze für die Schmelze im Spalt ist. Um zu vermeiden, daß die Schmelze im Spalt (5) an der Oberfläche des Dichtungsmittels (10) einfriert, wird das Dichtungsmittel (10) bei seiner der Schmelze nahen Oberfläche mittels des Induktors (12) auf eine Temperatur aufgeheizt, die größer ist als die Liquidus- Temperatur der Schmelze, beispielsweise 1600°C. Das Dichtungsmittel (10) kann dabei dort dünnflüssiger sein, als in einer dem unteren Ende (9) des Spaltes (5) näheren Zone, wo es um sein Ausfließen zu vermeiden, zähflüssiger ist und eine dementsprechend kleinere Temperatur, beispielsweise 1300°C, hat. Dieses Temperaturgefälle in Längsrichtung des Spaltes (5) läßt sich durch entsprechende Gestaltung des Induktors (12) einstellen. Es kann hierfür der Induktor (12) oben, im schmelzenahen Bereich, mit engerliegenden Windungen als unten versehen sein. Der Induktor (12) kann auch in zwei oder mehrere in der Heizleistung getrennt steuerbaren Induktorspulen aufgeteilt sein.

Der innerhalb der Bodenwandung (1) liegende Spalt (5) und das in ihm vorgesehene Dichtungsmittel (10) liegen in einem Bereich, in dem an sich vom Rotor (3) in die Bodenwandung (1) ein Temperaturgefälle in radialer Richtung zur Längsachse (A) besteht. Diesem Temperaturgefälle wirkt der Induktor (12) entgegen.

In Weiterbildung des Ausführungsbeispiels können die Rippen (8) oder kann die Rippe (8) wendelförmig im Spalt (5) verlaufen. Unter Voraussetzung gleicher Drehrichtung des Rotors (3) wird dann das Dichtungsmittel (10) bei jeder Drehbewegung des Rotors (3) nach oben gefördert.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel steht die Längsachse (A) vertikal. Die Stator-Rotor-Anordnung (2, 3) könnte jedoch auch so am metallurgischen Gefäß angeordnet sein, daß die Längsachse (A) horizontal oder schräg zur Horizontalen verläuft.

Claims (18)

1. Verfahren zum Abdichten eines Spaltes zwischen zwei, insbesondere aus feuerfestem keramischem Material bestehenden, Formteilen, insbesondere rotationssymmetrischen Formteilen, wie zylindrischen ineinandergeführten Rohren, gegen das Durchfließen einer Schmelze, insbesondere Metallschmelze oder Glasschmelze durch den Spalt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (5) mit einem pulverförmigen und/oder pastösen Dichtungsmittel (10) zumindest teilweise ausgefüllt wird und daß das Dichtungsmittel (10) in einen teigigen bis zähflüssigen Zustand derart aufgeschmolzen bzw. aufgeheizt wird, daß es nicht aus dem Spalt (5) fließt und damit ein Fließen der Schmelze durch den Spalt (5) verhindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das eine Formteil (2, 3) so weit aufgeheizt wird, daß das Dichtungsmittel (10) in den teigigen bis zähflüssigen Zustand kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel (10) derart aufgeheizt wird, daß es eine mechanische Barriere, wie eine Rippe (8) oder einen Ring, im Spalt (5) nicht umfließt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel (10) derart aufgeheizt wird, daß in ihm über die Spaltlänge ein Temperaturgefälle besteht, wobei das Dichtungsmittel (10) in einer der Schmelze nahen Zone eine über der Liquidus-Temperatur der Schmelze liegende Temperatur einnimmt und in einem von der Schmelze entfernten Bereich eine niedrigere Temperatur einnimmt, bei der das Dichtungsmittel (10) teigig bis zähflüssig ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt (5) durch Rippen und/oder Ringe wenigstens zwei Zonen gebildet werden, welche mit jeweils im Schmelzverhalten sich unterscheidenden Dichtungsmitteln gefüllt sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (2, 3) gegeneinander beweglich sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel (10) im wesentlichen aus SiO₂ und CaO mit einer Beimischung von Flußmittel, insbesondere Fluoriden, besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel (10) Kohlenstoff enthält.

9. Rotationssymmetrische Stator-Rotor-Anordnung mit einem in einem Stator (2) dreh- und/oder verschiebebeweglich angeordnetem Rotor (3) zum geregelten Abstich von Schmelzen, insbesondere Metall- oder Glasschmelzen, mit einer Ringspaltabdichtung gemäß dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Dichtungsmittel (10) wenigstens teilweise gefüllte Spalt (5) in einem Bereich der Stator-Rotor-Anordnung (2, 3) angeordnet ist, in dem nach außen ein Temperaturgefälle besteht und der von außen mittels einer Heizeinrichtung (12) aufheizbar ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung ein elektrischer Induktor (12) ist, wobei entweder das Dichtungsmittel (10) oder der Stator (2) oder der Rotor (3) induktiv ankoppelt.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in oder angrenzend an den Spalt (5) wenigstens eine Rippe (8) oder wenigstens ein Ring als mechanische Barriere angeordnet ist.

13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe oder die Rippen (8) im Spalt (5) wendelförmig verlaufen.

14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe bzw. die Rippen (8) am Rotor (3) ausgebildet sind.

15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring bzw. die Ringe radial federnde Ringe sind, die am Stator (2) und/oder am Rotor (3) axial geführt sind.

16. Verfahren zum Betreiben einer Stator-Rotor-Anordnung mit Abstichöffnungen als Abstich- und/oder Regelvorrichtung für eine Schmelze, insbesondere Metallschmelze oder Glasschmelze, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmige Dichtungsmittel (10) in den Spalt (5) eingebracht, in diesem aufgeschmolzen und gegebenenfalls danach durch Abkühlen zum Erstarren gebracht wird und daß für den Abstich das gegebenenfalls erstarrte Dichtungsmittel (10) wiederum in den teigigen bis zähflüssigen Zustand aufgeschmolzen wird und der Rotor (3) im Stator (2) so weit bewegt wird, daß sich die Abstichöffnungen (6, 7) wenigstens teilweise überschneiden.

17. Verfahren zum Betreiben einer Stator-Rotor-Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel pastös in den Spalt eingebracht wird.

18. Verfahren zum Betreiben einer Stator-Rotor-Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllhöhe des Dichtungsmittels (10) so eingestellt wird, daß gezielt eine gewisse Menge Schmelze in den Spalt eindringt, welche ihrerseits als Dichtungsmittel gegen Lufteintritt in den Schmelzenauslauf wirkt.