DE3826245A1 - Schliess- und/oder regelorgan fuer den abstich fluessiger metallschmelze aus einem metallurgischen gefaess - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich flüssiger Schmelze aus einem metallurgischen Gefäß mit einem unbeweglichen Feuerfestteil und einem relativ zu diesem dichtend dreh- und/oder verschiebbaren, beweglichen Feuerfestteil, wobei beide Feuerfestteile mit je einer kreiszylindrischen Dichtfläche versehen sind und beide Dichtflächen ineinander dichtend eingepaßt sind. Die Feuerfestteile sind normalerweise aus keramischem Material hergestellt. Sie können aber auch aus anderen, beispielsweise metallischen, ggf. auch miteinander kombinierten Werkstoffen hergestellt sein. Entscheidend ist es hierbei lediglich, daß diese Teile feuerfest sind, das heißt, daß sie im Betrieb nicht nur der mechanischen und chemischen Beaufschlagung, sondern auch der temperaturbedingten Beanspruchung durch die Metallschmelze standhalten.

Derartige Schließ- und/oder Regelorgane, wie sie beispielsweise aus der DE-PS 35 40 202 bekannt sind, zeichnen sich dadurch aus, daß bei ihnen die sonst bei herkömmlichen Linear- und Drehschieberverschlüssen erforderliche Anpreßeinrichtung zum schmelze- und luftdichten Anpressen der beweglichen Verschlußteile zueinander entfallen kann. Dadurch ist es zum einen möglich, das Schließ- und/oder Regelorgan mit relativ geringen Antriebskräften zu betätigen, und zum anderen seine Feuerfestteile im Innenraum des metallurgischen Gefäßes anzuordnen, so daß sie im Betrieb in der Metallschmelze eingetaucht sind. Damit wird verhindert, daß die Außenluft die Feuerfestteile des Schließ- und/oder Regelorgans angreifen kann bzw. daß sie durch die Feuerfestteile hindurch bis in die Metallschmelze eindringen kann.

Bei einem solchen Schließ- und/oder Regelorgan ist die Bemessung des Ringspaltes zwischen den beiden kreiszylindrischen Dichtflächen der Feuerfestteile für die einwandfreie Funktionsfähigkeit des Schließ- und/oder Regelorgans im Betrieb von entscheidender Bedeutung. Der Ringspalt muß so bemessen sein, daß er im Betrieb einerseits die freie Beweglichkeit der beiden Feuerfestteile zueinander ermöglicht, und andererseits eng genug ist, um zu verhindern, daß die Metallschmelze in den Bereich des Ringspaltes eindringen kann. Hierbei spielen auch selbstverständlich die verschiedenen metallurgischen Parameter wie Beschaffenheit der Metallschmelze, Benetzbarkeit der Feuerfestteile, Liquidustemperatur der Schmelze usw. eine Rolle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schließ- und/oder Regelorgan der eingangs genannten Art, die Breite des Ringspaltes zwischen den Dichtflächen der Feuerfestteile im Sinne der obigen Anforderungen zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Ausdehnungskoeffizienten der beiden Feuerfestteile aufeinander so abgestimmt sind, daß sich im Betriebszustand zwischen den kreiszylindrischen Dichtflächen der beiden Feuerfestteile ein eine noch schmelzedichte Spielpassung bildende Ringspalte einstellt.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, den Ringspalt zwischen den Dichtflächen der Feuerfestteile in Abhängigkeit von den aufeinander abzustimmenden Ausdehnungskoeffizienten dieser Teile zu bemessen, ist es möglich, den Ringspalt im kalten Zustand so auszulegen, daß er während der gesamten Betriebsdauer, d. h. von Betriebsanfang bis Betriebsende, sowohl die freie Beweglichkeit der beiden Feuerfestteile zueinander als auch die einwandfreie Dichtigkeit des Schließ- und/oder Regelorgans gegenüber der Metallschmelze im metallurgischen Gefäß gewährleistet.

Das Schließ- und/oder Regelorgan nach der Erfindung ist ferner gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskoeffizienten beider Feuerfestteile gleich sind. Dadurch ist es möglich, gleich beschaffene Feuerfestteile zu verwenden, was die konstruktive Auslegung der Feuerfestteile sowie die Festlegung des Ringspaltes zwischen deren kreiszylindrischen Dichtflächen leichter macht. Darüberhinaus wird die Herstellung des Schließ- und/oder Regelorgans auf diese Weise vereinfacht.

Ebenfalls im Sinne einer vereinfachten Herstellungsweise wird ferner gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß der im Betriebszustand eine noch schmelzdichte Spielpassung bildende Ringspalt auf der gesamten Länge der beiden miteinander zusammenwirkenden kreiszylindrischen Dichtflächen der Feuerfestteile gleich bemessen ist.

Alternativ dazu kann auch je nach Art des Schließ- und/oder Regelorgans von Vorteil sein, den im Betriebszustand eine noch schmelzedichte Spielpassung bildenden Ringspalt auf den Flächenbereich der beiden miteinander zusammenwirkenden kreiszylindrischen Dichtflächen der Feuerfestteile zu beschränken, in dem die Öffnungs- und Schließbereiche der beiden Feuerfestteile liegen. Bei dieser Ausführungsform ist es zum Beispiel möglich, den Ringspalt zwischen den Feuerfestteilen relativ breit zu bemessen und ihn nur in dem obengenannten Flächenbereich der Dichtflächen zu verengen, beispielsweise durch Auftragen einer Oberflächenbeschichtung auf eines der Feuerfestteile oder alternativ auf beide Teile.

Zwecks einer möglichst gleichmäßigen Dehnbarkeit der Feuerfestteile und auch im Hinblick auf eine möglichst einfachere Herstellung dieser Teile ist es ferner von Vorteil, daß sie zumindest im Bereich ihrer miteinander zusammenwirkenden kreiszylindrischen Dichtflächen als zylindrische Rohre ausgebildet sind.

Ausgehend von den in der Praxis zu vergießenden Schmelzen sowie von den zur Verfügung stehenden Werkstoffen für die Feuerfestteile des Schließ- und/oder Regelorgans gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig, daß der im Betriebszustand eine noch schmelzedichte Spielpassung bildende Ringspalt im kalten Zustand zwischen 0,05 und 0,7 mm beträgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines praktischen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Schließ- und/oder Regelorgan in senkrechter Anordnung, in einem Zwischengefäß (Tundish) eingebaut,

Fig. 2 die Einzelheit I aus Fig. 1, vergrößert dargestellt.

Das erfindungsgemäße Schließ- und/oder Regelorgan 1 besteht aus einem rohrförmigen Stator 2 und einem ebenfalls rohrförmigen Rotor 3, beide aus keramischem, feuerfestem Material.

Der Stator 2 ist in der feuerfesten Auskleidung 4 des Zwischengefäßes 5 luft- und schmelzedicht eingemörtelt und mündet in eine Freilaufdüse 6 ein, durch welche bei geöffnetem Schließ- und/oder Regelorgan 1 die Metallschmelze aus den Inneren des Zwischengefäßes 5 herausströmt.

Der Rotor 3 ist durch Bolzen 7 mit einer Halterung 8 drehfest verbunden, die ihrerseits über eine Kardanlenkung 9 mit einem Antriebsarm 10 verbunden ist. Letzterer lagert auf einem Lagerbock 11 des Zwischengefäßes 5 und weist an seinem äußeren Ende einen Hebelarm 12 auf, mit dessen Hilfe man über den Antriebsarm 10 und die Kardanlenkung 9 ein Drehmoment auf die Halterung 8 und somit auf den Rotor 3 des Schließ- und/oder Regelorgans 1 ausüben kann.

Hierdurch ist der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 in beiden Drehrichtungen um die gemeinsame Längsachse 13 drehbar.

Sowohl der Stator 2 als auch der Rotor 3 sind mit je zwei diametral zueinander liegenden Durchgangsbohrungen 14 bzw. 15 versehen, die in der dargestellten Öffnungsstellung des Schließ- und/oder Regelorgans 1 in axialer Richtung fluchten. Der Stator 2 und der Rotor 3 sind ferner in einem Axialbereich 16 mit je einer kreiszylindrischen Dichtfläche 17, 18 versehen, wobei beide Dichtflächen 17, 18 ineinander dichtend eingepaßt sind. Die Durchmesser beider Dichtflächen 17, 18 sind so bemessen, daß zwischen beiden ein Ringspalt 19 gebildet wird.

Beim vorliegenden Ausführungsfall betrug der Außendurchmesser des Stators 2 außerhalb des Axialbereiches 16 ca. 73 mm, der des Rotors 3 ca. 93 mm. Die Innendurchmesser des Stators 2 und des Rotors 3 betrugen ca. 33 mm bzw. ca. 40 mm. Im Axialbereich 16 betrug der mittlere Durchmesser im Bereich des Ringspaltes 19 ca. 63 mm.

Der Stator 2 und der Rotor 3 wurden aus einem hochtonerdehaltigen, gebrannten feuerfesten Werkstoff mit folgender Zusammensetzung hergestellt:

Al₂O₃
ca. 70% Gew.-Anteile
Zirkonmullit	ca. 20% Gew.-Anteile
Kohlenstoffanteil	ca. 10% Gew.-Anteile.

Der Stator 2 und der Rotor 3 wurden aus dem gleichen Werkstoff hergestellt, so daß beide Feuerfestteile gleiche Ausdehnungskoeffizienten hatten.

Die Durchmesser der Dichtflächen 17 und 18 wurden so festgelegt, daß im kalten Zustand beide Durchmesser um ca. 0,4 mm differierten. Der Ringspalt 19 zwischen beiden Dichtflächen betrug somit ca. 0,2 mm. Anschließend wurden die Dichtflächen 17 und 18 mit einer als Oxidationsschutz wirkenden Glasur versehen, wobei nach dieser Operation die Durchmesser der Dichtflächen 17 und 18 nur noch um ca. 0,25 mm differierten. Der Ringspalt 19 im kalten Zustand betrug somit nurmehr ca. 0,125 mm. Vor der Inbetriebnahme des Schließ- und/oder Regelorgans 1 wurde auf die Dichtflächen 17 und 18 ein graphithaltiges Schmiermittel aufgetragen.

Unter diesen Bedingungen konnte bei leerem Zwischengefäß 4 und im kalten Zustand der Rotor 3 mit Hilfe des Antriebsarmes 10 einwandfrei relativ zum Stator 2 gedreht werden.

Anschließend wurde der Stator 2 mit dem Rotor 3 gleichmäßig auf eine Temperatur von ca. 950°C vorgewärmt. Danach wurde der Innenraum des Zwischengefäßes 4 mit Stahlschmelze bis zu einem Pegel 20 aufgefüllt.

Anschließend wurde die Schmelze aus handelsüblichem, leicht flüssigem Stahl bei einer Temperatur von ca. 1560°C abgegossen. Zwischendurch wurde immer wieder der Rotor 3 gegenüber dem Stator 2 gedreht, um die Durchgangsbohrungen 14, 15 beider Teile mehr oder weniger in Deckung zu bringen und somit den aus dem Zwischengefäß 5 herausfließenden Schmelzefluß zu regulieren. Der Rotor 3 wurde auch mehrere Male weitergedreht, bis die Durchgangsbohrungen 14 und 15 nicht mehr in Deckung waren. Damit wurde der Schmelzedurchgang durch das Schließ- und/oder Regelorgan 1 ganz unterbrochen.

Insgesamt wurden durch das Schließ- und/oder Regelorgan 1 vier Pfannenchargen vergossen, was eine Betriebszeit von ca. 4 Stunden in Anspruch nahm. Bei jeder Charge ließ man den Schmelzepegel 20 nur soweit absenken, daß der Axialbereich 16 des Schließ- und/oder Regelorgans noch in der Metallschmelze eingetaucht blieb. Damit war gewährleistet, daß die Außenluft weder durch die Durchgangsbohrungen 14, 15 noch durch den Ringspalt 19 des Schließ- und/oder Regelorgans 1 eindringen konnte.

Während des ganzen Betriebes konnte der Rotor 3 einwandfrei und mit geringem Kraftaufwand von Hand gegenüber dem Stator 2 gedreht werden.

Nach der o. g. Betriebszeit von ca. 4 Stunden wurden die Bestandteile des Schließ- und/oder Regelorgans 1 abgenommen und auf etwaige Metallinfiltrationen untersucht. Es wurde festgestellt, daß während des Betriebes im Bereich des Ringspaltes 19 keine nennenswerten Metallinfiltrationen erfolgt waren.

Claims (6)

1. Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich flüssiger Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß mit einem unbeweglichen Feuerfestteil und einem relativ zu diesem dichtend dreh- und/oder verschiebbaren, beweglichen Feuerfestteil, wobei beide Feuerfestteile mit je einer kreiszylindrischen Dichtfläche versehen sind und beide Dichtflächen ineinander dichtend eingepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskoeffizienten der beiden Feuerfestteile aufeinander so abgestimmt sind, daß sich im Betriebszustand zwischen den kreiszylindrischen Dichtflächen der beiden Feuerfestteile ein eine noch schmelzdichte Spielpassung bildender Ringspalt einstellt.

2. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskoeffizienten beider Feuerfestteile gleich sind.

3. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Betriebszustand eine noch schmelzedichte Spielpassung bildende Ringspalt auf der gesamten Länge der beiden miteinander zusammenwirkenden kreiszylindrischen Dichtflächen der Feuerfestteile gleich bemessen ist.

4. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der im Betriebszustand eine noch schmelzedichte Spielpassung bildende Ringspalt auf den Flächenbereich der beiden miteinander zusammenwirkenden kreiszylindrischen Dichtflächen der Feuerfestteile beschränkt ist, in dem die Öffnungs- und Schließbereiche der beiden Feuerfestteile liegen.

5. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuerfestteile zumindest im Bereich ihrer miteinander zusammenwirkenden kreiszylindrischen Dichtflächen als zylindrische Rohre ausgebildet sind.

6. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der im Betriebszustand eine noch schmelzedichte Spielpassung bildende Ringspalt im kalten Zustand zwischen 0,05 und 0,7 mm beträgt.