EP2414117A1 - Verschlussstopfen für eine ausflussöffnung eines behälters und behälter mit einem verschlussstopfen - Google Patents

Verschlussstopfen für eine ausflussöffnung eines behälters und behälter mit einem verschlussstopfen

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Publication number
EP2414117A1
EP2414117A1 EP10718060A EP10718060A EP2414117A1 EP 2414117 A1 EP2414117 A1 EP 2414117A1 EP 10718060 A EP10718060 A EP 10718060A EP 10718060 A EP10718060 A EP 10718060A EP 2414117 A1 EP2414117 A1 EP 2414117A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
closure
outflow opening
plug
sealing plug
container
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10718060A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiko Schuster
Sigurd Rödl
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BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Original Assignee
BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH filed Critical BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
Publication of EP2414117A1 publication Critical patent/EP2414117A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B22D41/18—Stopper-rods therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00—Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42—Constructional features of converters
    • C21C5/46—Details or accessories
    • C21C5/4653—Tapholes; Opening or plugging thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
    • F27D3/1509—Tapping equipment
    • F27D3/1536—Devices for plugging tap holes, e.g. plugs stoppers

Definitions

  • Sealing plug for an outflow opening of a container and container with a
  • the invention relates to a closure plug for a discharge opening of a container which can receive liquid melt or other solids-laden fluids (gases and liquids), which has a closure region on its outer surface, which is provided with a portion of the
  • the invention relates to a container for receiving a melt or other solids laden fluids (gases and
  • Liquids in which an outflow opening is defined, which is bounded by a boundary wall, and which has a closure plug for closing the outflow opening, wherein the closure plug has a closure region on its outer surface, which is provided with a portion which delimits the outflow opening Boundary wall to come into contact with the
  • the invention relates to the use of such closure plugs, or the use of such containers.
  • solid particles can be dispersed in metal melts, which can be deposited in the systems through which they flow, for example when they flow out of a container through its outflow opening on the walls, for example on the walls of the outflow opening. This can lead to disruptions of the process flow.
  • WO 2005/042189 A2 discloses a closure stopper for an outflow opening of a container, which receives liquid melt, which has a closure region on its outer surface, which is intended to come into contact with a section of the boundary wall delimiting the outflow opening in order to contact the
  • a closure plug for closing the outflow opening wherein the closure plug has a closure portion on its outer surface which is intended to come into contact with a portion of the outflow limiting boundary wall to close the outflow opening and extending along its longitudinal axis of the Closing portion tapers toward a front end, which is intended to be inserted into the outflow opening.
  • Sealing plug or on the surface of the outlet opening delimiting boundary wall waves are provided, which are arranged such that the size of the flow channel, which forms when lifting the sealing plug between the outer surface of the sealing plug and the boundary wall of the outflow opening becomes larger and larger, the larger the farther the respective part of the flow channel is removed from the point of contact between the closure plug and the boundary wall with the closure plug closed. Due to the undulating, step-shaped design of the surface of the sealing plug, in the construction according to WO 2005/042189 A2 it is to be achieved that the particles flowing past the surface of the sealing plug
  • WO 2005/042189 A2 teaches that the controlled turbulence on the surface of the sealing plug reduces the blockage rate at the surface of the sealing plug by continuously removing non-metallic particles. Additionally, WO does In the case of the possible presence of gases, the controlled turbulences in the region of the plug surface distribute the gas bubbles uniformly around this part of the plug, thereby contributing to the prevention of clogging deposits.
  • Plug geometries are also known in practice, in which the closure plug has a spherical or conical tip.
  • the invention has the object to provide a closure plug for an outflow opening of a container receiving liquid melt, as well as a container for receiving a melt, which reduces the deposition of particles as it flows through such a system with a particle-laden fluid. Furthermore, a use for such a stopper, or such a container should be specified.
  • the invention is based on the idea that, inter alia, there is a flow-induced cause for the addition of flow-through pouring systems, namely recirculation zones on the boundary wall of the discharge opening below the plug, which flow separation with resulting local maxima of the flow velocity in the middle of the core flow below the plug Stopfens arise.
  • the invention assumes that this cause leads to an increased deposition of particles on the inner wall of the flow-through system.
  • the closure plug according to the invention has an outer contour which is intended to guide the flow well. In a preferred embodiment, this is done on the
  • the front end of the sealing plug is delimited by a sharp edge from the further surface shape of the sealing plug.
  • the sealing plug according to the invention has, between the closure region and the front end, a section which is concave. Additionally or alternatively, the sealing plug is designed such that the - A -
  • Closure area is located in a portion of the sealing plug, which is concave.
  • the stopper is provided with a stopper geometry which is easy to produce and at the same time makes it possible to guide the flow in the discharge opening parallel to the boundary wall of the discharge opening. This can prevent that maximum velocities arise in the middle of the core flow.
  • a concavely formed section of the sealing plug is particularly preferably understood to mean a section which has a contour in a sectional plane of the closure plug which contains the longitudinal axis of the sealing plug, in which all surface points on the contour lie on one side of a straight line which defines the starting point and the End point of the contour connects.
  • the closure area may be a surface area. Often, however, the closure area is designed so that - seen in cross section - a
  • Closure point is formed, or - based on the surface of the sealing plug - a closure line exists, with which the sealing plug can come into contact with a boundary wall of an outflow opening.
  • the surface of the sealing plug in the region between the front end remote end of the closure portion and immediately in front of the front end is designed such that it has only continuous changes in shape.
  • a continuous change in shape is understood in particular to mean those changes in shape in which a first surface does not change into a second surface to form an edge.
  • a continuous change in shape is understood to mean a change in shape in which a first planar surface does not pass through a transitional surface into a second, planar surface in which the radius of the contour of the transitional surface is smaller than or less than the longitudinal extent of the first surface is the longitudinal extension of the second surface, wherein the longitudinal extension is understood to mean the extension of the surface from the transition surface.
  • a continuous change in shape is understood to mean, in particular, any type of change in shape in which a surface region containing the change in shape does not break off along the flowing flow. By a continuous change in shape, a particularly good flow control can be achieved.
  • the sealing plug according to the invention has only a single concave in the region between the end of the closure region remote from the front end and immediately in front of the front end trained section on. As a result, a particularly good flow guidance can be achieved.
  • the concaved portion is formed in a cross section through the sealing plug, which takes place in a plane which also includes the longitudinal axis of the sealing plug, essentially by a circular arc or a portion of an ellipse or a portion of a parabola. This also contributes to a good flow guidance.
  • the sealing plug between the concave portion and the front end to a portion which is formed substantially cylindrical.
  • the cylindrically shaped part of the sealing plug is formed directly adjacent to the front end.
  • the closure plug according to the invention has a single concave portion, which is adjoined directly by a cylindrically shaped section of the sealing plug, to which, in a particularly preferred embodiment, the front end directly adjoins.
  • the front end has a flat surface that lies in a plane that is perpendicular to the longitudinal axis of the sealing plug. Particularly preferably, the front end is completely through such a plane
  • the front end may have a concave, inwardly curved end surface.
  • the entire front end is formed by a concave inwardly curved end surface of the plug.
  • a section is provided above the closure region, which is convex.
  • Closure plug is concave, this closure area of the Leave Verschusstopfens pass through the adjoining convex portion in the other, usually cylindrically shaped upper part of the sealing plug.
  • the invention is not limited to the use with sealing plugs, which have a substantially cylindrical base body.
  • the radius of the concaved portion is greater than half the difference between the cross-section of the sealing plug at the distal end of the closure portion and the front end cross-section. This contributes to a particularly good flow guidance.
  • a fluid outlet opening is provided at the front end of the sealing plug, from which a fluid flowing through a supply line provided in the sealing plug can escape.
  • Fluid outlet for example, argon can be applied.
  • the container according to the invention for receiving a melt has a closure stopper whose outer contour and the shape of the outlet opening are matched to one another in such a way that the melt flows into the outlet opening when the closure stopper is lifted so far that there is a gap between the outer surface the closure plug and the boundary wall forms, the closure plug is inserted with its front end but still in the outlet opening, flows into the outlet opening, in the region of a boundary wall adjacent to the flow area substantially parallel to the boundary wall directed flow direction.
  • the outer contour of the closure plug and the shape of the outflow opening are matched to one another such that when the closure plug is raised so that a gap forms between the outer surface of the closure plug and the boundary wall, the closure plug with its front End is still introduced into the outlet opening, a gap forms, whose cross-section is extended in the manner of a diffuser to the front end. In this way, the flow is controlled delayed.
  • An alternative or additional embodiment of the container according to the invention provides that the container has a closure stopper with at least one feature of the sealing stopper according to the invention described above.
  • the sealing plug according to the invention is used with a container for receiving a liquid molten metal.
  • the container according to the invention is used for receiving a liquid molten metal. It has been found that, especially when used with molten metals, the flow guidance achieved by the closure plug according to the invention or the container according to the invention offers advantages in the reduction of deposits on the walls of the system.
  • the closure plug according to the invention and the container according to the invention can also be advantageously used in other solids-laden fluids (gases and liquids).
  • Fig. 1a. b is a schematic sectional view of a known from practice sealing plug in engagement with the outlet opening of a container for receiving a melt
  • FIG. 2 is a schematic sectional view of a sealing plug according to the invention in engagement with the outflow opening of a container for receiving a melt
  • FIG. 3 is a perspective view of a sealing plug according to the invention.
  • Fig. 4 is a schematically sectional view through a first
  • Fig. 5 is a schematically sectional view of a second
  • FIGS. 1a, 1b and 2 show the flow conditions resulting from the geometry of the sealing plug and the shape of the outlet opening. The recirculation areas are shown in dashed lines. As can be seen in FIGS. 1a and 1b, recirculation regions close to the wall are formed in sealing plugs known from practice.
  • an upwardly directed flow can be established below the newly formed front end (stopper bottom) in which particles or inclusions can increasingly accumulate.
  • the closure plug shape shown in FIG. 1a and known from practice has a spherical front end.
  • the closure plug shape shown in FIG. 1b and known from practice has a conically shaped front end.
  • FIGS. 2, 3, 4, 5 have a closure region 3 on their outer surfaces, which is intended to come into contact with a section of the boundary wall limiting the outflow opening in order to close the outflow opening.
  • the illustrated plug tapers along its longitudinal axis from the
  • Closure area to a front end, which is intended to be inserted into the outflow opening. Between the front end remote end of the closure portion 3 and the front end, a portion 4 is provided, which is concave. The closure portion 3 is arranged even in this concave portion 4 of the sealing plug.
  • Closure stopper has a closure point. At the closure point, the plug closes the outflow opening.
  • lifting the sealing plug here is the point with the narrowest gap, which can be controlled via the provided gap surface of the flow.
  • the circular arc-shaped concave section 4 deflects the melt so that it flows parallel to the boundary wall of the outflow opening in the transition into a cylindrically shaped, adjoining the concave portion 4 section 5.
  • Closing plug causes a detachment of the flow from the Ver gleichtopfenkontur.
  • the separation point is fixed with the sharp edge.
  • the melt flows from there wall parallel.
  • a portion 2 is provided, which is convex.
  • an outlet opening 7 is provided, from which a through a provided in the sealing plug supply line flowing fluid can escape. Argon can be supplied through this fluid outlet opening 7.
  • closure point is provided at a 45 ° tangent of the boundary wall of the outflow opening.
  • closure point lies at a 30 ° tangent to the boundary wall of the outflow opening.

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Abstract

Verschlussstopfen für eine Ausflussöffnung eines Behälters, der flüssige Schmelze aufnimmt, der einen Verschlussbereich an seiner Außenoberfläche aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt der die Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand in Kontakt zu kommen, um die Ausflussöffnung zu verschließen, sich entlang seiner Längsachse von dem Verschlussbereich zu einem vorderen Ende hin verjüngt, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden, wobei dass ein Abschnitt zwischen dem Verschlussbereich und dem vorderen Ende konkav ausgebildet ist.

Description

"Verschlussstopfen für eine Ausflussöffnung eines Behälters und Behälter mit einem
Verschlussstopfen "
Die Erfindung betrifft einen Verschlussstopfen für eine Ausflussöffnung eines Behälters, der flüssige Schmelze oder andere feststoffbeladene Fluide (Gase und Flüssigkeiten) aufnehmen kann, der einen Verschlussbereich an seiner Außenoberfläche aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt der die
Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand in Kontakt zu kommen, um die Ausflussöffnung zu verschließen und der sich entlang seiner Längsachse von dem Verschlussbereich zu einem vorderen Ende hin verjüngt, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden. Ebenso betrifft die Erfindung einen Behälter zur Aufnahme einer Schmelze oder anderer feststoffbeladener Fluide (Gase und
Flüssigkeiten), in dem eine Ausflussöffnung ausgebildet ist, die durch eine Begrenzungswand begrenzt wird, und der einen Verschlussstopfen zum Verschließen der Ausflussöffnung aufweist, wobei der Verschlussstopfen einen Verschlussbereich an seiner Außenoberfläche aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt, der die Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand in Kontakt zu kommen, um die
Ausflussöffnung zu verschließen, und der sich entlang seiner Längsachse von dem Verschlussbereich zu einem vorderen Ende hin verjüngt, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden. Ebenso betrifft die Erfindung die Verwendung derartiger Verschlusstopfen, bzw. die Verwendung derartiger Behälter. Auf dem Gebiet der Handhabung von Metallschmelzen ist es bekannt, dass in Metallschmelzen feste Partikel dispergiert sein können, die sich in durchströmten Systemen, beispielsweise beim Ausströmen aus einem Behälter durch dessen Ausflussöffnung an den Wänden, beispielsweise an den Wänden der Ausflussöffnung ablagern können. Dies kann zu Störungen des Prozessablaufs führen.
Aus WO 2005/042189 A2 ist ein Verschlussstopfen für eine Ausflussöffnung eines Behälters bekannt, der flüssige Schmelze aufnimmt, der einen Verschlussbereich an seiner Außenoberfläche aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt der die Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand in Kontakt zu kommen, um die
Ausflussöffnung zu verschließen und der sich entlang seiner Längsachse von dem Verschlussbereich zu einem vorderen Ende hin verjüngt, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden. Ferner ist aus WO 2005/042189 A2 ein Behälter zur Aufnahme einer Schmelze bekannt, in dem eine Ausflussöffnung ausgebildet ist, die durch eine Begrenzungswand begrenzt wird, und der einen
Verschlussstopfen zum Verschließen der Ausflussöffnung aufweist, wobei der Verschlussstopfen einen Verschlussbereich an seiner Außenoberfläche aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt, der die Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand in Kontakt zu kommen, um die Ausflussöffnung zu verschließen, und der sich entlang seiner Längsachse von dem Verschlussbereich zu einem vorderen Ende hin verjüngt, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden.
Gemäß WO 2005/042189 A2 soll das vorbeschriebene Problem der Ablagerung fester Partikel von Metallschmelzen dadurch gelöst werden, dass an der Oberfläche des
Verschlussstopfens oder an der Oberfläche der die Auslassöffnung begrenzenden Begrenzungswand Wellen vorgesehen sind, die derart angeordnet werden, dass die Größe des Durchflusskanals, der sich beim Anheben des Verschlussstopfens zwischen der Außenoberfläche des Verschlussstopfens und der Begrenzungswand der Ausflussöffnung bildet diskontinuierlich größer wird und zwar je größer wird, desto weiter der jeweilige Teil des Durchflusskanals von dem Kontaktpunkt zwischen dem Verschlussstopfen und der Begrenzungswand bei geschlossenem Verschlussstopfen entfernt ist. Durch die wellenförmig, stufenförmige Ausbildung der Oberfläche des Verschlussstopfens soll bei der Konstruktion gemäß WO 2005/042189 A2 erreicht werden, dass die an der Oberfläche des Verschlussstopfens vorbeiströmende
Strömung an einzelnen Stellen entlang der Oberfläche abreißt, weil die Oberfläche an diesen Punkten plötzlich zurückspringt, und dadurch turbulente Wirbel an der Oberfläche der Verschlussstopfen ausgebildet werden. WO 2005/042189 A2 lehrt, dass die kontrollierten Turbulenzen an der Oberfläche des Verschlussstopfens die Verstopfungsrate an der Oberfläche des Verschlussstopfens dadurch reduzieren, dass kontinuierlich nicht metallische Partikel fortgetragen werden. Zusätzlich macht WO 2005/042189 A2 geltend, dass bei der - möglichen - Anwesenheit von Gasen die kontrollierten Turbulenzen im Bereich der Verschlussstopfenoberfläche die Gasbläschen einheitlich um diesen Teil des Verschlussstopfens verteilen und dadurch zur Verhinderung verstopfender Ablagerungen beitragen.
Aus der Praxis sind ferner Stopfengeometrien bekannt, bei denen der Verschlussstopfen eine kugel- oder kegelförmige Spitze aufweist.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verschlussstopfen für eine Ausflussöffnung eines Behälters, der flüssige Schmelze aufnimmt, sowie einen Behälter zur Aufnahme einer Schmelze vorzuschlagen, der die Ablagerung von Partikeln beim Durchströmen eines solchen Systems mit einem mit Partikeln beladenen Fluid reduziert. Ferner soll eine Verwendung für einen derartigen Verschlussstopfen, bzw. einen derartigen Behälter angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die nebengeordneten Ansprüche 1 , 9 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen sowie der hier nachstehenden Beschreibung wiedergegeben.
Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass es unter anderem eine strömungsbedingte Ursache für das Zusetzen von durchströmten Ausgusssystemen gibt, nämlich Rezirkulationsgebiete an der Begrenzungswand der Ausflussöffnung unterhalb des Stopfens, die durch Strömungsablösung mit resultierenden lokalen Maxima der Strömungsgeschwindigkeit in der Mitte der Kernströmung unterhalb des Stopfens entstehen. Die Erfindung geht davon aus, dass diese Ursache zu einer verstärkten Ablagerung von Partikeln an die Innenwand des durchströmten Systems führt.
Der erfindungsgemäße Verschlussstopfen weist eine Außenkontur auf, die die Strömung gut führen soll. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das an dem
Verschlussstopfen vorbeiströmende Fluid durch die Außenkontur des Verschlussstopfens so gelenkt, dass die Strömung parallel zur Längsachse des Verschlussstopfens erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das vordere Ende des Verschlussstopfens durch eine scharfe Kante von der weiteren Oberflächenform des Verschlussstopfens abgegrenzt. Dadurch bildet sich an dieser, aber auch nur an dieser Stelle eine Ablösung der Strömung. Dadurch kann die Bildung eines Geschwindigkeitsmaximums unterhalb des Stopfens vermieden werden.
Der erfindungsgemäße Verschlussstopfen weist zwischen dem Verschlussbereich und dem vorderen Ende einen Abschnitt auf, der konkav ausgebildet ist. Ergänzend oder alternativ ist der Verschlussstopfen derart ausgebildet, dass sich der - A -
Verschlussbereich in einem Abschnitt des Verschlussstopfens befindet, der konkav ausgebildet ist. Dadurch erhält der Verschlussstopfen eine einfach herzustellende Stopfengeometrie, die es zugleich ermöglicht, die Strömung in der Ausflussöffnung parallel zur Begrenzungswand der Ausflussöffnung zu führen. Dadurch kann verhindert werden, dass Geschwindigkeitsmaxima in der Mitte der Kernströmung entstehen.
Ferner lässt sich mit der Erfindung eine stabilere Strömungsführung erreichen. Ebenso kann mit der Erfindung eine Vermeidung, bzw. eine Minimierung der Ansatzbildung erreicht werden. Als konkav ausgebildeter Abschnitt des Verschlussstopfens wird insbesondere bevorzugt ein Abschnitt verstanden, der eine Kontur in einer Schnittebene des Verschlusstopfens, die die Längsachse des Verschlussstopfens enthält, aufweist, bei der alle Oberflächenpunkte auf der Kontur auf einer Seite einer Geraden liegen, die den Anfangspunkt und den Endpunkt der Kontur verbindet.
Der Verschlussbereich kann ein Oberflächenbereich sein. Häufig ist der Verschlussbereich jedoch so ausgebildet, dass - im Querschnitt gesehen - ein
Verschlusspunkt entsteht, bzw. - auf die Oberfläche des Verschlussstopfens bezogen - eine Verschlusslinie besteht, mit der der Verschlussstopfen in Kontakt mit einer Begrenzungswand einer Ausflussöffnung kommen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche des Verschlussstopfens in dem Bereich zwischen dem dem vorderen Ende entfernten Ende des Verschlussbereichs und unmittelbar vor dem vorderen Ende derart ausgestaltet, dass sie nur kontinuierliche Formänderungen aufweist. Unter einer kontinuierlichen Formänderung werden insbesondere solche Formänderungen verstanden, bei denen eine erste Oberfläche nicht unter Ausbildung einer Kante in eine zweite Oberfläche übergeht. Insbesondere wird unter einer kontinuierlichen Formänderung eine Formänderung verstanden, bei der eine erste, eben verlaufende Oberfläche nicht durch eine Übergangsoberfläche in eine zweite, eben verlaufende Oberfläche übergeht, bei der der Radius der Kontur der Übergangsoberfläche kleiner als die Längserstreckung der ersten Oberfläche oder kleiner ist als die Längserstreckung der zweiten Oberfläche ist , wobei als Längserstreckung die Erstreckung der Oberfläche von der Übergangsoberfläche fort verstanden wird. Unter einer kontinuierlichen Formänderung wird insbesondere auch jede Art der Formänderung verstanden, bei der eine den die Formänderung beinhaltenden Oberflächenbereich entlang strömende Strömung nicht abreißt. Durch eine kontinuierliche Formänderung kann eine besonders gute Führung der Strömung erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Verschlussstopfen in dem Bereich zwischen dem dem vorderen Ende entfernten Ende des Verschlussbereichs und unmittelbar vor dem vorderen Ende nur einen einzigen konkav ausgebildeten Abschnitt auf. Dadurch kann eine besonders gute Führung der Strömung erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der konkav ausgebildete Abschnitt in einem Querschnitt durch den Verschlussstopfen, der in einer Ebene erfolgt, die auch die Längsachse des Verschlussstopfens beinhaltet, im Wesentlichen durch einen Kreisbogen oder einen Abschnitt einer Ellipse oder einen Abschnitt einer Parabel gebildet. Auch dies trägt zu einer guten Strömungsführung bei. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der den konkaven Abschnitt bildende Kreisbogen, bzw. Abschnitt der Ellipse, bzw. Abschnitt der Parabel durch den Kreisbogen eines
Kreisausschnitts, bzw. den Abschnitt eines Ellipsenausschnitts bzw. den Abschnitt eines Parabelausschnitts gebildet, wobei der Kreisausschnitt, bzw. der Ellipsenausschnitt bzw. der Parabelausschnitt einen Winkel von mindestens 10°, insbesondere bevorzugt von mindestens 25° und besonders bevorzugt von mindestens 45° aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verschlussstopfen zwischen dem konkav ausgebildeten Abschnitt und dem vorderen Ende einen Abschnitt auf, der im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist. Dies kann einer guten Strömungsführung dienen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zylinderförmig ausgebildete Teil des Verschlussstopfens unmittelbar an das vordere Ende angrenzend ausgebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Verschlussstopfen einen einzigen konkav ausgebildeten Abschnitt auf, an den sich unmittelbar ein zylinderförmig ausgebildeter Abschnitt des Verschlussstopfens anschließt, an den sich, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform, unmittelbar das vordere Ende anschließt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das vordere Ende eine ebene Fläche auf, die in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Längsachse des Verschlussstopfens liegt. Insbesondere bevorzugt wird das vordere Ende vollständig durch eine derartige ebene
Fläche gebildet. In einer ergänzenden oder alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform kann das vordere Ende eine konkav nach innen gewölbte Endfläche aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieser alternativen Ausführungsform wird das gesamte vordere Ende durch eine konkav nach innen gewölbte Endfläche des Stopfens gebildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist oberhalb des Verschlussbereichs ein Abschnitt vorgesehen, der konvex ausgebildet ist. Das Vorsehen eines solchen konvex ausgebildeten Abschnitts erlaubt es, in einer bevorzugten Ausführungsform, bei der sich der Verschlussbereich des Verschlussstopfens in einem Abschnitt des
Verschlussstopfens befindet, der konkav ausgebildet ist, diesen Verschlussbereich des Verschlusstopfens durch den sich daran anschließenden konvex ausgebildeten Abschnitt in den weiteren, meist zylinderförmig ausgebildeten oberen Teil des Verschlussstopfens übergehen zu lassen. Die Erfindung ist allerdings nicht auf den Einsatz bei Verschlussstopfen beschränkt, die einen im Wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Radius des konkav ausgebildeten Abschnitts größer, als die Hälfte der Differenz zwischen dem Querschnitt des Verschlussstopfens an dem dem vorderen Ende entfernten Ende des Verschlussbereichs und dem Querschnitt des vordem Endes. Dies trägt zu einer besonders guten Strömungsführung bei.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist am vorderen Ende des Verschlussstopfens eine Fluidauslassöffnung vorgesehen, aus der ein durch eine im Verschlussstopfen vorgesehene Zufuhrleitung strömendes Fluid austreten kann. Aus einer derartigen
Fluidauslassöffnung kann beispielsweise Argon ausgebracht werden.
Der erfindungsgemäße Behälter zur Aufnahme einer Schmelze weist einen Verschlussstopfen auf, dessen äußere Kontur und die Form der Auslassöffnung derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Schmelze, die dann in die Auslassöffnung einfließt, wenn der Verschlussstopfen soweit angehoben wird, dass sich ein Spalt zwischen der Außenoberfläche des Verschlussstopfens und der Begrenzungswand bildet, der Verschlussstopfen mit seinem vorderen Ende aber noch in die Auslassöffnung eingeführt ist, in die Auslassöffnung einfließt, im Bereich eines an die Begrenzungswand angrenzenden Strömungsbereichs im Wesentlichen eine parallel zur Begrenzungswand gerichtete Strömungsrichtung aufweist. Durch diese Strömungsführung kann die Ablagerung von Partikeln an der Begrenzungswand vermieden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die äußere Kontur des Verschlusstopfens und die Form der Ausflussöffnung derart aufeinander abgestimmt, dass sich dann, wenn der Verschlussstopfen so weit angehoben wird, dass sich ein Spalt zwischen der Außenoberfläche des Verschlussstopfens und der Begrenzungswand bildet, der Verschlussstopfen mit seinem vorderen Ende aber noch in die Auslassöffnung eingeführt ist, ein Spalt bildet, dessen Querschnitt nach Art eines Diffusors zum vorderen Ende hin erweitert wird. Auf diese Weise wird die Strömung kontrolliert verzögert.
Eine alternative oder ergänzende Ausbildung des erfindungsgemäßen Behälters sieht vor, dass der Behälter einen Verschlussstopfen mit zumindest einem Merkmal des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verschlussstopfens aufweist. Durch die Kombination der an dem Verschlussstopfen realisierbaren Maßnahmen mit den an der Begrenzungswand des Behälters durchführbaren Maßnahmen und deren Abstimmung aufeinander kann eine besonders gute Strömungsführung herbeigeführt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der erfindungsgemäße Verschlussstopfen mit einem Behälter zur Aufnahme einer flüssigen Metallschmelze verwendet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der erfindungsgemäße Behälter zur Aufnahme einer flüssigen Metallschmelze verwendet. Es hat sich gezeigt, dass besonders im Einsatz bei Metallschmelzen die durch den erfindungsgemäßen Verschlussstopfen, bzw. dem erfindungsgemäßen Behälter erreichte Strömungsführung Vorteile bei der Reduktion der Ablagerungen an den Wänden des Systems bietet. Der erfindungsgemäße Verschlussstopfen und der erfindungsgemäße Behälter können ferner bei anderen feststoffbeladenen Fluiden (Gasen und Flüssigkeiten) vorteilhaft eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1a. b eine schematisch ausgeführte Schnittdarstellung eines aus der Praxis bekannten Verschlussstopfens im Eingriff in die Auslassöffnung eines Behälters zur Aufnahme einer Schmelze,
Fig. 2 eine schematisch ausgeführte Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verschlussstopfens im Eingriff in die Ausflussöffnung eines Behälters zur Aufnahme einer Schmelze,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Verschlussstopfens,
Fig. 4 eine schematisch ausgeführte Schnittzeichnung durch eine erste
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verschlussstopfens im Eingriff in die Auslassöffnung eines Behälters zur Aufnahme einer Schmelze,
Fig. 5 eine schematisch ausgeführte Schnittzeichnung einer zweiten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verschlussstopfens im Eingriff in die Auslassöffnung eines Behälters zur Aufnahme einer Schmelze. In den Figuren 1a, 1 b und 2 sind die durch die Geometrie des Verschlussstopfens und die Form der Auslassöffnung entstehenden Strömungsverhältnisse dargestellt. Die Rezirkulationsgebiete sind gestrichelt dargestellt. Wie man den Figuren 1a und 1 b entnehmen kann, werden bei aus der Praxis bekannten Verschlussstopfen wandnahe Rezirkulationsgebiete ausgebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Verschlussstopfen kann sich in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform unterhalb des eben ausgebildeten vorderen Endes (Stopfenboden) eine aufwärtsgerichtete Strömung einstellen, in welcher sich vermehrt Partikel, bzw. Einschlüsse ansammeln können. Eine Ablagerung dieser Partikel an dem Stopfenboden selbst kann jedoch beispielsweise durch Ausbringen eines Fluids an einer Fluidauslassöffnung am vorderen Ende des Stopfens vermieden werden. Die in Figur 1a dargestellte, aus der Praxis bekannte Verschlussstopfenform weist ein kugelförmig ausgebildetes vorderes Ende auf. Die in Figur 1 b dargestellte, aus der Praxis bekannte Verschlussstopfenform weist ein kegelförmig ausgebildetes vorderes Ende auf.
Die in den Figuren 2, 3, 4, 5 dargestellten Bauformen des erfindungsgemäßen Verschlussstopfens weisen einen Verschlussbereich 3 an ihren Außenoberflächen auf, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt der die Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand 1 in Kontakt zu kommen, um die Ausflussöffnung zu verschließen. Der dargestellte Verschlussstopfen verjüngt sich entlang seiner Längsachse von dem
Verschlussbereich zu einem vorderen Ende hin, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden. Zwischen dem dem vorderen Ende entfernten Ende des Verschlussbereichs 3 und dem vorderen Ende ist ein Abschnitt 4 vorgesehen, der konkav ausgebildet ist. Der Verschlussbereich 3 ist selbst in diesem konkav ausgebildeten Abschnitt 4 des Verschlussstopfens angeordnet. Der
Verschlusstopfen weist einen Verschlusspunkt auf. Am Verschlusspunkt verschließt der Stopfen die Ausflussöffnung. Beim Anheben des Verschlussstopfens befindet sich hier die Stelle mit dem engsten Spalt, wobei über die zur Verfügung gestellte Spaltfläche der Volumenstrom geregelt werden kann.
Der kreisbogenförmig ausgebildete konkave Abschnitt 4 lenkt die Schmelze so um, dass sie beim Übergang in einen zylinderförmig ausgebildeten, sich an den konkav ausgebildeten Abschnitt 4 anschließenden Abschnitt 5 parallel zur Begrenzungswand der Ausflussöffnung strömt. Eine scharfe Kante 6, an der der zylindrisch ausgebildete Abschnitt 5 in das durch eine ebene Fläche gebildete vordere Ende des
Verschlussstopfens übergeht, bewirkt ein Ablösen der Strömung von der Verschlusstopfenkontur. Der Ablösepunkt ist mit der scharfen Kante festgelegt. Die Schmelze strömt von dort wandparallel weiter. Oberhalb des Verschlussbereichs 3 ist ein Abschnitt 2 vorgesehen, der konvex ausgebildet ist. An dem durch eine ebene Fläche gebildeten vorderen Ende des Verschlussstopfens ist eine Auslassöffnung 7 vorgesehen, aus der ein durch eine im Verschlussstopfen vorgesehene Zufuhrleitung strömendes Fluid austreten kann. Durch diese Fluidauslassöffnung 7 kann Argon zugeführt werden.
Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist der Verschlusspunkt bei einer 45° Tangente der Begrenzungswand der Ausflussöffnung vorgesehen. Bei der in Figur 5 vorgesehenen Variante liegt der Verschlusspunkt an einer 30° Tangente der Begrenzungswand der Ausflussöffnung. Dieser Verschlusspunkt der zweiten Variante wird bei aus der Praxis bekannten Verschlussstopfen häufig eingesetzt.

Claims

"Patentansprüche:"
1. Verschlussstopfen für eine Ausflussöffnung eines Behälters, der flüssige Schmelze aufnimmt, der - einen Verschlussbereich (3) an seiner Außenoberfläche aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt der die Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand (1) in Kontakt zu kommen, um die Ausflussöffnung zu verschließen,
- sich entlang seiner Längsachse von dem Verschlussbereich (3) zu einem vorderen Ende hin verjüngt, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (4) zwischen dem Verschlussbereich (3) zu einem vorderen Ende konkav ausgebildet ist und/oder sich der Verschlussbereich (3) in einem Abschnitt (4) des Verschlussstopfens befindet, der konkav ausgebildet ist.
2. Verschlussstopfen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Verschlussstopfens in dem Bereich zwischen dem dem vorderen Ende entfernten Ende des Verschlussbereich und unmittelbar vor dem vorderen Ende nur kontinuierliche Formänderungen aufweist.
3. Verschlussstopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem konkav ausgebildeten Abschnitt (4) und dem vorderen Ende ein Abschnitt (5) befindet, der im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.
4. Verschlussstopfen nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende eine ebene Fläche aufweist, die in einer Ebene liegt, die senkrecht zur Längsachse des Verschlussstopfens liegt.
5. Verschlussstopfen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene
Fläche die Endfläche des zylinderförmig ausgebildeten, zwischen dem konkav ausgebildeten Abschnitt (4) und dem vorderen Ende angeordneten Abschnitts (5) ist.
6. Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Verschlussbereichs (3) ein Abschnitt (2) vorgesehen ist, der konvex ausgebildet ist.
7. Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des konkav ausgebildeten Abschnitts (4) größer ist, als die Hälfte der Differenz zwischen dem Querschnitt des Verschlussstopfens an dem dem vorderen Ende entfernten Ende des Verschlussbereichs (3) und dem Querschnitt des vorderen Endes.
8. Verschlussstopfen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Ende eine Fluidauslassöffnung (7) vorgesehen ist, aus der ein durch eine im Verschlussstopfen vorgesehene Zufuhrleitung strömendes Fluid austreten kann.
9. Behälter zur Aufnahme einer Schmelze, in dem eine Auslassöffnung ausgebildet ist, die durch eine Begrenzungswand (1) begrenzt wird, und der einen
Verschlussstopfen zum Verschließen der Ausflussöffnung aufweist, wobei der Verschlussstopfen einen Verschlussbereich (3) an seiner Außenoberfläche aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt der die Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand (1) in Kontakt zu kommen, um die Ausflussöffnung zu verschließen, und der sich entlang seiner Längsachse von dem Verschlussbereich (3) zu einem vorderen Ende hin verjüngt, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Kontur des Verschlussstopfens und die Form der Ausflussöffnung derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Schmelze, die dann, wenn der Verschlussstopfen soweit angehoben wird, dass sich ein Spalt zwischen der Außenoberfläche des Verschlussstopfens und der Begrenzungswand (1) bildet, der Verschlussstopfen mit seinem vorderen Ende aber noch in die Ausflussöffnung eingeführt ist, in die Ausflussöffnung einfließt, im Bereich eines an die Begrenzungswand (1) angrenzenden Strömungsbereichs im wesentlichen eine parallel zur Begrenzungswand gerichtete Strömungsrichtung aufweist.
10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die äußere Kontur des Verschlussstopfens und die Form der Ausflussöffnung derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich der Spalt nach Art eines Diffusors zum vorderen Ende hin erweitert.
11. Behälter zur Aufnahme einer Schmelze, in dem eine Ausflussöffnung ausgebildet ist, die durch eine Begrenzungswand (1) begrenzt wird, und der einen
Verschlussstopfen zum Verschließen der Ausflussöffnung aufweist, wobei der Verschlussstopfen einen Verschlussbereich (3) an seiner Außenoberfläche aufweist, der dazu vorgesehen ist, mit einem Abschnitt der die Ausflussöffnung begrenzenden Begrenzungswand (1) in Kontakt zu kommen, um die Ausflussöffnung zu verschließen, und der sich entlang seiner Längsachse von dem Verschlussbereich zu einem vorderen Ende hin verjüngt, das dafür vorgesehen ist, in die Ausflussöffnung eingeführt zu werden, insbesondere nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen zumindest eines der Merkmale eines Verschlussstopfens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
12. Verwendung des Verschlussstopfens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem Behälter zur Aufnahme einer flüssigen Metallschmelze und/oder Verwendung des Behälters nach einem der Ansprüche 8 bis 11 zur Aufnahme einer flüssigen Metallschmelze.
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