EP0710166B1

EP0710166B1 - Anordnung zur verbindung einer stopfenstange für ein metallurgisches gefäss mit ihrer hebevorrichtung und für die anordnung geeignete stopfenstange sowie verfahren zur herstellung der anordnung

Info

Publication number: EP0710166B1
Application number: EP94920872A
Authority: EP
Inventors: Burkhard Labod
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 1997-10-01
Anticipated expiration: 2014-07-13
Also published as: JPH09500580A; HU218192B; JP3272726B2; US5695675A; DE59404228D1; HUT73825A; WO1995003145A1; PL178337B1; PL312620A1; HU9600120D0; DE4324768C1; CZ284128B6; EP0710166A1; ES2107844T3; CZ10896A3

Abstract

Die Anordnung (100) umfaßt einen Träger (10), an dessen einem Ende eine Hebevorrichtung angreift und welcher mit seinem anderen Ende in eine innere Längsausnehmung (8) einer Stopfenstange (2) hineinragt. Die Stopfenstange (2) weist einen die Längsausnehmung (8) seitlich erweiternden Einbauraum (17), dessen nach unten anschließende Seitenwandungen gekrümmt oder konisch in die Längsausnehmung (8) übergehen. Der Träger (10) umfaßt mindestens ein Sperrglied (14, 24), welches durch einen in die Längsausnehmung (8) einführbaren Montagehilfsstab (36) derart verlagerbar ist, daß es aus dem Querschnitt des Trägers (10) in den Einbauraum (17) hineinragt. Zum Lösen der Verbindung ist nach dem Lösen einer Mutter (7), die sich gegen die Stirnfläche (11) abstützt, lediglich die Stopfenstange (2) auf dem Träger (10) weiter nach oben zu verlagern, wodurch die Sperrglieder (14, 24) selbsttätig in den Querschnitt des Trägers (10) zurückverlagert werden und die Stopfenstange (2) nach unten von dem Träger (10) abgezogen werden kann. Es ist daher möglich, den Einbauraum (17) in mehrfach verwendbare Einpreßhülsen (29) einzuarbeiten, die beim isostatischen Pressen des keramischen Stofpenstangenmaterials mit eingepreßt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art und umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung.
Der Einsatz von feuerfesten Stopfenstangen zur Regelung des Flusses einer Metallschmelze aus einer Pfanne oder einem Tundish in eine Kokille ist seit langem bekannt. Die Stopfenstange wird dazu von einer an die Außenseite des Tundishs angrenzenden Hebevorrichtung in Richtung seiner Längsachse bewegt, wodurch eine am Boden des Tundishs angeordnete Ausgußöffnung, in die die Stopfenstange im abgesenkten Zustand eingreift und vollständig fließt, mehr oder weniger geöffnet wird. Der Fluß der Metallschmelze ist dadurch regelbar. Zwar ist diese Regelung prinzipiell recht einfach, jedoch stellen die bei der Stahlverarbeitung herrschenden extremen Bedingungen besondere Anforderungen an die Materialien und die technische Ausführung der Stopfenstange. So muß die Stopfenstange über Stunden der Einwirkung einer Metallschmelze standhalten. Auch muß die Stopfenstange geeignet sein, den wahrend eines Gießvorganges auf die Stopfenstange wirkenden starken Temperaturschwankungen und den seitlich angreifenden, durch den Auftrieb der Metallschmelze hervorgerufenen Kräften, die ein starkes Biegemoment auf die Stopfenstange ausüben, standzuhalten. Ein Bruch der Stopfenstange führt unweigerlich dazu, daß der Ausguß nicht mehr geschlossen werden kann, was ein unkontrolliertes Ausfließen der Schmelze zur Folge hat. Er stellt daher ein erhebliches Sicherheitsrisiko da.
Bei einer bekannten früheren Ausführungsform (vgl. Karl-Ernst Mayer: Stahleisen-Schriften, Heft 3 "Was der Siemens-Martin-Stahlweerker von seiner Arbeit wissen muß!", 2. Auflage, Verlag Stahleisen mbH, Düsseldorf, 1963) besteht die Stopfenstange aus einer an einem Ende mit ein Gewinde versehenen Stahlstange, auf welche der eigentliche, bei der späteren Verwendung in die Auslaßöffnung des Tundishs eingreifende keramische Stopfen aufgeschraubt ist. Oberhalb des Stopfens sind mehrere, an ihren Stirnseiten über Nut und Feder ineinander greifende, die Stahlstange vollständig ummantelnde, keramische Stopfenrohre von der dem Stopfen gegenüberliegenden Seite der Stahlstange aufgeschoben, so daß bei mit der Stahlschmelze gefülltem Tundish und vollständig abgesenkter Stopfenstange der mit den Stopfenrohren ummantelte Teil der Stopfenstange mit einer gewissen Länge aus der Schmelze herausragt. Mit dem oberen Ende der Stahlstange ist die Stopfenstange in der Hebevorrichtung gelagert. Da eine direkte Berührung der Schmelze mit der Stahlstange zum sofortigen Durchschmelzen derselben führen würde, muß bei dieser aus mehreren Teilen (Stopfen, Stopfenrohre) zusammengesetzten Stopfenstange besonders darauf geachtet werden, daß die Verbindungen zwischen den Einzelteilen dicht gegen das Eindringen von Stahlschmelze sind. Die Verbindungsstellen werden daher zusätzlich verkittet. Die vorbereiteten Stopfenstangen werden vor ihrer Verwendung in einem Trockenofen bei ca. 100 °C ca. zwei Tage getrocknet.
Nachteilig bei dieser frühen Ausführungsform ist es, daß die Bereitstellung der Stopfenstangen einen relativ hohen Material- und Arbeitsaufwand vor Ort erfordert. Auch neigen die Stahlstangen durch die beim Gießen auftretenden Temperaturgradienten und Schwankungen zum Verziehen, was leicht zum Bruch der Ummantelung und damit zur Zerstörung der Stopfenstange führen kann. Diese Nachteile und die Erkenntnis, daß durch das Einleiten von inerten Gasen - wie z.B. Argon - in die Stahlschmelze einerseits nicht metallische Verunreinigungen durch deren Wechselwirkung mit den Gasblasen an den Badspiegel der Schmelze transportiert werden, andererseits die Oxidbildung während des Gußvorganges herabgesetzt wird, haben zur Entwicklung einteilig hergestellter keramischer Stopfenstangen geführt, durch welche gleichzeitig das inerte Gas in die Stahlschmelze einleitbar ist. Diese bei der heutigen Stahlherstellung fast ausschließlich zum Einsatz kommenden einstückigen Stopfenstangen weisen eine zentrale ihr unteres Ende nicht durchstoßende Längsbohrung und von außen mit der Längsbohrung kommunizierende Verbindungsbohrungen auf, die der Einleitung des inerten Gases in die Stahlschmelzen dienen.
Die Herstellung derartiger Stopfenstangen erfolgt üblicherweise durch isostatisches Pressen von pulverförmig vorliegendem keramischen Material zu einem Rohling, welcher im Anschluß gebrannt, d.h. einer Temperaturbehandlung zum Zwecke des Sinterns unterzogen wird.
Zur Verbindung der Stopfenstange mit der Hebevorrichtung und zum Anschluß einer Gaszufuhrleitung dient eine üblicherweise aus Stahl gefertigte, einteilige Haltestange, welche über einen gewissen Bereich von oben in die Stopfenstange hineinragt und mit dieser fest verbunden ist. In die Haltestange ist ein Gaskanal eingearbeitet, der einerseits mit der Längsbohrung der Stopfenstange, andererseits mit einer Anschlußvorrichtung für die Gaszufuhrleitung kommuniziert. Es ist dabei von besonderer Bedeutung, daß durch die Verbindung zwischen der Haltestange und der Stopfenstange keine Umgebungsluft in das Innere der Stopfenstange und damit in die Stahlschmelze gelangt, da diese zu einer erhöhten Oxydation und damit zu einer Verschlechterung der Stahlqualität führen würde.
Die technische Ausführung der Verbindung zwischen der keramischen Stopfenstange und der metallischen Haltestange ist insbesondere wegen der hohen thermischen und mechanischen auf die Verbindung wirkenden Belastungen problematisch.
Verschiedene Vorrichtungen zur Herstellung der Verbindung zwischen einer einteiligen Stopfenstange und einer Haltestange, die der Bedeutung der Stopfenstange hinsichtlich der Sicherheit und der Stahlqualität gerecht werden sollen, sind bereits bekannt.
Bei einer ersten, aus der Stahlproduktion bekannten bekannten Vorrichtung wird die Verbindung durch einen an die Haltestange angepaßten keramischen Gewindeeinsatz hergestellt, welcher in ein durch isostatisches Pressen im oberen Bereich der Stopfenstange eingearbeitetes Gewinde von oben in die Stopfenstange einschraubbar ist. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung, daß im Bereich des eingesetzten Gewindes die Wandstärke der Stopfenstange stark verringert ist, wodurch sie in diesem Bereich leicht bricht. Weiterhin ist diese Vorrichtung wegen der Verwendung separat herzustellender keramischer Gewindeeinsätze relativ aufwendig in der Herstellung.
Bei einer zweiten, aus der DE-PS 4O 4O 189 C1 bekannten Vorrichtung ist in dem Bereich, in dem die Haltestange in die Stopfenstange eingeschoben ist, ein durch beide Teile hindurchgehendes Querloch eingearbeitet, durch welches zum Halten der Stopfenstange ein Stift eingeschoben wird. Zwar sind bei dieser Einrichtung sowohl die Stopfenstange als auch die Haltestange einfach in ihrer Herstellung und zudem leicht trennbar, jedoch wirkt die gesamte beim Heben der Stopfenstange auftretende Belastung auf das die Querbohrung umgebende Material, wodurch wiederum häufig Materialbrüche auftreten. Außerdem ist die Herstellung einer gasdichten Verbindung erschwert.
Bei einer dritten, ebenfalls aus der Stahlproduktion bekannten Vorrichtung ist eine Gewindebohrung durch isostatisches Pressen in das obere Ende der Stopfenstange eingearbeitet, in welches die Haltestange mit ihrem am unteren Ende vorgesehenen Gewinde direkt in die Stopfenstange eingeschraubt wird. Zwar ist mit dieser Einrichtung prinzipiell eine gasdichte Verbindung zwischen Stopfen und Haltestangen möglich, jedoch führen die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Keramik und Stahl zur Ausbildung von Spannungen in dem Gewinde, was insbesondere bei höheren Temperaturen zum Bruch der Stopfenstange führen kann.
Eine Weiterentwicklung der genannten Ausführungsformen stellt eine Vorrichtung gemäß der EP 0 358 535 A 2 dar. Bei dieser Vorrichtung ist im oberen Bereich der Längsbohrung eine metallische Gewindebuchse isostatisch eingepreßt, welche sich außenseitig über abwechselnd angeordnete Rundumnuten und Rundumstege im Eingriff mit dem keramischen Stopfenstangenmaterial befindet. Oberhalb der Gewindebuchse ist durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Längsbohrung eine ringförmige Dichtfläche in der Stopfenstange ausgebildet. Von oben ist in die Gewindebuchse die mit einem entsprechenden Gewinde versehene Haltestange so weit einschraubbar, bis sich ein oberhalb des Gewindes angeordneter Dichtungsbund an der Dichtfläche des ringförmigen Dichtsitzes abstützt. Oberhalb des Dichtungsbundes ist nach der EP 0 358 535 A 2 an der Haltestange ein Außengewinde vorgesehen, um den Stopfen mittels einer Halteplatte und einer aufgeschraubten Mutter zu kontern. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist es, daß die metallische Gewindebuchse beim Brennen leicht verzundern kann, wodurch das Einschrauben der Haltestange erschwert werden kann. Außerdem kann insbesondere bei höheren Temperaturen das dem Anpreßdruck des Dichtungsbundes der Haltestange auf die ringförmige Dichtfläche der Stopfenstange entgegen wirkende Festziehen der Kontermutter durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien zu einem Abheben beider Dichtflächen voneinander führen. Auch ist diese Vorrichtung relativ aufwendig in ihrer Herstellung. So erfordert insbesondere der an der Haltestange vorgesehene Dichtungsbund und das für das Aufschrauben der Kontermutter notwendige Gewinde die spanende Herstellung der Haltestange aus einem Rohling, der mindestens den Außendurchmesser des Dichtungsbundes aufweist. Der dadurch bei der Bearbeitung zu verzeichnende Materialverlust liegt in der Größenordnung von 50%. Er stellt insbesondere daher einen erheblichen Kostenfaktor dar, da die Standzeit der Haltestange insbesondere durch eine schnelle Verzunderung in dem der stärksten Temperatureinwirkung ausgesetzten unteren Bereich relativ kurz ist.
Diese Nachteile sucht eine zum Stand der Technik gehörende, jedoch nicht vorveröffentlichte Anordnung dadurch zu verbessern, daß die Haltestange in einem in die Stopfenstange hineinragenden unteren Teil und einem an dem Hebemechanismus anbringbaren oberen Teil zweigeteilt ist. Über eine Schnellkopplungseinrichtung, mit welcher die beiden Teile der Haltestange fest und gasdicht miteinander verbindbar sind, lassen sich verschlissene Stopfenstangen samt dem unteren Teil der Haltestange bei dieser Anordnung leicht auswechseln. Der an seinem in die Stopfenstange hineinragenden Ende Eingreifmittel zum Eingriff mit dem Stopfenstangenmaterial aufweisende untere Teil der Haltestange wird zusammen mit der Stopfenstange isostatisch gepreßt und anschließend gebrannt, so daß beide Teile anschließend unlösbar miteinander verbunden sind. Obwohl dadurch der untere Teil der Stopfenstange nur zur einmaligen Verwendung vorgesehen ist, kann bei dieser Anordnung im Vergleich zu früheren Ausführungsformen Material eingespart werden, da insbesondere der untere Teil der Haltestange hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist und somit schon nach kurzer Einsatzdauer verzundert. Mußte bei früheren Ausführungsformen, nachdem ein bestimmter Verzundungsgrad im unteren Bereich der Haltestange erreicht war, die gesamte Haltestange gegen eine neue ausgetauscht werden, so bleibt durch die Zweiteilung der Haltestange der aufwendiger herzustellende obere Teil erheblich länger verwendbar.
Nachteilig ist jedoch bei dieser Anordnung, daß nach dem gemeinsamen Pressen des unteren, in die Stopfenstange hineinragenden Teils der Haltestange und der Stopfenstange in deren Längsausnehmung nachträglich keine Mittel einführbar sind, welche den durch den beim Eintauchen einer kalten Stopfenstange in eine Metallschmelze bzw. beim Befüllen eines mit einer Stopfenstange versehenen Tundishs mit einer Metallschmelze durch die plötzliche, wärmeinduzierte Gasausdehnung entstehenden Rückstoß zu mindern geeignet sind. In der Praxis haben sich hierfür poröse, keramische Einsätze bewährt, die in die Längsausnehmung der fertigen Stopfenstange eingesetzt werden und zumindest einen Teil deren Innenvolumens ausfüllen. Auch wird durch diese Einsätze vermieden, daß bei einer plötzlichen Kontraktion des im Innenvolumen befindlichen Gases, die zum Beispiel beim teilweisen Herausziehen der Stopfenstange aus einem Tundish zur Freigabe der Ausgußöffnung durch eine teilweise Erkaltung der Stopfenstange auftreten kann, Metallschmelze in das Innenvolumen eingesaugt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung so weiterzuentwickeln, daß einerseits eine verschlissene Stopfenstange vom Personal mit wenigen Handgriffen gegen eine neue ausgetauscht werden kann, andererseits die Ausführung der Stopfenstange es erlaubt, nach dem Brennen die in ihrer Wirkung bereits beschriebenen Einsätze zur Minderung der durch Gasvolumenänderungen hervorgerufene Wirkungen in die Längsausnehmung der Stopfenstange einfügen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.
Durch die Merkmale des Anspruchs 1 kann eine Montage der Stopfenstange an der als Trägerrohr ausgebildeten Haltestange auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß das Trägerrohr mit vormontiertem Anschlag in die Längsausnehmung der Stopfenstange eingeschoben wird und ein Sperrglied, welches in einer mit dem Innenvolumen des Trägerrohres korrespondierenden Queröffnung ruht, durch geeignete Mittel derart verlagert wird, daß es die obere Begrenzungsfläche eines in der Stopfenstange vorgesehenen Einbauraumes hintergreift. Dadurch, daß die Seitenwandungen des Einbauraumes nach unten gekrümmt oder konisch in die Längsausnehmung übergehen, kann zur Demontage der Stopfenstange das Sperrglied dadurch in den Querschnitt des Trägers zurückgeschoben werden, daß der Träger nach Lösen des Anschlags ein Stück in die Stopfenstange hineingeschoben wird. Nach dieser Verlagerung kann die Stopfenstange nach unten von dem Träger abgezogen werden.
Zur besseren Verteilung der von dem Sperrglied auf die Stopfenstange ausgeübten Haltekräfte ist es von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 2 der Einbauraum im Innenvolumen einer Einpreßhülse vorgesehen ist, welche beim isostatischen Pressen der Stopfenstange in diese miteingepreßt wird.
Einfach und kostengünstig herzustellen ist die Einpreßhülse dann, wenn sie aus einem rotationssymmetrischen Drehteil besteht (Anspruch 3).
Um die Haltekräfte auf eine größere Fläche des Stopfenstangenmaterials verteilen und somit die Materialbelastung herabsenken zu können, kann es von Vorteil sein, gemäß Anspruch 4 die Einpreßhülse mit mindestens einer äußeren Rundumnut zu versehen.
Diese Maßnahme kann gleichzeitig der Aufnahme eines hitzefesten Dichtrings dienen, wenn besondere Anforderungen eine besonders gute Dichtwirkung zwischen der Einpreßhülse und der Stopfenstange notwendig machen.
Eine dementsprechend bessere Dichtwirkung zwischen der Einpreßhülse und des Trägers kann gemäß Anspruch 6 dadurch erzielt werden, daß die Einpreßhülse in ihrem einen Teil der Längsausnehmung bildenden Bereich mindestens eine innere Rundumnut aufweist, in welcher ein hitzefester Dichtring ruht. Es ist jedoch nach Anspruch 7 ebenfalls möglich, an dem Träger in seinem in die Stopfenstange hineinragenden Bereich mindestens eine äußere Umfangsnut vorzusehen, welche einen hitzefesten Dichtring trägt, der mit der Seitenwandung der Längsausnehmung der Stopfenstange zusammenwirkt.
Im Falle von Anwendungen, bei denen keine besondere Dichtwirkung insgesamt zwischen dem Träger und der Stopfenstange erforderlich ist, kann eine ausreichende Verteilung der Haltekräfte auf einfache und kostengünstige Weise auch dadurch erfolgen, daß gemäß Anspruch 8 die obere Begrenzungsfläche von einem in die Stopfenstange bei deren Herstellung miteingepreßten Stützring gebildet wird.
Um eine selbsttätige Verlagerung des Sperrgliedes bei montierter Stopfenstange zum Beispiel durch die Einwirkung von Vibrationen vermeiden zu können, ist es von Vorteil, gemäß Anspruch 9 die obere Begrenzungsfläche mit einer Hinterschneidung auszustatten, die mit einem Vorsprung an dem Sperrglied zusammenwirkt.
Für den Anschluß der Gaszufuhr und zur Montage in der Stopfenstange besonders geeignet ist der Träger dann, wenn er gemäß Anspruch 10 eine zentrale Längsbohrung aufweist.
Die Queröffnung besteht dann nach Anspruch 11 vorteilhafterweise aus einer radialen Bohrung, welche senkrecht zur Längsachse des Trägers angeordnet ist und mit seiner Längsbohrung kommuniziert.
Als Sperrglied bei dieser Ausführungsform dient vorteilhafterweise ein zylinderförmiger Bolzen, dessen Länge etwa dem halben Außendurchmesser des Trägers entspricht. Im eingeschobenen Zustand, also in der Stellung "entarretiert", ragt der Bolzen somit etwa bis zur Längsachse des Trägers in dessen Längsbohrung hinein. Die Stellung des Bolzens "arretiert" kann vorteilhafterweise so gewählt werden, daß sie einer Verlagerung des Bolzens in eine mit dem Innenumfang der Längsbohrung abschließenden Position entspricht. Eine Sicherung des Bolzens in der Stellung "arretiert" kann dann auf einfache Weise dadurch erfolgen, daß am unteren Ende des Trägers eine den Durchmesser der Längsbohrung verringernde Querschnittsverengung vorgesehen ist, auf welcher sich eine von oben in die Längsbohrung des Trägers eingeführte Sicherungshülse abstützt, welche die radiale Bohrung überdeckt (Ansprüche 13 und 14).
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Sperrgliedes, bei welcher auf die Sicherungshülse verzichtet werden kann, sowie der zur Aufnahme dieses Sperrglieds nötigen Ausgestaltung der Queröffnung ist Gegenstand der Ansprüche 15 und 16.
Nach Anspruch 18 ist es besonders von Vorteil, wenn der Anschlag von einer auf ein sich von der Stirnfläche der Stopfenstange nach oben erstreckendes Außengewinde des Trägers aufgeschraubter Mutter gebildet wird, die sich gegen die Stirnfläche mittels einer Druckscheibe abstützt. Durch diese Ausgestaltung kann einerseits die Position des Anschlags an Toleranzen in der Position der oberen Begrenzungsfläche des Einbauraums individuell angepaßt werden, andererseits ist ein festes Kontern der am Träger montierten Stopfenstange auf einfache Weise möglich.
Versuche haben gezeigt, daß es besonders günstig ist, die Einpreßhülse bzw. den Stützring aus einem Metallwerkstoff herzustellen. Je nach Anwendung kommen hierbei niedriglegierte Stähle oder auch Edelstähle in Frage, letztere insbesondere dann, wenn die Einpreßhülse bzw. der Stützring mehrfach verwendet werden sollen (Ansprüche 19 und 20).
Die Verlagerung des Sperrgliedes aus der Stellung "entarretiert" in die Positon "arretiert" kann vorteilhafterweise gemäß Anspruch 21 durch einen in die Längsbohrung des Trägers einführbaren Montagehilfsstab erfolgen, dessen einzuführendes Ende spitz zuläuft und dadurch geeignet ist, das Sperrglied um seine in der Stellung "entarretiert" in die Längsbohrung hineinragenden Länge nach außen zu verlagern.
Ein zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der bisherigen Ansprüche besonders geeignetes Verfahren ist Gegenstand des Anspruch 22. Dabei wird ein sicherer, unlösbarer und im wesentlichen dicht wirkender Sitz der Einpreßhülse bzw. des Stützrings in der Stopfenstange dadurch erzielt, daß die Einpreßhülse bzw. der Stützring beim isostatischen Pressen der Stopfenstange in diese miteingepreßt wird und anschließend zusammen mit der Stopfenstange gebrannt wird.
Der unterhalb des Stützrings notwendige Einbauraum kann vorteilhafterweise gemäß Anspruch 23 dadurch in der Stopfenstange erzeugt werden, daß beim isostatischen Pressen unterhalb des Stützrings eine Distanzhülse miteingepreßt wird, die aus einem druckstabilen Material wie Kunststoff oder dergleichen besteht, welches beim anschließenden Brennen verdampft und/oder verbrennt.
Um übermäßige, insbesondere bei hohen Temperaturen auftretende Spannungen zwischen den eingepreßten Teilen und der Stopfenstange zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn nach Anspruch 24 die Einpreßhülse bzw. der Stützring vor dem gemeinsamen isostatischen Pressen mit einem Material beschichtet wird, welches beim Brennen verdampft.
Zur Materialeinsparung und damit zur Kosteneinsparung ist es nach Anspruch 25 besonders vorteilhaft, wenn das an dem Träger angeordnete Gewinde spanlos in diesem eingearbeitet wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch illustriert.
Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 einen Montagehilfsstab;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch aus einem Metallformteil bestehenden Kontureinsatz, mittels welchem bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Einbauraum gebildet werden kann sowie
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Distanzhülse, mittels derer bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Einbauraum ausgeformt werden kann.

Wenn im folgenden von "oben" bzw. "unten" die Rede ist, so bezieht sich die Angabe auf die in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellte, hänge Betriebsstellung der Anordnung. In diesen Figuren sind beidseitig der Längsachse der Anordnung zwei verschiedene Ausführungsformen des Sperrgliedes dargestellt, die üblicherweise alternativ Anwendung finden. Jedoch ist es prinzipiell auch möglich, beide Ausführungsformen zusammen in einer erfindungsgemäßen Anordnung zu verwenden.
Die in der Zeichnung als Ganzes mit 1OO bezeichnete Anordnung besteht aus einem langgestreckten, metallischen Träger 1O, welcher mit seinem unteren Bereich 1 in eine Längsausnehmung 8 einer feuerfesten, keramischen Stopfenstange 2 hineinragt. Der Träger 1O weist eine sich über seine gesamte Länge erstreckende, zentrale Längsbohrung 3 auf, deren Durchmesser etwa 3O % des Außendurchmessers des Trägers 1O beträgt. Auf seinem äußeren Umfang 5 trägt der Träger 1O ein sich von seinem oberen Ende 4 bis zu seinem unteren Bereich 1 erstreckendes Außengewinde 6, welches einerseits der Aufnahme einer Mutter 7, andererseits der Befestigung des Trägers 1O an einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hebevorrichtung dient. Die einen Anschlag 7O bildende Mutter 7 begrenzt den in die Längsausnehmung 8 der Stopfenstange 2 einführbaren unteren Bereich 1 des Trägers 1O und stützt sich mittels einer Druckscheibe 9 auf der oberen Stirnseite 11 der Stopfenstange 2 ab. Etwa in der Mitte des unteren Bereichs 1 des Trägers 1O sind zwei radiale, senkrecht zur Längsachse L der Anordnung verlaufende Bohrungen 12,13 in den Träger 1O eingearbeitet. Die Bohrungen 12,13 bilden Queröffnungen 5O,5O' und dienen der Aufnahme senkrecht zur Längsachse L verlagerbarer Sperrglieder 6O,6O', welche der Arretierung des Trägers 1O in der Stopfenstange 2 dienen. In den Fig. 1, 3 und 4 sind auf beiden Seiten der Längsachse L verschiedene Ausführungsformen der Sperrglieder 6O,6O' dargestellt. Bei der auf der linken Seite dargestellten Ausführungsform besteht das Sperrglied 6O' aus einem zylindrischen Bolzen 14, welcher in der Bohrung 12 ruht und mit dieser eine Gleitpassung bildet. Das der Längsbohrung 3 zugewandte Ende des eine Länge von etwa der Hälfte des Außendurchmessers des Trägers 1O aufweisenden Bolzens 14 ist als steiler, spitz zulaufender Konus 15 ausgebildet. In der Stellung "entarretiert" verbleibt der Bolzen 14 gänzlich im Querschnitt des Trägers 1O und erstreckt sich etwa von der äußeren Mündung der Bohrung 12 bis zur Längsachse L der Anordnung, so daß der untere Bereich 1 des Trägers 1O in die Längsausnehmung 8 der Stopfenstange 2 eingeschoben werden kann. In der Stellung "arretiert" ragt der Bolzen 14 etwa um den halben Durchmesser der Längsbohrung 3 aus dem Querschnitt hervor und hintergreift eine senkrecht zur Längsachse L der Anordnung ausgerichtete obere Begrenzungsfläche 16 eines die Längsausnehmung 8 erweiternden Einbauraumes 17, welcher innerhalb der Stopfenstange 2 vorgesehen ist. Dadurch läßt sich in dieser Stellung des Bolzens 14 der Träger 1O nicht nach oben aus der Stopfenstange 2 hinausziehen. Um zu verhindern, daß durch das Abstützen der oberen Begrenzungsfläche 16 auf dem Bolzen 14 auf diesen radial nach innen gerichtete Kraftkomponenten wirken, die den Bolzen 14 aus der Stellung "arretiert" in die Stellung "entarretiert" verlagern würden, ist die obere Begrenzungsfläche 16 mit einer Hinterschneidung 18 versehen. Der weiteren Sicherung des Bolzens 14 in seiner Stellung "arretiert" dient eine in die Längsbohrung 3 einfügbare Sicherungshülse 19, welche sich auf einer am unteren Ende 2O des Trägers 1O vorgesehenen Querschnittsverengung 51 abstützt. Die Querschnittsverengung 51 wird mittels einer am unteren Ende 2O des Trägers 1O angebrachten Lochscheibe 21 gebildet, deren Lochdurchmesser 22 etwa dem Innendurchmesser 23 der Sicherungshülse entspricht. Die Lochscheibe ist an dem Träger 1O durch eine Punktschweißung 35 gesichert, welche ggf. durch eine äußere Krafteinwirkung, z.B. durch einen Hammerschlag, gelöst werden kann. Die Sicherungshülse 19 erstreckt sich von der Lochscheibe 21 so weit in der Längsbohrung 3 nach oben, daß sie mit ihrem Außenumfang die Bohrung 12 überdeckt, so daß sich der Bolzen 14 aus seiner Stellung "arretiert" nicht verlagern kann.
Bei dem in den Fig. 1, 3 und 4 auf der rechten Seite der Längsachse L dargestellten Ausführungsbeispiel des Sperrgliedes 6O besteht dieses aus einem Bolzen 24, welcher an seinem nach außen gerichteten Ende eine senkkopfförmige Erweiterung 25 trägt. Die Gesamtlänge des Bolzens 24 beträgt entsprechend dem Bolzen 14 etwa den halben Durchmesser des Trägers 1O, die der Längsbohrung 3 zugewandte Seite des Bolzens 24 endet ebenfalls in einem steilen, spitz zulaufenden Konus 26. In der Stellung "entarretiert" ist der mit der Bohrung 13 eine Gleitpassung bildende Bolzen 24 vollständig in den Träger 1O eingeschoben, so daß die senkkopfförmige Erweiterung 25 in einer von außen in den Träger 1O eingearbeiteten Senkfase 27 ruht. Im Zustand "arretiert" befindet sich der Bolzen 24 in einer Position, in welcher dieser etwa über die Stärke der senkkopfförmigen Erweiterung 25 aus dem Träger hervorragt. Die vorspringende, schräge Ringfläche 28 der senkkopfförmigen Erweiterung 25 wirkt hierbei mit der Hinterschneidung 18 der oberen Begrenzungsfläche 16 des Einbauraumes 17 zusammen, so daß der Bolzen 24 sich selbsttätig nicht aus seiner Stellung "arretiert" verlagern kann.
Der Verlagerung der Bolzen 14,24 aus der Stellung "entarretiert" in die Position "arretiert" nach dem Einschieben des unteren Teils 1 des Trägers 1O dient ein von oben in die Längsbohrung 3 des Trägers 1O einführbarer Montagehilfsstab 36, der in Fig. 2 dargestellt ist. Der Montagehilfsstab 36 besteht aus einem langgestreckten Rundstab 37, welcher an seinem oberen Ende eine Handhabe 38 umfaßt. Sein unteres Ende bildet ein spitz zulaufender Konus 39, welcher beim Einschieben mit den Koni 15,26 der im Querschnitt des Trägers 1O befindlichen Bolzen 14,24 zusammenwirkt und diese nach außen verlagert. Die Bolzen 14,24 hintergreifen in dieser "arretiert"-Stellung die obere Begrenzungsfläche 16, so daß der Träger 1O nicht mehr aus der Stopfenstange 2 hinausgezogen werden kann. Durch ein anschließendes Anziehen der Mutter 7 gegen die obere Stirnseite 11 der Stopfenstange 2 kann der Träger 1O gekontert werden, wodurch ein fester Sitz gewährleistet ist. Zur zusätzlichen Abdichtung kann eine in der Zeichnung nicht dargestellte Dichtungspackung in die von der Mutter 7 überdeckten Gewindegänge eingelegt werden.
Der rotationssymmetrische Einbauraum 17 ist in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in eine Einpreßhülse 29 eingearbeitet, welche aus einem aus einem metallischen Werkstoff hergestellten Drehteil besteht. Der Einbauraum 17 weist einen sich von der oberen Begrenzungsfläche 16 nach unten erstreckenden zylindrischen Bereich 3O auf, an welchen sich nach unten ein flach konisch zulaufender Bereich 31 anschließt, der in die Längsausnehmung 8 übergeht. Durch diese Ausgestaltung des Einbauraumes 17 können die Bolzen 14,24 - ggf. nach Entfernung der Sicherungshülse 19 - nach dem Entfernen bzw. nach oben Verlagern der Mutter 7 aus ihrer Stellung "arretiert" dadurch in die Position "entarretiert" verlagert werden, daß der Träger weiter in die Längsausnehmung 8 der Stopfenstange 2 hineingeschoben wird und die Bolzen 14,24 durch die Seitenwandungen des flach konischen Bereichs 31 des Einbauraumes 17 in den Querschnitt des Trägers 1O eingeschoben werden. Nach diesem Vorgang läßt sich der Träger 2 nach oben aus der Stopfenstange herausziehen.
In ihrem Bereich 32 oberhalb der oberen Begrenzungsfläche des Einbauraumes bildet die Einpreßhülse einen Teil der Längsausnehmung 8. In diesem Bereich 32 ist eine innere Rundumnut 33 in die Einpreßhülse 29 eingearbeitet, welche der Aufnahme eines hitzefesten Dichtrings 34 dient. Durch den Dichtring 34 kann die bei besonderen Anwendungen erforderliche hohe Dichtwirkung zwischen der Einpreßhülse 29 und dem Träger 1O erreicht werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Anordnung 1OO weist die Einpreßhülse 29 eine zylindrische äußere Form auf. Ihrer Verdrehsicherheit in der Stopfenstange 2 dient eine ebene, in ihren Außenumfang eingefräste Schlüsselfläche 4O. Da die Einpreßhülse 29 gemeinsam mit der Stopfenstange 2 isostatisch gepreßt wird, ist ihr Außenumfang vollständig von dem keramischen Stopfenstangenmaterial umgeben.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind in den Außenumfang der Einpreßhülse 29' zusätzlich zwei einen vertikalen Abstand voneinander aufweisende Rundumnuten 41,42 eingearbeitet. Durch diese Ausgestaltung der Einpreßhülse 29' werden zusätzliche Verbindungsflächen zwischen der Einpreßhülse 29' und der Stopfenstange 2 geschaffen, so daß insgesamt die auf das Stopfenstangenmaterial wirkende Flächenbelastung im Vergleich zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 verringert ist. Auch eignet sich diese Ausführungsform besonders für Anwendungen, bei denen eine besonders gute Dichtwirkung zwischen dem Träger 1O und der Stopfenstange 2 erforderlich ist, da z.B. in die obere Rundumnut 41 ein hitzefester Dichtring 43, wie in Fig. 3 dargestellt, eingelegt werden kann.
Kann auf eine besonders gute Dichtwirkung verzichtet werden, so empfiehlt sich die kostengünstig herstellbare Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 4. Bei dieser Ausführungsform ist zur Verteilung der von dem Träger 1O auf das Stopfenstangenmaterial aufgebrachten Haltekräfte lediglich ein Stützring 44 in die Stopfenstange 2 isostatisch miteingepreßt, dessen Unterseite 45 die obere Begrenzungsfläche 16 bildet, welche wiederum eine Hinterschneidung 18 aufweist. Der Verdrehsicherheit des Stützringes 44 in der Stopfenstange 2 kann wiederum eine in der Zeichnung nicht dargestellte, ebene Schlüsselfläche dienen. Bei dieser Ausführungsform kann der Einbauraum 17 auf zweierlei Weise ausgebildet werden. Einerseits kann unterhalb des Stützringes 44 ein aus einem Metallformteil bestehender Kontureinsatz 46, dessen Innenvolumen die beschriebene Form des Einbauraumes 17 aufweist, isostatisch miteingepreßt werden. Andererseits ist es möglich, beim isostatischen Pressen unterhalb des Stützringes 44 eine druckfeste Distanzhülse 47 isostatisch mit einzupressen, deren Außenkontur dem "Negativ" der beschriebenen Form des Einbauraumes 17 entspricht, d.h. die beim isostatischen Pressen den Einbauraum 17 direkt in das Stopfenstangenmaterial einformt. Eine derartige Distanzhülse 47 besteht aus einem Material, z.B. druckfestem Kunststoff oder dergleichen, welches bei einer anschließenden Wärmebehandlung der Stopfenstange, dem sogenannten "Brennen", verdampft und/oder verbrennt.

Claims

Anordnung zur Verbindung einer langgestreckten Stopfenstange (2) aus einem feuerfesten Material für ein metallurgisches Gefäß mit der Hebevorrichtung für die Stopfenstange
mit einer Stopfenstange (2),

mit einem Träger (1O), an dessen einem Ende die Hebevorrichtung angreift und welcher mit dem anderen Ende in eine innere Längsausnehmung (8) der Stopfenstange (2) von deren oberer Stirnseite (11) eingreift,

und mit einer Einrichtung zur lösbaren Verankerung des Trägers in der Stopfenstange,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Stopfenstange (2) einen die Längsausnehmung (8) seitlich erweiternden Einbauraum (17) umfaßt, dessen obere Begrenzungsfläche (16) quer zur Längsachse der Stopfenstange (2) verläuft und dessen nach unten anschließende Seitenwandungen gekrümmt oder konisch in die Längsausnehmung (8) übergehen,

daß der Träger (1O) mindestens eine Queröffnung (5O,5O') aufweist, in welcher ein Sperrglied (6O,6O') quer zur Längsachse des Trägers (1O) derart verlagerbar ist, daß es wahlweise ganz im Querschnitt des Trägers (1O) verbleibt oder aus dem Querschnitt hervorragt und die obere Begrenzungsfläche (16) hintergreift und

daß an dem Träger (1O) ein lösbarer Anschlag (7O) vorgesehen ist, welcher sich gegen die obere Stirnseite (11) der Stopfenstange (2) abstützt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenstange (2) eine mit ihr fest verbundene Einpreßhülse (29,29') umfaßt, deren Innenvolumen den Einbauraum (17) sowie oberhalb des Einbauraumes (17) einen Teil der Längsausnehmung (8) bildet.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einpreßhülse (29,29') aus einem rotationssymmetrischen Drehteil besteht.
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einpreßhülse (29') mindestens eine äußere Rundumnut (41,42) umfaßt.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens eine Rundumnut (41,42) ein hitzefester Dichtring (43) eingelegt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einpreßhülse (29,29') in ihrem einen Teil der Längsausnehmung bildenden Bereich (32) mindestens eine innere Rundumnut (33) aufweist, in welcher ein hitzefester Dichtring (34) ruht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) in seinem unteren Bereich mindestens eine äußere Rundumnut aufweist, welche einen Dichtring trägt, der mit der Seitenwandung der Längsausnehmung der Stopfenstange zusammenwirkt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Begrenzungsfläche (16) von einem in die Stopfenstange (2) bei deren Herstellung mit eingepreßten Stützring (44) gebildet wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Begrenzungsfläche (16) eine mit einem Vorsprung (61) an dem Sperrglied (6O) zusammenwirkende Hinterschneidung (18) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (10) eine zentrale Längsbohrung (3) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Queröffnung (5O,5O') aus einer radialen Bohrung (12,13) besteht, welche senkrecht zur Längsachse des Trägers (10) angeordnet ist und mit seiner Längsbohrung (3) kommuniziert.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (6O') aus einem zylinderförmigen Bolzen (14) besteht, dessen Lange etwa dem halben Außendurchmesser des Trägers (10) entspricht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1O bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende (20) des Trägers (10) eine den Durchmesser der Längsbohrung (3) verringerende Querschnittverengung (51) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine in die Längsbohrung (3) des Trägers (10) einführbare Sicherungshülse (19) vorgesehen ist, welche sich auf der Querschnittsverengung (51) abstützt und die radiale Bohrung (12) überdeckt.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Queröffnung (5O) aus einer radialen, senkrecht zur Längsachse des Trägers angeordneten Bohrung (13) besteht, welche mit der Längsbohrung (3) kommuniziert und die außen eine Senkfase (27) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrglied (6O) aus einem Bolzen (24) besteht, dessen nach außen gerichtetes Ende sich senkkopfförmig erweitert.
Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Innenvolumen des Trägers (10) zugewandte Ende des Sperrgliedes (6O,6O') spitz zuläuft.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (7O) von einer auf ein sich von der oberen Stirnseite (11) der Stopfenstange (2) nach oben erstreckendes Außengewinde (6) des Trägers (10) aufgeschraubten Mutter (7), die sich gegen die Stirnseite (11) mittels einer Druckscheibe (9) abstützt, gebildet wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einpreßhülse (29) bzw. der Stützring (44) aus einem Metall-Werkstoff hergestellt ist.
Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einpreßhülse (29) bzw. der Stützring (44) aus Edelstahl hergestellt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlagerung des Sperrgliedes (6O,6O') ein in die Längsbohrung (3) des Trägers (10) einführbarer Montagehilfsstab (36) vorgesehen ist, dessen einzuführendes Ende spitz zuläuft, welcher auf die der Längsbohrung zugewandten Seite des Sperrgliedes (6O,6O') wirkt und mit welchem dieses aus dem Querschnitt des Trägers (10) herausgedrückt werden kann.
Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Einpreßhülse (29) bzw. der Stützring (44) beim isostatischen Pressen der Stopfenstange (2) in diese mit eingepreßt wird und daß die Stopfenstange (2) nach dem isostatischen Pressen zusammen mit der Einpreßhülse (29) bzw. dem Stützring (44) gebrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Stützrings (44) eine Distanzhülse (47) beim isostatischen Pressen mit in die Stopfenstange (2) eingepreßt wird, die aus einem druckstabilen Material wie Kunststoff besteht, welches beim anschließenden Brennen verdampft und/oder verbrennt.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einpreßhülse (29) bzw. der Stützring (44) vor dem mit der Stopfenstange (2) gemeinsamen isostatischen Pressen mit einem Material beschichtet wird, welches beim Brennen verdampft.
Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Träger (10) angeordnete Außengewinde (6) spanlos in den Träger (10) eingearbeitet wird.