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Die Erfindung betrifft ein feuerfestes
keramisches Tauchrohr. Der Begriff Tauchrohr umfasst dabei alle
feuerfesten Bauteile, die zum Überführen einer
Schmelze von einem Aggregat in ein anderes Aggregat dienen.
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Bei der Herstellung von Metallblechen
besteht das ständige
Bedürfnis
nach einer Verbesserung der Produktqualität und einer Kostensenkung. Eine
Möglichkeit
dazu besteht in der Verringerung der Abmessungen von gegossenen
Zwischenprodukten. Vor etwa 40 Jahren entstand das kontinuierliche
Stranggießverfahren.
Seit Ende der achtziger Jahre kommen in steigendem Maße integrierte
Anlagen mit einer Dünnbrammengießmaschine
zum Einsatz.
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Die Umsetzung des Prinzips des endabmessungsnahen
Gießens
basiert auf der Idee, flüssigen Stahl
zwischen gegenläufig
rotierenden Rollen zu gießen.
Die Metallschmelze erstarrt an den gekühlten Rollenoberflächen zu
Strangschalen, die im engsten Rollenspalt zu einem Stahlband zusammen gefügt werden.
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Vorteile dieses Zwei-Rollen-Bandgieß-Verfahrens
(auch „twin-roll-process" genannt) sind ein geringer
Energieverbrauch und geringe Emissionen.
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Im Rahmen dieses Verfahrens besteht
die Aufgabe, die Metallschmelze in einer gewissen Breite (angepaßt an die
Rollenbreite) zuzuführen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, die kinetische Energie der zugeführten Metall-schmelze zu kontrollieren,
um ein möglichst
laminares Ausströmen/Ausströmungsverhalten
zu erreichen.
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In der
EP
0 804 309 B1 wird ein Eintauchausguß vorgestellt, dessen auslaufseitiges
Ende verbreitert ist, so dass die Symmetrie von einer axialen Symmetrie
in eine planare Symmetrie übergeht.
Das Prinzip der bekannten Lösung
besteht also in einer Umlenkung der Strömung der Metallschmelze. Die
vorstehend genannten Probleme werden damit nicht beseitigt.
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In der
US 5,733,469 A wird ein Ausguß vorgeschlagen,
der ebenfalls am auslaufseitigen Ende verbreitert ist, und zwar
durch einen Aufsatz, wobei zwischen dem eigentlichen Rohrabschnitt
und dem Aufsatz ein „Hindernis" angeordnet ist,
welches die Metallschmelze in einzelne Teilströme aufteilt. Nachteilig bei
diesem Prinzip ist die Mehrteiligkeit der Ausgußanordnung. Temperaturwechsel
können
zu thermischen Spannungen zwischen benachbarten Bauteilen führen. Die
Haltbarkeit der spröden
keramischen Bauteile ist äußerst begrenzt.
Darüber
hinaus führt
das in den Strömungsquerschnitt
eingesetzte Hindernis zu einer erheblichen Stauwirkung.
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Eine ebenfalls mehrteilige Anordnung ähnlicher
Bauart beschreibt die
FR 2,767,082
A1 .
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Mit der vorliegenden Erfindung sollen
die skizzierten Nachteile im Stand der Technik beseitigt werden.
Das Tauchrohr soll vor allem für
das erwähnte
twin-roll-Verfahren geeignet sein und die Zuführung eines relativ breiten
Schmelzestroms ermöglichen.
Außerdem
soll das Tauchrohr ein laminares Ausströmen/Ausströmungsverhalten sicherstellen.
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Grundüberlegung ist es, innerhalb
des Strömungsweges
für die
Metallschmelze durch das Tauchrohr Schikanen anzuordnen, aber nicht
mitten im Durchgangskanal, sondern ausgehend von der Innenwand,
woraus sich gegenüber
dem Stand der Technik, wie er beispielsweise durch die
US 5,733,469 A1 angegeben
wurde, folgende Vorteile ergeben:
Die wandseitige Ausbildung
von Schikanen ermöglicht
es, den Tauchausguß einteilig
herzustellen.
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Die Vermeidung einer Zweiteiligkeit
führt auch
zur Vermeidung von thermischen Spannungen.
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Die einteilige Herstellung ermöglicht eine schnelle
und rationelle Fertigung.
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Das Wandprofil kann auf nahezu beliebige Weise
ausgebildet werden. Es ist auch unabhängig vom jeweiligen Querschnitt.
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Die Wandprofilierung kann im Bereich
der Auslaßöffnung oder
davor angeordnet werden, je nachdem wie groß die Querschnitte und die
Strömungsgeschwindigkeit
der Schmelze sind.
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In ihrer allgemeinsten Ausführungsform
betrifft die Erfindung danach ein feuerfestes keramisches Tauchrohr
mit einem Durchgangskanal, der eine Zuführöffnung für eine Metallschmelze an einem Ende
mit mindestens einer Auslaßöffnung für die Metallschmelze
am anderen Ende verbindet, bei dem der Durchgangskanal im Bereich
der Auslaßöffnung und/oder
diesem Bereich benachbart wandseitig mindestens eine Profilierung
aufweist.
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Die Profilierung kann auf unterschiedliche Art
und Weise gestaltet sein. Sie hat in jedem Fall das Ziel, die kinetische
Energie der antransportierten Metallschmelze zu reduzieren. Weitere
Effekte sind eine Verteilung auf möglicherweise mehrere und unterschiedlich
ausgerichtete Auslaßöffnungen
sowie eine Einstellung des Ausströmungsverhaltens.
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Nach einer Ausführungsform weist die Profilierung
diskrete, noppenartige Vorsprünge
auf. Diese können
beispielsweise einen halbkreisförmigen Querschnitt
(in Axialrichtung) aufweisen, ebenso aber einen dreieckförmigen Querschnitt
oder auch, insbesondere zusammen mit benachbarten Noppen, einen
sägezahnförmigen Querschnitt
mit unterschiedlicher Ausrichtung der jeweiligen „Zahnspitzen". Daraus folgt eine
Orientierung, bezogen auf die Längsachse
des Durchgangskanals (= Axialrichtung des Ausgusses) von beispielsweise
90 – 135°, und zwar
nach oben oder unten.
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Ebenso ist es möglicht, die Profilierung mit mindestens
einem wandseitig umlaufenden Vorsprung auszubilden. Dieser Vorsprung
verläuft
dann tangential oder radial in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung
der Metallschmelze entlang des Durchgangskanals. Dieser „umlaufende
Vorsprung" kann
wiederum in zwei oder mehrere Teile untergliedert werden. Es können verschiedene
derartiger Noppen oder Vorsprünge übereinander,
nebeneinander oder relativ zueinander wandseitig vorgesehen werden.
Die Profilierung kann auch von Elementen gebildet werden, die sich
quer durch den Durchgangskanal erstrecken. Im einfachsten Fall wird
der Durchgangskanal dadurch geteilt oder in verschiedene Teilkanäle gegliedert.
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Verschiedene Abschnitte der Profilierung können eine
unterschiedliche Querschnittsform, Orientierung und Größe aufweisen.
Die Profilierung kann beispielsweise 15 bis 30% der Querschnittsfläche des
Durchgangskanals abdecken, aber auch 40 – 80% nach einer Ausführungsform
maximal 75% (jeweils senkrecht zur Erstreckung des Tauchrohres betrachtet).
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Üblicherweise
wird das Tauchrohr auch an seinem auslaßseitigen Ende eine gewisse
symmetrische Bauform aufweisen, mit der Folge, dass auch eine Spiegel-
oder Rotationssymmetrie der Wandprofilierung vorteilhaft sein kann.
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Zur Erzielung des gewünschten
breiten Schmelzestromes sieht eine Ausführungsform vor, dass das mit
der Auslaßöffnung ausgebildete
Ende einen mindestens doppelt so großen Querschnitt aufweist wie
das mit der Einlaßöffnung ausgebildete Ende
des Tauchrohres.
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Dabei kann, wie im Prinzip bekannt,
die einlaßseitige Öffnung eine
axiale Symmetrie aufweisen und die auslaßseitige Öffnung eine planare Symmetrie.
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Demzufolge kann zumindest das mit
der Austrittsöffnung/
den Austrittsöffnungen
versehene Ende beispielsweise einen Rechteckquerschnitt aufweisen.
Es bietet sich dann an, die Austrittsöffnung/en in Längsrichtung
dieses Endes verlaufen zu lassen (also parallel zum Spalt zwischen
den nachfolgenden Rollen), und zwar entweder durchgehend oder in
Form individueller (diskreter) Auslaßöffnungen, wobei die Strömungsrichtung
dann im Wesentlichen koaxial zur Strömungsrichtung der Metallschmelze
entlang des Durchgangskanal des Tauchrohres ist (und damit senkrecht
zum Spalt zwischen den Rollen).
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Zusätzliche Auslaßöffnungen
können
in den verbindenden (schmalen) Wandbereichen des auslaufseitigen
Endes vorgesehen werden, wie dies anhand der nachstehenden Figurenbeschreibung
noch erläutert
wird.
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Durch eine Einteiligkeit des Tauchrohres
entfallen werkstoffmäßige Probleme
weitestgehend. Das Tauchrohr kann entsprechend aus unterschiedlichsten
Werkstoffen/Qualitäten
hergestellt werden, beispielsweise aus einem Werkstoff auf Basis
Aluminiumoxid/Zirkoniumdioxid. Dies gilt auch bei mehrteiligem Aufbau.
Zum Beispiel kann eine äußere Schale gepresst
werden. Eine innere Beschichtung – mit der Profilierung – lässt sich
auf den vorgefertigten äußeren Presskörper anschließend aufgießen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Merkmalen der Unteransprüche
sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
verschiedener Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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1 zeigt
den prinzipiellen Aufbau eines Zwei-Rollen-Bandgießverfahrens.
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Die 2a, b zeigen ein Tauchrohr im Längsschnitt
beziehungsweise die vergrößerte Darstellung
des auslaufseitigen Endes.
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Die 3, 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele
im Längsschnitt
beziehungsweise die vergrößerte Darstellung
eine auslaufseitigen Endes in einem Schnitt.
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In den Figuren sind gleiche oder
gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern dargestellt.
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In 1 bezeichnet
10 eine Stahlgießpfanne,
von der die Schmelze über
einen Schieber 12 und ein Schattenrohr 14 in einen
Tundish (Verteiler) 16 gelangt. Eine bodenseitige Öffnung 18 des
Tundish 16 wird nach oben von einem Stopfen 20 bedeckt
beziehungsweise freigegeben. An die Öffnung 18 schließt sich
nach unten ein gattungsgemäßes Tauchrohr 22 mit
verbreitertem unterem Ende 24 an, von wo die Schmelze zwischen
gegenläufig
rotierende Rollen 26, 28 gelangt. So gebildete „Strangschalen" auf den Oberflächen der
beiden Rollen 26, 28 wachsen am sogenannten „Kissing
Point" 30 zusammen
und verlassen den Rollenspalt als dünnes Band.
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Das Tauchrohr gemäß 2a ist einteilig und weist ein oberes
Ende 24o mit einer Zuführöffnung 24z und
ein unteres Ende 24u mit einer Auslauföffnung 24a auf, wobei
der Bereich zwischen den beiden Öffnungen 24z, 24a im
Weiteren als Durchgangskanal 24d bezeichnet wird. A – A bezeichnet die
Längsachse
des Durchgangskanals 24a beziehungsweise die Axialrichtung
des Tauchrohrs.
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An das Ende 24o schließt sich
der Durchgangskanal 24d mit Kreisquerschnitt an. Bei 32 verbreitert
sich das Tauchrohr 24 dachförmig. Nach einem Übergangsbereich 24b (in 2a: mit sich nach unten
erweiterndem Querschnitt) folgt im Abschnitt 24u ein Bereich
mit rechteckförmigem
Querschnitt (senkrecht zum Durchflußkanal 24d) und entsprechend
paarweise parallel gegenüberliegenden Wandabschnitten 24w1, 24w2.
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Während
der Durchgangskanal 24d bis zum unteren Tauchrohrabschnitt 24u eine
Innenwand aufweist, die weitestgehend glatt ist, zeichnen sich die unteren
Wandabschnitte 24w1, 24w2 durch eine Profilierung 34 auf
ihrer jeweiligen Innenwand aus.
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Aus der Zusammenschau der 2a, 2b ist zu erkennen, dass die Profilierungen
aus diskreten, noppenartigen Vorsprüngen bestehen, die in den (erweiterten)
Durchflußkanal 24b hineinragen.
Diese Vorsprünge
bilden demnach Schikanen für
die zuströmende
Metallschmelze, verwirbeln diese, reduzieren ihre kinetische Energie
und sorgen für
eine Vergleichmäßigung der
aus der Auslaßöffnung 24a ausströmenden Metallschmelze.
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Wie die Figuren weiter zeigen, sind
mehrere dieser noppenartigen Vorsprünge auf unterschiedlichen horizontalen
Ebenen (in der Funktionsposition) angeordnet, und zwar in einer
oberen Reihe eine Profilierung, darunter zwei, dann drei und schließlich vier,
so dass sich insgesamt eine kaskadenartige Struktur der Profilierung 34 ergibt.
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2b zeigt,
dass neben der bodenseitigen Öffnung 24a zusätzliche Öffnungen 24n im
Bereich der Schmalseiten des unteren Abschnitts 24u vorgesehen
sind, über
die Metallschmelze ebenfalls zwischen die Rollen 26, 28 ausströmt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 3 ist das Tauchrohr zweiteilig
gestaltet, mit einem Anschlußbereich
an der Stelle 32 gemäß 2a. Der Anschlußbereich
erfolgt über
ein keramisches Gewinde G. Für
den Gegenstand der Erfindung ist dies von untergeordneter Bedeutung.
Entscheidend ist die Ausbildung des unteren Abschnitts 24u,
der ebenfalls eine „Quaderform" aufweist, an den
sich nach oben hin erste gegenläufige
Schrägflächen 24s und
dann die Schrägflächen des
Abschnitts 24b (ähnlich
wie in 2a) anschließen. Eine
Profilierung 34 verläuft
quer durch den Kanal 24d zwischen gegenüberliegenden Wänden 24u.
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Auf senkrecht zur Zeichenebene laufenden Innenwänden der
Wandflächen 24w3, 24w4 sind beim
Ausführungsbeispiel
nach 4 eine Vielzahl noppenartiger
Stege/Vorsprünge 34 vorgesehen,
die auf jeder Innenfläche
insgesamt ein nach unten gerichtetes sägezahnähnliches Profil ergeben (Winkel α ~ 135°), wobei
die Profile auf den Wänden 24w3, 24w4 höhenmäßig (in
Axialrichtung A – A
des Tauchrohres) versetzt angeordnet sind.
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Diese Profilkörper/Schikanen/Noppen 34 sind
so ausgebildet, dass zwischen ihnen ein Freiraum verbleibt, durch
den zugeführte
Metallschmelze in Richtung auf die Ausgußöffnung 24a strömen kann,
wobei auch hier zusätzliche
seitliche Austrittsöffnungen 24n (analog
dem Ausführungsbeispiel nach
den 2) vorgesehen sind. Die Querschnittsfläche q (Durchgangskanal 24d mit
Profilierung 34) beträgt
ca. 50% der Querschnittsfläche
Q (Durchgangskanal 24d ohne Profilierung 34).
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Die den unteren Abschnitt 24u begrenzende Bodenfläche 24f ist
im Schnitt (4) gekrümmt ausgeführt, um
eine laminare Strömung
der ausfließenden
Metallschmelze zu begünstigen.