DE9419040U1 - Anordnung an einem Schieberverschluß - Google Patents

Description

Anordnung an einem Schieberverschluß

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Schieberverschlüsse haben in der letzten Zeit bei größeren metallurgischen Gefäßen, z.B. Pfannen oder Tundishes die Stopfenstange weitgehend ersetzt. Der Schieberverschluß ist unter dem Boden des metallurgischen Gefäßes angebracht. Der Schieberverschluß umfaßt eine gelochte Schieberplatte, die in einer horizontalen Ebene an mindestens einer feststehenden, dichtend mit ihr zusammenwirkenden ebenfalls gelochten Gleitplatte flach anliegt und gegenüber dieser verschiebbar ist. Decken sich die Lochungen nicht, ist der Verschluß geschlossen. Bei teilweiser oder ganzer Überdeckung der Lochungen ist der Verschluß in entsprechendem Maß geöffnet, so daß die Schmelze aus dem metallurgischen Gefäß ausströmen kann.

Wirkt die Schieberplatte mit nur einer an ihr anliegenden Dichtplatte zusammen, handelt es sich um einen Zweiplattenschieber; sind jedoch auf beiden Seiten der Schieberplatte gelochte Dichtplatten angeordnet, wird von einem Dreiplattenschieber gesprochen.

Im Boden des metallurgischen Gefäßes ist oberhalb des Schieberverschlusses eine außen konische Ausgußdüse angebracht, die entweder in einem Lochstein mit einer entspre-

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chend konischen, sich nach unten erweiternden Öffnung sitzt oder unmittelbar in eine monolithische feuerfeste Auskleidung des metallurgischen Gefäßes eingefügt ist. Durch die jedenfalls im unteren Bereich zylindrische lichte Austrittsöffnung der Ausgußdüse und die Lochungen der oberen Dichtplatte, der Schieberplatte und der unteren Dichtplatte strömt die Schmelze bei geöffnetem Schieberverschluß nach unten in eine Ausgußhülse oder ein Tauchrohr ab.

Wenn die Schmelze in das metallurgische Gefäß eingefüllt wird, kann es bis zum Abgießen einige Minuten oder auch wesentlich länger dauern. Bei der heutigen Pfannenmetallurgie können Stehzeiten mit flüssigem Stahl in der Pfanne von bis zu fünf Stunden vorkommen. Der in den Ausgußstein hineinragende und sich durch die obere Dichtplatte bis zu dem geschlossenen Schieber fortsetzende zapfenförmige Bereich der Schmelze hat ein relativ geringes Volumen und kann durch die Berührung mit dem keine wesentlich erhöhte Temperatur aufweisenden Teilen des Schieberverschlusses bis unter den Erstarrungspunkt abkühlen. Beim anschließenden Öffnen des Schieberverschlusses wirkt der abgekühlte Bereich wie ein Pfropf, der das Ausfließen der Schmelze verhindern kann und in einem zeitraubenden und gefährlichen Arbeitsgang mit einer Sauerstofflanze aufgebrannt werden muß.

Auch ist die punktuelle Temperaturbelastung der Schieberplatte bei unmittelbar gegen sie anstehender Schmelze ihrer Haltbarkeit unzuträglich. Obwohl die Platten des Schieberverschlusses aus feuerfester Keramik bestehen, kann der flüssige Stahl nicht längere Zeit auf ihnen stehen, ohne den Mechanismus durch Überhitzung so stark zu schädigen, daß es zu Durchbrüchen kommt.

Es ist daher üblich, den Ausgußbereich vor dem Einfüllen der Schmelze in das jeweilige metallurgische Gefäß mit Sand zu füllen, der die Schmelze vor dem Öffnen des Verschlusses am Eindringen in die lichte Ausgußöffnung hindert, so daß sich kein vorzeitig abkühlender Pfropfen

bilden kann und die Schmelze auch nicht bis zu der Schieberplatte vordringt. Normalerweise wird der Sand einfach per Hand durch Aufwerfen oder mit einem Fallrohr respektive Dosiertank in den zylindrischen Hohlraum der Ausgußdüse und den konischen Teil des Lochsteins eingefüllt.

Es hat sich aber gezeigt, daß dieses Mittel nicht immer zuverlässig wirkt, weil bei längeren Standzeiten der Schmelze in dem metallurgischen Gefäß und geschlossenem Schieberverschluß die der Schmelze benachbarten Bereiche der Sandmenge, zu versintern beginnen und sich wiederum eine Art Pfropf bildet, der beim Öffnen des Schieberverschlusses den Austritt der Schmelze behindert.

Normalerweise sollte der Schiebersand, der sich im mittleren und unteren Teil der Ausgußanordnung befindet, frei herausrinnen und dann der ferrostatische Druck die gesinterte Decke der Sandmenge brechen, so daß der flüssige Stahl ohne weitere Manipulationen ausfließen kann. Das funktioniert aber nicht immer so. Es kommt vor, daß auch der Schiebersand in dem zylindrischen Teil der Ausgußdüse sintert oder gar an der feuerfesten Innenwandung festsintert. Dadurch wird sowohl das Herausfließen des Sandes als auch das leichte Öffnen des Schieberverschlusses stark behindert. In der Regel wird versucht werden, mit Sauerstoff gas den Sandpfropfen herauszubrennen. Diese Arbeit ist nicht nur gefährlich, sondern auch zeitaufwendig und kann den Anschluß der Pfanne in einer Stranggießanlage zu weiterem kontinuierlichen Guß (Sequenzguß) so verzögern, daß die Gußsequenz abgebrochen werden muß. Es ist sogar möglich, daß selbst durch intensives Brennen mit Sauerstoff oder exothermen Hülsen der Ausguß nicht freigebracht werden kann. Die Stahlcharge muß dann über den Rand der Pfanne in das Schmelzgefäß zurückgegossen werden, was einen erheblichen Aufwand und Verlust darstellt.

Das störende Versintern des Schiebersandes in der Ausgußöffnung kann darauf beruhen, daß

a) das System nur teilweise gefüllt ist. Der Stahl dringt dann zu tief in den Ausgußbereich ein und sintert

den Düsenteil zu;

b) Schlackenreste in dem zylindrischen Teil der Ausgußdüse liegen und den eingefüllten Sand durch ihre eutektische Schmelzpunkterniedrigung vorzeitig und stark zum Sintern bringen.

In der Praxis sind freie Öffnungsraten, bei denen der Stahl ohne jede Manipulation frei ausströmt, zwischen 50 und 98 % aller Fälle üblich. Daß selbst durch Manipulation mit Sauerstoff der Stahl nicht zum Ausströmen kommt, d.h. die Charge für den Guß verloren ist, kommen zwischen 1 pro mille und 2 % aller Fälle vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer dem Oberbegriff des. Anspruch 1 entsprechenden Anordnung mit Sand geüllter Ausgußöffnung den Ausfluß der Schmelze sicherer zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Der Rohrabschnitt schafft in dem feinkörnigen feuerfesten Material, also z.B. dem Sand, in der lichten Öfffnung des Ausgusses eine radiale sinterfeindliche Unterbrechung, die die Bildung eines die lichte Öffnung durchgehend überbrückenden und sich mit der Wandung der Ausgußöffnung verbindenden Pfropfs verhindert. Das im Innern des Rohrabschnitts befindliche feinkörnige feuerfeste Material findet nach außen keinen Halt und rutscht beim Öffnen der Schieberplatte in jedem Fall durch die Schieberöffnung hindurch, wenn es dem statischen Druck der darüber lagernden Schmelze ausgesetzt ist. Die durch den gebildeten Kanal hindurchströmende Schmelze sorgt für eine rasche Auflösung des Materials und reißt dann etwa außerhalb des Rohrabschnitts in der lichten Öffnung des Ausgusses befindliches feinkörniges feuerfestes Material ebenfalls aus der lichten Öffnung heraus mit sich. Da das Material sich in der Wärme der Schmnelze auflösen soll, besteht keine Gefahr, daß größere Inhomogenitäten bildende Teile in den Gießstrang eingeschlossen werden.

Die wärmeisolierenden Eigenschaften des Materials

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bewirken, daß nicht zu viel Wärme aus dem Bereich der Schmelze in den der Schieberplatte benachbarten Teil des Ausgußbereichs transportiert wird und dort die Temperatur bis in den Sinterbereich steigert.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 2 besteht das "wärmeisolierende, in der Wärme der Schmelze sich auflösende, sinterfeindliche Material" aus einem verkokenden Material, welches auch nach seiner Desintegration in der Schmelzhitze in dem feinkörnigen feuerfesten Material eine Trennzone beläßt.

Beispiele für verkokende Materialien sind Gegenstand der Ansprüche 3 bis 5.

Die Wandstärke kann gemäß Anspruch 6 im Bereich von 0,1 bis 15 mm liegen, wobei die Auswahl im einzelnen von dem Material, aber auch von dem Durchmesser der AusgußÖffnung abhängt, der zwischen 15 und 110 mm liegen kann.

Gemäß Anspruch 7 soll der Rohrabschnitt die lichte Ausgußöffnung im wesentlichen ausfüllen.

Gemäß Anspruch 8 kann der gefüllte Rohrabschnitt an den Enden Verschlußkappen aufweisen, so daß sich eine geschlossene, mit dem feinkörnigen feuerfesten Material (Schiebersand) gefüllte Kartusche ergibt, die nach der Funktionsprüfung des Schiebers, die prinzipiell nach jeder Charge durchgeführt wird, in den Ausguß geschoben wird. Die Pfanne wird sodann vertikal gestellt und der Ausgußbereich um das obere Ende des Rohrabschnitts herum wie üblich mit Sand aufgefüllt.

Zweckmäßig steht der Rohrabschnitt auf der Schieberplatte des geschlossenen Schieberverschlusses auf, so daß die jedenfalls in ihrem unteren Bereich zylindrische Ausgußöffnung ganz von dem Rohrabschnitt ausgefüllt ist und keine Schlackenreste in diesen kritischen Bereich eindringen können.

Gemäß Anspruch 10 kann der Rohrabschnitt mit seinem oberen Rand über die obere Begrenzung der Ausgußdüse überstehen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin-

dung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Schieberverschluß am Boden eines metallurgischen Gefäßes;

Fig. 2 zeigt eine Teilansicht des Schieberverschlusses nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 zeigt eine Teilansicht auf den Schieberverschluß nach Fig. 2 von oben;

Fig. 4 zeigt eine Fig. 2 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform.

Das in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete metallurgische Gefäß ist ein Tundish oder eine Pfanne, die aus einem Gehäuse 1 aus starkem Stahlblech bestehen, das im Innern durch eine feuerfeste Zustellung 2 ausgekleidet und dadurch vor dem Angriff der bei gefülltem metallurgischem Gefäß 10 in dem Raum 3 sich befindenden Schmelze geschützt ist. An der Stelle, an der die Schmelze ausfließen soll, weist das Gehäuse 1 in seinem Boden eine Öffnung 4 auf, in die ein Sitzstein 5 hineinragt, der sich durch die Dicke der Zustellung 2 hindurcherstreckt und eine konische Öffnung 5' besitzt, in der eine an ihrem Außenumfang entsprechend konische Ausgußdüse 6 sitzt, die ihrerseits eine Ausgußöffnung 7 aufweist, die in ihrem unteren Teil 7' zylindrisch ist und sich nach oben in dem Bereich 7" konisch erweitert. Die Ausgußdüse 6 besteht aus keramischem feuerfestem Material höchster Qualität, welches dem stark erodierenden Angriff der ausströmenden Schmelze standhalten muß. Sie kann bei Bedarf ausgewechselt werden, indem sie nach unten aus dem Sitzstzein 5 ausgestoßen wird.

Unter der Ausgußdüse 6 ist der als Ganzes mit 20 bezeichnete Schieberverschluß angeordnet, der eine horizontale mit einer Öffnung 19 versehene Schieberplatte 8 umfaßt, die mittels eines Antriebes 9 horizontal in Pfeilrichtung aus einer in Fig. 1 wiedergegebenen Offenstellung in die in Fig. 2 erkennbare Geschlossenstellung verlagerbar ist. Die Schieberplatte 8 erstreckt sich in einer horizontalen Ebene, und es liegen von beiden Seiten gegen sie feststehende Dichtplatten 11,12 dichtend an, die mit

der lichten Öffnung 7 des Ausgußsteins fluchtende Öffnungen 13 bzw, 14 besitzen. Unter der unteren Dichtplatte 12 ist eine Ausgußhülse 15 angeordnet, die in dem Gehäuse 16 des Schieberverschlusses 20 gehalten ist und in ein Tauchrohr 17 mündet, welches in eine Stranggußkokille hineinreicht. Der Schieberverschluß 20 kann insgesamt um die Gelenkanordnung 18 nach unten vom Boden des Gehäuses 1 weggeschwenkt werden, beispielsweise wenn die Ausgußdüse 6 oder der Schieberverschluß 20 als Ganzes ausgewechselt werden müssen..

Bevor die Schmelze in das metallurgische Gefäß 10 eingefüllt wird, wird in die lichte Öffnung 7 des Ausgußsteines 6 ein Rohrabschnitt 30 aus einem Kartonrohr eingesetzt, dessen Außendurchmesser in dem Ausführungsbeispiel dem Durchmesser der lichten Öffnung 7 der Ausgußdüse 6 und der nachgeschalteten Öffnung 13,19 und 14 entspricht. Der Rohrabschnitt 30 wird in die Öffnungen 7 und 13 hineingestellt, so daß er in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise auf der Oberseite der in die Geschlossenstellung, d.h. nach rechts verschobenen Schieberplatte 8 aufsteht. Der obere Rand 30' des Rohrabschnitts 30 ragt über den oberen Rand 6' des Ausgußsteins 6 ein wenig nach oben vor. Es wird nun von oben feinkörniges feuerfestes Material 21, z.B. gewöhnlicher Sand, aufgegeben, der das Innere des Rohrabschnittes 30 ausfüllt. Das gleiche gilt für den Zwischenraum zwischen dem Außenumfang des Rohrabschnitts 30 und dem Innenumfang der lichten Öffnung 7 des Ausgußsteins 6, die sich in ihrem oberen Bereich 7" konisch erweitert.

Die inneren und äußeren Bereiche 21' bzw. 21" des feinkörnigen feuerfesten Materials 21 sind also in dem Bereich 7" in radialer Richtung durch den Rohrabschnitt 30 voneinander getrennt. Der Bereich 7' wird durch den Rohrabschnitt 30 ganz ausgefüllt.

Der Rohrabschnitt 30 besteht aus einer Pappe von etwa 3 mm bis 10 mm, vorzugsweise etwa 5 mm Wandstärke. Pappe hat wärmeisolierende Eigenschaften, die verhindern, daß

eine zur Auflösung, d.h. zur gänzlichen Verbrennung notwendige Temperatur zu schnell in Achsrichtung vordringt. Bei der Temperatur der Schmelze löst sich die Pappe durch Verbrennung auf, wobei die verbleibenden verkokten Aschereste in dem feinkörnigen feuerfesten Material eine überwiegend aus Kohlenstoff bestehende Unterbrechung bilden, die verhindert, daß das Material in eine in radialer Richtung ununterbrochene Sinterschicht zusammenbackt. Die Unterbrechung gewährleistet, daß der statische Druck der Schmelze in jedem Fall in der Lage ist, den inneren Teil des feinkörnigen feuerfesten Materials beim Öffnen des Schieberverschlusses herauszudrücken.

Fig. 2 zeigt die Anordnung vor dem Einbringen der Schmelze. Wenn diese eingebracht ist, beginnt die Pappe am oberen Rand 30' zu verbrennen. Dem Fortschreiten der Verbrennung gemäß Fig. 2 nach unten sind aber durch die Wärmeisolationsfähigkeit des Kartons Grenzen gesetzt, so daß es eine Zeit dauert, bis der Karton ganz desintegriert ist. Die Rückstände der Verbrennung verbleiben in einem rohrförmigen Bereich zwischen den Anteilen 21' und 21" des feinkörnigen feuerfesten Materials und verhindern ein Zusammensintern dieser Bereiche.

Wenn dann die Schieberplatte 8 gemäß Fig. 2 nach links zwischen den Gleitplatten 11,12 herausgezogen wird und einen Durchgang freigibt, so vermag der statische Druck der oberhalb des Anteils 21' befindlichen Schmelze diesen Anteil nach unten herauszudrücken, weil er, mag er auch im oberen Bereich in sich zusammengesintert sein, keinen Halt an radial außen gelegenen Bereich findet. Dies gilt unabhängig davon, wie weit der Rohrabschnitt 30 nach unten hin schon verbrannt sein mag.

Die Strömungsöffnung wird also in jedem Fall frei. Die äußeren Anteile 21" des feinkörnigen feuerfesten Materials werden von den ersten durchströmenden Schmelzeanteilen mitgerissen.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel wiedergegeben, bei dem dem ersten Ausführungsbeispiel der

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Fig. 1 bis 3 entsprechende Teile mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet sind.

Der Schieberverschluß 20' der Fig. 4 ist ein Zweiplattenverschluß mit einer Schieberplatte 8 und einer feststehenden unteren Dichtplatte 12, an die sich die Ausgußhülse 15 nach unten anschließt. Die Schieberplatte 8 dichtet nach oben gegen die Unterseite des Lochsteins 6 ab. 25 ist das Oberteil der Schieberkassette.

Während die Ausgußdüse bei der Anordnung nach den Fig. 1 bis 3 in einem separaten Lochstein 5 sitzt, ist die Ausgußdüse 6 der Fig. 4 unmittelbar in eine umgebende monolithische Auskleidung oder Zustellung 22 der Pfanne eingesetzt. Der Rohrabschnitt 40 besitzt in diesem Fall an seinen beiden Enden Verschlußkappen 23 und ist im Innern mit Schiebersand 21' gefüllt. Der Rohrabschnitt 40 ragt mit seinem oberen Ende 40' über das obere Ende 6' der Ausgußdüse 6 hervor. Die Ausgußdüse 6 erstreckt sich in diesem Fall nicht über die ganze Dicke der Zustellung 22, sondern es ist in dieser oberhalb der Ausgußdüse 6 eine sich konisch erweiternde Öffnung 24 gebildet, die nach dem Einsetzen des Rohrabschnitts 40 in die zylindrische Ausgußöffnung 7 und dem Aufrechtstellen der Pfanne in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise mit weiterem Schiebersand 21" gefüllt wird. Diese zusätzliche Sandfüllung hält die Temperatur der Schmelze längere Zeit wirksam von der Ausgußdüse 6 fern. Nach einiger Zeit jedoch wird der aus Pappe bestehende Rohrabschnitt 7 verkokt sein, bildet aber dann zwischen dem in ihm befindlichen Schiebersand 21' (feinkörniges feuerfestes Material) eine Trennschicht, die ein Anbacken bzw. Ansintern des Sandes 21' am Innenumfang der Ausgußöffnung 7 verhindert. Der in dem Rohrabschnitt 40 befindliche Sandpfropfen kann also beim Öffnen des Schieberverschlusses 20' nach unten herausrieseln oder herausgedrückt werden. Die obere Begrenzung der Sandmenge 21" wird zwar zu einer Art "Decke" zusammensintern, bevor der Schieberverschluß 20' geöffnet wird. Diese Decke wird jedoch nicht so fest, daß sie dem erheblichen ferrostati-

-10-schen
Druck der darüber anstehenden Schmelze standhalten könnte.

Im Gegensatz zu dem Rohrabschnitt 30 wird der Rohrabschnitt 40 bereits vor dem Einsetzen in die Ausgußdüse 6 mit Schxebersand gefüllt und bildet somit eine in sich geschlossene fertig handhabbare Kartusche.

Claims (10)

1. Anordnung an einem Schieberverschluß (20) im Boden eines metallurgischen Gefäßes (10), insbesondere einer Pfanne oder eines Tundishes für Stahlschmelzen, bei welcher der oberhalb der Schieberplatte (8) gelegene Teil der lichten Öffnung (7,13) des Ausgusses mit sandartig feinkörnigem feuerfestem Material (21) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der lichten Öffnung (7,13) ein Rohrabschnitt (30,40) aus einem wärmeisolierenden, in der Wärme der Schmelze sich auflösenden sinterfeindlichen Material angeordnet ist, welcher von dem feinkörnigen feuerfesten Material (21',21") gefüllt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (30,40) aus einem in der Wärme der Schmelze verkokenden Material besteht.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (30,40) aus Karton oder Pappe besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (30,40) aus Kunststoff

besteht.

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5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (30,40) aus Holz besteht.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (30,40) eine Wandstärke im Bereich von 0,1 bis 15 mm aufweist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (30) einen Außendurchmesser aufweist, der fast dem Innendurchmesser der lichten Öffnung (7,13) des Ausgusses an dessen engster Stelle entspricht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gefüllte Rohrabschnitt (40) an den Enden Verschlußkappen (23) aus einem in der Wärme der Schmelze sich auflösenden Material aufweist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (30,40) auf der Schieberplatte (8) des geschlossenen Schieberverschlusses (20 aufsteht.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrabschnitt (30) mit seinem oberen Rand (30') über die obere Begrenzung (6') der Ausgußdüse (6) anfänglich übersteht.