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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pralltopf mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Pralltöpfe werden in der Metallurgie eingesetzt beim Gießen von Metallschmelzen aus einer Gießpfanne in einen Zwischenbehälter. Bei der Stahlherstellung wird beispielsweise das flüssige Metall in einer Pfanne einer metallurgischen Behandlung unterzogen. Nach Abschluss der Behandlung wird die Schmelze dann aus der Pfanne in einen Zwischenbehälter, einen so genannten Verteiler (Tundish) gefüllt. Aufgrund der Höhendifferenz zwischen der Pfanne und dem Boden des Zwischenbehälters, der hohen Dichte der Metallschmelze und der geringen Viskosität der Metallschmelze weist der Strahl eine hohe kinetische Energie auf. Ruckartiges rasches Öffnen des Pfannenschiebers gibt die Öffnung frei und die darauf statisch ruhende Stahlsäule wird dann durch den Pfannenschieber in den Verteiler eingegossen. Es besteht die Gefahr, dass die feuerfeste Auskleidung des Zwischenbehälters aufgrund der Auftreffenergie des Stahlstrahles beschädigt wird. Weiter kann es zu Spritzern von flüssigem Metall kommen, die Schäden an Mensch und Maschine in der Umgebung des Zwischenbehälters bewirken. Schließlich können entstehende Turbulenzen auch dazu führen, dass Schlacke in die Schmelze gezogen wird und die Schmelze dadurch verunreinigt wird.
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Um dies zu verhindern, werden vor dem Gießvorgang üblicherweise Verteilereinbauten (Prallplatten oder Pralltöpfe) in den Zwischenbehälter eingesetzt, die im ersten Moment des Gießvorgangs die Turbulenzen mindern sollen und die Ausmauerung vor der kinetischen Energie der flüssigen Schmelze schützen sollen.
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Bei den bekannten Pralltöpfen sind die Böden und die Wände im Wesentlichen glatt. Die Funktion soll erreicht werden durch eine Umlenkung des Strahls der flüssigen Schmelze derart, dass der umgelenkte Strahl mit dem einlaufenden Strahl zusammentrifft und dass hierdurch Energie verzehrt wird.
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Die angestrebte Funktion ist von einer sehr genauen Positionierung der Gießpfanne und des Pralltopfs beim Beginn des Gießvorgangs abhängig. Jede Abweichung von der vorgesehenen relativen Ausrichtung führt zu einer Störung der angestrebten Strömungsverhältnisse. Die exakte Positionierung des Gießpfannenauslaufs zentrisch zum „Pralltopf” ist aufgrund der Trägheit (Drehturm und Stahlgießpfanne mit Inhalt) nicht möglich.
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Es sind darüber hinaus aus der
FR 2 846 264 A , der
EP 0 463 257 B1 und der
US 6 929 775 B2 Pralltöpfe mit einer strukturierten Oberfläche der Innenfläche bekannt. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie nur eine unzureichende Struktur, insbesondere des Bodens, aufweisen und nach wie vor eine hinreichend genaue Positionierung der Gießpfanne über dem Pralltopf notwendig ist.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pralltopf zu schaffen, der aufgrund einer anderen Ausgestaltung die kinetische Energie der fließenden Metallschmelze verringert, ohne dass eine ausgeprägte Abhängigkeit von dem Auftreffpunkt der Metallschmelze am Boden des Pralltopfs besteht.
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Diese Aufgabe wird von einem Pralltopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Danach wird ein Pralltopf für metallurgische Anwendungen aus feuerfestem Material vorgeschlagen, mit einer ebenen Bodenplatte und mit einer senkrecht zu der Bodenplatte ausgerichteten Wandung, die zusammen einen Innenraum umschließen, wobei die Wandung eine dem Innenraum zugewandte Oberfläche mit einer in den Innenraum weisenden Oberflächenstruktur und die Bodenplatte eine dem Innenraum zugewandte Oberseite aufweist, wobei die Oberseite eine in den Innenraum weisende Oberflächenstruktur trägt und die Oberflächenstruktur der Oberfläche und der Oberseite Vorsprünge, Ausnehmungen und/oder Durchbrüche aufweist, wobei die Vorsprünge, Ausnehmungen und/oder Durchbrüche der Oberfläche trapezförmig ausgebildet sind und jeweils Seitenflächen, wenigstens eine Oberseite, wenigstens eine Unterseite und gegebenenfalls eine Stirnseite aufweisen und die Vorsprünge Ausnehmungen und/oder Durchbrüche der Oberseite kegelstumpfförmig ausgebildet sind.
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Weil die Seitenwand des Pralltopfs in einem Winkel von 90° zu der Ebene des Bodens angeordnet ist und weil die Seitenwand, der Boden oder beide Oberflächen eine Oberflächenstruktur in Form von Vorsprüngen, Durchbrüchen oder Ausnehmungen trägt, deren Oberflächen im wesentlichen entweder in einem Winkel von 90° zu der Ebene des Bodens oder parallel zu der Ebene des Bodens verlaufen, erhält die Metallschmelze beim Auftreffen auf die Vorsprünge, Durchbrüche oder Ausnehmungen praktisch keine Geschwindigkeitskomponente, die dem einlaufenden Strahl entgegen wirkt. Der einlaufende Strahl nimmt deshalb an dem angestrebten dynamischen Prozess im Pralltopf nicht oder nicht wesentlich teil. Die senkrechten Wände erlauben weiter einen durchgehend gleichmäßig großen Öffnungsquerschnitt des Pralltopfs nach oben hin, der einen freien und ruhigen Auslauf der Metallschmelze aus dem Pralltopf ermöglicht. Dies gilt auch bei nicht zentrischer Anordnung des Stahlstrahles.
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Wenn der Boden des Pralltopfs mit kegelförmigen Vorsprüngen versehen ist, wird bereits dort durch eine Verlängerung der Fließpfade nach dem Auftreffen der Metallschmelze auf den Boden Energie verzehrt werden.
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Eine einfachere Form ergibt sich, wenn die Oberflächenstruktur nur auf einem Teil der inneren Oberfläche der Seitenwand und/oder des Bodens ausgebildet ist. So kann es ausreichen, nur die Seitenwand mit wenigen, insgesamt etwa fünf bis zehn horizontal ringförmig ausgerichteten Reihen von Vorsprüngen oder Ausnehmungen zu versehen.
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Wenn die Oberflächenstruktur Durchbrüche, beispielsweise in Form von Schlitzen in der Seitenwand umfasst, wird frühzeitig zu Beginn des Gießvorgangs bereits Schmelze in den Verteiler gelangen. Dies kann zu einem ruhigeren Verlauf des Gießvorgangs führen, insbesondere in dem Moment, in dem der Pralltopf überläuft, da dann das überlaufende Material nicht auf den Boden, sondern auf bereits vorhandene Schmelze trifft.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1: einen erfindungsgemäßen Pralltopf mit einer Bodenstruktur und einer Wandstruktur in einem Querschnitt in perspektivischer Darstellung;
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2: den Pralltopf aus 1 in einer Seitenansicht im Querschnitt;
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3: den Pralltopf aus 1 und 2 in einer Draufsicht;
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4: einen Wandvorsprung in einem Querschnitt von der Seite;
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5: einen Wandvorsprung in einer Draufsicht;
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6: einen Bodenvorsprung in einem Querschnitt von der Seite; sowie
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7: einen Bodenvorsprung in einer Draufsicht.
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In der 1 ist ein Pralltopf perspektivisch in einem Querschnitt dargestellt. Der Pralltopf weist eine kreisrunde, im Wesentlichen ebene Bodenplatte 1 auf. Die Bodenplatte trägt nahe ihres äußeren Umfangs eine zylindermantelförmige Wandung 2, die gegenüber der Ebene der Bodenplatte 1 in einem Winkel von 90° ausgerichtet ist. Die Wandung 2 weist eine äußere glatte Mantelfläche 3 und eine der Bodenplatte 1 gegenüberliegende obere Stirnseite 4 auf. Die Stirnseite 4 ist ebenfalls glatt und hat die geometrische Form eines ebenen Rings, der parallel zu der Ebene der Bodenplatte 1 verläuft.
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Die Oberseite 4 der Wandung 2 ist gegenüber der Mantelfläche 3 deshalb in einem Winkel von 90° orientiert.
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Die Oberseite 4 umgibt eine Öffnung, die einen von der Bodenplatte 1 und der Wandung 2 definierten Innenraum 6 nach oben abschließt.
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Dem Innenraum 6 zugewandt weist die Bodenplatte 1 innerhalb der von der Wandung 2 umschlossenen Oberfläche 14 eine Anzahl von Vorsprüngen 7 auf. Die Vorsprünge 7 sind kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei das im Durchmesser größere Ende mit der Bodenplatte 1 einstückig verbunden ist, während das im Durchmesser kleinere Ende der Öffnung zugewandt ist. Die kegelstumpfförmigen Vorsprünge 7 sind rotationssymmetrisch und mit ihrer Symmetrieachse senkrecht zu der Ebene der Bodenplatte 1 ausgerichtet. Sie bedecken in diesem Ausführungsbeispiel nahe zu die gesamte Oberfläche 14 der Bodenplatte 1, soweit diese innerhalb der Wandung 2 liegt.
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Die Wandung 2 trägt an ihrer dem Innenraum 6 zugewandten inneren Oberfläche 5 ebenfalls eine Vielzahl von Vorsprüngen 8. Die Vorsprünge 8 weisen von der Wandung 2 radial nach innen. Jeder einzelne Vorsprung 8 ist bei dieser Ausführungsform als Trapezkantprisma ausgebildet. Der Vorsprung 8 weist eine einstückig mit der Wandung 2 verbundene Grundfläche mit rechteckigem Querschnitt auf. Eine Oberseite 9 und eine Unterseite 10 des Vorsprungs 8 sind trapezförmig ausgebildet, flach und bezüglich der Ebene der Bodenplatte 1 parallel zu dieser Ebene ausgerichtet. Seitenflächen 11 und 12 sind rechteckig ausgebildet. Die Seitenflächen 11 und 12 verlaufen senkrecht zu der Ebene der Bodenplatte 1 und in ihrem jeweiligen Übergangspunkt zu der Innenwand 5 der Wandung 2 auch senkrecht zu der Oberfläche 5. Schließlich ist eine Stirnseite 13 vorgesehen, die frei in den Innenraum 6 hineinragt. Die Stirnseite 13 ist im Wesentlichen eben und parallel zu der Oberfläche 5 der Wandung 2 ausgerichtet. In anderen Ausführungsformen können die Vorsprünge auch mit abgerundeten Kanten oder geneigten Flächen ausgebildet sein.
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Der Pralltopf aus 1 wird in bekannter Weise aus einem feuerfesten Material einstückig gefertigt.
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Die 2 zeigt den Pralltopf aus 1 in einem Querschnitt von der Seite. Gleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern. Auf die Kennzeichnung der einzelnen Flächen der Vorsprünge 8 wurde zu besseren Übersicht des Teils verzichtet.
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Die 3 zeigt einen Pralltopf gemäß 1 und 2 in einer Draufsicht in abgebrochener Darstellung. In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Trapezkantprismen der Vorsprünge 8 in der Draufsicht auf die Oberseite 9 trapezförmig ausgebildet sind und dass sie dem Mittelpunkt der kreisförmigen Bodenplatte 1 nach Art einer Innenverzahnung zugewandt sind.
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Die 4 zeigt einen Vorsprung 8 in einem Querschnitt von der Seite. Erkennbar ist die senkrechte Wandung 5, die einstückig unter dem Vorsprung 8 ausgebildet ist. Die Oberseite 9 und die Unterseite 10 bilden jeweils eine im rechten Winkel zu der Wandung 5 orientierte Fläche, die also aufgrund der ebenfalls rechtwinkligen Ausrichtung der Wandung 5 parallel zu der Bodenplatte 1 steht. Die dem Innenraum 6 zugewandte Stirnseite 13 ist wiederum parallel zu der Wandung 5 ausgerichtet.
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Die 5 zeigt den Vorsprung 8 aus 4 in einer Draufsicht. Hier ist die parallel zu der Ebene der Bodenplatte 1 ausgerichtete, trapezförmige Oberseite 9 des Vorsprungs 8 sichtbar. Die Seitenflächen 11 und 12 sowie die Stirnseite 13 begrenzen die trapezförmige Oberseite 11. Der Bereich, in dem der Vorsprung 8 einstückig mit der Seitenwand 2 verbunden ist, ist gestrichelt dargestellt.
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Die 6 zeigt einen bodenseitigen Vorsprung 7 in einem Querschnitt von der Seite. Der Vorsprung 7 ist einstückig an die Bodenplatte 1 angeformt. Er weist eine kegelstumpfförmige Gestalt mit einer äußeren Umfangsfläche 15 und einer kreisrunden Oberseite 16 auf. Der Vorsprung 7 erhebt sich senkrecht und rotationssymmetrisch über die Bodenplatte 1 in den Innenraum 6 des Pralltopfs hinein.
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Die 7 zeigt nur schematisch den Vorsprung 7 in einer Draufsicht senkrecht auf die Bodenplatte 1.
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Der insoweit beschriebene Pralltopf ist insgesamt aus feuerfestem Material hergestellt. Die Abmessungen können je nach Anwendungsfall variiert werden. Die Ausrichtung der beschriebenen Flächen 9 und 10, 11 und 12 sowie 13 wird dann entsprechend angepasst. Die Orientierung der Flächen senkrecht bzw. parallel zur Bodenplatte 1 bleibt jedoch im Wesentlichen gleich.
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Ein typischer Pralltopf der in 1 veranschaulichten Bauweise weist einen Durchmesser von etwa 70 cm auf. Die Höhe senkrecht zur Bodenplatte 1 beträgt rund 35 cm. Dies ergibt ein Innenvolumen von etwa 55 l. Die Vorsprünge 8 weisen in vertikaler Richtung eine Höhe von 10 mm auf. Die trapezförmigen Flächen 9 und 10 sind angrenzend an die innere Wandung 5 mit einer Kantenlänge von 15 mm versehen. Die Kantenlänge angrenzend an die frei stehende Fläche 13 beträgt 10 mm. Die Fläche 13 ist folglich quadratisch.
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Die bodenseitigen Vorsprünge 7 weisen einen Durchmesser im Grundkreis von etwa 17 mm auf, während die obere Begrenzungsfläche einen Durchmesser von 10 mm aufweist. Die Höhe der Vorsprünge 7 beträgt ebenfalls etwa 10 mm.
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Die wandseitigen Vorsprünge 8 sind, wie in der 2 ersichtlich, jeweils in horizontalen und vertikalen Reihen, also in Zeilen und Spalten angeordnet. Dabei sind die Spalten parallel zueinander ausgerichtet. In Zeilenrichtung, also in Umfangsrichtung der Wandfläche, sind jeweils zwei auf einander folgende Vorsprünge 8 um 50% ihres vertikalen Abstandes gegeneinander versetzt. Die Vorsprünge 8 sind also umfangsseitig „auf Lücke” angeordnet. Diese Anordnung wird derzeit bevorzugt. Es sind aber auch andere Muster bei der Anordnung der Vorsprünge 8 im Wandbereich des Pralltopfs möglich.
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Die im vorliegenden Beispiel aufwändige Gestaltung der inneren Oberflächen des Pralltopfs kann auch bei im Wesentlichen gleich guter Funktion einfacher gestaltet werden. So kann beispielsweise eine geringere Anzahl von Vorsprüngen oder Ausnehmungen vollständig umlaufend am Wandbereich angeordnet sein, jedoch nur in 3 bis 4 oder 5 bis 10 Zeilen, während das vorliegende Ausführungsbeispiel 17 Zeilen aufweist. Die geringere Anzahl von Zeilen kann auf halber Höhe der Wandung 2 oder im unmittelbar der Bodenplatte 1 benachbarten Bereich angeordnet werden.
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Die Anpassung an andere Tundish-Geometrien kann ebenfalls vorgenommen werden. So ist abweichend von der kreisrunden dargestellten Form dieses Ausführungsbeispiels auch eine Form mit rechteckiger oder trapezförmiger Bodenplatte und entsprechend ausgebildetem Innenraum 6 vorgesehen. Das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe kann ebenfalls nach den Anforderungen gewählt werden.
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Während im obigen Ausführungsbeispiel sowohl die Seitenwandung als auch der Boden mit Vorsprüngen versehen ist, können diese auch nur an einer der beiden Oberflächen ausgebildet sein, wenn die Anwendung es zulässt. Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Oberflächenstruktur wird derzeit wegen ihrer einfachen Herstellbarkeit bevorzugt. Wenn gemäß einer alternativen Ausführung nicht Vorsprünge sondern Ausnehmungen an den Begrenzungswänden vorgesehen sind, ergibt sich praktisch eine Negativform der dargestellten Oberflächenstruktur, die ebenso die gewünschte Wirkung erzielen kann.
