DE10222026C1 - Baugruppe eines Schieberverschlußsystems - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe eines Schieberverschlußsystems.

Description

Schieberverschlußsysteme sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, beispielsweise als Linear- oder Drehschiebersysteme mit zwei, drei oder vier relativ zueinander bewegbaren Teilen. Üblicherweise schließen Hülsen beziehungsweise rohrförmige Bauteile an die Schieberplatten an. Diese können angeflanscht werden. Zum Teil wird eine Hülse auch fest mit einer korrespondierenden Platte vermörtelt. Ebenso bekannt sind gemeinsame Aufnahmen, beispielsweise Metallhülsen, in denen die plattenförmigen und/oder hülsenförmigen/rohrförmigen Elemente gemeinsam konfektioniert werden.

In der DE 32 26 047 C2 ist eine Verbindung zwischen einer Wechseldüse und dem anschließenden Schutzrohr bekannt, wobei eine kompressible Dichtung im Verbindungsbauteil der beiden Bauteile vorgesehen ist.

Allen Systemen gemeinsam ist, dass innerhalb des Systems ein gemeinsamer Durchflußkanal ausgebildet wird, jedenfalls dann, wenn die einzelnen Bauteile des Schiebersystems sich in einer "Öffnungsposition" für durchzuleitende Metallschmelze befinden.

Schiebersysteme der genannten Art dienen der Regelung des Durchflusses einer Metallschmelze. Durch Relativbewegung der einzelnen Bauteile zueinander lassen sich neben einer völligen Absperrung beziehungsweise Öffnung auch Zwischenpositionen (Drosselstellungen) einstellen.

Hauptprobleme beim Betrieb sind unter anderem:

• - Die Dichtigkeit des Systems, insbesondere im Bereich der zueinander bewegten Bauteile,
• - Verhinderung einer Luftansaugung,
• - Reduzierung des Verschleißes, insbesondere im Bereich des Durchgangskanals,
• - Verhinderung von Anbackungen im Durchflußkanal.

Ein Großteil dieser Probleme resultiert aus Temperaturwechseln, die das System erfährt. Ersichtlich kommt es vor allem im Wandbereich des Durchgangskanals beim Angießen zu starken Temperaturschocks mit dem Ergebnis einer thermischen Dehnung des Feuerfestmaterials.

Man hat versucht, durch Auswahl der Werkstoffe der einzelnen Bauteile thermische Spannungsrisse auf ein Minimum zu reduzieren. Man hat ferner versucht, durch eine sehr präzise Geometrie ein "dichtes System" auszubilden. So werden beispielsweise die Gleitflächen von Schieberplatten und/oder Schieberplatten-Einsätzen zum Teil auf ein Hundertstel Millimeter exakt geschliffen.

Ziel der Erfindung ist es, eine weitere Möglichkeit aufzuzeigen, die geschilderten Probleme bei Schieberplatten so gering wie möglich zu halten.

Der erfindungsgemäße Vorschlag löst sich von der Überlegung, das System möglichst dicht auszubilden beziehungsweise die einzelnen Bauteile vollflächig und präzise gegeneinander beziehungsweise ineinander zu positionieren. Die Erfindung geht den umgekehrten Weg, nämlich zwischen benachbarten Bauteilen thermische Ausgleichsschichten einzubauen, die Längenänderungen der feuerfesten Bauteile der Schieberplatte kompensieren können.

Mit anderen Worten: Es werden gezielt "mechanische Schwachstellen" in das System eingebaut, und zwar im Bereich unmittelbar benachbart des Durchgangskanals. Diese Maßnahme erscheint zunächst unverständlich, weil der Wandbereich des Durchgangskanals so faktisch "nach außen geöffnet" wird und damit Angriffsflächen (Kanten) für die Metallschmelze gebildet werden, was grundsätzlich ebenso unerwünscht ist wie ein Ansaugen von Fremdluft.

Es wurde jedoch festgestellt, dass sich die entsprechenden "Dehnungsfugen" so ausbilden lassen, dass sie sich sehr schnell bei thermischer Belastung schließen (durch eine Längenänderung der benachbarten feuerfesten Teile) und zwar derart, dass korrespondierende Flächenabschnitte benachbarter Teile anschließend mehr oder weniger "knirsch" aufeinander liegen und zwischen benachbarten Teilen damit mechanische Spannungen und letztendlich Abplatzungen oder dergleichen vermieden werden.

Es wird in Kauf genommen, anfänglich (beim Anfahren des Systems) eine Unterbrechung im Wandverlauf des Durchgangskanals zu haben. Diese Unterbrechung schließt sich jedoch im weiteren Verlauf des Gießvorgangs quasi selbständig, so dass dann ein durchgehender Wandbereich ausgebildet wird. Gleichzeitig werden Spannungsrisse vermieden, da die entsprechenden Feuerfestteile sich nicht wechselseitig mechanisch beeinträchtigen.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung danach eine Baugruppe eines Schieberverschlußsystems das mindestens zwei feuerfeste keramische Bauteile umfaßt, die zu einer Schieberplatte konfektioniert sind, mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Soweit von einer "Baugruppe eines Schieberverschlußsystems" gesprochen wird, umfasst diese beispielsweise zwei korrespondierende, in der Funktionsposition übereinander liegende Bauteile.

Dies können zum Beispiel zwei Platten sein, die (zum Beispiel in einer gemeinsamen Kassette) zu einer Schieberplatte konfektioniert sind.

Ebenso kann es sich um eine Schieberplatte handeln, die mit einem Einsatz ausgebildet ist, der zum Beispiel aus einem verschleißfesten, feuerfesten Werkstoff besteht.

Die Funktionsfähigkeit des Systems bedingt, dass zwischen den korrespondierenden Oberflächen von Bauteilen, die relativ zueinander bewegt werden, keine Zwischenschicht im Sinne der Erfindung angebracht wird.

Diese Gleitflächen müssen und sollen weiterhin vollflächig aufeinander liegen, um die notwendige Dichtheit sicherzustellen.

Die Durchgangsöffnungen können einen Kreisquerschnitt aufweisen. Ebenso sind aber auch ellipsenförmige oder andere Querschnittsformen der Durchgangsöffnung möglich.

Die Ausgleichsschicht kann sich unmittelbar an den Durchgangskanal anschließen, sie kann aber auch geringfügig, beispielsweise einige Millimeter, zurückversetzt beginnen.

Erfindungsgemäß soll die Ausgleichsschicht - wie beschrieben - beim Erhitzen des Feuerfestmaterials, quasi "zusammengequetscht" werden. Es ist dabei möglich, dass bei einem Druck parallel zur Strömungsrichtung der Metallschmelze die Ausgleichsschicht radial (senkrecht) dazu auswächst und somit etwaige Freizonen zwischen benachbarten Bauteilen füllt.

Die Ausgleichsschicht kann exakt radial (in Bezug auf den Durchgangskanal) verlaufen; es ist, aber auch möglich, die Schicht unter einem Winkel < 0 und < 90° zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals anzuordnen, beispielsweise durch entsprechende kegelartige Ausbildung benachbarter Bauteil-Oberflächen.

Die Ausgleichsschicht besteht nach einer Ausführungsform aus hochtemperaturbeständigem Fasermaterial (Fasermatte, Faserpapier). Solche Faserwerkstoffe, beispielsweise auf Basis keramischer Fasern, sind hoch kompressibel (oft elastisch) und besitzen eine ausgezeichnete Temperatur-Wechselbeständigkeit. Die Fasern können beispielsweise Aluminiumoxyd-Fasern sein.

Die Ausgleichsschicht kann als vorkonfektioniertes Bauteil eingesetzt werden und beispielsweise eine Ringform aufweisen, wobei der innere Durchmesser dem Durchmesser des Durchgangskanals entsprechen kann. Ebenso kann die Ausgleichsschicht aber auch aus einzelnen Segmenten bestehen oder aus mehreren, übereinander angeordneten Schichten aufgebaut werden. Diese Zwischenschicht kann eine nahezu beliebige Form und Querschnittsausbildung haben, beispielsweise rechteckig, keilförmig, rund, wellig.

Die Dicke der Ausgleichsschicht, parallel zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals betrachtet, kann bis zu 25% der Dicke des Bauteils betragen, dessen Dehnung aufgefangen werden soll. Üblicherweise wird eine relativ dünne Schicht eingesetzt, beispielsweise mit einer Dicke < 5 Millimeter, nach einer Ausführungsform < 2 Millimeter. Häufig werden sehr dünne Matten mit einer Dicke unter einem Millimeter ausreichen, die gewünschten Effekte zu erzielen.

Die Ausgleichsschicht kann sich vom Wandbereich des Durchgangskanals (radial) bis nach außen erstrecken oder nur über einen Teilabschnitt korrespondierender Flächen benachbarter Bauteile.

Die Breite, radial zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals, sollte mindestens 2 Millimeter betragen. Üblicherweise wird sie im Bereich mehrerer Zentimeter liegen.

Insgesamt ergibt sich daraus, dass sich die Ausgleichsschicht zum Beispiel über 20% des Überdeckungsbereiches der benachbarten Bauteile erstrecken kann, wobei dieser Prozentsatz auch 50% und mehr, bis hin zu 100% betragen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigen die Figuren, jeweils in stark schematisierter Darstellung:

Fig. 1 Einen Längsschnitt durch ein Linear-Schiebersystem gemäß Stand der Technik.

Fig. 2 Eine Darstellung wie Fig. 1, jedoch unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Baugruppe

In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Linearschiebers mit einer oberen, ortsfest angeordneten Schieberplatte 10 und einer zugehörigen, unteren Platte 12 (die in Pfeilrichtung L bewegt werden kann) mit angeschlossener Hülse 14.

Die Platten 10, 12 und die Hülse 14 weisen jeweils Durchgangsöffnungen 10d, 12d, 14d auf, jeweils mit Kreisquerschnitt, die in der in Fig. 1 dargestellten "Durchflußposition" für eine Metallschmelze (in Pfeilrichtung M) einen Durchgangskanal 16 mit zylindrischer Wandfläche 18 bilden.

Die Schieberplatte 10 ist mit übereinander liegenden, feuerfesten, verschleißfesten Einsätzen 10e1, 10e2 ausgebildet, die jeweils eine Ringform aufweisen, unter Ausbildung der genannten Durchgangsöffnung 10d.

Analog ist die Platte 12 mit einem Einsatz 12e und Öffnung 12d konzentrisch zum Durchgangskanal 16 ausgebildet. Die Hülse 14 weist einen zylinderförmigen Verschleißeinsatz 14e auf.

Alle Bauteile sind so dimensioniert, dass sich insbesondere eine gemeinsame, durchgehende Innenwand 18 für den Durchgangskanal 16 ergibt, wenn der Schieber in der Durchflussstellung steht.

Beim Angießen des Systems, also dann, wenn die Metallschmelze hindurchgeführt wird, kommt es zu einer starken Temperaturerhöhung im Wandbereich 18 des Durchgangskanals 16. Das zugehörige Feuerfestmaterial kann sich - falls eine Dehnfuge fehlt - nicht ausdehnen und es kommt, je nach Werkstoff, zu mehr oder weniger großen Spannungen, die bis zum Abplatzen des Feuerfestmaterials führen können.

Um dies zu vermeiden, ist in dem Bereich zwischen den Einsätzen 10e1, 10e2 der Platte 10 erfindungsgemäß eine Ausgleichsschicht 20 angeordnet, die eine Ringform hat, wobei der Innendurchmesser dem Durchmesser der Durchgangsöffnung 16 entspricht und der Außendurchmesser dem des Einsatzes 10e1, so dass sich im Überdeckungsbereich der Einsätze 10e1 und 10e2 eine 100%ige Füllung mit der Ausgleichsschicht 20 ergibt, die aus einem 2 Millimeter dicken keramischen Faservlies besteht (Fig. 2).

Kommt es beim Angießen des Systems zu einer Wärmedehnung des Feuerfestmaterials, so kann sich der Einsatz 10e2 nicht nach unten ausdehnen, weil seine Gleitfläche 10g vollflächig auf der Gleitfläche 12g der Platte 12 aufliegt. Die Ausgleichsschicht 20 ermöglicht es aber, dass der Einsatz 10e2 "nach oben" auswächst, jedenfalls im Bereich benachbart der Durchgangsöffnung 16. Dabei kommt es zu einer Komprimierung der Faserschicht und einem faktisch vollständigen Verschluss des Abstandes der korrespondierenden Flächen der Einsätze 10e1, 10e2. Thermische/mechanische Spannungen lassen sich auf diese Weise vermeiden.

Allein die geschilderte Maßnahme hat in Vorversuchen zu einer 50%igen Erhöhung der Plattenhaltbarkeit geführt.

Analog kann auch der Bereich zwischen dem Einsatz 12e und der Hülse 14 mit einer entsprechenden Ausgleichsschicht ausgebildet werden, wie in Fig. 2 durch eine Wellenlinie 22 dargestellt.

Es genügt in der Regel, die Ausgleichsschicht nur unmittelbar benachbart der Durchgangsöffnung 16 vorzusehen, weil dort die größte Temperaturbelastung beim Guß auftritt und damit hier die größte thermische Dehnung stattfindet.

Claims (13)

1. Baugruppe eines Schieberverschlusssystem, mit folgenden Merkmalen:

• 1. 1.1 die Baugruppe umfaßt mindestens zwei feuerfeste keramische Bauteile (10, 10e1, 10e2, 12, 12e, 14, 14e), die zu einer Schieberplatte konfektioniert sind,
• 2. 1.2 jedes der beiden Bauteile (10, 10e1, 10e2, 12, 12e, 14, 14e) weist eine Durchgangsöffnung (10d, 12d, 14d) auf,
• 3. 1.3 die beiden Bauteile (10, 10e1, 10e2, 12, 12e, 14, 14e) der Baugruppe sind so angeordnet, dass ihre Durchgangsöffnungen (10d, 12d, 14d) einen gemeinsamen Durchgangskanal (16) bilden,
• 4. 1.4 zumindest in einem, an den Durchgangskanal (16) radial anschließenden Bereich ist beim Anfahren des Systems zwischen den beiden Bauteilen (10, 10e1, 10e2, 12, 12e, 14, 14e) eine Dehnungsfuge angeordnet, in der eine komprimierbare Ausgleichsschicht (20, 22) einliegt.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Durchgangsöffnungen (10d, 12d, 14d) einen Kreisquerschnitt aufweisen.

3. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) unmittelbar an den Durchgangskanal (16) anschließt.

4. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) eine Ringform aufweist.

5. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) senkrecht zur Mittenlängsachse (A) des Durchgangskanals (16) verläuft.

6. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) aus einem hochtemperaturbestandigen Fasermaterial besteht.

7. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) eine Dicke, parallel zur Mittenlängsachse (A) des Durchgangskanals (16), bis zu 25% der Dicke eines benachbarten Bauteils (10, 10e1, 10e2, 12, 12e, 14, 14e) aufweist.

8. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) eine Dicke, parallel zur Mittenlängsachse (A) des Durchgangskanals (16), zwischen 0,2 und 10% der Dicke eines benachbarten Bauteils (10, 10e1, 10e2, 12, 12e, 14, 14e) aufweist.

9. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) eine Breite, radial zur Mittenlängsachse (A) des Durchgangskanals (16), von mindestens 2 mm aufweist.

10. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) sich über mindestens 20% des Überdeckungsbereichs der beiden benachbarten Bauteile (10, 10e1, 10e2, 12, 12e, 14, 14e) erstreckt.

11. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht (20, 22) sich über mindestens 50% des Überdeckungsbereichs der beiden benachbarten Bauteile (10, 10e1, 10e2, 12, 12e, 14, 14e) erstreckt.

12. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht mehrteilig ist.

13. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Durchgangsöffnungen (10d, 12d, 14d) benachbarter, eine Ausgleichsschicht (20) zwischen sich aufnehmender Bauteile (10e1, 10e2; 12e, 14e) fluchten.