EP1526940A1 - Feuerfestes keramisches bauteil - Google Patents

Feuerfestes keramisches bauteil

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EP1526940A1
EP1526940A1 EP03784140A EP03784140A EP1526940A1 EP 1526940 A1 EP1526940 A1 EP 1526940A1 EP 03784140 A EP03784140 A EP 03784140A EP 03784140 A EP03784140 A EP 03784140A EP 1526940 A1 EP1526940 A1 EP 1526940A1
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EP
European Patent Office
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walls
component according
inner surfaces
section
sections
Prior art date
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EP03784140A
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English (en)
French (fr)
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EP1526940B1 (de
Inventor
Alexander Retschnig
Bernhard Longin
Dieter Pirkner
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
Original Assignee
Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1526940A1 publication Critical patent/EP1526940A1/de
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Publication of EP1526940B1 publication Critical patent/EP1526940B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D35/00—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds
    • B22D35/04—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds into moulds, e.g. base plates, runners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/103—Distributing the molten metal, e.g. using runners, floats, distributors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/003—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like with impact pads

Definitions

  • the invention relates to a refractory ceramic component, which can be designed, for example, in the form of an impact pot or a melting channel.
  • a metal melt which is poured into an intermediate vessel (tundish), for example after a ladle treatment, leads to considerable mechanical loads on the area of the refractory tundish lining on which the melt occurs, due to the sometimes high flow speed (for example: 3 m / s). There is also turbulence, at least in the vicinity of the impact point.
  • the kinetic energy of the melt jet is, for example, 2 to 10 Ws / kg.
  • baffle plate In order to keep the wear of the regular refractory lining within limits, it is known to strengthen the impact area of the melt by a so-called baffle plate.
  • the baffle plate can be made of highly wear-resistant refractory materials.
  • baffle pot essentially corresponds to a baffle plate.
  • the known baffles are designed in such a way that they have a cross-sectional taper at the upper end, ie where the melt is supplied, but also where the melt leaves the baffle. In this way, an "undercut" profile is created.
  • the invention is based on the object of structurally optimizing such a refractory ceramic component, so that ; at least one, preferably all, of the following tasks can be solved:
  • the invention is based on the consideration of designing the component such that, on the one hand, the direction of the metal melt supplied is reversed, and on the other hand, the kinetic energy of the melt is reduced.
  • the flow is to be diverted through a lateral limitation of the component.
  • the invention provides a special orientation / inclination of the corresponding inner surfaces of the boundary walls.
  • the kinetic energy can be reduced by a kind of diffuser effect.
  • the type and extent of energy degradation depend on the angle of inclination of the inner surfaces of the walls.
  • the invention in its most general embodiment relates to a refractory ceramic component with the following features.
  • the walls extend from opposite sections of the floor in such a way that their inner surfaces, at least in sections, run at an angle> 0 and ⁇ 90 degrees to a plane, perpendicular to the floor, and with an opposite inclination, an opening is formed between free ends of the walls,
  • the distance between the inner surfaces of the walls in the area of the free ends of the walls and the bottom ends of the walls can be greater than at least one area in between.
  • the kinetic energy of the melt is efficiently reduced in the area between the bottoms and the constriction.
  • an uncontrolled spraying - (an uncontrolled rebound) of the molten metal is avoided.
  • a type of diffuser is formed in the area between the constriction and the (upper) outlet end. The widening of the cross-section at the outlet end is intended to avoid an interaction of the outflowing metal melt with the melt jet supplied (in the middle). On the contrary: the dimensioning should take place in such a way that the return flow of the molten metal is calmed down.
  • the said angle of inclination is between 10 and 80 degrees, and according to a further embodiment between 30 and 60 degrees.
  • the described oblique course of the inner wall surfaces is sufficient in principle.
  • a kind of “V-shaped cross section of the delivery space” is formed at least above the constriction for the molten metal. If the mold is filled, the molten metal can spray around in an uncontrolled manner, depending on the angle of impact, before it rises again from the bottom up and out of the This is now prevented by the mentioned reduction in cross-section between the walls (above the floor).
  • a further development of the invention provides for forming individual walls or several sections of the inner surfaces of the walls mentioned with different angles of inclination.
  • baffles, flow brakes or flow guides can be formed on the inner walls of the component and asymmetrical geometries.
  • the individual inclination sections can either merge directly (continuously) (as stated, also with different ones) Angles).
  • the constriction mentioned can be caused by such a "tooth geometry" be formed.
  • the inner surfaces of the walls can have rounded, mutually directed profile sections or groove-like depressions.
  • the component can also be designed like a pot.
  • these can be connected at the ends, so that a closed component with, for example, oval or round inner cross section (and / or outer cross section) is formed.
  • at least two further walls can be provided which connect the two walls already described to form a (rectangular or polygonal) pot shape.
  • Profiles of the circumferential inner wall can run like a screw, thread or spiral.
  • the ratio of height: width (of the interior delimited by the walls) can vary over a wide range. It will usually be> 2: 1 to 1: 4, but can easily go up to 1:15. The same applies to the ratio of height: maximum diameter in the case of the cup-like geometries described.
  • the component in which the cross section of the opening between the walls at the outlet end of the melt is larger than at the bottom end, the component can generally be produced in one piece without problems, for example by casting or pressing. Any undercuts can be formed, for example, by burnout fillers during manufacture.
  • connecting surfaces can also be arranged horizontally (parallel to the floor), vertically (perpendicular to the floor), with an angle of inclination> 90 ° to the vertical or with a curved profile.
  • FIG. 1 shows a possible basic geometry of a component according to the invention with a floor 10.
  • Two walls 12, 14 extend with wall sections 12u, 14u from opposite sections 101, 10 of the floor 10, namely in the same direction (namely upwards) , but with opposite inclination, first directed towards each other (up to a minimum distance d m ⁇ ,) and then diverging (wall sections 12o, 14o)
  • the maximum distance between the lower wall sections 12u, 14u of the walls 12, 14 is indicated by d
  • the distance between the upper sections of the walls 12, 14 in the region of their free ends 12r, 14r is identified by D.
  • the walls 12, 14 are mirror images of an imaginary plane of symmetry EE.
  • the angle of inclination a of the lower sections of the walls 12, 14 is approximately 70 ° to the top of the base 10.
  • the upper sections of the walls 12, 14 run at an angle b of approximately 20 ° to a plane parallel to the plane EE.
  • Metal melt fed in the direction of the arrow ZI reaches the base 10 and is deflected in the direction of the arrow Z2 and finally led upwards in the direction of the arrow Z3 until it is led away over the outer edge 12r, 14r of the walls.
  • the kinetic energy of the supplied melt is reduced between the base 10 and the mentioned constriction point 11.
  • the cross-sectional tapering also prevents uncontrolled splashing of the melt.
  • a diffuser zone is formed in the section between the constriction 11 and the upper opening O (between the inner surfaces of the edge sections 12r, 14r), in which the melt can escape from the component undisturbed and in laminar flow, while in the middle (according to arrow ZI) new metal melt can enter the component.
  • the component according to Figure 1 is designed as a gutter.
  • a first inner wall section 12.1 initially runs from the floor 10 at an angle a to the plane EE of approximately 45 degrees. This section is adjoined by a section 12.2 running parallel to the floor 10 and running inwards (in the direction of the opposite wall 14). This section 12.2 is followed by a further section 12.3 which extends at an angle ⁇ of approximately 40 degrees to the plane EE up to the upper edge 12r of the wall 12. Between the sections 12.2 and 12.3, the wall distance d m i n ie the smallest.
  • the interior R of the component has an essentially V-shaped geometry between the base 10 and the outer edge 12r, 14r, but with an undercut zone 20. This leads to a controlled change in direction of the metal melt supplied.
  • the redirected melt jet is swirled.
  • the melt loses its direction of flow.
  • the kinetic energy is largely destroyed immediately after casting and afterwards.
  • the embodiment according to FIG. 3 is similar to that according to FIG. 2, but the component shown here is a rotationally symmetrical, pot-like component, that is to say a kind of impact pot.
  • the rotational symmetry results in relation to an imaginary central longitudinal axis MM.
  • the inner wall 12 between the sections 12.1 and 12.3 is characterized by a further inclined section 12.4 and a further horizontally running section 12.5, which results in a further undercut zone 22.
  • the angle of inclination ⁇ of section 12.4 is greater than the angle of inclination ⁇ of section 12.3.
  • wall surface 14 the opposite wall surface shown in FIG. 3 can be referred to as wall surface 14. From a technical point of view, it is of course the same wall surface 12 that is shown in the left part of the figure, " because this wall rotates due to the pot geometry described.
  • the floor 10 has a spherical surface 10, which could also be curved in reverse.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a baffle pot, with a lower, inclined wall section 12.1 being followed by a wall section 12.6 which runs perpendicular to the floor 10 and which is followed by a bead-like inner wall surface 12.7 which extends towards the free outer edge 12r of the baffle top. expanded towards the outside, so that the impact pot has a significantly larger inner diameter Q at the upper free end than in the area of the impact surface 24 of the base 10 (diameter q). Again between the floor area 10 and the opening 0 is the point with the smallest cross section of the space R (q m ; n ).
  • FIG. 4 also results in a circumferential undercut (groove-like) zone 20 which serves to control and calm the metallurgical melt and to reduce the kinetic energy of the melt.
  • a circumferential undercut (groove-like) zone 20 which serves to control and calm the metallurgical melt and to reduce the kinetic energy of the melt.
  • the body can be made in one piece from a casting compound (for example based on Al 2 O 3 ).
  • Figure 4 shows - dashed - also a possible form of modification.
  • the more or less rectilinearly adjoining wall sections 12.1, 12.6 and 12.7 are designed to flow, merge into one another, the part of the surface section 12.7 facing the opening mouth O being designed with an additional concave curvature.
  • Reverse curvature (convex curvature) also corresponds to the claimed object.
  • One or more inner floor and wall surface (s) of the impact body (component) described can be straight or curved, namely convex and concave curved, also merging, with the same or different angles of inclination / radius of curvature. This allows the flow behavior of the melt to be adapted to the specific application.
  • the curved wall sections 12.1, 12.6 and 12.7 each have different angles at which they run to the plane E-E.
  • the tangent T is applied to the point P, which lies on the surface section 12.7 facing the opening mouth O. At the point P, which lies on the surface section 12.7 facing the opening mouth O.
  • the surface section 12.7 runs at an angle ⁇ of approximately 80 degrees to the plane E-E.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein feuerfestes keramisches Bauteil, welches beispielweise in Form eines Pralltopfes oder einer Schmelzrinne gestaltet sein kann, mit folgenden Merkmalen: - einem Boden (10), - mindestens zwei Wänden (12,14), - die Wände (12,14) erstrecken sich von gegenüberliegenden Abschnitten (10l,10r) des Bodens (10) derart, dass ihre Innenflächen, zumindest abschnittweise (12.1,12.3,12.4) unter einem Winkel > 0 und < 90 Grad zu einer Ebene E-E, senkrecht zum Boden (10), und mit entgegengesetzter Neigung, verlaufen, - zwischen freien Enden (12r,14r) der Wände (12,14) ist eine Öffnung (0) ausgebildet, -zwischen Boden (10) und Öffnung (0) gibt es mindestens einen Abschnitt (11), bei dem der Abstand (dmin,qmin ) der Wände (12,14) geringer ist als in den zur Öffnung (0) und zum Boden (10) hin anschliessenden Bereichen (12u,14u;12o,14o).

Description

Feuerfestes keramisches Bauteil
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein feuerfestes keramisches Bauteil, welches beispielsweise in Form eines Pralltopfes oder einer Schmelzrinne gestaltet sein kann.
Eine Metallschmelze, die beispielsweise nach einer Pfannenbehandlung in ein Zwischengefäß (Tundish) gegossen wird, führt aufgrund der zum Teil hohen Strömungsgeschwindigkeit (zum Beispiel: 3 m/s) zu erheblichen mechanischen Belastungen des Bereiches der feuerfesten Tundishauskleidung, auf den die Schmelze auftrifit. Außerdem kommt es zu Turbulenzen zumindest im Umfeld der Auftreffstelle. Die kinetische Energie des Schmelzstrahls beträgt beispielhaft 2 bis 10 Ws/kg.
Um den Verschleiß der regulären Feuerfestauskleidung in Grenzen zu halten, ist es bekannt, den Auftreffbereich der Schmelze durch eine sogenannte Prallplatte zu verstärken.
Die Prallplatte kann aus hoch verschleißfesten feuerfesten Werkstoffen bestehen.
Darüber hinaus ist die Nerwendung sogenannter Pralltöpfe bekannt (WO 00/0,6324, WO 97/37799, EP 0 729 393B1, EP 0 790 873 Bl).
Der Boden eines solchen Pralltopfs entspricht irn wesentlichen einer Prallplatte. Die bekannten Pralltöpfe sind so gestaltet, das sie am oberen Ende, also dort, wo die Schmelze zugeführt wird, aber auch dort, wo die Schmelze den Pralltopf wieder verläßt, eine Querschnittsverjüngung aufweisen. Auf diese Weise entsteht ein „hinterschnittenes" Profil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges feuerfestes keramisches Bauteil -kpnstruktiv zu optimieren, so daß;zumindest eine, vorzugsweise alle der ... folgenden Aufgaben gelöst werden:
- geringer Verschleiß,
- gezielte Führung der Metallschmelze,
- Minimierung von Strömungsturbulenzen,
- leichte Herstellung.
Bei der Lösung dieser Aufgabe(n) geht die Erfindung von der Überlegung aus, das Bauteil so zu gestalten, daß einerseits eine Richtungsumlenkung der zugeführten Metallschmelze erfolgt, andererseits ein Abbau der kinetischen Energie der Schmelze. Dabei soll die Strömungsumlenkung durch eine seitliche Begrenzung des Bauteils erfolgen. Zum Abbau der kinetischen Energie sieht die Erfindung eine spezielle Ausrichtung/Neigung der entsprechenden Innenflächen der Begrenzungswände vor.
Zum Beispiel durch eine im Nertikalschnitt trichterförmige Gestaltung des Bauteils (mit „trichterförmig" ist der innere, offene Querschnitt des Bauteils gemeint, in den die Metallschmelze gelangt) kann die kinetische Energie durch eine Art Diffüsorwirkung abgebaut werden.
Art und Umfang des Energieabbaus hängen vom Neigungswinkel der Innenflächen der Wände ab.
Diese Aspekte gelten für Bauteile, die nach Art einer Rinne gestaltet sind, also mit einem Boden und zwei gegenüberliegenden, seitlichen Begrenzungswänden. Diese Überlegungen gelten aber auch in Hinblick auf topfförmige Bauteile, und zwar
- r- unabhängig von der (horizontalen) Querschnittsgeometrie, also beispielsweise für Pralltöpfe mit mehr oder weniger kreisförmigem, ovalem oder rechteckigem Innenquerschnitt.
Danach betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform ein feuerfestes keramisches Bauteil mit folgenden Merkmalen.
- einem Boden,
- mindestens zwei Wänden,
- die Wände erstrecken sich von gegenüberliegenden Abschnitten des Bodens derart, daß ihre Innenflächen, zumindest abschnittweise, unter einem Winkel > 0 und < 90 Grad zu einer Ebene, senkrecht zum Boden, und mit entgegengesetzter Neigung verlaufen, - zwischen freien Enden der Wände ist eine Öffnung ausgebildet,
- zwischen Boden und Öffnung gibt es mindestens einen Abschnitt, bei dem der Abstand der Wände geringer ist als in den zur Öffnung und zum Boden hin anschließenden Bereichen.
Dabei kann der Abstand der Innenflächen der Wände im Bereich der freien Enden • der Wände und der bodenseitigen Enden der Wände größer sein als an mindestens einem Bereich dazwischen.
Der genannte Verlauf der Innenflächen der Wände verursacht eine Art ,Einschnürung" zwischen dem bodenseitigen Ende (also dort, wo die Metallschmelze beim Angießen auftrifft) und dem gegenüberliegenden offenen Ende (also dort, wo die Metallschmelze austritt). Diese Einschnürung" führt zu einer konstruktiven und funktionellen Gliederung des Bauteils.
In dem Bereich zwischen Böden und Einschnürung erfolgt ein effizienter Abbau der kinetischen Energie der Schmelze. Außerdem wird ein unkontrolliertes Spritzen -(ein unkontrollierter Rückprall) der Metallschmelze vermieden.
In dem Bereich zwischen Einschnürung und (oberem) Auslaufende wird eine Art Diffüsor ausgebildet. Durch die Querschnittsverbreiterung am auslaufseitigen Ende soll eine Interaktion der ausströmenden Metallschmelze mit dem (mittig) zugeführten Schmelzestrahl vermieden werden. Im Gegenteil: die Dimensionierung soll so erfolgen, dass es zu einer strömungstechnischen Beruhigung der rücklaufenden Metallschmelze kommt.
Diese funktionalen Vorgaben sind je nach Menge, Viskosität, Temperatur und/oder Geschwindigkeit der Metallschmelze konstruktiv umzusetzen, indem beispielsweise der bodenseitige Raum zur Energievernichtung ausreichend groß gewählt wird, um einerseits die gewünschte Reduzierung der kinetischen Energie der Schmelze zu erreichen, andererseits aber auch den Schmelzestrahl in gewünschter Weise umzulenken. Für das obere auslaufseitige Ende des Bauteils wird eine möglichst laminare, beruhigte Schmelzeströmung zumindest umfangsseitig gewünscht.
Der genannte Neigungswinkel beträgt nach einer Ausführungsform zwischen 10 und 80 Grad, nach einer weiteren Ausfuhrungsform zwischen 30 und 60 Grad.
Soweit die entsprechende Einrichtung (das Bauteil) bereits mit flüssiger Metallschmelze gefüllt ist genügt im Prinzip der beschriebene Schrägverlauf der inneren Wandflächen. Bei einer Rinne wird hierdurch eine Art „V-förmiger Querschnitt des Förderraumes" zumindest oberhalb der Einschnürung für die Metallschmelze ausgebildet. Sofern die Form befüllt wird kann die Metallschmelze, je nach Auftreffwinkel, unkontrolliert umherspritzen, bevor sie vom Boden wieder nach oben und aus dem Bauteil herausgeführt wird. Dies wird nun durch die erwähnte Querschnittsverminderung zwischen den Wänden (oberhalb des Bodens) verhindert.
Zur Vermeidung einer unkontrollierten Strömungsumlenkung sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, einzelne Wände oder mehrere Abschnitte der Innenflächen der genannten Wände mit unterschiedlichen Neigungswinkeln auszubilden. Auf diese Art und Weise können Schikanen, Strömungsbremsen oder Strömungsführungen an den Innenwänden des Bauteils und unsymmetrische Geometrien ausgebildet werden.
Dabei ist eine Ausführungsform möglich, bei der die dem freien Ende der Wand benachbarten Abschnitte einen größeren Neigungswinkel aufweisen als der dem Boden des Bauteils benachbarte Abschnitt. In jedem Fall soll sich der Innenquerschnitt des Bauteils zum freien, offenen Ende hin vergrößern.
Die einzelnen Neigungsabschnitte können entweder unmittelbar (kontinuierlich) ineinander übergehen (wie ausgeführt, auch mit unterschiedlichen Winkeln). Es ist aber auch möglich, die Innenflächen der genannten Wände - im Schnitt betrachtet - mit einem Sägezahnprofil auszubilden, so daß „hinterschnittene Zonen" wandseitig ausgebildet werden, die als Strömungsbremse auf die Metall schmelze wirken. Die erwähnte Einschnürung kann von einer solchen „Zahngeometrie" gebildet werden.
Ebenso können die Innenflächen der Wände abgerundete, gegeneinander gerichtete Profilabschnitte aufweisen oder nutartige Vertiefungen.
Beispielsweise bei einer Rinnenform bietet es sich an, die Innenflächen der gegenüberliegenden Wände spiegelbildlich und die gesamte Anordnung gegebenenfalls symmetrisch zu gestalten.
Eine solche Ausführungsform wird auch in der folgenden Figurenbeschreibung näher erläutert.
Neben der genannten Rinnenform kann das Bauteil auch topfartig gestaltet sein.
Durch eine gekrümmte Ausbildung der Wandflächen lassen sich diese endseitig verbinden, so daß ein geschlossenes Bauteil mit beispielsweise ovalem oder rundem Innenquerschnitt (und/oder Außenquerschnitt) gebildet wird. Ebenso können mindestens zwei weitere Wände vorgesehen werden, die die beiden bereits beschriebenen Wände unter Ausbildung einer (rechteckigen oder mehreckigen) Topfform verbinden.
Aus strömungstechnischer Sicht bieten sich rotationsymmetrische Formen an.
Profilierungen der umlaufenden Innenwand können dabei schraubenartig, gewindeartig oder wendelartig verlaufen. Das Verhältnis Höhe : Breite (des von den Wänden begrenzten Innenraums) kann in weiten Bereichen schwanken. Es wird in der Regel > 2: 1 bis 1 :4 betragen, kann ohne weiteres aber auch bis zum Verhältnis 1:15 gehen. Gleiches gilt für das Verhältnis Höhe : maximaler Durchmesser bei den beschriebenen topfartigen Geometrien.
Insbesondere bei den beschriebenen Ausführungsformen, bei denen der Querschnitt der Öffnung zwischen den Wänden am auslaufseitigen Ende der Schmelze größer ist als am bodenseitigen Ende kann das Bauteil in der Regel problemlos einteilig hergestellt werden, zum Beispiel durch Gießen oder Pressen. Etwaige Hinterschnitte können beispielsweise durch ausbrennbare Füllkörper bei der Herstellung ausgebildet werden.
Durch Auswahl verschiedener Neigungswinkel beziehungsweise Profilierungen der Innenwände ist eine exakte und individuelle Gestaltung des Bauteils zur Anpassung an die Form und Eigenschaften (Menge, Strömungsgeschwindigkeit, Strahldurchmesser des eintretenden Metallstrahles möglich). Damit läßt sich auch die Strömungslenkung und der Abbau der kinetischen Energie einstellen.
Zwischen strömungslenkenden Flächen, insbesondere zur Vertikalen geneigte Flächen, können Verbindungsflächen auch horizontal (parallel zum Boden), vertikal (senkrecht zum Boden), mit einem Neigungswinkel > 90° zur Vertikalen oder mit gekrümmtem Profil angeordnet werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren 1 bis 4, jeweils in stark schematisierter Darstellung und im Querschnitt, unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Bauteils.
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern dargestellt. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zeigt eine mögliche Grundgeometrie eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem Boden 10. Zwei Wände 12, 14 erstrecken sich mit Wandabschnitten 12u, 14u von gegenüberliegenden Abschnitten 101, lOr des Bodens 10, und zwar in die gleiche Richtung (nämlich nach oben), jedoch mit entgegengesetzter Neigung, und zwar zunächst gegeneinander gerichtet (bis zu einem minimalen Abstand dmύ,) und dann auseinander laufend (Wandabschnitte 12o, 14o)
Der maximale Abstand der unteren Wandabschnitte 12u, 14u der Wände 12, 14 ist mit d angegeben, der Abstand der oberen Abschnitte der Wände 12, 14 im Bereich ihrer freien Enden 12r, 14r ist durch D gekennzeichnet. Wobei D und d > dmin sind und D > d. Die Wände 12, 14 verlaufen spiegelbildlich zu einer gedachten Symmetrieebene E-E. Der Neigungswinkel a der unteren Abschnitte der Wände 12, 14 beträgt ca. 70° zur Oberseite des Bodens 10. Die oberen Abschnitte der Wände 12, 14 verlaufen unter einem Winkel b von ca. 20° zu einer Ebene parallel zur Ebene E-E.
Insgesamt ergibt sich für das Bauteil damit eine Querschnittsgeometrie des von den Wänden begrenzten Innenraumes R, die der einer Eieruhr ähnlich ist.
In Pfeilrichtung ZI zugeführte Metallschmelze gelangt auf den Boden 10 und wird in Pfeilrichtung Z2 umgelenkt und schließlich in Pfeilrichtung Z3 wandseitig nach oben geführt, bis sie über den äußeren Rand 12r, 14r der Wände weggeführt wird.
Zwischen Boden 10 und der genannten Einschnürungsstelle 11 erfolgt ein Abbau der kinetischen Energie der zugeführten Schmelze. Durch die Querschnittsverjüngung wird gleichzeitig ein unkontrolliertes Herumspritzen der Schmelze vermieden. In dem Abschnitt zwischen der Einschnürung 11 und der oberen Öffnung O (zwischen den Innenflächen der Randabschnitte 12r, 14r) wird eine Diffusorzone ausgebildet, in der die Schmelze wandseitig ungestört und in laminarem Fluß aus dem Bauteil austreten kann, während mittig (gemäß Pfeil ZI) neue Metallschmelze in das Bauteil eintreten kann.
Das Bauteil gemäß Figur 1 ist als Rinne gestaltet.
Gleiches gilt für das Bauteil nach Figur 2. Auch dieses ist gegenüber einer Symmetrieebene E spiegelbildlich gestaltet, so daß die weitere Geometrie nur anhand der (linken) Wand 12 erläutert wird und analog für die Wand 14 gilt.
Vom Boden 10 verläuft zunächst ein erster Innenwandabschnitt 12.1 unter einem Winkel a zur Ebene E-E von etwa 45 Grad. An diesen Abschnitt schließt ein parallel zum Boden 10 verlaufender Abschnitt 12.2 an, der nach Innen (in Richtung auf die gegenüberliegende Wand 14) verläuft. An diesen Abschnitt 12.2 schließt sich ein weiterer Abschnitt 12.3 an, der unter einem Winkel ß von circa 40 Grad zur Ebene E-E bis zum oberen Rand 12r der Wand 12 verläuft. Zwischen den Abschnitten 12.2 und 12.3 ist der Wandabstand dmin also am kleinsten.
Es ergibt sich insgesamt für den Innenraum R des Bauteils eine im wesentlichen V- förmige Geometrie zwischen Boden 10 und äußerem Rand 12r, 14r, jedoch mit einer hinterschnittenen Zone 20. Diese führt zu einer kontrollierten Richtungsumlenkung der zugeführten Metallschmelze. Es erfolgt eine Durchwirbelung des umgelenkten Schmelzestrahles. Die Schmelze verliert ihre Strömungsrichtung. Die kinetische Energie wird unmittelbar nach dem Angießen und danach weitestgehend vernichtet.
Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ähnelt dem nach Figur 2, wobei es sich bei dem hier dargestellten Bauteil allerdings um ein rotationssymmetrisch gestaltetes, topfartiges Bauteil handelt, also um eine Art Pralltopf. Die Rotationssymmetrie ergibt sich in Bezug auf eine gedachte Mittenlängsachse M-M. In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist die Innenwand 12 zwischen den Abschnitten 12.1 und 12.3 durch einen weiteren Schrägabschnitt 12.4 und einen weiteren horizontal verlaufenden Abschnitt 12.5 charakterisiert, wodurch sich eine weitere, hinterschnittene Zone 22 ergibt. Der Neigungswinkel γ des Abschnitts 12.4 ist größer als der Neigungswinkel ß des Abschnitts 12.3.
Im Sinne der Erfindung kann die in Figur 3 dargestellte gegenüberliegende Wandfläche als Wandfläche 14 bezeichnet werden. Technisch betrachtet handelt es sich natürlich um dieselbe Wandfläche 12, die im linken Teil der Figur dargestellt ist, " weil diese Wand aufgrund der beschriebenen Topfgeometrie umläuft.
Der Boden 10 weist eine kalottenartige Oberfläche lOo auf, die auch umgekehrt gewölbt sein könnte.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Pralltopfes, wobei sich an einen unteren, geneigten Wandabschnitt 12.1 ein Wandabschnitt 12.6 anschließt, der senkrecht zum Boden 10 verläuft und der von einer wulstartigen Innenwandfläche 12.7 gefolgt wird, die sich zum freien äußeren Rand 12r des Pralltop es'hin nach außen erweitert, so daß der Pralltopf am oberen freien Ende einen deutlich größeren Innendurchmesser Q aufweist als im Bereich der Aufprallfläche 24 des Bodens 10 (Durchmesser q). Wiederum zwischen dem Bodenbereich 10 und der Öffnung 0 ist die Stelle mit dem geringsten Querschnitt des Raums R (qm;n).
Auch mit der in Figur 4 beschriebenen Geometrie ergibt sich eine umlaufende hinterschnittene (nutartige) Zone 20, die der limlenkung und Beruhigung der metallurgischen Schmelze sowie dem Abbau der kinetischen Energie der Schmelze dient.
Der Körper kann einteilig aus einer Gießmasse (zum Beispiel auf Basis Al2O3) hergestellt werden. Figur 4 zeigt - gestrichelt - auch eine mögliche Abwandlungsform. Dabei sind die mehr oder weniger geradlinig aneinander anschließenden Wandabschnitte 12.1 , 12.6 und 12.7 fließend, ineinander übergehend ausgebildet, wobei der zum Öffnungsmund O gerichtete Teil des Flächenabschnitts 12.7 mit einer zusätzlichen konkaven Krümmung gestaltet ist. Auch umgekehrte Wölbung (konvexe Krümmung) entspricht dem beanspruchten Gegenstand.
Allgemein gilt: Eine oder mehrere innere Boden- und Wandfläche(n) des beschriebenen Aufprallkörpers (Bauteils) können geradlinig o der gekrümmt, und zwar konvex wie konkav gekrümmt, auch ineinander übergehend, mit gleichen oder unterschiedlichen Neigungswinkeln/Krümmungsradien verlaufen. Dadurch kann das Strömungsverhalten der Schmelze auf den konkreten Anwendungsfall angepasst werden.
Werden die in Figur 4 dargestellten geraden Wandabschnitte, welche zu der Ebene E-E einen Winkel von > 0 und < 90° einschließen, durch gekrümmte Wandabschnitte ersetzt, so ist nicht der gesamte Wandabschnitt unter einem einzigen Winkel zur Ebene E-E geneigt. Der Winkel ß, unter dem der jeweilige Teibdes Wandabschnitts gegen die Ebene E-E geneigt ist, ist dann . -. für jeden Punkt der Innenkontur des Wandabschnitts durch den Winkel bestimmt, den die Tangente im jeweiligen Punkt mit der Ebene einschließt.
Aufgrund ihrer Krümmung weisen die gekrümmten Wandabschnitte 12.1 , 12.6 und 12.7 jeweils unterschiedliche Winkel auf, unter denen sie zur Ebene E-E verlaufen.
In Figur 4 ist beispielsweise an den Punkt P, der auf dem zum Öffnungsmund O gerichteten Flächenabschnitt 12.7 liegt, die Tangente T angelegt. Am Punkt
P verläuft der Flächenabschnitt 12.7 unter dem Winkel ß von ca. 80 Grad zur Ebene E-E.

Claims

Feuerfestes keramisches Bauteil
P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Feuerfestes keramisches Bauteil mit folgenden Merkmalen:
1.1 einem Boden (10),
1.2 mindestens zwei Wänden (12, 14),
1.3 die Wände (12, 14) erstrecken sich von gegenüberliegenden Abschnitten (101, lOr) des Bodens (10) derart, daß ihre Innenflächen, zumindest abschnittweise (12.1, 12.3, 12.4) unter einem Winkel > 0 und < 90 Grad zu einer Ebene E-E, senkrecht zum Boden (10), und mit entgegengesetzter Neigung, verlaufen,
1.4 zwischen freien Enden (12r, 14r) der Wände (12, 14) ist eine Öffnung (0) ausgebildet,
1.5 zwischen Boden (10) und Öffnung (O) gibt es mindestens einen Abschnitt (11), bei dem der Abstand (dm;n, qmb) der Wände (12, 14) geringer ist als in den zur Öffnung (O) und zum Boden (10) hin anschließenden Bereichen (12u, 14u; 12o, 14o).
2. Bauteil nach Anspruch 1, bei dem jede Innenfläche mehrere Abschnitte (12.1,
12.3, 12.4, 12.7) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweist.
3. Bauteil nach Anspruch 1, bei dem jede Innenfläche mehrere Abschnitte (12.1,
12.3, 12.4, 12.7) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweist und der dem freien Ende (12r, 14r) der Wände (12, 14) benachbarte Abschnitt (12.3, 12.7) einen größeren Neigungswinkel aufweist als der dem Boden (10) benachbarte Abschnitt (12.1).
4. Bauteil nach Anspruch 1, bei dem die Innenflächen der Wände (12, 14) - im
Schnitt betrachtet - ein Sägezahnprofil aufweisen.
5. Bauteil nach Anspruch 1, bei dem die Innenflächen der Wände (12, 14) abgerundete, gegeneinander gerichtete Profilabschnitte (12.7) aufweisen.
6. Bauteil nach Anspruch 1, bei dem die Innenflächen der Wände (12, 14) mindestens eine nutartige Vertiefung (20, 22) aufweisen.
7. Bauteil nach Anspruch 6, bei dem die nutartige Vertiefung (20, 22), über ihre
Längserstreckung betrachtet, einen geneigten Verlauf hat.
S. Bauteil nach Anspruch 1, bei dem gegenüberliegende Innenflächen der Wände (12, 14) spiegelbildlich gestaltet sind.
9. Bauteil nach Anspruch 1 in Form einer nach oben offenen Rinne.
10. Bauteil nach Anspruch 1 mit mindestens zwei weiteren Wänden, die die beiden
Wände (12, 14) unter Ausbildung einer Topfform verbinden.
11. Bauteil nach Anspmch 1, mit einer Topfform mit ovaler, rechteckiger oder kreisförmiger Geometrie in der Draufsicht.
12. Bauteil nach Anspmch 1, mit einem Verhältnis Höhe : Breite oder Höhe : maximaler Durchmesser des von den Wänden (12, 14) umschlossenen Raumes (R) von : 2: 1 bis 1:4.
13. Bauteil nach Anspmch 1 mit einem Verhältnis des von den Wänden (12, 14) umschlossenen Raumes (R) von Höhe : Breite oder Höhe : maximaler Durchmesser bis 1 : 15.
14. Bauteil nach Anspmch 1 mit einem Neigungswinkel der Innenflächen der Wände
(12, 14) zwischen 10 und 80 Grad.
15. Bauteil nach Anspmch 1 mit einem Neigungswinkel der Innenflächen der Wände
(12, 14) zwischen 30 und 60 Grad.
16. Bauteil nach Anspmch 1, das einteilig ist.
17. Bauteil nach Anspmch 1 mit einem kalottenartigen Boden (10).
18. Bauteil nach Anspmch 1, bei dem sich der Abstand der Innenflächen der Wände
(12, 14) zu deren freien Enden (12r, 14r) hin erweitert.
19. Bauteil nach Anspmch 1, bei dem der Abstand der Innenflächen der Wände (12,
14) im Bereich der freien Enden (12r, 14r) und der bodenseitigen Enden (12b, 14b) der Wände (12, 14) größer als ist an mindestens einem Bereich (11) dazwischen.
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