DE4040388C2

DE4040388C2 -

Info

Publication number: DE4040388C2
Application number: DE19904040388
Authority: DE
Inventors: Derek 5144 Wegberg De Hill; William Donnelly Darvel Schottland/Scotland Gb Muir; Steven Dunbartonshire Schottland/Scotland Gb Lee
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1990-12-17
Publication date: 1993-08-12
Also published as: DE4040388A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum abgedichteten Halten eines feuerfesten, keramischen Stopfens für ein metallurgisches Gefäß an einem Trägerrohr, das von einer Stirnfläche des Stopfens her in ein Innengewinde eines separaten, vorgefertigten Einpreßteils eingeschraubt ist, welches im Stopfen sitzt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen solchen Stopfen.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Art ist in der EP 03 58 535 A2 beschrieben. Dort ist das Einpreßteil ein metallisches Teil. Dieses kann beim Brennen des Stopfens verzundern. Damit ist eine Schädigung des Innengewindes nicht ausgeschlossen. Außerdem treten beim Brennen des Stopfens zwischen diesem und dem metallischen Einpreßteil unterschiedliche Wärmedehnungen auf. Diese können den festen und dichten Sitz des Einpreßteils im Stopfen beeinträchtigen.

Zur Abdichtung ist nach der EP 03 58 535 A2 zwischen der Stirnfläche des Stopfens und dem Einpreßteil eine Ringfläche ausgebildet, auf der ein Bund des Trägerrohrs dicht aufsitzen soll. Abgesehen davon, daß der Bund eine zusätzliche Gestaltung des Trägerrohres bedingt, ist ungünstig, daß unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen dem Trägerrohr und dem Stopfen zu einem Undichtwerden führen können.

Nach der EP 03 58 535 A2 ist am Außengewinde des Trägerrohrs eine Mutter vorgesehen, um den Stopfen mittels einer Platte am Trägerrohr zu sichern. Beim Festziehen der Mutter besteht die Tendenz eines Lösens des Bundes des Trägerrohrs von der Dichtfläche. Es kann dadurch zu einer Undichtigkeit kommen.

Es ist ferner aus der AT-PS 2 65 547 ein Gießstopfenkopf bekannt, in dem ein Halteteil zum Festhalten eines Schraubeneinsatzes vorhanden ist, welches zusammen mit dem Gießstopfenkopf mitgeformt und mitgebrannt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die hinsichtlich des Sitzes des Einpreßteils im Stopfen verbessert ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Stopfen vorzuschlagen, in dem das Einpreßteil sicher sitzt.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Einpreßteil als ein vorgeformtes und vorgebranntes Fertigteil aus feuerfestem, keramischem Material ausgebildet ist, das in den ungebrannten Stopfen eingepreßt wird, wobei nach dem Brennen des Stopfens an den Grenzflächen zwischen dem Einpreßteil und dem Stopfen eine keramische Bindung besteht.

Dadurch, daß das Einpreßteil aus einem keramischen Material besteht, ist vermieden, daß es beim Brennen des Stopfens verzundern kann. Das Innengewinde des Einpreßteils bleibt somit ungeschädigt. In dieses keramische Innengewinde läßt sich das metallische Trägerrohr leicht einschrauben. Da das Einpreßteil vorgeformt und vorgebrannt ist, ist das Einformen desselben in den Stopfen sehr leicht.

Die keramische Bindung zwischen dem Einpreßteil und dem Stopfen gewährleistet einen dauerhaft festen Sitz des Einpreßteils im Stopfen, der sich auch bei den im Betrieb auftretenden Temperaturbeanspruchungen nicht löst oder lockert. Außerdem ist durch die keramische Bindung auch ein gasdichter Sitz des Einpreßteils im Stopfen auf Dauer gewährleistet. Dies ermöglicht vielfältige Gestaltungen der zwischen dem Trägerrohr und dem Stopfen vorzusehenden Abdichtung.

Ein erfindungsgemäßer Stopfen zeichnet sich dadurch aus, daß das Einpreßteil als ein vorgeformtes und vorgebranntes Fertigteil aus feuerfestem, keramischem Material ausgebildet ist, das in den ungebrannten Stopfen eingepreßt wird, wobei nach dem Brennen des Stopfens an den Grenzflächen zwischen dem Einpreßteil und dem Stopfen eine keramische Bindung besteht, und die Dichtfläche von einer Fläche des Stopfens und/oder einer Ringfläche des Einpreßteils gebildet ist.

Bei der Herstellung des Stopfens wird das vorgeformte und vorgebrannte Einpreßteil in den noch ungebrannten Stopfen eingepreßt. Anschließend erfolgt dann ein abschließender Brennvorgang. Bei diesem entsteht die keramische Bindung zwischen dem Einpreßteil und dem Stopfen.

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

Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Fig. 1 entsprechenden Ansicht,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel in einer Fig. 1 entsprechenden Ansicht,

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel in einer Fig. 1 entsprechenden Ansicht und

Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel in einer Fig. 1 entsprechenden Ansicht.

Ein Stopfen 1 aus feuerfestem, keramischem Material für ein metallurgisches Gefäß weist einen Innenraum 2 auf. In dem Stopfen 1 sitzt ein Einpreßteil 3. Dieses besteht ebenfalls aus feuerfestem, keramischem Material, insbesondere einem keramischen Material mit etwa 77% SiC und etwa 20% Si₃N₄.

Das Einpreßteil 3 weist ein Innengewinde 4 auf. Das Einpreßteil 3 endet in dem Stopfen 1 unterhalb dessen Stirnfläche 5. Das Einpreßteil 3 verjüngt sich in einem Bereich 6 an seiner Außenseite konisch zur Stirnfläche 5 hin. Im Anschluß an den konischen Bereich 6 weist das Einpreßteil 3 einen zylindrischen Bereich 7 auf. Der Querschnitt des Einpreßteils 3 ist an seinem Außenumfang kreisförmig. Er kann jedoch auch oval oder profiliert sein. Dadurch ist eine formschlüssige Verbindung gegen eine Drehbeanspruchung des Einpreßteils 3 um die Längsachse L erreicht. Die äußere Oberfläche des Einpreßteils 3 kann in den Bereichen 6, 7 auch Längsrippen oder Querrippen aufweisen, welche einerseits zu einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Einpreßteil 3 und dem Stopfen 1 und andererseits zu einer Vergrößerung der Grenzflächen 8, 9 des Stopfens 1 einerseits und des Einpreßteils 3 andererseits führen.

Das Einpreßteil 3 ist insbesondere dadurch mit dem Stopfen 1 festgehalten, daß die Grenzflächen 8, 9 durch eine keramische Bindung unlösbar und dicht miteinander verbunden sind. Diese keramische Bindung entsteht bei einer gemeinsamen Temperaturbehandlung des Stopfens 1 und des in diesen eingebrachten Einpreßteils 3. Hierfür wird das bereits vorgebrannte Einpreßteil 3 in den ungebrannten Stopfen 1 eingepreßt. Danach wird dann die Einheit aus Stopfen 1 und Einpreßteil 3 gebrannt, wobei der Stopfen 1 seine Endfestigkeit annimmt und die keramische Bindung zwischen den Grenzflächen 8, 9 entsteht. Diese gewährleistet nicht nur die praktisch unlösbare Verbindung zwischen dem Stopfen 1 und dem Einpreßteil 3, sondern stellt gleichzeitig sicher, daß zwischen den Grenzflächen 8, 9 keine Fuge verbleibt, durch die Gas strömen könnte.

Das Einpreßteil 3 hat den Vorteil, daß in seinem SiC- keramischen Material das Innengewinde 4 als Gewinde zur Aufnahme eines üblichen Außengewindes eines metallischen Trägerrohrs leicht zu schaffen ist, was in dem keramischen Material, das üblicherweise für den Stopfen 1 vorgesehen ist, kaum möglich wäre.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 weist das Einpreßteil an seiner der Stirnfläche 5 abgewandten Seite einen Innenbund 10 auf. Dieser bildet eine Ringfläche 11, welche bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 axial zur Längsachse L und beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 konisch verläuft.

In das Innengewinde 4 ist ein metallisches Trägerrohr 12 mit einem Außengewinde 13 eingeschraubt. Durch das Trägerrohr 12 ist dem Innenraum 2 des Stopfens 1 Gas zuführbar.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 4 steht der Rand 14 des unteren Endes 15 des Trägerrohrs 12 der Ringfläche 11 in Richtung der Längsachse L gegenüber.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 ist an das Trägerrohr 12 ein Flansch 16 angeschweißt, der der Stirnfläche 5 gegenübersteht. Zwischen dem Flansch 16 und der Stirnfläche 5 ist bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 eine komprimierbare Dichtung 17 bzw. 18 angeordnet, die von keramischem Fasermaterial gebildet ist. Der Flansch 16 weist eine Bohrung 19, insbesondere Gewindebohrung, auf, in die zur Verdrehsicherung des Stopfens 1 gegenüber dem Trägerrohr 12 ein Stift, insbesondere Gewindestift 20, einsetzbar ist, welcher in eine Bohrung 21 der Stirnfläche 5 greift.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Dichtung 17 von einer Lage gebildet, die praktisch die gesamte Fläche des Flansches 16 einnimmt. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 ist die Dichtung 18 in Form eines Ringes gestaltet, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des Flansches 16 und dessen Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Flansches 16. Am Flansch 16 ist ein Aufnahmering 22 befestigt, der eine die Dichtung 18 aufnehmende Vertiefung 23 bildet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 zusätzlich zwischen die Ringfläche 11 und den Rand 14 des unteren Endes 15 des Trägerrohrs 12 ein Metall-Dichtring, insbesondere ein Kupfer-Dichtring 24, eingelegt.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 geschieht die Festlegung des Stopfens 1 an dem Trägerrohr 12 etwa folgendermaßen:
Der Stopfen 1 wird mit dem Innengewinde 4 seines Einpreßteils 3 auf das Außengewinde 13 des Trägerrohrs 12 geschraubt, bis die Dichtungen 17 bzw. 18 hinreichend zusammengedrückt sind. Die Dichtungen 17, 18 brauchen bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 nur dicht gegen einen solchen Gasstrom zu sein, der zwischen dem Innengewinde 4 und dem Außengewinde 13 strömen könnte, da die Grenzflächen 8, 9 ohnehin dauerhaft gasdicht sind. Die Gasdruckbelastungen der Dichtungen 17, 18 sind somit von vornherein nicht hoch.

Nachdem die Dichtungen 17 bzw. 18 hinreichend komprimiert sind, also das Trägerrohr 12 hinreichend in das Einpreßteil 3 eingeschraubt ist, wird der Gewindestift 20 in die Gewindebohrung 19 gesetzt, so daß er in die Bohrung 21 greift. Es können am Umfang der Stirnfläche 5 mehrere solcher Bohrungen 21 vorgesehen sein. Es ist auch möglich, nach dem Einschrauben des Trägerrohrs 12 in das Einpreßteil 3 durch die Gewindebohrung 19 hindurch eine geeignete Bohrung 21 in die Stirnfläche 5 zu bohren und dann den Gewindestift 20 zu setzen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird das Innengewinde 4 des Einpreßteils 3 auf das Außengewinde 13 des Trägerrohrs 12 geschraubt, bis der Dichtring 24 einen dichtenden Anschlag bildet. Die Dichtung 18 ist dann ebenfalls komprimiert. Es wird danach mittels des Gewindestiftes 20 die Verdrehsicherung zwischen dem Stopfen 1 und dem Trägerrohr 12 in der beschriebenen Weise hergestellt. Im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 sind die Dichtungsanforderungen an die Dichtung 18 noch geringer als bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2, da der Dichtring 24 den Innenraum 2 des Stopfens 1 gegenüber dem Gewinde 4, 13 abdichtet. Günstig dabei ist auch, daß die Gewindeverbindung 4, 13 und die Abdichtung 11, 14, 24 zwischen den beiden gleichen Bauteilen, nämlich dem Trägerrohr 12 und dem Einpreßteil 3, erfolgt, so daß bauliche Toleranzen auf die dichte Halterung praktisch ohne Einfluß sind. Dies gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Ringfläche 11 und der Rand 14 konisch gestaltet. Zwischen diesen liegt der Metall-Dichtring 24. Das Trägerrohr 12 weist hier keinen Flansch auf. Die Verdrehsicherung ist dadurch erreicht, daß in eine zur Längsachse L radiale Bohrung 25 ein Stift 26 eingesteckt ist, der direkt in eine Sackbohrung 27 des Trägerrohrs 12 greift.

Der Stopfen 1 wird mit dem Innengewinde 4 seines Einpreßteils 3 so weit auf das Außengewinde 13 des Trägerrohrs 12 geschraubt, bis der Dichtring 24 dicht zwischen der Ringfläche 11 und dem Rand 14 sitzt. Anschließend wird durch die Bohrung 25 hindurch die Sackbohrung 27 angefertigt und dann der Stift 26 eingeschoben oder eingeschraubt. Dadurch sind der Stopfen und das Trägerrohr 12 dauerhaft dicht und fest verbunden.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 ist vorteilhaft, daß die durch den Dichtring 24 geschaffene Abdichtung an der der Stirnfläche 5 abgewandten Seite des Innengewindes 4 liegt. Denn dadurch können im Betrieb entstehende temperaturbedingte Wärmedehnungen des Trägerrohrs 12, die größer sind als die Wärmedehnungen des Stopfens 1, nicht zur Beeinträchtigung der Dichtwirkung führen. Dies wird auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 erreicht.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist das Einpreßteil 3 den Bund 10 nicht auf. Das Trägerrohr 12 erstreckt sich durch das Einpreßteil 3 hindurch. Der Rand 14 seines unteren Endes 15 steht einer konischen Ringfläche 28 gegenüber, die in dem Innenraum 2 ausgebildet ist. Zwischen der Ringfläche 28 und dem Rand 14 liegt der Dichtring 24. Die Ringfläche 28 liegt dem unteren - der Stirnfläche 5 abgewandten - Seite des Einpreßteils 3 sehr nahe, so daß das Trägerrohr 12 das Einpreßteil 3 nach unten nur um eine Strecke überragt, die kleiner ist, als die Länge des Einpreßteils 3.

Claims

1. Einrichtung zum abgedichteten Halten eines feuerfesten, keramischen Stopfens für ein metallurgisches Gefäß an einem Trägerrohr, das von einer Stirnfläche des Stopfens her in ein Innengewinde eines separaten, vorgefertigten Einpreßteils eingeschraubt ist, welches im Stopfen sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßteil (3) als ein vorgeformtes und vorgebranntes Fertigteil aus feuerfestem, keramischem Material ausgebildet ist, das in den ungebrannten Stopfen (1) eingepreßt wird, wobei nach dem Brennen des Stopfens (1) an den Grenzflächen (8, 9) zwischen dem Einpreßteil (3) und dem Stopfen (1) eine keramische Bindung besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung von einer an der Stirnfläche (5) anliegenden, komprimierbaren Dichtung (17, 18) gebildet ist, die von einem am Trägerrohr (12) befestigten Flansch (16) auf die Stirnfläche (5) gedrückt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (17, 18) aus keramischem Fasermaterial besteht.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung eine Ringfläche (11, 28) in dem Innenraum (2) des Stopfens (1) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (28) am Stopfen (1) ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (11) am Einpreßteil (3) ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßteil (3) an seinem der Stirnfläche (5) abgewandten Ende einen Innenbund (10) aufweist, der die dem Ende (15) des Trägerrohrs (12) zugewandte abdichtende Ringfläche (11) bildet.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ringfläche (11) das Ende (15) des Trägerrohrs (12) direkt oder über einen Dichtring (24) drückt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (11, 28) konisch verläuft.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (24) ein Metall-Dichtring ist.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfläche (28) im Stopfen (1) nahe beim Einpreßteil (3), bei dessen der Stirnfläche (5) abgewandten Seite, ausgebildet ist.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehsicherung des Stopfens (1) gegenüber dem Trägerrohr (12) ein parallel oder schräg zur Längsachse (L) des Trägerrohrs (12) durch einen an dem Trägerrohr (12) befestigten Flansch (16) in eine Bohrung (21) der Stirnfläche (5) des Stopfens (1) einführbarer Stift (20) vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehsicherung des Stopfens (1) gegenüber dem Trägerrohr (12) ein sich etwa radial zur Längsachse (L) des Trägerrohrs (12) erstreckender Stift (26) vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Einpreßteil (3) an seiner Außenseite in einem Bereich (6) konisch zur Stirnfläche (5) des Stopfens (1) hin verjüngt.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßteil (3) im Anschluß an den konischen Bereich (6) einen zylindrischen Bereich (7) aufweist.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßteil (3) im Querschnitt kreisförmig oder oval ist.

17. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßteil (3) an seinem Außenumfang profiliert ist.

18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßteil (3) aus einem keramischen Material mit etwa 77% SiC und etwa 20% Si₃N₄ besteht.

19. Stopfen mit einer Dichtfläche und mit einem Innenraum, in dem ein Gewinde eines separaten, vorgefertigten Anpreßteils liegt, in das ein Trägerrohr einschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßteil (3) als ein vorgeformtes und vorgebranntes Fertigteil aus feuerfestem, keramischen Material ausgebildet ist, das in den ungebrannten Stopfen (1) eingepreßt wird, wobei nach dem Brennen des Stopfens (1) an den Grenzflächen (8, 9) zwischen dem Einpreßteil (3) und dem Stopfen (1) eine keramische Bindung besteht, und daß die Dichtfläche von einer Fläche (5, 28) des Stopfens (1) und/oder einer Ringfläche (11) des Einpreßteils (3) gebildet ist.