DE19509969C1 - Formschlüssige Verbindung von keramischen Formteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Verbindung zwischen benachbarten Flächenabschnitten zweier keramischer Formteile. Sowohl der Stand der Technik als auch die Erfin­ dung werden nachstehend anhand eines Schattenrohres (Gieß­ rohres) dargestellt, welches aus einem Basisrohr und einem auf das auslaufseitige Ende des Basisrohres aufgeschobenen und mit dem Basisrohr verbundenen rohrförmigen Anfahrschutz besteht. Die Erfindung ist jedoch auf diese Anwendung nicht beschränkt. Vielmehr läßt sich die formschlüssige Verbindung auch zwischen beliebigen anderen Formteilen realisieren, die entlang benachbarter Flächenabschnitte zusammengefügt werden sollen.

Ein Gießrohr der vorgenannten Art wird zwischen einer Gieß­ pfanne und einem Gießverteiler (Tundish) angeordnet und soll die Oxidation und Abkühlung der Metallschmelze verhindern, die durch das Rohr geführt wird.

Der genannte Anfahrschutz dient dazu, das auslaufseitige Ende des Basisrohres zu schützen und damit die Lebensdauer des Gießrohres insgesamt zu verlängern. Im Eintauchbereich unterliegt das Gießrohr einer hohen Temperaturwechselbean­ spruchung. Durch die 2-teilige Ausführungsform können Dehnungen/Kontraktionen besser kompensiert werden.

Wie sich aus der DE 93 18 726 U1 ergibt, stellt die Befesti­ gung des rohrförmigen Anfahrschutzes, der auch als Hülse be­ zeichnet wird, ein erhebliches Problem dar. An die Verbindung werden unter anderem folgende Anforderungen ge­ stellt:

• - Gute Temperaturwechselbeständigkeit
• - Dichtigkeit im Bereich der Verbindung
• - absolute Konzentrizität von Basisrohr und Anfahrschutz (Hülse).

Als bekannte Lösungsvorschläge wird in der DE 93 18 726 U1 die Verbindung mittels eines feuerfesten Klebers sowie die Einbindung von Zungen in den äußeren Metallmantel des Basis­ rohres angegeben und gleichzeitig darauf hingewiesen, daß diese Lösungsvorschläge nicht die Gefahr beseitigen, daß sich die Hülse bei der Handhabung des Basisrohres von diesem löst.

Die genannte Gebrauchsmusterschrift schlägt deshalb vor, in das feuerfeste Material der Hülse eine gelochte und/oder gewellte metallische Armierung einzulassen, die an einem äußeren Metallmantel des Rohres befestigt wird.

Die keramische Verbindung wird dabei also durch eine metallische Verbindung ersetzt.

Der bekannte Lösungsvorschlag erfordert einen erheblichen konstruktiven Aufwand, da beide Teile mit Metallmänteln aus­ gebildet werden müssen. Gleichzeitig besteht die Gefahr der Oxidation der metallischen Armierung, was infolge der Volumenvergrößerung zu Treibrissen führt.

Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssige Verbindung der genannten Art unter Berück­ sichtigung der vorgenannten drei Kriterien zu verbessern.

Dazu schlägt die Erfindung in ihrer allgemeinsten Aus­ führungsform eine formschlüssige Verbindung zwischen benach­ barten Flächenabschnitten zweier keramischer Formteile vor, die entlang ihrer sich gegenüberliegenden Flächenabschnitte mit sickenartigen Vertiefungen ausgebildet sind, die sich im Montagezustand der Formteile paarweise gegenüberliegen und mit einem Mörtel verfüllt sind, der über mindestens eine Zuführleitung zu mindestens einer der genannten Vertiefungen einbringbar ist.

Mit anderen Worten: mit dem genannten Mörtel wird eine Art "in-situ"-Anker zwischen benachbarten feuerfesten keramischen Formteilen geschaffen.

Dazu werden die Formteile mit den genannten sickenartigen Vertiefungen ausgebildet, zueinander in der gewünschten Position konfektioniert und anschließend der Mörtel über die Zuführleitung in die sickenartigen Vertiefungen gebracht, wo er eine Art "Brücke" oder "Anker" zwischen beiden Teilen nach Aushärtung schafft.

Der Begriff Mörtel steht dabei stellvertretend für alle Arten von Massen, die in viskoser (pastöser) Form über die genannte Zuführleitung in die sickenartigen Vertiefungen geführt werden können und dort aushärten sowie im ausge­ härteten Zustand eine Temperaturbeständigkeit aufzeigen, die über der Temperatur liegt, die beim industriellen Einsatz der genannten Formteile maximal auftritt. Verlaufen die korrespondierenden Flächenabschnitte der zu verbindenden Formteile konzentrisch zueinander, bietet es sich an, auch die sickenartigen Vertiefungen zumindest entlang eines Formteils umlaufend (ringförmig) auszubilden, zumal in diesem Fall eine einzige Zuführleitung für den Mörtel genügt. Gleichzeitig wird nach der Ausfüllung der korrespondierenden sickenartigen Vertiefungen eine Art umlaufende Dichtung zwischen den benachbarten feuerfesten Formteilen geschaffen.

Die Vertiefungen in den feuerfesten Formteilen sowie der Übergangsbereich der Vertiefungen zu den benachbarten Flächenabschnitten soll nach einer Ausführungsform jeweils abgerundet ausgebildet sein, um Kerbwirkungen beim Einsatz der Formteile soweit wie möglich auszuschließen.

Vertiefungen in Form einer Nut (Ringnut) mit Halbkreis- Querschnitt und abgerundetem Übergang in die benachbarten Flächenabschnitte haben sich in Vorversuchen als besonders vorteilhaft bei der Verbindung konzentrischer Formteile herausgestellt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung schlägt die Erfindung vor, die Oberfläche mindestens einer Vertiefung (der Vertiefungen eines Formteils) mit einem Trennmittel zu beschichten. Auf diese Weise wird eine durchgehende (keramische) Bindung (Verbindung) zwischen den benachbarten Formteilen verhindert, was sich inbesondere in Hinblick auf die Temperaturwechselbeständigkeit positiv aus­ wirkt, ohne die Dichtigkeit der Verbindung an der Fügestelle nennenswert zu beeinträchtigen. Auch die benachbarten Flächenabschnitte mindestens eines Formteils können ent­ sprechend mit einem Trennmittel beschichtet sein, so daß im konfektionierten Zustand keine materialschlüssige Verbindung zwischen den Formteilen besteht.

Das Trennmittel kann beispielsweise aus einer Folie bestehen, ebenso ist es aber auch möglich, die entsprechende Vertie­ fung beziehungsweise die entsprechenden Flächenabschnitte mit einem feuerfesten Lack, einer Engobe oder einer son­ stigen feuerfesten Trennschicht auszubilden.

Wie ausgeführt, stellt ein besonders vorteilhafter Anwen­ dungsfall die Verbindung der Formteile eines Schattenrohrs dar, welches aus einem Basisrohr und einem Anfahrschutz (einer Hülse) besteht, welcher auf das Basisrohr aufge­ schoben und mit diesem auf die zuvor beschriebene Art und Weise verbunden wird.

Im Gegensatz zur DE 93 18 726 U1 werden dabei metallische Armierungen oder rein metallische Verbindungen vermieden. Die genannten Vertiefungen, die als "diskrete" (einzelne) Vertiefungen oder als kanalartige Vertiefungen ausgebildet sein können, lassen sich beim Gießen oder Pressen der Form­ teile unmittelbar mit ausbilden. Ebenso ist es aber auch möglich, die genannten Vertiefungen nach der Herstellung der Formteile durch mechanische Nachbehandlung auszubilden. In jedem Fall sind nur geringe zusätzliche Arbeitsschritte notwendig.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk­ malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs­ unterlagen. Hierzu zählt auch die nachfolgende Figurenbe­ schreibung, die insoweit auch allgemeingültige Merkmale ent­ hält.

Dabei zeigen - jeweils in schematisierter Darstellung -

Fig. 1 ein Schattenrohr, bestehend aus einem Basisrohr und einem zugehörigen Anfahrschutz in Schnittdar­ stellung nach der Formgebung,

Fig. 2 die Darstellung nach Fig. 1 nach einer Vorkonfek­ tionierung,

Fig. 3 die Bauteile nach Fig. 1 im konfektionierten Zu­ stand.

In Fig. 1 ist ein Schattenrohr dargestellt, welches aus einem Basisrohr 10, von dem der untere Teil dargestellt ist, und einem rohrförmigen Anfahrschutz 12 besteht, wobei beide Teile 10, 12 aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff bestehen.

Während der Formgebung sind auf der äußeren Umfangsfläche des Auslaufendes des Rohres 10 sickenförmige Vertiefungen 14a, 14b, jeweils mit Halbkreisquerschnitt, ausgeformt worden.

Der Anfahrschutz 12 besteht aus einer Hülse, die in ihrem oberen, dem Rohr 10 zugewandten Abschnitt, eine stufenartige Auskehlung 16 aufweist, wobei der Innendurchmesser des unteren Abschnittes 12u dem Innendurchmesser des Rohres 10 entspricht und der Innendurchmesser des oberen Abschnittes 12o geringfügig größer als der Außendurchmesser des Rohres 10 im korrespondierenden auslaufseitigen Ende ist.

Auf der Innenfläche des oberen Abschnittes 10o sind umlau­ fende sickenförmige Vertiefungen 18a, b ausgebildet, die wiederum einen Halbkreisquerschnitt aufweisen und so ange­ ordnet sind, daß im konfektionierten Zustand des Rohres 10 mit der Hülse 12 (Fig. 3) die Vertiefungen 14a, 18a und 14b, 18b sich unmittelbar gegenüberliegen, während gleich­ zeitig das stirnseitige Ende 10e des Rohres 10 auf der korrespondierenden Stufe 16s der Auskehlung 16 aufsitzt (Fig. 3).

Im konfektionierten Zustand (Fig. 3) liegt ferner die äußere Umfangsfläche des Rohres 10 flächig gegen die Innen­ seite des oberen Abschnittes 12o der Hülse 12 an.

Die sickenförmige Ringnut 18a ist mit der Ringnut 18b durch eine vertikal (in Richtung der Mittenlängsachse M der Hülse 12) verlaufende weitere Nut 18c auf der Innenseite des oberen Abschnittes 12o der Hülse 12 verbunden, die sich unterhalb der Ringnut 18b fortsetzt und im unteren Teil 12u der Hülse 12 in einen kanalartigen Abschnitt 18d übergeht, der nach einer Abwicklung mit einem Abschnitt 18e bis zur äußeren Umfangsfläche der Hülse 12 verläuft.

Die Ringnuten 18a, b sowie die Nuten/Kanäle 18c, d und e sind während der Formgebung der Hülse 12 ausgeformt worden. Im Fall der kanalartigen Abschnitte 18d, 18e erfolgte dies durch Einbringen eines Materials, welches beim Brand der Hülse 12 unter Freilegung der Kanäle 18d, 18e zerstört wurde.

In einem weiteren Arbeitsschritt (Fig. 2) wurde auf das auslaufseitige Ende des Rohres 10 umfangsseitig eine Metall­ folie 20 aufgebracht, die sich von einem Abschnitt etwas oberhalb der Ringnut 14a bis zum stirnseitigen Ende 10e und um dieses herum erstreckt.

Fig. 3 zeigt den konfektionierten Zustand von Rohr 10 und Hülse 12. Zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung der Formteile 10, 12 wird jetzt über die Kanäle 18e, 18d sowie die nutartige Vertiefung 18c ein pastöser Mörtel in die ringförmigen Vertiefungen 14a, 18a, 14b, 18b gepreßt, der demnach im Bereich der korrespondierenden Nuten 14a, 18a; 14b, 18b im Schnitt eine Kreisform aufweist. Der Mörtel härtet danach aus und schafft so eine formschlüssige Ver­ bindung zwischen dem Rohr 10 und der Hülse 12 des Schatten­ rohrs. Die Folie 20 verhindert, daß es zwischen den Bau­ teilen 10, 12 zu einer materialschlüssigen Verbindung, also einer keramischen Bindung kommt. Dies ist deshalb von Vor­ teil, weil durch die so gegebene physikalische Trennung der beiden Bauteile 10, 12 die Temperaturwechselbeständigkeit im Verbindungsbereich beim Einsatz des Schattenrohres deut­ lich verbessert werden kann.

Nach einer Abwandlung ist das Rohr nicht mit zwei umlaufenden Ringnuten 14a, 14b ausgebildet, sondern mit sechs schlitzartigen Nuten, wobei jeweils 3 umfangsseitig beabstandet zueinander auf einer Linie (also fluchtend zueinander) verlaufen. Anders ausgedrückt: Die Ringnuten 14a, 14b sind hier jeweils 3-fach unterbrochen, so daß drei diskrete Vertiefungen entstehen, die im konfektionierten Zustand den Ringnuten 18a, 18b gegenüberliegen. Die Zahl der Nuten ist natürlich beliebig.

Claims (9)

1. Formschlüssige Verbindung zwischen benachbarten Flächen­ abschnitten zweier keramischer Formteile (10, 12), die entlang ihrer sich gegenüberliegenden Flächenabschnitte mit sickenartigen Vertiefungen (14a, 14b, 18a, 18b) aus­ gebildet sind, die sich im Montagezustand der Formteile (10, 12) paarweise gegenüberliegen und mit einem Mörtel verfüllt sind, der über mindestens eine Zuführleitung (18e, 18d, 18c) zu mindestens einer der genannten korrespondierenden Vertiefungen (14b, 18b; 14a, 18a) einbringbar ist.

2. Formschlüssige Verbindung nach Anspruch 1, bei der die korrespondierenden Flächenabschnitte der zu verbindenden Formteile (10, 12) konzentrisch zueinander verlaufen.

3. Formschlüssige Verbindung nach Anspruch 2, bei der die Vertiefungen (14a, 14b, 18a, 18b) die Form einer Ringnut mit Halbkreis-Querschnitt aufweisen.

4. Formschlüssige Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Oberfläche mindestens einer Vertiefung (14a, 14b) mit einem Trennmittel (20) beschichtet ist.

5. Formschlüssige Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der mindestens ein Flächenabschnitt eines Form­ teils (10, 12) mit einem Trennmittel (20) beschichtet ist.

6. Formschlüssige Verbindung nach Anspruch 4 oder 5, bei der das Trennmittel (20) aus einer Folie besteht.

7. Formschlüssige Verbindung nach Anspruch 4 oder 5, bei der das Trennmittel (20) aus einem feuerfesten Lack oder einer keramischen Engobe besteht.

8. Formschlüssige Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Vertiefungen (14a, 14b, 18a, 18b) in den keramischen Formteilen (10, 12) sowie der Übergangsbe­ reich der Vertiefungen (14a, 14b, 18a, 18b) zu den be­ nachbarten Flächenabschnitten abgerundet ausgebildet sind.

9. Formschlüssige Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Formteile (10, 12) aus einem Basisrohr (10) und einer endseitig auf das Basisrohr (10) aufsetz­ baren Hülse (12) bestehen.