DE4338534A1

DE4338534A1 - Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich von Metallschmelze

Info

Publication number: DE4338534A1
Application number: DE19934338534
Authority: DE
Inventors: Raimund Brueckner; Jose Gimpera; Martin Dr Wiesel
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1993-11-11
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1995-05-18

Description

Die Erfindung betrifft ein Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich von Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß, mit einem feuerfesten Stator und einem relativ zu diesem drehbaren sowie in Drehachsrichtung verschiebbaren, feuerfesten Rotor, wobei der Stator und der Rotor zueinander in Drehachsrichtung koaxiale, rotationssymmetrische Dichtflächen aufweisen, zwischen denen ein im Betriebezustand eine noch schmelzedichte Spielpassung bildender Ringspalt besteht.

Ein derartiges Schließ- und/oder Regelorgan ist in der DE 38 26 245 C2 beschrieben. Dort sind die Dichtflächen kreiszylindrisch ausgebildet. Die Breite des Ringspalts ist nicht durch Verstellmittel im Betrieb einstellbar. Die axiale Verschiebbarkeit des Rotors ist, wie seine Verdrehbarkeit, vorgesehen, um den Schmelzendurchtritt ganz oder teilweise zu unterbrechen.

In der DE 38 05 071 C2 ist ein Schließ- und/oder Regelorgan zum endabmessungsnahen Stranggießen, beispielsweise Bandstranggießen oder Dünnbrammengießen, beschrieben. Die Dichtflächen sind kreiszylindrisch gestaltet. Die Dreh- und Verschiebeachse des Rotors liegt horizontal. Der Rotor weist schlitzförmige Durchbrüche auf. Die axiale Verschiebbarkeit erlaubt, wie die Verdrehbarkeit, ein Steuern des Schmelzenflusses und ermöglicht ein Austauschen des Rotors.

Auch bei dem in der DE 37 31 600 C2 beschriebenen Verschluß ist der Rotor im Stator nicht nur drehbar, sondern auch verschiebbar, um eine zusätzliche Schließfunktion zu ermöglichen und ein Auswechseln zu erleichtern. Die Dreh- und Verschiebeachse liegt horizontal und die Dichtflächen zwischen dem Rotor und dem Stator sind kreiszylindrisch ausgebildet.

Die DE 40 00 656 C2 beschreibt ein ähnliches Schließ- und/oder Regelorgan für einen langgestreckten Ausguß. Die Dichtflächen zwischen dem Rotor und dem Stator sind auch hier kreiszylindrisch zur horizontalen Drehachse.

In der DE 39 26 249 A1 ist ein Schließorgan mit einem innenliegenden Rotor mit vertikaler Drehachse und Antrieb von unten beschrieben. Zwischen dem Rotor und dem Stator ist eine zylindrische Dichtfläche vorgesehen, an die sich ein zylindrischer Ringspalt mit vergrößertem Spiel anschließt.

Der genannte Stand der Technik zeigt verschiedene Schließ- und/oder Regelorgane mit vertikalen oder horizontalen Drehachsen sowie innerhalb oder außerhalb des Stators angeordneten Rotor und verschiedenen Anordnungen der Durchlaßkanäle für die Schmelze. In allen Fällen sind jedoch die zwischen dem Rotor und dem Stator bestehenden Dichtflächen kreiszylindrisch gestaltet, so daß der zwischen diesen Flächen bestehende Ringspalt in allen Dreh- und Verschiebestellungen gleich grob ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schließ- und/oder Regelorgan der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die Breite des Ringspalts im Betrieb einstellbar ist. Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Schließ- und/oder Regelorgan der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Dichtflächen des Stators und des Rotors mit einem kleinen Neigungswinkel zur Drehachse kegelförmig ausgebildet sind und die Breite des Ringspalts durch Verschieben des Rotors in Drehachsrichtung einstellbar ist.

Der Ringspalt hat prinzipiell einerseits die Funktion, die Beweglichkeit des Rotors gegenüber dem Stator zu ermöglichen; andererseits soll er für die Schmelze dicht sein, so daß durch ihn keine Schmelze nach außen austritt.

Die Einstellbarkeit der Breite des Ringspalts im Betrieb verbessert die Funktion des Schließ- und/oder Regelorgans. Durch die Einstellbarkeit der Ringspaltbreite ist erreicht, daß die Ringspaltbreite den jeweiligen Betriebsbedingungen während des Betriebs angepaßt werden kann. Beispielsweise kann

a) bei einer heißeren, flüssigeren Schmelze der Ringspalt enger eingestellt werden, als bei einer kälteren oder weniger fließfähigen Schmelze;
b) bei einem höheren ferrostatischen Druck im Schmelzenbehälter der Ringspalt enger eingestellt werden, als bei einem geringeren ferrostatischen Druck am Schließ- und/oder Regelorgan;
c) bei einer höheren Benetzbarkeit des insbesondere keramischen Materials des Rotors und Stators durch die Schmelze, der Ringspalt enger eingestellt werden, als bei einer geringeren Benetzbarkeit;
d) beim Einfüllen der Schmelze in das Gefäß der Ringspalt auf Null gestellt werden, um zu verhindern, daß während des Einfüllvorganges Schmelze zwischen die Dichtflächen eindringen und dort einfrieren kann.

Es kann also der Ringspalt in jedem Betriebszustand so eingestellt werden, daß er die jeweils nötige Schmelzendichtigkeit und die jeweils notwendige Beweglichkeit des Rotors gewährleistet.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Neigungswinkel der kegelförmigen Dichtflächen zur Drehachse kleiner als 0,5°. Größere Neigungswinkel wären weniger günstig, da dann bei einem beherrschbaren Hub (Verschiebung in Drehachsrichtung) beträchtliche Änderungen der Breite des Ringspalts entstanden, so daß der Ringspalt schnell nicht mehr die nötige Schmelzendichtigkeit aufwiese. Vorzugsweise liegt die einstellbare Breite des Ringspalts zwischen 0 mm und 0,7 mm.

Vorzugsweise weisen beide Dichtflächen den gleichen Neigungswinkel auf. Dadurch ist gewährleistet, daß die Dichtflächen in allen Stellungen des Rotors koaxial parallel zueinander liegen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schließ- und/oder Regelorgan in einer ersten Betriebsstellung im Schnitt längs der Linie I-I nach Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 das Schließ- und/oder Regelorgan nach Fig. 1 in einer zweiten Betriebsstellung im Schnitt längs der Linie III-III nach Fig. 4,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV nach Fig. 3,

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schließ- und/oder Regelorgans in seiner ersten Betriebsstellung,

Fig. 6 das Schließ- und/oder Regelorgan nach Fig. 5 in seiner zweiten Betriebsstellung,

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel des Schließ- und/oder Regelorgans in seiner ersten Betriebsstellung,

Fig. 8 das Schließ- und/oder Regelorgan nach Fig. 7 in seiner zweiten Betriebsstellung,

Fig. 9 ein viertes Ausführungsbeispiel des Schließ- und/oder Regelorgans in einer ersten Betriebsstellung und

Fig. 10 das Schließ- und/oder Regelorgan nach Fig. 9 in seiner zweiten Betriebsstellung.

Das Schließ- und/oder Regelorgan weist einen Stator (1) auf, in dem ein Rotor (2) um eine Drehachse (D) in Richtung des Pfeiles (d) drehbar und in Richtung des Pfeiles (a) axial verschieblich gelagert ist.

Der Stator (1) weist eine zur Drehachse (D) koaxiale Dichtfläche (3) auf. Der Rotor (2) weist eine zur Drehachse (D) koaxiale Dichtfläche (4) auf. Die Dichtflächen (3, 4) stehen einander gegenüber, so daß zwischen diesen ein Spalt (5) (vgl. Fig. 3, Fig. 4, Fig. 6, Fig. 8. Fig. 10), oder bei entsprechender axialer Verschiebung kein Spalt, d. h. ein Spalt mit 0 mm-Breite besteht (vgl. Fig. 1, Fig. 2, Fig. 5, Fig. 7, Fig. 9).

Die kegelförmigen, zur Drehachse (D) konzentrischen, rotationssymmetrischen Dichtflächen (3, 4) stehen in einem kleinen Neigungswinkel (w) zur Drehachse (D). Die Neigungswinkel (w) zur Drehachse (D) sind kleiner als 0,5°. Die Neigungswinkel (w) der beiden kegelförmigen Dichtflächen (3, 4) sind gleich. In den Figuren sind die Neigungswinkel (w) zur Verdeutlichung größer dargestellt.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 weist der Stator (1) einen zum endabmessungsnahen Stranggießen geeigneten, langgestreckten Durchlaufkanal (6) auf, dessen Länge (L) wesentlich größer als seine Breite (B) ist. Der Rotor (2) ist mit einem Schlitz (7) versehen, der im wesentlichen der Breite (B) und der Länge (L) des Durchlaufkanals (6) entspricht.

Das Schließ- und/oder Regelorgan nach den Fig. 1 bis 4 ist unten an das nicht näher dargestellte Schmelzengefäß angebaut.

An dem Rotor (2) sind zur Drehachse (D) konzentrische, zylindrische Ansätze (8, 9) ausgebildet oder angeordnet. Diese sind an Lagern (10, 11) um die Drehachse (D) drehbar und zur Drehachse (D) längsverschieblich gelagert. Die Lager (10, 11) sind ortsfest mit dem nicht näher dargestellten Gefäß angeordnet.

Die Lager (10, 11) können auch entfallen. Die Führungsmittel für die Dreh- und Schiebebewegung des Rotors (2) im Stator (1) bilden dann die Dichtflächen (3, 4) selbst.

An dem zylindrischen Ansatz (9) greift eine Antriebseinrichtung an, mit der der Rotor (2) einerseits in Richtung des Pfeiles (d) um die Drehachse (D) drehbar und andererseits in Richtung des Pfeiles (a) axial zur Drehachse (D) verschieblich ist. Der Ansatz (8) ist von einer Druckfeder (12) belastet.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 bis 4 ist im wesentlichen folgende:

In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Betriebsstellung ist der Durchlaufkanal (6) des Stators (1) geschlossen, weil der Schlitz (7) des Rotors (2) nicht mit dem Durchlaufkanal (6) des Stators (1) fluchtet, sondern diesem gegenüber um etwa 90° verdreht ist. In dieser Stellung ist der Rotor (2) in Richtung der Drehachse (D) bzw. des Pfeiles (a1) (vgl. Fig. 1) entgegen der Kraft der Druckfeder (12) in den Stator (1) gedrückt, so daß zwischen den Dichtflächen (3, 4) kein Spalt besteht und damit auch nicht von oben eintretende Schmelze zwischen die Dichtflächen (3, 4) eintreten kann.

Die dem metallurgischen Gefäß oberhalb des Stators (1) zugeführte Metallschmelze staut sich am in Schließstellung stehenden Rotor (2), ohne zwischen die Dichtflächen (3, 4) eintreten und dort einfrieren zu können. Die Metallschmelze heizt den Stator (1) und den Rotor (2) auf bzw. nach.

Soll dann die Metallschmelze ausgelassen werden, wird der Rotor (2) in Richtung der Drehachse (D), entgegen des Pfeiles (a1) in Fig. 1 bewegt, was durch die Kraft der gespannten Druckfeder (12) unterstützt ist. Die Druckfederunterstützung dieser Bewegung ist günstig, weil sich Bauteile, wie der Rotor (2) besser drücken als ziehen lassen.

Augen am Stator 1 ist an seiner der Druckfeder (12) abgewandten Seite ein Anschlagring (21) befestigt. Dieser deckt die offene Seite des Stators (1) teilweise ab und umschließt den Ansatz (9).

Am Anschlagring (21) sind Stellschrauben (22) angeordnet, deren Enden (23) Anschläge für den Rotor (2) bilden. Diese einstellbaren Anschläge (23) begrenzen den möglichen axialen Hub des Rotors (2) entgegen der Richtung des Pfeiles (a1).

Bei der Verschiebung entgegen des Pfeiles (a1) nach Fig. 1 entsteht zwischen den Dichtflächen (3, 4) ein Ringspalt, dessen Breite größer ist als 0 mm. Es lädt sich nun, weil der Festsitz des Rotors (2) im Stator (1) gelöst ist, der Rotor (2) im Stator (1) um die Drehachse (D) in Richtung des Pfeiles (d) drehen, wodurch der Schmelzenausfluß einstellbar ist (vgl. Fig. 4). Der dann bestehende Spalt (5) ist hinreichend klein, um einen Schmelzenausfluß nach außen zu vermeiden.

Die maximale Spaltbreite ist erreicht, wenn der Rotor (2) an den Enden (23) anschlägt. Durch Verstellen der Stellschrauben (22) lädt sich die maximale Spaltbreite einstellen. Überragen die Enden (23) der Stellschrauben (22) den Anschlagring (21) nicht, dann bildet dieser den Anschlag für den Rotor (2).

Durch die zur Drehachse (D) axiale Verschiebung in Richtung des Pfeiles (a) läßt sich die Breite (b) des Spaltes (5) feindifferenziert einstellen, so daß der Spalt (5) im Betrieb zwar größer oder kleiner eingestellt wird, jedoch nicht seine Funktion als Schmelzedichtung verliert.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ist der Spalt (5) auch an der linken Seite offen. Dies kann dadurch verhindert werden, daß der Rotor (2) in einer nach außen geschlossenen konischen Ausnehmung des Stators (1) gelagert wird. Das linksseitige Lager (10) entfällt dann. Dessen Funktion übernimmt die Ausnehmung des Stators (1).

Die Druckfeder (12) übt einen gewissen Druck in Richtung des Pfeiles (a2) in Richtung der Verbreiterung des Ringspalts aus. Anstelle der Druckfeder (12) ließe sich auch ein Antrieb vorsehen, der zur Spalterweiterung in Richtung des Pfeiles (a2) auf den Rotor (2) drückt.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist der Stator (1) im Boden eines metallurgischen Gefäßes (13) befestigt. Der Stator (1) weist einen oben geschlossenen, etwa zylindrischen Auslaufkanal (14) mit einer seitlichen Eintrittsöffnung (15) auf. Die Drehachse (D) des Rotors (2) liegt vertikal. Der Rotor (2) übergreift den Stator (1) im Bereich seiner Eintrittsöffnung (15) von außen und ist mit einer radialen Durchlaßöffnung (16) versehen. Zwischen dem Rotor (2) und dem Stator (1) bestehen leicht kegelförmige Dichtflächen (3, 4). Durch eine axiale Verschiebung in Richtung des Pfeiles (a) lädt sich die Breite des zwischen den Dichtflächen (3, 4) bestehenden Spaltes (5) einstellen. Der von oben antreibbare Rotor (2) ist um die Drehachse (D) drehbar.

In der ersten Betriebestellung, in der kein Schmelzenaustritt erfolgt, ist der Rotor (2) von oben auf den Stator (1) gedrückt, so daß zwischen den Dichtflächen (3, 4) der Spalt (5) mit einer Breite 0 besteht. Um einen Schmelzenaustritt zu ermöglichen, wird zunächst durch Anheben des Rotors (2) entgegen der Richtung des Pfeiles (a1) ein Spalt (5) zwischen den Dichtflächen (3, 4) eingestellt, der dann ein Drehen des Rotors (2) um den Stator (1) in Richtung des Pfeiles (d) ermöglicht, so daß die Durchlaßöffnung (16) mit der Eintrittsöffnung (15) zum Fluchten gebracht werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 liegt der Rotor (2) innerhalb des am Gefäß (13) angeordneten Stators (1), der als Kappe ausgebildet ist. Der Antrieb des Rotors (2) erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel von unten. Die zwischen dem Stator (1) und dem Rotor (2) bestehenden kegelförmigen Dichtflächen (3, 4) bilden bei der Stellung nach Fig. 7 keinen Spalt (5), weil der Rotor (2) in den Stator (1) eingedrückt ist. In dieser ersten Betriebsstellung kann keine Schmelze in den - nicht bestehenden - Spalt eintreten und auch nicht in den Auslaufkanal (17) durch dessen Eintrittsöffnung (18) eintreten, weil diese nicht mit der Durchlaßöffnung (19) des Stators (1) fluchtet.

Soll der Schmelzendurchtritt eingeleitet werden, dann wird der Rotor (2) entgegen der Richtung des Pfeiles (a1) geringfügig nach unten versetzt und um etwa 90° um die Drehachse (D) gedreht, so daß die Eintrittsöffnung (18) mit der Durchlaßöffnung (19) fluchtet.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 und 10 ist das Schließ- und/oder Regelorgan in einem unteren Eckbereich des metallurgischen Gefäßes (13) angeordnet. Der Stator (1) bildet einen etwa zylindrischen Auslaufkanal (14). Im Rotor (2) ist ein abgewinkelter Durchlaßkanal (20) ausgebildet. In der ersten Betriebsstellung nach Fig. 9 ist der Rotor (2) in Richtung des Pfeiles (a1) in den Stator (1) gedrückt, so daß zwischen den Dichtflächen (3, 4) kein Spiel besteht. In dieser Stellung fluchtet der Durchlaßkanal (20) nicht mit dem Auslaufkanal (14) des Stators (1). Um einen Schmelzenaustritt zu ermöglichen, wird der Rotor (2) in Richtung der Drehachse (D), entgegen des Pfeiles (a1), verschoben, so daß er um die Drehachse (D) beweglich wird und dann um diese so gedreht, daß der Durchlaßkanal (20) mit dem Auslaufkanal (14) des Stators (1) fluchtet.

Ein der Anschlageinrichtung (21 bis 23) ähnlicher Anschlag läßt sich auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7 bis 10 vorsehen.

Claims

1. Schließ- und/oder Regelorgan für den Abstich von Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäß, mit einem feuerfesten Stator und einem relativ zu diesem drehbaren sowie in Drehachsrichtung verschiebbaren, feuerfesten Rotor, wobei der Stator und der Rotor zueinander in Drehachsrichtung koaxiale, rotationssymmetrische Dichtflächen aufweisen, zwischen denen ein im Betriebszustand eine noch schmelzedichte Spielpassung bildender Ringspalt besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (3, 4) des Stators (1) und des Rotors (2) mit einem kleinen Neigungswinkel zur Drehachse (D) kegelförmig ausgebildet sind und die Breite des Ringspaltes (5) durch Verschieben des Rotors (2) in Drehachsrichtung (D) einstellbar ist.

2. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel (w) der kegelförmigen Dichtflächen (3, 4) zur Drehachse (D) kleiner als 0,5° sind.

3. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Dichtflächen (3, 4) den gleichen Neigungswinkel (w) aufweisen.

4. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) zwischen einer ersten Betriebsstellung, in welcher beide Dichtflächen (3, 4) spaltlos aneinanderliegen, und einer zweiten Betriebsstellung, in welcher der im Betriebszustand eine noch schmelzedichte Spielpassung bildende Ringspalt (5) besteht, in Drehachsrichtung (D) verschiebbar ist.

5. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Ringspalts (5) zwischen 0 mm und 0,7 mm einstellbar ist.

6. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsmittel (10, 11, 3, 4) für die Verschiebung des Rotors (2) in Richtung seiner Drehachse (D) vorgesehen sind.

7. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel von der Dichtfläche (3) des Stators (1) gebildet sind.

8. Schließ- und/oder Regelorgan nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel von Lagern (10, 11) gebildet sind, an denen zylindrische Ansätze (8, 9) des Rotors (2) drehbar und verschiebbar gelagert sind.

9. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) einseitig in einer nach außen geschlossenen Ausnehmung des Stators (1) gelagert ist.

10. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) von der zweiten Betriebsstellung in die erste Betriebsstellung gegen eine in Drehachsrichtung (D) des Rotors (2) wirkende Druckfeder (12) verschiebbar ist.

11. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) mit einem Dreh- und einem Verschiebeabtrieb versehen ist, wobei beide Antriebe am gleichen Rotorende angreifen.

12. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsrichtung horizontal oder vertikal liegt.

13. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) einen Schlitz (7) oder eine Durchlaßöffnung (16) oder einen Auslaufkanal (17) mit Eintrittsöffnung (18) oder einen Durchlaufkanal (20) aufweist.

14. Schließ- und/oder Regelorgan nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag (23) für die Begrenzung der Verschiebung des Rotors (2) in Drehachsrichtung vorgesehen ist.