WO2008006436A1 - Refractory element with a channel formed from discrete bodies - Google Patents

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WO2008006436A1
WO2008006436A1 PCT/EP2007/005223 EP2007005223W WO2008006436A1 WO 2008006436 A1 WO2008006436 A1 WO 2008006436A1 EP 2007005223 W EP2007005223 W EP 2007005223W WO 2008006436 A1 WO2008006436 A1 WO 2008006436A1
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WO
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channel
bodies
longitudinal direction
element according
ceramic material
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PCT/EP2007/005223
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Stephen Lee
Ian Proudfoot
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Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg
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Priority to EP07725997A priority patent/EP1917114B1/en
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B22D1/005—Injection assemblies therefor
    • 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
    • B22D41/186—Stopper-rods therefor with means for injecting a fluid into the melt
    • 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
    • B22D41/50—Pouring-nozzles
    • B22D41/58—Pouring-nozzles with gas injecting means

Definitions

  • the invention relates to an element of at least one refractory ceramic material having at least one channel extending within the element.
  • element includes discrete components, such as cuboids, prisms, cones or the like, which are produced, for example, by casting, extruding or pressing in molds, but also locally produced elements such as floors, walls, ceilings, dams.
  • the invention relates to those elements in which at least one discrete channel runs through which a treatment medium, usually a gas, optionally in combination with solids, can be passed.
  • a treatment medium usually a gas, optionally in combination with solids
  • gas purging plugs as are known from EP 0 329 645 A1, or plugs, the basic structure of which is described in EP 1 401 600 Bl.
  • channel is a discrete channel that forms a so-called directed porosity, that is, the gas to be guided along the channel should be as accurately as possible in the longitudinal direction of the channel and not diffused laterally , as is known for example in elements with so-called reoriented porosity, which are constructed spongy and in which a treatment gas takes a more or less uncontrolled path from one pore to the next.
  • Burn-out threads are coated with refractory material. After the thread has burnt out, the desired gas channel is created.
  • a wire is tamped with mass. The wire is then pulled out, so that in its place a gas channel is formed.
  • the above and other methods have basically proven.
  • the disadvantage is that the channel can clog during operation, especially when surrounding refractory dissolves.
  • the coarse-grained structure of the refractory material of the element is so far problematic.
  • An uncontrolled change in the channel cross-section, up to its blockage, not only affects the functional properties of the associated gas purging plug (element), but also the associated secondary metallurgical treatment of a molten metal.
  • the invention has for its object to provide a way to improve the reliability of a generic element with at least one channel and to expand the scope of related elements.
  • the channel which usually has an inner cross-sectional area ⁇ 5mm 2 , often ⁇ 3mm 2 , in part ⁇ 1mm 2 , should not be formed directly in or through the refractory material of the element, but at least partially by ring or sleeve-shaped elements having a form separate channel wall.
  • the channel is therefore formed by a plurality of discrete bodies in ring or sleeve shape, which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the channel.
  • the "longitudinal direction" of the channel means the predominant flow direction of a gas guided through the channel, which does not necessarily have to be rectilinear, on the contrary: As will be described below, curved, meandering or other special courses of a gas channel are frequently desired.
  • any courses of the channel can be formed, since the channel wall is not in one piece, but is formed from a multiplicity of individual wall sections (the bodies).
  • adjacent bodies can be arranged exactly coaxial to each other, but also in any other assignment.
  • the shape of the body itself may be quite different along the channel, as will be described below.
  • the channel is formed between its ends with a closed wall; on the contrary: by the loose arrangement of bodies for the formation of the channel Tolerances and distances necessarily arise between adjacent bodies, which according to the invention, however, are desired in order to be able to form an individual geometry of the channel.
  • the channel is bounded to the wall side to a considerable extent by said bodies, which protect the interior of the channel from the penetration of the surrounding refractory material when an associated element (for example, a gas purging plug) is produced.
  • an associated element for example, a gas purging plug
  • the wall surfaces of the body protect the channel from undesired penetration of the refractory ceramic material from which the element is formed.
  • the inventive design of the channel allows precise gas guidance, a constant gas pressure and avoids malfunction.
  • the invention then comprises an element of at least one refractory ceramic material having at least one channel extending within the element, the channel being at least partially formed by a plurality of discrete bodies in ring or sleeve shape, one behind the other in the longitudinal direction of the channel and each body is made of a refractory ceramic material different from the circumferentially adjacent refractory ceramic material of the element.
  • At least individual bodies adjacent in the longitudinal direction of the channel can contact one another.
  • the points of contact can be point, line or planar.
  • at least one body, viewed in the longitudinal direction of the channel has a length which is greater than a maximum distance between two points lying on a plane perpendicular to the longitudinal direction of the channel and along the inner wall of the body.
  • such bodies have the shape of a pipe section or a sleeve.
  • embodiments are expedient in which the bodies are designed on the outside in such a way that they form a positive connection with the surrounding refractory material. These can serve radially projecting from the outer wall of a body body sections, for example in the form of pins, rings, knobs, anchors, etc.
  • bodies of different lengths in the longitudinal direction of the channel, can adjoin one another.
  • each individual body is basically irrelevant. It is crucial that adjacent bodies should form a common channel.
  • the channel does not have to be closed on all sides (peripherally) by the body.
  • slotted bodies or perforated sleeve-shaped bodies can also be used in the longitudinal direction of the channel.
  • a possible internal cross section of the body is a circular cross section, as shown for example in Figure Ia.
  • the inner cross-section can also be slit-like (rectangular), as sketched in FIG. 1b or triangular in accordance with FIG.
  • Neighboring bodies can be connected to each other in terms of force but also in a form-fitting manner; It is also possible to articulate adjacent bodies together.
  • compressible / deformable gaskets between adjacent annular or sleeve-shaped bodies are arranged.
  • deformable elements may for example consist of graphite, which is at the same time refractory and does not burn out in the application of the element.
  • a similarly acting alternative provides bodies that are formed at one end in the manner of a ball segment and at the other end have a corresponding, dome-shaped receptacle, so that corresponding adjacent body can intervene hingedly.
  • the channel section of this body is at least end so enlarged that even with angular displacements of adjacent body, a continuous gas passage is formed.
  • the single body may define a straight or curved channel section.
  • the outer shape is arbitrary anyway.
  • Individual bodies or groups of bodies can be assembled on a common carrier element. This applies not only to the production, but also to the application.
  • a gas channel composed of individual elements After a gas channel composed of individual elements has been brought into the desired shape, it is backfilled (surrounded) with mass, as is generally known in the prior art.
  • the wire or thread can then be removed again (after completion of the element); but it can also remain in the channel, so that then for the gas passage an annular channel is formed between the support member and the wall of the annular or sleeve-shaped body.
  • the channel may extend from a first to a second surface portion of the element.
  • gas purging pits it is known to form at least one gas distribution chamber, under or in the element, from which the gas passages run.
  • channel geometries Due to the channel composed of individual bodies, arbitrary channel geometries can be created. These include: S-shape, helix, meander, knot, spiral, wave, involute.
  • the bodies according to the invention consist of a refractory ceramic material. Suitable for this purpose are, for example: Al 2 O 3 , TiO 2 , MgO, ZrO 2 , SiO 2 , CaO or mixtures thereof.
  • the bodies are made of finely divided raw materials, and preferably by pressing. This gives the bodies a high density, which in one embodiment is higher than the density of the refractory material of the element surrounding the bodies.
  • the individual walls of the body are preferably gas-tight.
  • the use of finely divided materials for the bodies and formation of the high-density bodies has the further advantage that a very smooth channel wall can be formed which provides advantageous flow characteristics for a gas passed therethrough.
  • Figure 3 A longitudinal section through a possible channel geometry
  • Figure 4 A longitudinal section through a further channel geometry
  • FIG. 10 designates in FIG. 1 an element made of a refractory ceramic material, which has a metal jacket 12 peripherally, which extends over a lower end face 10u of the refractory part of the element 10 and has a bottom 12b, into which a gas supply pipe 14 opens, between the bottom end surface 10u and the bottom 12b, a gas distribution chamber 16 is formed. Between the Gasverteilhunt 16 (the lower end face 1Ou) and an upper end face 10o of the ceramic part of the element 10 extends a designated 18 channel.
  • the channel 18 is formed of a plurality (here: schematically 10) sleeve-like bodies 20, wherein adjacent body 20 each slightly offset from each other, so that overall results in a slightly curved shape for the channel 18.
  • Adjacent bodies 20 are at least in one place against each other, although this is not absolutely necessary.
  • deformable bodies 21, here graphite sealing rings can be arranged.
  • the second body from below has on its outer wall on two radially projecting armature 23, which in the refractory material of the body 10 firmly. It will be understood that instead of the illustrated one channel 18, a plurality of channels may pass through the body 10. In that regard, the representation of the element 10 and the channel 18 also not to scale.
  • FIGS. 1a, 1b and 1c show in plan view possible cross-sectional areas of the bodies 20, as described above.
  • FIG. 2 shows a frustoconical gas purging plug, with a gas feed line 14 opening into a gas distribution chamber 16 which is formed in the body 10.
  • 4 channels 18 are shown here, and only schematically (without the individual bodies 20).
  • the left channel 18 is similar to the channel 18 in Figure 1.
  • the channel disposed to the right is formed with a kind of "knot", whereby an additional penetration protection against penetrating molten metal is created.
  • the second channel from the right has a double, opposite curvature in the lower part, which also fulfills the function of a break-through protection.
  • the channel shown on the right in the figure is designed meandering its middle section.
  • each channel 18 can correspond to that according to FIG. 1 or according to FIG. 3, wherein the individual bodies 20 according to FIG. 3 have different shapes.
  • the lowest body corresponds to
  • the body 20 according to FIG. 1 has a much shorter but wider part with an approximately trapezoidal cross-section, in the longitudinal direction of the channel 18, which is adjoined by an S-shaped curved body, which in turn is followed by a body 20.
  • the cylindrical outer wall 20a has an annular circumferential flange 20b, which forms a kind of reinforcing anchor for fixing the body 20 in surrounding refractory material.
  • This purpose is also the formation of the body with trapezoidal cross-section and increased outer diameter relative to adjacent bodies.
  • Each body is again designed sleeve or annular, so that a total of a continuous inner channel 1 8, is formed here with a double S-shape.
  • these were successively threaded onto a nylon thread 22, which extends through the channel 18. Once an associated refractory ceramic element has been created, the nylon thread 22 may be removed or burned out.
  • the bodies of Figure 4 are also sleeve-like in their basic form, but at one end have a projection 2Ov in the manner of a ball segment and at the other end a corresponding dome-like depression 20g. Adjacent bodies 20 can be arranged angularly offset from one another. At the same time, the channel 18 of each body 20 of larger cross-section is formed on the projection 2Ov, so that even if the bodies 20 are not exactly aligned with each other, there is a continuous channel for gas guidance.

Abstract

In its most general embodiment, the invention comprises an element made of at least one refractory ceramic material, with at least one channel which extends within the element, wherein the channel is at least partially formed by a number of discrete bodies in a ring or in the form of a sleeve, which are arranged one after the other in the longitudinal direction of the channel, and each body consists of a refractory ceramic material which is different from the circumferentially neighbouring refractory ceramic material of the element.

Description

FEUERFESTES ELEMENT MIT EINEM AUS DISKRETEN KOERPER GEBILDETEN KANAL FIRE-RESISTANT ELEMENT WITH A DISCREET KOERPER TRAINED CHANNEL
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft ein Element aus mindestens einem feuerfesten keramischen Werkstoff mit mindestens einem Kanal, der sich innerhalb des Elementes erstreckt.The invention relates to an element of at least one refractory ceramic material having at least one channel extending within the element.
Der Begriff „Element" umfasst diskrete Bauteile, wie Quader, Prismen, Kegel oder dergleichen, die beispielsweise durch Gießen, Extrudieren oder Pressen in Formen hergestellt werden, aber auch vor Ort erstellte Elemente wie Böden, Wände, Decken, Dämme.The term "element" includes discrete components, such as cuboids, prisms, cones or the like, which are produced, for example, by casting, extruding or pressing in molds, but also locally produced elements such as floors, walls, ceilings, dams.
Die Erfindung bezieht sich auf solche Elemente, in denen mindestens ein diskreter Kanal verläuft, durch den ein Behandlungsmedium, meist ein Gas, gegebenenfalls in Kombination mit Feststoffen, geführt werden kann.The invention relates to those elements in which at least one discrete channel runs through which a treatment medium, usually a gas, optionally in combination with solids, can be passed.
Konkrete Beispiele für derartige Elemente sind Gasspülsteine, wie sie aus der EP 0 329 645 Al bekannt sind oder Stopfen, deren grundsätzlicher Aufbau in der EP 1 401 600 Bl beschrieben wird. Soweit von „Kanal" gesprochen wird, handelt es sich um einen diskreten Kanal, der eine sogenannte gerichtete Porosität ausbildet, das heißt, das Gas, das entlang des Kanals geführt werden soll, soll möglichst exakt in Längsrichtung des Kanals geleitet werden und nicht seitlich diffundieren, wie dies beispielsweise bei Elementen mit sogenannter umgerichteter Porosität bekannt ist, die schwammartig aufgebaut sind und bei denen ein Behandlungsgas einen mehr oder weniger unkontrollierten Weg von einer Pore zur nächsten nimmt.Concrete examples of such elements are gas purging plugs, as are known from EP 0 329 645 A1, or plugs, the basic structure of which is described in EP 1 401 600 Bl. As far as "channel" is concerned, it is a discrete channel that forms a so-called directed porosity, that is, the gas to be guided along the channel should be as accurately as possible in the longitudinal direction of the channel and not diffused laterally , as is known for example in elements with so-called reoriented porosity, which are constructed spongy and in which a treatment gas takes a more or less uncontrolled path from one pore to the next.
Der Stand der Technik und die Erfindung werden nachstehend anhand eines Gasspülsteins näher erläutert, ohne die Erfindung insoweit zu beschränken.The prior art and the invention are explained in more detail below with reference to a gas purging plug, without limiting the invention in this respect.
Zur Herstellung diskreter Kanäle in Gasspülsteinen sind unter anderem folgende Verfahren bekannt:For the production of discrete channels in gas purging blocks, the following methods are known, inter alia:
Ausbrennbare Fäden werden mit feuerfester Masse umgössen. Nach dem Ausbrennen des Fadens entsteht der gewünschte Gaskanal.Burn-out threads are coated with refractory material. After the thread has burnt out, the desired gas channel is created.
Ein Draht wird mit Masse umstampft. Der Draht wird anschließend ausgezogen, so dass an seiner Stelle ein Gaskanal gebildet wird.A wire is tamped with mass. The wire is then pulled out, so that in its place a gas channel is formed.
Die vorgenannten und andere Verfahren haben sich grundsätzlich bewährt. Nachteilig ist jedoch, dass der Kanal im Betrieb verstopfen kann, insbesondere wenn sich umgebendes Feuerfestmaterial löst. Die grobkörnige Struktur des Feuerfestmaterials des Elementes ist insoweit problematisch. Eine unkontrollierte Veränderung des Kanalquerschnitts, bis hin zu seiner Verstopfung, beeinträchtigt nicht nur die Funktionseigenschaften des zugehörigen Gasspülsteins (Elementes), sondern auch die damit verbundene sekundärmetallurgische Behandlung einer Metallschmelze.The above and other methods have basically proven. The disadvantage, however, is that the channel can clog during operation, especially when surrounding refractory dissolves. The coarse-grained structure of the refractory material of the element is so far problematic. An uncontrolled change in the channel cross-section, up to its blockage, not only affects the functional properties of the associated gas purging plug (element), but also the associated secondary metallurgical treatment of a molten metal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die Funktionssicherheit eines gattungsgemäßen Elementes mit mindestens einem Kanal zu verbessern und den Anwendungsbereich zugehöriger Elemente zu erweitern.The invention has for its object to provide a way to improve the reliability of a generic element with at least one channel and to expand the scope of related elements.
Zur Lösung dieser Aufgabe und Erzielung weiterer Vorteile liegen der Erfindung folgende Überlegungen zugrunde:In order to achieve this object and to achieve further advantages, the invention is based on the following considerations:
Der Kanal, der üblicherweise eine innere Querschnittsfläche < 5mm2, oft < 3mm2, zum Teil auch < lmm2 aufweist, soll nicht unmittelbar im beziehungsweise durch das Feuerfestmaterial des Elementes ausgebildet werden, sondern zumindest partiell durch ring- oder hülsenförmige Elemente, die eine separate Kanalwand ausbilden.The channel, which usually has an inner cross-sectional area <5mm 2 , often <3mm 2 , in part <1mm 2 , should not be formed directly in or through the refractory material of the element, but at least partially by ring or sleeve-shaped elements having a form separate channel wall.
Die Verwendung eines keramischen Röhrchens zur Ausbildung eines Kanals ist zwar bekannt; diese Röhrchen stehen jedoch nur als gerade verlaufende Röhrchen zur Verfügung. Ein Gaskanal wird durch ein einziges Röhrchen gebildet. Aufgrund der geringen Querschnittsfläche und erheblichen Länge (bis zu 1 Meter) der benötigten Kanäle beziehungsweise zugehöriger Röhrchen, ergeben sich beim Einbau solcher Röhrchen erhebliche Stabilitätsprobleme. Häufig zerbrechen die Röhrchen, sobald sie mit feuerfester Masse umgeben werden. Der gerade Verlauf der Röhrchen fördert überdies die Gefahr einer Infiltration von 'Metallschmelze bei der Anwendung.The use of a ceramic tube to form a channel is known; however, these tubes are only available as straight tubes. A gas channel is formed by a single tube. Due to the small cross-sectional area and considerable length (up to 1 meter) of the required channels or associated tubes, resulting in the installation of such tubes significant stability problems. Often, the tubes will break as soon as they are surrounded with a refractory mass. The straight course of the tubes also promotes the risk of infiltration of 'molten metal during use.
Erfindungsgemäß wird der Kanal deshalb von mehreren, diskreten Körpern in Ring- oder Hülsenform gebildet, die in Längsrichtung des Kanals hintereinander angeordnet werden.According to the invention the channel is therefore formed by a plurality of discrete bodies in ring or sleeve shape, which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the channel.
„Längsrichtung" des Kanals bedeutet dabei die überwiegende Strömungsrichtung eines durch den Kanal geführten Gases. Diese muss nicht zwangsläufig geradlinig sein; im Gegenteil: Wie nachstehend noch beschrieben wird werden häufig gekrümmte, mäanderförmig verlaufende oder andere spezielle Verläufe eines Gaskanals gewünscht.The "longitudinal direction" of the channel means the predominant flow direction of a gas guided through the channel, which does not necessarily have to be rectilinear, on the contrary: As will be described below, curved, meandering or other special courses of a gas channel are frequently desired.
Erfindungsgemäß lassen sich beliebige Verläufe des Kanals ausbilden, da die Kanalwand nicht einteilig ist, sondern aus einer Vielzahl einzelner Wandabschnitte (den Körpern) gebildet wird. Dabei können benachbarte Körper exakt koaxial zueinander angeordnet werden, aber auch in jeder beliebigen anderen Zuordnung. Auch die Form der Körper selbst kann entlang des Kanals ganz unterschiedlich sein, wie nachstehend noch beschrieben wird.According to the invention, any courses of the channel can be formed, since the channel wall is not in one piece, but is formed from a multiplicity of individual wall sections (the bodies). In this case, adjacent bodies can be arranged exactly coaxial to each other, but also in any other assignment. The shape of the body itself may be quite different along the channel, as will be described below.
Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, dass der Kanal zwischen seinen Enden mit einer geschlossenen Wand ausgebildet wird; im Gegenteil: Durch die lose Aneinanderreihung von Körpern zur Ausbildung des Kanals ergeben sich zwangsläufig Toleranzen und Abstände zwischen benachbarten Körpern, die erfindungsgemäß aber gewünscht werden, um eine individuelle Geometrie des Kanals ausbilden zu können.According to the invention, it is not necessary that the channel is formed between its ends with a closed wall; on the contrary: by the loose arrangement of bodies for the formation of the channel Tolerances and distances necessarily arise between adjacent bodies, which according to the invention, however, are desired in order to be able to form an individual geometry of the channel.
Entscheidend ist, dass der Kanal wandseitig zu einem nicht unerheblichen Teil von den genannten Körpern begrenzt wird, die den Innenraum des Kanals vor dem Eindringen des umgebenden Feuerfestmaterials schützen, wenn ein zugehöriges Element (beispielsweise ein Gasspülstein) hergestellt wird.It is crucial that the channel is bounded to the wall side to a considerable extent by said bodies, which protect the interior of the channel from the penetration of the surrounding refractory material when an associated element (for example, a gas purging plug) is produced.
Auch im späteren Betrieb schützen die Wandflächen des Körpers den Kanal vor einem unerwünschten Eindringen des feuerfesten keramischen Werkstoffes, aus dem das Element gebildet ist. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Kanals erlaubt eine präzise Gasführung, einen konstanten Gasdruck und vermeidet Funktionsstörungen.Even in later operation, the wall surfaces of the body protect the channel from undesired penetration of the refractory ceramic material from which the element is formed. The inventive design of the channel allows precise gas guidance, a constant gas pressure and avoids malfunction.
In ihrer allgemeinsten Ausführungsform umfasst die Erfindung danach ein Element aus mindestens einem feuerfesten keramischen Werkstoff, mit mindestens einem Kanal, der sich innerhalb des Elementes erstreckt, wobei der Kanal zumindest teilweise von mehreren diskreten Körpern in Ringoder Hülsenform gebildet wird, die in Längsrichtung des Kanals hintereinander angeordnet sind, und jeder Körper aus einem feuerfesten keramischen Material besteht, das von dem umfangsseitig benachbarten feuerfesten keramischen Werkstoff des Elementes unterschiedlich ist.In its most general embodiment, the invention then comprises an element of at least one refractory ceramic material having at least one channel extending within the element, the channel being at least partially formed by a plurality of discrete bodies in ring or sleeve shape, one behind the other in the longitudinal direction of the channel and each body is made of a refractory ceramic material different from the circumferentially adjacent refractory ceramic material of the element.
Zur Ausbildung eines mehr oder weniger durchgehenden Wandbereiches für den Kanal können zumindest einzelne, in Längsrichtung des Kanals benachbarte Körper sich gegenseitig berühren. Die Berührungsstellen können punkt-, linien- oder flächenförmig sein. Nach einer weiteren Ausführungsform weist mindestens ein Körper, in Längsrichtung des Kanals betrachtet, eine Länge auf, die größer ist als ein maximaler Abstand zwischen zwei Punkten, die auf einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Kanals und entlang der Innenwand des Körpers liegen. Mit anderen Worten: Solche Körper weisen die Form eines Rohrstücks beziehungsweise einer Hülse auf.To form a more or less continuous wall region for the channel, at least individual bodies adjacent in the longitudinal direction of the channel can contact one another. The points of contact can be point, line or planar. According to a further embodiment, at least one body, viewed in the longitudinal direction of the channel, has a length which is greater than a maximum distance between two points lying on a plane perpendicular to the longitudinal direction of the channel and along the inner wall of the body. In other words, such bodies have the shape of a pipe section or a sleeve.
Um zu verhindern, dass sich einzelne Körper oder Gruppen von Körpern beispielsweise durch den entlang des Kanals geführten Gasstrom lösen sind Ausführungsformen günstig, bei denen die Körper außenseitig so gestaltet sind, dass sie einen Formschluss mit dem umgebenden Feuerfestmaterial ergeben. Dazu können radial von der Außenwand eines Körpers vorstehende Körperabschnitte dienen, beispielsweise in Form von Stiften, Ringen, Noppen, Ankern etc.In order to prevent individual bodies or groups of bodies from dissolving, for example, through the gas flow guided along the channel, embodiments are expedient in which the bodies are designed on the outside in such a way that they form a positive connection with the surrounding refractory material. These can serve radially projecting from the outer wall of a body body sections, for example in the form of pins, rings, knobs, anchors, etc.
Dabei können sich Körper unterschiedlicher Länge, in Längsrichtung des Kanals, aneinander anschließen.In this case, bodies of different lengths, in the longitudinal direction of the channel, can adjoin one another.
Die Geometrie jedes einzelnen Körpers ist grundsätzlich unerheblich. Entscheidend ist, dass benachbarte Körper einen gemeinsamen Kanal ausbilden sollen. Der Kanal muss nicht allseitig (umfangsseitig) durch die Körper geschlossen sein. Es können beispielsweise auch in Längsrichtung des Kanals geschlitzte Körper oder perforierte hülsenförmige Körper eingesetzt werden. Ein möglicher Innenquerschnitt der Körper ist ein Kreisquerschnitt, wie er beispielsweise in Figur Ia dargestellt ist. Der Innenquerschnitt kann aber ebenso schlitzartig (rechteckig) sein, wie in Figur Ib skizziert oder dreieckig gemäß Figur I c.The geometry of each individual body is basically irrelevant. It is crucial that adjacent bodies should form a common channel. The channel does not have to be closed on all sides (peripherally) by the body. For example, slotted bodies or perforated sleeve-shaped bodies can also be used in the longitudinal direction of the channel. A possible internal cross section of the body is a circular cross section, as shown for example in Figure Ia. The inner cross-section can also be slit-like (rectangular), as sketched in FIG. 1b or triangular in accordance with FIG.
Benachbarte Körper können kraft-, aber auch formschlüssig miteinander verbunden sein; ebenso ist es möglich, benachbarte Körper gelenkig miteinander zu verbinden. Beispielsweise können kompressible/verformbare Dichtungsringe zwischen benachbarten ring- oder hülsenförmigen Körpern angeordnet werden. Solche verformbaren Elemente können beispielsweise aus Graphit bestehen, der gleichzeitig feuerfest ist und auch bei der Anwendung des Elementes nicht ausbrennt.Neighboring bodies can be connected to each other in terms of force but also in a form-fitting manner; It is also possible to articulate adjacent bodies together. For example, compressible / deformable gaskets between adjacent annular or sleeve-shaped bodies are arranged. Such deformable elements may for example consist of graphite, which is at the same time refractory and does not burn out in the application of the element.
Eine ähnlich wirkende Alternative sieht Körper vor, die an einem Ende nach Art eines Kugelsegments ausgebildet sind und am anderen Ende eine korrespondierende, kalottenförmige Aufnahme aufweisen, so dass entsprechende benachbarte Körper gelenkig ineinander eingreifen können. Dabei ist der Kanalabschnitt dieser Körper zumindest endseitig so vergrößert, dass auch bei Winkelverschiebungen benachbarter Körper ein kontinuierlicher Gasdurchlass gebildet wird.A similarly acting alternative provides bodies that are formed at one end in the manner of a ball segment and at the other end have a corresponding, dome-shaped receptacle, so that corresponding adjacent body can intervene hingedly. In this case, the channel section of this body is at least end so enlarged that even with angular displacements of adjacent body, a continuous gas passage is formed.
Der einzelne Körper kann einen geradlinigen oder gekrümmten Kanalabschnitt definieren. Die äußere Form ist ohnehin beliebig.The single body may define a straight or curved channel section. The outer shape is arbitrary anyway.
Einzelne Körper oder Gruppen von Körpern können auf einem gemeinsamen Trägerelement konfektioniert werden. Dies gilt nicht nur für die Herstellung, sondern auch für die Anwendung.Individual bodies or groups of bodies can be assembled on a common carrier element. This applies not only to the production, but also to the application.
Zur Herstellung können einzelne Körper beispielsweise auf einen Draht oder Faden „aufgefädelt" werden, wie dies durch eine strichpunktierte Linie in Figur 1 dargestellt ist.For the production of individual bodies can be "threaded" example of a wire or thread, as shown by a dashed line in Figure 1.
Nachdem ein so aus Einzelelementen zusammengestellter Gaskanal in die gewünschte Form gebracht wurde, wird er mit Masse hinterfüllt (umgeben), wie dies grundsätzlich im Stand der Technik bekannt ist. Der Draht oder Faden kann anschließend (nach Fertigstellung des Elementes) wieder entnommen werden; er kann aber auch im Kanal verbleiben, so dass dann für den Gasdurchlass ein Ringkanal entsteht, zwischen dem Trägerelement und der Wand der ring- oder hülsenförmigen Körper. Der Kanal kann sich von einem ersten bis zu einem zweiten Oberflächenabschnitt des Elementes erstrecken. Bei Gasspülsteinen ist es bekannt, unter oder im Element mindestens eine Gasverteilkammer auszubilden, von der aus die Gaskanäle verlaufen.After a gas channel composed of individual elements has been brought into the desired shape, it is backfilled (surrounded) with mass, as is generally known in the prior art. The wire or thread can then be removed again (after completion of the element); but it can also remain in the channel, so that then for the gas passage an annular channel is formed between the support member and the wall of the annular or sleeve-shaped body. The channel may extend from a first to a second surface portion of the element. In the case of gas purging pits, it is known to form at least one gas distribution chamber, under or in the element, from which the gas passages run.
Aufgrund des aus einzelnen Körpern zusammengestellten Kanals lassen sich beliebige Kanalgeometrien erstellen. Hierzu gehören: S-Form, Wendel, Mäander, Knoten, Spirale, Welle, Evolvente.Due to the channel composed of individual bodies, arbitrary channel geometries can be created. These include: S-shape, helix, meander, knot, spiral, wave, involute.
Die Körper bestehen erfindungsgemäß aus einem feuerfesten keramischen Material. Geeignet sind hierzu beispielsweise: AI2O3, TiO2, MgO, ZrO2, SiO2, CaO oder Mischungen daraus.The bodies according to the invention consist of a refractory ceramic material. Suitable for this purpose are, for example: Al 2 O 3 , TiO 2 , MgO, ZrO 2 , SiO 2 , CaO or mixtures thereof.
Aufgrund der geringen inneren Querschnittsfläche und der üblicherweise auch geringen Wandstärke (üblicherweise < 3 , meist < 2, gegebenenfalls auch < l mm) werden die Körper aus feinteilig aufbereiteten Rohstoffen erstellt, und zwar am besten durch Pressen. Hierdurch erhalten die Körper eine hohe Dichte, die nach einer Ausführungsform höher ist als die Dichte des feuerfesten Werkstoffs des Elementes, welcher die Körper umgibt. Die einzelnen Wände des Körpers sind vorzugsweise gasdicht.Due to the small internal cross-sectional area and usually also small wall thickness (usually <3, usually <2, possibly also <1 mm), the bodies are made of finely divided raw materials, and preferably by pressing. This gives the bodies a high density, which in one embodiment is higher than the density of the refractory material of the element surrounding the bodies. The individual walls of the body are preferably gas-tight.
Die Verwendung feinteiliger Materialien für die Körper und Ausbildung der Körper mit hoher Dichte hat den weiteren Vorteil, dass eine sehr glatte Kanalwand ausgebildet werden kann, die vorteilhafte Strömungseigenschaften für ein hindurchgeführtes Gas schafft.The use of finely divided materials for the bodies and formation of the high-density bodies has the further advantage that a very smooth channel wall can be formed which provides advantageous flow characteristics for a gas passed therethrough.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.Other features of the invention will become apparent from the features of the claims and the other application documents.
Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen - jeweils in stark schematisierter Darstellung - Figur 1 : Einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßesThe invention will be explained in more detail below with reference to various embodiments. Show - each in a highly schematic representation - Figure 1: A longitudinal section through an inventive
Element Figuren Ia-I c: Mögliche Querschnittsformen von Körpern zurElement Figures Ia-I c: Possible cross-sectional shapes of bodies for
Ausbildung des Kanals im Element gemäß Figur 1 Figur 2: Einen Längsschnitt durch einen GasspülsteinFormation of the channel in the element according to Figure 1 Figure 2: A longitudinal section through a gas purging plug
Figur 3: Einen Längsschnitt durch eine mögliche KanalgeometrieFigure 3: A longitudinal section through a possible channel geometry
Figur 4: Einen Längsschnitt durch eine weitere KanalgeometrieFigure 4: A longitudinal section through a further channel geometry
In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteil mit gleichen Bezugsziffern dargestellt.In the figures, the same or equivalent component are shown with the same reference numerals.
Dabei bezeichnet 10 in Figur 1 ein Element aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, welches umfangsseitig einen Blechmantel 12 aufweist, der sich über eine untere Stirnfläche 10u des feuerfesten Teils des Elementes 10 erstreckt und einen Boden 12b aufweist, in den ein Gaszuführrohr 14 einmündet, wobei zwischen der unteren Stirnfläche 10u und dem Boden 12b eine Gasverteilkammer 16 ausgebildet wird. Zwischen der Gasverteilkammer 16 (der unteren Stirnfläche 1Ou) und einer oberen Stirnfläche 10o des keramischen Teils des Elementes 10 erstreckt sich ein mit 18 bezeichneter Kanal.10 designates in FIG. 1 an element made of a refractory ceramic material, which has a metal jacket 12 peripherally, which extends over a lower end face 10u of the refractory part of the element 10 and has a bottom 12b, into which a gas supply pipe 14 opens, between the bottom end surface 10u and the bottom 12b, a gas distribution chamber 16 is formed. Between the Gasverteilkammer 16 (the lower end face 1Ou) and an upper end face 10o of the ceramic part of the element 10 extends a designated 18 channel.
Der Kanal 18 wird aus einer Vielzahl (hier: schematisch 10) hülsenartiger Körpern 20 gebildet, wobei benachbarte Körper 20 jeweils leicht versetzt zueinander verlaufen, so dass sich insgesamt eine leicht geschwungene Form für den Kanal 18 ergibt. Benachbarte Körper 20 liegen mindestens an einer Stelle gegeneinander an, wenngleich dies nicht unbedingt notwendig ist. Zwischen benachbarten Körpern 20 können verformbare Körper 21 , hier Dichtungsringe aus Graphit, angeordnet werden. Der 2. Körper von unten weist auf seiner Außenwand zwei radial abstehende Anker 23 auf, die im Feuerfestmaterial des Körpers 10 fest Hegen. Es ist selbstverständlich, dass anstelle des dargestellten einen Kanals 18 eine Vielzahl von Kanälen den Körper 10 durchziehen können. Insoweit ist die Darstellung des Elementes 10 und des Kanals 18 auch nicht maßstäblich.The channel 18 is formed of a plurality (here: schematically 10) sleeve-like bodies 20, wherein adjacent body 20 each slightly offset from each other, so that overall results in a slightly curved shape for the channel 18. Adjacent bodies 20 are at least in one place against each other, although this is not absolutely necessary. Between adjacent bodies 20, deformable bodies 21, here graphite sealing rings, can be arranged. The second body from below has on its outer wall on two radially projecting armature 23, which in the refractory material of the body 10 firmly. It will be understood that instead of the illustrated one channel 18, a plurality of channels may pass through the body 10. In that regard, the representation of the element 10 and the channel 18 also not to scale.
In Figur 1 ist strichpunktiert die Längsrichtung des Kanals 18 dargestellt wobei diese Linie (L-L) auch einen drahtförmigen Träger symbolisiert, der bei der Herstellung des Elementes dazu diente, die einzelnen Hülsen (Körper) 20 aufzunehmen und in die gewünschte Form zu bringen.In Figure 1, the longitudinal direction of the channel 18 is shown in phantom with this line (L-L) also symbolizes a wire-shaped carrier, which served in the manufacture of the element to receive the individual sleeves (body) 20 and bring them into the desired shape.
Die Figuren I a, I b und I c zeigen in der Aufsicht mögliche Querschnittsflächen der Körper 20, wie vorstehend beschrieben.FIGS. 1a, 1b and 1c show in plan view possible cross-sectional areas of the bodies 20, as described above.
In Figur 2 ist ein kegelstumpfförmiger Gasspülstein dargestellt, wobei eine Gaszuführleitung 14 in eine Gasverteilkammer 16 mündet, die im Körper 10 ausgebildet ist. Beispielhaft sind hier 4 Kanäle 18 dargestellt, und zwar lediglich schematisch (ohne die einzelnen Körper 20). Der linke Kanal 18 ähnelt dem Kanal 18 in Figur 1. Der rechts daneben angeordnete Kanal ist mit einer Art „Knoten" ausgebildet, wodurch eine zusätzliche Durchbruchsicherung gegen eindringende Metallschmelze geschaffen wird.FIG. 2 shows a frustoconical gas purging plug, with a gas feed line 14 opening into a gas distribution chamber 16 which is formed in the body 10. By way of example, 4 channels 18 are shown here, and only schematically (without the individual bodies 20). The left channel 18 is similar to the channel 18 in Figure 1. The channel disposed to the right is formed with a kind of "knot", whereby an additional penetration protection against penetrating molten metal is created.
Der zweite Kanal von rechts weist im unteren Teil eine doppelte, entgegengesetzte Krümmung auf, die ebenfalls die Funktion einer Durchbruchsicherung erfüllt. Der in der Figur rechts dargestellte Kanal ist seinem mittleren Abschnitt mäanderförmig gestaltet.The second channel from the right has a double, opposite curvature in the lower part, which also fulfills the function of a break-through protection. The channel shown on the right in the figure is designed meandering its middle section.
Die Ausbildung jedes Kanals 1 8 kann der gemäß Figur 1 oder der gemäß Figur 3 entsprechen, wobei die einzelnen Körper 20 gemäß Figur 3 unterschiedliche Formen aufweisen. Der unterste Körper entspricht im Wesentlichen dem Körper 20 gemäß Figur 1. Darüber ist ein - in Längsrichtung des Kanals 18 - sehr viel kürzeres aber breiteres Teil mit annähernd trapezförmigem Querschnitt angeordnet, an das sich ein S- förmig geschwungener Körper anschließt, der wiederum von einem Körper 20 gefolgt wird, der sich von den Körpern gemäß Figur 1 dadurch unterscheidet, dass die zylinderförmige Außenwand 20a einen ringförmigen umlaufenden Flansch 20b aufweist, der eine Art Armierungsanker zur Fixierung des Körpers 20 in umgebendem Feuerfestmaterial bildet. Dadurch wird ein Lösen des Körpers in Längsrichtung des Kanals 18 verhindert. Diesem Zweck dient auch die Ausbildung des Körpers mit trapezförmigem Querschnitt und vergrößertem Außendurchmesser gegenüber benachbarten Körpern.The formation of each channel 18 can correspond to that according to FIG. 1 or according to FIG. 3, wherein the individual bodies 20 according to FIG. 3 have different shapes. The lowest body corresponds to In essence, the body 20 according to FIG. 1 has a much shorter but wider part with an approximately trapezoidal cross-section, in the longitudinal direction of the channel 18, which is adjoined by an S-shaped curved body, which in turn is followed by a body 20. which differs from the bodies according to Figure 1 in that the cylindrical outer wall 20a has an annular circumferential flange 20b, which forms a kind of reinforcing anchor for fixing the body 20 in surrounding refractory material. As a result, a release of the body in the longitudinal direction of the channel 18 is prevented. This purpose is also the formation of the body with trapezoidal cross-section and increased outer diameter relative to adjacent bodies.
Jeder Körper ist wieder hülsen- beziehungsweise ringförmig gestaltet, so dass insgesamt ein durchgehender innerer Kanal 1 8, hier mit einer Doppel- S-Form ausgebildet wird. Zur Konfektionierung der einzelnen Körper 20 wurden diese nacheinander auf einen Nylonfaden 22 aufgefädelt, der sich durch den Kanal 18 erstreckt. Sobald ein zugehöriges feuerfestes keramisches Element erstellt wurde, kann der Nylonfaden 22 entnommen oder ausgebrannt werden.Each body is again designed sleeve or annular, so that a total of a continuous inner channel 1 8, is formed here with a double S-shape. For assembly of the individual bodies 20, these were successively threaded onto a nylon thread 22, which extends through the channel 18. Once an associated refractory ceramic element has been created, the nylon thread 22 may be removed or burned out.
Die Körper nach Figur 4 sind in ihrer Grundform ebenfalls hülsenartig, weisen j edoch an einem Ende einen Vorsprung 2Ov nach Art eines Kugelsegments und am anderen Ende eine korrespondierende kalottenartige Vertiefung 20g auf. Benachbarte Körper 20 können so winkelversetzt zueinander eingeordnet werden. Gleichzeitig ist der Kanal 18 jedes Körpers 20 mit größerem Querschnitt am Vorsprung 2Ov ausgebildet, so dass sich auch dann, wenn die Körper 20 nicht exakt fluchtend zueinander ausgerichtet sind, ein kontinuierlicher Kanal für die Gasführung ergibt. The bodies of Figure 4 are also sleeve-like in their basic form, but at one end have a projection 2Ov in the manner of a ball segment and at the other end a corresponding dome-like depression 20g. Adjacent bodies 20 can be arranged angularly offset from one another. At the same time, the channel 18 of each body 20 of larger cross-section is formed on the projection 2Ov, so that even if the bodies 20 are not exactly aligned with each other, there is a continuous channel for gas guidance.

Claims

ElementPatentansprüche Element patent claims
1. Element aus mindestens einem feuerfesten keramischen Werkstoff, mit mindestens einem Kanal (18), der sich innerhalb des Elements (10) erstreckt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a. der Kanal (18) wird zumindest teilweise von mehreren diskreten Körpern (20) in Ring- oder Hülsenform gebildet, die in Längsrichtung des Kanals (18) hintereinander angeordnet sind, b. jeder Körper (20) besteht aus einem feuerfesten keramischen Material, das von dem umfangsseitig benachbarten feuerfesten keramischen Werkstoff des Elements unterschiedlich ist. An element of at least one refractory ceramic material, comprising at least one channel (18) extending within the element (10), characterized by the following features: a. the channel (18) is at least partially formed by a plurality of discrete bodies (20) in ring or sleeve shape arranged one behind the other in the longitudinal direction of the channel (18), b. each body (20) is made of a refractory ceramic material different from the circumferentially adjacent refractory ceramic material of the element.
2. Element nach Anspruch 1 , bei dem zumindest einzelne, in Längsrichtung des Kanals (18) benachbarte Körper (20) sich gegenseitig berühren.2. Element according to claim 1, wherein at least individual, in the longitudinal direction of the channel (18) adjacent body (20) touch each other.
3. Element nach Anspruch 1 , bei dem mindestens ein Körper (20), in Längsrichtung des Kanals (18) betrachtet, eine Länge aufweist, die größer ist als ein maximaler Abstand zwischen zwei Punkten, die auf einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Kanals (18) und entlang einer Innenwand des Körpers (20) liegen.3. Element according to claim 1, wherein at least one body (20), viewed in the longitudinal direction of the channel (18), has a length which is greater than a maximum distance between two points which lie on a plane perpendicular to the longitudinal direction of the channel (18). 18) and along an inner wall of the body (20).
4. Element nach Anspruch 1 , bei dem Körper (20) unterschiedlicher Länge, in Längsrichtung des Kanals (18), aneinander anschließen.4. Element according to claim 1, wherein the body (20) of different lengths, in the longitudinal direction of the channel (18), adjoin one another.
5. Element nach Anspruch 1 , bei dem mindestens ein Körper (20) außenseitig einen radial vorstehenden Abschnitt (20b, 23) aufweist.5. Element according to claim 1, wherein at least one body (20) on the outside has a radially projecting portion (20b, 23).
6. Element nach Anspruch 1 , bei dem benachbarte Körper (20) gelenkig miteinander verbunden sind.The element of claim 1, wherein adjacent bodies (20) are hinged together.
7. Element nach Anspruch 1 , bei dem mindestens ein Körper (20) zwischen seinen offenen Enden innenseitig einen gekrümmten Verlauf hat.7. Element according to claim 1, wherein at least one body (20) has on its inside a curved course between its open ends.
8. Element nach Anspruch 1 , bei dem mindestens zwei Körper (20) auf einem gemeinsamen Trägerelement (22) konfektioniert sind.8. Element according to claim 1, wherein at least two bodies (20) on a common carrier element (22) are assembled.
9. Element nach Anspruch 8, bei dem das Trägerelement (22) ein Element aus der Gruppe: Draht, Faden, Stift, Kette, Seil, Schnur ist. 9. Element according to claim 8, wherein the carrier element (22) is an element from the group: wire, thread, pin, chain, rope, cord.
10. Element nach Anspruch 1 , bei dem sich der Kanal (18) von einem ersten bis zu einem zweiten Oberflächenabschnitt des Elements (10) erstreckt.10. The element of claim 1, wherein the channel (18) extends from a first to a second surface portion of the element (10).
1 1. Element nach Anspruch 1 , bei dem der Kanal (18) zumindest abschnittweise eine der folgenden Geometrien aufweist: Wendel, Mäander, Knoten, Spirale, Welle, Evolvente.1 1. Element according to claim 1, wherein the channel (18) at least in sections, one of the following geometries: coil, meander, node, spiral, wave, involute.
12. Element nach Anspruch 1 , bei dem mindestens ein Körper (20) aus einem der folgenden Materialien besteht: AI2O3, TiO2, MgO, Zrθ2, SiO2, CaO, oder Mischungen daraus.12. The element of claim 1, wherein at least one body (20) consists of one of the following materials: Al 2 O 3 , TiO 2 , MgO, ZrO 2 , SiO 2 , CaO, or mixtures thereof.
13. Element nach Anspruch 1 , bei dem mindestens ein Körper (20) eine höhere Dichte als der den Körper (20) umgebende feuerfeste Werkstoff des Elements aufweist.The element of claim 1 wherein at least one body (20) has a higher density than the refractory material of the element surrounding the body (20).
14. Element nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Körper (20) ein gepresstes Teil mit einer gasundurchlässigen Wand ist.The element of claim 1, wherein at least one body (20) is a pressed part having a gas impermeable wall.
15. Element nach Anspruch 1 , bei dem mindestens ein Körper (20) radial zur Längsrichtung des Kanals (18) geschlossen ist. 15. Element according to claim 1, wherein at least one body (20) is closed radially to the longitudinal direction of the channel (18).
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