EP2418032A1 - Feuerfester keramischer Pralltopf - Google Patents

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EP2418032A1
EP2418032A1 EP10007442A EP10007442A EP2418032A1 EP 2418032 A1 EP2418032 A1 EP 2418032A1 EP 10007442 A EP10007442 A EP 10007442A EP 10007442 A EP10007442 A EP 10007442A EP 2418032 A1 EP2418032 A1 EP 2418032A1
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EP
European Patent Office
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wall
opening
baffle
free end
width
Prior art date
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EP10007442A
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English (en)
French (fr)
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EP2418032B1 (de
EP2418032B2 (de
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Robert Sorger
Wilhelm Janko
Bernd Trummer
Gernot Hackl
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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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Priority to SI201030133T priority patent/SI2418032T1/sl
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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
    • 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 baffle pot.
  • a generic baffle is known for example from the following publications: DE 102 35 867 B3 . DE 102 02 537 C1 . US 5,358,551 ,
  • the baffle according to US 5,358,551 has a classic pot shape, in which the upper free end portion of the wall is deflected inwards. The molten metal flows after hitting the bottom of the baffle first along the bottom, then upwards along the inside of the wall and finally around the tapered baffle opening up into the tundish.
  • the baffle is formed at its upper open end with a so-called diffuser, that is, the cross section of the baffle becomes larger towards the upper outlet end to reduce the kinetic energy of the outflowing melt.
  • the proposal according to DE 102 02 537 C1 provides a baffle whose wall has at least one slot extending continuously from the edge (the upper free end of the wall) to the bottom, the slot width at the widest point being less than 10% of the widthwise dimension of the Floor plan should be.
  • baffles have a circular or rectangular base. Accordingly, the wall is endless or it consists of four wall sections.
  • the base (the floor plan) may also be different, for example, oval or egg-shaped. According to the invention, it is particularly assumed that baffle pots are formed with mirror image (mirror-symmetrical) with respect to a vertical plane.
  • the following information relates in each case to a normal functional position of the baffle (functional position), in which the bottom of the baffle is on or in a bottom of a metallurgical vessel and the wall of the baffle substantially perpendicular to the ground and thus substantially perpendicular from the bottom of the metallurgical Vessel extends upwards.
  • the baffle according to DE 102 02 537 C1 causes molten metal that enters the baffle, at least partially flows laterally through the wall-side slot. Due to the relatively small slot width, the melt flowing through the slot can have a considerable flow velocity. This causes additional flow turbulence.
  • the essay " Melt Flow Characterization in Continuous Casting Tundishes "(ISIJ International, Vol. 36 (1996), No. 6, pp. 667-672) ) defines a so-called plug flow, in which all fluid elements have the same residence time (residence time) in the tundish and a so-called dead volume.
  • the dead volume characterizes the proportion of fluid whose residence time is more than twice the average residence time of the melt in the tundish.
  • the flow direction is substantially horizontal or at an angle ⁇ 70 °, in particular ⁇ 45 ° to the horizontal. It has also been found to be favorable to make the baffle so that the laterally exiting flow widens upwards (toward the free upper end portion of the baffle).
  • the baffle wall has at least one opening (for example a slot) with a specific cross-sectional profile.
  • the width of the opening increases (in the circumferential direction of the baffle), that is, in a slit-shaped opening, the distance of the flanks, which limit the slot laterally increases.
  • baffle - As known - upwards.
  • openings with a relatively large cross-section in the wall region of the baffle means that less refractory material must be used. This reduces the manufacturing costs.
  • the opening can pass upwards, so that the free end of the wall is interrupted. However, the opening can also run as a discrete opening in the wall and be surrounded on all sides by wall sections.
  • cross-sectional profiles are preferred, which are mirror-symmetrical to a plane that projects perpendicularly from the inside of the wall, in other words, the plane of symmetry extends radially in a baffle with a circular floor plan (bottom), whose wall is a cylindrical peripheral surface having.
  • the flow is optimized when the opening has curved flanks, in particular between the sections of greatest width and smallest width. In the side view, this results in a profile of the opening similar to a funnel or a nozzle.
  • the opening in the region between the largest width and the smallest width with respect to a central longitudinal axis of the opening has convexly or concavely curved flanks. This means that the width of the opening decreases steadily between the sections of greatest width and smallest width.
  • the opening ends according to one embodiment at a distance from the ground. It follows that within the baffle a bottom sump is formed, in which there is regularly molten metal during the casting process.
  • the opening should extend over at least 20% of the height of the wall. In this embodiment, 80% of the height of the baffle would be no lateral wall opening. The melt would then flow out only in the region of the upper end portion of the wall laterally beyond the at least one opening from the baffle pot.
  • This flow pattern is optimized when the opening extends over a greater part of the height of the wall, for example more than 40%, more than 50%, more than 60% or more than 70%.
  • the area of the baffle wall without lateral opening can be at least 20% of the height of the wall, calculated from the ground. This corresponds to a maximum extension of the opening over 80% of the height of the wall, calculated from its upper end.
  • an embodiment of the invention provides for forming the inside of the wall, between the baffle surface of the base and the opening, with an inclination ⁇ 90 ° to the horizontal.
  • the result is a kind of "ramp" along which the melt, after being hit on the baffle, is led away not only laterally, but laterally upwards, specifically to the corresponding opening.
  • This embodiment is also shown in more detail in the following description of the figures.
  • the latter embodiment requires that the opening ends at a distance from the bottom of the baffle pot.
  • the opening can also extend from the free end to the floor. This corresponds in principle to the embodiment according to FIG DE 102 02 537 C1 .
  • the crucial difference to the known baffle is that the slot (the opening) in the wall of the baffle pot according to the invention is significantly larger and is characterized in particular by the fact that the cross section of the opening in the direction of the upper edge (the free edge) of Wall significantly enlarged.
  • the largest width of the opening is according to the invention more than 5% of the total circumference of the wall of the baffle pot. For a baffle with square base and corresponding four equal wall sections, this means that the largest width of the opening is more than 20% of the width of the corresponding wall section. This value also applies according to the invention for baffles with a rectangular plan, with the proviso that the value of the opening width refers to each of the wall portion in which the opening is located.
  • the greatest width of the opening is more than 5% of the total circumference of the wall of the baffle. Dividing the wall into four equal sections, the value for the largest width of the opening, relative to each section, is again more than 20%.
  • the maximum width of the opening must be more than 20% of a quarter of the total circumference of the wall.
  • the largest width is meaningfully limited to 25% of the total circumference of the baffle wall.
  • the smallest width of the opening (at the end of the opening / slot adjacent to the baffle bottom) is, for example, ⁇ 4%, ⁇ 2.5%, ⁇ 1.5%, ⁇ 1.0% of the total perimeter of the wall, and may also be, for example, with a V-shape of the slot, go to zero.
  • the maximum value makes sense a maximum of 5%.
  • corresponding flanks of the opening are arranged between an inner side of the wall and a corresponding outer side of the wall with increasing distance.
  • flanks may be bowed to the outside environment, thereby assisting the effect.
  • the baffle according to FIG. 1 is constructed as follows: It has a rectangular bottom 10 with a lower base 10g and an upper baffle 10p. From the edge region of the bottom 10 extends a wall 20, which correspondingly comprises four wall sections 20a, 20b, 20c and 20d.
  • the free end 20k of the wall sections 20a to 20d is drawn inwardly, so that a corresponding undercut 20h results between the vertical regions of the wall sections 20a to 20d and the free end 20k (end section).
  • an opening 40 is formed, which extends from the free end 20k to over half the height H of the wall portion 20a.
  • the vertical height h of the opening 40 corresponds to about 0.6 H.
  • the opening has its greatest width Bg at its upper end and its smallest width Bk at the lower end.
  • the flanks 40f of the opening 40 are mirror-inverted relative to each other with respect to a central longitudinal axis M-M of the opening 40, resulting in a continuously decreasing cross-sectional geometry from the upper end to the lower end of the opening.
  • the flanks 40f extend 90 ° to the inner side 20i of the wall 20.
  • the largest width Bg of the opening 40 is about 35% of the mean length L of the associated wall portion 20a and accordingly about 9% of the total circumference of the wall 20.
  • the molten metal flowing into the baffle pot (indicated schematically by the arrow S) strikes the baffle surface first 10p and then spreads along the baffle 10p before going up along the inner side 20i of the wall 20. While the melt in the region of the wall sections 20b, 20c and 20d is subsequently deflected in the region of the undercut-formed free end 20k and led out of the baffle upwards (the same applies to the melt which flows along the wall 20a adjacent to the opening 40) , The flow rate is reduced analogously with increasing width of the opening 40.
  • the flow direction is at the narrow end of the opening 40 largely horizontal, obliquely directed upward at the upper, wide end. In this way, an advantageous supply of the melt from the impact pot in the associated metallurgical vessel or in the melt located there.
  • FIG. 2 shows some possible cross-sectional shapes of the wall opening 40.
  • Number 1 is similar to the example in FIG. 1 formed, but the opening passes down to the bottom area.
  • Variation No. 2 approximates the cross-sectional profile of a funnel.
  • the flanks of the opening are bowl-shaped.
  • the opening according to No. 4 is completely formed in the wall 20 and otherwise corresponds to the upper part according to No. 2.
  • the flanks are not curved, but designed step-like.
  • the cross-sectional geometry according to No. 6 is similar to that of a calyx.
  • the embodiment according to FIG. 3 differs from the according to FIG. 1 in that the opening 40 extends to the bottom 10, that is to say to the baffle surface 10p, and is formed in its lower portion in the manner of a slot with a constant width Bk.
  • Another difference to the embodiment according to FIG. 1 is that the flanks 40f open to the outside 20s of the wall 20a, whereby an additional diffuser effect is achieved in the outflow of molten metal from the baffle.
  • FIG. 4 There is a significant difference to the other illustrated embodiments is that the inner side 20i of the wall 20a at an angle ⁇ of about 45 ° (to the horizontal) of the baffle surface 10p in the direction of the opening 40 increases, creating a kind of ramp for the molten metal is formed towards the opening 40.
  • the opening 40 ends, as the side view shows, similar to the embodiment according to FIG. 1 at a distance from the baffle 10p and points, similar to at FIG. 3 , a diffuser area on.
  • the baffle consists of a refractory ceramic material, for example based on magnesia, magnesia chromite, bauxite, A1 2 O 3 or mixtures thereof.
  • baffle pots in which the upper free end portion of the wall (wall parts) is widened inwardly, so that the upward emerging from the baffle melt is redirected to the inside.
  • baffle pot The base of the baffle pot is virtually arbitrary. Impact pots with a circular bottom and cylindrical wall and baffle pots with rectangular, in particular square bottom and corresponding four, at right angles to each other extending wall sections are clearly preferred in terms of production and flow behavior.
  • each baffle at least one opening of the type described is formed on the wall side.
  • analogous openings can be formed in opposite wall sections.
  • Each aperture is significantly narrower in its portion adjacent the bottom than at its portion adjacent to the top edge (the upper edge) of the baffle wall. This results regularly in the side view, a cross-sectional profile, in which the width of the opening decreases from top to bottom. Only then can the desired volume flow be led away laterally and achieve the desired distribution of the flow velocity.
  • melt flow in the area of the opening becomes wider from bottom to top and above has a lower flow velocity than below.
  • the flow direction can be adjusted by appropriate design of the flanks of the opening, in particular in the sense to guide the flow so that the cross-section of the volume flow increases with increasing distance from the baffle.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten keramischen Pralltopf.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen feuerfesten keramischen Pralltopf.
  • Ein gattungsgemäßer Pralltopf ist beispielsweise aus folgenden Druckschriften bekannt: DE 102 35 867 B3 , DE 102 02 537 C1 , US 5,358,551 .
  • In allen Fällen geht es darum, Turbulenzen in einem metallurgischen Gefäß zu reduzieren, die sich ergeben, wenn eine Metallschmelze auf eine feste Unterlage trifft. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine Metallschmelze aus einer Pfanne (ladle) mit einer ferrostatischen Höhe von mehreren Metern auf den Boden eines Verteilers (tundish) trifft.
  • Der Pralltopf gemäß US 5,358,551 hat eine klassische Topfform, bei der der obere freie Endabschnitt der Wand nach innen umgelenkt ist. Die Metallschmelze strömt nach Auftreffen auf den Boden des Pralltopfes zunächst entlang des Bodens, dann aufwärts entlang der Innenseite der Wand und schließlich um die verjüngte Pralltopföffnung herum nach oben in das Verteilergefäß.
  • Bei der Variante gemäß DE 102 35 867 B3 ist der Pralltopf an seinem oberen offenen Ende mit einem so genannten Diffusor ausgebildet, das heißt, der Querschnitt des Pralltopfes wird zum oberen Austrittsende hin größer, um die kinetische Energie der ausströmenden Schmelze zu reduzieren.
  • Der Vorschlag gemäß DE 102 02 537 C1 sieht einen Pralltopf vor, dessen Wand mindestens einen Schlitz aufweist, der sich durchgehend vom Rand (dem oberen freien Ende der Wand) bis zum Boden erstreckt, wobei die Schlitzbreite an der breitesten Stelle weniger als 10 % der in der Richtung der Breite vorhandenen Abmessung des Grundrisses betragen soll.
  • Üblicherweise haben Pralltöpfe eine kreisförmige oder rechteckige Grundfläche. Entsprechend ist die Wand endlos beziehungsweise sie besteht aus vier Wandabschnitten. Die Grundfläche (der Grundriss) kann auch anders sein, beispielsweise oval oder eiförmig. Erfindungsgemäß wird insbesondere von Pralltöpfen ausgegangen, die bezüglich einer vertikalen Ebene spiegelbildlich (spiegelsymmetrisch) ausgebildet sind.
  • Nachstehende Angaben beziehen sich jeweils auf eine übliche Funktionsstellung des Pralltopfes (Funktionsposition), bei der der Boden des Pralltopfes auf oder in einem Boden eines metallurgischen Gefäßes liegt und sich die Wand des Pralltopfes im Wesentlichen senkrecht vom Boden und damit im Wesentlichen senkrecht vom Boden des metallurgischen Gefäßes nach oben erstreckt.
  • Der Pralltopf gemäß DE 102 02 537 C1 führt dazu, dass Metallschmelze, die in den Pralltopf gelangt, zumindest teilweise durch den wandseitigen Schlitz seitlich abfließt. Aufgrund der relativ geringen Schlitzbreite kann die durch den Schlitz fließende Schmelze eine erhebliche Strömungsgeschwindigkeit aufweisen. Hierdurch werden zusätzliche Strömungsturbulenzen verursacht.
  • Der Aufsatz "Melt Flow Characterization in Continuous Casting Tundishes" (ISIJ International, Vol. 36 (1996), No. 6, p. 667-672) definiert eine sogenannte Pfropfenströmung (plug flow), bei der alle Fluidelemente die gleiche Verweilzeit (Aufenthaltszeit, residence time) im Tundish haben und ein sogenanntes Totvolumen (dead volume). Das Totvolumen charakterisiert den Fluidanteil, dessen Verweilzeit mehr als doppelt so groß ist als die durchschnittliche Verweilzeit der Schmelze im Tundish.
  • Diese Charakterisierungen werden phänomenologisch nachstehend auf die Strömung einer Metallschmelze in einem Tundish übertragen, in dem ein erfindungsgemäßer Pralltopf (impact pad, impact pot) integriert ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Pralltopf bereitzustellen, der folgende Optimierungen erlaubt:
    • gezielte Führung der Metallschmelze im Pralltopf und Tundish
    • Minimierung von Strömungsturbulenzen im Tundish
    • geringer Verschleiß des Pralltopfes
    • hoher Fluidanteil mit Pfropfenströmung im Tundish
    • kleines Totvolumen im Tundish
    • günstige Herstellungskosten des Pralltopfes.
  • Um einen Pralltopf zu schaffen, der möglichst viele dieser Anforderungen erfüllt, wurden umfangreiche Versuche und Untersuchungen durchgeführt, insbesondere in Hinblick auf ein verbessertes Strömungsverhalten der Metallschmelze. Dabei wurde untersucht:
    • das Strömungsverhalten der Schmelze nach Auftreffen auf dem Boden des Pralltopfes,
    • der Strömungsverlauf der Schmelze im Pralltopf
    • das Strömungsverhalten der Schmelze beim Verlassen des Pralltopfes,
    • das Strömungsverhalten der Schmelze nach Verlassen des Pralltopfes im Schmelzbad des zugehörigen metallurgischen Gefäßes.
  • Es wurde festgestellt, dass die bekannten Pralltopf-Geometrien insbesondere hinsichtlich des Strömungsverhaltens der Schmelze beim Verlassen des Pralltopfes und beim folgenden Eintritt in das Schmelzbad des zugehörigen metallurgischen Gefäßes verbesserungswürdig sind.
  • Es ist vorteilhaft, wenn ein Teil der Schmelze in einem Volumenstrom relativ großer Querschnittsfläche seitlich aus dem Pralltopf abgeführt wird. Die Strömungsrichtung ist dabei im Wesentlichen horizontal oder in einem Winkel < 70°, insbesondere < 45° zur Horizontalen. Es hat sich weiters als günstig herausgestellt, den Pralltopf so zu gestalten, dass der seitlich austretende Volumenstrom sich nach oben (zum freien oberen Endabschnitt des Pralltopfes hin) verbreitert.
  • Im Ergebnis führte dies zu einer Pralltopfgeometrie, bei der die Pralltopfwand mindestens eine Öffnung (zum Beispiel einem Schlitz) mit einem spezifischen Querschnittsprofil aufweist. Vom Boden des Pralltopfes nach oben bis zum freien Endabschnitt der Wand betrachtet vergrößert sich die Breite der Öffnung (in Umfangsrichtung des Pralltopfes), das heißt, bei einer schlitzförmigen Öffnung vergrößert sich der Abstand der Flanken, die den Schlitz seitlich begrenzen.
  • Auf diese Weise wird ein relativ breiter Volumenstrom mit relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit im oberen Abschnitt des Pralltopfes seitlich aus dem Pralltopf herausgeführt. Analog ist der Volumenstrom, der in der Nähe des Pralltopfbodens seitlich austritt, schmaler und weist eine größere Strömungsgeschwindigkeit auf. Durch dieses Strömungsprofil werden Turbulenzen beim Eintritt in die Metallschmelze im metallurgischen Gefäß reduziert.
  • Dies führt zu einer geringeren Erosion des Feuerfestmaterials des Pralltopfes, insbesondere im Bereich der Flanken (Begrenzungen) der Öffnung. Entsprechend gelangen weniger Verunreinigungen (Fremdstoffe) in die Metallschmelze im Tundish.
  • Ein weiterer Teil des Volumenstroms verlässt den Pralltopf - wie bekannt - nach oben.
  • Die spezifische Geometrie der Öffnung und die dadurch verursachte spezifische Strömung der Schmelze seitlich durch die Öffnung in der Pralltopfwand führt auch zu der gewünschten Reduktion des Totvolumens im Tundish und zu einem höheren Anteil an Pfropfenströmung, wie nachstehende Tabelle zeigt:
    Totvolumen Pfropfenströmung
    Pralltopf mit geschlossener Wand analog US 5358551 28 % 24 %
    Pralltopf mit schmalem, geraden Schlitz analog DE 10202537 C1 28 % 26 %
    Pralltopf gemäß Anspruch 1 und Fig. 4 24 % 30 %
  • Die Ausbildung von Öffnungen mit relativ großem Querschnitt im Wandbereich des Pralltopfes führt dazu, dass weniger Feuerfestmaterial verwendet werden muss. Dies reduziert die Herstellungskosten.
  • In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen feuerfesten keramischen Pralltopf mit folgenden Merkmalen in seiner Funktionsposition:
    • einem Boden mit einer unteren Grundfläche und einer oberen Prallfläche
    • einer, aus mehreren Abschnitten bestehenden Wand, die sich vom Boden nach oben bis zu einem freien Endabschnitt erstreckt, wobei die Wand mit ihrer Innenseite und die Prallfläche einen Raum begrenzen, der an seinem, dem Boden gegenüberliegenden oberen Ende offen ist,
    • mindestens ein Abschnitt der Wand weist mindestens eine Öffnung auf, die von der Innenseite durchgehend zur Außenseite der Wand verläuft und von gegenüberliegenden Flanken begrenzt wird,
    • die Öffnung besitzt folgendes Querschnittsprofil:
    • in Umfangsrichtung der Wand betrachtet weist die Öffnung ihre größte Breite benachbart dem freien Endabschnitt auf,
    • in Umfangsrichtung der Wand betrachtet besitzt die Öffnung ihre kleinste Breite dem Boden benachbart,
    • die größte Breite der Öffnung beträgt mehr als 5 % des Gesamtumfangs der Wand des Pralltopfes,
    • in Längsrichtung, vom oberen freien Endabschnitt der Wand vertikal nach unten in Richtung Boden, erstreckt sich die Öffnung mit einem Profil, bei dem mehr als 70 % ihres Querschnitts in der oberen Hälfte, dem freien Endabschnitt der Wand benachbart, verlaufen.
  • In der Seitenansicht ergibt sich für die Öffnung regelmäßig eine Geometrie, bei der der Abstand zwischen Flanken der Öffnung oben deutlich größer als unten ist. Mögliche Querschnittsprofile sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung dargestellt und erläutert.
  • Die Öffnung kann nach oben durchlaufen, so dass das freie Ende der Wand unterbrochen wird. Die Öffnung kann aber auch als diskrete Öffnung in der Wand verlaufen und allseitig von Wandabschnitten umgeben sein. Im Interesse einer optimierten Strömung und Strömungsverteilung sind Querschnittsprofile bevorzugt, die spiegelsymmetrisch zu einer Ebene ausgebildet sind, die senkrecht von der Innenseite der Wand absteht, anders ausgedrückt: die Symmetrieebene verläuft radial bei einem Pralltopf mit kreisförmigem Grundriss (Boden), dessen Wand eine zylindrische Umfangsfläche aufweist.
  • Der Strömungsverlauf wird optimiert, wenn die Öffnung gewölbte Flanken aufweist, insbesondere zwischen den Abschnitten größter Breite und kleinster Breite. In der Seitenansicht ergibt sich dabei ein Profil der Öffnung ähnlich einem Trichter oder einer Düse.
  • Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass die Öffnung im Bereich zwischen größter Breite und kleinster Breite in Bezug auf eine Mittenlängsachse der Öffnung konvex oder konkav gewölbte Flanken aufweist. Dies bedeutet, dass sich die Breite der Öffnung stetig zwischen den Abschnitten größter Breite und kleinster Breite verringert.
  • Die Öffnung endet nach einer Ausführungsform im Abstand zum Boden. Daraus folgt, dass innerhalb des Pralltopfes ein Bodensumpf ausgebildet wird, in dem sich regelmäßig Metallschmelze beim Gießvorgang befindet.
  • Die Öffnung sollte sich über mindestens 20 % der Höhe der Wand erstrecken. Bei dieser Ausführungsform wäre auf 80 % der Höhe des Pralltopfes keine seitliche Wandöffnung. Die Schmelze würde dann nur im Bereich des oberen Endabschnitts der Wand seitlich über die mindestens eine Öffnung aus dem Pralltopf ausfließen.
  • Dieser Strömungsverlauf wird optimiert, wenn sich die Öffnung über einen größeren Teil der Höhe der Wand erstreckt, beispielsweise mehr als 40 %, mehr als 50 %, mehr als 60 % oder mehr als 70 %. Der Bereich der Pralltopfwand ohne seitliche Öffnung kann mindestens 20 % der Höhe der Wand entsprechen, vom Boden aus gerechnet. Dies entspricht einer maximalen Erstreckung der Öffnung über 80 % der Höhe der Wand, von deren oberem Ende aus gerechnet.
  • Um die Schmelze vom Inneren des Pralltopfes zur Öffnung gezielt hinzuführen, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, die Innenseite der Wand, zwischen der Prallfläche des Bodens und der Öffnung, mit einer Neigung < 90 ° zur Horizontalen auszubilden. Es entsteht eine Art "Auflaufschräge", entlang der die Schmelze, nachdem sie auf die Prallfläche getroffen ist, nicht nur seitlich, sondern seitlich nach oben hin weggeführt wird, und zwar gezielt zur korrespondierenden Öffnung. Auch diese Ausführungsform ist in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher dargestellt.
  • Die letztgenannte Ausführungsform setzt voraus, dass die Öffnung mit Abstand vom Boden des Pralltopfes endet.
  • Die Öffnung kann aber auch vom freien Ende durchgehend bis zum Boden verlaufen. Dies entspricht prinzipiell der Ausführungsform gemäß DE 102 02 537 C1 . Der entscheidende Unterschied zu dem bekannten Pralltopf besteht darin, dass der Schlitz (die Öffnung) in der Wand des Pralltopfes erfindungsgemäß deutlich größer ist und insbesondere dadurch charakterisiert ist, dass sich der Querschnitt der Öffnung in Richtung auf den oberen Rand (die freie Kante) der Wand deutlich vergrößert.
  • Die größte Breite der Öffnung beträgt erfindungsgemäß mehr als 5 % des Gesamtumfangs der Wand des Pralltopfes. Für einen Pralltopf mit quadratischer Grundfläche und entsprechend vier gleichen Wandabschnitten bedeutet dies, dass die größte Breite der Öffnung mehr als 20 % der Breite des entsprechenden Wandabschnitts beträgt. Dieser Wert gilt erfindungsgemäß auch für Pralltöpfe mit rechteckigem Grundriss, und zwar mit der Maßgabe, dass sich der Wert der Öffnungsbreite jeweils auf den Wandabschnitt bezieht, in dem die Öffnung liegt.
  • Bei Pralltöpfen mit kreisförmigem Boden und entsprechend zylindrischer Wandfläche gilt: die größte Breite der Öffnung beträgt mehr als 5 % des Gesamtumfangs der Wand des Pralltopfes. Teilt man die Wand in vier gleiche Abschnitte, beträgt der Wert für die größte Breite der Öffnung, bezogen auf jeden Abschnitt, wiederum mehr als 20 %.
  • Dies gilt analog für Ausführungsformen von Pralltöpfen mit einem ovalen Grundriss.
  • Für andere geometrische Formen gilt neben der Bedingung, dass die größte Breite der Öffnung mehr als 5 % des Gesamtumfangs der Wand betragen soll, folgende Zusatzbedingung: die größte Breite der Öffnung muss mehr als 20 % eines Viertels des Gesamtumfangs der Wand sein. Die größte Breite ist sinnvoll auf 25 % des Gesamtumfangs der Pralltopfwand begrenzt.
  • Die kleinste Breite der Öffnung (an dem Ende der Öffnung/des Schlitzes, das dem Pralltopfboden benachbart ist) beträgt beispielsweise < 4 %, < 2,5 %, < 1,5 %, < 1.0 % des Gesamtumfangs der Wand und kann auch, zum Beispiel bei einer V-Form des Schlitzes, gegen Null gehen. Der Höchstwert beträgt sinnvoll maximal 5 %.
  • Konkrete Werte sind beispielhaft:
    • für die größte Breite: > 100mm, > 150 mm, > 200 mm, > 250 mm, > 300 mm,
    • für die kleinste Breite < 100 mm, < 75 mm, < 50 mm, < 25 mm, < 10mm.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind korrespondierende Flanken der Öffnung zwischen einer Innenseite der Wand und einer korrespondierenden Außenseite der Wand mit größer werdendem Abstand angeordnet. Es entsteht dadurch eine Art "Diffuser" mit der Folge, dass sich die Querschnittsfläche der Öffnung zwischen Innenseite und Außenseite der Wand des Pralltopfes vergrößert (fächerförmig aufweitet). Auf diese Weise wird ein ballonartiger Volumenstrom in das Metallbad des metallurgischen Gefäßes zugeführt, was zu einer Verringerung der Turbulenz im metallurgischen Gefäß führt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Flanken zur äußeren Umgebung hin gewölbt sein, wodurch der Effekt unterstützt wird.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen. Dabei können die genannten Merkmale einzeln oder in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Soweit nicht ausdrücklich ausgeschlossen lassen sich Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele, soweit technisch grundsätzlich möglich, miteinander kombinieren.
  • Die Figuren zeigen, jeweils in schematisierter Darstellung:
    • Figur 1:
    eine perspektivische Ansicht eines Pralltopfes
    Figur 2:
    mögliche Querschnittsformen der Öffnung in der Wand des Pralltopfes
    Figur 3:
    eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Pralltopfes
    Figur 4:
    eine Aufsicht, einen Längsschnitt sowie eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Pralltopfes.
  • Der Pralltopf gemäß Figur 1 ist wie folgt aufgebaut: Er besitzt einen rechteckigen Boden 10 mit einer unteren Grundfläche 10g und einer oberen Prallfläche 10p. Vom Randbereich des Bodens 10 verläuft eine Wand 20, die entsprechend vier Wandabschnitte 20a, 20b, 20c und 20d umfasst.
  • Die Wand 20 mit ihrer Innenseite 20i und die Prallfläche 10p begrenzen einen Raum 30, der nach oben hin, also dem Boden gegenüberliegend, offen ist.
  • Das freie Ende 20k der Wandabschnitte 20a bis 20d ist nach innen gezogen, so dass sich ein entsprechender Hinterschnitt 20h zwischen den vertikalen Bereichen der Wandabschnitte 20a bis 20d und dem freien Ende 20k (Endabschnitt) ergibt.
  • Im Wandabschnitt 20a ist eine Öffnung 40 ausgebildet, die sich vom freien Ende 20k bis über die Hälfte der Höhe H des Wandabschnitts 20a erstreckt. Die vertikale Höhe h der Öffnung 40 entspricht etwa 0,6 H. Die Öffnung besitzt ihre größte Breite Bg an ihrem oberen Ende und ihre geringste Breite Bk am unteren Ende. Dazwischen sind die Flanken 40f der Öffnung 40 in Bezug auf eine Mittenlängsachse M-M der Öffnung 40 spiegelbildlich gegeneinander gewölbt, so dass sich eine kontinuierlich verringernde Querschnittsgeometrie vom oberen Ende zum unteren Ende der Öffnung ergibt. Die Flanken 40f verlaufen 90° zur Innenseite 20i der Wand 20.
  • Die größte Breite Bg der Öffnung 40 beträgt etwa 35 % der mittleren Länge L des zugehörigen Wandabschnitts 20a und entsprechend ca. 9 % des Gesamtumfangs der Wand 20. Die in den Pralltopf einströmende Metallschmelze (schematisch durch den Pfeil S gekennzeichnet) trifft zunächst auf die Prallfläche 10p und verteilt sich dann entlang der Prallfläche 10p, bevor sie entlang der Innenseite 20i der Wand 20 nach oben verläuft. Während die Schmelze im Bereich der Wandabschnitte 20b, 20c und 20d anschließend im Bereich des mit Hinterschnitt ausgebildeten freien Endes 20k umgelenkt und aus dem Pralltopf nach oben herausgeführt wird (gleiches gilt für die Schmelze, die entlang der Wand 20a neben der Öffnung 40 entlang strömt), verlässt ein erheblicher Volumenanteil der Schmelze den Raum 30 durch die Öffnung 40. Die Strömungsgeschwindigkeit reduziert sich analog mit zunehmender Breite der Öffnung 40. Die Strömungsrichtung ist am schmalen Ende der Öffnung 40 weitestgehend horizontal, am oberen, breiten Ende schräg nach oben gerichtet. Auf diese Weise entsteht eine vorteilhafte Zuführung der Schmelze aus dem Pralltopf in das zugehörige metallurgische Gefäß beziehungsweise in die dort befindliche Schmelze.
  • Figur 2 zeigt einige mögliche Querschnittsformen der Wandöffnung 40. Nummer 1 ist ähnlich dem Beispiel in Figur 1 ausgebildet, wobei die Öffnung jedoch bis zum Bodenbereich nach unten durchgeht. Die Variante Nr. 2 hat angenähert das Querschnittsprofil eines Trichters. Bei Nr. 3 verlaufen die Flanken der Öffnung schüsselförmig. Die Öffnung gemäß Nr. 4 ist vollständig in der Wand 20 ausgebildet und entspricht im Übrigen dem oberen Teil gemäß Nr. 2. Bei Nr. 5 sind die Flanken nicht gewölbt, sondern stufenartig gestaltet. Die Querschnittsgeometrie gemäß Nr. 6 ähnelt der eines Kelches.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem gemäß Figur 1 dadurch, dass die Öffnung 40 bis zum Boden 10, das heißt bis zur Prallfläche 10p verläuft und in ihrem unteren Abschnitt schlitzartig mit konstanter Breite Bk ausgebildet ist. Ein weiterer Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 besteht darin, dass sich die Flanken 40f zur Außenseite 20s der Wand 20a hin öffnen, wodurch eine zusätzliche Diffusorwirkung beim Ausfließen der Metallschmelze aus dem Pralltopf erreicht wird.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 besteht ein wesentlicher Unterschied zu den übrigen dargestellten Ausführungsbeispielen darin, dass die Innenseite 20i der Wand 20a unter einem Winkel α von ca. 45° (zur Horizontalen) von der Prallfläche 10p in Richtung auf die Öffnung 40 ansteigt, wodurch eine Art Auflaufschräge für die Metallschmelze zur Öffnung 40 hin gebildet wird. Die Öffnung 40 endet, wie die Seitenansicht zeigt, ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit Abstand zur Prallfläche 10p und weist, ähnlich wie bei Figur 3, einen Diffusorbereich auf.
  • Für alle Ausführungsvarianten gilt:
  • Der Pralltopf besteht aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, beispielsweise auf Basis Magnesia, Magnesiachromit, Bauxit, A12O3 oder Mischungen daraus.
  • Günstig sind Pralltöpfe, bei denen der obere freie Endabschnitt der Wand (Wandteile) nach innen verbreitert ist, so dass die nach oben aus dem Pralltopf heraustretende Schmelze zuvor nach innen umgeleitet wird.
  • Die Grundfläche des Pralltopfes ist faktisch beliebig. Pralltöpfe mit kreisförmigem Boden und zylinderförmiger Wand sowie Pralltöpfe mit rechteckigem, insbesondere quadratischem Boden und entsprechend vier, im rechten Winkel zueinander verlaufenden Wandabschnitten sind jedoch in Hinblick auf Herstellung und Strömungsverhalten eindeutig bevorzugt.
  • In jedem Pralltopf ist mindestens eine Öffnung der beschriebenen Art wandseitig ausgebildet. Insbesondere bei Pralltöpfen mit rechteckigem Querschnitt können in gegenüberliegenden Wandabschnitten analoge Öffnungen ausgebildet sein.
  • Jede Öffnung ist in ihrem dem Boden benachbarten Abschnitt deutlich schmaler als an ihrem Abschnitt, welcher dem oberen Rand (der oberen Kante) der Pralltopfwand benachbart ist. Dadurch ergibt sich regelmäßig in der Seitenansicht ein Querschnittsprofil, bei dem die Breite der Öffnung von oben nach unten abnimmt. Nur so lässt sich der gewünschte Volumenstrom seitlich wegführen und die gewünschte Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit erreichen.
  • Wesentlich ist auch, dass mindestens 70 % des Gesamtquerschnitts jeder Öffnung in einem Abschnitt verlaufen, der die obere Hälfte der Wand definiert, in Vertikalrichtung betrachtet.
  • In allen Fällen ergibt sich daraus für die ausfließende Metallschmelze, dass der Schmelzestrom im Bereich der Öffnung von unten nach oben breiter wird und oben eine geringere Strömungsgeschwindigkeit als unten aufweist. Die Strömungsrichtung kann durch entsprechende Ausbildung der Flanken der Öffnung eingestellt werden, insbesondere in dem Sinne, die Strömung so zu führen, dass sich der Querschnitt des Volumenstroms mit zunehmendem Abstand vom Pralltopf vergrößert.

Claims (12)

  1. Feuerfester keramischer Pralltopf mit folgenden Merkmalen in seiner Funktionsposition:
    1.1 einem Boden (10) mit einer unteren Grundfläche (10g) und einer oberen Prallfläche (10p),
    1.2einer, aus mehreren Abschnitten (20a-d) bestehenden Wand (20), die sich vom Boden (10) nach oben bis zu einem freien Ende (20k) erstreckt, wobei die Wand (20) mit ihrer Innenseite (20i) und die Prallfläche (10p) einen Raum (30) begrenzen, der an seinem, dem Boden (10) gegenüberliegenden oberen Ende offen ist,
    1.3mindestens ein Abschnitt (20a) der Wand (20) weist mindestens eine Öffnung (40) auf, die von der Innenseite (20i) durchgehend zur Außenseite (20s) der Wand (20) verläuft und von gegenüberliegenden Flanken (40f) begrenzt wird,
    1.4die Öffnung (40) besitzt folgendes Querschnittsprofil:
    1.4.1 in Umfangsrichtung der Wand (20) betrachtet weist die Öffnung (40) ihre größte Breite (Bg) benachbart dem freien Ende (20k) auf,
    1.4.2 in Umfangsrichtung der Wand (20) betrachtet besitzt die Öffnung (40) ihre kleinste Breite (Bk) dem Boden (10) benachbart,
    1.4.3 die größte Breite (Bg) der Öffnung beträgt mehr als 5% des Gesamtumfangs der Wand (20) des Pralltopfes,
    1.4.4 in Längsrichtung, vom oberen freien Ende (20k) der Wand (20) vertikal nach unten in Richtung Boden, erstreckt sich die Öffnung mit einem Profil, bei dem mehr als 70% ihres Querschnitts in der oberen Hälfte der Wand (20), dem freien Ende (20k) der Wand (20) benachbart, verlaufen.
  2. Pralltopf nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (40) im Bereich zwischen größter Breite (Bg) und kleinster Breite (Bk) gewölbte Flanken (40f) aufweist,
  3. Pralltopf nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (40) im Bereich zwischen größter Breite (Bg) und kleinster Breite (Bk) in Bezug auf eine Mittenlängsachse der Öffnung (40) gewölbte Flanken (40f) aufweist.
  4. Pralltopf nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (40) im Abstand zum Boden (10) endet.
  5. Pralltopf nach Anspruch 4, bei dem die Innenseite (20i) der Wand (20) zwischen der Prallfläche (10p) des Bodens (10) und der Öffnung (40), mit einer Neigung <90 Grad zur Horizontalen verläuft.
  6. Pralltopf nach Anspruch 4, bei dem sich die Öffnung (40) über mindestens 20% und maximal 90% der Höhe (H) der Wand (20) erstreckt.
  7. Pralltopf nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (40) vom freien Ende (20k) bis zum Boden (10) verläuft.
  8. Pralltopf nach Anspruch 1, bei dem korrespondierende Flanken (40f) der Öffnung (40) zwischen einer Innenseite (20i) der Wand (20) und einer korrespondierenden Außenseite (20s) der Wand (20) mit größer werdendem Abstand verlaufen.
  9. Pralltopf nach Anspruch 8, bei dem die korrespondierenden Flanken (40f) der Öffnung (40) in einer Richtung zwischen Innenseite (20i) der Wand (20) und korrespondierender Außenseite (20s) der Wand (20) zur Umgebung hin gewölbt sind.
  10. Pralltopf nach Anspruch 1 mit vier Abschnitten (20a-d) der Wand (20), wobei benachbarte Abschnitte (20a-20b, 20b-20c, 20c-20d, 20d-20a) im Wesentlichen im rechten Winkel zueinander verlaufen.
  11. Pralltopf nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung (40) spiegelsymmetrisch zu einer Ebene ausgebildet ist, die senkrecht von der Innenseite (20i) der Wand (20) absteht.
  12. Pralltopf nach Anspruch 1, deren oberes freies Ende (20k) nach innen, zum Raum (30) hin, umgelenkt oder verbreitert ist.
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