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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Klemme für eine Klemmvorrichtung für eine Feuerfestplatte
in einem Sitz eines Schieberventils in einer Gießeinrichtung, eine Baugruppe,
umfassend eine Feuerfestplatte und ihren Sitz, ein Schieberventil,
das eine solche Baugruppe einschließt, eine Gießeinrichtung, die
ein solches Schieberventil einschließt, sowie ein Verfahren zum
Festklemmen einer Feuerfestplatte.
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Es
ist bekannt, dass die in Schieberventilen in metallurgischen Gießeinrichtungen
verwendeten Feuerfestplatten durch Festklemmen in ihren Sitzen montiert
werden.
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Diese
Sitze können
die Form von feststehenden Elementen auf dem Ventilrahmen im Fall
von feststehenden Platten oder von Schlitten für die beweglichen Platten des
Schieberventils annehmen.
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Das
Festklemmen erfolgt im Allgemeinen mittels einer Klemme, die auf
einer Seite gegen einen Rand der Platte drückt und auf der anderen Seite
gegen einen verstellbaren Anschlag, der dazu dient, die Klemme gegen
die Platte zu drücken,
um sie festzusetzen.
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Mit
bekannten Klemmen wird die Platte in einer befriedigenden Weise
in ihrem Sitz gehalten. Jedoch stellt sich eine merkliche Schwierigkeit
durch die Formveränderlichkeit
zwischen Platten, die durch den Fertigungsprozess verursacht werden
oder aus verschiedenen Gründen
erforderlich sein kann. Diese Veränderlichkeit kann zu Unausgeglichenheiten beim Abstützkontakt
zwischen der Klemme und der Platte führen, was zum Aufbringen von
sehr hohen örtlich
begrenzten Kräften
führt.
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Auf
lange Sicht können
diese erhöhten
Beanspruchungen sowohl die Klemme und die Platte schädigen, die
bereits aufgrund ihres Normalbetriebs einer Rissbildung ausgesetzt
ist.
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Die
vorliegende Erfindung hat den Zweck, insbesondere eine Klemme bereitzustellen,
welche die Mängel
bekannter Klemmen nicht aufweist.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Klemme für eine Klemmvorrichtung
für eine Feuerfestplatte
in einem Sitz eines Schieberventils in einer Gießeinrichtung, wobei die Klemme
auf einer Seite eine Druckzone aufweist, worauf sie eine Klemmkraft
aufnehmen kann, die dazu führt,
dass die Klemme gegen eine im Sitz angeordnete Feuerfestplatte gedrückt wird,
und auf der anderen Seite zwei Enden, von denen sich jedes gegen
einen Rand der Feuerfestplatte anlegen lässt, dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Klemme elastisch verformen lässt, und, dass jedes der zwei
Enden der Klemme auch so angepasst ist, dass es sich unter der Einwirkung
einer geeigneten Klemmkraft (und größer als die Kraft, die erforderlich
ist, um zu bewirken, dass sich die Klemme allein auf den Rändern der
Platte abstützt) oder
unter der Auswirkung der Wärmedehnung
der Platte infolge der während
Gießvorgängen beobachteten
hohen Temperaturen oder unter der kombinierten Wirkung dieser beiden
Vorgänge
gegen eine benachbarte Wand des Sitzes abstützt, und dass die Klemme in
einem Stück
gefertigt ist.
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Das
Dokument
EP-A1-220,070 offenbart
einen Klemmmechanismus für
eine Platte in einem Stützrahmen.
Dieser Klemmmechanismus schließt eine
steigbügel-
oder U-förmige
Klemme ein, die an das Umfangsrandprofil einer Stirnseite der Feuerfestplatte angepasst
ist. Die steigbügel-
oder U-förmige Klemme
weist Einstelleinrichtungen und Führungen zur Verstellung parallel
zum Umfangsrandprofil der Feuerfestplatte auf. Da sich der Steigbügel nicht gleichzeitig
an der Feuerfestplatte und am Stützrahmen
abstützt
(
2) kann das Festklemmen nur durch die Klemme selbst
sichergestellt werden, die aus einem starren Material hergestellt
werden muss.
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Wenn
im Gebrauch die Platte auf hohe Temperaturen gebracht wird und sich
ausdehnt, werden in der Platte extrem hohe lokale Beanspruchungen erzeugt,
weil die steigbügel-
oder U-förmige
Klemme aus einem Material hergestellt ist, das keinerlei Elastizität besitzt.
Unter der Annahme, es gibt eine Möglichkeit, die Platte später festzuklemmen,
während sich
die Platte bereits im Gebrauch befindet und heiß ist, besteht andererseits,
wenn die Platte nicht sofort festgeklemmt wird, ein Risiko einer
Bewegung der Platte in ihrem Stützrahmen.
Eine solche Bewegung könnte
für die
Sicherheit und den Schutz des Personals und der Einrichtung katastrophal
sein.
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Einer
der Vorteile der erfindungsgemäßen Klemme
besteht darin, dass sie sich automatisch an die Geometrie der Platte
anpasst, die festgesetzt werden soll. Somit bewirken Formveränderungen zwischen
Platten infolge des Fertigungsprozesses keinerlei Probleme beim
Festklemmen. Gleichfalls wird durch die Fähigkeit der Klemme, sich dank
ihrer Elastizität
automatisch an die von der Platte dargebotenen Abstützflächen anzupassen,
vermieden, dass die Klemme selbst übermäßig hohen Beanspruchungen ausgesetzt
wird und schließlich
bricht.
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Auf
diese Weise nimmt die erfindungsgemäße Klemme dank ihrer Elastizität selbst
einen Teil der Verformung der Platte aufgrund ihrer Ausdehnung auf
und überträgt dann
während
Gießvorgängen die vom
verstellbaren Anschlag und durch die Verformung aufgrund einer Ausdehnung
der Platte ausgeübten
Klemmkräfte
in den Plattensitz.
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Mit
anderen Worten verhält
sich die Klemme wie eine selbstpositionierende Verstrebung oder Spreize
zwischen der Platte und ihrem Sitz.
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Im
Hinblick auf die elastische Verformung der Klemme werden die folgenden
Faktoren berücksichtigt:
Vorteilhafterweise wird eine Klemme mit einer Steifigkeitskonstante
unter 10 T/mm, bevorzugt unter 5 T/mm und sogar noch bevorzugter
in der Größenordnung
von 1 bis 3 T/mm ausgewählt.
Diese Werte können
mit denjenigen verglichen werden, die an bekannten Klemmen gemessen
werden, welche von 10 bis 30 T/mm reichen oder sogar noch höher sind.
Bisher ist immer angenommen worden, dass die Klemme, wenn sie vorhanden
ist, eine ausreichende Steifigkeit aufweisen muss, damit sie sofort
auf die Platte einwirkt, wenn das Schieberventil in Bewegung gesetzt
wird, ohne es zuzulassen, dass sich das geringste Maß an Spiel
entwickelt. In dieser Situation ist es notwendig, dass die Steifigkeitskonstante
der fraglichen Klemmen zumindest größer als 10 T/mm und allgemein
größer als
20-30 T/mm ist.
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Abweichend
von bekannten Prinzipien haben sich die Erfinder für eine bedeutend
weniger steife Klemme entschieden, deren Elastizität einen
Teil der Ausdehnung der Platte aufnimmt, ohne dass bis zu dem Zeitpunkt,
wo die Enden der Klemme mit den Wänden des Sitzes in Kontakt
treten (die im Allgemeinen eine Steifigkeitskonstante von mehr als
40 T/mm und im Fall von gewissen Pfannenschieberventilen sogar in
der Größenordnung
von 150-200/mm aufweisen) und sich gegen diese abstützen, große Beanspruchungen
erzeugt werden. Die Klemme wirkt dann einfach als Verstrebung oder Spreize
zwischen der Platte, die an diesem Punkt nahezu ihre maximale Größe erreicht
hat, und dem Sitz. Da die Platte nahezu ihre maximale Größe erreicht hat,
wenn die Enden der Klemme beginnen, sich gegen die Wände des
Sitzes abzustützen,
werden die in der Platte erzeugten Beanspruchungen sehr bedeutend
verringert.
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Vorteilhafterweise
braucht jedoch die Klemme nicht die gesamte Verformung aufgrund
einer Wärmedehnung
der Platte aufzunehmen, so dass die letztere während der Gießvorgänge unter
Kompression bleibt. In der Tat ist es vorteilhaft, wenn die Platte unter
Kompression gehalten wird, so dass jegliche Risse, die sich entwickeln
mögen,
geschlossen gehalten werden.
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Die
Klemme wird in einem Stück
durch maschinelle Bearbeitung, Gießen oder Schmieden aus einem
Material gefertigt, das hinsichtlich der Temperaturbedingungen,
mechanischen Festigkeit und Elastizität der Klemme die geforderten
Eigenschaften besitzt. Beispiele von geeigneten Materialien für die Fertigung
der erfindungsgemäßen Klemme
sind alle Arten von Stahl, insbesondere 42CrMo4-Stahl.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
ist mindestens eines der beiden Enden der Klemme mit der Druckzone
durch einen elastisch verformten Teil der Klemme verbunden, was
es gestattet, die Ausrichtung des Endes zu verändern.
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Diese
Veränderung
der Ausrichtung gestattet es, dass sich das Ende über einen
Flächenkontakt gegen
die Platte abstützt,
wodurch das Aufbringen von punktuellen, für die Platte schädlichen
Kräften vermieden
wird.
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Die
zweite Stützfläche, die
gerundet ist, dient als "Schwenkpunkt", der es erlaubt,
dass dem zwischen dem Ende der Klemme und der Platte hergestellten
Kontakt die Ausrichtung des Endes aufgezwungen wird, so dass der
derart hergestellte Kontakt ein Flächenkontakt ist.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform schließt die Klemme
nur eine Druckzone ein. Die von einem verstellbaren Anschlag im
Sitz aufgebrachte Klemmkraft wird somit automatisch zwischen den beiden
Enden der Klemme verteilt, womit jegliches Unausgeglichenheit zwischen
den Klemmkräften vermieden
wird, die von den beiden Enden der Klemme auf die Platte aufgebracht
werden.
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Vorzugsweise
weist die Druckzone eine glatte Oberfläche auf (die eben oder gerundet
sein kann), um in Kontakt mit dem verstellbaren Anschlag im Sitz zu
treten, der seine Klemmkraft an einem beliebigen Punkt auf dieser
glatten Oberfläche
aufbringen kann. Auf diese Weise kann die Klemme eine ausgewogene
Stellung zwischen dem Sitz und der Platte einnehmen, wobei sie möglicherweise
aus Gründen
einer Asymmetrie in der Platte von der Längsachse des Sitzes weg ausgelenkt
wird, ohne den Abstützkontakt zwischen
dem verstellbaren Anschlag des Sitzes und der Druckzone zu stören.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform schließt mindestens
eines der Enden der Klemme im Querschnitt einen Ausschnitt ein,
der es ermöglicht, dass
das Ende unter einem Vorsprung in der Wand des Sitzes in Eingriff
tritt.
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Dieser
Vorsprung dient dazu, zu verhindern, dass die Klemme aus dem Sitz
herausfällt,
wenn die Klemmkraft auf die Platte entlastet wird.
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Der
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Baugruppe aus einer Feuerfestplatte
und ihrem Sitz in Form eines Schlittens oder eines feststehenden Elements
auf dem Ventilrahmen, der/das einen Sitz zur Aufnahme der Feuerfestplatte
beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuerfestplatte im Sitz
mittels einer Klemme, wie oben beschrieben, festgehalten wird.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform der
Erfindung ist der Schlitten oder das feststehende Element des Ventilrahmens
mit einer Klemmanordnung versehen, um die Klemmkraft auf die Klemme auszuüben. Diese
Klemmanordnung besteht aus einer Schraube, einem Nocken, einem Schubblock oder
irgendeiner anderen, dem Fachmann bekannten Variante.
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Vorteilhafterweise
ist diese Klemmanordnung abnehmbar, so dass sie für den Fall,
dass sie sich in der Klemmstellung festsetzt, mühelos von der Anordnung abgenommen
werden kann.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Schieberventil in einer Gießeinrichtung,
das eine solche Baugruppe einschließt, sowie eine Gießeinrichtung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Festklemmen
einer Platte in einem Sitz eines Schieberventils in einer Gießeinrichtung, umfassend
den Schritt eines Platzierens der Klemme zwischen der Platte und
einem Rand des Sitzes, wobei die Klemme auf der einen Seite eine
Druckzone aufweist, auf die eine Klemmkraft ausgeübt werden kann,
so dass die Klemme gegen eine im Sitz angeordnete Platte gedrückt bzw.
geschoben wird, und auf der anderen Seite zwei Enden, die sich jeweils gegen
eine Seite der Platte anlegen lassen, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Klemmkraft auf die Klemme aufgebracht wird, die bewirkt, dass
sie sich elastisch verformt, bis sich jedes Ende der Klemme gegen
den entsprechenden Rand der Platte abstützt, vorzugsweise bis sich
die Enden der Klemme ausreichend nahe an der Wand des Sitzes befinden,
um sich daran abstützen
zu können,
wenn sich die Platte unter der Wirkung der während des Gießens erreichten
Temperatur ausdehnt.
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Um
die Erfindung besser zu erläutern,
wird ein anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels angegebenes
Verfahren zur Durchführung
unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 ein
axialer Querschnitt von einem Teil des Bodens eines mit einem Schieberventil
ausgestatteten metallurgischen Gefäßes ist;
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2 eine
Ansicht entlang des Pfeils II auf ein in 1 dargestelltes
feststehendes Element des Ventilrahmens ist,
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3 eine
Ansicht entlang des Pfeils II auf den beweglichen Schlitten in 1 ist,
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4 eine
perspektivische Ansicht auf eine der Klemmen in den 1 bis 3 ist,
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5 eine
Schnittansicht entlang der Linie V-V in 3 ist,
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6 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht des verstellbaren Anschlagsystems auf
dem beweglichen Schlitten ist.
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In 1 schließt das metallurgische
Gefäß 1 einen
Boden 2 mit einer Gießöffnung 3 ein.
Die letztere schließt
eine durch den Gefäßboden und
die Bodenplatte 6 des Ventilrahmens hindurch verlaufende innere
Düse 4 ein.
Ein Schieberventil 7 ist in Deckung mit der Gießöffnung 3 auf
dem Gefäß montiert.
Dieses Ventil schließt
zwei feststehende Feuerfestplatten – eine obere 8 und
eine untere 9 – sowie
eine bewegliche Feuerfestplatte 10 ein, die dazu bestimmt ist,
sich unter der Einwirkung eines Zylinders 5 zwischen den
beiden feststehenden Platten zu verschieben. Es wird nicht festgestellt,
dass 1 ein Schieberventil mit drei Platten zeigt. Es
versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch Zwei-Platten-Anordnungen
oder Anordnungen betrifft, bei denen eine Platte und eine andere
Gießkomponente
(zum Beispiel Rohr oder innere Düse)
eine Baugruppe bilden.
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Jede
der Platten 8, 9 und 10 wird von einer Gießöffnung 11, 12 und 13 durchsetzt,
die im Wesentlichen dieselbe Querschnittsfläche wie diejenige der inneren
Düse aufweisen.
Die Regulierung oder Unterbrechung des Gießens wird in einer bekannten Weise
bewirkt, indem man die bewegliche Platte 10 so bewegt,
dass die Größe der Öffnung verändert wird,
die sich aus der Ausrichtung der Gießöffnungen in den drei Platten
ergibt. Bei dem in den 2 und 3 dargestelltem
Beispiel ist jede der Platten 8, 9 und 10 umreift.
Sie wird in ihrem Sitz montiert, indem man sie mit Hilfe einer U-förmigen Klemme 14 festklemmt,
wie in 4 dargestellt. Die feststehende Platte 8 wird
in ein feststehendes Element auf den Ventilrahmen (nicht dargestellt)
geklemmt, die feststehende Platte 9 wird in einen in 2 sichtbaren Schieberventildeckel
geklemmt, und die bewegliche Platte 10 wird in einen in 3 dargestellten
beweglichen Schlitten geklemmt. Der Deckel 15 in 2 schließt eine
Reihe von Umfangsrandanordnung ein, die hier nicht beschrieben werden,
da sie nicht notwendig sind, um die Erfindung zu verstehen. In seinem
mittleren Teil enthält
der Deckel eine Vertiefung 16 mit im Wesentlichen derselben
Dicke wie die Feuerfestplatte 9, welche diese Platte und
die Klemme 14 beherbergt.
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Die
Platte
9 weist eine längliche
Form auf und ist in einem Rechteck mit vier abgeschrägten Ecken
enthalten, wie zum Beispiel in der Europäischen Patentanmeldung
EP 99870258.3 oder im Dokument
WO 98/05451 beschrieben.
Die Platte wird in ihrem Sitz durch ihre vier, die abgeschrägten Ecken des
Rechtecks bildenden Ränder
festgesetzt. Die Ränder
18 und
18' stützen sich
gegen die feststehenden Anschläge
20 und
20' ab, während die
Ränder
19 und
19' von den Enden
21 und
21' der Klemme
14 abgestützt werden.
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Wie
man in 4 besser sehen kann, schließt jedes Ende 21, 21' der Klemme
eine erste Abstützfläche ein,
die von einer ebenen Innenseite 22, 22' gebildet wird,
die sich auf einem Rand 19, 19' der Platte abstützt, sowie
eine zweite Abstützfläche, die
von einer zur ebenen Fläche 22, 22' entgegengesetzten
gerundeten Oberfläche 23, 23' gebildet wird, welche
dazu bestimmt ist, sich gegen den Rand 24, 24' des im Deckel 15 gebildeten
Sitzes 16 abzustützen.
Die gerundete Form der Oberfläche 23, 23' stellt einen
linearen Kontakt mit der Seite 24, 24' des Sitzes
sicher, so dass bei der Abstützung
gegen den Rand keine spezielle Ausrichtung des Endes 21, 21' der Klemme
begünstigt
wird. Dank ihres Kontakts mit dem ebenen Rand 19, 19' kann somit
die Seite 22, 22' dem
Ende eine solche Ausrichtung auferlegen, dass der so gebildete Kontakt
ein flächenartiger
Kontakt ist. Jedes Ende 21, 21' ist mit dem Klemmenkörper durch
eine Zone 34, 34' mit
geringerem Querschnitt verbunden, die diesem Bereich der Klemme eine
verbesserte elastische Verformbarkeit verleiht, wodurch die richtige
Ausrichtung von jedem Ende in Bezug zur Platte erzeugt wird.
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Ebenso
wie durch diese örtliche
Elastizität der
Klemme an ihren Enden wird die Klemme 14 auch durch die
Einwärts-
oder Auswärtsbewegung ihrer
beiden Arme verformt, die ebenfalls in einer elastischen Weise stattfindet.
Sie ist somit imstande, sich genau an die Form der Platte anzupassen,
indem ihre beiden Enden zwischen der Seite 24, 24' des Sitzes
und jeder Seite 19, 19' in Eingriff gebracht werden, wobei
jedes Ende 21, 21' die
optimale individuelle Ausrichtung einnimmt, wie gerade beschrieben.
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3 zeigt
den beweglichen Schlitten 26, der die bewegliche Platte 10 trägt. Abgesehen
von verschiedenen Umfangsrandanordnungen, die hier nicht beschrieben
werden, schließt
der Schlitten in seinem mittleren Teil einen Sitz 27 ein,
um die mittels einer Klemme 14 festgesetzte bewegliche
Platte 10 zu beherbergen. Die Translationsbewegung des Schlittens
wird von einem Zylinder 5 getrieben, dessen Kolbenstange
in eine zu diesem Zweck vorgesehene Vertiefung 28 eingreift.
Auf dem feststehenden Element des Rahmens 15 und auf dem
beweglichen Schlitten 26 wird die Klemme im Sitz durch
ihre beiden Enden festgehalten, selbst wenn keine Klemmkraft aufgebracht
wird, und zwar mittels eines Ausschnitts 29 in jedem Ende 21, 21' und einem Vorsprung 30, 30', der als Einheit
mit dem Rand 24, 24' des
Sitzes ausgebildet ist, wie in 5 dargestellt. Die
Klemme 14 kann nur aus dem Sitz gelöst werden, indem man ihre beiden
Enden 21, 21' aus
den Vorsprüngen
heraus verschiebt, was unmöglich
ist, während
der die Klemme gegen die Platte drückende bewegliche Anschlag
an Ort und Stelle bleibt, und zwar selbst dann wenn keine Kraft
auf diesen beweglichen Anschlag aufgebracht wird.
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6 liefert
eine Detailansicht eines Beispiels des beweglichen Anschlags. Der
letztere besteht aus einem mit einem Gewinde versehenen Teil 31,
der in einer zu diesem Zweck in der Seite des Sitzes, in der Längsachse
des Sitzes, vorgesehenen Vertiefung 32 steckt. Sobald er
in Eingriff gebracht worden ist, wird der Gewindeteil 31 mit
Hilfe von Fixierschrauben 33 im Schlitz befestigt. Er kann
eine Halteschraube (nicht dargestellt) aufnehmen, die sich bis zur
Innenseite des Sitzes erstreckt und sich gegen die äußere glatte
Seite 25 (4) der Druckzone der Klemme
abstützt.
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Vorausgesetzt,
dass diese Seite 25 zylindrisch und glatt ist, gibt es
für die
Schraube keinen bevorzugten Abstützpunkt
gegen die Seite, was es ermöglicht,
dass die Klemme die am besten geeignete Stellung einnimmt, um die
Platte zu sichern, wobei diese Stellung allein durch den Abstützkontakt
ihrer Enden 21, 21' zwischen
den Seiten 19, 19' und
der Seite 24, 24' bestimmt
wird.
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Die
von der Klemmenhalteschraube ausgeübte einzige Kraft wird automatisch
gleichmäßig zwischen
den beiden Enden 21, 21' verteilt, wodurch sichergestellt
wird, dass die Platte in ihrem Sitz gesichert wird. Bei einer anderen,
nicht dargestellten Ausführungsform
kann die Schraube durch einen Nocken ersetzt werden.
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Es
versteht sich, dass die beschriebenen Ausführungsformen in keiner Weise
einschränkend sind,
und dass sie beliebigen Abwandlungen unterworfen sein können, wie
dies erwünscht
sein mag, ohne dass sie aus dem Umfang der Erfindung herausfallen.
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- 1
- Metallurgisches
Gefäß
- 2
- Gefäßbodenwand
- 3
- Gießöffnung
- 4
- Innere
Düse
- 5
- Zylinder
- 6
- Feststehendes
Element des Ventilrahmens (Bodenplatte)
- 7
- Schieberventil
- 8
- Obere
feststehende Platte
- 9
- Untere
feststehende Platte
- 10
- Dazwischen
befindliche bewegliche Platte
- 11
- Abstichöffnung in
der oberen Platte
- 12
- Abstichöffnung in
der unteren Platte
- 13
- Abstichöffnung in
der dazwischen befindlichen Platte
- 14
- Klemme
- 15
- Feststehendes
Element des Ventilrahmens (Deckel)
- 16
- Sitz
- 17
- Längsachse
- 18
- Ränder der
Platte im Kontakt mit feststehendem Anschlag
- 19
- Ränder der
Platte im Kontakt mit Klemme
- 20
- Feststehende
Anschläge
- 21
- Klemmenenden
- 22
- von
den Innenseiten gebildete ebene Abstützflächen der Klemme
- 23
- von
den Außenseiten
gebildete gerundete Abstützflächen der
Klemme
- 24
- Ränder des
Sitzes im Kontakt mit der Klemme
- 25
- Druckzone
- 26
- Beweglicher
Schlitten
- 27
- Schlittensitz
- 28
- Vertiefung
zur Aufnahme Zylinderkopf
- 29
- Ausschnitt
in der Klemme
- 30
- Vorsprünge
- 31
- Gewindeteil
- 32
- Ausschnitt
- 33
- Befestigungsschraube
- 34
- Zone
mit reduziertem Querschnitt