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Die Erfindung bezieht sich auf einen Stopfen für ein Zusammenwirken mit einer Bodenausgussdüse in einem Verteilergefäß einer Stranggusseinrichtung zur Regelung der Gießgeschwindigkeit einer Schmelze umfassend im Wesentlichen einen feuerfesten keramischen Rohrkörper mit einerseits einem Festlegungsmittel in einer bewegbaren Betätigungseinrichtung bzw. Steuerung mit einer Bohrung zur Beaufschlagung des Hohles des Rohrkörpers mit Inertgas und andererseits bzw. gegenüberliegend am Stopfenende einem konvex-konischen Regelbereich mit einer ringförmigen Regelfläche und einem zentrischen Gasaustrag.
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Insbesondere Schmelzen aus Eisenbasislegierungen werden in Stranggusseinrichtungen in einen Kristallisator bzw. in eine Kokille gegossen und der teilerstarrte Strang nach unten abgezogen.
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Ein Eingießen der Schmelze in den Kristallisator erfolgt zumeist über ein metallurgisches Gefäß bzw. einen Verteiler, welches bzw. welcher von einer Pfanne gespeist wird, mittels einer Bodenausgussdüse, die unterschiedliche Ausbildungsformen aufweisen kann.
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Zur Regelung der Gießgeschwindigkeit bzw. der Durchsatzmenge von Metall durch die Düse kann ein Schieberverschluss dienen oder ein Stopfen im Zusammenwirken mit einer Bodenausgussdüse verwendet werden.
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Die mit einer Bodeneingussdüse in den Kristallisator eingeleitete Schmelze entwickelt im gesamten Düsenbereich einen beträchtlichen Unterdruck, welcher in der Regel ein Einsaugen von Luft in das strömende Metall bewirkt.
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Beim Gießen kann sich, gegebenenfalls durch den Sauerstoffanteil der angesaugten Luft, an der Wand der Bodenausgussdüse nichtmetallisches Material anlagern, was in der Folge den Öffnungsquerschnitt verkleinert und weiters nachteilig auf den Gießvorgang wirkt.
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Es sind aus einer Vielzahl von Dokumenten zum Stand der Technik Maßnahmen bekannt, ein Einbringen von Sauerstoff in die flüssige Schmelze im Schieberbereich und durch die Wandung der Bodenausgussdüse zu behindern und Inertgas in das Flüssigmetall einzuleiten, um ein Ansetzen von Material an der Düsenwandung zu vermeiden (
DE 10 2010 050 936 A1 ).
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Die Erfindung bezieht sich nun, wie eingangs festgestellt, auf einen Stopfen für das Zusammenwirken mit einer Bodendüse.
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Zur Veranschaulichung des Standes der Technik sind aus der
KR 20130046718 (A) Zeichnungen entnommen, die in der gegenständlichen Anmeldung
1 bis
3 bilden.
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1 zeigt einen Verteiler 30 mit einer Bodenausgussdüse 50, einen Stopfen 100 mit einer Betätigungseinrichtung 150. Der Stopfen 100 weist einen keramischen Rohrkörper 110 mit einem zentrischen Gasaustrag auf. Eine Schmelze fließt, wie schematisch dargestellt, durch einen Regelspalt 30a in die Bodenausgussdüse.
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2 zeigt einen Stopfen 100 mit einem Festlegungsmittel 130.
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In 3 ist das Festlegungsmittel 130 für den Rohrkörper 110 des Stopfens dargestellt und zeigt deutlich durch eine strichlierte Linie einen Einsaugweg für Sauerstoff (O2) in das Hohl 116 des Rohrkörpers.
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Eine Zufuhr von Inertgas Argon durch die Bohrung 131 des Festlegungsmittels soll nach dem Stand der Technik ein Ansaugen von Sauerstoff in das Hohl 116 des Rohrkörpers 110 verhindern, erfordert jedoch in nachteiliger Weise einen hohen Inertgasdruck und bewirkt eine ungünstige hohe Argonförderung in die Schmelze in der Bodenausgussdüse.
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Die Erfindung hat nun die Aufgabe, einen Stopfen der eingangs genannten Art für ein Zusammenwirken mit einer Bodenausgussdüse zu schaffen, mittels welchen Inertgas in gewünschter Menge im Regelbereich am Stopfenende zentrisch in eine Schmelze eingebracht und im porösen feuerfesten keramischen Rohrkörper und im Festlegungsmittel desselben ein Ansaugen von Luftsauerstoff vermieden werden.
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Die Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Stopfen dadurch gelöst, dass der Gasaustrag im Regelbereich aus einem porösen, gasdurchlässigen Feuerfestteil besteht und dass beabstandet im Rohrkörper ein Gasdurchflussregelmittel positioniert ist, wobei der Abstand zwischen Stopfenende und Gasdurchflussregelmittel gleich oder kleiner ist als das Maß der Höhe der Schmelze bzw. des Gießspiegels im Verteilergefäß.
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Die mit der Erfindung erreichten Vorteile werden im Wesentlichen dadurch erreicht, dass ein drucksteuerndes Gasdurchflussregelmittel im Hohl des Rohrkörpers beabstandet zum Stopfenende positioniert ist.
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Ein Gasdurchflussregelmittel setzt einem Gasstrom einen Widerstand entgegen, welcher in einem Rohreine Druckdifferenz vor und nach dem Regelmittel bewirkt. Wird also für eine bestimmte Gasdurchflussmenge durch ein Rohr eine gewünschte Druckdifferenz gewünscht, kann auf einfache Weise ein entsprechendes Durchflussregelmittel gewählt werden.
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Wenn nun, wie gemäß der Erfindung vorgesehen ist, im Rohrkörper des Stopfens das Gasdurchflussregelmittel mit einem derartigen Abstand vom Stopfenende positioniert wird, der gleich oder kleiner ist als das Maß der Höhe der Schmelze bzw. des Gießspiegels im Verteilergefäß, so ist bei gewünschter Gasdurchflussmenge ein Druck im Hohl über dem Schmelzenspiegel von höher als derjenige in der Atmosphäre einstellbar. Dadurch wird vermieden, dass Luftsauerstoff durch den porösen Rohrkörper eingesaugt wird.
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Unterhalb des Gasdurchflussregelmittels im Hohl, also bodenseitig zum Stopfenende hin, ist im Hinblick auf den gewünscht geringen Gasaustrag aus dem zentrischen gasdurchlässigen Feuerfestteil ein Gasunterdruck ohne Gefahr eines Einsaugens von Luftsauerstoff möglich, weil dieser Stopfenteil im Verteiler von flüssiger Schmelze umgeben ist. Ein geringer Gasaustrag ist dabei von Vorteil, weil derart keine Gefahr von hoher Gasblaseneinbringung in den Bereich der Erstarrungsfront des Stranges erfolgt.
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Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn im Hohl bei einer Gasdurchflussmenge von 3.0 bis 8.0 l/min oberhalb des Gasdurchflussregelmittels ein Druck von gleich oder höher als der Umgebungsdruck bzw. Atmosphärendruck herrscht, wobei unterhalb des Gasdurchflussregelmittels im Bereich des Hohles ein Unterdruck gegeben ist. Dabei sind Gasdurchflussmengen von etwa 3.0 l/min für kleinere Strangquerschnitte günstig, wohingegen bis 8.0 l/min für große Bloom- oder Brammenformate gute Ergebnisse erbringen.
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Wenn das Gasdurchflussregelmittel aus einem porösen gasdurchlässigen Keramikwerkstoff gebildet ist, kann dieses Mittel auf einfache Weise betreffend die Druckdifferenz bei einer Durchflussmenge. von Gas gewählt oder überprüft und in der Folge im Hohl des Rohrkörpers oberflächendicht positioniert werden.
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Es ist jedoch auch möglich, das Gasdurchflussregelmittel mit einem kalibrierten Durchflussrohr in einem dichten Pfropfen auszuführen, wenn sich dadurch gegebenenfalls wirtschaftliche Vorteile ergeben.
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Mit Vorteil weist das Stopfenrohr ein Gasdurchflussregelmittel auf, bei welchem im Vergleich mit dem Außendruck der Gasdruck im Hohl im oberen Bereich um etwa 0.5 bar höher und im unteren Bereich bis zu 0.4 bar niedriger ausgebildet ist.
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Für eine homogene Verteilung der Öffnungen im zentrischen Gasaustrag aus der Regelfläche und insbesondere für eine hohe Verbindungsgüte bei wirtschaftlicher Fertigung ist es günstig, wenn das poröse gasdurchlässige Feuerfestteil im Stopfenende zusatzwerkstofffrei im gleichen Verfahrensschritt bei der Herstellung gebildet ist.
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Im Folgenden soll die Erfindung an Darstellung aus dem Stand der Technik (
KR 20130046718 (A) und Prinzipskizzen, die allenfalls nur einen Ausführungsweg der Erfindung darstellen, näher erläutert werden.
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Es zeigen
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1 einen Verteiler mit einer Bodenausgussdüse mit einem Stopfen
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2 einen Stopfen
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3 ein Festlegungsmittel für einen Stopfen-Rohrkörper (1 bis 3 Stand der Technik)
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4 ein Stopfenunterteil mit porösem 'Gasdurchflussregelmittel
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5 ein Stopfenunterteil mit Gasdurchflussrohr
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Zur leichteren Zuordnung der Teile und Komponenten eines erfindungsgemäßen Stopfens (4, 5) soll die nachfolgende Bezugszeichenliste dienen:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stopfen
- 11
- Stopfenende
- 2
- feuerfester keramischer Rohrkörper
- 20
- Hohl im Rohrkörper
- 201
- Hohlbereich oberhalb des Gasdurchflussregelmittels
- 202
- Hohlbereich unterhalb des Gasdurchflussregelmittels
- 3
- Regelbereich
- 31
- Regelfläche
- 4
- Feuerfestteil gasdurchlässig
- 5
- Gasdurchflussregelmittel
- 51
- Durchflussrohr
- S
- Schmelzenniveau im Verteiler
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1, 2 und 3 wurden als Stand der Technik in der Einleitung zur Erfindung dargelegt, wobei die Originalteilbezugszeichen Verwendung fanden.
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4 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Stopfen 1 unterhalb eines Festlegungsmittels.
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Ein feuerfester keramischer Rohrkörper 2, der im Hohl 20 mit Inertgas, beispielsweise Argon, im Bereich einer Festlegung (nicht dargestellt) beaufschlagbar ist, weist am Stopfenende 11 außen einen konvex-konischen Regelbereich 3 mit einer Regelfläche 31 für ein durchlfusssteuerndes Zusammenwirken mit einer Bodendüse auf.
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Innerhalb der Regelfläche 31 zentrisch im Stopfenende 11 befindet sich ein poröses gasdurchlässiges Feuerfestteil 4 als Gasaustrag für Inertgas, welches Gas mit dem Schmelzenstrom in eine Bodenausgussdüse einbringbar ist. Durch eine vorgesehen große Porosität des Feuerfestteiles 4 erfolgt eine Gaseinbringung in die vorbeifließende Schmelze mittels einer Vielzahl von Poren über den Querschnitt vom Teil 4.
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Weil nun eine fließende Schmelze, insbesondere ein solche aus einer Eisenbasislegierung, im Bereich Stopfen 1 und Bodenausgussdüse einen erheblichen Unterdruck bewirkt, entsteht eine Saugwirkung am Feuerfestteil 4 und derart ein Unterdruck im angrenzenden unteren Bereich 202 des Hohles 20 des Rohrkörpers 2.
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Oberhalb des Stopfenendes 11 bzw. des großporigen, nicht durchflusskalibrierten Feuerfestteiles 4 ist im Hohl 20 des Rohrkörpers 2 das Gasdurchflussregelmittel 5 mit einem Abstand positioniert, welcher gleich oder kleiner ist als das Maß der Höhe der Schmelze S im Verteilergefäß.
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Der unterhalb des Schmelzenspiegels S liegende Bereich des Stopfens 1 weist somit einen Unterdruck im Hohl 202 zur Einstellung einer vorgesehenen Gasaustragsmenge aus dem porösen Feuerfestteil auf.
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Durch das Gasdurchflussregelmittel 5 wird im Inertgassystem oberhalb des Schmelzenniveaus S im Verteiler ein über dem Umgebungsdruck liegender Druck errichtet und damit ein Einsaugen von Luftsauerstoff, insbesondere durch die Wandung des keramischen Rohrkörpers 2, verhindert.
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Das Gasdurchflussregelmittel 5 kann auch als Durchflussrohr 51, wie in 5 dargestellt, ausgebildet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010050936 A1 [0007]
- KR 20130046718 A [0009]
- KR 20130046718 (A) [0025]
