DE2719105B2 - Feuerfeste Platte für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefäßen - Google Patents
Feuerfeste Platte für Schieberverschlüsse an metallurgischen GefäßenInfo
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- B22D41/28—Plates therefor
- B22D41/30—Manufacturing or repairing thereof
- B22D41/32—Manufacturing or repairing thereof characterised by the materials used therefor
Description
Die Erfindung betrifft feuerfeste, wenigstens eine Durchlaßöffnung aufweisende Platten für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefäßen mit einem
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feqerfesten Grundkörper und einem ober den Verstellbereich mit Schmelze in Berührung kommenden
hitzebeständigen plattenförmigen Einsatz,
Schieberplatten, worunter auch Platten für Drehverschlüsse zu verstehen sind, werden heutzutage meist aus
Mullit-Korund mit einem Tonerdegehalt Ober 80 Gew.-% hergestellt und bei hohen Temperaturen
keramisch gebunden. Es gibt auch keramisch gebundene Magnesitplatten. Ebenso sind bereits Platten aus
feuerfestem Feuerbeton mit hydraulischer Bindung unter Anwendung von Tonerdezement veröffentlicht
worden.
AUe Platten, gleich welchen Materials, werden in der
Praxis vorwiegend als Einstoffplatten eingesetzt, die,
wie neuerliche von der Anmelderin durchgeführte Messungen und Versuche ergeben haben, hauptsächlich
infolge gleicher Struktur und konstruktionsbedingter kompakter Geometrie im Durchflußbereich des Gießstrahls einen Zerstörungsmechanismus erleiden, der von
einer schockartigen Temperaturerhöhung im Bereich der Durchflußöffnung beim Angießen eingeleitet wird.
Es kommt dabei zu erheblichen tangentialcn Zugspannungen im Plattenmaterial in einigen Zentimetern
Entfernung von der Durchflußöffnung, so daß die Platten an diesen Stellen mehr oder weniger visuell
erkennbar radial zur Durchflußöffnung reißen. Alsdann wird beim Schließen des Verschlusses die Schieberplatte, die den Gießsu-ahl abschert, an ihrer Schließfläche
schlagartig von der normalen Betriebstemperatur, die etwa 500 bis 8000C beträgt, auf 15000C erhitzt, was
einige Millimeter unterhalb der beaufschlagten Fläche zu relativ hohen Zugspannungen im Plattenmaterial und
letzten Endes zu schaienförmigen Abplatzungen desselben führt. Wird der Verschluß mehrfach geöffnet und
geschlossen oder gedrosselt, dann entstehen erosive Auswaschungen am Durchflußrand und außerdem
gelangen im besonderen Maße Stahl- und Schlackenpartiksin zwischen die Platten, um dort zu erstarren und
in die aufeinandergleitenden Plattenflächen zu erodieren. Schließlich werden die PIr-'-ten von Stahl und
Schlacke mechanisch angegriffen, wobei insbesondere FeO aus dem Stahl sowie aus dem Gefäß stammende
saure und basische Schlacken gefährlich sind.
Auf Grund dieses neu erkannten Beanspruchungsvorgangs ergeben folgende Forderungen an die Eigenschaften eines möglichen Plattenmaterials:
1) Rißbeständigkeit,
2) Abschäl-(peeling)festigkeit,
3) Erosionsfestigkeit,
4) chemische Widerstandsfähigkeit.
In ihrer Gesamtheit lassen sich diese Forderungen derzeit durch keinen Werkstoff in wirtschaftlich
befriedigendem Maße erfüllen. Die gebräuchlichen Plattenmaterialien, wie Tonerde und Magnesit, sind
teilweise befriedigend, kommen aber wenigstens einer oder zweien der Forderungen mäßig bis schlecht nach.
Beispielsweise ist die Rißbeständigkeit von Magnesitplatten schlecht, während bei Korund-Mullit-Platten die
Rißbeständigkeit und die chemische Widerständsfähigkeit mäßig sind.
Es sind auch Schieberplatten aus Werkstoff-Kombinationen bekannt. Beispielsweise ist in der DE-OS
19 35 424 ein Schieberverschluß enthalten, dessen Schieberplatte in einen keramischen Tragkörper mit
wärmeisolierenden Eigenschaften eingebettet ist. Damit wird vornehmlich der Zweck verfolgt, Einfrierungen des
Stahls bei geschlossenem Schieber zu verhindern, und
zwar soll der isolierende Tragkörper das Abwandern
von Wärme eindämmen und die Schieberplatte auch bei geschlossenem Schieber auf einer Temperatur halten,
die über der Erstarrungstemperatur des Metalls liegt Diese Konstruktion hat sich nicht bewährt, da in den
verwendeten hochtonerdehaltigen Schieberplatten durch die Einbettung in wärmeisolierende Tragkörper
thermische Spannungen zwar etwas verringert werden, aber die Erosionsfestigkeit und die chemische Widerstandsfähigkeit deutlich abfallen. Außerdem erfordert ι ο
das Einsetzen der Platte in den isolierenden Tragkörper erheblichen Herstellungsaufwand.
Des weiteren beinhaltet die DE-PS 19 37 742 eine Zweistoffschieberplatte, nach der an sich bekannte
hochhitzebeständige metallische Hartstoffe. (Hartmetal- ι s
Ie der Pulvermetallurgie) oder metallische Verbundstoffe auf der Basis von Molybdän und Zirkonoxid als
Werkstoffe für mit Metallschmelze in Berührung kommende Plattenteile vorgesehen sind, um den
Wärmetransport von der Durchflußöffnung der Schieberplatte zu einfriergefährdeten Zonen hin zu steuern.
Demnach werden die besagten Stoffe, die zu in dsr.
Schieberplatten angeordneten Einsätzen geformt sind, hauptsächlich wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit
benutzt. Hierbei kommen natürlich auch andere Eigenschaften der Stoffe, wie Hitzebeständigkeit,
Zunderfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zum Zuge. Was jedoch fehlt, ist der gezielte Abbau des
Verschleißes von Schieberplatten infolge Abplatzungen (Peeling), die nach neueren Erkenntnissen maßgeblich
zur Unbrauchbarkeit der Platten führen.
Das besagte Einfrieren des Metalls, das zu verhindern in beiden vorstehend behandelten Schriften in erster
Linie angestrebt wird, ist in der Praxis derzeit nicht problematisch.
Vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem erstrangigen Problem der Verschleißverminderung. Dementsprechend hat sich vorliegende Erfindung die Aufgabe
gestellt, die Haltbarkeit von aus einem Grundkörper und einem Einsatz bestehenden Schieberplatten bei
vereinfache Herstellung zu verbessern.
Die gestellte Aufgabe wird im wesentlichen mit dem Anspruch 1 gelöst, der als Schieberplatte die Kombination eines Grundkörpers aus feuerfestem Feuerbeton
mit eingeformtem oxidkeramischem Einsatz bestimmter Eigenschaften und geometrischen Abmessungen vorsieht. Diü Kombination ergibt gewichtige Vereinfachungen in der Plattenherstellung. Einmal weicht die
Fertigung eines oxidkeramischen Einsatzes, wenn von höheren Preßdrücken, ca. lOOOkp/cm2, und höheren
Brenn- bzw. Sintertemperaturen, ca. 17500C, abgesehen
wird, kaum von der eines üblichen feuerfesten Hoch wert körpers ab, zum anderen kann der Einsatz
beim Formen des Grundkörpers ohne Schwierigkeiten in die Feuerbetonmischung eingeformt werden. Nach
dem Ausformen läßt sich die Platte einer abschließenden Trocknung bzw. Wärmebehandlung unterziehen.
Über den Vorteil der einfachen Fertigung hinaus berücksichtigt die Zweistoffplatte gemäß der Erfindung
die vier aufgezeigten Verschleißwirkungen optimal. So t>o ist für das jeweils vorgesehene oiddkeramische Material
diejenige Breite des Einsatzes vorbestimmbar, bei der dieser den Schieberbetrieb rißfrei übersteht, und zwar
an Hand des gekennzeichneten Multiplikatorbereiches für den Durchmesser der Plattendurchflußöffnung in
Abhängigkeit von Festigkeit. Elastizitätsmodul und Wärmedehnungskoeffizient. Dadurch ist es möglich, die
im Einsatz beim Anghßen auftretenden (tangentialen)
Zugspannungen unterhalb der Zugfestigkeit zu halten.
Diese Zugspannungen sind außer von den Material· kenngrößen und dem Temperaturanstieg wesentlich
von der Plattenbreite abhängig. Die geforderte hohe Biegefestigkeit (Zugfestigkeit) garantiert außerdem die
Abplatz- oder Zermürbungsbeständigkeit des Einsatzes,
dessen Erosionsbeständigkeit durch die hohe Kaltdruckfestigkeit und Gasdichte gegeben ist, während die
Korrosionsbeständigkeit insbesondere gegen chemische Angriffe von FeO und Schlacke durch die an sich
hohe Reinheit oxidkeramsicher Stoffe und ebenfalls durch die niedrige Gasdurchlässigkeit erreicht wird.
Im ganzen gesehen wird die Zweistoffplatte gemäß der Erfindung den Anforderungen in Schieberverschlüssen weitgehend gerecht und ist zudem in einfacher und
wirtschaftlicher Weise herzustellen, vor allem infolge der Verwendung von an sich leicht gestaltbarem
Feuerbeton als Grundkörpermaterial.
Zweckmäßig besteht der Feuerbeton des Grundkörpers aus 70 bis 95 Gew.-% Tabulartonerde 0 bis 6 mm
und 5 bis 30 Gew.-% Tonerdezem ,it mit 80 Gew.-%
AbOs, während der oxidkeramische Einsatz aus Oxiden
mit Schmelzpunkten oberhalb 1950° C besteht Solche
Oxide sind insbesondere MgO, Cr2O3, AI2O3 und ΖΓΟ2.
Die Hochwerteinsätze bestehen zumindest 99-Λ aus
einem dieser Oxide oder aus einer Mischung mehrerer dieser Oxide, wobei auch die Oxidgernische so zu
wählen sind, daß in gebrannten keramischen Scherben Verbindungen oder Mischkristalle entstehen, deren
Schmelzpunkt ebenfalls oberhalb 1950° C liegt Die Summe der Verunreinigungen oder der Zusatz von
Oxiden, deren Schmelzpunkt unter 1950° C liegt sol! 1%
nicht überschreiten. Besonders bewährt haben sich Stoffkombinationen aus Al2O3 und ZrO2 bzw. ZrO2 und
Cr2Ot Für den Fall der überwiegenden Verwendung
von ZrO2 kann ein stabilisierender Zusatz von CaO gewählt werden.
Anstelle von 70 bis 95 Gew.-% Tabulartonerde kann der Grundkörper auch 70 bis 95 Gew.-% eines
tonerdehaltigen Rohstoffes mit mehr als 70 Gew.-°/o Al2O3 aufweisen, beispielsweise gesinterten Bauxit,
S-nth. Mullit Normalkorund oder Schleifscheibenbruch.
Ein weiterer Vorschlag im Rahmen der Erfindung besteht darin, daß der Einsatz von einer auf dem
Material des Grundkörperfeuerbetons basierenden zusammendrückbaren Umfangschicht mit Elastizität
bewirkenden Mitteln umgeben ist. Auf diese Weise wird Spannungen, die durch unterschiedliche Dehnung bzw.
Schwindung von Einsatz und Beton während der Trocknung und Wärmebehandlung auftreten können,
vorgebeugt. Dabei kann die elastische Umfangschicht durch eine Körnung von 0 bis 0,5 mm mit einem Zusatz
von 3 Gew.-% Papiermehl gebildet werden oder duich ein Kunststoffband mit Füllstoffen. Für besondere
Verschlußplatten, beispielsweise für Mittelplatten von Dreiplattenverschlüssen, ist es vorteilhaft, an beiden
Gleitflächen des Grundkörpers oxidkeramische Einsätze vorzusehen. Des weiteren können bei mit Gastechnik
ausgestatteten Verschlüssen die oxidkeramischen Einsätze Gasdurchlä'se mit Verbindungen zu im Grundkörper angeordneten Gaszuführungen aufweisen.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung und an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.
F i g. 1 zeigt eine als Schieber oder Bodenplatte
verwendbare Zweistoffplatte im Längsschnitt,
Fig.3 eine Mittelplatte für einen Dreiplattenverschluß im Längsschnitt und
Fig.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Platte
gemäß F i g. 1 und 2, ebenfalls im Längsschnitt.
Bei der Platte nach F i g. I und 2 bedeutet I den Gi jndkörper aus Feuerbeton und 2 den eingeformten
oxidkeramischen Einsatz. Beide Teile 1 und 2 sind von der Durchflußöffnung 3 mit dem Durchmesser D
durchdrungen, zu dem die Breite b des Einsatzes 2 in mit noch anderen Daten gekoppelter, nachstehend erklärter
Beziehung steht.
Zur Herstellung zweier verschiedener Platten gemäß F i g. 1 und 2 wurde folgendermaßen vorgeganngen:
Als Ausgangsgemische für die oxidkeramischen Einsätzedienten:
I + IO
Hl
!-Modul
I500 C /
, Γΐί-u. -% | Beispiel I | Beispiel 2 | C nachstehende | Eigenschaften | |
Ai.n, | Gew.-% | Sf) | Beispiel 1 | Beispiel 2 | |
ZrO ?, | ι, Gew.-% | 50 | 80 | ||
Cr2O: | oxidkeramischen | 20 | |||
An | Versijchskörpern | dieser Gemi- | |||
sehe | wurden nach Pressen bei ca. 1000 kp/cm2 und | ||||
Brennen bei ca. 1750° ermittelt: |
|||||
Gesamtporosität Pges. % 9,1 5,2
Offene Porosität Po. % 5,2 3,0
Kaltdruckfestigkeit KDF größer größer
kp/cm2 3000 3000
Gasdurchlässigkeit GD 0 0 nPm
Druckfeuerbeständigkeit DFB größer größer
ta C 1740 1740
Ε-Modul, kp/cnr (statisch) 438 300 388 000
Biegefestigkeit BF. kp/cnr 848 375
Heißbiegefestigkeit HBF 137 50
1500 C kp/cm'
Wärmedehnung d 0,89 1,2
(max. WD 1500 C %)
Druckfließen DFL 24 h 0,2 0.2
1500 C 2 kp/cm2 %
Biegefestigkeit BF nach 56 40
25 Abschr., kp/cm2
(TWB nach DIN 51068
Blatt 2)
Die Einsatzbreite b wird in Abhängigkeit des vorgegebenen Durchmessers D der Durchflußöffnung 3
und an Hand bedeutsamer Eigenschaftswerte wie folgt dimensioniert:
Beispiel I Beispiel 2
Ergibt bei D= 35 mm mm 110 63,4
Gewählt mm 75 62
Die geformten und gebrannten, 15 mm dicken und entsprechend dem vorgegebenen Hubbereich 200 mm
langen Einsätze 2 erhielten durch Bohrung die Durchflußöffnung 3 und einen Schliff an der Gleitfläche.
Danach wurden die 200 χ 400 mm großen Grundkörper 1 unter Einformen der Einsätze 2 geformt und nach
dem Abbinden des Betons die Platten ausgeformt und bei 600° C getempert.
Die Feuerbetone der Grundkörper hatten dabei folgende Zusammensetzungen in Gew.-%:
Beispiel I Beispiel 2
94,5 | 97,1 |
0,5 | 0,4 |
0.2 | 0,2 |
0,1 | 0,1 |
4.2 | 1,8 |
0.1 | 0,1 |
0.3 | 0.2 |
0.1 | 0,1 |
100 | 100 |
Al2O,
Fe2O,
Ma2O
Mehrere Zweistoffplatten jeden Beispiels sind in einem Schieberverschluß eingesetzt worden und zeigten
nach acht- bis zehnmaligem Einsatz, d. h. nach acht bis zehn Gefäßabgüssen, nur geringen Verschleiß und
keine Rißbildungen.
Mittelplatten für Dreiplattenschieber nach Fig.3 weisen an beiden Gleitflächen des Grundkörpers 4
deckungsgleich angeordnete Einsätze 5 und 6 auf. Die Plattendurchflußöffnung ist mit 7 bezeichnet. Zwischen
den Einsätzen 5 und 6 ist in den Grundkörper 4 ein gasdurchlässiger Körper 8 eingeformt, dem Gas durch
nicht dargestellte, ebenfalls eingeformte Kanäle zugeführt wird und von dem aus das Gas durch Bohrungen 9
des Einsatzes 5 in den Gefäßausguß gelangen kann.
Bei Betonen, die Trocken- und Brennschwindung haben, wird, wie F i g. 4 zeigt, zwischen dem Grundkörper
10 und dem oxidkeramischen Einsatz 11 eine Umfangschicht 12 aus elastisch nachgiebigem Betonmaterial
von der Art des Grundkörpers 4 vorgesehen, das beispielsweise durch Wahl einer entsprechenden Körnung
oder durch Einbringen Elastizität bewirkender Mittel wie Papier-, Styropormehl etc, das für den
Schwindungsausgleich notwendige Maß an Nachgiebigkeit erhält. Unterhalb des Einsatzes 11 trägt der
Grundkörper einen die Durchflußöffnung 13 umgebenden gasdurchlässigen Ringkörper 14.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Feuerfeste wenigstens eine Durchfallöffnung
aufweisende Platte, insbesondere für Schieberver- s schlosse an metallurgischen Gefäßen, mit einem
feuerfesten Grundkörper und einem fiber den Verstellbereich mit der Schmelze in Berührung
kommenden plattenförmigen hochhitzebeständigen Einsatz, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Grundkörper (1, 10) aus feuerfestem Feuerbeton einen eingeformten oxidkeramischen Einsatz (2,11)
mit einer Kaltbiegefestigkeit größer 300kp/cm2, einer Heißbiegefestigkeit größer 40kp/cm2
(15000C), einer Kaltdruckfestigkeit größer r-2000 kp/cm2 sowie einer Gasdurchlässigkeit kleiner
als 1 Nanoperm aufweist und die quer zur Verstellbewegung des Verschlusses gemessene Breite (b) des Einsatzes (2, 11) in Abhängigkeit von
Festigkeit, Elastizitätsmodul und Wärmedehnungskoeffiziem zwischen 1,3 bis 3,5 des Durchlaßdurchmessers beirägi.
2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerbeton des Grundkörpers (I110) 70
bis 95 Gew.-% Tabulartonerde und 5 bis 30 Gew.-% Tonerdezement mit 80 Gew.-% AI2O3 aufweist und
der oxidkeramische Einsatz (2, 11) aus Oxiden mit einem Schmelzpunkt oberhalb 19500C, insbesondere
MgO, Cr2O3, AI2O3 und ZrO2 oder aus Mischungen
dieser Oxide mit weniger als 1 Gew.-% anderer oxidischer Bestandteile besteht
3. Platte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1, 10) anstelle 70 bis 95
Gew.-% Tabulartonerde 70 bis 95 Gew.-% eines
tonerdehaltigeti Rohstoffes mit mehr als 70 Gew.-% Al2Os aufweist, zum Beispit, gesinterter Bauxit,
synth. Mullit, Normalkorund oder Schleifscheibenbruch.
4. Platte nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) von einer auf
dem Material des Grundkörpers (10) basierenden Umfangschicht (12) mit Elastizität bewirkenden
Mitteln umgeben ist.
5. Platte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangschicht (12) eine Körnung von 0
bis 04 mm und einen Zusatz von 3 Gew.-%
Papiermehl aufweist.
6. Platte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsschicht (12) aus einem
keramischen Füllstoff aufweisenden Kunststoffband besteht.
7. Platte nach den vorherigen Ansprüchen, als Mittelplatte für Dreiplattenverschlüsse, dadurch
gekennzeichnet, daß an beiden Gleitflächen des Grundkörpers (4) oxidkeramische Einsätze (5, 6)
vorgesehen sind.
8. Platte nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidkeramischen
Einsätze (5) Gasdurchlässe (9) mit Verbindungen zu im Grundkörper angeordneten Gaszuführungen (8)
aufweisen.
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