WO1998002265A1 - Anordnung von stopfenstange und stopfenstangenkörper - Google Patents

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WO1998002265A1
WO1998002265A1 PCT/EP1997/003722 EP9703722W WO9802265A1 WO 1998002265 A1 WO1998002265 A1 WO 1998002265A1 EP 9703722 W EP9703722 W EP 9703722W WO 9802265 A1 WO9802265 A1 WO 9802265A1
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WO
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plug rod
rod body
adapter insert
plug
thread
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PCT/EP1997/003722
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Maus
Original Assignee
Maus Karl Heinz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Maus Karl Heinz filed Critical Maus Karl Heinz
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Classifications

    • 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
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B22D41/18—Stopper-rods therefor

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of stopper rod and stopper rod body, i.e. a fire-resistant, pierced stopper rod body with a metallic stopper rod carrying it and a device for connecting the stopper rod body to the stopper rod.
  • a metallic insert bushing is provided, which is arranged at a distance from the upper end of said plug rod body and has a bore which is designed for a fixed reception of a metal plug rod for attachment to a lifting mechanism.
  • the insert bush is therefore a metallic part that must be incorporated in the manufacture of the ceramic plug rod body. Because of the incompatibility of the materials, rejection rates are high in some cases. The metal body can also only be recovered by destroying the plug rod body. In principle, this is not a great deal of effort, but it requires manual work and leads to a considerable amount of dust, since the plug rod body has to be broken up.
  • Another patent is US Pat. No. 4,791,978.
  • JP-A 56-148 452 In this known plug suspension, the lower end of the plug rod is provided with a coarse thread, which is screwed into a corresponding thread in the plug rod body, with a certain play between the spindle and the body material being opened, so that the risk of breakage is reduced. In spite of this, this embodiment has not been able to assert itself, since strong vibrational stresses on the connection which occur in use lead to high breakage rates.
  • a metal adapter insert which is embedded in the material of the plug rod body from the upper end face and which is provided with an internal thread for screwing in the plug rod equipped with an external thread, into which internal thread the plug rod is screwed,
  • the metal intended for the adapter insert has a coefficient of thermal expansion which practically does not deviate from that of the plug rod body
  • the plug rod body made of ceramic material can be provided in a simple manner with a threaded adapter, which can be screwed into a hole that is already beginning to be manufactured and where its thermal expansion coefficient behaves practically like the material of the Plug rod body without having its fragility.
  • the adapter insert can also be used and burned in during the manufacture of the plug rod body.
  • the material of the adapter insert is preferably an austenitic, non-scaling steel, for example of the grade 9X6CrNil8 9.
  • the steel material of the plug rod itself does not need to be produced from such high-quality steel grades, but can consist of conventional tool steel.
  • a particular advantage is that the plug rod can be cut to length from a steel endless threaded rod in a simple manner, and - after being provided with a hole - can be finished inexpensively.
  • the thermal expansion of the plug rod within the adapter insert leads to a (desired) higher pressing of the plug rod into the adapter thread, but not to the destruction of the plug rod body.
  • an adapter insert is furthermore advantageously used which is provided with a taper thread which tapers at the bottom (i.e. into the plug rod body) with a converging inner surface.
  • the plug rod must be turned off at its end with a conical thread.
  • the adapter insert is preferably provided with an external thread so that it can be screwed into the material of the stopper rod.
  • the adapter insert has a holding structure, e.g. parallel lamellas, warts or depressions. It is also possible to give the internal thread a normal cylindrical shape with any design of the outside of the adapter insert.
  • the aforementioned design of the outside of the adapter insert is preferably adapted to the relatively sensitive connection between the steel and the ceramic material of the plug rod body.
  • an external thread of the adapter insert has a cylinder as the outer casing and its thread core has a truncated cone as the inner casing. It is also possible to deviate from the cylindrical shape of the external thread, ie the adapter insert can be used as an outer envelope. also have a truncated cone.
  • the external thread of the adapter insert can also be a coarse thread, for example in the form of a trapezoidal or round thread.
  • the plug rod continue below the adapter insert into a supporting hollow mandrel which ends with a lower sealing surface.
  • This sealing surface can then be placed firmly on a waist of the plug rod body through-hole. This also saves material, because the hollow mandrel can also be turned directly out of the threaded rod material.
  • FIG. 1 shows in section an arrangement of plug rod body and plug rod
  • FIG. 3 shows a second embodiment of an adapter insert
  • 4 shows a third embodiment of an adapter insert
  • Figure 5 seen the plug rod from the outside.
  • Fig. 6 shows a fourth embodiment of an adapter insert.
  • Fig. 7 shows a fifth embodiment of an adapter insert with a special shape of the hollow mandrel.
  • the stopper rod body 2 serves to seal a watering ladle (tundish) and must be lifted out and pushed into the watering can filled with liquid steel without complications.
  • the plug rod body 2 is cylindrical and has an upper end face 4 and a lower end, which is not shown in the present case.
  • the axial bore 8 extends to its lower end and ends at a cone-shaped seat surface (not shown) which can be inserted into the corresponding seat surface of the tundish base and opens and closes the tundish bore located there.
  • the plug rod body 2 can be lifted over the plug rod 1 via a suspension device to be described.
  • the melt then flows through the released tundish hole into a corresponding casting mold.
  • An inert gas, such as argon, is sent through the central bores 7 and 8 to cool the plug rod body inside and outside and to prevent direct contact with the melt.
  • the typical length of a plug rod body 2 is 1450 mm.
  • the outer diameter at the upper end is approximately 150 mm.
  • a typical material of the plug rod body is, for example, a mixture of 53% by weight of A1203, 13% by weight of SiO 2 and 31% by weight of graphite as well as other heat-resistant materials such as Zr02. Its weight is therefore not inconsiderable.
  • a metal adapter insert 10 which in the present case has a conical shape, is inserted into the plug rod body 2 from the end face of the plug rod body 2, its upper diameter being approximately 50 mm.
  • the adapter insert (see also Figures 2 and 3) is made of a metal that has a coefficient of thermal expansion that practically does not differ from that of the plug rod body material. High-alloy steels such as 9X6CrNil8 9 are suitable for this purpose.
  • the adapter insert 10 has a tapered internal thread 11 with a downward, ie. H. inner surface 37 converging towards the tip of the plug rod body 2. The adapter insert is let into an opening 5 and closes with its upper edge with the upper end face 4 of the plug rod body.
  • the opening 5 into which the adapter insert is inserted is narrowed to a bore section 8 ', which narrows towards the bore 8 in the further course of the plug rod body.
  • the specially shaped plug rod 1, as can be seen in FIGS. 1 and 5, is let into the inside of the adapter insert 10 and into the bore section 8 '.
  • the stopper rod 1 consists of a largely solid steel rod section provided with an external thread 3, which is subsequently provided with a central inner bore 7. Such a stopper rod can be cut to length from a known, already threaded semi-finished steel product, which is manufactured in large lengths.
  • the plug rod 1 is extended upwards and suspended in a manner known per se from its upper end, as is shown, for example, in FIG. 1 of US Pat. No. 4,791,978.
  • the plug rod 1 is provided with an integrated tapered threaded section (external thread 20) shortly before its end, which is compatible with the internal thread 11 of the adapter insert.
  • external thread 20 is compatible with the internal thread 11 of the adapter insert.
  • waist 18 of the plug rod 1 can still be seen. This waist serves as an outlet groove for the thread 3.
  • a nut 17 can therefore be screwed from the hollow mandrel onto the plug rod 1 onto the thread 3; it is present in the exemplary embodiment.
  • the lower end of the plug rod 1 tapers to a hollow mandrel 16 which is smooth on the outside and ends at the bottom in a conically turned sealing surface 15 which is provided with a graphite seal 14 and on one Shoulder 19 in the transition area from the bore Extension 8 'to the hole 8 sits firmly and sealed.
  • the plug rod body is first connected to the plug rod by screwing the taper thread 20 into the adapter insert 10. Then two high-temperature sealing elements (sealing ring 13 and washer 12) are placed on top and then the nut 17 is screwed onto the external thread 3 of the plug rod, as above that overall the plug rod 1 is sealed and completely oxygen-tight connected to the plug rod body 2.
  • the plug rod body is heated, the metal of the plug rod 1 in the adapter insert 10 expands and forms a practically gas-tight seal of the plug rod 1 in the adapter insert 10.
  • the plug rod 1 can normally simply be unscrewed from the thread of the adapter insert and then this out of the plug rod body. If this is not possible, the adapter insert 10 with the plug rod 1 can be unscrewed from the material of the plug rod body and leaves the plug rod body 2 largely as a whole. In any case, the adapter insert 10 can be recovered.
  • the plug rod 1 As soon as the plug rod 1 has been unscrewed from the adapter insert 10, it can be prepared for use again simply by turning its corresponding threaded part. Any damage caused by scaling can be eliminated by turning off the material accordingly, preferably only the thread 20 being treated.
  • the hollow mandrel 16 is approximately twice as long as the height of the adapter insert 10.
  • the shape of the hollow mandrel 16 ensures that any bending moments which have to be transmitted from the plug rod body 2 to the plug rod 1 need not only be absorbed by the adapter insert.
  • the weight of the plug rod body is well absorbed by the sufficient size of the adapter insert, vibrations and buckling loads are controlled by the entirety of the parts of the plug rod located in the plug rod body.
  • the adapter insert 10 has a relatively thin wall 21 which carries a thread on both sides, namely an internal thread 11 in the form of a cone and an external thread 20 which acts as an outer envelope also has a cone. It is a coarse thread that is screwed into a corresponding thread shape of the plug rod body 2.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the adapter insert in which the internal thread 11, like the adapter insert according to FIG. 2, is conical.
  • the external thread 32 of the adapter insert has, however, a cylinder Z as the outer envelope body, so that the height of the thread flanks becomes ever greater with a constant pitch and can accordingly turn more strongly into the lower part of the opening 5 than in the upper part and thus the pull-out strength increases.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the adapter insert 10 ', in which the internal thread 11' is cylindrical, unlike the adapter insert according to FIG. 2.
  • the external thread of the adapter insert is replaced by parallel lamella elements 31; the outer envelope is a cylinder.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the adapter insert 10 ′′, in which the outside is provided with a holding structure consisting of warts 60 and depressions 61.
  • the adapter insert is permanently pressed into the material of the plug rod body during manufacture.
  • FIG. 7 shows a representation similar to that in FIG. 1 of the upper part of a plug rod body 2 provided with a bore 8.
  • a metal adapter insert 10 ′′ ′′ which is provided with a flange 70, is inserted into the plug rod body from the end face of the plug rod body.
  • the outer surface of the external thread has a conical shape, the outer flange diameter being approximately 50 mm and the outer surface diverging downwards.
  • the adapter insert 10 '' ' is made of a metal which has a coefficient of thermal expansion which practically does not differ from that of the plug rod body. High-alloy steels such as 9X6CrNil8 9 are suitable for this purpose.
  • the adapter insert 10 '' ' has a cylindrical internal thread 11' ''.
  • the adapter insert 10 '' ' is let into an opening 5 and closes with the upper edge of the flanges 70 with the upper end face 4 of the plug rod body. However, it is not excluded that the adapter insert also projects with its flange over the end face of the plug rod body.
  • a specially shaped plug rod 1 embedded which consists of a largely solid, with external thread 3 steel rod section, which is subsequently provided with a central inner bore 7
  • the transition from the plug rod 1 to the plug rod body is made possible primarily by the adapter insert 10 '".
  • the plug rod 1 is shortly before its end with a cylindrical smooth section in the area of the flange and with a threaded section which is compatible with the internal thread 11'. '' of the adapter insert.
  • the lower end of the plug rod 1 tapers to a hollow mandrel 16, which ends downward in the conically turned sealing surface 15.
  • the hollow mandrel 16 is provided with a circumferential notch 76, at the height of which a relatively narrow bore 77 ends, which in turn opens on the outside of the plug rod body.
  • the plug rod body is connected to the plug rod in the manner already described.
  • plug rod body 2 The arrangements and connections described above consisting of plug rod body 2, plug rod 1 and adapter insert have a high number of uses without interruption.
  • the wearing plug rod body 2 can be replaced in a simple manner.
  • the adapter insert is not lost, but can be recovered and used again.
  • the arrangement is absolutely airtight in accordance with practical requirements and prevents oxygen from getting into the melt located in the tundish during use.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stopfenstangenkörper (2) mit einer diesen tragenden metallischen Stopfenstange (1) und einer Vorrichtung zum Verbinden des Stopfenstangenkörpers (2) mit der Stopfenstange (1), mit einem metallenen Adaptereinsatz, der von der oberen Stirnfläche (4) her in das Material des Stopfenstangenkörpers eingelassen ist und der mit einem Innengewinde (11) für das Einschrauben der mit einem Außengewinde (20) ausgestatteten Stopfenstange (1) versehen ist, in welches Innengewinde (11) die Stopfenstange eingedreht ist, wobei das für den Adaptereinsatz (10) bestimmte Metall einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der von dem des Stopfenstangenkörpers (2) praktisch nicht abweicht, mit einer Mutter (17), die mit der Stopfenstange (1) als Kontermutter gegen den Adaptereinsatz verschraubt ist, und mit einem stützenden Hohldorn (16), der unterhalb des Adaptereinsatzes den Endabschnitt der Stopfenstange bildet.

Description

Anordnung von Stopfenstange und Stopfenstangenkörper
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von Stopfenstange und Stopfenstangenkörper, d.h., einen feuerbeständigen, durchbohrten Stopfenstangenkörper mit einer diesen tragenden metallischen Stopfenstange und einer Vorrichtung zum Verbinden des Stopfenstangenkörpers mit der Stopfenstange .
Eine solche Anordnung ist bekannt aus EP 0 358 535 Bl . Hier ist eine metallische Einsatzbuchse vorgesehen, die mit Abstand vom oberen Ende des genannten Stopfenstangenkörpers angeordnet ist und eine Bohrung aufweist, welche ausgebildet ist für ein festes Aufnehmen einer Metall- Stopfenstange zum Anbringen an einem Hebemechanismus . Es handelt sich bei der Einsatzbuchse demnach um ein metallisches Teil, das bei der Herstellung des keramischen Stopfenstangenkörpers mit eingebaut werden muß. Wegen der Inkompatibilität der Werkstoffe kommt es in manchen Fällen zu hohen Ausschußraten. Der Metallkörper kann außerdem nur wiedergewonnen werden, indem der Stopfenstangenkörper zerstört wird. Dies bereitet zwar im Prinzip keine große Mühe, erfordert jedoch Handarbeit und führt zu einer erheblichen Staubentwicklung, da der Stopfenstangenkörper zerschlagen werden muß. Als weiterer Stand der Technik ist das US-Patent 4,791,978 zu nennen. Bei dieser bekannten Anordnung von Stopfenstangenkörper und Stopfenstange wird ein Gewindeabschnitt in den oberen Teil des Stopfenstangenkörpers eingepreßt und eine Gewindestange direkt in den eingepreßten Gewindeabschnitt eingedreht, so daß eine Aufhängung geschaffen ist, um den Stopfenstangenkörper aus der Gießpfanne zu heben. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß bei Unterschieden des Wärme-Ausdehnungskoeffizienten von Gewindestange und Stopfenstangenkörper-Material es hierbei sehr rasch zu Brüchen von letzterem kommt .
Schließlich sei noch auf JP-A 56-148 452 hingewiesen. Bei dieser bekannten Stopfenaufhängung wird das untere Ende der Stopfenstange mit einem Grobgewinde versehen, das in ein entsprechendes Gewinde im Stopfenstangenkörper eingedreht wird, wobei zusätzlich ein gewisses Spiel zwischen der Spindel und dem Körpermaterial eröffnet wird, so daß die Bruchgefahr verringert wird. Trotzdem hat sich diese Ausführungsform nicht durchsetzen können, da starke Schwingungsbeanspruchungen der Verbindung, die bei Anwendung auftreten, zu hohen Bruchraten führten.
Gegenüber dem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine zuverlässige, jedoch relativ leicht zu montierende Verbindung zwischen Stopfenstangenkörper und Stopfenstange herzustellen, wobei die Materialkoεten relativ gering gehalten sind und die Standzeit der Anordnung groß ist, auch wenn es zu den betriebsüblichen Verschleißerscheinungen, wie Verzunderungen, kommt.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung aus einem feuerbeständigem, durchbohrten Stopfenstangenkörper und einer diesen tragenden metallischen Stopfenstange und einer Vorrichtung zum Verbinden des Stopfenstangenkörpers mit einer Stopfenstange gelöst, bei der folgende Teile vor- handen sind :
- ein metallener Adaptereinsatz, der von der oberen Stirnfläche her in das Material des Stopfenstangenkörpers eingelassen ist und der mit einem Innengewinde für das Einschrauben der mit einem Außengewinde ausgestatteten Stopfenstange versehen ist, in welches Innengewinde die Stopfenstange eingedreht ist,
- wobei das für den Adaptereinsatz bestimmte Metall einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der von dem des Stopfenstangenkörpers praktisch nicht abweicht,
- eine Mutter, die mit der Stopfenstange als Kontermutter gegen den Adaptereinsatz verschraubt ist,
- und ein stützender Hohldorn, der unterhalb des Adaptereinsatzes den Endabschnitt der Stopfenstange bildet.
Mit dieser Anordnung wird der Vorteil erreicht, daß der aus keramischem Material bestehende Stopfenstangenkörper in einfacher Weise mit einem Gewindeadapter versehen werden kann, der in eine bei der Herstellung schon ansatzweise vorhandene Bohrung eindrehbar ist und dort sich von seinem Wärmeausdehnungskoeffizienten her praktisch verhält wie das Material des Stopfenstangenkörpers, ohne dessen Brüchigkeit zu haben. Der Adaptereinsatz kann aber auch bei der Herstellung des Stopfenstangenkörpers mit eingesetzt und eingebrannt werden.
Das Material des Adaptereinsatzes ist vorzugsweise ein austenitischer, nicht-zundernder Stahl, beispielsweise der Sorte 9X6CrNil8 9. Das Stahl-Material der Stopfenstange selbst braucht nicht aus derartig hochwertigen Stahlsorten hergestellt zu werden, sondern kann aus üblichem Werkzeugstahl bestehen. Ein besonderer Vorteil ist, daß die Stopfenstange aus einer stählernen Endlos- Gewindestange in einfacher Weise abgelängt werden kann, und - nach Versehen mit einer Bohrung - preiswert fertigzustellen ist. Die Wärmeausdehnung der Stopfenstange innerhalb des Adaptereinsatzes führt zwar zu einer (erwünschten) höheren Einpressung der Stopfenstange in das Adaptergewinde, nicht jedoch zur Zerstörung des Stopfenstangenkörpers.
Insbesondere wird weiterhin mit Vorteil ein Adaptereinsatz verwendet, der mit einem Kegelgewinde versehen ist, das sich unten (d.h. in den Stopfenstangenkörper hinein) mit konvergierender Innenfläche verjüngt. Für eine solche Gewindeform muß die Stopfenstange an ihrem Ende mit einem Kegelgewinde abgedreht werden. Bei Verwendung des Kegelgewindes ergibt sich der weitere Vorteil, daß nach Verzundern des Stopfenstangen-Materials hier ein einfaches Abdrehen genügt, um die Stopfenstange wieder gängig in den Adapter eindrehen zu können, der selbst aus einem nicht-zundernden Material besteht.
Der Adaptereinsatz ist vorzugsweise mit einem Außengewinde versehen, so daß er in das Material der Stopfenstange eingedreht werden kann. Es sei aber auch nicht ausgeschlossen, daß der Adaptereinsatz an seiner Außenseite mit einer Haltestruktur, z.B. parallelen Lamellen, Warzen oder Vertiefungen, versehen ist. Auch ist möglich, dem Innengewinde, bei beliebiger Gestaltung der Außenseite des Adaptereinsatzes, eine normale zylindrische Form zu geben.
Die vorgenannte Gestaltung der Außenseite des Adaptereinsatzes wird vorzugsweise an die relativ empfindliche Verbindung zwischen Stahl und Keramik-Material des Stopfenstangenkörpers angepaßt. Hierzu wird vorgeschlagen, daß ein Außengewinde des Adaptereinsatzes als äußeren Hüllkörper einen Zylinder und sein Gewindekern als innenliegenden Hüllkörper einen Kegelstumpf aufweist. Von der Zylinderform des Außengewindes kann auch abgewichen werden, d.h. der Adaptereinsatz kann als äußeren Hüllkör- per auch einen Kegelstumpf aufweisen.
Es soll auch aber nicht ausgeschlossen werden, daß von derartigen Hüllformen abgewichen wird, beispielsweise eine divergierende Hüllkörperform gewählt wird. Es kommt hier darauf an, eine hohe Sauerstoffdichtheit zwischen der Außenseite des Stopfenstangenkörpers und der Innenseite des Stopfens zu erreichen. Je nach Einsatz kann das Außengewinde des Adaptereinsatzes auch ein Grobgewinde, beispielsweise in Form eines Trapez- oder Rundgewindes, sein.
Um einen besseren Halt, insbesondere Widerstand gegen Knickbelastungen, und eine gute Abdichtung zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß unterhalb des Adaptereinsatzes sich die Stopfenstange in einen stützenden Hohldorn fortsetzt, der mit einer unteren Dichtfläche endet. Diese Dichtfläche kann dann auf eine Taillierung der Stopfenstangenkörper-Durchbohrung fest aufsetzen. Hierdurch wird auch Material gespart, denn auch der Hohldorn kann direkt aus dem Gewindestangen-Material herausgedreht werden .
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert . Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:
Fig. 1 im Schnitt eine Anordnung von Stopfenstangen- körper und Stopfenstange;
Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines Adaptereinsatzes;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Adaptereinsatzes; Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Adaptereinsatzes;
Fig. 5 die Stopfenstange von außen gesehen;
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines Adaptereinsatzes .
Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform eines Adaptereinsatzes mit einer besonderen Form des Hohldorns .
In der Fig. l ist der obere Teil eines feuerbeständigen, mit einer Bohrung 8 versehenen Stopfenstangenkörpers 2 dargestellt. Der Stopfenstangenkörper 2 dient zum Abdichten einer Gießpfanne (Tundish) und muß der mit flüssigem Stahl gefüllten Gießkanne komplikationsfrei herausgehoben und eingeschoben werden. Der Stopfenstangenkörper 2 ist zylindrisch und besitzt eine obere Stirnfläche 4 und ein unteres Ende, das mit vorliegenden Fall nicht dargestellt ist. Die axiale Bohrung 8 erstreckt sich bis zu seinem unteren Ende und endet an einer kegel- geformten Sitzfläche (nicht dargestellt) , die in die entsprechende Sitzfläche des Tundish-Bodens eingesetzt werden kann und die dort befindliche Tundish-Bohrung öffnet und schließt .
Der Stopfenstangenkörper 2 kann über eine noch zu beschreibende Aufhängevorrichtung über die Stopfenstange 1 angehoben werden. Es fließt dann die Schmelze durch die freigegebene Tundish-Bohrung in eine entsprechende Gießform hinein. Ein inertes Gas, wie Argon, wird durch die Zentralbohrungen 7 und 8 hindurchgeschickt, um den Stopfenstangenkörper innen und außen zu kühlen und einen direkten Kontakt mit der Schmelze zu verhindern.
Die typische Länge eines Stopfenstangenkörpers 2 ist 1450 mm. Der Außendurchmesser am oberen Ende beträgt etwa 150 mm. Ein typisches Material des Stopfenstangenkörpers ist beispielsweise eine Mischung aus 53 Gew.% A1203, 13 Gew.% Si02 und 31 Gew.% Graphit sowie weiteren wärmebeständigen Materialien, wie beispielsweise Zr02. Sein Gewicht ist daher nicht unbeträchtlich.
Bei Einfahren des Stopfenstangenkörpers 2 in die Schmelze treten durch heftige Wärmedifferenzen Turbulenzen und Schwingbewegungen auf, die die Verbindung zwischen Stopfenstangenkörper 2 und Stopfenstange 1 erheblich beanspruchen. Eine weitere Beanspruchung ist das mit hoher Geschwindigkeit durch den Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange fließende Argon-Gas, da der Gasstrom teilweise wie eine Strahlpumpe wirkt und Luft von außen anzieht. Die Erfordernisse an die Dichtigkeit des Stopfenstangenkörpers sind daher hoch.
Um eine Verbindung von Stopfenstangenkörper 2 mit der Stopfenstange 1 herzustellen, wird von der Stirnseite des Stopfenstangenkörpers 2 in den Stopfenstangenkörper ein metallener Adaptereinsatz 10 eingesetzt, der im vorliegenden Fall eine Kegelform aufweist, wobei sein oberer Durchmesser etwa 50 mm ist. Der Adaptereinsatz (vergl. auch Figuren 2 und 3) ist aus einem Metall hergestellt, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der von dem des Stopfenstangenkörper-Materials praktisch nicht abweicht . Geeignet hierzu sind hochlegierte Stähle, wie beispielsweise 9X6CrNil8 9. Der Adapterein- satz 10 besitzt im vorliegenden Fall ein kegeliges Innengewinde 11 mit einer nach unten, d. h. zur Spitze des Stopfenstangenkörpers 2 hin konvergierenden Innenfläche 37. Der Adaptereinsatz ist in eine Öffnung 5 eingelassen und schließt mit seiner Oberkante mit der oberen Stirnfläche 4 des Stopfenstangenkörpers ab.
Die Öffnung 5, in die der Adaptereinsatz eingelassen ist, verengt sich zu einem Bohrungsabschnitt 8', der sich im weiteren Verlauf des Stopfenstangenkörpers zu der Bohrung 8 verengt . In die Innenseite des Adaptereinsatzes 10 und in den Bohrungsabschnitt 8' ist die speziell geformte Stopfenstange l eingelassen, wie sie aus den Fig. 1 und 5 erkennbar ist.
Die Stopfenstange 1 besteht aus einem weitgehend massiven, mit Außengewinde 3 versehenen Stahlstangen- Abschnitt, der nachträglich mit einer zentrischen Innenbohrung 7 versehen ist . Eine solche Stopfenstange kann aus bekanntem, bereits mit Gewinde versehenem Stahl-Halbzeug, das in großen Längen hergestellt wird, abschnittsweise abgelängt werden. Die Stopfenstange l ist nach oben verlängert und in an sich bekannter Weise an ihrem oberen Ende aufgehängt, wie dies beispielsweise in der Fig. l des US-Patentes 4,791,978 dargestellt ist.
Der Übergang der Stopfenstange 1 auf den Stopfenstangenkörper 2 wird in erster Linie durch den Adaptereinsatz 10 ermöglicht. Die Stopfenstange 1 ist dazu kurz vor ihrem Ende mit einem integrierten kegeligen Gewindeabschnitt (Außengewinde 20) versehen, der kompatibel mit dem Innengewinde 11 des Adaptereinsatzes ist. Oberhalb des Kegelgewindes 20 ist noch eine Taillierung 18 der Stopfenstange l zu erkennen. Diese Taillierung dient als Auslaufnut für das Gewinde 3. Eine Mutter 17 kann daher vom Hohldorn her auf die Stopfenstange 1 auf das Gewinde 3 aufgedreht werden; sie ist im Ausführungsbeispiel vorhanden .
Um in die Bohrungserweiterung 8' eindringen zu können, verjüngt sich das untere Ende der Stopfenstange 1 zu einem Hohldorn 16, der außenseitig glatt ist und nach unten in einer konisch angedrehten Dichtfläche 15 endet, die mit einer Graphit-Dichtung 14 versehen ist und auf einer Schulter 19 im Übergangsbereich von der Bohrungs- erweiterung 8' zur Bohrung 8 fest und abgedichtet aufsitzt .
Die Verbindung des Stopfenstangenkörpers mit der Stopfenstange erfolgt zunächst durch Eindrehen des Kegelgewindes 20 in den Adaptereinsatz 10. Sodann werden zwei hoch- wärmefeste Dichtungselemente (Dichtungsring 13 und Unterlegscheibe 12) aufgelegt und anschließend die Mutter 17 als Kontermutter auf das Außengewinde 3 der Stopfenstange festgeschraubt, so daß insgesamt die Stopfenstange 1 abgedichtet und völlig sauerstoffdicht mit dem Stopfenstangenkörper 2 verbunden ist. Bei Erwärmung des Stopfenstangenkörpers dehnt sich das Metall der Stopfenstange 1 in dem Adaptereinsatz 10 aus und bildet einen praktisch gasdichten Verschluß der Stopfenstange 1 im Adaptereinsatz 10 aus .
Nach einer üblichen Stand- und Gebrauchszeit ist es erforderlich, den Stopfenstangenkörper 2 zu wechseln. Die Stopfenstange 1 kann normalerweise einfach aus dem Gewinde des Adaptereinsatzes herausgedreht werden und anschließend dieser aus dem Stopfenstangenkörper. Sollte dies nicht möglich sein, so läßt sich der Adaptereinsatz 10 mit der Stopfenstange 1 aus dem Material des Stopfenstangenkörpers herausdrehen und läßt den Stopfenstangenkörper 2 weitgehend als Ganzes zurück. Jedenfalls kann der Adaptereinsatz 10 wiedergewonnen werden.
Sobald die Stopfenstange 1 aus dem Adaptereinsatz 10 herausgedreht ist, kann sie durch einfaches Überdrehen ihres entsprechenden Gewindeteils erneut für den Einsatz vorbereitet werden. Eventuelle Verzunderungsschäden können durch entsprechendes Abdrehen des Materials beseitigt werden, wobei vorzugsweise lediglich das Gewinde 20 behandelt wird.
Der Hohldorn 16 ist etwa doppelt so lang wie die Höhe des Adaptereinsatzes 10. Durch die Form des Hohldorns 16 wird gewährleistet, daß eventuelle Biegemomente, die vom Stopfenstangenkörper 2 auf die Stopfenstange 1 übertragen werden müssen, nicht nur vom Adaptereinsatz aufgefangen werden müssen. Zwar wird das Gewicht des Stopfenstangenkörpers durch die ausreichende Größe des Adaptereinsatzes gut aufgenommen, jedoch werden Vibrationen und Knicklasten von der Gesamtheit der sich in dem Stopfenstangenkörper befindenden Teile der Stopfenstange beherrscht .
Fig. 2 zeigt detailliert die Form einer ersten Ausführungsform des Adaptereinsatzes 10. Der Adaptereinsatz 10 weist eine relativ dünne Wand 21 auf, die auf beiden Seiten ein Gewinde trägt, nämlich ein Innengewinde 11 in Kegelform und ein Außengewinde 20, das als äußeren Hüll- körper ebenfalls einen Kegel hat. Es handelt sich hierbei um ein Grobgewinde, das in eine entsprechende Gewindeform des Stopfenstangenkörpers 2 eingedreht ist.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Adaptereinsatzes, bei dem das Innengewinde 11 ebenso wie bei dem Adaptereinsatz gemäß Fig. 2 kegelförmig ist. Das Außengewinde 32 des Adaptereinsatzes hat jedoch als äußeren Hüllkörper einen Zylinder Z, so daß die Höhe der Gewindeflanken bei gleichbleibender Steigung immer größer wird und sich entsprechend in den unteren Teil der Öffnung 5 stärker eindrehen kann als im oberen Teil und damit die Ausziehfestigkeit erhöht .
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Adaptereinsatz 10', bei dem das Innengewinde 11' anders als bei dem Adaptereinsatz gemäß Fig. 2 zylinderförmig ist. Das Außengewinde des Adaptereinsatzes ist durch parallele Lamellenelemente 31 ersetzt; der äußere Hüllkörper ist ein Zylinder. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform des Adaptereinsatzes 10' ' , bei dem die Außenseite mit einer aus Warzen 60 und Vertiefungen 61 bestehenden Haltestruktur versehen ist. Auch hier wird der Adaptereinsatz bei der Herstellung des Stopfenstangenkörpers unlösbar in dessen Material eingepreß .
In der Fig. 7 ist in einer ähnlichen Darstellung wie in Figur 1 der obere Teil eines mit einer Bohrung 8 versehenen Stopfenstangenkörpers 2 dargestellt.
Um eine Verbindung von Stopfenstangenkörper mit der Stopfenstange herzustellen, wird von der Stirnseite des Stopfenstangenkörpers in den Stopfenstangenkörper ein metallener Adaptereinsatz 10''' eingesetzt, der mit einem Flansch 70 versehen ist. Die Mantelfläche des Außengewindes weist im vorliegenden Fall eine Kegelform auf, wobei der Flansch-Außendurchmesser etwa 50 mm ist und die Mantelfläche nach unten divergiert. Der Adaptereinsatz 10' ''ist aus einem Metall hergestellt, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der von dem des Stopfenstangenkörpers praktisch nicht abweicht. Geeignet hierzu sind hochlegierte Stähle, wie beispielsweise 9X6CrNil8 9. Der Adaptereinsatz 10''' besitzt ein zylindrisches Innengewinde 11' ' ' . Der Adaptereinsatz 10' ' ' ist in eine Öffnung 5 eingelassen und schließt mit der Oberkante des Flansche 70 mit der oberen Stirnfläche 4 des Stopfenstangenkörpers ab. Es sei aber nicht ausgeschlossen, daß der Adaptereinsatz auch mit seinem Flansch über die Stirnseite des Stopfenstangenkörpers rag .
Die Öffnung 5, in die der Adaptereinsatz eingelassen ist, verengt sich zu einem Bohrungsabschnitt 8', der sich wiederum im weiteren Verlauf des Stopfenstangenkörpers zu der Bohrung 8 verengt . In die Innenseite des Adaptereinsatzes 10 ' ' ' und die Bohrungserweiterung 8 ' ist eine speziell geformte Stopfenstange 1 eingelassen, die aus einem weitgehend massiven, mit Außengewinde 3 versehenen Stahlstangen-Abschnitt, der nachträglich mit einer zentrischen Innenbohrung 7 versehen ist, besteht
Der Übergang der Stopfenstange 1 auf den Stopfenstangenkörper wird in erster Linie durch den Adaptereinsatz 10' " ermöglicht. Die Stopfenstange 1 ist dazu kurz vor ihrem Ende mit einem zylindrischen glatenn Abschnitt im Bereich des Flnsches und mit einem Gewindeabschnitt, der kompatibel mit dem Innengewinde 11''' des Adaptereinsatzes ist.
Um in die Bohrungserweiterung 8' eindringen zu können, verjüngt sich das untere Ende der Stopfenstange 1 zu einem Hohldorn 16, der nach unten in der konisch angedrehten Dichtfläche 15 endet. Um einen Ausgleich eventuell eingeschlossener Luft zwischen dem dichtenden Gewindeabschnitt und der Dichtungsfläche 15 zu schaffen, ist der Hohldorn 16 mit einer umlaufenden Einkerbung 76 versehen, in deren Höhe eine relativ enge Bohrung 77 endet, die wiederum an der Außenseite des Stopfenstangenkörpers mündet .
Die Verbindung des Stopfenstangenkörpers mit der Stopfenstange erfolgt in der bereits beschriebenen Weise.
Die vorbeschriebenen Anordnungen und Verbindungen aus Stopfenstangenkörper 2, Stopfenstange l und Adaptereinsatz haben ohne Unterbrechung eine hohe Einsatzzahl. Der verschleißende Stopfenstangenkörper 2 kann in einfacher Weise ausgewechselt werden. Dabei geht der Adaptereinsatz nicht verloren, sondern kann wiedergewonnen und neu eingesetzt werden. Die Anordnung ist entsprechend den praktischen Erfordernissen absolut luftdicht und verhindert, daß während des Einsatzes Sauerstoff an die sich in dem Tundish befindliche Schmelze gerät.

Claims

Patentansprüche
1. Feuerbeständiger, durchbohrter Stopfenstangenkörper (2) mit einer diesen tragenden metallischen Stopfenstange (1) und einer Vorrichtung zum Verbinden des Stopfenstangenkörpers (2) mit der Stopfenstange
(1),
- mit einem metallenen Adaptereinsatz (10; 10'; 10''; 10' ' ' ) , der von der oberen Stirnfläche (4) her in das Material des Stopfenstangenkörpers eingelassen ist und der mit einem Innengewinde (11) für das Einschrauben der mit einem Außengewinde (20) ausgestatteten Stopfen- stange (1) versehen ist, in welches Innengewinde (11) die Stopfenstange eingedreht ist,
- wobei das für den Adaptereinsatz (10; 10'; 10''; 10'"') bestimmte Metall einen Wärmeausdehungskoeffi- zienten hat, der von dem des Stopfenstangenkörpers (2) praktisch nicht abweicht,
- mit einer Mutter (17) , die mit der Stopfenstange (l) als Kontermutter gegen den Adaptereinsatz verschraubt ist,
- und mit einem stützenden Hohldorn (16) , der unterhalb des Adaptereinsatzes den Endabschnitt der Stopfenstange bildet.
2. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenstange (1) aus einer stählernen Endlos-Gewindestange abgelängt ist .
3. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengewinde (11) des Adaptereinsatzes (10) ein Kegel- gewinde mit einer nach unten konvergierenden Innenfläche (37) ist.
4. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange, nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , daß das Innengewinde (11) des Adaptereinsatzes (10) ein zylindrisches Gewinde ist.
5. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptereinsatz mit einem Außengewinde (32) versehen ist.
6. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde
(32) des Adaptereinsatzes als äußeren Hüllkörper einen Zylinder (Z) und sein Gewindekern als innenliegenden Hüllkörper einen Kegelstumpf aufweist.
7. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde
(32) des Adaptereinsatzes als äußeren Hüllkörper einen Kegelstumpf aufweist.
8. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Außengewindes eine Haltestruktur an der Außenseite des Adaptereinsatzes
(10'; 10'') vorgesehen ist, z.B. Lamellen (32)', Warzen (60) oder Vertiefungen (61)
9. Stopfenstangenkörper nach Stopfenstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptereinsatz (10''') mit einem nach oben zeigenden Flansch (70) versehen ist.
10. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Adaptereinsatzes austeni- tischer, nicht-zundernder Stahl ist, beispielsweise der Sorte 9X6CrNil8 9.
11. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohldorn (16) mit einer unteren Dichtfläche (15) endet.
12. Stopfenstangenkörper mit Stopfenstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohldorn (16) mit einer umlaufenden Nut (76) versehen ist, und daß in dem Stopfenstangenkörper eine Ausgleichs-Luftbohrung (77) vorgesehen ist, die in Höhe der Nut (76) endet.
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