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Au.sfluBsehieberverschluß fUr Gefäße zum Vergießen von Metallen.
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Die Erfindung betrifft einen Ausflußschieberverschluß fUr Gefäße zum
Vergießen von Metallen, insbesondere Stahl, mit auswechselbaren feuerfesten Verschleißteilen
bestehend aus einer im Gefäßausflu.ß angeordneten Einlaufhülse und einer Bodenplatte
sowie einer im bewegten Schieberteil angeordneten Schieberplatte und Au.slauShUlse.
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Bei derartigen SchieberverschlUssen ist es notwendig, die einem großen
Verschleiß durch das ausfließende flüssige Metall ausgesetzten, im Ausfluß und im
Schieber vorgesehenen Verschleißteile des öfteren auszuwechseln, um ein dichtes
Abschließen des Verschlusses während des Betriebes zu gewährleisten. Die Verschleißteile
setzen sich bei den üblichen Konstruktionen aus der in der Ausflußöffnung des Gießgefäßes
meist in einem Lochstein eingebauten Einlaufhülse sowie einer darunter angeordneten
Bodenplatte, ferner einer mit der 3odenplatte dichtend zusammenwirkenden verstellbaren
Schieberplatte und einer daran anschließenden, die Verstellbewegungen des Schiebers
mitmachenden AuslaufhUlse zusammen. Die bekannten Platten haben zii den Bohrungen
der Hülsen koaxiale Durchflußöffnunge n und sind mit ihren den Hülsen zugekehrten
Flächen glatt an diese angelegt. Iie Durchflußöffnung der Bodenplatte befindet sich
dabei meist in oder nahezu in der Plattenmitte.
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T:L heutigen Stahlwerksbetrieb sind die Beanspruchungen der feuerfesten
Teile dieser z.B. an Gießpfannen ffir Strangguß angebrachten SchieberverschlUsse
außerordentlich hoch. Dies
liegt vor allem an den langen Gießzeiten
der großen bis zu 300 to Stahl enthaltenden Pfannen sowie an den sehr hohen Temperaturen
und den großen Fließgeschwindigkeiten des unter sehr hohem ferrostatischen Druck
stehenden flüssigen Metalls.
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Infolge dieser hohen Beanspruchungen der Verschleißteile eines Schieberverschlusses
ist es unumgänglich, kostspieliges feuerfestes Material höchster keramischer Qualität,
vor allem solches, das bis 90 Tonerde enthält, zu verwenden. Selbst in diesem Fall
ist der Verschleiß noch so hoch, daß es selten gelingt, die den Abschluß bewirkenden
Platten für mehr als eine Pfannencharge zu verwenden.
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Die geringen Stand zeiten ergeben sich nicht zuletzt auch aus der
geforderten Betriebssicherheit gegen Lecken und Durch brtiche des Stahls.
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Bei solchen Schieberverschlüssen treten die Verschleißstellen an den
Stoß- bzw. Verbindungsstellen zwischen Einlaufhülse und Bodenplatte sowie Schieberplatte
und Auslaufhülse auf, des weiteren vor allem an den Gleitflächen der ortsfesten
Bodenplatte und der beweglichen Schieberplatte.
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Man dimensioniert deshalb die Verschleißteile entsprechend, d.h. man
nimmt einen verhältnismäßig hohen Verbrauch an hochwertigem feuerfestem Material
in Kauf, um die geforderte Betriebssicherheit sicher zu stellen. Verringert man
die Abmessungen der Verschleißteile,beispielsweise die Dicke und Länge der Bodenplatte
und der Schieberplatte auf weniger kostspielige limensionen, dann rücken einmal
die Stoßstellen der Pulsen und Platten in den Bereich der Wirbelzonen, die sich
bei gedrosseltem Schieber im Strömungsweg des flüssigen Metalls bilden. Zum anderen
ergeben sich in Schließstellwig des Schiebers bei Kürzeren Baulängen der Platten
und vor alles bei mittiger Anordnung der Durchflußöffnungen kürzere Entfernungen
zwischen Einlauf und Auslauf des Schieberverschlusses, was, bedingt durch die an
den Gleitflächen der Platten entstehenden erosiven Auswaschungen, zu becken bzw.
Durchbrüchen des Metalls von der Einlau!d!!nuAg zur Auslaufffnung führen kann.
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Aufgabe vorliegender Erfindu.ng ist es, die angeführten Mängel zu
beseitigen, d.h. unter Einsparung von feuerfestem Verschleißmaterial mit verhältnismäßig
einfachen technischen Mitteln die Betriebssichexheit des Schieberverschlusses zu
gewShrleisten.
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Die gestellte Aufgabe wird.gemEß der Erfindung im wesentlichen dadurch
gelöst, daß a) die iurchflußöffnungen in der Bodenplatte und der Schieberplatte
in Bezug auf deren Längenausdehnung außermittig angeordnet sind, b) die Dichtflächen
zwischen den Durchflußöffnungen durch die langen Flächen der beiden Platten gebildet
werden, c) der Fand der Durchflußöffnung beider Platten auf der von den iichtflächen
abgekehrten Seite als Feder ausgebildet ist, während die Jeder Platte zugeordnete
Hülse eine dem Profil der Feder entsprechend gegenprofilierte Nut aufweist.
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Durch die Merkmale der außermittigen Anordnung der Iurchfluss-6ffnungen
in den beiden Platten und den Einsatz beider langen Plattenflächen als Dichtflächen
wird eine größtmögliche Dichtflächenüberdeckung und damit Dichtwirkung bei kleinstmöglicher
Plattenlänge bzw. Schieberlänge erzielt. Die optimale Nutzung der Berührungsflächen
als Dichtflächen bewirken in geschlossener Schieberstellung einen optimalen Abstand
zwischen den Durchfluß öffnungen der Platten, so daß eine zuverlässige Abdichtung
auch noch erzielt wird, wenn infolge durchgeführter Drosselbewegungen des Schieberverschlusses
sich bereits Auswaschungen in den Kantenbereichen der Durchfluß öffnungen gebildet
haben, an denen der flüssige Stahl abgelenkt wird.
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larüberhinaus können infolge der besagten optimalen Flächennutzung
bei vergleichsweise gleichgutem Dichteffekt kleinere Abmessungen für die Platten
gewählt werden, was wiederum eine erhebliche Einspiarung an kostspieligem hochwertig
feuerfestem VerschleiBmaterial mit sich bringt. Außerdem
kommen
verhältnismEBig kleine Schieberverschlußatmessungen den Platzverhältnissen entgegen,
die im allgemeinen an Stranggußanlagen vorhanden sind.
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Dps Merkmal der Verbindung der Bodenplattenöffnung mit der Einlaufhülse
und der Schieberplattenöffnung mit der Auslaufhülse über an den Platten angeordnete
Federn und an den Hülsen vorgesehene Nuten trägt wesentlich zur Verbesserung der
Betriebssicherheit bei, weil dadurch die Verbindungs flächen der Verschleißteile
in die Hülsen hinein verlegt werden und so den bei gedrosselter Schieberstellung
entstehenden Wirbelbereichen im ausfließenden Metallstrom entrückt werden. Durch
Erosion entstehende Auswaschungen an den Verbindungsflächen von Platten und Hülsen,
die bevorzugte Angriffsstellen für den Metallstrom darstellen, werden dadurch vermindert.
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Im ganzen gesehen bringen die Vorschläge gemäß der Erfindu.ng an den
besonders stark beanspruchten Stellen der Schieberverschleißteile weitgehende Sicherheit,
wobei hauptsächlich die Bodenplatte und die Schieberplatte mit Abmessungen versehen
werden können, die eine erhebliche Einsparung an hochwertigem feuerfestex Material
zulassen.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Einlauf-
und die Auslaufhülse und/oder die Schieber- und die Boden Wlatte gleiche Gestalt
und Abmessungen haben. Auf diese Weise vereinfacht sich einmal die Herstellung der
Verschleißteile beim Fabrikanten, da nunmehr die Produktion auf wenige Produkte
beschränkt ist, die in Massenfertigung mit einem minimalen Aufwand an Maschinen
und Werkzeugen billig und gut bei Verringerung der Ausschußquote produziert werden
können. Zum anderen wird die Lagerhaltung für den Fabrikanten und den Abnehmer vereinfacht.
Des weiteren können Montage-und Reparaturarbeiten am Schieberverschluß mit den eine
Verwechslungsgefahr nunmehr weitgehend ausschließenden Verschleißteilen schnell
durchgeführt werden, so daß die kostspieligen Ausfallzeiten im laufenden Gießbetrieb
sich verringern.
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Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung
und aus der Zeichnung ersichtlich.
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Fig. 1 zeigt einen Schieberverschluß gemäß der Erfindung im Längsschnitt
Fig. 2a und b Plattenpaare in Schließstellung ebenfalls im Längaschnitt und Fig.
3 ein Längsschnittdetail aus einem sich in Drosselstellu.ng befindlichen Schieberverschluß.
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Das in Fig. 1 im Ausflußbereich wiedergegebene Gießgefäß eist einen
Blechmantel 1 und eine feuerfeste Ausmauerung 9 2 auf. Blechman-tel und Ausmauerung
sind mit einer Öffnung versehen, in der ein Bodenstein 3 angeordnet ist, der seinerseits
eine Einlaufhülse 4 aufnimmt Am Mantel 1 des Gefässes ist ein Schieberverschluss
befestigt.
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Er besteht aus einem metallischen Gehäuse 5, einem metallischen Gebäusedeckel
6 mit Gleitbahnen 7, auf denen ein ebenfalls metallischer Schieber 8 mit Hilfe einer
Betätigungestange 9 hin- und herbewegt werden kann. Der Schieber 8 trägt eine Schiterplatte
10 sowie eine Auslaufftllse 11. Diese ist mit ihrer zylindrischen Durchflussöffnung
12 unter der gleichen Durchmesser aufweisenden Durchflussöffnung 13 der Schieberplatte
lo koaxial angeordnet, wobei die beiden Teile über Nut und Feder miteinander verbunden
sind.
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Über der Schieberplatte lo befindet sich eine ortsfest gelagerte lodenpiatte
14, deren Durchflußöffnung 15 ebenfalls koaxial su der Bohrung 16 der im Lochstein
3 des Gefässes angeordneten Einlaufhülse 4 verläuft und mit dieser ebenfalls durch
Nut und Feder in Verbindung steht.
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Aus der Zeichnung ist klar ersichtlich, daß die VerschleiB-material
dFrÇtellenden Teile 4 und 11 sowie 10 und 14 identisch und folglich beiderseits
verwendbar sind.
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Zum Auswechseln der Verschleißteile 4, 11, 10 und 14 wird der Gehäusedeckel
6 vom Gehäuse 5 gelöst, die verbrauchten Teile entfernt und dann die neuen Teile
unter Verwendung von Mörtel zusammengefügt. Die Einlaufhülse wird dabei mit Mörtel
fest in den Lochstein eingesetzt. Beim Aufbringen des Gehäusedeckels 6 auf das Gehäuse
5 wird darauf geachtet, daß die sorgfältig bearbeiteten gegeneinander dichtenden
Flächen 17 und 18 der Schieberplatte und der Bodenplatte 14 mit einem bestXimmtea
Anpressdruck aufeinander liegen.
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Fig. 2a und b zeigt zwei Ausführungsformen eines Plattenpaares in
geschlossener Stellung nach erfolgtem typischen Verschleiß durch Erosion, die vor
allem beim Gießen in Drosselstellung des Schiebers eintritt. Hierbei läßt Fig. 2b
erkennen, daß bei sehr kurzen Platten 10 und 14 gegen Ende der Gießzeit ein Übertritt
des flüssigen Metalls an den Verschleißstellen 20 und 21 und damit ein Lecken des
Schieberverschlusses gerade noch verhindert wird. Andererseits verdeutlicht Fig.
2a, daß bei einer stark außermittigen Anordnung der Plattendurchfluß öffnungen 13
und 15 oder einer Verlängrung der die Durchflußöffnungen gegenseitig abschließenden
Enden der Platten 10 und 14, d.h. bei entsprechend verlängertem Hub erheblich größere
Zwischenflächen 22 an den Dichtflächen 17 und 18 nach erfolgtem Verschleiß erhalten
bleiben, womit eine entsprechend erhöhte Betriebssicherheit erreicht wird.
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Es wurde gefunden, daß zwischen beiden Extremen gemäß Fig. 2a und
b s.B. folgende Abmessungen sowohl technisch wie wirtschaftlich vortsilhaft sind:
Plattenlänge L 3oo mm 420 mm langes Plattenende h 180 * 280 kurzes Plattenende 3
120 " 14Q Schieberhub H 120 " 180 Durchfluß ö ffnungs-Durchmesser d nax. 60 " 8o
Durchfluß öffnangs-Durchmesser d min. 25 " 35 Im allgemeinen wird der Abstand S
Je nach dem erwarteten Verschleiß mit o,5 bis 1,5 nal Durchmesser d beniessen.
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Der Rlrchmesser der lurcliflußöffnungen 13 und 15 in den Platten lo
u.nd 14 variiert hierbei nach gewünschter GieB-leistung. Die Platten können teergetränkt
sein und die dleitflächen sollten auf eine Genauigkeit von etwa o,o5 mm Toleranz
flach geschliffen werden.
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Fig. 3 zeigt eine Reihe von wichtigen Einzelheiten des Schieberverschlusses
gemäß der Erfindung. Die Platten lo und 14 befinden sich in Drosselstellung, wobei
die durch Erosion entstehenden Auswaschungen der beiden Platten 10 und 14 bei 20
und 21 ersichtlich sind. Gleichzeitig sind die wahrscheinlichen Stromlinien des
Metallflusses und die durch ihn erzeugten Wirbel illustriert.
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Fertigungstechnisch ist es praktisch nicht möglich, die Schieberplatte
10 und die Auslaufhülse 11 sowie die Bodenplatte 14 und die Einlaufhülse 4 Jeweils
einstückig herzustellen. Deshalb sind die Fugen 23 und 24 zwischen Platten und Hülsen
praktisch unvermeidbar. Sie sind bei den bekannten Schieberverschlüssen mit normaler
Dicke der Platten lo und 14 und glattem Anliegen der Platten- und Hülsenstoßflächen
vom Standpunkt der Betriebssicherheit aus gesehen schwache Stellen des Schieberverschlusses.
So ist die Fu.ge 24 zwischen Bodenplatte 14 und Einlaufhülse 4 bei stark gedrosseltem
bzw. geschlossenem Schieber dem vollen ferrostatischem Druck ausgesetzt, während
die Fuge 23 zwischen Schieberplatte 10 und Auslaufhtilse 11 von.dem durch die Drosselung
aus der Vertigkalrichtung abgelenkten Metallstrom und einer starken Wirbelung beaufschlagt
wird.
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Aus diesem Grunde hat es sich außerordentlich bewährt, durch die Anordnung
von Federn 25 und 26 an den den Gleitflächen 17 und 18 abgekehrten Seiten der Platten
1o und 14 den Abstand der beiden Fugen 23 und 24 von der Drossel- bzw.
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Gleitflächenebene soweit wie möglich zu vergrößern. Hierbei ist ein
achsialer Abstand von vorzugsweise das Ein- bis Zweifache des Durchmessers der Durchlauföffnungen
12, 13, 15 und 16 vorteilhaft, Mit dieser Ausbildung wurden gute Betriebsergebnisse
erzielt, obgleich die entgegen der Stromrichtung angeordnote Feder 26 der Bodenplatte
14 den b herigen fachmännischen Regeln wixderpricht.
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Fig. 3 veranschaulicht weiterhin, daß es unter Umständen vorteilhaft
sein kann, in beiden Hülsen 4 und 11 relativ kurze Einsätze 27 und 28 aus anderem
Material einzusetzen.
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Ein typisches beispiel ist die Verwendung von sehr hochtonerdigem
Material für beide Hülsen 4 und 11. Dies hat den Nachteil, daß wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit
dieses Materials der Temperaturabfall im Stahlstrang zwischen Pfanne und Ausfluss
unerwünscht hoch ist. In diesem Fall kann die Verbindung zwischen einer weniger
wärmeleitenden Hülse 4 und 11 aus bestem Schamottematerial und einem Einsatz 27
und 28 aus gegen Korrosion sehr widerstandsfähigen Korundmaterial vorteilhaft sein.