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TECHNISCHER BEREICH
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Diese Erfindung bezieht sich auf Aufnahmestrukturen für geschmolzenes Metall, die zum Fördern, Behandeln oder Aufnehmen geschmolzener Metalle verwendet werden, insbesondere solche Strukturen, die feuerfeste oder keramische Metallaufnahmebehälter enthalten, die hergestellt sind aus zwei oder mehreren Teilen oder Abschnitten bzw. Bereichen, oder diese enthalten. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren zum Bereitstellen von abgedichteten Verbindungen zwischen solchen Teilen oder Bereichen, um ein Austreten von geschmolzenen Metallen aus den Behältern an den Verbindungen zu verhindern.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Aufnahmebehälter für geschmolzenes Metall, z. B. Metallfördertröge und -gießrinnen, werden häufig während der Metallbehandlungs- oder Gießvorgänge und dergleichen verwendet, um beispielsweise geschmolzenes Metall von einem Ort, wie einem Metallschmelzofen, zu einem anderen Ort, wie einer Gießform oder einem Gießtisch, zu transportieren. In anderen Arbeitsgängen werden solche Behälter für Metallbehandlungen verwendet, wie Metallfilterung, Metallentgasung oder Metalltransport. Derartige Behälter sind oft aus zwei oder mehr Formbereichen aus feuerfesten und/oder keramischen Werkstoffen aufgebaut, die gegenüber hohen Temperaturen und die Schädigung durch Metalle, die darin aufgenommen werden sollen beständig sind. Die Behälterbereiche werden in engen gegenseitigen Kontakt gebracht und können in einem äußeren Metallgehäuse oder dergleichen aufgenommen werden, das zur Abstützung, die richtige Ausrichtung und den Schutz vor Beschädigung vorgesehen ist. Manchmal werden solche Behälter mit Wärmequellen versehen, um sicherzustellen, dass die geschmolzenen Metalle nicht übermäßig abkühlen oder erstarren, wenn sie innerhalb der Behälter gehalten werden. Die Wärmequellen können ein elektrisches Heizelement sein, das oberhalb oder unterhalb der Behälter oder Einhausung angeordnet ist, um heiße Fluide (beispielsweise Verbrennungsgase) entlang der inneren oder äußeren Oberflächen der Behälter zu fördern.
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Es ist natürlich wichtig, sicherzustellen, dass an den Grenzflächen zwischen zwei aneinanderstoßenden Bereichen, unabhängig davon ob die Behälter erwärmt werden oder nicht, kein geschmolzenes Metall aus den Behältern austritt. Es ist jedoch besonders wichtig, eine Metallleckage zu vermeiden, wenn Wärmequellen für die Behälter vorgesehen sind, da das geschmolzene Metall katastrophale Schäden an elektrischen Heizelementen oder anderen Heizmitteln verursachen kann. Es ist daher üblich, eine abgedichtete Verbindung zwischen benachbarten Behälterbereichen bereitzustellen, z. B. durch Vorsehen einer Schicht aus feuerfestem Papier zwischen den benachbarten Bereichen, um einer thermische Expansion oder Kontraktion gerecht zu werden. Ein feuerfestes Dichtmittel kann auch in den Spalt zwischen aneinanderstoßenden Oberflächen von benachbarten Bereichen gepresst werden. Es ist auch bekannt, Bereiche mit einer Oberflächennut vorzusehen, die die aneinanderstoßenden Bereiche überspannt und die Nut mit einem feuerfesten Strang zu füllen, der mit einem formbaren, feuerfesten Dichtmittel bedeckt ist, um die Verbindung bzw. Verbindungsstelle zu füllen und eine glatte Verbindungsfläche zwischen den Behälterbereichen zu bilden. Jedoch verschlechtern sich alle diese Verbindungen mit der Zeit und der Nutzung aufgrund von thermischen Wechselbeanspruchungen, insbesondere wenn sie in erwärmten Behältern verwendet werden, und die Verbindungen lassen schließlich zu, dass ein direkter Leckpfad zwischen den Behälterbereichen auftritt.
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Es besteht daher ein Bedarf für weitere Möglichkeiten, abgedichtete Verbindungen für Metallhalte- und Metallaufnahmebehälter vorzusehen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung einer verstärkten feuerfesten Verbindung zwischen feuerfesten Bereichen eines Behälters vor, der zum Aufnehmen oder Fördern von geschmolzenem Metall verwendet wird. Das Verfahren umfasst das Einbringen eines Netzkörpers aus Metalldrähten (vorzugsweise aus einem Metall, das gegen einen Angriff durch das in dem Behälter enthaltene geschmolzene Metall beständig ist) in einen Spalt zwischen den Metall-kontaktierenden Oberflächen benachbarter feuerfester Bereiche des Behälters, so dass der Netzkörper unter den Metall-kontaktierenden Oberflächen angeordnet ist und das Überdecken des Netzkörpers mit einer Schicht aus formbarem feuerfestem Material (vorzugsweise in Form einer formbaren Paste), um den Spalt zwischen den Metall-kontaktierenden Oberflächen abzudichten.
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Der Netzkörper bildet einen flexiblen und komprimierbaren Träger für das formbare feuerfeste Material. Wenn der feuerfeste Werkstoff reißt oder bricht, hält der Netzkörper weiterhin die Teile an Ort und Stelle und hält die Verbindungsstellendichtung aufrecht. Der Netzkörper weist vorzugsweise Maschenöffnungen einer Größe (z. B. 1–5 mm, bevorzugter 2–3 mm) auf, die dem Eindringen durch das geschmolzene Metall aufgrund von Oberflächenspannungskräften (Metallmeniskus oder Benetzungswinkel) widerstehen, sowie eine Dicke oder Anzahl von Schichten die einen gewundenen oder spiraligen Weg für geschmolzene Metall erzeugen, das die Oberfläche des Netzkörpers durchdringt, wodurch das vollständige Eindringen durch den Netzkörper unwahrscheinlich wird. Es ist auch vorteilhaft, ein Metall für den Netzkörper einzusetzen, das nicht leicht durch das geschmolzene Metall benetzt wird, d. h. es kann weniger als vollständig benetzt sein. Obwohl vollständig nichtbenetzte Metalle wünschenswert wären, können sie nicht die anderen wünschenswerten Eigenschaften aufweisen, z. B. Widerstand gegen Angriff durch das geschmolzene Metall.
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Bevorzugt ist eine vergrößerte Nut in oder nahe einer Metall-kontaktierenden Oberfläche von mindestens einem der Behälterbereiche gebildet, um einen Teil des Spalts zwischen den angrenzenden Bereichen zu bilden. Eine solche Nut bildet eine formschlüssige Stelle für den Netzkörper, und ohne eine solche Nut muss der Spalt zwischen den Bereichen groß genug sein, um Platz für den Netzkörper bereitzustellen. Die Nut kann so geformt bzw. gebildet sein, dass die Seiten der Nut näher zusammen liegen als der Durchmesser oder die Breite des Netzkörpers, unabhängig davon, ob der Netzkörper mit oder ohne Imprägnieren mit feuerfester Paste verwendet wird. Vorteilhafterweise ist die Breite der Nut 0 bis 15% kleiner als die nominale (unkomprimierte) Breite des Netzkörpers vor seinem Einsetzen in die Nut, obwohl die Nut vorzugsweise eine Breite in einem Bereich von bis zu 15% größer oder bis zu 50% kleiner als die Breite des Netzkörpers aufweisen kann (oder, alternativ ausgedrückt, ist die unkomprimierte Breite des Netzkörpers vorzugsweise 0 bis 15% größer als die Breite der Nut usw.). Die Nut wird typischerweise in den Behälterbereich eingebracht, wenn er gegossen wird, oder sie kann in den Endabschnitt eines bereits gebildeten Trogbereichs, z. B. zum Zeitpunkt der Installation oder Reparatur des Behälters, eingeschliffen oder eingeschnitten werden. Die Nut kann rechteckig (einschließlich quadratisch), teilkreisförmig oder von jedem anderen gewünschten Profil sein. Die Nut kann an der Metall-kontaktierenden Oberfläche oder unter ihr, verdeckt im Spalt, liegen. Im letzteren Fall ist der Netzkörper nahezu vollständig in der Nut an allen Seiten eingeschlossen, außer an dem Spalt, und die formbare feuerfeste Paste wird verwendet, um den Spalt über dem Netzkörper abzudichten, wobei sie den Netzkörper berührt oder nicht. Darüber hinaus kann die Nut vollständig innerhalb eines der Behälterbereiche angeordnet sein oder alternativ können Teile der Nut in beiden Bereichen eines angrenzenden Paares gebildet sein, so dass die Bereiche so angeordnet sind, dass sie die Nut bilden, wenn der Behälter zusammengebaut wird.
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In einer Ausführungsform wird eine Menge von formbarem feuerfestem Material in Form einer Paste in den Netzkörper eingearbeitet, bevor der Netzkörper in den Spalt zwischen den benachbarten feuerfesten Bereichen eingebracht wird.
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Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Behälter zur Aufnahme von geschmolzenem Metall vorgesehen, der aus zwei oder mehr feuerfesten Behälterbereichen gebildet ist, die aneinander angeordnet sind, mit einer abgedichteten Verbindung zwischen benachbarten Enden der Behälterbereiche. Die abgedichteten Verbindungen umfassen einen Netzkörper aus Metalldrähten, der in einen Spalt zwischen den benachbarten Behälterbereichen eingeführt ist, und eine Schicht aus formbarem feuerfestem Material, die den Netzkörper in dem Spalt überdeckt und den Spalt gegen das Eindringen von geschmolzenem Metall zwischen die feuerfesten Bereichen abdichtet. Der Netzkörper selbst kann eine feuerfeste Paste enthalten.
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Gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Behälterbereich für einen Behälter für geschmolzenes Metall bereitgestellt, wobei der Behälterbereich einen Körper aus feuerfestem Material mit einem darin gebildeten Metallförderkanal aufweist und eine Quernut bzw. transversale Nut an einem Ende des Körpers aufweist, wobei die Nut, die einen vorpositionierten Metallnetzstrang in der Nut aufweist, Raum für eine darüberliegende Beschichtung aus einem formbaren feuerfesten Material in der Nut vorsieht.
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Vorzugsweise ist der Behälter so geformt und dimensioniert, dass er als langgestreckte Metallförderrinne mit einem darin gebildeten Kanal oder als ein Behälter für einen Filter für geschmolzenes Metall, ein Behälter für einen Entgaser für geschmolzenes Metall, ein Tiegel oder dergleichen verwendet werden kann.
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Der Behälter dient normalerweise zur Aufnahme von geschmolzenem Aluminium und Aluminiumlegierungen, kann aber auch zur Aufnahme anderer geschmolzener Metalle, insbesondere solcher mit ähnlichen Schmelzpunkten wie Aluminium, verwendet werden, z. B. Magnesium, Blei, Zinn und Zink (mit niedrigeren Schmelzpunkten als Aluminium) und Kupfer und Gold (die höhere Schmelzpunkte als Aluminium aufweisen). Vorzugsweise sollte für ein bestimmtes geschmolzenes Metall, das aufbewahrt oder befördert werden soll, ein Metall für das Netz ausgewählt werden, das mit diesem speziellen geschmolzenen Metall nicht reaktiv ist, oder das zumindest ausreichend unreaktiv ist, dass ein begrenzter Kontakt mit dem geschmolzenen Metall keine übermäßige Erosion des Netzes oder Absorption am Netz bewirkt. Titan ist gut geeignet für geschmolzenes Aluminium, hat aber den Nachteil hoher Kosten. Weniger teure Alternativen umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, Ni-Cr-Legierungen (z. B. InconelR) und Edelstahl.
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Wenn der Behälter ein Trog ist, kann der Trog einen offenen Metallförderkanal aufweisen, der sich von einer oberen Oberfläche in den Körper des Trogs oder den Trogbereich erstreckt. Der Kanal kann alternativ vollständig von dem Körper umschlossen sein, z. B. in Form eines rohrförmigen Lochs, das durch den Trogkörper von einem Ende zum anderen Ende verläuft.
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Obwohl die abgedichtete Verbindung der beispielhaften Ausführungsformen nur zwischen Metallkontaktflächen von benachbarten Behälterbereichen gebildet sein kann, kann die Verbindung alternativ zwischen allen Teilen benachbarter Trogbereiche gebildet werden.
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Die abgedichtete Verbindung der beispielhaften Ausführungsformen kann zwischen Behälterbereichen, z. B. Druckbereichen, die entweder beheizt oder unbeheizt sind, gebildet werden. Wenn erhitzte Trogebereiche auf diese Weise verbunden werden, können sie einen Teil einer beheizten Trogstruktur bilden, gemäß dem
US-Patent Nr. 6,973,955 , erteilt Tingey et al. am 13. Dezember 2005 oder in der anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/002,989, veröffentlicht am 10. Juli 2008 unter der Veröffentlichung Nr.
US 2008/0163999 von Hymas et al (die Offenbarung dieses Patents und der Patentanmeldung werden hiermit explizit durch Verweis Bestandteil dieser Anmeldung).
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Das Patent von Tingey et al. Sieht eine elektrische Erwärmung von unten und von den Seiten vor und die Patentanmeldung von Hymas et al. sieht eine Erwärmung mittels zirkulierender Verbrennungsgase vor. In noch weiteren alternativen Ausführungsformen können Heizmittel innerhalb oder über dem feuerfesten Behälter selbst angeordnet sein.
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Der Begriff „feuerfestes Material”, wie er hier verwendet wird, um Metallaufbewahrungsbehälter zu bezeichnen, soll alle Materialien umfassen, die relativ widerstandsfähig gegenüber einem Angriff durch geschmolzene Metalle sind und die in der Lage sind, ihre Festigkeit bei den hohen Temperaturen, die für die Behälter in Betracht gezogen werden, beizubehalten. Solche Materialien umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, keramische Materialien (anorganische nichtmetallische Feststoffe und hitzebeständige Gläser) und Nichtmetalle. Eine nichtbegrenzende Liste geeigneter Materialien schließt die folgenden ein: die Oxide von Aluminium (Aluminiumoxid), Silicium (Siliciumdioxid, insbesondere Quarzglas), Magnesium (Magnesiumoxid), Calcium (Kalk), Zirkonium (Zirkoniumdioxid), Bor (Boroxid); Metallcarbide, Boride, Nitride, Silicide, wie Siliciumcarbid, insbesondere nitridgebundenes Siliciumcarbid (SiC/Si3N4), Borcarbid, Bornitrid; Aluminosilikate, z. B. Calciumaluminiumsilikat; Verbundmaterialien (z. B. Verbundwerkstoffe von Oxiden und Nichtoxiden); Gläser, einschließlich bearbeitbare Gläser; Mineralwolle aus Fasern oder Mischungen davon; Kohlenstoff oder Graphit; und dergleichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines feuerfesten Trogbereichs mit einer Nut an einem Ende, die zum Bilden einer abgedichteten Verbindung geeignet ist;
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2 ist eine Seitenansicht des Trogbereichs von 1, die das Ende das Ende mit der darin gebildeten Nut zeigt;
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3 ist eine Draufsicht auf die aneinanderstoßenden Enden von zwei Trogbereichen der in den 1 und 2 gezeigten Art mit einer dazwischen gebildeten abgedichteten Verbindung;
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4 ist ein Querschnitt der abgedichteten Verbindung von 3 auf der Linie IV-IV, die den inneren Aufbau der Verbindung zeigt;
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5 ist ein Längsschnitt durch einen Typ einer abgedichteten Verbindung, die zwischen benachbarten Trogbereichen gebildet ist;
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6 ist ein Längsschnitt ähnlich dem von 5, zeigt jedoch einen alternativen Verbindungstyp, gebildet zwischen benachbarten Trogbereichen;
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7 ist ein Längsschnitt ähnlich dem von 5, zeigt jedoch einen weiteren alternativen Verbindungstyp, gebildet zwischen benachbarten Trogbereichen;
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8 ist eine vergrößerte Ansicht einer gewebten Netzschicht, die zur Verwendung in beispielhaften Ausführungsformen geeignet ist;
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9 ist eine Draufsicht auf die gewebte Schicht von 8, die die schlauchförmige Beschaffenheit der gewebten Schicht zeigt;
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10 ist eine Stirnansicht eines aufgerollten bzw. aufgewickelten Bündels, das aus dem röhrenförmigen bzw. schlauchförmigen gewebten Teil der 8 und 9 gebildet ist; und
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11 ist eine Seitenansicht des Bündels von 10, die zeigt wie das Bündel mit einer schlauchförmigen gewebten Hülle überdeckt werden kann, um das Bündel zusammenzuhalten und einen flexiblen Strang zu bilden.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 und 2 der beigefügten Zeichnungen zeigen einen Bereich 10A eines Aufbewahrungsbehälters für geschmolzenes Metall in Form eines länglichen Metallfördertrogs 10 (siehe 3). Der Trog 10 wird gebildet indem zwei oder mehr solcher Bereiche aneinander angeordnet werden, um einen Trog mit einer gewünschten Länge zu erzeugen. Obwohl in diesen Ansichten nicht gezeigt, sind die Bereiche normalerweise in einem oben offenen Metallgehäuse eines Behälters oder einer Verteilungsstruktur für geschmolzenes Metall aufgenommen, so dass die Bereiche durch das Gehäuse gegen eine relative Bewegung gehalten und vor Beschädigung geschützt werden. Der Bereich 10A weist einen U-förmigen Kanal 11 auf, der durch eine innere Kanaloberfläche 12 gebildet wird. Bei der Verwendung wird der Kanal 11 teilweise mit geschmolzenem Metall bis zu einem maximalen Niveau 14 (2) gefüllt, wenn das geschmolzene Metall durch den Trog gefördert wird. Die Teile 12A der Oberfläche 12 unterhalb des Niveaus 14 stehen somit während des Gebrauchs der Vorrichtung mit geschmolzenem Metall in Kontakt und bilden Oberflächen, die mit geschmolzenem Metall in Kontakt kommen. Der Trogbereich wird durch einen Körper 15 gebildet, der ein massiver gegossener Block aus feuerfestem Material ist, der sowohl gegenüber Hitze als auch Angriff durch geschmolzenes Metall widerstandsfähig ist. Beispielsweise kann der Körper aus einem der feuerfesten Materialien hergestellt werden, die zuvor beispielhaft angeführt wurden, vorausgesetzt, sie können gebildet und zu einem geeigneten Behälterbereich geformt werden. Besonders bevorzugt sind Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, nitridgebundenes Siliciumcarbid (NBCS), geschmolzenes Siliciumdioxid und Kombinationen dieser Materialien. Ein longitudinales Ende bzw. Längsende 16 des Trogbereichs ist mit einer vergrößerten Nut 17 mit rechteckigem Querschnitt versehen, die sich von der Innenfläche 12 in den Körper 15 des Trogbereichs erstreckt und vollständig von einer Seite des Trogbereichs zum anderen verläuft. Wenn zwei derartige Trogbereiche in Längsrichtung ausgerichtet sind, wobei ein Ende mit Nut an ein Ende ohne Nut angrenzt, wird die Nut 17 allseitig außer an der Innenfläche 12 geschlossen. Alternativ kann jedes Ende des Trogbereichs 10 mit einer halbbreiten Nut versehen sein, so dass eine Nut 17 mit voller Breite zwischen diesen Trogbereichen gebildet wird, wenn die Nutenden aneinander angeordnet werden. Diese letztgenannte Alternative hat den Vorteil, dass der Rest des Spalts zwischen den Trogbereichen (d. h. dem Teil unterhalb der Nut 17) unmittelbar unterhalb der Mittellinie der Nut angeordnet ist, anstatt an einer Seite davon, und sie ist daher aus Gründen, die nachfolgend ersichtlich werden, besser gegen eine Leckage geschützt.
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3 und 4 zeigen angrenzende Teile zweier Trogbereiche 10A und 10B. Diese Bereiche sind aneinander angeordnet und mit einer abgedichteten Verbindung 24 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel versehen. 3 ist eine Draufsicht von oben und 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV von 3. Die rechteckige Nut 17 ist mit einer Kombination eines Metallnetzkörpers in Form eines flexiblen, komprimierbaren Strangs 20 und einer formbaren feuerfesten Paste 21 gefüllt und abgedichtet. Vorzugsweise wird eine glatte Oberfläche 22 aus einer Paste 21 an der äußeren Oberfläche der Nut 17 zumindest im Bereich des Oberflächenteils 12A des Trogbereichs gebildet, der während der Verwendung mit geschmolzenem Metall in Kontakt kommt. Dies gewährleistet eine gleichmäßige laminare Strömung des Metalls über die abgedichtete Verbindung 24 und reduziert dadurch die Erosion.
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Beispiele für verschiedene Arten, wie die Verbindung gebildet werden kann, sind in den 5, 6 und 7 dargestellt. Wie in 5 gezeigt, wird der Metallnetzstrang 20 zuerst in die Nut 17 eingebracht und zum Boden der Nut gedrückt, beispielsweise mittels eines Handwerkzeuges, wie einem stumpfen Meißel oder einer dünnen Stopfvorrichtung (nicht gezeigt). Der Metallnetzstrang 20 wird dann durch eine Schicht des formbaren feuerfesten Materials 21 übergedeckt, das in die Nut gedrückt und an der Oberfläche 22 mit Hilfe eines Handwerkzeuges, wie einer Kelle (nicht gezeigt), geglättet wird. Das Metallnetz des Strangs sollte vorzugsweise nicht an der Oberfläche 22 freiliegen und wird vorzugsweise mit einer Schicht der feuerfesten Paste überdeckt, die eine Dicke von bis zu 1,9 cm (3/4 Zoll) aufweist. Man lässt das formbare feuerfeste Material 21 dann trocknen, härten und möglicherweise verfestigen, bevor die Trogbereiche verwendet werden, um geschmolzenes Metall zu transportieren (wie durch Pfeil 25 dargestellt). Die Trogbereiche 10A und 10B sind über einem elektrischen Heizelement 26 innerhalb eines äußeren Metallgehäuses (nicht gezeigt) abgestützt, obwohl Heizelemente derselben Art alternativ oder zusätzlich entlang den Seiten des Wannen- bzw. Trogbereichs vorgesehen sein können. Der Metallnetzstrang 20 erstreckt sich ebenso wie das formbare feuerfeste Material 21 horizontal vollständig über die Nut 17, so dass geschmolzenes Metall nicht in die Nut 17 und in den Spalt 27 zwischen den benachbarten Trogbereichen 10A und 10B eindringen kann. Das Heizelement 26 ist daher vor dem Kontakt mit geschmolzenem Metall aus dem Inneren des Trogs geschützt und somit vor Beschädigung und Schädigung durch das Metall geschützt. Das formbare feuerfeste Material 21 haftet an den Metallnetzstrang 20, während es trocknet und aushärtet, so dass das Metallnetz einen dauerhaften Träger und eine Verstärkung für das formbare feuerfeste Material 21 bereitstellt. Dies ermöglicht die Verwendung eines weicheren und flexibleren, formbaren, feuerfesten Materials, als dies der Fall wäre wenn die Nut nur mit einem formbaren feuerfesten Material selbst gefüllt werden müsste. Das Metallnetz ermöglicht es auch, dass sich die abgedichtete Verbindung 24 ausdehnt und zusammenzieht mit Erwärmungszyklen und erlaubt auch, dass das formbare feuerfeste Material 21 sich auf die gleiche Weise ausdehnt und zusammenzieht, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Reißens minimiert wird. Wenn jedoch das formbare feuerfeste Material 21 einen Riss oder einen Spalt entwickelt, wird geschmolzenes Metall aus dem Trogbereich nicht weit in die Nut 17 eindringen, da der Metallnetzkörper des Strangs 20 einer solchen Durchdringung widersteht, insbesondere wenn die Maschengröße des Metallnetzes relativ klein ist, z. B. 1–5 mm und bevorzugter 2–3 mm oder kleiner, so dass der Meniskus des geschmolzenen Metalls die Netzöffnungen überbrückt und der Metallpenetration bzw. dem Eindringen von Metall widersteht. Dem Eindringen wird auch entgegengewirkt wenn der Körper aus zwei oder mehr Schichten besteht, so dass ein gewundener oder komplizierter Weg durch den Körper durch das geschmolzene Metall genommen werden muss, wenn es vollständig in den Strang 20 eindringen soll.
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In der Ausführungsform von 6 wird der Metallnetzstrang 20 zuerst mit einem formbaren, feuerfesten Pastenmaterial 28 imprägniert, welches das gleiche sein kann wie das formbare feuerfeste Material 21, das oberhalb des Strangs verwendet wird, oder welches auch davon verschieden sein kann. Die Imprägnierung der Paste in den Metallnetzstrang kann beispielsweise durch Vorsehen eines flachen Streifens aus gewebtem Netzmaterial, Einarbeiten der formbaren feuerfesten Paste 28 in die Maschenöffnungen bzw. Netzöffnungen und anschließendes Aufrollen des flachen Streifens in eine Rolle erfolgen, um den Strang 20 zu bilden. Der feuerfest imprägnierte Strang wird dann in der gleichen Weise wie in 5 verwendet, um eine abgedichtete Verbindung 24 zu bilden. Die feuerfeste Paste, die in den Strang in der Ausführungsform von 6 imprägniert wird, bringt mehr feuerfestes Material in die Verbindung ein und ermöglicht eine bessere Haftung des Strangs mit dem formbaren feuerfesten Material 21 und auch mit den Seiten und dem Boden der Nut 17. Wie in beiden Ausführungsformen von 5 und 6 gezeigt, kann eine Menge formbares feuerfestes Material, falls gewünscht, in die Nut 17 eingearbeitet werden, bevor der Strang 20 eingebracht wird, um eine Schicht aus feuerfestem Material unter dem Strang 20 vorzusehen. Wenngleich eine solche Anordnung nicht in den 5 und 6 gezeigt ist, ist sie in 4 dargestellt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 7 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Nut 17 durch zwei halbzylindrische Vertiefungen 17A und 17B gebildet, die jeweils in den Endflächen der Trogbereiche 10A und 10B gebildet sind. Der Strang 20 wird in die Nut 17 eingesetzt, wenn der Trog 10 aus den Bereichen 10A und 10B zusammengesetzt wird, und er ist nahezu vollständig innerhalb der Körper der Trogbereiche eingeschlossen, mit Ausnahme des Spalts 27 zwischen den Trogbereichen (welcher vorzugsweise so klein wie möglich gehalten wird). Der Spalt über der Nut wird dann mit einem formbaren, feuerfesten Material 21 gefüllt. Vorzugsweise wird das feuerfeste Material tief in den Spalt eindringen, um in die Nut 17 einzutreten und den Metallnetzstrang 20 zumindest an dessen Oberseite zu kontaktieren. Das feuerfeste Material kann jedoch nur den Spalt über der Nut 17 füllen, wodurch der Trog gegen die Metallpenetration bzw. das Eindringen von Metall abgedichtet wird. Durch Anordnen der Nut 17 unter den Metall-kontaktierenden Oberflächen der Trogbereiche wird der Spalt, der mit der feuerfesten Paste zu füllen ist, minimiert, und es ist weniger wahrscheinlich, dass sich Risse entwickeln und sich durch dieses Material fortsetzen. Jedes geschmolzene Metall, das in die Nut 17 eindringt, muss durch den Strang 20 hindurchtreten, bevor es die unteren Teile des Spaltes 27 erreicht, und wie oben angedeutet, machen die Charakteristika des Strangs eine derartige Penetration schwierig und unwahrscheinlich.
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Der Metallnetzstrang 20 kann jede Art von Metallnetzstück oder -körper sein, ist jedoch vorzugsweise von einer Art, wie in den 8 bis 11 der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Ein dünner flexibler Metalldraht 30 kann gewebt werden, um ein offenes Gewebe zu bilden, wobei ein einfacher Kett- und Schußfaden verwendet wird, der in rechten Winkeln angeordnet ist, wird jedoch vorzugsweise mit offenen kreisförmigen Schleifen 31 gewebt, wie in 8 gezeigt, um ein gewebtes Teil 32 zu bilden. Das gewebte Teil kann mit beliebigen geeigneten Abmessungen hergestellt werden, wird aber vorzugsweise in der Form eines Schlauchs 33 gewebt, wie es in 9 gezeigt ist, mit einer beliebigen geeigneten axialen Länge zwischen den offenen Enden des Schlauchs. Der gewebte Schlauch kann dann, wie durch die Pfeile in 9 dargestellt, abgeflacht werden und dann kann, ausgehend von einem offenen Ende des abgeflachten Schlauchs, das gewebte Teil aufgerollt werden, um ein röhrenförmiges bzw. schlauchförmiges Bündel 34 zu bilden, wie in 10 gezeigt (obwohl die Wicklung des schlauchförmigen Bündels im allgemeinen viel fester ist als dargestellt). Wenn noch größere Masse erforderlich ist, können zwei oder mehr abgeflachte gewebte Schläuche zusammengewickelt werden, um das Bündel zu bilden. Wie in 11 gezeigt, ist das schlauchförmige Bündel 34 vorzugsweise mit einer schlauchförmigen gewebten Metallhülle 35 eingehüllt, um das Bündel zusammenzuhalten und den Strang 20 zu bilden, der in der in den früheren Ausführungsformen gezeigten Weise verwendet wird, z. B. wie in 5 gezeigt. Ein solcher Strang hat vorzugsweise eine Dicke (Durchmesser) von 5 mm bis 1,9 cm (3/16 Zoll bis 3/4 Zoll). Die gewebte schlauchförmige Hülle 35 hat vorzugsweise Maschenöffnungen mit gleicher oder kleinerer Größe wie diejenigen der Schichten, die das schlauchförmige Bündel 34 bilden. Die schlauchförmige Hülle 35 verhindert, dass sich das Bündel 34 abwickelt, hält jedoch die flexible Beschaffenheit des Bündels aufrecht. Wenn ein Strang 20 der in 6 gezeigten Art erforderlich ist, d. h. ein Strang, der mit einer formbaren, feuerfesten Paste imprägniert ist, kann das Bündel 34 von 10 abgewickelt und die formbare feuerfeste Paste in das Netz eingearbeitet werden. Das Bündel kann dann wieder aufgewickelt werden und in dieser Form oder sogar nach erneuter Aufbringung der äußeren Hülle 35 verwendet werden (wenn die größere Abmessung, die sich aus der enthaltenen formbaren feuerfesten Paste ergibt, eine solche Wiederverwendung erlaubt). Derartige gewebte Metallprodukte können beispielsweise von Davlyn Corporation, Spring City, PA 19475, USA, bezogen werden. Ein besonders bevorzugtes Produkt von Davlyn ist ein flexibles Maschenkabel mit 1 cm (3/8 Zoll) mit einer Konstruktion ähnlich der in den 8 bis 11 gezeigten. Der Draht besteht aus InconelR, einer Legierung auf Ni-Cr-Basis. Diese Legierung ist besonders widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen und ist besonders geeignet, um die Verbindungen von extern erwärmten Trogbereichen abzudichten, die für hohe Temperaturen, z. B. bis zu etwa 900°C ausgelegt sind. Es gibt auch eine Version des Produkts, das aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, die besser geeignet ist für unbeheizte Tröge, bei denen die einzige Wärmequelle das geschmolzene Metall selbst ist.
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Die formbare feuerfeste Paste 21, die in den beispielhaften Ausführungsformen verwendet wird, kann jede Paste sein, die aus einem feuerfesten Material hergestellt ist, das aushärtet und gegenüber Angriff und Abrasion durch geschmolzenes Metall widerstandsfähig ist. Die Paste kann beispielsweise ein handelsübliches Produkt sein, das üblicherweise für die feuerfeste Reparatur verwendet wird, z. B. eine Aluminiumoxid/Siliciumdioxid-Paste, wie Pyroform EZ FillR, vertrieben von Rex Materials Group, PO Box 980, 5600E. Grand River Ave., Fowlerville, MI 48836, USA, oder eine Paste, die Aluminosilicatfasern enthält, wie Fiberfrax LDS PumpableR, vertrieben von Unifrax LLC, Firmenzentrale, 2351 Whirlpool Street, Niagara Falls, New York, USA. Solche Materialien sollten gemäß den Anweisungen des Herstellers verwendet werden und werden im allgemeinen mit einer externen Wärmequelle (wie z. B. einem Gasbrenner) oder unter Verwendung der Wärme, die durch den Trog selbst bereitgestellt wird, gehärtet, wenn sie in Gebrauch kommen. Das EZ-Füllprodukt härtet, um eine feste und relativ spröde Endmasse zu bilden, aber der Metallnetzkörper verhindert, dass die Masse einen kontinuierlichen Riss durch die Verbindung bildet. Das LDS Pumpable Material härtet aus, um eine faserigere und flexiblere Masse zu bilden, und der Metallnetzkörper trägt dazu bei, dass es eine ausreichende Festigkeit beibehält, um der Erosion durch das geschmolzene Metall zu widerstehen. Die Weichheit der Masse ermöglicht es, einen Teil der thermischen Ausdehnung und Kontraktion des Trogs aufzunehmen. Obgleich die obigen Materialien bevorzugt sind, können Pasten der feuerfesten Materialien, die zuvor beispielhaft erläutert wurden, Verwendung finden, wenn sie in formbarer Pastenform erhalten werden können. Wenn abgedichtete Verbindungen gemäß den Verfahren der beispielhaften Ausführungsformen gebildet werden, können die Verbindungen leicht entfernt werden, indem die obere Schicht aus geformtem, feuerfestem Material durchbrochen wird und dann die Metallnetzstrang-Füllung entfernt wird. Dies ermöglicht, dass ein Trogbereich, sogar ein zentraler Bereich, aus einem Trog in Betrieb entfernt werden kann, wenn dies für Wartung oder Reparatur erforderlich ist. Der Trogbereich kann dann in den Trog zurückgeführt oder ausgetauscht werden und die Verbindung in der angegebenen Weise wieder hergestellt werden.
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Es ist auch möglich, Trogbereiche vorzubereiten mit Metallnetzsträngen, die in Endnuten installiert und an Ort und Stelle gehalten werden, z. B. mittels einer dünnen Unterschicht aus formbarer feuerfester Paste. Wenn ein solcher Trogbereich verwendet wird, kann er einfach aneinander mit anderen Trogbereichen angeordnet werden, und dann werden die Verbindungen vervollständigt, indem sie mit der formbaren feuerfesten Paste gefüllt werden und die Verbindungsoberfläche geglättet wird.
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Bei den obigen Ausführungsformen kann der Trog
10 ein langgestreckter Trog für geschmolzenes Metall sein, wie er in Verteilungssystemen für geschmolzenes Metall verwendet wird, die zum Fördern von geschmolzenem Metall von einem Ort (z. B. einem Metallschmelzofen) zu einem anderen Ort (z. B. einer Gießform oder einem Gießtisch) geeignet sind. Jedoch können gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen andere Arten von Metallaufnahme- und verteilungsbehältern verwendet werden, z. B. wie Inline-Keramikfilter (z. B. keramische Schaumfilter), die zum Filtrieren von Partikeln aus einem Strom von geschmolzenem Metall verwendet werden, wenn er beispielsweise von einem Metallschmelzofen zu einem Gießtisch fließt. In solchen Fällen enthält der Behälter einen Kanal zum Befördern von geschmolzenem Metall und einen in dem Kanal angeordneten Filter. Beispiele für solche Behälter und Systeme zur Aufnahme von Metallschmelzen sind offenbart in dem
US-Patent Nr. 5,673,902 , erteilt Aubrey et al. am 7. Oktober 1997, und PCT-Veröffentlichungs-Nr.
WO 2006/110974 A1 , veröffentlicht am 26. Oktober 2006. Die Offenbarungen des vorgenannten US-Patents und der PCT-Veröffentlichung werden hier speziell durch diese Bezugnahme aufgenommen.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform wirkt der Behälter als ein Behälter, in dem geschmolzenes Metall entgast wird, z. B. wie in einem sogenannten ”Alcan-Kompaktmetallentgaser”, wie in der PCT-Patentveröffentlichung
WO 95/21273 , veröffentlicht am 10. August 1995, offenbart (deren Offenbarung speziell durch diese Bezugnahme hierin aufgenommen wird).
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Der Entgasungsvorgang entfernt Wasserstoff und andere Verunreinigungen aus einem Strom von geschmolzenem Metall wenn er von einem Ofen zu einem Gusstisch läuft. Ein solcher Behälter umfasst ein Innenvolumen für die Aufnahme von geschmolzenem Metall, in welchen rotierbare Entgaser-Flügelräder von oben hineinragen. Der Behälter kann zur diskontinuierlichen Verarbeitung verwendet werden, oder er kann Teil eines Metallverteilungssystems sein, das mit Metallförderbehältern verbunden ist. Im Allgemeinen kann es sich bei dem Behälter um einen feuerfesten Metallaufnahmebehälter handeln, der innerhalb eines Metallgehäuses angeordnet ist. Der Behälter kann auch als feuerfester keramischer Tiegel gebildet sein, um große Körper aus geschmolzenem Metall für den Transport von einem Ort zum anderen zu aufzunehmen. Alle derartigen alternativen Behälter können mit den Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt, sie sind aus zwei oder mehr Bereichen, die aneinander verbunden sind, hergestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6973955 [0015]
- US 2008/0163999 [0015]
- US 5673902 [0037]
- WO 2006/110974 A1 [0037]
- WO 95/21273 [0038]
