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Diese
Erfindung betrifft metallurgische Gießrohre, bei denen mindestens
ein Ende des Rohrs, typischerweise das untere oder stromabwärtige Ende, in
einen Sumpf von geschmolzenem Metall eingetaucht ist. Gießrohre leiten
geschmolzenes Metall aus einem metallurgischen Gefäß in eine
Gussform oder ein anderes Gefäß. Beispiele
solcher Rohre schließen
Taucheintrittsausgüsse
(sub-entry nozzles (SENs)) und Taucheintrittsmäntel (sub-entry shrouds (SESs))
ein, die besondere Verwendung beim Stranggießen von geschmolzenem Stahl
finden.
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Beim
Stranggießen
von Stahl wird typischerweise ein Strom von geschmolzenem Stahl
durch ein Gießrohr
aus einem ersten metallurgischen Gefäß in ein zweites metallurgisches
Gefäß oder eine
Gussform überführt. Das
untere oder stromabwärtige Ende
des Gießrohrs
ist in einen Sumpf von geschmolzenem Stahl eingetaucht und weist
unter der Oberfläche
liegende Auslässe
unterhalb des Oberflächenniveaus
des geschmolzenen Stahls auf. Solche Auslässe gestatten es, dass der
Stahl ohne Kontakt mit Luft oder Schlacke aus dem ersten Gefäß in das zweite
Gefäß strömt. Dies
verringert die Oxidation und begrenzt die Verunreinigung durch Schlacke.
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Gießrohre werden
typischerweise vor dem Gebrauch vorgewärmt, jedoch sind die Rohre,
obwohl sie vorgewärmt
werden, im Vergleich zum geschmolzenen Stahl verhältnismäßig kalt.
Der geschmolzene Stahl, der durch oder um das Rohr herum strömt, setzt
das Rohr einem Wärmeschock
aus, der bewirken kann, dass das Rohr bricht oder reißt. Folglich
umfassen Gießrohre
typischerweise wärmeschockbeständige Feuerfestmaterialien.
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Während des
Gießens
erstreckt sich ein eingetauchtes Gießrohr durch eine Schlackeschicht,
die auf dem geschmolzenen Stahl schwimmt. Schlacke kann Gläser, Flussmittel,
Formpulver oder verschiedene Verunreinigungen umfassen. Schlacke
ist korrosiv, und das Gießrohr
kann dort, wo es mit der Schlacke in Berührung kommt, das heißt an der Schlackenlinie,
schneller erodieren als der Rest des Gießrohrs. Wo eine solche Erosion
stattfindet, kann das Rohr brechen oder reißen. Ein gebrochenes oder gerissenes
Rohr lässt
es zu, dass sich Schlacke mit dem geschmolzenen Stahl vermischt
und setzt den Stahl auch einer Oxidation aus. Zusätzlich weist
ein in eine Gussform eingetauchtes Gießrohr häufig unter der Oberfläche liegende
Auslässe
auf, die dazu bestimmt sind, Strömungsmuster
und Kristallisation des geschmolzenen Stahl zu beeinflussen. Ein
Verlust des unteren oder stromabwärtigen Endes mit den unter
der Oberfläche
liegenden Auslässen
kann daher die Stahlqualität
beeinträchtigen
und kann in einigen Fällen
einen Durchbruch in dem aus der Gussform austretenden erstarrten
Stahlstrang ermöglichen.
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Versuche,
eine Erosion eines eingetauchten Gießrohrs zu verhindern, schließen die
Verwendung von Kragen ein, die an der Schlackenlinie um das Gießrohr herum
angebracht sind. Solche Kragen oder Schlackenlinienmanschetten schützen das Rohr
vor einem Kontakt mit korrosiver Schlacke. Die Manschette kann sich
in Bezug zur Außenseite
des Rohrs bewegen und es ermöglichen,
dass sich die Manschette bei Veränderungen
des Spiegels des geschmolzenen Stahls hebt oder senkt. Eine Schlackenlinienmanschette
kann mit einem Mechanismus verbunden sein, der imstande ist, die
Manschette ansprechend auf den Pegel der Schmelze anzuheben oder
abzusenken. Die Manschette kann sogar eine Art von Tiegel bilden,
der das Gießrohr
umgibt. Der Tiegel weist mindestens eine Öffnung auf, die mit einem unter
der Oberfläche
liegenden Auslass im Gießrohr
kommuniziert.
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Manschetten
können
auch starr an der Außenseite
des Gießrohrs
befestigt werden. In der Praxis sind Manschetten auf das Gießrohr zementiert, geschraubt
oder zusammen mit diesem gepresst worden. Eine zementierte Konstruktion
schließt
das Zementieren einer erosionsbeständigen Manschette auf die Außenseite
eines Gießrohrs
ein. Alternativ kann eine mit einem Gewinde versehene erosionsbeständige Manschette
auf die Außenseite
des Rohrs geschraubt werden. Das gemeinsame Pressen beinhaltet ein
Zusammenpressen von zwei Feuerfestmischungen oder einer Feuerfestmischung
und einer vorgebrannten Komponente und dann ein Brennen zu einem
einzigen Teil.
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Schlackenlinienmanschetten
umfassen häufig
erosionsbeständige
Feuerfestmaterialien, wie Zirkonerde, Zirkonerde-Graphit, Siliziumnitrid,
Bornitrid und Zirkoniumdiborid. Zusätzliche Manschettenzusammensetzungen
schließen
Magnesiumoxid, Magnesiumoxid-Graphit, Magnesiumoxid-Tonerde-Spinelle
und dichte Tonerde ein. Unglücklicherweise weisen
derartige erosionsbeständige
Feuerfestmaterialien häufig
eine schlechte Wärmeschockbeständigkeit
auf. Diese Eigenschaft ist bei Gießrohren mit starr befestigten
Manschetten besonders nachteilig. Versuche, die Wärmeschockbeständigkeit
durch Veränderung
der Zusammensetzung der Manschette zu verbessern, zum Beispiel durch
Hinzufügen
von Graphit, gefährden
häufig
die Erosionsbeständigkeit.
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Wie
in der EP-A-737535 dargestellt, kann eine Einkapselung der Manschette
innerhalb des Körpers
des Gießrohrs
den Wärmeschock
der Manschette minimieren. Die eingekapselte Manschette liegt zwischen
einem inneren und äußeren Ring
wärmeschockbeständigen Materials.
Man nimmt an, dass diese Ringe die extremen Wärmegradienten absorbieren,
die nur allmählich
zur Manschette diffundieren. Verminderte Wärmegradienten können die Verwendung
von äußerst erosionsbeständigen Materialien
ermöglichen,
wie von gesinterter Zirkonerde hoher Dichte. Die eingekapselte Manschette
sollte das Gießrohr
weiter vor der Schlacke schützen, nachdem
der äußere Ring
aus wärmeschockbeständigem Material
wegerodiert ist. In einem speziellen Fall erfolgt die Verdichtung
und Sinterung der Manschette in situ, unter der Einwirkung der Hitze
des geschmolzenen Metalls, wenn die Düse zum ersten Mal benutzt wird.
Diese Verdichtung und Sinterung ist mit einer Schrumpfung verbunden.
Der Schrumpfung kann Rechnung getragen werden, indem man benachbart
zur Innenseite der Manschette eine Lage aus kompressiblem Material
vorsieht. Eine Beschränkung
für die
Einkapselung der Manschette bildet jedoch die hohe Wärmedehnung
von erosiansbeständigen
Materialien. Die eingekapselte Manschette wird sich stärker ausdehnen
als der Körper
des Gießrohrs
und könnte
bewirken, dass das Gießrohr
von innen nach außen
bricht oder reißt.
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Ein
ebenfalls aus der EP-A-737535 bekannter Versuch, diesen Mangel zu
beseitigen, ist ein Gießrohr,
das eine innere und eine äußere Schlackenlinienmanschette
aufweist. Die aus einem äußerst erosionsbeständigen Material
hergestellte innere Manschette ist vollständig zwischen dem Gießrohr und
der äußeren Manschette
eingekapselt. Die äußere Manschette
ist aus einem Material hergestellt, das in der Mitte zwischen der
Erosionsbeständigkeit
und Wärmedehnung
des Körpers
und der inneren Manschette liegt. Es wird erwartet, dass die äußere Manschette
Wärmespannungen
im Gießrohr verringert.
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Es
besteht noch immer ein Bedarf an einer integralen Schlackenlinienmanschette
in einem eingetauchten metallurgischen Gießrohr, die überragende Erosionsbeständigkeit
besitzt, jedoch einem Brechen oder Reißen selbst widersteht oder
einem Brechen oder Reißen
des Gießrohrs
einen Widerstand entgegensetzt, wenn sie großen Wärmegradienten oder hohen Temperaturen
ausgesetzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein Gießrohr und ein Verfahren zur
Herstellung eines Gießrohrs,
die beide eine erosionsbeständige
Manschette aufweisen. Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Gießrohr herzustellen,
das eine erosionsbeständige Schlackenlinienmanschette
aufweist, wobei sowohl der Körper
des Gießrohrs
und die Manschette gegen einen Rissbildung infolge von Wärmeschock
oder Wärmedehnung
beständig
sind. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, in ein solches Rohr
eine innere Schlackenlinienmanschette einzuschließen. In
einem breiten Aspekt beschreibt der Gegenstand ein Gießrohr mit
einem Körper,
der einen inneren Hohlraum begrenzt. Eine Manschette ist innerhalb
des Hohlraums angeordnet. Der Hohlraum ist größer als die Manschette, so
dass zwischen der Manschette und dem Körper ein Anpassungsbereich
gebildet wird. Der Bereich ist groß genug, um eine Wärmedehnung der
Manschette ohne ein Brechen oder Reißen des Körpers des Gießrohrs zu
ermöglichen.
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Ein
Aspekt des Gegenstandes beschreibt den Anpassungsbereich als Zwischenraum
oder Spalt oder, alternativ, als ein kompressibles Material enthaltend.
Ein anderer Aspekt beschreibt die erosionsbeständige Manschette als Zirkonerde
oder Magnesiumoxid umfassend. Ein weiterer Aspekt beschreibt die
Manschette als zusammen mit dem Körper des Gießrohrs gepresst.
Noch ein anderer Aspekt der Erfindung beschreibt den inneren Hohlraum
als von der Grenzfläche
des Körpers
mit einer dritten Komponente gebildet.
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Ein
Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes der Erfindung schließt ein Beschichten
einer Manschetae mit einem Abstandhaltermaterial und ein Pressen
der beschichteten Manschette innerhalb des Körpers des Gießrohrs ein,
um ein Pressteil zu bilden. Das Pressteil kann gebrannt werden,
wodurch zumindest etwas von dem Abstandhaltermaterial entfernt und
ein Anpassungsbereich erzeugt wird. Entlüftungsöffnungen können für die Beseitigung von Abstandhaltermaterial
vorgesehen sein. Das Abstandhaltermaterial wird als ein Übergangs-
oder kompressibles Material umfassend beschrieben.
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Ein
anderes Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes der Erfindung
umfasst ein gemeinsames Befüllen
einer Form mit erosionsbeständigen und
wärmeschockbeständigen teilchenförmigen Feuerfestmaterialien.
Das erosionsbeständige
Feuerfestmaterial wird mittels einer Führungseinrichtung zur Schlackenlinie
hin abgesondert, und ein Abstandhaltermaterial wird benachbart zum
erosionsbeständigen
Feuerfestmaterial angebracht. Die gefüllte Form wird gepresst und
gebrannt, um ein Gießrohr mit
einer Schlackenlinienmanschette zu erzeugen, die vom Körper durch
einen Anpassungsbereich getrennt ist.
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Ein
alternatives Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes der Erfindung
beschreibt ein gemeinsames Pressen einer Manschette aus einem unbeständigen oder Übergangsmaterial
im Inneren des Gießrohrs
an der Schlackenlinie. Das Übergangsmaterial
kann dann beseitigt werden, um einen inneren Hohlraum zu bilden.
Eine feuerfeste Zusammensetzung wird in den Hohlraum eingeführt und
danach verdichtet. Ein Aspekt dieses Verfahrens beschreibt die feuerfeste
Zusammensetzung als einspritzbares Material, das zum Beispiel ein
teilchenförmiges
Feuerfestmaterial und Wachs umfasst. Alternativ wird die feuerfeste
Zusammensetzung als sich bei Temperaturen von mehr als etwa 1300°C verdichtend
beschrieben. Bei beiden Ausführungsformen
wird nach dem Brennen ein Anpassungsbereich erzeugt.
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Noch
ein anderes Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes der Erfindung
beschreibt eine mechanische Befestigung einer erosionsbeständigen Manschette
an der Schlackenlinie eines Gießrohrs und
ein Abdecken der Manschette mit einer dritten Komponente. Die dritte
Komponente wird als feuerfestes Teil beschrieben, das dazu bestimmt
ist, über die
Manschette zu passen und einen Anpassungsbereich zu erzeugen, wenn
es um die Manschette herum angeordnet ist. Alternativ kann die dritte
Komponente ein kompressibles Material sein, wie eine feuerfeste
Faser. Ein Aspekt dieses Verfahrens verwendet eine vierte Komponente,
um die dritte Komponente an ihrem Platz zu befestigen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt ein Gießrohr 1 aus
dem Stand der Technik, das einen Körper 2 mit einer starr
an der Außenseite
des Körpers
angebrachten Schlackenlinienmanschette 3 aufweist.
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2 zeigt ein Gießrohr 1 aus
dem Stand der Technik, das eine im Körper 2 des Gießrohrs vollständig eingekapselte
Schlackenlinienmanschette 3 aufweist.
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3 zeigt ein Gießrohr 1 aus
dem Stand der Technik, das zwei Schlackenlinienmanschetten aufweist,
eine erste Manschette, die ein hochgradig erosionsbeständiges Material
umfasst, und eine zweite Manschette 4, die aus einem weniger
erosionsbeständigen
Material besteht, wobei die Anordnung derart ist, dass die erste
Manschette 3 sandwichartig zwischen den Körper 2 des
Gießrohrs 1 und die
zweite Manschette 4 eingefügt ist.
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4 zeigt ein Gießrohr 1 der
vorliegenden Erfindung, das einen Körper 2 mit einer in
einem inneren Hohlraum 13 angeordneten Schlackenlinienmanschette
aufweist. Ein als Spalt oder Zwischenraum 6 dargestellter
Anpassungsbereich 5 ist im Bereich zwischen der Manschette 4 und
dem Körper 2 vorhanden.
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5 zeigt ein Gießrohr 1 der
vorliegenden Erfindung, das einen Anpassungsbereich 5 und
Entlüftungsöffnungen 7 zur
Beseitigung von Übergangsmaterial
aufweist.
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6 zeigt ein Gießrohr 1 der
vorliegenden Erfindung, wo die Schlackenlinienmanschette 3 durch
eine dritte Komponente 8 abgedeckt ist, die mittels einer
vierten Komponente 9 am Gießrohr 1 befestigt
ist.
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Ein
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt und umfasst ein Gießrohr 1, das
einen Körper 2 mit
einem inneren Hohlraum 13 aufweist. Eine Manschette 4 ist
im inneren Hohlraum 13 eingeschlossen. Ein Anpassungsbereich 5 ist
im inneren Hohlraum 13 zwischen der Manschette 4 und dem
Körper 2 vorhanden.
Bei dieser Ausführungsform
ist der Anpassungsbereich 5 als Spalt oder Zwischenraum 6 dargestellt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist zumindest die Außenseite 10 der Manschette 4 durch
einen Anpassungsbereich 5 im Abstand vom Körper 2 angeordnet.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist (sind) zumindest die Oberseite und/oder Unterseite 11, 12 der
Manschette 4 durch einen Anpassungsbereich 5 im
Abstand vom Körper 2 angeordnet.
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Im
Betrieb ist das Gießrohr
extremen Wärmegradienten
ausgesetzt. Der Körper
des Gießrohrs isoliert
die ringförmige
Manschette vor dem resultierenden Wärmeschock und ermöglicht es,
dass sich die Temperatur der Manschette nur langsam verändert, wodurch
die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass die Manschette brechen
oder reißen
wird. Der Anpassungsbereich gestattet es, dass sich die Manschette
ausdehnt, ohne dass der Körper
bricht oder reißt.
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Der
Körper
umfasst ein Material, das eine gute Wärmeschockbeständigkeit
besitzt, und enthält zum
Beispiel Tonerde-Graphit- und Quarzglas-Feuerfestmaterialien. Zumeist
wird das Rohr eine Tonerde-Graphit-Zusammensetzung sein, die in
einem Bereich von etwa 45 bis etwa 80 Gewichtsprozent Tonerde liegt,
wobei der Rest Graphit umfasst. Vorzugsweise besteht die Zusammensetzung
aus etwa 62–67
Gew.-% Tonerde, etwa 20–25
Gew.-% Graphit, wobei der Rest Quarz, Zirkonerde, Silizium und andere
Oxide umfasst. Ein geeignetes Feuerfestmaterial für den Körperteil
wird allgemein einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
unter etwa 6 × 10–6/°C und vorzugsweise
etwa 4 × 10–6/°C aufweisen.
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Die
Manschette befindet sich innerhalb des inneren Hohlraums des Gießrohrs,
vorzugsweise an der Schlackenlinie. Die Form der Manschette wird von
mehreren Variablen abhängen,
wie zum Beispiel der Form des Gießrohrs, der Eintauchtiefe und
der Tiefe der Schlacke. Eine Manschette wird zumeist zylindrisch
sein; jedoch wird erwartet, dass andere. Formen verwendet werden können, wie
zum Beispiel flache Platten oder asymmetrische Formen. Eine Bezugnahme
auf eine Manschette wird verschiedene Formen annehmen und sollte
nicht so angesehen werden, als sei die Manschette auf ein zylindrisches Rohr
beschränkt.
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Die
Manschette muss einer durch Schlacke verursachten Erosion widerstehen.
Schlacke kann Gläser,
Flussmittel, Oxide, Formpulver, Isolierpulver und verschiedene Verunreinigungen
umfassen, die während
des Gießens
auf der Oberfläche
von geschmolzenem Stahl schwimmen. Die Manschette kann verschiedene
erosionsbeständige
Zusammensetzungen umfassen, einschließlich zum Beispiel Zirkonerde,
Titanate, Nitride, Magnesiumoxid, dichte Tonerde und Spinelle von
Magnesiumoxid, Tonerde und Graphit. Solche Zusammensetzungen können gesintert
oder kohlenstoffgebunden sein. Kohlenstoffgebundene Zirkonerde wird
zum Beispiel etwa 80–99,5
Gew.-% Zirkonerde und etwa 0,5–20 Gew.-%
Kohlenstoff umfassen. Eine typische kohlenstoffgebundene Zusammensetzung
enthält
88 Gew.-% Zirkonerde und 6 Gew.-% Graphit. Im Gegensatz dazu kann
gesinterte Zirkonerde nahezu reine Zirkonerde mit wenig oder keinem
Graphit sein.
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Erosionsbeständige Zusammensetzungen, die
als Schlackenlinienmanschetten verwendet werden, haben typischerweise
Wärmeausdehnungskoeffizienten
von mehr als 6 × 10–6/°C. Die Differenz
der Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Körper
und der Manschette bewirkt, dass sich die Manschette mit der Temperatur
stärker
als der Körper ausdehnt.
In der Praxis dehnt sich die Manschette häufig mehr als doppelt so stark
wie der Körper
aus. Bei Gießrohren
aus dem Stand der Technik, wie in den 1, 2 und 3 dargestellt, kann der Wärmeschock
oder die Wärmedehnung
zu einem Brechen oder Reißen
des Gießrohrs
oder der Manschette führen.
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Die
vorliegende Erfindung weist einen Anpassungsbereich zwischen der
Manschette und dem Körper
auf. Dieser Bereich gestattet eine Ausdehnung der Manschette ohne
ein Brechen oder Reißen des
Körpers
oder der Manschette. Der Bereich ist als groß genug definiert, dass durch
Wärmedehnung verursachte
Beanspruchungen nicht zum Brechen oder Reißen des Körpers oder der Manschette führen. Der
Bereich kann groß genug
gemacht werden, um der gesamten Ausdehnung der Manschette Rechnung
zu tragen. Offensichtlich hängt
die Größe des Bereichs
von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Wärmedehnungen und, Geometrien des
Körpers
und der Manschette sowie der Gießtemperatur des Stahls, ist
jedoch nicht darauf beschränkt.
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Der
Anpassungsbereich kann ein Spalt oder Zwischenraum sein. Der Spalt
oder Zwischenraum sollte groß genug
sein, um es zu ermöglichen,
dass sich die Manschette ausdehnt, ohne eine unannehmbare Beanspruchung
auf den Körper
des Gießrohrs aufzubringen.
Zweckmäßigerweise
wird der Spalt oder Zwischenraum groß genug gemacht, um der Wärmedehnung
der Manschette bei der Gießtemperatur
Rechnung zu tragen. Der Anpassungsbereich kann auch ein kompressibles
Material sein, an Stelle von oder in Verbindung mit einem Spalt
oder Zwischenraum. Während
sich die Manschette ausdehnt, verdichtet sich das kompressible Material,
wodurch auf den Körper übertragene
Beanspruchungen minimiert werden. Das kompressible Material sollte
eine feuerfeste Zusammensetzung aufweisen, und wird zumeist eine
feuerfeste Faser sein, zum Beispiel eine Keramikfaser, wie Siliziumoxid
oder Aluminiumoxid. Das kompressible Material kann vorteilhafterweise auch
zur Befestigung der Schlackenlinienmanschette innerhalb des inneren
Hohlraums dienen.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann durch mehrere Verfahren
hergestellt werden. Diese Verfahren können von einem Abstandhaltermaterial
Gebrauch machen, das ein Übergangs-
oder kompressibles Material umfasst. Ein Übergangsmaterial ist eine beliebige
Zusammensetzung, die nach dem Pressen aus dem Bereich um die Manschette herum
beseitigt werden kann. Die Beseitigung des Übergangsmaterials erzeugt einen
Spalt oder Zwischenraum zwischen dem Körper des Gießrohrs und der
Manschette, wo das Übergangsmaterial
gewesen war. Übergangsmaterialien
können
zum Beispiel durch Schmelzen, Verdampfen, Verbrennen, Zersetzen
oder Schrumpfen beseitigt werden. Wärme aus dem Brennvorgang oder
dem eigentlichen Gebrauch des Gegenstandes kann verwendet werden,
um diese Übergänge zu bewirken. Übergangsmaterialien können Metalle,
keramische Werkstoffe und organische Verbindungen umfassen. Metalle
werden typischerweise Metalle oder Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt
sein, wie Blei. Ein keramischer Werkstoff kann zum Beispiel durch
Schrumpfen infolge einer Sinterung oder Zersetzung einen Spalt oder
Zwischenraum zwischen der Manschette und dem Körper zurücklassen. Vorzugsweise wird
das Übergangsmaterial
ein organisches Material sein, wie Wachs, das bei erhöhten Temperaturen
sowohl schmelzen und sich verflüchtigen
kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform,
wie in 5 dargestellt, wird
der Körper 2 des
Gießrohrs 1 eine
oder mehrere Entlüftungsöffnungen 7 aufweisen,
die eine Beseitigung des Übergangsmaterials
oder seiner Zersetzungsprodukte gestatten.
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In
Verbindung mit oder unabhängig
von dem Übergangsmaterial
kann ein kompressibles Material verwendet werden. Das kompressible
Material kann sich ausdehnen, um den durch Beseitigung des Übergangsmaterials
erzeugten Spalt oder Zwischenraum einzunehmen. Die Verwendung eines
kompressiblen Materials kann die Notwendigkeit von Entlüftungsöffnungen
vermindern oder beseitigen. Das kompressible Material sollte eine
feuerfeste Faser sein, wie eine Keramikfaser oder ein geschäumtes Feuerfestmaterial.
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Die
Menge des benötigten
Abstandhaltermaterials hängt
vom Unterschied der Wärmedehnung und
der Verarbeitungsschrumpfung zwischen dem Körper des Gießrohrs und
der Manschette ab. Ein größerer Unterschied
legt die Verwendung einer größeren Menge
von Abstandhaltermaterial nahe. Das Abstandhaltermaterial sollte
zumindest in einer ausreichenden Menge vorhanden sein, um ein Brechen oder
Reißen
des Körpers
durch die Wärmedehnung der
Manschette zu verhindern. Vorzugsweise wird die Menge an Abstandhaltermaterial
den Unterschied vollständig
ausgleichen.
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Mit
anderen Worten wird sich bei den Gießtemperaturen die Manschette
ausdehnen und den Bereich zwischen dem Körper und der Manschette vollständig füllen.
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Ein
Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung
beinhaltet ein Anbringen einer vorgeformten Manschette im Inneren
eines wärmeschockbeständigen teilchenförmigen feuerfesten
Körpers
und anschließend
ein Pressen der Manschette innerhalb des Körpers. Teilchenförmig bedeutet
jegliche Art von Material, sei es pulverförmig, gekörnt, faserförmig, aus Stücken bestehend
oder in beliebiger Form oder Kombination von Formen und von jeder
Größe, das
zum Pressen in eine Form geeignet ist. Die Manschette umfasst ein erosionsbeständiges Feuerfestmaterial
und kann vorgebrannt sein. Die Manschette wird mit einem Abstandhaltermaterial überzogen,
bevor sie innerhalb des Körpers
gepresst wird. Die Manschette und der Körper werden gepresst, um ein
Teil zu bilden, so dass der feuerfeste Körper um die Manschette herum verdichtet
wird. Vorzugsweise wird das Teil isostatisch gepresst, und am besten
wird das Teil auf der Innenseite und Außenseite des Teils isostatisch
gepresst. Das Teil wird dann gebrannt, und es bildet sich ein innerer
Hohlraum, der geringfügig
größer als die
Manschette ist, so dass zwischen dem Körper und der Manschette ein
Bereich erzeugt wird. Der Bereich kann einen Spalt oder Zwischenraum
einschließen,
wenn das zum Überziehen
der Manschette verwendete Abstandhaltermaterial ein Übergangsmaterial
umfasst.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung kann auch hergestellt werden,
indem man ein erosionsbeständiges
teilchenförmiges
Feuerfestmaterial und ein wärmeschockbeständiges teilchenförmiges Feuerfestmaterial
zusammen in eine Form füllt.
Eine Führungseinrichtung
lenkt das erosionsbeständige Feuerfestmaterial
an seinen richtigen Platz in der Form, das heißt dorthin, wo sich die Schlackenlinienmanschette
befinden wird. Die Führungseinrichtung ist
häufig
ein Trichter, ein Rohr oder von Ringform, kann jedoch irgend etwas
sein, das imstande ist, ein teilchenförmiges Material in eine Form
zu leiten. Häufig
wird eine Mehrzahl von Führungseinrichtungen verwendet.
Ein Abstandhaltermaterial wird dann benachbart zum erosionsbeständigen Feuerfestmaterial
eingebracht. Zweckmäßig kann
die Führungseinrichtung
das Abstandhaltermaterial umfassen, wie zum Beispiel Wachsschlicker.
Die gefüllte
Form wird dann gepresst, um ein Teil zu formen, und das Teil wird
gebrannt, um den Gegenstand herzustellen. Das Pressen erfolgt zumeist
durch isostatisches Pressen. Die Brenntemperatur sollte ausreichend hoch
sein, um das erosionsbeständige
Feuerfestmaterial zu verdichten. Eine solche Temperatur liegt typischerweise
oberhalb von 1300°C.
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Ein
alternatives Verfahren zur Herstellung des Gegenstandes beinhaltet
als erstes Erzeugen eines ringförmigen
Hohlraums innerhalb des wärmeschockbeständigen Körpers des
Gießrohrs.
Dies kann erfolgen, indem man ein ringförmiges Teil formt, das ein
Abstandhaltermaterial umfasst, typischerweise ein inkompressibles Übergangsmaterial,
wie Wachs oder ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt. Das
ringförmige
Teil wird mit dem wärmeschockbeständigen Körper gemeinsam
gepresst. Das Abstandhaltermaterial wird dann im Wesentlichen aus
dem Hohlraum beseitigt, zum Beispiel durch Schmelzen. Das Abstandhaltermaterial
kann auch sublimieren, sich verflüchtigen oder auf andere Weise
aus dem Hohlraum entfernt werden. Ein Feuerfestmaterial mit guter
Erosionsbeständigkeit
kann dann in den Hohlraum eingebracht werden. Eine repräsentative
Zusammensetzung schließt
Zirkonerde oder Zirkonerde-Graphit ein. Das Einbringen erfolgt vorzugsweise
unter Verwendung eines einspritzbaren Feuerfestmaterials. Einspritzbare
Feuerfestmaterialien umfassen ein teilchenförmiges Feuerfestmaterial mit
einem Übergangsflussmittel,
wie Wachs. Das Brennen des resultierenden Gießrohrs bei erhöhten Temperaturen
beseitigt das Übergangsflussmittel und
bewirkt, dass das Feuerfestmaterial schrumpft, während eine Kohlenstoffbindung
oder Sinterung stattfindet. Eine geeignete Temperatur für diesen Vorgang
wird höher
als etwa 1300°C
sein.
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Dadurch
wird ein Spalt oder Zwischenraum zwischen der eingespritzten erosionsbeständigen Manschette
und dem Körper
des Gießrohrs
gebildet. Für
eine gute Erosionsbeständigkeit
muss man Sorgfalt walten lassen, um wenigstens eine Mindestverdichtung
des Feuerfestmaterials zu erzielen. Es sollte ersichtlich sein,
dass das Einspritzen eines Feuerfestmaterials in einen Hohlraum
des Gießrohrs
bei anderen Anwendungen außer
Schlackenlinienmanschetten verwendet werden kann, zum Beispiel porösen Gaseinsätzen.
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Noch
ein anderes Verfahren zur Herstellung der vorliegenden Erfindung,
wie durch den Gegenstand aus 6 veranschaulicht,
umfasst das Befestigen einer Manschette 4 auf einem Körper 2 und
den Einschluss der Manschette 4 zwischen dem Körper 2 und
einer dritten Komponente 8. Die Manschette kann mit Mörtel starr
am Körper
befestigt werden oder kann einfach in den Körper eingreifen, bis die dritte
Komponente die Manschette an ihrem Platz sichert. Die dritte Komponente
kann ein feuerfestes Teil sein, das dazu bestimmt ist, um die Manschette und
den Körper
herum zu passen, während
ein Spalt oder Zwischenraum zwischen den beiden bleibt.
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Alternativ
kann die dritte Komponente ein kompressibles Material sein, wie
eine feuerfeste Faser. Beide Ausführungsformen ermöglichen
es, dass sich die Manschette ausdehnt, ohne zerstörerische Beanspruchungen
im Körper
zu erzeugen. Häufig kann
eine vierte Komponente 9 verwendet werden, um die dritte
Komponente 8 und die Manschette 4 an ihrem Platz
zu arretieren. Eine vierte Komponente ist besonders dort nützlich,
wo die dritte Komponente eine feuerfeste Faser ist oder auf andere
Weise schwierig an ihrem Platz fest zu zementieren wäre. Beide,
die dritte und vierte Komponente, umfassen häufig eine Mehrzahl von Teilen,
so dass sie um den Körper
herum passen.
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Beispiel 1
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Eine
erosionsbeständige
Zusammensetzung, bestehend im Wesentlichen aus Zirkonerde, wird
gebrannt, um eine zylindrische Manschette zu bilden. Die Manschette
wird dann bis zu einer an die Größe der Manschette
bei der Gießtemperatur
von Stahl angenäherten
Dicke mit Wachs beschichtet. Die beschichtete Manschette wird in
eine Gießrohrform
gelegt, so dass die Manschette den Strömungskanal umschließt und sich
an der Schlackenlinie befinden wird, wenn das resultierende Gießrohr im
Betrieb ist. Die Manschette wird mit einem teilchenförmigen Tonerde-Graphit
umgeben. Die gefüllte
Form wird bei 3448 MPa (5000 psi) gepresst, wobei der Druck auf
die Innenseite und Außenseite
der Form aufgebracht wird. Das resultierende Teil wird bei über 800°C mehr als
zwei Stunden lang gebrannt. Während
des Brennens wird das Wachs beseitigt und ein Spalt oder Zwischenraum
wird zwischen der Manschette und dem Körper erzeugt.
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Beispiel 2
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Wachs
wird in eine zylindrische Gestalt geformt und um den Strömungskanal
herum und an der Schlackenlinie in eine Gießrohrform platziert. Die Gestalt
wird mit Tonerde-Graphit umgeben. Die gefüllte Form wird bei 3448 MPa
(5000 psi) gepresst. Eine Entlüftungsöffnung wird
zwischen dem Wachs und der Außenseite
des gepressten Teils erzeugt. Das Wachs wird durch die Entlüftungsöffnung aus
dem Teil herausgeschmolzen, wodurch ein innerer Hohlraum erzeugt
wird. Ein Material, umfassend 80 Gew.-% Zirkonerde und 20 Gew.-%
Wachs wird durch die Entlüftungsöffnung in
den inneren Hohlraum eingespritzt. Das Teil wird dann bei über 1300°C mehr als
5 Stunden lang gebrannt. Während des
Brennens wird das Wachs beseitigt, die Zirkonerde verdichtet sich,
um ein erosionsbeständiges
Material zu bilden, und ein Spalt oder Zwischenraum wird zwischen
der Zirkonerde und dem Körper
erzeugt.
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Beispiel 3
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Eine
Gießrohrform
wird gemeinsam mit einer teilchenförmigen Zirkonerde und einer
Tonerde-Graphit-Feuerfestmischunq gefüllt. Die Zirkonerde wird unter
Verwendung von konzentrischen Trichtern an der Schlackenlinie in
die Gießrohrform
geleitet. Eine ringförmige
Wachsmanschette wird innerhalb der Zirkonerde um den Strömungskanal
herum platziert. Die Zirkonerde, die Tonerde-Graphit-Mischung und die
Wachsmanschette werden gemeinsam bei 3448 MPa (5000 psi) gepresst
und bei über
1300°C mehr als
5 Stunden lang gebrannt. Während
des Brennens wird das Wachs beseitigt, die Zirkonerde verdichtet sich,
um ein erosionsbeständiges
Material zu bilden, und ein Spalt oder Zwischenraum wird zwischen
der Zirkonerde und dem Körper
erzeugt.
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offensichtlich
sind zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen der vorliegenden
Erfindung möglich.
Es versteht sich daher, dass die Erfindung innerhalb des Umfangs
der nachfolgenden Patentansprüche
anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.