Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effektes im Auslaufbereich eines metallur- gischen Schmelzgefäßes. Zum Beispiel im Auslaufbereich eines sogenannten tundish (Zwischengefäß) zur Behandlung von Stahlschmelze kann immer wieder das Phänomen der so- genannten Vortex-Bildung beobachtet werden. Beim Ablassen der Stahlschmelze kommt es zur Bildung eines Strömungs- wirbels. Es entsteht eine unkontrollierte Strömung der Schmelze vor dem und/oder durch den Ausguß mit der Folge, daß auf der Schmelze schwimmende Schlacketeilchen mitgerissen werden können.

Die Verhinderung oder zumindest Verminderung nicht metallischer Einschlüsse in der Metallschmelze stellt ein vorrangiges Ziel insbesondere im Bereich der Sekundär- metallurgie dar. Es hat deshalb nicht an Versuchen ge- fehlt, die beobachtete Vortex-Bildung durch unterschied- liche Maßnahmen zu minimieren oder zu verhindern. Dazu gehören : der Einbau von feuerfesten Bauteilen im Auslaufbereich, beispielsweise im Bereich einer Freilaufdüse.

In der EP 0 662 021 Bl wird ein solcher feuerfester Körper vorgeschlagen, der in den Boden des metallurgischen Gefäßes, um den Ausguß herum, eingebaut wird. Dabei stehen nach Art von Schikanen gestaltete Rippen über den Boden vor, um eine gewisse Strömungslenkung zum Ausguß zu er- reichen. Die bekannte Einrichtung erfordert einen erheb- lichen konstruktiven Aufwand, weil sie im Boden des metallurgischen Schmelzgefäßes eingebaut werden muß.

Darüber hinaus berücksichtigt der bekannte Vorschlag nicht den ferrostatischen Druck, der die genannte Vortex-Bildung maßgeblich unterstützt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit auf- zuzeigen, mit der die Wirbelbildung einer Schmelze im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes zu- mindest unter normalen Bedingungen zuverlässig verhindert werden kann.

Grundgedanke der Erfindung ist es, eine aus einem feuer- festen keramischen Werkstoff bestehende stopfenartige Einrichtung zu verwenden, die mit Abstand oberhalb des Auslaufbereiches des metallurgischen Schmelzgefäßes angeordnet wird und den ferrostatischen Druck im Auslaufbereich reduziert. Radiale Verlängerungen am Stopfenkopf der Einrichtung sorgen dafür, daß die Schmelze auf ihrem Weg zum Auslaufbereich zumindest partiell umgelenkt wird. Vor allem aber soll (en) diese Ver- längerung (en) als"Strömungsbrecher"wirken, das heißt, der Schmelzefluß soll in mehrere voneinander getrennte Teilströme unterteilt werden.

Insgesamt ergibt sich damit eine gleichzeitige Umlenkung und Teilung der Strömung der metallurgischen Schmelze auf ihrem Weg zum Ausguß. In Vorversuchen wurde festgestellt, daß auf diese Weise der genannte Vortex-Bildung hervor- ragend entgegengewirkt werden kann.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine stopfenartige Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effekts im Auslaufbereich eines metallurgischen Schmelzgefäßes, mit folgenden Merkmalen : - die Einrichtung besteht aus einem feuerfesten keramischen Werkstoff, - die Einrichtung umfaßt einen stangenartigen Teil und einen endseitigen Stopfenkopf, - der Stopfenkopf ist mit mindestens einer Verlängerung ausgebildet, die nach Art eines radial vom Stopfenkopf abstehenden Flügels gestaltet ist.

Üblicherweise ist der Stopfenkopf in Bezug auf den zugehörigen Ausguß konkav gestaltet, um eine sichere Abdichtung des häufig trichterförmig gestalteten Ausgusses zu ermöglichen.

Um die Abdichtung des Ausgusses mit Hilfe des Stopfen- kopfes nicht zu beeinträchtigen, sollte (n) die Verlän- gerung (en) mit Abstand zum freien Ende des Stopfenkopfes verlaufen.

Durch die flügelartigen Verlängerungen wird eine Aufteilung der Strömung der Metallschmelze in Teilströme erreicht. Optimiert wird dies, wenn mehrere Verlängerungen nach Art von Flügelrädern radial vom Stopfenkopf abstehen, wie dies in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert wird.

Bei mehreren, flügelartig an den Basisteil radial anschließenden Verlängerungen ergibt sich insgesamt eine völlig neue Stopfengeometrie, bei der der Stopfen die Form eines"Rührwerks"erhält. Die einzelne Verlängerung kann dabei plattenartig gestaltet sein. Ebenso sind Verlängerungen mit unterschiedlicher Form und/oder unter- schiedlichen Querschnittsformen möglich.

Es können auch eine oder mehrere Verlängerungen wendel- artig gestaltet sein, so dass sich eine Art Gewindestruk- tur auf der Oberfläche des Stopfenkopfes ergibt.

Eine im wesentlichen gleiche geometrische Gestaltung ergibt sich, wenn die genannten Verlängerungen unmittelbar aus dem Stopfenkopf ausgebildet werden, indem der Stopfenkopf auf seiner Oberfläche"geschlitzt"wird, so daß zwischen den"Schlitzen", also verjüngten Abschnitten, die genannten Verlängerungen ausgebildet werden.

Die Verlängerungen können auch scheibenartig/ringförmig oder als diskrete Stifte gestaltet sein. Bei einer umlaufenden Ringform ergibt sich die Form einer Hutkrempe, bei Stiften eine"Igelstruktur". Die Stifte (Profilkörper) können auch durch Öffnungen in der Stopfenstange durch- gesteckt werden.

Die Einrichtung wird nur dann wirksam, wenn der Stopfen vom Ausguß gelöst wird.

Der Stopfen kann ein-oder mehrteilig sein. Bei der mehrteiligen Bauform können die Mittel zur Umlenkung der Schmelze auf eine Stopfenstange aufgesteckt, aufgeschoben oder aufgeklebt (aufgemörtelt) werden. Es kann auch ein Ring mit entsprechenden Profilen an der Stange befestigt werden. Die Mittel zur Strömungslenkung können ebenso in Kappenform auf das Ende der Stopfenstange aufgesetzt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merk- malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs- unterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Aus- führungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigen-in jeweils stark schematisierter Darstellung Figur 1 : eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung in einem Längsschnitt sowie in einer Ansicht von unten Figur 2 : eine perspektivische Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels Figur 3 : eine perspektivische Teilansicht eines dritten Ausführungsbeispiels Figur 4 : eine perspektivische Teilansicht eines vierten Ausführungsbeispiels In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern dargestellt.

In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Boden eines metallurgischen Schmelzgefäßes, hier eines Ver- teilers (tundish). Der aus Feuerfestmaterial üblicher Art gebildete Boden 10 wird außenseitig (unterseitig) von einem Stahlmantel 12 begrenzt. Im Boden 10 ist schematisch ein Ausgußbereich 14 dargestellt, der eine mittige Ausflußöffnung 16 aufweist, die an ihrem oberen, einer Metallschmelze 18 zugewandten Ende trichterförmig gestaltet sind. Daraus ergibt sich ein Durchmesser"d"der Auslauföffnung 16 im Bereich einer Oberfläche 10o des Bodens 10.

Der Ausflußbereich 16 wird von einem Stopfen 50 geregelt, von dem, der besseren Übersichtlichkeit halber, lediglich ein Stopfenkopf dargestellt ist, und zwar mit dem Bezugszeichen 20. Im Sinne der Erfindung bildet der Stopfenkopf 20 die genannte Einrichtung zur Verhinderung eines Vortex-Effektes. Nach oben schließt sich am Stopfenkopf 20 ein stangenförmiger Teil 52 an.

Der Stopfenkopf 20 ist dabei zunächst in konventioneller Weise gebildet, das heißt er weist einen in Bezug auf die Ausgußöffnung 16 konkav gestalteten Endabschnitt 20k auf, an den sich ein zylinderförmiger Abschnitt 20b anschließt.

An diesem Basisteil 20b sind radial Verlängerungen 20w angeschlossen, wobei im unteren Teil von Figur 1 beispielhaft vier verschiedene Ausführungsformen dieser Verlängerungen 20w dargestellt sind. In der Praxis wird üblicherweise nur eine Art (Geometrie) der Verlängerungen an einer Einrichtung realisiert werden, und zwar für alle Verlängerungen 20w.

Der untere Teil von Figur 1 zeigt, daß die Verlängerungen 20w beispielsweise exakt radial und (im Querschnitt) nasenförmig ausgestaltet sein können (Darstellung oben mittig). Ebenso ist eine Ausführung mit dreieckigem horizontalem Querschnitt möglich (rechts Mitte). Nach einer weiteren Ausführungsform besitzt die Verlängerung 20w eine evolventenartig gekrümmte Querschnitts-Geometrie (unten mittig).

Schließlich ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Verlängerung 20w im wesentlichen einen horizontalen Dreieckquerschnitt besitzt, jedoch etwas tangential versetzt an den Basisteil 20b anschließt.

In jedem Fall werden zwischen den Verlängerungen 20w Verbindungsöffnungen 22 ausgebildet, die die Strömung der Schmelze in (hier) vier Teilströme untergliedern, so daß im Ergebnis vier Teilströme am Kopf des Stopfens 50 vorbeiströmen, die erst im Ausgußbereich 16 wieder vereinigt werden, wobei die genannte Vortex-Bildung zuverlässig verhindert wird.

Es ist selbstverständlich, daß diese Aufteilung der Ströme erst dann erfolgt, wenn der Stopfen von seiner Anlage im Ausgußbereich abgehoben ist.

Bei allen vorgenannten Ausführungsformen sind der Basis- teil 20b und die Verlängerungen 20w jeweils einstückig (materialschlüssig) ausgeführt. Ebenso können die Ver- längerungen (oder allgemein ausgedrückt : Strömungsschi- kanen) auch als getrenntes, diskretes Bauteil hergestellt und zum Beispiel nach Art einer Kappe oder eines Rings auf einen Grundkörper (zum Beispiel einen Stopfen bekannter Bauart) aufgebracht, zum Beispiel aufgemörtelt werden.

Ein solches Beispiel zeigt Figur 2. Der Stopfen 50 besitzt eine ringartige umlaufende radiale Verlängerung 20w2 am konkav gestalteten Endabschnitt 20k und mit Abstand zum freien Ende dieses Abschnitts 20k. Der Ring 20w2 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse L-L des Stopfens 50. Ebenso könnten weitere ringartige Verlängerungen darüber oder darunter angeordnet sein, auch mit unterschiedlichen Durchmessern.

Die perspektivische Darstellung nach Figur 3 betrifft ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem nach Figur 1, also mit radial von einem Stopfen 50 abstehenden Verlängerungen (hier : plattenartig) 20w, die in einer Seitenansicht etwa eine Trapezform aufweisen. Die einzelnen Verlängerungen 20w sind dabei um jeweils 90° zueinander versetzt ange- ordnet. Zwischen zwei benachbarten Verlängerungen 20w wird jeweils eine Verbindungsöffnung 22 ausgebildet. Im Ergebnis erfolgt wiederum eine Aufteilung der Schmelz- strömung in vier Teilströme, die sich erst im Einlauf- bereich zu dem darunter angeordneten Ausguß vereinigen, nachdem sie um einen endseitigen Ring 20w2 gelenkt wurden (ähnlich Figur 2).

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer wendel- artig umlaufenden Verlängerung 20w. Der Stopfenkopf 50 erhält so das Aussehen eines Schraubenschaftes (mit Gewinde). Zusätzlich ist analog Figur 2 am unteren End- abschnitt 20k ein umlaufender Ringflansch 20w2 angeord- net, der im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Stopfenkopfes 50 verläuft.

Die Einrichtungen können gegossene feuerfeste Teile sein.

Ebenso ist es möglich, die Teile zu pressen oder zu stampfen. Die Auswahl der jeweiligen Feuerfestsorte richtet sich nach der jeweiligen Anwendung. Spezielle Anforderungen an das Feuerfestmaterial werden nicht gestellt. Es muß in üblicher Weise temperaturbeständig sein und möglichst erosionsbeständig und sollte zudem günstige Duktilitätseigenschaften besitzen.