DE19963147C1 - Stopfenstange - Google Patents
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- 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
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Stopfenstange mit zum Basiskörper unterschiedlich ausgebildeter Stofpenstangen-Kappe.
Description
Die Erfindung betrifft eine als sogenannten Monobloc
stopfen gestaltete Stopfenstange zur Ausflußregelung von
metallurgischen Schmelzgefäßen.
Eine solche, zum Beispiel durch die EP 0 721 388 B1
bekannte Stopfenstange besteht aus einem zylindrischen
Stopfenstangenkörper aus einem feuerfesten, kohlenstoff
haltigen Werkstoff, wobei der Stopfenstangenkörper an
einem Basisteil zur Aufnahme einer Führungsstange und an
seinem Ende mit einem nasenartigen (kappenartigen) Ab
schnitt ausgebildet ist.
Mit Hilfe der erwähnten Führungsstange wird der Monobloc
stopfen in seiner Axialrichtung von einer zugehörigen Aus
flußöffnung im metallurgischen Gefäß weggeführt, sobald
die Metallschmelze ausfließen soll, beziehungsweise auf
den Ausguß abgesenkt und gegen diesen abgedichtet, sofern
der Metallschmelzefluß reduziert oder unterbrochen werden
soll.
Dabei ist es bekannt, daß es durch chemische Reaktionen im
Ausflußbereich zu einer sogenannten Ansatzbildung kommen
kann, die den Auslaufbereich zusetzt und eine Schmelzfluß-
Regelung erschwert bis unmöglich macht.
Zur Vermeidung dieser Probleme schlägt die EP 0 721 388 B1
eine gattungsgemäße Stopfenstange vor, bei der der
Stopfenstangenkörper ganz oder teilweise mit einer Schicht
bedeckt ist, die 4 bis 9 Gew.-% Kohlenstoff enthält und
mindestens ein Sinterhilfsmittel, wobei diese Oberflächen
schicht nach einem Brand über 1.000°C verdichtet und gas-
undurchlässig sein soll. Die Dicke der Schicht wird mit
weniger als 10 mm angegeben. Nach einem Ausführungsbei
spiel ist die Schicht auf den nasenartigen Abschnitt der
Stopfenstange beschränkt.
Eine solche Stopfenstange ist schwierig herzustellen, ins
besondere, wenn sie isostatisch gepreßt werden soll, wie
in der EP 0 721 388 B1 vorgeschlagen, da die genannte
Oberflächenschicht im Bereich des nasenartigen Abschnitts
nur schwer in einer entsprechenden Preßform konfektionier
bar ist. Außerdem kann es leicht zu einem Abplatzen der
Schicht bei der Anwendung kommen.
In der EP 0 320 481 A1 wird ebenfalls eine Stopfenstange
offenbart, deren nasenartiges Ende porös ist, um Gas unter
Druck durchzulassen, welches über einen Stopfenstangen
körper zugeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Stopfenstange
der vorgenannten Art dahingehend zu verbessern, daß diese
in einem einfachen Verfahren herstellbar ist, die genannte
Ansatzbildung zuverlässig verhindert wird und einen
störungsfreien Einsatz als Regelorgan in metallurgischen
Schmelzgefäßen ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Stopfenstange mit den Merkmalen des
Anspruchs 1.
Ein Gedanke der Erfindung ist es, anstelle einer nur im
Oberflächenbereich des nasenartigen Abschnitts ausgebilde
ten Schutzschicht den gesamten nasenartigen Abschnitt aus
einem anderen feuerfesten Werkstoff als dem des Basisteils
auszubilden, wobei eine Grenzfläche zwischen dem nasen
förmigen Abschnitt und dem Basisteil über den gesamten
Querschnitt der Stopfenstange ausgebildet wird.
Auf diese Weise läßt sich die Stopfenstange insgesamt
leicht herstellen, zum Beispiel pressen, indem zunächst
das Material des nasenförmigen Abschnitts in die Form ein
gefüllt und anschließend die Form mit dem Werkstoff des
Basisteils aufgefüllt wird, bevor der Preßvorgang beginnt.
Bereits durch den Preßvorgang kommt es dann über den ge
samten Querschnitt des Stopfenstangenkörpers zu einer
Verbindung der wechselseitigen Werkstoffe von Basisteil
und nasenartigem Abschnitt.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht
darin, den nasenartigen Abschnitt aus einem feuerfesten
Werkstoff auszubilden, dessen Kohlenstoffanteil bei einem
oxidierenden Brand über 900°C zumindest in einem ober
flächennahen Bereich ausbrennt. Mit anderen Worten: obwohl
der gesamte nasenartige Abschnitt aus ein und demselben,
kohlenstoffhaltigen Material besteht, bilden sich nach dem
Brand unterschiedliche Zonen im nasenartigen Abschnitt
aus, nämlich ein innerer Teil, der weiter kohlenstoffhal
tig ist und ein äußerer, den gesamten nasenartigen Ab
schnitt bedeckender Teil, der nunmehr kohlenstofffrei ist.
Dadurch, daß nasenförmiger Abschnitt und Basisteil über
die gesamte Querschnittsfläche des Stopfenstangenkörpers
gegeneinanderliegen, entfällt jedes Risiko eines
Abplatzens der kohlenstofffreien Oberflächenschicht des
nasenartigen Teils.
Eine weitere Optimierung kann dadurch erreicht werden,
indem der nasenartige Abschnitt unglasiert ist, wobei der
Ausbrand des Kohlenstoffs im Oberflächenbereich unter
stützt wird.
Demgegenüber kann der Basisteil oberflächlich glasiert
sein, wodurch dieser insgesamt eine höhere Festigkeit und
chemische Resistenz erhält.
Der nasenartige Abschnitt soll aus einem Werkstoff mit
einem Kohlenstoffgehalt < 10 Gew.-% bestehen. Dem Ziel
einer geringen Wärmedehnung dient eine Werkstoffauswahl
für den nasenartigen Abschnitt auf Basis Zirkoniummullit,
wobei der Gehalt an Zirkoniummullit über 50 Gew.-%
beträgt. Der Werkstoffmischung können weitere feuerfeste
Oxide und/oder Sinterhilfsmittel zugemischt werden. So
kann der Werkstoff für den nasenartigen Abschnitt 5 bis 20
Gew.-% Siliciumnitrid enthalten.
Wie ausgeführt besteht der Basisteil aus einem anderen
Werkstoff, erfindungsgemäß mit einem Kohlenstoffgehalt
< 20 Gew.-%, wobei der Kohlenstoffgehalt auch bis zu 35
Gew.-% betragen kann. Das Basismaterial dieses Werkstoffs
besteht dann beispielsweise aus Tonerde und/oder Korund,
also aluminiumoxidhaltigen Komponenten, denen wiederum
Sinterhilfsmittel in Anteilen von üblicherweise unter 8
Gew.-% zugemischt werden können.
Die vorstehenden Angaben beziehen sich auf eine unge
brannte Stopfenstange. Nach einer Ausführungsform soll die
Stopfenstange so ausgebildet sein, daß sie nach einem oxi
dierenden Brand oberhalb 900°C eine kohlenstofffreie
Oberflächenschicht des nasenartigen Abschnitts in einer
Stärke von mindestens 4 mm aufweist, wobei die Stärke
(Dicke) dieser Schicht typischerweise zwischen 4 und 10 mm
liegt, ausgehend von einem Durchmesser des zylinderförmi
gen Stopfenstangenkörpers von mindestens 300 mm, wobei der
Durchmesser auch deutlich darüber liegen kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs
beispieles näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur
- in schematisierter Darstellung - einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Stopfenstange.
Dabei beschreibt das Bezugszeichen 10 eine Stopfenstange
insgesamt, die aus einem Basisteil 12 und einem nasenartig
(kappenartig) gestalteten freien Endabschnitt 14 besteht.
Vom oberen Ende des Basisteils 12 verläuft mittig eine
axiale Aussparung 16, die zur Aufnahme einer (nicht darge
stellten) metallischen Führungsstange dient.
Der Werkstoff des Basisteils 12 besteht zu 95 Gew.-% aus
Korund und Graphit, Rest: Sinterhilfsmittel.
Mit dem Bezugszeichen 18 ist eine kreisrunde Grenzfläche
zwischen dem Basisteil 12 und dem nasenartigen Abschnitt
14 gekennzeichnet.
Der nasenartige Abschnitt 14 besteht aus einem Werkstoff
auf Basis Zirkoniummullit und er enthält neben 15 Gew.-%
Siliciumnitrid und 5% Graphit ebenfalls 5 Gew.-% Sinter
hilfsmittel.
Die dargestellte Stopfenstange wurde bei ca. 1.000°C
oxidierend gebrannt, mit der Folge, daß ein mit dem
Bezugszeichen 20 dargestellter, ca. 5 mm dicker Ober
flächenbereich des nasenartigen Abschnitts 14 nunmehr frei
von Kohlenstoff ist, während der umschlossene Kern 22 des
nasenartigen Abschnitts 14 weiter kohlenstoffhaltig ist.
Die integrale Ausbildung des nasenartigen Abschnitts 14
über die Grenzfläche 18 mit dem Basisteil 12 führt zu
einer innigen Verbindung der gemeinsam verpreßten Ab
schnitte 12, 14 und - nach Brand - zu einer ebenfalls
integralen Ausbildung einer kohlenstofffreien Oberflächen
schicht 20 im Bereich des nasenartigen Abschnitts 14.
Claims (5)
1. Stopfenstange mit folgenden Merkmalen:
- 1. 1.1 einem zylindrischen Stopfenstangenkörper (10), der an einem Basisteil (12) zur Aufnahme einer Führungsstange und an seinem freien Ende mit einem nasenartigen Abschnitt (14) ausgebildet ist, wobei
- 2. 1.2 sich eine Grenzfläche (18) zwischen dem nasenförmigen Abschnitt (14) und dem Basisteil (12) über den gesamten Querschnitt des Stopfen stangenkörpers (10) erstreckt und
- 3. 1.3 der nasenartige Abschnitt (14) aus einem feuerfesten Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt < 10 Gew.-% besteht und dessen Kohlenstoffgehalt bei einem oxidierenden Brand über 900°C zumindest in einem oberflächennahen Bereich (20) ausbrennt, während
- 4. 1.4 der Basisteil (12) aus einem feuerfesten Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt < 20 Gew.-% besteht.
2. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren nasenartiger
Abschnitt (14) unglasiert ist.
3. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren nasenartiger
Abschnitt (14) aus einem Werkstoff auf Basis Zirkonium
mullit besteht.
4. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren Basisteil (12) aus
einem Werkstoff auf Basis Tonerde und/oder Korund
besteht.
5. Stopfenstange nach Anspruch 1 mit einer nach einem oxi
dierenden Brand oberhalb 900°C kohlenstofffreien Ober
flächenschicht (20) des nasenartigen Abschnitts (14) in
einer Stärke von mindestens 4 mm.
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