DE3911736C2 - Schließ- und/oder Regelorgan für ein metallurgisches Gefäß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich flüssiger Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß mit einem ortsfesten Innenrohr, das wenigstens eine Durchbrechung aufweist, und mit einem Außenrohr, das relativ zum Innenrohr von einer Schließstellung, in der die Durchbrechung vom Außenrohr abgedeckt ist, in eine solche Öffnungsstellung bewegbar ist, in der Metallschmelze durch die Durchbrechung in das Innenrohr eintritt.

Ein derartiges Schließ- und/oder Regelorgan ist in der DE-PS 35 40 202 beschrieben. Dort sind auch am Außenrohr Durchbrechungen vorgesehen. Um Schmelze aus dem Gefäß ausfließen zu lassen, werden die Durchbrechungen des Außenrohrs mit den Durchbrechungen des Innenrohrs zum Fluchten gebracht.

Wenn das Gefäß mit der Schmelze gefüllt wird, dann steht das Außenrohr in der Schließstellung. Die Temperatur des Innenrohrs und des Außenrohrs kann, selbst wenn die beiden Rohre vorerwärmt sind, anfangs noch kleiner als die Temperatur der in das Gefäß einströmenden Schmelze sein. Versuche haben gezeigt, daß die Schmelze in den Durchbrechungen des Außenrohrs einfrieren und Pfropfen bilden kann, die in den Durchbrechungen des Außenrohrs festsitzen. Diese Pfropfen sind einerseits vom Umfang der Durchbrechungen des vergleichsweise kalten und schlecht wärmeleitenden Außenrohrs eingeschlossen und andererseits von dem Innenrohr begrenzt, das ebenfalls vergleichsweise kalt und schlecht wärmeleitend ist. Die Pfropfen stehen nur an einer Oberfläche mit der heißen Schmelze in Berührung. Es wurde bei Versuchen beobachtet, daß diese Pfropfen sich erst nach längerer Zeit auflösen. Solange die Pfropfen bestehen, ist es nicht möglich, einen Abstich vorzunehmen. Die Pfropfen in den Durchbrechungen des Außenrohrs verlassen selbst bei einer Bewegung des Außenrohrs dessen Durchbrechungen nicht, da sie von den um sie umlaufenden Rändern der Durchbrechungen umschlossen sind. Die Pfropfen machen die Bewegung des Außenrohrs mit.

In der DE-OS 37 31 600 ist ein ähnliches Schließ- und/oder Regelorgan beschrieben. Dort sitzt das Außenrohr am Gefäß fest und das Innenrohr ist beweglich. In den Durchbrechungen des Außenrohrs können sich in der beschriebenen Weise Pfropfen bilden. Dieser Stand der Technik trägt somit nicht zur Lösung des bestehenden Problems bei.

In der US-PS 4,279,266 ist ein Schiebeventil zum schnellen Fluten von Ballast- oder Flotationstanks bei Umgebungstemperatur geoffenbart. Hierzu wird ein bewegliches Ventilrohr relativ zu einem unbeweglichen Ventilrohr so weit verschoben, bis dessen Stirnkante über Durchbrechungen im unbeweglichen Ventilrohr hinweggeht. Das Schiebeventil hat nur die Aufgabe, ein schnelles Freilegen der Durchbrüche zu ermöglichen. Es hat keine den Flüssigkeitsdurchfluß durch die Durchbrüche regelnde Funktion.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Schließ- und/oder Regelorgan der eingangs genannten Art das Außenrohr so zu gestalten, daß sich keine Schmelzenpfropfen in Durchbrechungen bilden können.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe in einer ersten Ausgestaltung dadurch gelöst, daß das Außenrohr eine um den Umfang des Innenrohres umlaufende Stirnkante aufweist, die am gesamten Außenrohrumfang in einer zur Längsache senkrecht stehenden Ebene verläuft und beim Bewegen des Außenrohres von der Schließstellung in die Öffnungsstellung über die Durchbrechung durch Verschieben des Außenrohres in Längsachsrichtung hinweggeht.

Das Außenrohr weist bei dieser Gestaltung keine Durchbrechung auf. Allein die Stirnkante des Außenrohrs bewirkt mit dessen Verschiebebewegung das Öffnen und Schließen der Durchbrechung bzw. Durchbrechungen des Innenrohrs.

Hierbei können am Umfang des Innenrohrs viele Durchbrechungen verteilt sein, die durch die Längsbewegung des Außenrohrs geöffnet bzw. gedrosselt werden. Die Durchbrechungen können in verschiedenen radialen Ebenen gestaffelt sein, um sie bei der Bewegung des Außenrohrs nacheinander zu öffnen bzw. zu schließen.

Weil das Außenrohr keine Durchbrechungen aufweist, kann die Schmelze beim Eingießen in das Gefäß nicht an dem Außenrohr einfrieren. Im Bereich der Stirnkante friert die Schmelze nicht ein, da sie dort weitestgehend in Kontakt mit der Hauptmenge der Schmelze im Gefäß steht. Im übrigen könnten sich Pfropfen der Schmelze an dem Außenrohr nicht festsetzen, da die Stirnkante nur einseitig an solche Pfropfen angrenzen würde und diese jedenfalls nicht einschließen würde. Die Bewegung des Außenrohrs wirkt darüber hinaus einem Ansetzen von eingefrorenen Schmelzepfropfen entgegen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Außenrohr nicht durch Durchbrechungen geschwächt ist.

Der gleiche vorteilhafte Effekt läßt sich erzielen, wenn gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung das Außenrohr eine um den Umfang des Innenrohres umlaufende Stirnkante aufweist, die am gesamten Außenrohrumfang in einer zur Längsachse schrägen Ebene verläuft und beim Bewegen des Außenrohres von der Schließstellung in die Öffnungsstellung über die Durchbrechung durch Drehen des Außenrohres um die Längsachse hinweggeht.

Günstig ist hierbei, daß das Außenrohr zum Öffnen und Schließen der Durchbrechung bzw. Durchbrechungen des Innenrohrs lediglich um die gemeinsame Drehachse der Rohre gedreht werden muß. Es hat sich gezeigt, daß diese Drehbewegung leichtgängig ist und dabei die Außenfläche des Innenrohrs und die Innenfläche des Außenrohrs Führungsflächen füreinander und gegen Schmelzendurchtritt dichte Dichtflächen bilden.

Das gleiche gilt auch, wenn gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung das Außenrohr eine um den Umfang des Innenrohrs umlaufende Stirnkante aufweist, die eine erste Zone oberhalb der Durchbrechung sowie eine zweite, von der ersten in Längsachsrichtung entfernte Zone unterhalb der Durchbrechung bildet, die mit der ersten Zone durch zwei dritte Zonen verbunden ist, von denen jeweils eine beim Bewegen des Außenrohres von der Schließstellung in die Öffnungsstellung über die Durchbrechung durch Drehen des Außenrohres um die Längsachse hinweggeht.

In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die erste Zone über die Durchbrechung durch Verschieben des Außenrohres in Längsachsrichtung hinweggeht.

Durch die Gestaltung der Stirnkante lassen sich verschiedene Kennlinien für die in die Durchbrechung des Innenrohrs eintretende Schmelzenmenge in Abhängigkeit von der Verstellung des Außenrohrs verwirklichen.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Stirnkante ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schließ- und/oder Regelorgan in einem Zwischengefäß (Tundish),

Fig. 2 die Einzelheit I nach Fig. 1, vergrößert in einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in der Darstellung entsprechend Fig. 2,

Fig. 4 eine Abwicklung der Stirnkante des Außenrohrs nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Alternative zu Fig. 4 und

Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel in einer Darstellung entsprechend Fig. 2.

Ein Schließ- und Regelorgan 1 besteht aus einem Innenrohr 2 und einem Außenrohr 3. Beide sind aus keramischem, feuerfesten Material gefertigt. Das Innenrohr 2 ist in eine feuerfeste Auskleidung 4 eines Zwischengefäßes 5 luft- und schmelzedicht eingemörtelt und mündet in eine Freilaufdüse 6 ein, durch welche bei geöffnetem Schließ- und/oder Regelorgan 1 Metallschmelze aus dem Inneren des Zwischengefäßes 5 herausströmt. Das Innenrohr 2 kann auch als Eintauchausguß verlängert sein.

Das Außenrohr 3 ist durch Bolzen 7 mit einer Halterung 8 drehfest verbunden, die ihrerseits über eine Kardanlenkung 9 mit einem Antriebsarm 10 verbunden ist. Dieser lagert auf einem Lagerbock 11 des Zwischengefäßes 5 und weist an seinem äußeren Ende einen Hebelarm 12 auf, mit dessen Hilfe über den Antriebsarm 10 und die Kardanlenkung 9 ein Drehmoment auf die Halterung 8 und somit auf das Außenrohr 3 ausgeübt werden kann. Hierdurch ist das Außenrohr 3 gegenüber dem Innenrohr 2 in beiden Richtungen um die gemeinsame Längsachse 13 drehbar. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Außenrohr 3 zusätzlich in Richtung seiner Längsachse verschieblich. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist das Außenrohr 3 nur in Richtung seiner Längsachse 13 beweglich.

Das Innenrohr 2 ist mit wenigstens einer Durchbrechung 14 versehen. Das Außenrohr 3 weist an seinem der Halterung 8 abgewandten Ende eine Stirnkante 15 auf. Es ist nicht mit einer der Durchbrechung 14 entsprechenden Durchbrechung versehen.

Das Innenrohr 2 und das Außenrohr 3 bilden an ihrem Außenumfang in einem Axialbereich 16 Dichtflächen 17 bzw. 18, die schmelzedicht ineinander eingepaßt sind. Zwischen den Dichtflächen 17, 18 besteht ein Ringspalt 19.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Innenrohr 2 mit nur einer Durchbrechung 14 versehen. Die Stirnkante 15 weist eine erste Zone 21, eine zweite Zone 22 sowie eine bzw. zwei dritte Zonen 20 auf, von denen die eine in Fig. 2 strichliert dargestellt ist. Die dritten Zonen 20 verlaufen schräg zwischen der ersten Zone 21 und der zweiten Zone 22. Insgesamt liegen die genannten Zonen auf einer zur Längsachse 13 schrägen Ebene.

In Fig. 2 ist das Außenrohr 3 in seiner Öffnungsstellung dargestellt. Die erste Zone 21 steht oberhalb der Durchbrechung 14, so daß diese zur Schmelze hin vollständig offen ist.

Wird das Außenrohr 3 aus dieser Öffnungsstellung um die Längsachse 13 gedreht, dann geht je nach der Drehrichtung die strichliert dargestellte dritte Zone 20 oder die über der Schnittebene der Fig. 2 liegende dritte Zone über die Durchbrechung 14 hinweg. Dabei wird die Durchbrechung 14 je nach der Drehgeschwindigkeit und dem Schrägverlauf der dritten Zone mehr oder weniger allmählich vom Außenrohr 3 abgedeckt. Die beiden dritten Zonen 20 brauchen nicht den gleichen und auch keinen linearen Schrägverlauf aufzuweisen. Sie können so gestaltet sein, daß bei gleichen Drehwinkeln in der einen Richtung die Durchbrechung 14 schneller abgedeckt wird als bei gleichen Drehwinkeln in der anderen Drehrichtung. Durch eine entsprechende Gestaltung des Schrägverlaufs der dritten Zone 20 läßt sich auch erreichen, daß eine linear proportionale Abhängigkeit zwischen der Drehung des Außenrohrs 3 und dem freien Querschnitt der Durchbrechung 14, also der Durchflußmenge besteht.

Ist das Außenrohr 3 um 180° gedreht, dann steht es in seiner Schließstellung. Die erste Zone 22 steht jetzt unterhalb der Durchbrechung, so daß diese vollständig abgedeckt ist.

Beim Einfüllen von Schmelze in das leere Zwischengefäß 5 ist das Außenrohr 3 in seine Schließstellung gebracht. Das Innenrohr 2 und das Außenrohr 3 sind kälter als die eingefüllte Schmelze. Die Stirnkante 15 mit ihren Zonen 20, 21, 22 liegt für die Schmelze offen und schließt keine Schmelzenregionen ein, die sonst an dem Außenrohr 3 zu Pfropfen einfrieren könnten. Momentane, regionale Teileinfrierungen lösen sich unter der Wirkung der kontaktierenden Schmelze auf, was durch die schiebende Bewegung der dritten Zone 20 beim Drehen des Außenrohrs 3 unterstützt ist. Das Außenrohr 3 läßt sich also, wenn der gewünschte Spiegel der Schmelze in dem Zwischengefäß 5 erreicht ist, sofort in seine Öffnungsstellung bringen, wobei der Ausfluß der Schmelze durch die Durchbrechung 14 nicht durch eingefrorene Regionen behindert ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 verläuft die Stirnkante 15 selbst in ihren einzelnen Zonen 20, 21, 22 radial zur Längsachse 13. Es ist jedoch auch möglich, die Stirnkante 15 so zu gestalten, daß sie in einer, mehreren oder allen Zonen 20, 21, 22 in einem Winkel W1 oder W2 schräg zur Längsachse 13 liegt. Durch die Winkel W1 bzw. W2 lassen sich in den Zonen 20, 21 die Einströmverhältnisse der Schmelze in die Durchbrechung 14 beeinflussen. Durch den Winkel W2 der ersten Zone 22 ist erreicht, daß die Schmelze beim Einfüllen in das Gefäß nicht in eine spitzwinklige oder rechtwinklige, sondern in eine stumpfwinklige Region eintritt, was die Gefahr von Einfrierungen weiter vermindert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 weist das Innenrohr 2 zwei diametral gegenüberliegende Durchbrechungen 14 auf. Dementsprechend sind die ersten, zweiten und dritten Zonen 21, 22, 20 an der Stirnkante 15 paarweise vorgesehen. In den Fig. 4 und 5 sind mögliche Verläufe der Stirnkante 15 abgewickelt dargestellt. In Fig. 3 und entsprechend den Fig. 4 und 5 ist die Öffnungsstellung des Außenrohrs 3 gezeigt. Die Zone 21 liegt oberhalb der Durchbrechungen 14, so daß diese offen sind.

Bei der Ausführung nach Fig. 4 verlaufen die Zonen 20 jeweils stumpfwinklig zur Zone 21, aus der sie in die Zone 22 übergehen. Sie weisen jeweils den gleichen stumpfen Winkel zur Zone 21 bzw. 22 auf. Dadurch ist erreicht, daß bei einem Drehen des Außenrohrs 3 die beiden Durchbrechungen 14 gleich schnell geschlossen werden, unabhängig davon, ob das Außenrohr 3 in Richtung des Pfeiles r oder in Richtung des Pfeiles 1 (vgl. Fig. 4) gegenüber dem Innenrohr 2 gedreht wird. Ist das Außenrohr 3 um 90° gegenüber der Schließstellung gedreht, dann sind beide Durchbrechungen 14 geschlossen, wobei die Zonen 22 dann unterhalb der Durchbrechungen 14 stehen. Ein Vorlauf des Schließens der einen Durchbrechung 14 gegenüber der anderen Durchbrechung 14 ließe sich dadurch erreichen, daß die Durchbrechungen 14 oder die Zonen 21 am Umfang abweichend von 180° gegeneinander versetzt sind. Die gleiche Gestaltung der Zonen 20 in beiden Drehrichtungen 1, r hat den Vorteil, daß dann, wenn nach längerem Betrieb des Außenrohrs 3 in der einen Drehrichtung die jeweils links der Durchbrechungen 14 liegenden Zonen 20 verschlissen sein sollten, der Betrieb in der anderen Drehrichtung erfolgen kann, so daß dann die rechts der Durchbrechung 14 liegenden Zonen 20 verschlissen werden können, ohne daß sich an dem Ausströmverhalten, bezogen auf den jeweiligen Drehwinkel des Außenrohrs 3, etwas ändert.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 verlaufen die dritten Zonen 20, die in der Öffnungsstellung beidseitig jeder der beiden Durchbrechungen 14 liegen, in verschiedenen Winkeln. Dadurch ist erreicht, daß bei einem Drehen des Außenrohrs 3 in Richtung des Pfeiles 1 die Durchbrechungen 14 schneller geschlossen werden, als bei einer Drehung des Außenrohrs 3 in Richtung des Pfeiles r.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zusätzlich vorgesehen, daß das Außenrohr 3 parallel zur Längsachse 13 um einen Hub H verschoben werden kann. Dieser Hub H ist so bemessen, daß das Außenrohr 3 dann, wenn es in seiner Öffnungsstellung steht, also die ersten Zonen 21 oberhalb der Durchbrechungen 14 liegen, in Richtung des Pfeiles N so weit niedergedrückt werden kann, daß die ersten Zonen 21 der Stirnkante 15 danach unterhalb der Durchbrechungen 14 stehen. Dies ist für Störungsfälle günstig, in denen sich das Außenrohr 3 nicht mehr um die Längsachse 13 drehen läßt. Durch die Verschiebung des Außenrohrs 3 in Richtung des Pfeiles N lassen sich in diesem Fall die Durchbrechungen 14 verschließen. Es kann auch vorgesehen sein, daß dabei eine Innenfläche 23 des Außenrohrs 3 das oben offene Innenrohr 2 abschließt.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 verläuft die Stirnkante 15 im wesentlichen - abgesehen von den Winkeln W1, W2 - in einer zur Längsachse 13 radialen Ebene. Das Innenrohr 2 weist vier Durchbrechungen 14 auf, von denen in Fig. 6 drei zu sehen sind. Es können jedoch auch mehr als vier Durchbrechungen 14 vorgesehen sein. Die Durchbrechungen 14 müssen nicht in einer Ebene liegen. Sie können auch in ihrer Höhenlage gestaffelt sein, um in Abhängigkeit von der Verschiebung des Außenrohrs 3 die Ausflußmenge der Schmelze zu steuern.

In Fig. 6 ist das Außenrohr 3 in seiner Schließstellung gezeigt. Wird aus der Schließstellung das Außenrohr 3 in Richtung des Pfeiles L bewegt, dann geht die Stirnkante 15 über die Durchbrechungen 14 hinweg. In der Öffnungsstellung des Außenrohrs 3 sind alle Durchbrechungen 14 frei für den Schmelzeneintritt in das Innenrohr 2.

Im Rahmen der Erfindung liegen zahlreiche weitere Ausführungsbeispiele. Diese ergeben sich insbesondere durch eine Anwendung von Teilmerkmalen eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele auf ein anderes der beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Claims (9)

1. Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich flüssiger Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß mit einem ortsfesten Innenrohr, das wenigstens eine Durchbrechung aufweist, und mit einem Außenrohr, das relativ zum Innenrohr von einer Schließstellung, in der die Durchbrechung vom Außenrohr abgedeckt ist, in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, in der Metallschmelze durch die Durchbrechung in das Innenrohr eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (3) eine um den Umfang des Innenrohres (2) umlaufende Stirnkante (15) aufweist, die am gesamten Außenrohrumfang in einer zur Längsachse (13) senkrecht stehenden Ebene verläuft und beim Bewegen des Außenrohres (3) von der Schließstellung in die Öffnungsstellung über die Durchbrechung (14) durch Verschieben des Außenrohres (3) in Längsachsrichtung hinweggeht.

2. Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich flüssiger Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß mit einem ortsfesten Innenrohr, das wenigstens eine Durchbrechung aufweist, und mit einem Außenrohr, das relativ zum Innenrohr von einer Schließstellung, in der die Durchbrechung vom Außenrohr abgedeckt ist, in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, in der Metallschmelze durch die Durchbrechung in das Innenrohr eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (3) eine um den Umfang des Innenrohres (2) umlaufende Stirnkante (15) aufweist, die am gesamten Außenrohrumfang in einer zur Längsachse (13) schrägen Ebene verläuft und beim Bewegen des Außenrohres (3) von der Schließstellung in die Öffnungsstellung über die Durchbrechung (14) durch Drehen des Außenrohres (3) um die Längsachse (13) hinweggeht.

3. Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich flüssiger Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß mit einem ortsfesten Innenrohr, das wenigstens eine Durchbrechung aufweist, und mit einem Außenrohr, das relativ zum Innenrohr von einer Schließstellung, in der die Durchbrechung vom Außenrohr abgedeckt ist, in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, in der Metallschmelze durch die Durchbrechung in das Innenrohr eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (3) eine um den Umfang des Innenrohrs (2) umlaufende Stirnkante (15) aufweist, die eine erste Zone (21) oberhalb der Durchbrechung (14) sowie eine zweite, von der ersten in Längsachsrichtung entfernte Zone (22) unterhalb der Durchbrechung (14) bildet, die mit der ersten Zone (21) durch zwei dritte Zonen (20) verbunden ist, von denen jeweils eine beim Bewegen des Außenrohres (3) von der Schließstellung in die Öffnungsstellung über die Durchbrechung (14) durch Drehen des Außenrohres (3) um die Längsachse (13) hinweggeht.

4. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (21) über die Durchbrechung (14) durch Verschieben des Außenrohres (3) in Längsachsrichtung hinweggeht.

5. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Zonen (20) stumpfwinklig an die zweite Zone (22) anschließen, so daß sie im Außenrohr (3) eine Mulde mit annähernd trapezförmigem Profil bilden.

6. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Zonen (20) in gleichen stumpfen Winkeln an die zweite Zone (22) anschließen.

7. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Zonen (20) in unterschiedlichen stumpfen Winkeln an die zweite Zone (22) anschließen.

8. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der dritten Zonen (20) einen Schrägverlauf aufweist, der eine Steuerkurve für den Schmelzeneintritt in die Durchbrechung (14) in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Außenrohres (3) bildet.

9. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Stirnkante (15) begrenzte Stirnfläche des Außenrohres (3) mit einem Winkel (W1, W2) radial zur Längsachse (13) geneigt ist.