DE19757802C1 - Gas- und/oder flüssigkeitsdichte Verbindung von Abschnitten eines mehrteiligen feuerfesten Kanals - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gas- und/oder flüssigkeitsdichte Verbindung von Abschnitten eines mehrteiligen feuerfesten Kanals zum Vergießen von Fluiden, insbesondere von flüssigen Metallen, aus einem Gefäß, wobei die zu verbindenden Abschnitte des Kanals einander überkragen.

Ein derartiger Kanal wird beispielsweise als Eintauchausguß beim Vergießen, insbesondere beim Dünnbrammengießen, verwendet.

Wie in der DE 43 20 723 A1 beschrieben, ist es vorteilhaft, den Kanal aus mehreren Kanalabschnitten zusammenzusetzen, wobei jeder Kanalabschnitt ein Formteil, insbesondere aus feuerfestem keramischem Material, ist. Die Abschnitte überkragen einander und müssen in den überkragenden Bereichen abgedichtet werden. Bei der DE 43 20 723 A1 sind in den zwischen den überkragenden Bereichen bestehenden Ringraum kompressible Dichtringe eingelegt. Zur Überwachung der Dichtwirkung steht der Ringraum unter einem Inertgasdruck. Wenn dieser abfällt, ist dies ein Zeichen für eine bestehende Undichtigkeit. Eine Undichtigkeit kann nicht einfach geheilt werden. Bei zu großer Undichtigkeit muß der Kanal zerlegt und eine neue Dichtung eingesetzt werden.

Möglichkeiten der induktiven Beeinflussung eines Dich­ tungsmittels sind in den Deutschen Patentanmeldungen 196 18 605 und 196 34 649 beschrieben.

Die DIN 51 053 befaßt sich mit der thermischen Drucker­ weichung von keramischen Werkstoffen.

In der EP 0 136 733 A1 ist ein zweiteiliger Kanal der ein­ gangs genannten Art beschrieben. Zur Verbesserung der Dichtwirkung ist eine zwischen einem oberen Kanalab­ schnitt und einem unteren Kanalabschnitt angeordnete Dich­ tung so ausgelegt, daß sie unter der Wirkung der Betriebs­ temperatur der den Kanal durchströmenden Schmelze erweicht. Eine von der Betriebstemperatur unabhängige Beheizung der Dichtung von außen ist nicht vorgesehen. Die Dichtung erweicht erst, wenn sich die Temperatur der Schmelze auf sie übertragen hat, also mit einer gewissen Verzögerung nach dem Beginn des Gießbetriebs. Davor bestehende Undichtigkeiten bleiben bis zur Aufheizung auf Betriebstemperatur bestehen.

Bei der EP 0 136 733 A1 ist der untere Kanalabschnitt von einer eigenen externen Haltevorrichtung gehalten. Ein Formschluß in Schwerkraftrichtung zwischen dem oberen Kanalabschnitt und dem unteren Kanalabschnitt besteht nicht. Es wirkt keine Kraft, die die plastifizierte Dich­ tung zusammendrückt. Für die gewünschte Dichtwirkung muß die Dichtung zwischen den Kanalabschnitten verfließen. Entsteht im Gießbetrieb eine Undichtigkeit, dann läßt sich diese kaum beheben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine dichtende Verbindung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die heilbar ist, wenn sich im Gießbetrieb Undichtigkeiten ergeben.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ist die der Abdichtung der Abschnitte des Kanals dienende Füllung zu Beginn des Gießbetriebs noch nicht dicht, oder wird sie während des Betriebs undicht, dann werden die Grenzschichten derart aufgeheizt, daß sie erweichen. Die auf die erweichten Grenzschichten wirkende Kraft führt dann dazu, daß die Grenzschichten der Füllung dicht gegen die überkragenden Bereiche der Abschnitte und/oder die Grenzschichten der überkragenden Bereiche dicht gegen die Füllung gedrückt werden. Es ist damit erreicht, daß immer dann, wenn eine Undichtigkeit besteht, durch Aufheizen der Grenzschicht die Undichtigkeit zu beseitigen ist. Die Dichtung ist also heilbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen dreiteiligen, einen Eintauchausguß bildenden Kanal,

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Teilansicht,

Fig. 3 eine Alternative zu Fig. 2 und

Fig. 4 einen weiteren Eintauchausguß.

Ein, beispielsweise einen Eintauchausguß bildender, Kanal weist einen oberen Abschnitt 1 und einen unteren Abschnitt 2 auf. Jeder dieser Abschnitte 1, 2 besteht aus einem Formteil, insbesondere aus feuerfestem keramischem Material. Der obere Abschnitt 1 weist quer zu seiner Mittel-Längsachse A einen im wesentlichen kreisförmigen Strömungsquerschnitt 1' auf und ist an ein nicht näher dargestelltes Gefäß anschließbar. Der Strömungsquerschnitt 2' im Abschnitt 2 ist im wesentlichen - entsprechend der Form einer Kokille K für das Dünnbrammengießen - quer zur Strömungsrichtung schmal und langgestreckt.

Die Abschnitte 1, 2 überkragen einander und weisen in den überkragenden Bereichen 3, 4 Schrägflächen 5, 6 auf, die radial zur Achse A umlaufen. Die Schrägflächen 5, 6 sind so bemessen, daß sich die Bereiche 3, 4 übereinanderschieben lassen, wobei in der überkragenden Stellung zwischen den Schrägflächen 5, 6 ein Ringraum 7 besteht. Dieser ist mit einer formstabilen Füllung 8 ausgefüllt. Die Füllung 8 kann aus einem oder mehreren vorgefertigten Formteilen oder einer im wesentlichen formstabil erhärtenden Masse gebildet sein. Durch die Füllung 8 ist bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 erreicht, daß sich der untere Abschnitt 2 nicht vom oberen Abschnitt 1 infolge der Schwerkraftwirkung in Richtung des Pfeiles U löst. Die Abschnitte 1, 2 sind durch die Füllung 8 miteinander verkeilt.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1, 2 und 3 überkragt der Bereich 4 des unteren Abschnitts 2 den Bereich 3 des oberen Abschnitts 1 außen. Es ist jedoch auch eine umgekehrte Ausführung möglich, bei der der Bereich 3 des oberen Abschnitts 1 außen und der Bereich 4 des unteren Abschnitts 2 innen liegt. Der eine Übergangsbereich des einen Abschnitts 1 oder 2 kann auch in eine stirnseitige Nut des anderen Abschnitts 2,1 eingreifen.

Die Füllung 8 bildet Grenzschichten 9, 10, die an die Schrägflächen 5, 6 angrenzen. Die Schrägflächen 5, 6 bilden ihrerseits Grenzschichten 11, 12, die an die Füllung 8 angrenzen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bestehen die Grenzschichten 9, 10 der Füllung 8 aus einem Material, das beim Aufheizen seinen Druckerweichungspunkt erreicht und überschreitet, bevor die überkragenden Bereiche 3, 4 auf ihre Druckerweichungstemperatur kommen.

Besteht zwischen der Grenzschicht 9 und/oder 10 und der Schrägfläche 5 und/oder 6 eine Undichtigkeit, dann werden mittels einer äußeren Wärmequelle die Grenzschichten 9, 10 auf ihre Druckerweichungstemperatur gebracht. Dadurch erweichen die Grenzschichten 9, 10 und infolge des Gewichts (Schwerkraft in Richtung des Pfeiles U) des unteren Abschnitts 2 und der Gestaltung der Schrägflächen 5, 6 wirkt auf die Grenzschichten 9, 10 eine Kraft, die die Schrägflächen 5, 6 dichtend an die erweichten Grenzschichten 9, 10 andrückt. Dadurch ist gewährleistet, daß ein dichtes Anliegen der Grenzschichten 9, 10 an den Schrägflächen 5, 6 vor und während des Gießbetriebs jederzeit geschaffen werden kann.

Genügt das Gewicht des unteren Abschnitts 2 allein nicht, um die nötige, die Füllung 8 zwischen den Schrägflächen 5, 6 pressende Andrückkraft zu erreichen, dann kann der untere Abschnitt 2 zusätzlich mit einer in Richtung des Pfeiles U wirkenden Auflagelast belastet sein.

Nachdem die dichte Verbindung entstanden ist, kann die äußere Wärmequelle abgeschaltet werden, so daß die Druckerweichungstemperatur der Grenzschichten 9, 10 wieder unterschritten wird und die dichte Verbindung besteht, bis gegebenenfalls erneut eine Undichtigkeit auftritt.

Als äußere Wärmequelle kann ein gekühlter Induktor 13 verwendet werden. Die Grenzschichten 9, 10 sind dann so ausgelegt, daß sie an das elektromagnetische Feld des Induktors 13 induktiv ankoppeln. Durch Einschalten des Induktors 13 wird die Temperatur der Grenzschichten 9, 10 auf den Druckerweichungspunkt gebracht. Beim Abschalten des Induktors kann dessen Kühlung weiterlaufen, was die Erstarrung der Grenzschichten 9, 10 - unter dem Druckerweichungspunkt - begünstigt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zusätzlich zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 angrenzend an die Schrägflächen 5, 6 Grenzschichten 11, 12 als Taschen 14 gestaltet, die mit einem Material 15 gefüllt sind, das mittels einer äußeren Wärmequelle, beispielsweise dem Induktor 13, auf seine Druckerweichungstemperatur aufheizbar ist. Die Druckerweichungstemperatur des Materials 15 liegt bei der Druckerweichungstemperatur der Grenzschichten 9, 10 und liegt unter dem Druckerweichungspunkt der Kanalabschnitte 1, 2. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird eine besonders hohe Dichtwirkung erreicht, weil sich das Material 15 im erweichten Zustand mit den Grenzschichten 9, 10 im erweichten Zustand innig verbindet. Ist die äußere Wärmequelle der Induktor 13, dann koppeln an dessen Feld sowohl das Material 15 als auch die Grenzschichten 9, 10 induktiv an.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 geht die Schrägfläche 6 des unteren Abschnitts 2 in eine gegensinnig verlaufende Schrägfläche 16 über. An die Schrägfläche 5 des oberen Abschnitts 1 grenzt ein Höckerprofil 17 an. Unten reicht die Schrägfläche 16 bis nahe an die Schrägfläche 5. Das Höckerprofil 17 bildet eine zur Schrägfläche 5 gegensinnige Schrägfläche 18 und weicht in einer Schrägfläche 19 gegenüber der Schrägfläche 6 zurück, so daß die formstabil erhärtende Füllung 8 in der überkragenden Stellung der Abschnitte 1, 2 von oben, in Richtung des Pfeiles F, einfüllbar ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Abschnitte 1, 2 durch die formstabil erhärtende Füllung 8 sowohl in Richtung des Pfeiles U als auch entgegen der Richtung des Pfeiles U miteinander verkeilt.

Im Bereich 4 besteht die Grenzschicht 12 bei den Schrägflächen 6, 16. Im Bereich 3 besteht die Grenzschicht 11 bei der Schrägfläche 5 und beim Höckerprofil 17. Die Grenzschichten 11, 12 bestehen aus einem durch die äußere Wärmequelle bis zur oder über die Druckerweichungstemperatur aufheizbaren Material 15. Insbesondere bestehen sie aus einem an den Induktor 13 induktiv ankoppelbaren Material und sind damit mittels des Induktors 13 auf die bzw. über die Druckerweichungstemperatur zu bringen, um die beschriebene Abdichtung zu erreichen.

Die Grenzschichten 11, 12 können bei der Herstellung der Abschnitte 1, 2 an diese dadurch gepreßt werden, daß in einem gemeinsamen Preßvorgang (Copressen) für die Grenzschichten 11, 12 ein anderes - induktiv ankoppelbares - Material verwendet wird als für die Abschnitte 1, 2 im übrigen. Unter dem Gewicht des unteren Abschnitts 2 oder einer Auflagelast, wirkt auf die erweichten Grenzschichten eine diese an die Füllung 8 dicht andrückende Kraft.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Kanal in einen oberen Abschnitt 1, einen unteren Abschnitt 2 und in einen mittleren Abschnitt 20 unterteilt. Die Abschnitte sind nicht durch eine formstabile Füllung aneinandergehalten, sondern mittels einer äußeren Haltevorrichtung 21 entgegen der Richtung des Pfeiles U gegeneinander gedrückt, wie dies in der DE 43 20 723 A1 beschrieben ist. Die Abschnitte 1 und 20 sowie 20 und 2 greifen über Schrägflächen ineinander ein. Zwischen den Schrägflächen ist die oben beschriebene Füllung 8 vorgesehen. Die Grenzschichten 9, 10 und/oder 11, 12 sind, wie oben beschrieben, beispielsweise mittels eines Induktors 13, auf bzw. über ihren Druckerweichungspunkt erhitzbar, um eine etwaige undichte Verbindung jederzeit heilen zu können.

Im Rahmen der Erfindung liegen zahlreiche weitere Ausführungsbeispiele. Beispielsweise ist es möglich, zur Verbesserung der Dichtwirkung vorzusehen, daß die Füllung 8 eine größere Wärmeausdehnung aufweist als die überkragenden Bereiche 3, 4 der Kanalabschnitte 1, 2. Zum gleichen Zweck kann die Füllung 8 aus einem Material bestehen, das beim Aufheizen eine irreversible Volumenvergrößerung aufweist.

Am einen und/oder anderen überkragenden Bereich 3, 4 kann auch eine Nut vorgesehen sein, in die sich die Füllung beim Aufheizen ausdehnt. Damit wird eine besondere labyrinthartige Abdichtung erreicht. Die überkragenden Bereiche 3, 4 der Kanalabschnitte 1, 2 können zumindest Grenzschichten aufweisen, die sich entsprechend der thermischen Ausdehnung der Füllung 8 verformen. Die sich beim Aufheizen ausdehnende Füllung 8 drückt dabei die Grenzschichten verformend gegen die Grenzschichten. Auch dadurch läßt sich die Abdichtung verbessern. Es ist auch möglich, anstelle einzelner Schrägflächen mehrere Schrägflächen in Wellenform vorzusehen.

Claims (14)

1. Gas- und/oder flüssigkeitsdichte Verbindung von Abschnitten eines mehrteiligen feuerfesten Kanals zum Vergießen von Fluiden, insbesondere von flüssigen Metallen, aus einem Gefäß, wobei die zu verbindenden Abschnitte des Kanals einander überkragen und die überkragenden Bereiche in axialer Richtung ineinandergreifend gehaltert sind, wobei die Abschnitte gegeneinander mit einer umlaufenden Füllung gedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzschichten (9, 10; 11, 12) der Füllung (8) und/oder der überkragenden Bereiche zwecks Abdichtung auf eine Temperatur von außen aufheizbar sind, die am oder über dem Druckerweichungspunkt der Grenzschichten und unter dem Druckerweichungspunkt der Kanalabschnitte (1, 2) liegt und daß auf die Grenzschichten (9 bis 12) eine diese an die überkragenden Bereiche (3, 4) oder die Füllung (8) andrückende Kraft wirkt.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander überkragenden Bereiche (3, 4) in axialer Richtung der Kanalabschnitte (1, 2) keilförmig oder wellenförmig ausgebildet sind.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den überkragenden Bereichen (3, 4) bestehende Ringraum mit einer formstabilen Füllung (8) ausgefüllt ist, die die beiden Kanalabschnitte (1, 2) formschlüssig haltert.

4. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft die Schwerkraft ist.

5. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft eine auf den unteren Kanalabschnitt (2) wirkende Auflagelast ist.

6. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft von einer äußeren Haltevorrichtung aufgebracht wird, die den unteren Kanalabschnitt (2) nach oben gegen den oberen Kanalabschnitt (1) drückt.

7. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Grenzschichten (9, 10) der Füllung (8) mindestens bereichsweise Grenzschichten (11, 12, 15) der überkragenden Bereiche (3, 4) der Kanalabschnitte (1, 2) korrespondieren, wobei diese Grenzschichten über ihren Druckerweichungspunkt aufheizbar sind.

8. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzschichten (9, 10; 11, 12) der Füllung (8) und/oder der überkragenden Bereiche (3, 4) induktiv aufheizbar sind.

9. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzschichten (9, 10; 11, 12) zur Verfestigung kühlbar sind.

10. Verbindung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufheizen der Grenzschichten (9, 10; 11, 12) ein gekühlter Induktor (13) vorgesehen ist und daß die Kühlung der Grenzschichten durch elektrisches Abschalten des Induktors (13) erfolgt.

11. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die formstabile Füllung (8) eine größere Wärmeausdehnung aufweist als die überkragenden Bereiche (3, 4) der Kanalabschnitte (1, 2).

12. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (8) unter Temperatureinwirkung eine irreversible Volumenvergrößerung aufweist.

13. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung (8) sich in eine Nut des einen und/oder anderen überkragenden Bereichs (3, 4) ausdehnt.

14. Verbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die überkragenden Bereiche (3, 4) der Kanalabschnitte (1, 2) zumindest Grenzschichten (11, 12) aufweisen, die sich entsprechend der thermischen Ausdehnung der Füllung (8) verformen.