[0001] Die Erfindung betrifft eine als sogenannten Monoblocstopfen gestaltete Stopfenstange
zur Ausflußregelung von metallurgischen Schmelzgefäßen.
[0002] Eine solche, zum Beispiel durch die EP 0 721 388 B1 bekannte Stopfenstange besteht
aus einem zylindrischen Stopfenstangenkörper aus einem feuerfesten, kohlenstoffhaltigen
Werkstoff, wobei der Stopfenstangenkörper an einem Basisteil zur Aufnahme einer Führungsstange
und an seinem Ende mit einem nasenartigen (kappenartigen) Abschnitt ausgebildet ist.
[0003] Mit Hilfe der erwähnten Führungsstange wird der Monoblockstopfen in seiner Axialrichtung
von einer zugehörigen Ausflußöffnung im metallurgischen Gefäß weggeführt, sobald die
Metallschmelze ausfließen soll, beziehungsweise auf den Ausguß abgesenkt und gegen
diesen abgedichtet, sofern der Metallschmelzefluß reduziert oder unterbrochen werden
soll.
[0004] Zur Vermeidung von Erosion im Nasenbereich der Stopfenstange durch abfließende Schmelze
schlägt die GB-A-2 095 612 vor, einen armierten Monoblock-Stopfen durch isostatisches
Pressen herzustellen, wobei nur der nasenartige Abschnitt von einem Zirkon enthaltenden
Feuerfestwerkstoff gebildet ist.
[0005] Dabei ist es bekannt, daß es durch chemische Reaktionen im Ausflußbereich zu einer
sogenannten Ansatzbildung kommen kann, die den Auslaufbereich zusetzt und eine Schmelzfluß-Regelung
erschwert bis unmöglich macht.
[0006] Zur Vermeidung dieser Probleme schlägt die EP 0 721 388 B1 eine gattungsgemäße Stopfenstange
vor, bei der der Stopfenstangenkörper ganz oder teilweise mit einer Schicht bedeckt
ist, die 4 bis 9 Gew.-% Kohlenstoff enthält und mindestens ein Sinterhilfsmittel,
wobei diese Oberflächenschicht nach einem Brand über 1.000° C verdichtet und gasundurchlässig
sein soll. Die Dicke der Schicht wird mit weniger als 10 mm angegeben. Nach einem
Ausführungsbeispiel ist die Schicht auf den nasenartigen Abschnitt der Stopfenstange
beschränkt.
[0007] Eine solche Stopfenstange ist schwierig herzustellen, insbesondere, wenn sie isostatisch
gepreßt werden soll, wie in der EP 0 721 388 B1 vorgeschlagen, da die genannte Oberflächenschicht
im Bereich des nasenartigen Abschnitts nur schwer in einer entsprechenden Preßform
konfektionierbar ist. Außerdem kann es leicht zu einem Abplatzen der Schicht bei der
Anwendung kommen.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Stopfenstange der vorgenannten Art dahingehend
zu verbessern, daß diese in einem einfachen Verfahren herstellbar ist, die genannte
Ansatzbildung zuverlässig verhindert wird und einen störungsfreien Einsatz als Regelorgan
in metallurgischen Schmelzgefäßen ermöglicht.
[0009] Grundgedanke der Erfindung ist es, anstelle einer nur im Oberflächenbereich des nasenartigen
Abschnitts ausgebildeten Schutzschicht den gesamten nasenartigen Abschnitt aus einem
anderen feuerfesten Werkstoff als dem des Basisteils auszubilden, wobei eine Grenzfläche
zwischen dem nasenförmigen Abschnitt und dem Basisteil über den gesamten Querschnitt
der Stopfenstange ausgebildet wird.
[0010] Auf diese Weise läßt sich die Stopfenstange insgesamt leicht herstellen, zum Beispiel
pressen, indem zunächst das Material des nasenförmigen Abschnitts in die Form eingefüllt
und anschließend die Form mit dem Werkstoff des Basisteils aufgefüllt wird, bevor
der Preßvorgang beginnt. Bereits durch den Preßvorgang kommt es dann über den gesamten
Querschnitt des Stopfenstangenkörpers zu einer Verbindung der wechselseitigen Werkstoffe
von Basisteil und nasenartigem Abschnitt.
[0011] Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, den nasenartigen Abschnitt
aus einem feuerfesten Werkstoff auszubilden, dessen Kohlenstoffanteil bei einem oxidierenden
Brand über 900° C zumindest in einem oberflächennahen Bereich ausbrennt. Mit anderen
Worten: obwohl der gesamte nasenartige Abschnitt aus ein und demselben, kohlenstoffhaltigen
Material besteht, bilden sich nach dem Brand unterschiedliche Zonen im nasenartigen
Abschnitt aus, nämlich ein innerer Teil, der weiter kohlenstoffhaltig ist und ein
äußerer, den gesamten nasenartigen Abschnitt bedeckender Teil, der nunmehr kohlenstofffrei
ist.
[0012] Dadurch, daß nasenförmiger Abschnitt und Basisteil über die gesamte Querschnittsfläche
des Stopfenstangenkörpers gegeneinanderliegen, entfällt jedes Risiko eines Abplatzens
der kohlenstofffreien Oberflächenschicht des nasenartigen Teils.
[0013] Eine weitere Optimierung kann dadurch erreicht werden, indem der nasenartige Abschnitt
unglasiert ist, wobei der Ausbrand des Kohlenstoffs im Oberflächenbereich unterstützt
wird.
[0014] Demgegenüber kann der Basisteil oberflächlich glasiert sein, wodurch dieser insgesamt
eine höhere Festigkeit und chemische Resistenz erhält.
[0015] Der nasenartige Abschnitt kann aus einem Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt <
10 Gew.-% bestehen. Dem Ziel einer geringen Wärmedehnung dient eine Werkstoffauswahl
für den nasenartigen Abschnitt auf Basis Zirkoniummullit, wobei der Gehalt an Zirkoniummullit
über 50 Gew.-% beträgt. Der Werkstoffmischung können weitere feuerfeste Oxide und/oder
Sinterhilfsmittel zugemischt werden. So kann der Werkstoff für-den nasenartigen Abschnitt
5 bis 20 Gew.-% Siliciumnitrid enthalten.
[0016] Wie ausgeführt besteht der Basisteil aus einer anderen feuerfesten Sorte, beispielsweise
einem Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt > 20 Gew.-%, wobei der Kohlenstoffgehalt
auch bis zu 35 Gew.-% betragen kann. Das Basismaterial dieses Werkstoffs besteht dann
beispielsweise aus Tonerde und/oder Korund, also aluminiumoxidhaltigen Komponenten,
denen wiederum Sinterhilfsmittel in Anteilen von üblicherweise unter 8 Gew.-% zugemischt
werden können.
[0017] Die vorstehenden Angaben beziehen sich auf eine ungebrannte Stopfenstange. Nach einer
Ausführungsform soll die Stopfenstange so ausgebildet sein, daß sie nach einem oxidierenden
Brand oberhalb 900° C eine kohlenstofffreie Oberflächenschicht des nasenartigen Abschnitts
in einer Stärke von mindestens 4 mm aufweist, wobei die Stärke (Dicke) dieser Schicht
typischerweise zwischen 4 und 10 mm liegt, ausgehend von einem Durchmesser des zylinderförmigen
Stopfenstangenkörpers von mindestens 300 mm, wobei der Durchmesser auch deutlich darüber
liegen kann.
[0018] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche
sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
[0019] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Dabei zeigt die einzige Figur - in schematisierter Darstellung - einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Stopfenstange.
[0020] Dabei beschreibt das Bezugszeichen 10 eine Stopfenstange insgesamt, die aus einem
Basisteil 12 und einem nasenartig (kappenartig) gestalteten freien Endabschnitt 14
besteht.
[0021] Vom oberen Ende des Basisteils 12 verläuft mittig eine axiale Aussparung 16, die
zur Aufnahme einer (nicht dargestellten) metallischen Führungsstange dient.
[0022] Der Werkstoff des Basisteils 12 besteht zu 95 Gew.-% aus Korund und Graphit, Rest:
Sinterhilfsmittel.
[0023] Mit dem Bezugszeichen 18 ist eine kreisrunde Grenzfläche zwischen dem Basisteil 12
und dem nasenartigen Abschnitt 14 gekennzeichnet.
[0024] Der nasenartige Abschnitt 14 besteht aus einem Werkstoff auf Basis Zirkoniummullit
und er enthält neben 15 Gew.-% Siliciumnitrid und 5 % Graphit ebenfalls 5 Gew.-% Sinterhilfsmittel.
[0025] Die dargestellte Stopfenstange wurde bei ca. 1.000° C oxidierend gebrannt, mit der
Folge, daß ein mit dem Bezugszeichen 20 dargestellter, ca. 5 mm dicker Oberflächenbereich
des nasenartigen Abschnitts 14 nunmehr frei von Kohlenstoff ist, während der umschlossene
Kern 22 des nasenartigen Abschnitts 14 weiter kohlenstoffhaltig ist.
[0026] Die integrale Ausbildung des nasenartigen Abschnitts 14 über die Grenzfläche 18 mit
dem Basisteil 12 führt zu einer innigen Verbindung der gemeinsam verpreßten Abschnitte
12, 14 und - nach Brand - zu einer ebenfalls integralen Ausbildung einer kohlenstofffreien
Oberflächenschicht 20 im Bereich des nasenartigen Abschnitts 14.
1. Stopfenstange mit
1.1 einem zylindrischen Stopfenstangenkörper (10) aus einem feuerfesten, kohlenstoffhaltigen
Werkstoff, wobei
1.2 der Stopfenstangenkörper (10) an einem Basisteil (12) zur Aufnahme einer Führungsstange
und an seinem freien Ende mit einem nasenartigen Abschnitt (14) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
1.3 der nasenartige Abschnitt (14) aus einem anderen feuerfesten Werkstoff als der
Basisteil (12) besteht, wobei sich eine Grenzfläche (18) zwischen dem nasenförmigen
Abschnitt (14) und dem Basisteil (12) über den gesamten Querschnitt des Stopfenstangenkörpers
(10) erstreckt und
1.4 der nasenartige Abschnitt (14) aus einem feuerfesten Werkstoff besteht, dessen
Kohlenstoffgehalt bei einem oxidierenden Brand über 900° C zumindest in einem oberflächennahen
Bereich (20) ausbrennt.
2. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren nasenartiger Abschnitt (14) unglasiert ist.
3. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren Basisteil (12) oberflächlich glasiert ist.
4. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren nasenartiger Abschnitt (14) aus einem Werkstoff
mit einem Kohlenstoffgehalt < 10 Gew.-% besteht.
5. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren nasenartiger Abschnitt (14) aus einem Werkstoff
auf Basis Zirkoniummullit besteht.
6. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren Basisteil (12) aus einem Werkstoff mit einem
Kohlenstoffgehalt > 20 Gew.-% besteht.
7. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren Basisteil (12) aus einem Werkstoff auf Basis
Tonerde und/oder Korund besteht.
8. Stopfenstange nach Anspruch 1 mit einer nach einem oxidierenden Brand oberhalb 900°
C kohlenstofffreien Oberflächenschicht (20) des nasenartigen Abschnitts (14) in einer
Stärke von mindestens 4 mm.
1. A stopper rod with:
1.1 A cylindrical stopper rod body (10) comprising a fire-resistant, carbon-containing
material, whereby
1.2 the stopper rod body (10) comprises a base part (12) to receive a guide rod and
has a nose-like section (14) at its free end,
characterized in that:
1.3 the nose-like section (14) is made of a different fire-resistant material than
the base part (12), whereby an interface (18) extends between the nose-like section
(14) and the base part (12) over the entire cross-section of the stopper rod body
(10), and
1.4 the nose-like section (14) comprises a fire-resistant material whose carbon content
burns out under oxidic atmosphere above 900 °C, at least close to a surface area (20).
2. The stopper rod according to claim 1 whose nose-like section (14) is not glazed.
3. The stopper rod according to claim 1 whose base part (12) surface is glazed on its
surface.
4. The stopper rod according to claim 1 whose nose-like section (14) comprises a material
with a carbon content <10 percent by weight.
5. The stopper rod according to claim 1 whose nose like section (14) comprises a material
based on zirconium mullite.
6. The stopper rod according to claim 1 whose base part (12) comprises a material with
a carbon content >20 percent by weight.
7. The stopper rod according to claim 1 whose base part (12) comprises a material based
on aluminum oxide, corundum or both.
8. The stopper rod according to claim 1 with a surface layer (20) of the nose-like section
(14) that is at least 4 mm thicks and free of carbon, after being fired above 900
°C under oxidic conditions.
1. Quenouille avec :
1.1 un corps de quenouille cylindrique (10) composé d'un matériau réfractaire contenant
du carbone,
1.2 le corps de quenouille (10) étant formé sur une pièce de base (12) pour recevoir
une tige de guidage et comprenant à son extrémité libre une section en forme de nez
(14) caractérisée :
1.3 en ce que la section en forme de nez (14) se compose d'un autre matériau réfractaire
que la pièce de base (12), une interface (18) s'étendant sur la totalité de la section
du corps de quenouille (10) entre la section en forme de nez (14) et la pièce de base
(12), et
1.4 en ce que la section en forme de nez (14) se compose d'un matériau réfractaire
dont la teneur en carbone s'épuise au moins dans une zone proche de la surface (20)
lors d'une combustion oxydante au-dessus de 900°C.
2. Quenouille selon la revendication 1 dont la section en forme de nez (14) n'est pas
vitrifiée.
3. Quenouille selon la revendication 1 dont la pièce de base (12) est vitrifiée en surface.
4. Quenouille selon la revendication 1 dont la section en forme de nez (14) se compose
d'un matériau avec une teneur en carbone < 10 % en poids.
5. Quenouille selon la revendication 1 dont la section en forme de nez (14) se compose
d'un matériau à base de mullite de circonium.
6. Quenouille selon la revendication 1 dont la pièce de base (12) se compose d'un matériau
avec une teneur en carbone > 20 % en poids.
7. Quenouille selon la revendication 1 dont la pièce de base (12) se compose d'un matériau
à base d'alumine et/ou de corindon.
8. Quenouille selon la revendication 1 avec une couche de surface (20) de la section
en forme de nez (14) d'une épaisseur d'au moins 4 mm, qui est exempte de carbone après
une combustion oxydante au-dessus de 900°C.