DE602004001133T2

DE602004001133T2 - Vorrichtung zur verbindung einer fluidzirkulationsleitung mit einem feuerfesten element

Info

Publication number: DE602004001133T2
Application number: DE602004001133T
Authority: DE
Inventors: Francois-Noël Richard; Aldo Ruffaldi
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Current assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: US7942455B2; WO2004069451A1; TW200418598A; ATE328690T1; CN1761544A; EP1445046A1; AR043000A1; CN100335209C; DE602004001133D1; JP4705012B2; RU2356690C2; EP1594643B1; AU2004210014A1; MXPA05008365A; UA81653C2; PL207936B1; RU2005121925A; CA2514827C; US20060232062A1; BRPI0406771A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung einer Fluidzirkulationsleitung an ein feuerfestes Bauteil, insbesondere eine Stopfenstange, eine Düse oder eine Gießummantelung, beispielsweise, um ein Gas in einen Gießkanal einzuführen, eine Kammer unter Druck zu setzen, einen Druck zu messen oder ein Gas zu pumpen. Die Erfindung betrifft auch ein feuerfestes Bauteil.
Eine Verbindungsvorrichtung für ein feuerfestes Bauteil, wobei ein Sitz in der Seitenwand des Bauteils bereitgestellt wird, ist aus der Druckschrift FR-A1-2763012 bekannt, wobei diese Vorrichtung eine zusammendrückbare Dichtung, die an dem Sitz angeordnet ist, ein Trägerbauteil, das die äußere Fläche der Seitenwand trägt, und elastische Mittel, die zwischen das Trägerbauteil und die Dichtung eingeschoben sind, welche Letztere gegen den Sitz drücken, umfasst. Das Trägerbauteil umfasst ein Band oder einen Reifen, der das feuerfeste Bauteil umschreibt. In beiden Fällen unterstützt der Bereich des feuerfesten Bauteils, der an der Außenseite des Sitzes angeordnet ist, die Reaktionskraft, die für das Zusammenpressen der Dichtung erforderlich ist, welche durch das Trägerbauteil darauf übertragen wird.
In einer solchen Vorrichtung hat die Trägervorrichtung große Abmessungen, sodass ihre thermische Ausdehnung eine wesentliche Erhöhung des Abstandes, der für die Dichtung zwischen dem Sitz und dem Trägerbauteil bleibt, verursacht. Dies führt dazu, dass das elastische Mittel bezüglich der Größe der Dichtung relativ voluminös sein muss, um diese Erhöhung zu kompensieren und einen ausreichenden Druck auf die Dichtung aufrecht zu erhalten.
Druckschrift WO-A1-01/83138 schlägt vor, diesen Nachteil durch den Einschub eines metallischen Zwischenbauteils, dessen Ausdehnung die Ausdehnung des Trägerbauteils kompensieren kann, zu begrenzen. Ab dann bleibt die Dichtung permanent in Kontakt mit dem Sitz und erlaubt so, eine gute Dichtheit trotz Temperaturänderungen zu halten. Das obere Ende des metallischen Bauteils muss jedoch auch blockiert sein, beispielsweise mit einer Verschweißung, die es mit dem Band eins macht.
Die vorliegende Erfindung strebt den Vorschlag einer einfacheren und kompakteren Lösung an, wobei nicht notwendigerweise ein Band für das feuerfeste Bauteil vorliegen muss.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden einer Fluidzirkulationsleitung mit einem feuerfesten Bauteil, das eine Oberfläche aufweist, die mit einer zylindrischen Bohrung ausgestattet ist, umfassend eine Dichtung, die zur Anordnung in der Bohrung vorgesehen ist, und ein erstes Trägerbauteil, das die Dichtung von der Außenseite der Bohrung zusammenpresst. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein zweites Trägerbauteil umfasst, das in die Bohrung zur sandwichartigen Anordnung der Dichtung zusammen mit dem ersten Trägerbauteil und einem Stab, der die Trägerbauteile näher bringen kann, eingeführt werden kann, um die Dichtung zusammenzupressen.
Die zwei Trägerbauteile üben einen axialen Druck auf die Dichtung aus, was deren radiale Ausdehnung, und ihr Anpressen gegen die Wand der Bohrung, wo sie angeordnet ist, verursacht. Der Ursprünglichkeit der Erfindung liegt in der Tatsache, dass das Zusammendrücken der Dichtung keinen Träger auf dem feuerfesten Bauteil erfordert, da beide Trägerbauteile um die Dichtung herum einander näher gebracht werden. Dadurch wird kein weiterer Aufwand als jener, der sich aus der radialen Ausdehnung der Dichtung ergibt, auf das feuerfeste Bauteil angewendet. Laut Definition ist diese radiale Ausdehnung um die Bohrungswände gut verteilt und erzeugt keine Spannungen, die einen Ausfall des feuerfesten Bauteils verursachen können. Dieser Vorteil ist umso bemerkenswerter, wenn die Bohrung einen Querschnitt nahe einem Kreis aufweist. Deshalb hat gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform die Bohrung einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Die Form der Dichtung wird aus erklärlichen Gründen der Form der Bohrung angepasst. In einigen Fällen ist keine axiale Reaktionskraft von dem feuerfesten Bauteil (deren Resultierende ein Schub der Dichtung gegen die Außenseite der Bohrung ist) für dieses Zusammendrücken der Dichtung notwendig.
Weiterhin ist es gemäß der Erfindung nicht notwendig, sich um die Bodenoberfläche der Bohrung besonders zu kümmern, da im Gegensatz zu Lösungen des Standes der Technik die Dichtheit der Verbindung an der Grenzfläche einer Dichtung mit dieser Bodenoberfläche nicht gesichert ist. Dieses Merkmal erlaubt sehr vorteilhaft, wesentliche Einsparungen in den Herstellungskosten des feuerfesten Bauteils zu realisieren.
Folglich ist die Erfindung leicht zu realisieren, vorausgesetzt, dass die verschiedenen einbezogenen Bestandteile korrekt bemessen sind. Insbesondere haben die Dichtung und das zweite Trägerbauteil vorzugsweise Abmessungen, die ihren Einschub in die Bohrung ohne Aufwand erlauben. Das Zusammendrücken der Dichtung sichert dann nicht nur die Dichtheit der Verbindung, sondern auch die Befestigung der Anordnung an dem feuerfesten Bauteil. Im Fall eines Stopfers kann man auch darüber nachdenken, denselben an die erfindungsgemäße Vorrichtung zu hängen.
Durch Bereitstellen von Mitteln, um die Leitung mit dem Stab oder mit dem ersten Trägerbauteil zu verbinden, wird eine eigenständige Vorrichtung zum Verbinden und Binden der Fluidleitung an das feuerfeste Bauteil erhalten.
Darüber hinaus bilden die Dichtung, die zwei Trägerbauteile und der Stab eine relativ kompakte Anordnung, worin die thermische Ausdehnung vermindert ist, wodurch die Gefahr der Verminderung des Axialdrucks der Dichtung begrenzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Dichtung aus einem elastischen feuerfesten Material, beispielsweise Graphit, verwendet.
Im speziellen Fall einer Graphitdichtung haben die Erfinder beobachtet, dass in bestimmten Fällen die Verbindungsvorrichtung versagen könnte. Ohne zu wünschen, in irgendeiner Weise an diese Hypothese gebunden zu sein, haben sie festgestellt, dass ein Teil des Kohlenstoffs von der Graphitdichtung in die metallischen Bauteile (beispielsweise die Trägerbauteile), die mit der Dichtung in Kontakt stehen, durch ein Phänomen von Diffusion/Lösung in die feste Phase diffundieren konnte. Der zu den metallischen Bauteilen, die im Allgemeinen Eisen umfassen, diffundierende Kohlenstoff, bildet mit letzterem Roheisen, dessen Schmelzpunkt nahe 1150°C ist. Bei der Verwendung ist die Temperatur nahe diesem Wert, wobei die metallischen Bauteile „schmelzen" und zerstört werden. Dieses zusätzliche Problem wurde durch Einschieben einer Sperre zwischen die Graphitdichtung und die Metallbauteile gelöst. Eine solche Sperre kann physikalisch oder chemisch sein. Beispielsweise kann die Graphitdichtung mit einer Komponente beschichtet sein, die hohen Temperaturen widersteht und die weder mit dem Kohlenstoff noch dem Eisen in Wechselwirkung tritt. Insbesondere können Metalloxide, wie Aluminiumoxid oder Titanoxid, verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein elastisches Mittel, beispielsweise eine elastische Unterlegscheibe, neben der Dichtung angeordnet, um die thermische Ausdehnung des Stabes und der Trägerbauteile zu kompensieren.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Stab ein röhrenförmiger Körper mit einem Fluiddurchgangskanal, der sich dorthindurch erstreckt. Dieser Stab kann weiterhin ein Außengewinde umfassen, während mindestens eines der Trägerbauteile ein passendes Innengewinde umfasst, wobei das Nahebringen der zwei Trägerbauteile von einem Schraubvorgang des Trägerbauteils auf dem Stab herrührt. In diesem Fall wird die Stärke des Zusammenpressens der Dichtung gegen die Bohrungswände durch das Paar von Festspannkräften, das während des Schraubens aufgewendet wird, bestimmt.
Der Stab kann mit einem der Trägerbauteile eins sein, beispielsweise dem zweiten, welcher in der Bohrung angeordnet ist.
In einer besonderen Variante der Ausführungsform werden gegendrehende Mittel bereitgestellt, um bei Rotation den in die Bohrung eingeführten Stab zu blockieren. Solche gegendrehenden Mittel können aus ebenen Oberflächen bestehen, die an den Seiten des Stabs gebildet werden, wobei ein Teil davon von der Außenseite der Bohrung oder durch eine gegendrehende Form, die mit einer passenden Form der Bohrung zusammenarbeitet, erreicht werden kann.
Eine Abstandsunterlegscheibe, beispielsweise aus feuerfestem Material oder Stahl, kann ebenfalls neben der Dichtung auf der Seite des ersten Trägerbauteils angeordnet sein, um zu verhindern, dass sich die Dichtung radial ausdehnt, sodass sie eine radiale Kraft aufbringt, die zu nahe zu den Kanten der Bohrung ist, welche schwächer sind als der Rest der Wand.
Eine ebene Oberfläche kann auch in der Seitenwand des feuerfesten Bauteils um den Einlass der Bohrung herum gebildet werden, um eine Positionierungsunterlegscheibe, die zwischen dem ersten Trägerbauteil und der Anordnung, die die Dichtung ausmacht, angeordnet ist, und gegebenenfalls die elastischen Mittel sowie gegebenenfalls die Abstandsunterlegscheibe aufzunehmen. Diese Positionierungsunterlegscheibe ergibt einen Bezug für die Einführung des zweiten Trägerbauteils, die Dichtung und den Stab bezüglich der äußeren Wandfläche des feuerfesten Bauteils. Weiterhin macht diese Positionierungsunterlegscheibe die Verbindung starrer durch Ruhen an der Seitenwand des feuerfesten Bauteils und trägt zum Binden der Fluidleitung in ihrer besonders vorteilhaften Richtung bezüglich dieser Wand bei.
Vorzugsweise ist der Querschnitt der Bohrung kreisförmig.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung, umfassend eine Vorrichtung zum Verbinden einer Fluidzirkulationsleitung und eines feuerfesten Bauteils, insbesondere einer Düse oder einer Gießummantelung, wie nachstehend offenbart, insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer zylindrischen Bohrung ausgestattet ist, die angepasst ist, um zwei Trägerbauteile und eine abdichtende Dichtung, die sandwichartig durch diese Trägerbauteile angeordnet ist, aufzunehmen.
Gemäß besonderen Ausführungsformen:

– wird eine ebene Oberfläche um den Einlass der Bohrung herum gebildet;
– wird die Bohrung mit einer gegendrehenden Form ausgestattet, um die Rotation von einem der Trägerbauteile zu verhindern.

Um das Verstehen der Erfindung zu erleichtern, wird nun eine besondere Ausführungsform, die nachstehend als ein nicht begrenzendes Beispiel angegeben wurde, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 ein Querschnitt einer Düse (versenkte Einlaufdüse) ist, die beim Gießen von geschmolzenem Stahl verwendet wird.
2 ist eine detaillierte Ansicht von 1.
In der Düse 1 von 1 wird der Stahl, der in den Kanal 2 fließt, von der äußeren Atmosphäre durch eine Zuführung von Gas geschützt, um insbesondere die Bildung und den Aufbau von Aluminiumoxid an der Innenwand des Kanals zu vermeiden. Ein Gas, das üblicherweise dafür verwendet wird, ist Argon.
Um seine Einführung zu erlauben, umfasst die Düse einen ringförmigen Durchgang 3, der zu einer Hülse 4, die aus einem porösen Material hergestellt wurde, führt, welche das Argon an der Oberfläche zu dem Kanal 2 diffus verteilt und eine Schutzschale bildet, die den Kontakt zwischen dem Stahl und dem feuerfesten Material vermindert. Der ringförmige Durchgang 3 wird durch eine Bohrung 5 geleitet, an der ein Gaszuführungsleitungsrohr 6 angeschlossen ist, das selbst an eine Gasquelle 7 angeschlossen ist.
Die Einzelheit des Bereichs II wird an 2 gezeigt, wobei die Bohrung 5 mit einer Anschlussvorrichtung 8, die an dem Ende des Rohrs 6 angeordnet ist, dargestellt wird.
Diese Vorrichtung 8 umfasst einen Körper, der aus einem röhrenförmigen Teil 9a und einem Boden 9b aufgebaut ist, wobei beide von einem Längskanal 9c durchquert werden. Der röhrenförmige Teil 9a hat einen deutlich kleineren Durchmesser als die Bohrung 5 und lässt um dieselbe einen ringförmigen radialen Spielraum, wobei der Boden 9b einen Durchmesser aufweist, der nur etwas kleiner ist als dieser von Bohrung 5.
Der röhrenförmige Teil 9a wird geschraubt und das Gewinde 10 nimmt eine Endkappe 11 auf, die das ausgestellte Ende 6a des Rohrs 6 abschließt und dasselbe gegen eine abdichtende Dichtung 12, die auf dem Körperende liegt, zusammendrückt, wodurch eine enge Verbindung zwischen der Innenseite des Rohrs 6 und dem Längskanal 9c des Körpers gesichert wird. Das Gewinde nimmt auch eine Mutter 13 auf, die weiter näher zu dem Boden 9b geschraubt wird.
Der Boden 9b und die Mutter 13 machen zwei Trägerbauteile aus, die sandwichartig eine abdichtende Dichtung 14, eine Abstandsunterlegscheibe 15 und eine Positionierungsunterlegscheibe 16 anordnen, die in dieser Reihenfolge um den röhrenförmigen Teil des Körpers vor dem Schrauben der Mutter 13 eingreifen.
Der röhrenförmige Teil 9a wirkt als eine Abziehvorrichtung, die die zwei Trägerbauteile näher bringt.
Die Innendurchmesser der abdichtenden Dichtung 14 und der zwei Unterlegscheibe 15 und 16 korrespondieren im Wesentlichen mit den äußeren Durchmessern des röhrenförmigen Teils 9a.
Die abdichtende Dichtung 14 hat einen Außendurchmesser nahe zu diesem der Bohrung 5, sodass sie in letztere gezwungen wird, während die Abstandsunterlegscheibe 15 einen Außendurchmesser nahe dem Boden 9b aufweist und ohne jegliche Reibung in die Bohrung 5 eingreifen kann.
Die Positionierungsunterlegscheibe 16 hat einen Außendurchmesser, der deutlich größer als die Bohrung 5 ist, sodass sie an der Außenwand der Düse 1 ohne Schwächen der Kanten der Bohrung 5 aufliegt.
Die Verbindungsvorrichtung 8 kann in der nachstehenden Weise angewendet werden: Nachdem die abdichtende Dichtung 14, die Abstandsunterlegscheibe, die Positionierungsunterlegscheibe 16 und die Mutter 13 um den röhrenförmigen Teil 9a des Körpers erfolgreich eingegriffen haben, wird die Mutter bis zu einer Position mit einem Abstand von dem Boden derart geschraubt, dass, wenn die Positionierungsunterlegscheibe 16 gegen die Düse 1 ruht, während des Einschubs des Körpers in die Bohrung 5, der Boden 9b nahe dem Bodenende 5b der Bohrung 5 ist.
Die abdichtende Dichtung 14 wurde etwas in die Bohrung gedrückt, wobei die Verbindungsvorrichtung in Position gehalten wird, jedoch noch herausgezogen werden kann, wenn auf das Rohr 6 ein Zug ausgeübt wird.
Das Schrauben der Mutter 13 wird dann fortgesetzt, was die Bewegung des Körpers 9 zur Außenseite der Bohrung veranlasst und dadurch den Boden 9b und die Mutter 13 näher bringt.
Durch den Zwischenraum von Abstandshalter 15 und Positionierungsunterlegscheibe 16 wird die Dichtung 14 dann einem Axialdruck unterzogen, der ihre Radialausdehnung verursacht.
Sie wird dann gegen die Seitenwand 5a der Bohrung um den röhrenförmigen Teil 9a angewendet, wodurch einerseits eine perfekte Verbindungsdichte und andererseits der mechanische Eingriff in die Bohrung 5 unterstützt werden.
Es ist selbstverständlich, dass die vorstehend beschriebene Ausführungsform keinem begrenzenden Zweck dient.

Claims

Vorrichtung zum Verbinden einer Fluidzirkulationsleitung (6) mit einem feuerfesten Bauteil (1), das eine Oberfläche aufweist, die mit einer zylindrischen Bohrung (5) ausgestattet ist, umfassend eine Dichtung (14), die zur Anordnung in der Bohrung vorgesehen ist, und ein erstes Trägerbauteil (13), das die Dichtung von der Außenseite der Bohrung zusammenpresst, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein zweites Trägerbauteil (9b) umfasst, das in die Bohrung zur sandwichartigen Anordnung der Dichtung (14) zusammen mit dem ersten Trägerbauteil (13) und einem Stab (9a), der die zwei Trägerbauteile näher bringen kann, eingeführt werden kann, sodass die zwei Trägerbauteile einen axialen Druck auf die Dichtung ausüben, um die Dichtung axial zusammenzupressen, und ihre radiale Ausdehnung gegen die Wand der Bohrung veranlassen, um eine dichte Verbindung zu sichern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend Mittel (11), um die Leitung (6) mit dem Stab (9a) oder dem ersten Trägerbauteil zu verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dichtung (14) aus einem elastischen feuerfesten Material, beispielsweise Graphit, hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein elastisches Mittel, beispielsweise eine elastische Unterlegscheibe neben der Dichtung angeordnet wird, um die thermischen Ausdehnungen des Stabs und der Trägerbauteile zu kompensieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stab ein röhrenförmiger Körper (9a) mit einem Fluiddurchgangskanal (9c), der sich dort hindurch erstreckt, ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Stab (9a) ein Außengewinde (10) umfasst, während mindestens ein (13) der Trägerbauteile ein passendes Innengewinde umfasst, wobei das Nahebringen der zwei Trägerbauteile von einem Schraubvorgang des Trägerbauteils auf dem Stab herrührt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Stab (9a) mit einem der Trägerbauteile (9b), beispielsweise mit dem zweiten, das in der Bohrung (5) angeordnet ist, eins ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei gegendrehende Mittel zum Blockieren der Rotation des in die Bohrung eingeführten Stabs vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Abstandsunterlegscheibe (15), beispielsweise aus feuerfestem Material oder Stahl, neben der Dichtung (14) auf der Seite des ersten Trägerbauteils (13) angeordnet ist.
Anordnung eines feuerfesten Bauteils (1), beispielsweise Düse oder Gießummantelung, umfassend eine zylindrische Bohrung (5), die bemessen ist, um zwei Trägerbauteile (9b, 13) und eine sich festziehende Dichtung (14), die sandwichartig zwischen diesen Trägerbauteilen angeordnet ist, aufzunehmen und eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Anordnung nach Anspruch 10, wobei eine ebene Oberfläche um den Einlass der Bohrung (5) von dem feuerfesten Bauteil ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 10 und 11, wobei die Bohrung (5) des feuerfesten Bauteils mit einer gegendrehenden Form ausgestattet ist.