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Die
Erfindung betrifft einen feuerfesten keramischen Lochstein (englisch:
well block, well nozzle). Ein solcher Lochstein wird beispielsweise
zur Einfassung (Umrahmung) eines Gasspülsteins oder eines Ausgusssteins
im Wand- oder Bodenbereich von metallurgischen Schmelz- und Behandlungsgefäßen eingesetzt.
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Gasspülsteine
weisen in der Regel eine Kegelstumpfform auf, wobei das schmale
Ende in der Funktionsposition oben ist. Entsprechend ist die Öffnung im
Lochstein, in die der Gasspülstein
eingesetzt wird, im Schnitt konisch, wobei das schmale Ende in der
Funktionsposition oben ist.
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Ein
Lochstein zur Aufnahme einer Auslaufhülse kann oberhalb eines Schieberverschlusssystems
eingesetzt werden. Grundsätzlich
werden Linearschieber von Drehschiebern unterschieden. Innerhalb
dieser Gruppen gibt es so genannte 2-Platten-Schiebersysteme und
Schiebersysteme mit mehr als 2 Platten.
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Bei
2-Platten-Linearschiebern wird die in Gießrichtung einer Metallschmelze
untere Schieberplatte zum Öffnung
und Schließen
des Verschlusssystems linear verschoben.
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Beispielsweise
beim Blockguss (Kokillenguss) ist es bekannt, die untere Schieberplatte
eines Pfannenschiebers in Gießrichtung
der Metallschmelze mit einer Auslaufhülse zu verlängern, die in einen zugehörigen Gießtrichter,
der der Kokille zugeordnet ist, hineinragt.
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Zum Öffnen des
Schiebers muss deshalb die Pfanne zunächst angehoben werden, um die
Ausgusshülse
der unteren Schieberplatte über
den Gießtrichter
anzuheben. Dann kann die untere Schieberplatte verschoben und der
Schieberverschluss geöffnet
werden. In diesem Moment beginnt die Schmelze durch den Schieberverschluss
auszulaufen. Dies erfordert es, in kürzester Zeit die Pfanne so über die
Kokille nachzufahren, dass die Auslaufhülse der unteren Schieberplatte
wieder konzentrisch zum und im Gießtrichter angeordnet ist.
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Die
Bewegung der Pfanne (beziehungsweise des Schieberverschlusses) relativ
zur Kokille (beziehungsweise deren Gießtrichter) ist schwierig.
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Häufig kann
nicht verhindert werden, dass Metallschmelze herumspritzt. Deswegen
wird häufig
ein zusätzlicher
Spritzschutz am Schieber angebracht.
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Einen
2-Plattenschieber durch einen 3-Plattenschieber zu ersetzen, bei
dem die mittlere Platte bewegt wird, löst zwar die genannten Probleme,
kompliziert und verteuert das Schieberverschlusssystem aber erheblich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das vorstehend geschilderte
Problem anzubieten.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Art „Adapter" zwischen Schieberverschluss
und nachfolgenden Aggregaten (beispielsweise dem erwähnten Gießtrichter)
anzuordnen. Dieser Adapter kann ortsfest angeordnet werden, beispielsweise
auf einem Gießtrichter.
Der Adapter ist so gestaltet, dass er einen Gießkanal aufweist, durch den
die Metallschmelze nach Verlassen des Schieberverschlusses in nachgeordnete
Aggregate fließen
kann. Das Besondere des Adapters liegt darin, dass das einlaufseitige
Ende des Gießkanals
eine größere Querschnittsfläche gegenüber dem
auslaufseitigen Ende des Gießkanals
besitzt.
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Dies
ermöglicht
es, die in Gießrichtung
der Schmelze vorstehende Auslaufhülse der unteren Schieberplatte
während
der Linearbewegung der Schieberplatte entlang des vergrößerten Gießkanals
horizontal zu verschieben, ohne das zugehörige Behandlungsgefäß, beispielsweise
eine Pfanne, anheben zu müssen.
Daraus folgt: Das einlaufseitige Ende des Gießkanals ist so gestaltet, dass
eine Auslaufhülse
einer korrespondierenden Schieberplatte in den Gießkanal – in Fließrichtung
einer Metallschmelze – eintauchen
(hineinragen) und senkrecht zur Fließrichtung der Metallschmelze
(quasi horizontal) im Gießkanal
bewegt werden kann. Die Querschnittsfläche des Gießkanals am einlaufseitigen
Ende kann mehr als das Doppelte der Querschnittsfläche am auslaufseitigen
Ende betragen. Dieser Wert kann auch > 2,3 oder > 2,5 oder > 2,7 sein.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass Schmelze, die durch den geöffneten
Schieberverschluss ausläuft,
unmittelbar in den Gießkanal
des Adapters einlaufen kann, ohne das metallurgische Schmelzgefäß erneut
verschieben zu müssen.
Gleichzeitig wird die Gefahr deutlich herabgesetzt, dass Metallschmelze
herumspritzt.
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Da
der Adapter eine ähnliche
Form aufweist wie ein eingangs genannter Lochstein, wird er im Folgenden
feuerfester keramischer Lochstein genannt.
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Insoweit
betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform
einen feuerfesten keramischen Lochstein mit einem Gießkanal,
der sich von einem oberen, einlaufseitigen Ende durch den Lochstein
zu einem unteren, auslaufseitigen Ende erstreckt, wobei das einlaufseitige
Ende gegenüber
dem auslaufseitigen Ende eine größere Querschnittsfläche aufweist.
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Wie
vorstehend erläutert
wird der Lochstein üblicherweise
so ausgerichtet werden, dass die Gießkanalachse in Funktionsposition
des Lochsteins vertikal verläuft.
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Nach
einer Ausführungsform
ist das auslaufseitige Ende des Gießkanals konzentrisch zur Gießkanalachse
ausgebildet. Üblicherweise
wird das auslaufseitige Ende (der auslaufseitige Endabschnitt) des
Gießkanals
einen Kreisquerschnitt aufweisen.
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Die
größere Querschnittsfläche des
einlaufseitigen Endes des Gießkanals
kann ebenfalls eine Kreisform haben, die konzentrisch zur Gießkanalachse
verläuft.
In diesem Fall kann der zugehörige
Schieberverschluss in X-Y-Richtung
entlang einer horizontalen Ebene beliebig verschoben werden.
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Regelmäßig liegt
die Verschieberichtung des Schiebers jedoch fest, so dass sich eine
exzentrisch zur Gießkanalachse
verlaufende Querschnittsfläche
für das
einlaufseitige Ende des Gießkanals
anbietet, beispielsweise in Form einer Ellipse, eines Ovals. Dabei
kann ein Ende des Ovals fluchtend zum auslaufseitigen Ende des Gießkanals
gestaltet sein.
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Aufgrund
der unterschiedlichen Querschnittsgeometrien am einlaufseitigen
und auslaufseitigen Ende des Gießkanals ergibt sich zwangsläufig, dass
die Wand des Gießkanals
nicht überall
parallel zur Gießrichtung der
Schmelze verlaufen kann.
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Nach
einer Ausführungsform
ist vorgesehen, den Gießkanal
im Übergangsbereich
vom einlaufseitigen Ende (Endabschnitt) zum auslaufseitigen Ende
(Endabschnitt) stufenförmig
auszubilden.
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In
strömungstechnischer
Hinsicht ist es vorteilhaft, anstelle einer Stufe eine geneigte
Schrägfläche auszubilden,
wobei die Schräge
in Richtung auf das auslaufseitige Ende des Gießkanals geneigt ist.
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Der
Lochstein kann auf unterschiedlichste Art und Weise positioniert
werden. Es kann ein eigenes Gerüst
vorgesehen werden. Für
den genannten Anwendungsfall des Kokillengusses bietet es sich an,
den Lochstein auf den Gießtrichter
aufzusetzen. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausführungsform
der Erfindung vor, die untere Stirnfläche des Lochsteins, benachbart
dem auslaufseitigen Ende des Gießkanals, mit einer umlaufenden
Aussparung auszubilden, die vorzugsweise formschlüssig zum
Umfangsbereich des Gießtrichters
gestaltet ist, so dass sich eine sichere Passform ergibt.
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Der
Lochstein besteht aus einem üblichen
keramischen feuerfesten Werkstoff. Typische Abmessungen sind:
| Breite: | 25
bis 75 cm, insbesondere 30 bis 60 cm |
| Länge: | 25
bis 75 cm, insbesondere 30 bis 60 cm |
| Höhe: | 10
bis 50 cm, insbesondere 15 bis 30 cm. |
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Anstelle
einer Quaderform kann der Lochstein auch eine zylindrische Umfangsfläche aufweisen,
dessen Durchmesser sich dann in der Größenordnung von Breite und Länge des
vorgenannten Quaders bewegt.
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Zusätzlich kann
ein Spritzschutz vorgesehen werden. Dieser wird beispielsweise an
der Schieberplatte befestigt und mit dieser mitbewegt.
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Der
Spritzschutz kann aber auch am Lochstein (umfangsseitig) vorgesehen
werden. Er besteht beispielsweise aus einem Blech.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie
den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
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Im
Bereich des Gießkanals
kann eine Inertgaszufuhr erfolgen. Konstruktiv kann dazu ein Kanal
im Feuerfestmaterial des Lochsteins vorgesehen werden, der an einer
Stelle mit Inertgas gespeist wird und ein oder mehrere Öffnungen
(beziehungsweise Abzweige mit Öffnungen)
in der Gießkanalwand
hat, über
die das Gas in die Metallschmelze strömt.
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Der
Stand der Technik sowie die Erfindung werden nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1:
einen 2-Platten-Schieberverschluss an einer Gießpfanne mit einem nachgeschalteten
Gießtrichter
als Bestandteil einer Kokillen-Gießanlage (im Längsschnitt)
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2:
eine Anlage analog 1 mit einem erfindungsgemäßen Lochstein.
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3:
eine Aufsicht auf den Lochstein von 2.
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1 zeigt
den Stand der Technik.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 einen Boden einer Gießpfanne,
an deren Ausguss 12 ein 2-Platten-Schiebersystem angeschlossen
ist, das aus einer oberen, fest montierten Platte 14 und
einer unteren, in Pfeilrichtung L bewegbaren Platte 16 besteht.
Die untere Platte 16 ist um ihre Durchflussöffnung 18 herum
nach unten (in Gießrichtung
der Schmelze) mit einem Ausgussstutzen 20 verlängert.
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Unterhalb
der Schieberplatte 16 ist ein oberes Ende einer Kokillen-Gießanlage
zu erkennen, hier insbesondere ein zugehöriger Gießtrichter 22 mit einer
trichterförmigen
Einlauföffnung 24,
an die sich ein Gießkanal 26 anschließt.
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Um
das Schiebersystem von der dargestellten Schließstellung in eine Position
zu bringen, bei der die Durchgangsöffnungen 18 der Platten 14, 16 fluchten,
muss die Gießpfanne 10 in
Pfeilrichtung G angehoben werden, um den Ausgussstutzen 20 der
Schieberplatte 16 aus der trichterförmigen Öffnung 24 (gestrichelt
dargestellte Position) herauszuführen.
Erst jetzt, in der mit durchgezogenen Linien gestalteten Position,
kann die Schieberplatte 16 in Pfeilrichtung L verschoben
werden.
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Damit
die Metallschmelze anschließend
in den Gießtrichter 22 ein
und durch diesen hindurchfließen kann,
muss die Pfanne parallel verschoben und abgesenkt werden, so dass
die Schmelze anschließend
vertikal über
den Ausguss 12, die Schieberplatten 14, 16 in
den Gießtrichter 22 fließen kann.
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2 zeigt
einen erfindungsgemäßen Lochstein 30,
der auf den Gießtrichter 22 aufgesetzt
ist.
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Der
Lochstein 30 weist einen Gießkanal 32 auf, der
ein oberes, einlaufseitiges Ende 32o und ein unteres, auslaufseitiges
Ende 32u besitzt. Der Gießkanal 32 erstreckt
sich von einer oberen Stirnfläche 34o zu einer
unteren Stirnfläche 34u des
Lochsteins 30.
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Wie 2 erkennen
lässt,
ist der obere, einlaufseitige Endabschnitt 32o des Gießkanals 32 mit
einer größeren (horizontalen)
Querschnittsfläche
ausgebildet als der untere Endabschnitt 32u, der eine kreisrunde Querschnittsfläche aufweist,
und zwar konzentrisch zur Gießachse
A. Um den oberen Abschnitt des Gießkanals 32 verläuft eine
ringförmige
Gasleitung 38 im Feuerfestmaterial. Von der Gasleitung 38 verlaufen
Stichleitungen 38s radial in Richtung Gießkanal 32.
Die Stichleitungen 38s münden in die Gießkanalwand
ein. Die Gaszufuhr erfolgt über
einen Anschlussbereich 38a.
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Am
oberen Ende weist der Gießkanal 32 eine
ovale Querschnittsfläche
auf, wie in 3 zu erkennen ist. Dabei verläuft die
mit dem Bezugszeichen 32w gekennzeichnete (rechte) Wand
des Gießkanals 32 durchgehend
vom einlaufseitigen Ende 32o zum auslaufseitigen Ende 32u,
während
in dem erweiterten einlaufseitigen Bereich 32o mit Abstand
zur oberen Stirnfläche 34o eine
Stufe 32s gebildet wird, die in Richtung auf das auslaufseitige
Ende 32u geneigt ist.
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Um
einen sicheren Sitz des Lochsteins 30 auf dem Gießtrichter 22 zu
ermöglichen,
weist der Lochstein im Bereich seiner unteren Stirnfläche 34u eine
konzentrisch zum Gießkanal 32 verlaufende
Aussparung 40 auf, die formschlüssig ein oberes Ende des Gießtrichters 22 aufnimmt.
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Es
ist ohne weiteres zu erkennen, dass der Ausgussstutzen 20 der
Schieberplatte 16 entlang des oberen einlaufseitigen Endes 32o des
Gießkanals 32 in
Linearrichtung (Pfeil L) verschoben werden kann, ohne die Gießpfanne 10 anheben
zu müssen.
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Die
Pfanne kann auch während
des Öffnens
des Schiebers in der gleichen Position bleiben und braucht nicht
nachgeführt
zu werden. Das Verhältnis
der Querschnittsflächen
des Gießkanals
oben und unten beträgt
hier 2,2:1.
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Geht
man davon aus, dass der Auslaufstutzen 20 der unteren Schieberplatte 16 eine
Querschnittsfläche
und Form aufweist, die der des Gießkanals 32 am unteren
Ende 32u entspricht, so ergibt sich für den Auslaufstutzen 20 ein
maximaler Verschiebeweg V (3) innerhalb
des einlaufseitigen Endes des Gießkanals 32, der etwa
dem 1,2-fachen des Durchmessers des Gießkanals 32 am unteren
Ende 32u entspricht. Dieser Wert (V) sollte > 1 und beispielsweise
1,1 bis 2,5 mal dem Durchmesser des Gießkanals 32 am unteren
Ende oder dem Durchmesser des Auslaufstutzens 20 entsprechen.