DE7733973U1

DE7733973U1 - Vorrichtung zum vorwaermen von teilen bei gefaessen zur handhabung von metallschmelzen

Info

Publication number: DE7733973U1
Application number: DE19777733973
Authority: DE
Original assignee: FOSECO INTERNATIONAL Ltd BIRMINGHAM (VER KOENIGREICH)
Current assignee: FOSECO INTERNATIONAL Ltd BIRMINGHAM (VER KOENIGREICH)
Priority date: 1976-11-04
Filing date: 1977-11-04
Publication date: 1980-08-14
Also published as: ATA790377A; FR2369895A1; SE7712389L; IT1091714B; SE434352B; ES463869A1; AT377716B; JPS5366829A; DE2749523A1; CA1097502A; BR7707376A; DE2749523C2; FR2369895B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Teilen bei Gefäßen zur Handhabung von Metallschmelzen.

Bei der Handhabung von Metallschmelzen, beispielsweise Stahlschmelzen, ist es allgemein üblich, das Metall in ei.ie Pfanne oder in ein Zwischengefäß mit einer Auslaßöffnung zu g^ben, die mit einer sogenannten Stopfenstange verschlossen wird. Die Ausiaßöffmrag befindet sich normalerweise im Boden des Gefäßes und ist von einem sogenannten Ausguß umgeben. Die Audlaßöffnuns wird durch die Aufnahme eines Endes der Stopfenstange im Ausguß verschlossen. Der Schaft der Stopfenstange erstreckt sich nach eben durch die im Gefäß enthaltene Metall-

schmelze und ist oberhalb der Fläche der Metallschmelze zugänglich.

Um ein Abkühlen der Metallschmelze zu verhindern, wenn sie in das Gefäß gegossen wird, und um zu gewährleisten, daß die Stopfenstange richtig arbeitet, ist es erforderlich, den Ausguß und die Stopfenstange, insbesondere das in den Ausguß passende Ende der Stopfenstange mit Hilfe von Brennern vor wärmen.

Die Verwendung von Brennern zum Erwärmen von Stopfenstangen nach der herkömmlichen Praxis hat ihre Nachteile. Derartige Brenner werden gewöhnlich innen im Gefäß zusammen mit den Zuführleitungen für Druckluft und Brennstoff, wie beispielsweise Gas angeordnet. Die Brenner mit ihren Zuführleitungen müssen entfernt werden, bevor das Gefäß mit der Metallschmelze gefüllt wird. Dies verursacht eine Verzögeru-g zwischen dem Vorwärmen und dem Einfließen der Metallschmelze und daher einen Temperaturverlust der vorgewärmten Teile. Es kann für die Bedienungspersonen lästig sein, diese Ausrüstung zu handhaben und aus dem Gefäß zu entfernen, bevor die Metallschmelze eingegossen wird. Wenn beispielsweise ein Zwischengefäß vorliegt, das mit einer Innenauskleidung aus feuerfestem, wärmeisolierendem Material gemäß der britischen Patentschrift 1 364 665 ausgekleidet ist, ist weniger Wärme erforderlich, um das Gefäß vor dem Einfüllen der Metallschmelze aufzuwärmen, da die einzigen Teile, die erwärmt werden müssen, die Ausgüsse und die Stopfenstangen sind. In einem derartigen Fall kann die von den Brennern ausgehende Wärme die Auskleidung an den Teilen versengen, die nicht erwärmt zu werden brauchen. Die Brenner sind darüberhinaus in der Wartung kostspielig und auch nicht wirkungsvoll, da ein Großteil der von ihnen erzeugten und verfügbaren Wärmeenergie verloren geht. Es väre daher vorteilhaft, wenn die Stopfenstange in einer wirkungsvolleren Weise vorgewärmt würde, insbesondere dann, wenn

das Zvischengefaß mit einer Innenauskleidung aus einem feuerfesten, wärmeisolierenden Material ausgekleidet ist.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Vorwärmen von Teilen eines Gefäßes zum Handhaben von Metallschmelzen mit einem im Boden des Gefäßes vorgesehenen Ausguß und einer mit dem Ausguß zusammenarbeitenden feuerfesten Stopfenstangeν Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß der Ausguß und der unterste Abschnitt der Stopfenstange von einer Wärmesperre umgeben sind, welche einen abgeschlossenen Raum um das obere Ende des Ausgusses und das untere Ende der Stopfenstange bildet und welche innen allgemein die Form eines Kegelstumpfes hat.

Die Wärmesperre ist vorzugsweise so bemessen und angeordnet, daß sie von dem den Ausguß umgebenden Boden des Gefäßes nach oben verläuft, um das untere Ende der Stopfenstange zu umgeben und die Wände der Stange in einer kurzen Entfernung von deren unterem Ende zu berühren. Die Wärme wird dem Gefäß vorzugsweise von außen über den Ausguß zugeführt, was von Vorteil hat, daß die Wärme auf die zu erwärmenden Teile eines Zwischengefäßes mit einer feuerfesten, wärmeisolierenden Auskleidung begrenzt wird, während gleichzeitig eine Beschädigung der Auskleidung selbst vermieden wird.

Wie im Vorstehenden erwähnt wurde, hat die Erfindung eine besondere Bedeutung in Verbindung mit wärmenden Zwischengefäßen. Wenn das Gefäß ein Zwischengefäß mit einem Ausgußrohr ist, welches sich unterhalb des Spiegels der Metallschmelze erstreckt, die im Gefäß oder in einer darunter liegenden Form aufzunehmen ist, wird die Wärme vorzugsweise über dieses Rohr dem von der Wärmesperre oder Wärmeschranke umschlossenen Raum zugeführt.

Die Wärmesperre hat vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfes und besteht zweckmäßigerweise aus einem Gemisch aus einem Fasermaterial, insbesondere einem feuerfesten Fasermaterial, wie Asbest, Schlackenwolle oder Steinwolle oder AIuminiumsilicatfasern, einem feuerfesten körnigen Material und einem organischen Bindemittel. Die Wärmesperre kann dadurch hergestellt werden, daß ein geeignet geformtes Stück eines biegsamen Tuches mit dieser Zusammensetzung in zweckmäßiger Weise angeordnet wird. Die Wärmesperre kann auch eine allgemeine zylindrische Form haben.

Mit Hilfe der Wärmesperre kann erreicht werden, daß die Temperatur an der Außenfläche der Stopfenstange und an den mit der Stopfenstange zusammenarbeitenden Ausgußflächen im vesentlichen gleich ist. Darüberhinaus kann die Temperatur rasch auf den gewünschten hohen Wert gebracht werden.

Wenn die Stopfenstange und der Ausguß auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt worden sind, läßt sich feststellen und durch die nachstehend erwähnten Berechnungen zeigen, daß die Temperatur dank der Anwesenheit der Wärmesperre nur langsam über eine Zeitspanne von etwa 10 Minuten und mehr fällt, so daß irgendeine Verzögerung bei der Verwendung des Gefäßes zwischen der Beseitigung der Wärmezufuhr und dem Eingießen der Metallschmelze in das Gefäß hingenommen werden kann, In einigen Fällen ist es wünschenswert, die Temperatur des Ausgusses und der Basis der Stopfenstange mit einem Brenner zu erwärmen, unmittelbar bevor die Metallschmelze in das Gefäß gegossen wird.

Die Wärmesperre wird am zweckmäßigsten aus einem wärmeisolierenden und/oder exothermen Material hergestellt, das in einer der britischen Patentschriften 1 II7 977, l 218 568 und 1 283 692 beschrieben ist. Es ist auch zweckmäßig, eine Wärmesperre in Form eines Duplex-Aufbaus zu verwenden, bei welchem

eino -wärmeisolierende Schicht und eine exotherme Schicht vorhanden sind.

Obgleich die Wärmesperre in der Praxis vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfes hat, können auch andere Formen, vie ein Zylinder mit einem Deckel verwendet werden, insbesondere wenn diese anderen Formen leichter herzustellen sind. Die Wärmesperre kann aus einer Vielzahl von Teilen hergestellt werden, die vor der Verwendung zu der gewünschten Form zusammengesetzt werden. In der Praxis ist vorzugsweise eine kleine Öffnung, d.h. ein kleiner ringförmiger Spalt zwischen der Stopfenstange und dem oberen Ende der Wärmesperre vorhanden, so daß die Abgase entweichen können. Am Ende des Vorwärmvorganges kann man die Wärmesperre an Ort und Stelle lassen, so daß sie durch die eingegossene Metallschmelze zerstört wird. Die Wärmesperre kann jedoch auch zur Wiederverwendung entfernt werden, indem sie beispielsweise mit der Stopfenstange angehoben wird, wenn die Stange vom Ausguß wegbewegt wird.

Die Erfindung hat besondere Bedeutung in Verbindung mit dem Vorwärmen von ausgewählten Teilen eines ansonsten sogenannten "kalten" ZwischengefäGes, wie es in den britischen Patentschriften 1 364 665 und 1 469 513 beschrieben ist. In einem derartigen Zwischengefäß ^ st eine verbrauchbare Schicht aus wärmeisolierenden Platten vorhanden. Wenn diese Platten vor dem Eingießen der Metallschmelze in das Gefäß zufällig von den Brennern erhitzt werden, können sie beschädigt, beispielsweise versengt werden. Die Erfindung ist ferner von Bedeutung, wenn das Zwischengefäß beim Plattengießen verwendet wird, bei welchem der Ausguß ein herabhängendes Ausgußrohr oder einen Mantel hat, der beispielsweise aus Siliciumdioxyd oder graphitisiertem Aluminiumoxyd besteht. Das untere Ende eines derartigen Rohres kann eine Vielzahl von Auslässen ha ben, von denen jeder zur gleichen kontinuierlichen Gußform

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führt, um den Zufluß der Metallschmelze in die Form zu verteilen.

Anstelle der Wärmezufuhr von einer Stelle innerhalb des Zwischengefäßes werden gemäß der Erfindung die Brenner direkt gegen die Auslässe eines derartigen Rohres oder Mantels gehalten, um das Rohr und die Innenflächen des Ausgusses und das untere Ende der Stopfenstange zu erwärmen. Die Anwesenheit der Wärmesperre dient in diesem Fall zum beschleunigten Erreichen der gewünschten Temperatur. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn Teile verwendet werden, die ganz oder teilweise aus Siliciumdioxyd bestehen, da die Beschädigungsgefahr umso geringer ist, je rascher das Siliciumdioxyd in Cristobalit umgewandelt wird.

Der Brenner, der für die Zufuhr der Wärme nach oben in das Ausgußrohr oder in den Ausguß verwendet wird, kann irgendeine geeignete Bauart haben. Es wurde in der Praxis festgestellt, daß Sauerstoff-Acetylen-Brenner, Sauerstoff-Propan-Brenner oder Luft/Naturgas-Brenner verwendet werden können. Die optimale Form der Brenner hängt von den bestimmten Umständen ab. Wenn das Ausgußrohr eine Vielzahl von Auslässen hat, ist es zweckmäßig, einen Brenner gegen jeden Auslaß zu richten.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen.

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch den Boden eines Zwischengefäßes mit der Darstellung einer Anordnung aus Ausguß und Stopfenstange,

Fig. 2 einen der Fig. 1 ähnlichen Querschnitt mit der Darstellung der Orte für Temperatursonden bei der Durchführung bestimmter Versuche, und

Figuren 3 bis 8 Diagramme mit der Darstellung der in bestimmten Versuchen erzielten Zeit-/Temperaturkurven.

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Zwischengefäß besitzt ein äußeres Metallgehäuse H₁ das mit zwei Schicht« aus feuerfesten Steinen 12 /erkleidet ist. Ferner weist das Zwischengefäß eine verbrauchbare Innenverkleidung auf, die aus Platten aus feuerfestem, wärmeisolierendem Material 13 besteht. Ein feuerfester Ring 14 ist auf dem Metallgehäuse 11 Über einer Öffnung im Metallgehäuse abgestützt. Ein feuerfester Ausguß 15 ist im feuerfesten Ring 14 angeordnet. Der Ausguß 15 besitzt ein herabhängendes Ausgußrohr 19, welches entsprechend der Darstellung in Fig. 2 einen gegabelten Auslaß hat. Der Ring 3.4 und der Ausguß 15 werden durch feuerfest Zement 16 in ihrer Lage gehalten. Sine Stopfenstange 17 ist mit Hilfe nicht gezeigter Einrichtungen im Zwischengefäß angeordnet. Das untere Ende der Stopfenstange befindet sich etwas über dem Ausguß. Die Stopfenstange ist an ihrem unteren Ende von einer Wärmesperre 18 aus Asbesttuch umgeben. Der Boden der Wärmesperre ruht auf der Innenverkleidung 13 und das obere Ende der Wärmesperre berührt die Stange.

Die Wärmesperre 18 kann in geeigneter Weise mit Hilfe von nicht dargestellten Einrichtungen an der Stange befestigt werden. Die Wärmesperre kann auf diese Weise zwischen der Stange und dem Boden des Zwischengefäßes in einem mehr oder weniger stark zusammengedrückten Zustand gehalten werden.

Wenn das Zwischengefäß zur Aufnahme von Metallschmelze bereit ist, werden der Ausguß 15 und dieBasis der Stopfenstange 17 mit Hilfe von Gasbrennern vorgewärmt, die außerhalb des Zwischengefäßes angeordnet sind und durch die Öffnungen des Ausgußrohres 19 nach oben gegen den Ausguß 15 und das Ende der

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Stopfenstange 17 gerichtet werden. Die Wärmesperre 18 gewährlezstet, daß die Wärme im Bereich der zusammenarbeitenden Teile von Ausguß und Stopfenstange bleibt, so daß das untere Ende der Stopfenstange 17 und die Innenfläche des Ausgusses 15 rasch erwärmt werden. Die Wärmeverluste durch Strahlung, Konvektion und Leitung, die auftreten, wenn ein im Zwischengefäß angeordneter Brenner verwendet wird, werden stark herabgesetzt. Ein Versengen der verbrauchbaren Auskleidung des feuerfesten, wärmeisolierenden Materials 13 wird ebenfalls verhindert.

Wenn der Ausguß 15 und die Stopfenstange 17 ausreichend vorgewärmt worden sind_t werden die Brenner abgeschaltet und entfernt. Die Wärmesperre 18 bleibt ?.n Ort und Stelle im Zwischengefäß und trägt dazu bei, die Wä-Tneverluste von der
Stopfenstange 17 und dem Ausguß 15 während der Zeitspanne
zwischen dem Entfernen der Brenner und dem Eingießen der Metallschmelze in das Zwischengefäß zu verringern. Während des Befüllers des Zwischengefäßes wird die Wärmesperre 18 allmählich von der Hitze der Metallschmelze zerstört. Die Rückstände des Materials der Wärmesperre 18 schwimmen an die Oberfläche der Metallschmelze. Die Metallschmelze verläßt das
Zwischengefäß über das Ausgußrohr 19.

Es wurde eine Reihe von Berechnungen vorgenommen, bei
welchen das in Fig. 1 gezeigte Zwischengefäß verwendet wurde. Sechs Temperatursonden aus Platin/Rhodium (87:13) wurden verwendet, um Meßwerte abzunehmen. An der Innenfläche des Aasgusses des Gefäßes wurden Sonden 5 und 5 angebracht, während an der Außenfläche der Stopfenstange Sonden 1 und 3 und innerhalb der Stopfenstange Sonden 2 und 4 vorgesehen wurden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung vurde 20 Minuten lang vorgewärmt, worauf man die Anordnung
20 Minuten lang ohne Erwärmung stehen ließ. Die Temperatur
wurde kontinuierlich mit einem Diagrammschreiber aufgezeich-

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net. Es wurden ähnliche Versuchsreihen mit Vorwärmen und anschließendem Abkühlen unter Verwendung anderer Anordnungen durchgeführt, wie dies im Nachstehenden angegeben i"-t. Die Diagramme in den Figuren 3 bis 5 und 7 entstanden unter Vervendung von Verfahren, die mit der Erfindung nicht übereinstimmen. Die Diagramme der Figuren 6 und 8 wurden unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung erzielt.

Das Diagramm in Fig. 3 zeigt den Temperaturverlauf, der an den verschiedenen Orten der Sonden ohne die Verwendung einer Wärmesperre erzielt wurde, wobei die Erwärmung mit Hilfe von Acetylen-Brennern durch den Ausguß hindurch vorgenommen wurde. Es läßt sich feststellen, daß die Temperatur von einer zur anderen Stelle während des Erwärmens stark schwankt und daß der Wärmeverlust rasch ist. Innerhalb von IO Minuten nach dem Entfernen der Brenner haben alle Stellen die gleiche, verhältnismäßig niedrige Temperatur. Aus diesem Grund ist das Erwärmen durch den Ausguß hindurch ohne die Verwendung einer Wärmesperre nicht zufriedenstellend.

Das Diagramm in Fig. 4 zeigt den Fall, bei welchem anstelle der in Fig. 1 gezeigten Wärmesperre eine an beiden Enden offene Hülse um den Ausguß angeordnet wurde. Die Anwesenheit der Hülse verbessert den Temperaturverlauf an der Stopfenstange wesentlich, jedoch nicht an den Wänden des Ausgusses. Die Hülse wurde dadurch hergestellt, daß Teile eines wäßrigen Schlammes mit den nachfolgenden Feststoffanteilen entwässert und getrocknet wurden. Die angegebenen Mengen für die Feststoffteile beziehen sich auf Gewichtsteile:

Aluminiumsilicatfaser 55

Harzbindemittel 7

Aluminiumoxyd 15

kolloidale Siliciumdioxydlösung 15

Aluminiumpulver 8

Die Verwendung einer wärmeisolierenden Hülse dieser Art ist nicht besonders vorteilhaft. Wie sich aus Fig. 4 entnehmen läßt, ist die Erwärmung nicht gleichmäßig.

Das Diagramm in Fig. 5 zeigt die Ergebnisse, die bei Verwendung einer Hülse wie bei dem Versuch erzielt wurden, dessen Ergebnisse in Fig. 4 gezeigt sind, wobei jedoch die Hülse einen exothermen Brennstoff enthielt, der Wärme erzeugt, um die Wärmeverluste aufgrund der Form der Hülse auszugleichen. Die Hülse wurde dadurch hergestellt, daß Teile eines wäßrigen Schlammes mit den nachfolgenden Feststoffanteilen entwässert und getrocknet wurden. Die angegebenen Menr ^n beziehen sich auf Gewichtsteile:

in einer Kugelmühle gemahlener Staub 83

Harz 4

Papier 5

Calciumsilicatfasern 3

Flußspat 3

Oberflächenbehandlungsmittel 2

Es wurde beobachtet, daß die Temperatur der Stopfenstange wesentlich zunahm im Vergleich zur Verwendung einer isolierenden Hülse, während die Temperatur des Ausgußbereiches nicht zunahm. Dies zeigt, daß eine Verbesserung der Wärmeeigenschaften der Hülse nicht zu einer gleichmäßigen Erwärmung führt.

Das Diagramm in Fig. 6 zeigt die Ergebnisse, die bei Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung erzielt wurden. Die Wärmesperre 18 hatte die im vorstehenden angegebene, erste Zusammensetzung. Wie aus Fig. 6 hervorgeht, erreichten alle Sonden im wesentlichen die gleiche Temperatur zu einem im wesentlichen gleichen Zeitpunkt. Während die Temperatur nach dem Entfernen der Brenner fiel, war das Ausmaß des Temperaturverlustes wesentlich geringer im Vergleich zu den entsprechenden Stellen der Figuren 3 bis 5, bei welchen kein Schutz oder eine an beiden Enden offene Hülse verwendet wurde.

Das Diagramm in Fig. 7 zeigt die Ergebnisse, die erzielt vurden, wenn keine Wärmesperre verwendet und ein Gasbrenner in Form eines Hufeisens benutzt wurde. Man kann feststellen, daß hier die Temperatur des Ausgusses anstieg, während die Temperatur der Stopfenstange nicht auf dem gleichen Wert und nicht gleichmäßig anstieg.

Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung, die erzielt vurde, wenn eine Wärmesperre 18 mit der vorstehend erwähnten, ersten Zusammensetzung verwendet wurde. Man kann feststellen, daß hier eine Neigung zu einem gleichmäßigeren Erhitzen des Ausgusses und der Stopfenstange vorliegt.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Vorwärmen von Teilen eines Gefäßes zum Handhaben von Metallschmelzen mit einem im Boden des Gefäßes vorgesehenen Ausguß und einer mit dem Ausguß zusammenarbeitenden feuerfesten Stopfenstangs, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausguß (15) und der unterste Abschnitt der Stopfenstange (17) von einer Wärmesperre (18) umgeben sind, welche einen abgeschlossenen Raum um das obere Ende des Ausgusses (15) und das untere Ende der Stopfenstange (17) bildet und welche innen allgemein di.e Form eines Kegelstumpfes hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesperre (18) durch eine Zusammensetzung aus feuerfest.am Fasermaterial, feuerfestem Kornmaterial und einem BJüdeuittel gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeici. .let, daß die Wärmesperre (18) aus einem feuerfesten Fasertuch besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wärmesperre (18) von dem den Ausguß (15) umgebenden Boden des Gefäßes bis zu den Wänden der Stopfenstange (17) in einem kurzen Abstand über deren unterem Ende erstreckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesperre (18) teilweise aus exothermem Material besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entweichen von Abgas ein kleiner ringförmiger Spalt am oberen Ende der Wärmesperre (18) vorgesehen ist.