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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Abdichten der Formteilungsfläche
oder Trennebene zwischen zwei aneinanderstoßenden, feuerfesten Teilen
einer Abflussrinne für
schmelzflüssiges
Metall.
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Zum Gießen von Stahl aus einer Gießpfanne in
eine Kokille wird der Stahl über
den Boden der Gießpfanne
durch einen Durchflussregelungsschieber abgelassen und fließt dann
durch ein Gießstrahlschutzrohr
in einen Verteiler; der Stahl wird danach über den Boden des Verteilers
durch einen inneren Ausguss abgelassen und fließt dann durch einen äußeren Ausguss
in die Kokille ein.
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In der Stahlgießanlage trifft man dabei auf zwei
Trennebenen aneinanderstoßender
feuerfester Teile: eine Trennebene zwischen zwei feuerfesten Platten
des Pfannen-Ablass-Schiebers und eine Trennebene zwischen dem inneren
und äußeren feuerfesten
Ausguss.
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Ein Schieber zur Regelung der Pfannenablassmenge
weist nämlich
in der Regel zwei aneinanderstoßende
feuerfeste Platten auf, die in einer quer zur Fließrichtung
der Metallschmelze verlaufenden Ebene übereinander verschiebbar und
jeweils mit einem Loch versehen sind; dabei wird durch Verschieben
der Platten die Überlappungsfläche dieser beiden
Löcher
geregelt und damit der Stahldurchfluss reguliert.
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Schieber zur Regelung der Ablassmenge sind
in den Druckschriften FR 2 560 085, FR 2 415 507 und FR 2 529 493
beschrieben:
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- – in
FR 2 560 085 werden in der Nähe
der Trennebene der feuerfesten Platten Hohlräume ausgebildet, in die Kohlenwasserstoffe
eingebracht oder eingeblasen werden (Beispiel: festes Pech, Fett
oder Methangas); diese Kohlenwasserstoffe laufen durch die Poren
des Feuerfestmaterials, insbesondere bis zu den aneinanderstoßenden Flächen der
Platten, und "verhindern
somit weitgehend das Eindringen von schmelzflüssigem Stahl zwischen den Platten" (Abdichtungseffekt) "bei gleichzeitiger
Gewährleistung eines
Schmiereffekts, der reibungsgebundene Beschädigungen verhindert" (Seite 2, Zeilen
24 bis 30).
- – in
FR 2 415 507 wird über
einen in der Trennebene von feuerfesten Teilen ausgebildeten Ringkanal,
der eine Gießrinne
bildet, ein Inertgas (Argon) eingeblasen, um den Metalldurchfluss
zu regeln (insbesondere um den Übergeschwindigkeitseffekt
zu Beginn des Gießens
zu kontrollieren); das eingeblasene Gas befindet sich danach in
der Gießrinne.
- – in
FR 2 529 493, Druckschrift, auf welcher der Oberbegriff der beigefügten Patentansprüche beruht, wird
darauf hingewiesen, dass die feuerfesten Platten dieser Schieber
gewöhnlich
aus Aluminiumoxid, Zirkon oder Magnesiumoxid sind, generell mit
Graphitzusatz, und im Vakuum schonend mit Teer imprägniert werden;
dabei wird ausgeführt,
dass das Überleiten
des Metalls in das Gießrohr
eine Luftansaugung zwischen den Platten bewirkt und dadurch zu einer
deutlichen Verschlechterung der Reinheit im Hinblick auf Einschlüsse führt; es
wird eine Vorrichtung beschrieben, die im Bereich der Trennebene zwischen
den feuerfesten Teilen ("zu
schmierende und zu schützende
Zone") einen um
das Gießrohr laufenden
Ringkanal aufweist; zur Verbesserung der Dichtheit und zur Verminderung
der Luftansaugungen wird "schmierendes
und schützendes" Material in den
Ringkanal eingespritzt (Beispiel: Pech, Derivat der Kohle- oder
Erdöldestillation);
dieses Material "breitet
sich in der Lücke
zwischen den Platten aus" (Seite
4, Zeile 18).
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Die Trennfläche zwischen einem inneren
und einem äußeren feuerfesten
Ausguss wirft die gleichen Abdichtungsprobleme wie bei den beiden
aneinanderstoßenden
feuerfesten Platten auf; da der äußere Ausguss
aus feuerfestem Material während
des Gießens
ausgewechselt werden können
muss (mit Hilfe einer Ausgussauswechselvorrichtung), weist dieser
Ausguss folglich eine Trennebene oder Trennfläche mit dem inneren Ausguss
auf.
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Ist die Dichtheit zwischen zwei aneinanderstoßenden,
feuerfesten Elementen der Flüssigmetall-Gießstrecke
nicht hinreichend sichergestellt, führt der Unterdruck, der durch
das Fließen
der Stahlschmelze in der Gießrinne
erzeugt wird, im Bereich der Trennebenen der feuerfesten Teile der
Gießstrecke
zu Ansaugungen von Außengas.
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Um zu vermeiden, dass bestimmte Gase
der Atmosphäre
wie Sauerstoff oder Stickstoff in diesem Bereich in die Flüssigmetall-Gießstrecke
eindringen, wird im Allgemeinen ein Inertgas wie Argon in Höhe der Trennebene
eingeblasen; das eingeblasene Gas befindet sich folglich danach
in der Gießstrecke.
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So wird an den Trennebenen oder Trennflächen aufeinanderfolgender
feuerfester Teile einer Flüssigmetall-Gießstrecke
im Allgemeinen ein Ringkanal zur Diffusion von Inertgas vorgesehen,
der an dieser Stelle um die Flüssigmetallrinne
läuft.
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Dieser Ringkanal ist an eine Versorgungsleitung
angeschlossen, die zur Außenseite
der Ausgüsse
führt;
sie ist selbst mit Mitteln zum Einblasen von Inertgas verbunden.
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Beim Gießen von flüssigem Metall wird also in
diesem Ringkanal ein Inertgasdurchfluss aufrechterhalten, der an
den Trennebenen der feuerfesten Teile der Strecke angesaugt werden
soll, um an dieser Stelle Gaseintritte aus der Atmosphäre in die Flüssigmetall-Gießstrecke
zu vermeiden.
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Dabei ist der Inertgasdurchfluss
sogar generell genügend
hoch, damit ein Teil des Inertgases auch zur Außenseite der Trennebene ausströmt, d. h. zur
Atmosphäre.
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Nachteilig ist bei einem solchen
Verfahren, dass es große
Mengen Inertgas verbraucht.
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Ein weiterer Nachteil wird durch
das Inertgas im Metallschmelzefluss herbeigeführt: dieses Gas kann sich schädlich auf
die Erstarrung des Metalls (insbesondere in der Kokille) auswirken,
was für
die Qualität
des erzeugten Metalls nachteilig ist.
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Um die Dichtheit der Trennebene zu
verbessern und die Luftansaugungen im Gießrohr zu vermindern, kann man
darüber
hinaus auch einen Stoff in die Trennebene einspritzen, wie er in
FR 2 529 493 beschrieben ist.
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Für
dieses Einspritzen werden dann in einem der feuerfesten Elemente
ausgebildete Zirkulationsmittel genutzt, um die Trennebene oder
Grenzfläche zwischen
den feuerfesten Elementen zu erreichen, sowie Mittel zum Befördern dieses
Stoffs durch diese Zirkulationsmittel hindurch.
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Nachteilig ist bei der in FR2 5 29
4 93 beeschriebenen Vorrichtung, dass sie sich schnell verstopft
und dass bei Verstopfung der Zirkulationsmittel für den eingespritzten
Stoff wiederum Luft in großen Mengen
in das Gießrohr
eingesaugt werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die
vorgenannten Nachteile zu vermeiden.
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Dazu betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Gießen
von flüssigem
Metall durch eine Leitung oder Rinne, welche wenigstens zwei aneinanderstoßende, feuerfeste
Teile umfasst, bei dem man während des
Fließens
des flüssigen
Metalls in dieser Rinne ein dem flüssigen Metall gegenüber inaktives
Gas in der Höhe
der Trennebene zwischen den beiden feuerfesten Teilen einbläst, um das
Eindringen von Gas aus der Atmosphäre in die Rinne im Bereich
der Trennebene zu vermeiden, dadurch gekennzeichnet, dass man mit
Hilfe des inaktiven Gases in der Höhe der Trennebene Öl vorantreibt
oder einspritzt, und dass
die Krack- oder Zersetzungstemperatur
des Öls
geringer als die Temperatur der Trennebene an der Einblasstelle
des inaktiven Gases ist; auf diese Weise kolmatieren die festen
Krack- oder Zersetzungsrückstände die
Trennebene und verbessern dadurch ihre Dichtheit, und dass
das Öl Kohlenstoffteilchen,
insbesondere Graphit und/oder Gasruß enthält; diese Feststoffteilchen
verstärken
den Kolmatierungseftekt der Trennebene.
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Die Erfindung kann auch eines oder
mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
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- – man
spritzt das Öl
intermittierend in "Dosen" mit vorbestimmtem
Volumen ein; dabei treibt das inaktive Gas jede Öldosis in die Trennebene hinein;
die Verstopfungsgefahren der Gaseinblasleitungen werden dadurch
noch vermindert.
- – bläst man das
Gas in einen um die Rinne in der Trennebene ausgebildeten Ringkanal
ein, ist das Öldosisvolumen
vorzugsweise größer als
das Volumen des Ringkanals.
- – man
regelt das Einspritzen oder Antreiben des Öls in Abhängigkeit von der Bewertung
des Dichtheitsgrades der Trennebene; man kann die Öleinspritzung sogar
ganz unterbinden, wenn man der Ansicht ist, einen hinreichenden
Dichtheitsgrad erreicht zu haben, und die Öleinspritzung wieder auslösen, wenn sich
der Dichtheitsgrad erneut verschlechtert; durch diese Regelung kann
der Verbrauch von inaktivem Gas auf einem minimalen Niveau gehalten
werden, und auch die Verstopfungsgefahren können vermindert werden.
- – man
regelt die Öleinspritzung,
indem man die Einspritzfrequenz der Öldosen ändert.
- – man
bewertet den Dichtheitsgrad in Abhängigkeit vom Einspritzdruck
des inaktiven Gases oder in Abhängigkeit
von der Einspritzmenge des inaktiven Gases; bei gegebener Menge
ist ein schwacher Druck ein Zeichen für eine schlechte Dichtheit;
bei gegebenem Druck ist eine hohe Menge ein Zeichen für eine schlechte
Dichtheit.
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Die Erfindung wird beim Lesen der
nachfolgenden Beschreibung, welche als nicht einschränkendes
Beispiel und mit Bezug auf den Fall der Verbindung zwischen zwei
aneinanderstoßenden,
feuerfesten Ausgüssen
einer Strecke zum Stranggießen von
Stahl angegeben wird, besser verständlich.
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Auf dieser Gießstrecke befindet sich eine Gießpfanne,
ein Verteiler und eine Kokille; der flüssige Stahl im Verteiler wird über einen
an den Verteilerboden angeformten inneren Ausguss abgelassen, welcher
mit einem feuerfesten äußeren Ausguss
verbunden ist, dessen unteres Ende unter dem Schmelzespiegel in
der Kokille eingetaucht ist.
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Die beiden aufeinanderfolgenden,
feuerfesten Teile, d. h. der innere und der äußere Ausguss, bilden also ein
Element einer Gießrinne
für flüssigen Stahl.
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Die Trennebene oder Trennfläche dieser
beiden Teile weist einen um die Rinne geführten Ringkanal und eine nach
außen
führende
Versorgungsleitung für
den Ringkanal auf.
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Durch geeignete Verbindungsmittel
wird die Versorgungsleitung mit Mitteln zum Einblasen von Inertgas
verbunden.
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Das Zuführsystem für Inertgas wird zusätzlich mit
einer geeigneten Vorrichtung vorsehen, um bis in Höhe des Ringkanals Öl in dieses
Zuführsystem
einzuspritzen.
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Diese Vorrichtung zum Einspritzen
von Öl kann
eine Vorrichtung für
kontinuierliche Einspritzungen oder eine Vorrichtung für intermittierende
Einspritzungen von "Öldosen" sein.
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Als Vorrichtung zum kontinuierlichen
Einspritzen von Öl
kann man insbesondere eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Öltropfchen im Inertgas verwenden,
oder auch einen "Öler" der Art, wie er herkömmlicherweise
in Druckluftleitungen zur Versorgung von Pneumatikzylindern eingesetzt
wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gießen schmelzflüssiger Metalle
soll nun näher
erläutert werden.
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In in sich bekannter Weise wird Stahl
in den Verteiler eingefüllt;
der in dem Verteiler enthaltene Stahl fließt dann durch Schwerkraft durch
die von den beiden feuerfesten Ausgüssen gebildete Rinne in die Kokille.
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Während
des Fließens
des schmelzflüssigen Metalls
in dieser Rinne wird der Versorgungsleitung des Ringkanals Inertgas,
beispielsweise Argon zugeführt,
so dass bei Undichtigkeiten in der Trennebene der beiden Ausgüsse nur
Inertgas in das schmelzflüssige
Metall eindringt, wobei jegliche Verschmutzungsgefahr des flüssigen Stahls
durch reaktive Gase wie Sauerstoff oder Stickstoff, die aus der
Atmosphäre
kommen, vermieden wird.
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Dabei ist anzumerken, dass diese
Undichtigkeiten von Bearbeitungsfehlern der Trennebenen der Ausgüsse und
der Abnutzung dieser Trennebenen herrühren, beispielsweise als Folge
der Positionierung des äußeren Ausgusses
beim Ausgusswechsel.
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Im Falle von Gießschiebern am Austritt einer Gießpfanne
entstehen diese Undichtigkeiten durch die Abnutzung der beiden verschiebbaren
Platten des Schiebers.
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Die in die Trennebene der Ausgüsse eingespritzte
Menge Inertgas hängt
also vom Umfang dieser Undichtigkeiten ab und wird in in sich bekannter Weise
angepasst, um jegliche Verschmutzungsgefahr des flüssigen Stahls
durch reaktive Gase wie Sauerstoff oder Stickstoff zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird also mit Hilfe der bereits
zitierten Vorrichtung Öl
in die Inertgaszuführung eingespritzt,
derart, dass es bis zum Ringkanal mitgeschleppt und auf dem gesamten
Umfang dieses Kanals gleichmäßig verteilt
wird, von wo aus es dann mit dem Inertgas durch die undichten Zwischenräume um die
Trennebene der beiden Ausgüsse
herum einerseits zur Mitte der Rinne, wo das flüssige Metall fließt, andererseits
nach außen
angesaugt oder getrieben wird.
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Da im Bereich der Trennebene, insbesondere
im Bereich zwischen Ringkanal und Innenwand der Rinne eine sehr
hohe Temperatur herrscht, zerfällt
das in diese Trennebene eingeschleppte Öl in feste Teilchen, die sich
zusammenballen und sich nach und nach in den undichten Zwischenräumen anhäufen, bis
diese vollständig
kolmatiert sind.
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Es kommt dann allmählich, dank
der Erfindung, zu einer verbesserten, wenn nicht gar kompletten
Abdichtung der Trennebene, wodurch der Inertgasverbrauch spürbar verringert
werden kann; da außerdem
das Öleinspritzsystem
und das Gaseinblassystem ein gemeinsames System ist, werden die
Verstopfungsgefahren, die bei der in FR 2 529 493 beschriebenen
Vorrichtung bestehen, wesentlich vermindert; bei unzureichender
Kolmatierung der Trennebene kann durch das Einblasen von Inertgas
die Luftansaugung im Gießrohr
jederzeit vermieden werden.
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Dabei wird festgestellt, dass die
Abdichtung schneller erfolgt, wenn Öl in Dosen mit größerem Volumen
als das Volumen des Ringkanals eingespritzt wird, wobei man dann
diese Öl-Dosen
intermittierend einspritzt.
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Ebenso wird eine Verbesserung der
Qualität des
erfindungsgemäß gegossenen
Stahls festgestellt, insbesondere weil die in das flüssige Metall
eingeschleppte Inertgasmenge wesentlich geringer ist.
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Zur Durchführung der Erfindung wird ein Öl gewählt, dessen
Krack- oder Zersetzungstemperatur geringer ist als die normale Temperatur,
die im Ringkanal beim Gießen
des Metalls in der Rinne herrscht.
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Zur Durchführung der Erfindung werden
solche Öle
gewählt,
die suspendierte Kohlenstoffteilchen enthalten, was die Kolmatierung
der Leckstellen erleichtert.
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Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
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Beispiel 1:
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Dieses Beispiel soll ein bekanntes
Verfahren näher
erläutern,
das zum Kolmatieren der Trennebene zwischen zwei Ausgüssen zum
Gießen
von Stahl eingesetzt wird und für
das Verständnis
der Erindung nützlich
ist.
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Die Merkmale der Vorrichtung im Bereich
der Trennebene sind die folgenden:
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- – Innendurchmesser
der Gießrinne:
70 mm
- – Ringdurchmesser
des Ringkanals zum Einblasen von Inertgas: 120 mm
- – Ringkanal
mit annähernd
halbzylindrischem Querschnitt: Breite 5 mm, Höhe 3 mm (das Gesamtvolumen
des Ringkanals erreicht also etwa 4 cm3)
- – Art
des Inertgases: Argon
- – Art
des zum Einspritzen benutzten Öls: Öl mit der Bezeichnung "TELLUS 22" der Firma SHELL.
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Die Öleinspritzvorrichtung ist geeignet, Öldosen mit
einem erheblich größeren Volumen
als das Volumen des Ringkanals intermittierend und in der Weise
einzuspritzen, dass diese Öl-Dosen
durch das Inertgas vorangetrieben werden und sich gleichmäßig im gesamten
Volumen des Ringkanals verteilen; dazu kann ein Inertgasüberdruck
beim Einspritzen einer Öl-Dosis
notwendig sein.
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Während
des Gießens
des Stahls in der Gießrinne
und während
Inertgas in in sich bekannter Weise in den Ringkanal eingeblasen
wird, um zu verhindern, dass reaktive Gase in das Gießsystem
eindringen, wird also mit Hilfe der Öleinspritzvorrichtung auch Öl in die
Inertgaszuführung
eingespritzt.
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Dabei wird der Gang der Öleinspritzvorrichtung
vorzugsweise so eingestellt, dass die Einspritzungen gestoppt werden,
sobald der geforderte Abdichtungsgrad erreicht ist, und wieder aufgenommen werden,
sobald der bewertete Abdichtungsgrad nicht mehr als hinreichend
betrachtet wird.
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Der Abdichtungsgrad zwischen den
beiden Ausgüssen
wird beispielsweise durch Messen des Ringkanal-Versorgungsdrucks
bei konstanter Menge oder beispielsweise durch Messen der Versorgungsmenge
bei konstantem Druck bewertet.
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Liegen Undichtigkeiten im Bereich
der Trennebene nach außen
in Bezug auf die Gießrinne
vor, entzündet
sich die bei den Einspritzungen nach außen in die Atmosphäre abgespritzte Ölmenge im
Bereich der Trennebene von selbst.
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Nach Durchführung der Erfindung wurden die
Kohlenstoffgehalte des erzeugten Stahls analysiert, wobei keine
Aufnahme von Kohlenstoff in diesem Stahl festgestellt wurde, was
deutlich zeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren das flüssige Metall nicht
mit Kohlenstoff verunreinigt.
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Es war nämlich zu befürchten,
dass die aus der Zersetzung des Öls
resultierenden festen Teilchen während
der Durchführung
der Erfindung in das Metall eingeschleppt werden.
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Beispiel 2: Erfindungsgemäßes Verfahren
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Weitere schlüssige Versuche wurden unter den
gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 mit dem gleichen Öl durchgeführt, das
jedoch enthielt:
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- – entweder
10 Gew.-% Graphit (Korngröße: 70% Siebdurchgang
bei Maschenweite 100 μm)
- – Gasruß einer
Qualität,
die gewöhnlich
im "Formpulver" verwendet wird,
d. h. zum Schmieren des Stahls in den Stranggußkokillen; dieses Pulver wird
von der Firma DENAIN ANZIN MINERAUX geliefert.
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Beispiel 3: Erfindungsgemäßes Verfahren
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Dieses Beispiel soll eine Durchführungsvariante
des erfindungsgemäßen Gießverfahrens
näher erläutern, für den Fall,
dass "Dosen" von Öl in regelmäßigem Abstand
in die Inertgaszuführurg
eingespritzt werden, für
den Fall, dass Inertgaszuführungsmittel
zur Verfügung
stehen, die mengenmäßig reguliert
werden können,
und für
den Fall, dass die Öl- und
Inertgaseinspritzung in Abhängigkeit
vom "Ziel"-Abdichtungsgrad
geregelt wird.
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Gemäß dieser Variante:
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- – wird
ein "oberer" Wert und ein "unterer" Wert für die Inertgaszuführungsmenge
festgelegt; dabei kann der "untere" Wert gleich 10 des "oberen" Wertes sein.
- – ausgehend
von diesen Werten wird ein Mindestwert und ein Höchstwert für den Versorgungsdruck des Ringkanals
ermittelt und festgelegt.
- – ebenso
wird das Volumen jeder eingespritzten "Dosis", der Einspritzzeitraum dieser Dosis
und eine Höchstzahl
von Abdichtungsdosen festgelegt; das Volumen ist dabei vorzugsweise
weitaus größer als das
Volumen des Ringkanals.
- – der
Ringkanal wird gemäß einer
mit dem "oberen" Wert festgelegten
Inertgasmenge mit Inertgas versorgt und während des Gießens des
Metalls wird der Versorgungsdruck des Kanals gemessen.
- – es
wird dann, solange der Druck in diesem Kanal nicht den vorbestimmten
Höchstwert
erreicht, in jedem Einspritzzeitraum eine "Dosis" Öl
so in die Inertgaszuführung
eingespritzt, dass diese Öl-Dosis
in den Ringkanal getrieben und gleichmäßig im Volumen dieses Kanals
verteilt wird; zum Antreiben dieser Dosis kann ein momentaner Inertgasüberdurck notwendig
sein.
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Ist der gemessene Druck bei konstanter Menge
schwach, bedeutet dies, dass der Undichtigkeitsgrad im Bereich der
Trennstelle der Rohre hoch ist.
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Ist der gemessene Druck bei konstanter Menge
hoch, bedeutet dies, dass die Leckstellen kolmatiert oder so gut
wie kolmatiert sind.
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- – erreicht
der Druck in diesem Kanal danach den Höchstwert, wird die Inertgasmenge,
die dem Ringkanal zugeführt
wird, auf den "unteren" Wert reduziert.
- – fällt der
Druck später
unter den "Mindestwert" ab, wird die Inertgasmenge
erneut bis auf den "oberen" Wert erhöht.
- – erreicht
der Druck in diesem Kanal nicht den Höchstwert, wenn die Höchstzahl
der Öleinspritzdosen
erreicht ist, werden die Öleinspritzungen
eingestellt und die Inertgasmenge wird auf ihrem "oberen" Wert gehalten.
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Durch die Einspritzung hoher Öl-Dosen
und deren gleichmäßiges Aufbringen
im gesamten Ringkanal kann die Verschmutzung des Ringkanals vermieden
werden, was notwendig ist, um die Dichtheit der Trennebene bewahren
und wenn nötig
wiederherstellen zu können,
insbesondere nach einem Wechsel des äußeren Ausgusses.
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Wird diese Variante bei der in Beispiel
1 oder 2 beschriebenen Anlage eingesetzt, können beispielsweise folgende
Werte gewählt
werden:
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- – "oberer" Wert für die Inertgasmenge:
5 N.l/min (Normliter pro Minute)
- – "unterer" Wert für die Inertgasmenge:
0,5 N.l/min
- – Mindestwert
für den
Versorgungsdruck: 0,2·105 Pa
- – Höchstwert
für den
Versorgungsdruck: 1·105 Pa
- – Nennvolumen
einer Öleinspritzdosis:
50 cm3
- – Öleinspritzzeitraum:
5 Minuten
- – Höchstzahl
der Öleinspritzdosen:
5.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird bemerkt, dass der Argon-Versorgungsdruck im Versorgungskanal
des Ringkanals nach und nach von 0,3 105 Pa
auf 2 105 Pa ansteigt, was ein Zeichen für eine gute
Kolmatierung der Trennebene der beiden feuerfesten Ausgüsse ist.
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Dabei wird festgestellt, dass sich
die Druckentwicklung als Folge der Öleinspritzungen über mehrere
Minuten hinziehen kann.