-
Die
Erfindung betrifft ein Gießrohr
(Tauchrohr). Ein solches Gießrohr
kann benutzt werden, um eine Metallschmelze von einem (oberen) metallurgischen
Gefäß zu einem
zweiten (unteren) metallurgischen Gefäß zu überführen, zum Beispiel zur Überführung einer
Stahlschmelze von einer Pfanne in einen Tundish.
-
Solche
Gießrohre
werden aus mindestens einem feuerfesten Material hergestellt (um
den hohen Schmelze-Temperaturen zu widerstehen) und umfassen jeweils
einen rohrförmigen
Teil, der einen ersten Abschnitt eines Gießkanals bildet und einen plattenförmigen Abschnitt
mit einer Öffnung,
die einen zweiten Teil des (gemeinsamen) Gießkanals definiert. Dieser plattenförmige Abschnitt,
der üblicherweise
mit dem rohrförmigen
Abschnitt integral ausgebildet ist, ist an einem Ende des rohrförmigen Teils angeordnet.
Dies führt
zu einer T-Form des gesamten Gießrohrs.
-
Typischerweise
werden zwei dieser Gießrohre
im Ausgussbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes angeordnet.
Einer der beiden Ausgüsse
wird meistens in einer feuerfesten Auskleidung des Gefäßes angeordnet,
zum Beispiel innerhalb eines Lochsteins. Diese so genannte Innendüse wird mit
ihrem rohrförmigen
Abschnitt oben und dem plattenförmigen
Abschnitten unten angeordnet.
-
Bei
dieser Installierung kann der plattenförmige Abschnitt als ein Teil
des Schieberverschlusses benutzt werden. Zu diesem Zweck hat der
plattenförmige
Teil eine flache Oberfläche
an seinem freien (unteren) Ende, wobei die flache Oberfläche senkrecht
zu einer Längsachse
des Gießkanals
verläuft, dass
heißt
mehr oder weniger horizontal in der Montagestellung des Gießrohrs.
-
Entsprechend
kann ein zweites Gießrohr
(oft Außendüse oder
Austauschdüse
genannt) unterhalb der Innendüse
montiert werden, zum Beispiel genau umgekehrt mit dem plattenförmigen Abschnitt
oben und dem rohrförmigen
Abschnitt unten. Das Gießrohr wird
nach dem Einbau mehrfach bewegt. Die freie Oberfläche des
plattenförmigen
Abschnitts sollte wiederum flach sein, so dass sie innerhalb eines
2- oder 3-Platten-Schieberverschlusses
als Gleitfläche
genutzt werden kann.
-
Es
ist auch bekannt, zumindest einen Teil eines solchen Gießrohres
mit einem Metallmantel (einer Metallhülle) zu umgeben. Diese Hülle stabilisiert das
Gießrohr
und erleichtert dessen Austausch. Der Metallmantel sorgt ferner
für die
notwendige geometrische Genauigkeit für einen effektiven Sitz in
einem korrespondierenden Betätigungs-
oder Austauschmechanismus und einen mechanischen Träger für die relativ
spröden
Komponenten des feuerfesten keramischen Gießrohrs.
-
Aufgrund
einer Kombination von thermo-mechanischen Kräften, die sich beim Aufheizen
der Gießdüse, während der
Austauschbewegung und/oder beim Gießen bilden, entstehen Spannungen
in der Gießdüse, die
zur Rissbildung in der Wand führen
können,
insbesondere im Übergangsbereich zwischen
plattenförmigem
und rohrförmigem
Abschnitt.
-
Die
Erfinder haben die Ursache solcher Rissbildungen durch Computersimulationen
analysiert. Dabei wurde festgestellt, dass die höchsten Spannungen im unteren
(bewegbaren) Element vom Trägermechanismus
für das
Gießrohr
stammen und im Bereich der zentralen Querachse über dem Lademechanismus am
größten sind.
Bei der klassischen „T"-Form eines Gießrohrs verursachen
diese Trägerkräfte eine
erhebliche Spannungszone zwischen der Trägeroberfläche und dem Gießkanal,
wobei sich ein Riss von außen
zur Bohrung (Gießkanal)
des rohrförmigen
Abschnitts unter dem Trägerflansch
(dem plattenförmigen
Abschnitt) fortsetzen kann.
-
Es
wurde außerdem
beobachtet, dass es im Betrieb zu Oberflächen-Verwerfungen kommen kann,
und zwar aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungen. Während die
Oberflächen
des Plattenpaares um den Gießkanal
herum in engem Kontakt miteinander bleiben separieren sich die Plattenoberflächen in
den äußeren Abschnitten
wie in 1 dargestellt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Gießrohr anzubieten,
das sowohl als Innen- wie als Außengießrohr benutzt werden kann,
welches die notwendige Genauigkeit für einen präzisen Sitz in einem korrespondierenden
Halte- oder Verschiebemechanismus ermöglicht und gleichzeitig die
notwendige Stabilität
bei unterschiedlichen Temperaturen sicherstellt, wie sie beim Zusammenbau,
beim Vorheizen und im Betrieb auftreten.
-
Die
Erfinder fanden, dass die Nachteile bekannter Einrichtungen durch
die Anordnung mindestens eines Versteifungselementes innerhalb des
feuerfesten Materials des plattenförmigen Teils oder zwischen
dem plattenförmigen
Teil und der Metallhülle überwunden
werden können.
Eine weitere Alternative, die zu ähnlichen Resultaten führt, besteht
darin, das Versteifungselement als Teil der Metallhülle auszubilden,
so dass das Versteifungselement dann in das feuerfeste Material
des plattenförmigen
Teils hineinragt.
-
In
ihrer allgemeinsten Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein Gießrohr
aus mindestens einem feuerfesten Material, welches ein rohrförmiges Teil
umfasst, welches einen ersten Abschnitt eines Gießkanals
bildet und ein plattenförmiges
Teil, dass mit dem rohrförmigen
Teil integral ist und von dem rohrförmigen Teil umfangsseitig an
einem Ende absteht, wobei das plattenförmige Teil eine Öffnung aufweist,
die einen zweiten Abschnitt des Gießkanals bildet, sowie eine
flache Oberfläche
an seinem freien Ende, und die flache Oberfläche senkrecht zu einer Längsachse
des Gießkanals
verläuft,
wobei mindestens ein Abschnitt des plattenförmigen Teils und/oder des rohrförmigen Teils
von einer metallischen Umhüllung
eingefasst ist, und mindestens ein Versteifungselement im feuerfesten
Material des plattenförmigen Teils,
zwischen dem plattenförmigen
Teil und der metallischen Umhüllung
angeordnet ist oder von der metallischen Umhüllung in den plattenförmigen Teil
vorsteht.
-
Die
Form der äußeren Umhüllung erleichtert die
Ausbildung einer integralen Versteifung innerhalb der Trägerhülle. Die
zusätzliche
Versteifung, die durch solche integralen, inneren Versteifungselemente
bereitgestellt wird, schafft das Potential, die punktartigen Belastungskräfte von
einem korrespondierenden Trägermechanismus
zu absorbieren und solche Kräfte
gleichmäßig über einen
weiten Bereich des eingekapselten feuerfesten keramischen Materials
zu verteilen und dabei auf den Kopf und Rohrbereich des Gießrohres.
-
Verschiedene
Designkonfigurationen der integralen Versteifungselemente sind möglich, um
maximale Festigkeit bei minimalem Gewicht und maximaler Kompatibilität mit dem
Trägermechanismus der
Wechselvorrichtung für
das Gießrohr
zu erreichen.
-
Nach
einer Ausbildungsform umfasst das Gießrohr zwei Versteifungselemente,
die auf gegenüberliegenden
Seiten des plattenförmigen
Teils angeordnet sind. Normalerweise ist der plattenförmige Teil
quaderförmig
gestaltet, insbesondere zur Benutzung in einer Schieberverschluss-Einheit.
Er umfasst dann zwei (oder vier) gegenüberliegende Trägerflächen gegen
die der Trägermechanismus
wirkt.
-
Die
Versteifungselemente können
eine unterschiedliche Form aufweisen. Sie können als Stab, Spirale, Bolzen
oder dergleichen gestaltet sein.
-
Bei
Gießdüsen mit
einem plattenförmigen Teil
mit kreisförmiger
freier Oberfläche
kann der plattenförmige
Teil (das Versteifungselement) die Form eines Rings besitzen.
-
Das
Versteifungselement (Verstärkungselement)
kann zwischen dem feuerfesten keramischen Material und dem Metallmantel
(Alternative 1) angeordnet sein. Bei der Alternative 2 ist das Verstärkungselement
Teil der metallischen Umhüllung
und wie ein Flansch entlang der Innenwand der Umhüllung angeordnet.
Alle drei Ausführungsformen
werden nachstehend durch Beispiele näher beschrieben.
-
Das
Versteifungselement kann so angeordnet werden, dass eine seiner
Oberflächen
einen Teil der flachen Oberfläche
des plattenförmigen
Teils bildet. Es wird dann vorzugsweise an der äußeren Peripherie der flachen
Oberfläche
des plattenförmigen Teils
vorgesehen. Dadurch reduziert sich das Risiko einer Verformung im äußeren Umfangsbereich
des plattenförmigen
Teils entsprechend 1.
-
Wie
grundsätzlich
in der
EP 1133373 B1 offenbart,
kann eine schockabsorbierende Zwischenzone zwischen dem (inneren)
feuerfesten Basismaterial und dem/den Versteifungselement(en) und/oder
der (äußeren) metallischen
Umhüllung
angeordnet werden. Diese schockabsorbierende Zwischenzone kann aus
einem zweiten feuerfesten Material bestehen, dass bei Temperaturen
verformbar wird, die während
der Benutzung des Gießrohrs
beim Metallguss auftreten. Bezüglich
weiterer Details wird auf die
EP 1133373 B1 Bezug genommen.
-
Das
erfindungsgemäße Konzept
kann auf Gießrohre
mit einer strengen T-Form angewendet werden, das heißt Ausgüsse mit
einem plattenförmigen
Abschnitt, dessen Trägerflächen mehr
oder weniger parallel zur flachen Oberfläche an ihrem freien Ende verlaufen.
Das Konzept kann auch auf Ausgüsse
angewendet werden, entsprechend
3 der
EP 1133373 B1 (identisch
zu Gießrohren
gemäß
EP 1590114 B1 ),
die Lager-Oberflächen
(gegenüber
der flachen freien Oberfläche)
aufweisen, wobei diese Lager-Oberflächen einen Winkel ungleich
90° mit
der Längsachse
des Gießkanals
aufweisen.
-
Im
letzt genannten Fall bildet/bilden ein Teil/Teile des Versteifungselementes/der
Versteifungselemente einen Teil der abgeschrägten Oberflächenabschnitte (Lagerflächen).
-
Das/die
Versteifungselement(e) kann/können
aus jedem Material bestehen, welches die Herstellung, den Gebrauch
oder den Austausch des Gießrohres
beim Metallgießen
erleichtern. Eines der geeignetsten Materialien ist Metall, aber
eine Keramik mit hohem Rissmodul kann ebenfalls vorteilhaft sein.
-
Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie
den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
-
Die
Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung
näher erläutert, die schematisch
zeigt:
-
1:
Einen Längsschnitt
durch ein Gießrohr
gemäß Stand
der Technik, nach Gebrauch.
-
2:
Einen Längsschnitt
eines Gießrohres nach
der Erfindung (erste Ausführungsform).
-
3:
Einen Längsschnitt
durch ein Gießrohr
gemäß der Erfindung
(zweite Ausführungsform).
-
1 zeigt
ein inneres Gießrohr 10 und
ein äußeres Gießrohr 12 mit
jeweils grundsätzlicher T-Form
mit Flanschen ähnlicher
geometrischer Formgebung, die beiden Gießrohre 10, 12 könnten aber
auch identisch ausgebildet sein.
-
Während des
Gebrauchs unter Betriebsbedingungen führen unterschiedliche Ausdehnungen zu
Oberflächenveränderungen
bei einem bekannten Gießrohr.
Ein Kontakt zwischen den wechselseitigen flachen Oberflächenabschnitten 10s/12s wird
nur um den zentralen Gießkanal 14 herum
erreicht, während äußere Oberflächenabschnitte 12so sich
von einander lösen
und nicht eingespannte Abschnitte bilden, die sich unter Einwirkung
von Schließkräften (Pfeile C)
wegbiegen und dabei Biege/Reißkräfte verursachen,
die sich am Übergangspunkt
des plattenförmigen
Teils und des rohrförmigen
Elementes konzentrieren, wo sie zur Ausbildung eines Risses „CS" von außen Richtung
Bohrung 14 führen.
-
Das
Gießrohr 12 nach 2 umfasst
einen rohrförmigen
Teil 12t, der einen ersten Teil des Gießkanals 14 definiert.
Der rohrförmige
Teil 12t besteht aus konventionellem feuerfestem keramischen
Material und ist mit einem plattenförmigen Abschnitt 12p nach
oben hin integral erweitert. Der plattenförmige Teil 12p weist
eine größere Querschnittsfläche auf als
der Teil 12t und umfasst einen inneren Teil 12pi aus
dem selben feuerfesten Material wie der rohrförmige Teil 12t und
zwei Metallteile 12pm, die an gegenüberliegenden Seiten des inneren
Teils 12pi verlaufen. Während
die inneren Oberflächen
der Metallteile 12pm die korrespondierenden äußeren Oberflächenabschnitte
des feuerfesten Teils 12pi berühren sind die äußeren Oberflächen des
Teils 12m in Kontakt mit einer Umhüllung 16, wie nachstehend
beschrieben.
-
Der
plattenförmige
Teil 12p bildet eine flache obere Oberfläche 12s an
seinem freien Ende (gegenüber
dem rohrförmigen
Teil 12t), wobei die Oberfläche 12s durch eine
Kombination korrespondierender Oberflächen des feuerfesten Teils 12pi und
der beiden metallischen Verstärkungseinsätze 12pm definiert
wird, die Versteifungselemente bilden. Der äußeren (Umfangs)form folgend
sind die genannten Versteifungselemente (Metallteile 12pm)
durch eine obere vertikale äußere Oberfläche 12pmo charakterisiert,
gefolgt von einem geneigtem Oberflächenabschnitt 12pmi,
während
die entsprechenden inneren Wände vertikal
von der oberen Oberfläche 12s zu den
entsprechenden unteren Enden verlaufen.
-
Eine
Metallhülle 16 fasst
den plattenförmigen Teil 12p und
den benachbarten Abschnitt des rohrförmigen Teils 12t ein.
Die Längsachse
des Gießrohres ist
mit „L" angegeben.
-
Wenn
das Gießrohr 12 nach 1 durch eine
Form gemäß 2 ersetzt
wird, mit inneren Versteifungsteilen, verursachen die Temperaturbedingungen
im Betrieb wiederum thermische Ablenkungen über die Plattenoberfläche 12s.
Die Versteifungselemente 12pm halten den Druckkräften des Verschlussmechanismus
jedoch Stand und verhindern, dass sich irgendwelche Biegemomente über das
feuerfeste Material des Gießrohres 12 ausbilden.
-
Neben
diesem wichtigen Effekt weist das Gießrohr 12 nach 2 den
weiteren Vorteil auf, dass seine abgeschrägten Lageroberflächen, die
von Abschnitten der Umhüllung
gegenüber
den Oberflächenabschnitten 12pmi gebildet
werden, eine erhöhte
mechanische Stabilität
schaffen, da die Versteifungselemente 12pm direkt hinter
diesen Lagerflächen
angeordnet sind.
-
Ein ähnlicher
Effekt kann mit einem Gießrohr 12 nach 4 erzielt werden, das sich mit Bezug auf die
beiden Versteifungselemente 12pm von dem nach 2 unterscheidet.
-
Beide
Versteifungselemente 12pm sind in Form von Stäben (Bolzen)
gestaltet und innerhalb des feuerfesten keramischen Materials des
plattenförmigen
Teils 12p angeordnet, dass heißt sie sind vollständig von
dem genannten Feuerfestmaterial umgeben.
-
Die
entsprechende Querschnittsfläche
ist der äußeren Form
des plattenförmigen
Teils 12p angepasst. Insbesondere weist das Versteifungselement 12pm geneigte
untere Oberflächenabschnitte 12pmi auf,
die parallel zu entsprechenden geneigten Lageroberflächen 16b der
Metallhülle 16 verlaufen.
-
3 zeigt
ein Gießrohr 10,
welches als Innendüse
entsprechend der Innendüse 10 nach 1 benutzt
wird.
-
Das
Gießrohr 10 umfasst
erneut einen rohrförmigen
Teil 10t, an das sich (hier: am unteren Ende) ein plattenförmiger Teil 10p anschließt. Der Übergangsabschnitt
zwischen rohrförmigen
Teil 10t und plattenförmigen
Teil 10p ist mit „T" markiert.
-
3 zeigt,
dass der rohrförmige
Teil 10t, an seinem unteren Ende, von einer Hülse 18 umgeben ist,
die aus einem feuerfesten Material besteht, welches zu dem feuerfesten
Material des Teils 10t unterschiedlich ist. Diese Hülse 18 setzt
sich um den plattenförmigen
Teil 12p fort und ist selbst in einer äußeren Metallhülle 16 angeordnet,
die kurz vor dem freien und flachen Oberflächenabschnitt 10s am
unteren Ende des Gießrohrs 10 endet.
-
Eine
schockabsorbierende Zwischenschicht „S", welche aus einem Material besteht,
dass bei Anwendungstemperaturen des Gießrohres verformbar wird, kann
zwischen das feuerfeste Gießrohrelement 10p und
die zweite umgebende feuerfeste Hülse 18 eingefügt werden.
-
Der
Form der Hülse 18 folgend
ist die Ummantelung 16 durch einen zylindrischen Teil am
oberen Ende charakterisiert, gefolgt von einem geneigten (nach außen sich
erweiternden) Abschnitt 16b und sich nach außen erstreckenden
Teil 16h, der von einem abschließenden vertikalen Teil 16v gefolgt wird.
-
Der
Teil der Umhüllung 16,
der vom horizontalen Teil 16h und vertikalen Teil 16v gebildet
wird, ist durch zwei Versteifungselemente 10pm mechanisch verstärkt, die
von gegenüberliegenden
Innenwänden der
Umhüllung 16 vorstehen.
Beide Versteifungselemente sind als Stäbe mit Rechteckquerschnitt
gestaltet. Sie ersetzen einen Teil des Umhüllungsmaterials der Hülse 18.
-
Das
Feuerfestmaterial des rohrförmigen Teils 10t erstreckt
sich in einen Bereich des plattenförmigen Teils 10p und
ist charakterisiert durch einen nach außen sich erweiternden Abschnitt 10pi,
der den inneren Teil eines Oberflächenabschnitts 10s um den
Gießkanal 14 bildet.
-
Die
Metallstangen 10pm wirken erneut als Versteifungselemente ähnlich den
Versteifungselementen in 2. Entsprechend der Ausführungsform
gemäß 3 sind
diese Versteifungselemente 10pm integraler Teil der äußeren metallischen
Hülle 16.
-
Die
Form der Hülle
und jedes benachbarten Versteifungselements wie 12pm oder 10pm in
irgendeiner Ausführungsform
kann ein Profil aufweisen, welches irgendeiner spezifischen mechanischen
Konfiguration genügt.