DE3826245C2 - - Google Patents
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- DE3826245C2 DE3826245C2 DE3826245A DE3826245A DE3826245C2 DE 3826245 C2 DE3826245 C2 DE 3826245C2 DE 3826245 A DE3826245 A DE 3826245A DE 3826245 A DE3826245 A DE 3826245A DE 3826245 C2 DE3826245 C2 DE 3826245C2
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- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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Description
Die Erfindung betrifft ein 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. 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 Verschlußteile zueinander
entfallen kann. Dadurch ist es zum einen möglich, daß 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 relativ zueinander ermöglicht, und andererseits
eng genug ist, um zu verhindern, daß die Metallschmelze in den
Bereich des Ringspaltes eindringen kann, oder daß sie, wenn sie
in den Ringspalt eindringt, dort zurückgehalten wird und nicht
durch den Ringspalt aus den Innenraum des Gefäßes herausfließt.
Hierbei spielen selbstverständlich die verschiedenen
metallurgischen Parameter wie Beschaffenheit der Metallschmelze,
Benetzbarkeit der Feuerfestteile, Liquidustemperatur der Schmelze
usw. auch 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, nämlich freie Beweglichkeit der beiden
Feuerfestteile relativ zueinander bei gleichzeitiger
einwandfreier Dichtigkeit des Schließ- und Regelorgans während
der gesamten Betriebsdauer zu optimieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß die Ausdehnungskoeffizienten der beiden Feuerfestteile
so aufeinander abgestimmt sind, daß sich im Betriebszustand
zwischen den kreiszylindrischen Dichtflächen der beiden
Feuerfestteile ein eine noch schmelzdichte Spielpassung bildender
Ringspalt einstellt, der im kalten Zustand zwischen 0,05 mm
und 0,7 mm beträgt.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, den Ringspalt zwischen den
Dichtflächen der Feuerfestteile in Abhängigkeit von den
aufeinander abgestimmten Ausdehnungskoeffizienten dieser Teile zu
bemessen, ist es möglich, den Ringspalt im kalten Zustand so
breit auszulegen, daß während der gesamten Betriebsdauer, d. h.
von Betriebsanfang bis Betriebsende, die Feuerfestteile des
Schließ- und/oder Regelorgans relativ zueinander frei beweglich
sind und andererseits so eng ineinanderpassen, daß das Schließ-
und/oder Regelorgan auch bei Eindringen von Metallschmelze in den
Ringspalt nach außen hin einwandfrei dichtet. Die genaue
Festlegung des Ringspaltes im kalten Zustand erfolgt von Fall zu
Fall, je nach Beschaffenheit der zu vergießenden Schmelze sowie
der Werkstoffe, aus denen die Feuerfestteile des Schließ-
und/oder Regelorgans hergestellt sind.
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 Dichtfläche 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 im 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.
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 Freiluftdüse 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 Ausführungsbeispiel 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 Antriebarmes 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 Durchgangsbohrung 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 Schmelzpegel 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 (5)
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
so aufeinander abgestimmt sind, daß sich im
Betriebszustand zwischen den kreiszylindrischen Dichtflächen
der beiden Feuerfestteile ein eine noch schmelzedichte
Spielpassung bildender Ringspalt einstellt, der im kalten
Zustand zwischen 0,05 mm und 0,7 mm beträgt.
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 der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feuerfestteile zumindest im Bereich ihrer miteinander
zusammenwirkenden kreiszylindrischen Dichtflächen als
zylindrische Rohre ausgebildet sind.
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