EP0290523B1 - Discharge and flow regulator for metallurgical vessels and casting process - Google Patents
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- EP0290523B1 EP0290523B1 EP87907412A EP87907412A EP0290523B1 EP 0290523 B1 EP0290523 B1 EP 0290523B1 EP 87907412 A EP87907412 A EP 87907412A EP 87907412 A EP87907412 A EP 87907412A EP 0290523 B1 EP0290523 B1 EP 0290523B1
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- B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Auslass-und Durchflussregel-Vorrichtung für ein metallurgische Schmelzen aufnehmendes Gefäss, das ein am Gefässboden befindliches Auslassrohr mit einer Ausgussöffnung aufweist, mit einem mit dem Auslassrohr zusammenwirkenden Stopfen, wobei der Stopfen in seiner geschlossenen Stellung einen in die Bohrung des Auslassrohres hineinragenden, mindestens angenähert zylindrischen, als Absperrorgan dienenden Zapfen, der an seinem Umfang mindestens eine radiale Drosselöffnung enthält, die in einen unten offenen Längskanal des Zapfens übergeht und zwischen Stopfen und Auslassrohr oberhalb der Drosselöffnung eine durch Absenken des Stopfens schliessbare erste Dichtung vorhanden ist.The invention relates to an outlet and flow control device for a metallurgical melt-receiving vessel, which has an outlet pipe located on the bottom of the vessel with a pouring opening, with a stopper interacting with the outlet pipe, the stopper in its closed position inserting one into the bore of the Exhaust pipe protruding, at least approximately cylindrical, serving as a shut-off device, which contains at least one radial throttle opening on its circumference, which merges into a longitudinal channel of the pin open at the bottom and between the plug and the outlet pipe above the throttle opening there is a first seal that can be closed by lowering the plug.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Giessverfahren zum Abgiessen von Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäss, das mindestens eine am Gefässboden befindliche Auslassöffnung enthält, die mit einem Stopfen unter Bildung von Dichtungsorganen zusammenwirkt, wobei die Schmelze in der geöffneten Stopfenposition über eine mindestens angenähert horizontale Auslassöffnung im Stopfen und dessen unten offenen Längskanal ausfliesst.Furthermore, the invention relates to a casting method for pouring molten metal from a metallurgical vessel, which contains at least one outlet opening located on the bottom of the vessel, which cooperates with a stopper to form sealing elements, the melt in the opened stopper position via an at least approximately horizontal outlet opening in the Plug and its longitudinal channel open at the bottom flows out.
Für den Auslass und die Durchflussregelung von metallischen Schmelzen aus einem Gefäss sind bereits zahlreiche Vorrichtungen bekannt.Numerous devices are already known for the outlet and the flow control of metallic melts from a vessel.
Bei einem altbekannten System zum Vergiessen von Rohstahl od.dgl. wird eine Stopfenvorrichtung verwendet, bei der die im Gefässboden befindliche Auslassöffnung durch einen im Gefässinnern befindlichen Stopfen verschliessbar ist, der am untern Ende einer Stange befestigt ist. Durch ein von aussen betätigbares Hebelgestänge kann der Stopfen zum Giessen angehoben und zum Verschliessen des Ausgusses abgesenkt werden. Nachteilig sind indessen die schlechte Regelcharakteristik des Durchflusses und eine unbefriedigende Verschliess-Sicherheit, beispielsweise bei Bildung von Ansätzen am Stopfen.In a well-known system for casting crude steel or the like. a stopper device is used in which the outlet opening in the bottom of the vessel can be closed by a stopper in the inside of the vessel, which is fastened to the lower end of a rod. The plug can be raised for casting and lowered for closing the spout by means of a lever linkage that can be operated from the outside. Disadvantages are, however, the poor control characteristics of the flow and an unsatisfactory security against closure, for example when there are lugs on the stopper.
Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, kalottenartige Drehventile zu verwenden, bei denen ein aussermittiger Einlasskanal durch eine Drehverbindung mit einer Auslassöffnung in kommunizierende Verbindung gebracht werden kann. Dies bedingt hohe Bearbeitungs- und Einschleifgenauigkeit der schwierig herzustellenden spährischen Trennstelle zwischen drehbaren und ruhenden Bauteilen. Ausserdem neigt die Schmelze bei einer solchen Konstruktion in der Eingussöffnung zum Einfrieren.It has also been proposed to use dome-type rotary valves in which an off-center inlet channel can be brought into communicating connection with an outlet opening by means of a rotary connection. This requires high processing and grinding accuracy of the difficult to manufacture spherical separation point between rotating and stationary components. In addition, with such a construction, the melt tends to freeze in the pouring opening.
Es sind ferner unten an das die Schmelze enthaltende Gefäss angebaute Schieberverschlüsse bekannt. Bei solchen Schieberverschlüssen sind die unter Vorspannung aufeinander gleitenden Verschlusskörper einer erheblichen Abnützung ausgesetzt, da die Bewegung des verstellbaren Teiles unter Einwirkung der hohen Temperatur der Metallschmelze erfolgen muss. Nachteilig sind ferner die hohen Anschaffungs-und Unterhaltskosten. Um eine ausreichende Sicherheit der Dichtung zu gewährleisten, wird eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit der aus feuerfestem Material bestehenden Schieberplatten verlangt.Slider closures are also known at the bottom of the vessel containing the melt. In such slide closures, the closure bodies sliding on one another under pretension are exposed to considerable wear and tear since the movement of the adjustable part must take place under the influence of the high temperature of the molten metal. The high acquisition and maintenance costs are also disadvantageous. In order to ensure sufficient security of the seal, high machining accuracy of the slide plates made of refractory material is required.
Aus der FR-A 2 315 347 ist eine Vorrichtung zur Auslassregelung von Schmelzen bekannt, bei der ein durch ein Gestänge von unten betätigbarer Stopfen vorhanden ist. Der Stopfen-Kopf ist mit einer Dichtfläche versehen, die zusammen mit einem ringförmigen Lochstein eine Dichtung bildet. Der Stopfen ist direkt anschliessend an die Dichtfläche mit mehreren radialen Oeffnungen versehen, die in einen mittigen, unten offenen Auslasskanal einmünden. Unbefriedigend ist die bruchgefährdete Schwächung des Stopfenquerschnittes direkt unterhalb des Kopfes, da die zur Verwendung gelangenden feuerfesten Materialien zwar eine hohe Druckfestigkeit aber nur eine geringe Zugfestigkeit haben und hier zur Erzeugung des Schliesskraft eine Zugbeanspruchung auftritt. Auch die Verschliess-Sicherheit ist unbefriedigend wegen der Gefahr der Bildung von Ansätzen oder Erosion im Verschlussbereich. Bei Versagen der Dichtung hat ein Durchbruch der Schmelze katastrophale Folgen. Die Gefahr des Schlackenmitlaufes kann mit dieser Verschluss-Vorrichtung nicht behoben werden, da sich zusammen mit der muldenförmigen Vertiefung im Lochstein eine schräge oder sogar im wesentlichen vertikale Strömung in der Schmelze ausbildet. Weiter besteht Einfriergefahr beim Angiessen, da sich die Schmelze in der im Querschnitt keilförmigen Mulde rasch abkühlt. Da die Fuge zwischen dem beweglichen Stopfen und dem stationären Lochstein unten mit Umgebungsluft in Verbindung steht, kann durch das beim Giessen entstehende Vakuum Luft angesaugt werden, wodurch eine unerwünschte Reoxydation der Schmelze entsteht.From FR-A 2 315 347 a device for regulating the outlet of melts is known, in which there is a stopper that can be actuated by a linkage from below. The plug head is provided with a sealing surface, which forms a seal together with an annular perforated brick. The stopper is provided directly adjacent to the sealing surface with several radial openings which open into a central outlet channel which is open at the bottom. The weakening of the plug cross-section directly below the head, which is at risk of breakage, is unsatisfactory, since the refractory materials used have a high compressive strength but only a low tensile strength and tensile stress occurs here to generate the closing force. The security of the closure is also unsatisfactory because of the risk of build-up or erosion in the closure area. If the seal fails, a melt breakthrough has catastrophic consequences. The risk of slag entraining cannot be eliminated with this closure device, because together with the trough-shaped depression in the perforated brick an oblique or even essentially vertical flow forms in the melt. There is also a risk of freezing when pouring on, since the melt cools rapidly in the cross-sectionally wedge-shaped trough. Since the joint between the movable plug and the stationary perforated brick is connected to ambient air at the bottom, air can be drawn in by the vacuum created during casting, which causes undesired reoxidation of the melt.
Die DE-A 1 558 285 zeigt einen Hubkolbenverschluss für Giesspfannen. Der Hubkolben ist mit unten angreifenden Antriebsmitteln versehen, mit denen eine reine Axialverschiebung in die Oeffnungs- und Schliess-Stellung bewirkt werden kann. Eine radiale Oeffnung mündet in eine mittige, unten offene Durchflussöffnung. Da am Hubkolben ein verbreiterter Kopf fehlt, ist die Dichtung auf den oberhalb der radialen Oeffnung des Hubkolbens befindlichen Teil zusammen mit der Lochsteinbohrung beschränkt. Der Lochstein sitzt in einer trichterförmig vertieften Oeffnung des Pfannenbodens, weshalb sich beim Giessen keine überwiegend horizontale Strömungsrichtung ausbildet, sondern der Sog der ausfliessenden Schmelze wird sich in Aufwärtsrichtung fortpflanzen und als Folge davon können Schlackenteile mitgerissen werden.DE-A 1 558 285 shows a piston lock for ladles. The reciprocating piston is provided with drive means which engage at the bottom and with which a pure axial displacement into the opening and closing position can be effected. A radial opening opens into a central flow opening that is open at the bottom. Since a widened head is missing on the reciprocating piston, the seal is limited to the part located above the radial opening of the reciprocating piston together with the perforated brick hole. The perforated stone sits in a funnel-shaped opening in the bottom of the pan, which is why no predominantly horizontal direction of flow is formed during pouring, but the suction of the flowing melt will propagate in the upward direction and, as a result, parts of the slag can be entrained.
Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Auslass- und Durchflussregelvorrichtung und eines Giessverfahrens, die einen einfachen, kostengünstig herstellbaren Aufbau hat, ein stetiges, genaues Regeln des Durchflusses von Schmelze erlaubt, und eine hohe Dichtsicherheit ergibt und beim Giessverfahren eine Wirbelbildung weitgehend vermieden und ein Schlackenmitlauf der abfliessenden Schmelze verhindert werden, unter Beibehaltung einer guten Durchflussregelbarkeit und Dichtsicherheit.The object to be achieved with the invention is to create an outlet and flow control device and a casting method which has a simple, inexpensive to manufacture structure, allows a constant, precise control of the flow of melt, and results in a high degree of sealing reliability and The casting process largely avoids the formation of eddies and prevents slag from running along the flowing melt, while maintaining good flow controllability and sealing reliability.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung mit der diese Aufgabe gelöst wird ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stopfen am unteren Ende einer von oben her in das Innere des Gefässes hineinragenden, höhenbeweglichen Stange befindet, die Stange gelenkig gelagert ist und gegenüber dem sie umgebenden Stopfenhals radiales Spiel hat, und der Zapfen zwischen seiner radialen Drosselöffnung und der sich darüber befindlichen Dichtfläche einen am Mantel geschlossenen Ringteil enthält, der zusammen mit dem benachbarten Teil der Bohrung eine zweite Dichtung bildet.The device according to the invention, with which this object is achieved, is characterized in that the stopper is located at the lower end of a height-moving rod projecting into the interior of the vessel from above, the rod is articulated and has radial play with respect to the stopper neck surrounding it, and the pin between its radial throttle opening and the sealing surface located above it contains a ring part closed on the casing, which together with the adjacent part of the bore forms a second seal.
Das erfindungsgemässe Giessverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze im stopfennahen Bereich eine überwiegend horizontale Strömungsrichtung gegeben wird, und dass die Drehwinkellage der mindestens angenähert horizontalen Auslassöffnung des Stopfens während des Abfliessens aus dem Gefäss kontinuierlich verändert wird.The casting method according to the invention is characterized in that the melt is given a predominantly horizontal direction of flow in the area near the stopper, and in that the angle of rotation of the at least approximately horizontal outlet opening of the stopper is continuously changed during the outflow from the vessel.
Durch die Betätigung des Stopfens mittels einer von oben in das Schmelzgefäss hineinragende Stange, lässt sich der Betätigungsmechanismus extrem einfach ausbilden. Es entfallen alle beweglichen Einbauten unterhalb des Schmelzgefässbodens, die infolge ihres Platzbedarfes störend sind und die in ihrer Bewegungsfunktion unter Hitzeeinwirkung und durch Metallspritzer gefährdet sind. Da der Stopfen in Schliessrichtung auf Druck beansprucht ist, ergibt sich eine hohe Schliess-Sicherheit, im Unterschied zu einer Stopfenbetätigung von unten, bei der die Schliesskraft eine Zugbeanspruchung des Stopfens erfordert und die Feuerfestmaterialien - im Vergleich zu ihrer Druckfestigkeit - nur eine wesentlich geringere Zugfestigkeit haben.By actuating the stopper by means of a rod protruding into the melting vessel from above, the actuating mechanism can be designed extremely simply. There are no moving fixtures beneath the bottom of the melting pot, which are annoying due to their space requirements and which are endangered in their movement function under the influence of heat and metal splashes. Since the stopper is subjected to pressure in the closing direction, there is a high level of locking security, in contrast to a stopper actuation from below, in which the closing force requires the stopper to be subjected to tensile stress and the refractory materials - compared to their compressive strength - only have a significantly lower tensile strength to have.
Der Stopfen und die Bohrung im Ausgussrohr lassen sich mit konventionellen Herstellungsmethoden präzise herstellen. Zur Erreichung einer wirksamen Abdichtung muss der Stopfen praktisch spielfrei in die Bohrung des Ausgussrohres hineinpassen. Die zur Verwendung gelangenden hochhitzebeständigen Materialien haben in aller Regel zwar eine hohe Druckfestigkeit aber nur eine geringe Biegefestigkeit. Dies ergibt bei der Stopfen-Montage zusammen mit der relativ langen Stange Probleme, da bei einer mit dem Zapfen nicht genau fluchtenden Anordnung der Betätigungsstange Biegekräfte auftreten, die entweder ein Klemmen des Stopfen-Sitzes verursachen würden, oder sogar zum Abbrechen des Stopfens führen. Ausserdem ist zu beachten, dass ein Hitzeverzug sowohl bei der Stange als auch am Gefäss unter der Schmelzwärme auftreten kann, was beispielsweise zu einer leichten Krümmung der Stange und damit zu deren Biegebeanspruchung führen kann. Diese Probleme sind dadurch behoben, dass die Stange gelenkig gelagert ist und die Stange gegenüber dem sie umgebenden, in die Schmelze eintauchenden Stopfenhals radiales Spiel hat. Dadurch lassen sich sowohl Montageungenauigkeiten als auch ein Wärmeverzug ausgleichen, ohne dass der Stopfen auf Biegung belastet wird.The plug and the bore in the pouring spout can be precisely manufactured using conventional manufacturing methods. To achieve an effective seal, the plug must fit into the bore of the pouring spout with virtually no play. The high-heat-resistant materials used generally have a high compressive strength, but only a low flexural strength. This gives rise to problems with the plug assembly together with the relatively long rod, since if the actuating rod is not aligned exactly with the pin, bending forces occur which would either cause the plug seat to jam or even lead to the plug being broken off. It should also be noted that heat distortion can occur both in the rod and on the vessel under the heat of fusion, which can, for example, lead to a slight curvature of the rod and thus to its bending stress. These problems are eliminated in that the rod is articulated and the rod has radial play with respect to the stopper neck surrounding it and immersed in the melt. This means that both inaccuracies in assembly and heat distortion can be compensated for without the plug being subjected to bending.
Eine erste Dichtung ergibt sich in an sich bekannter Weise, indem in der Schliessposition ein konischer Ansatz gegen den Bohrungsrand des Ausflussrohres anliegt. Die Durchbruchsicherheit für die Schmelze wird durch eine zweite, kumulativ wirkende Dichtungseinrichtung stark erhöht. Diese besteht darin, dass am Zapfen zwischen seiner Drosselöffnung und der sich darüber befindlichen konischen Dichtfläche ein am Mantel geschlossener Ringteil vorhanden ist, der zusammen mit der Bohrung die zweite Dichtung bildet. Dies ergibt eine verbesserte Sicherheit gegen Leckage, da die beiden Dichtungen nacheinander und erst nach Zurücklegung einer der Ringbreite V entsprechenden Hubbewegung des Stopfens wirksam werden. Dadurch bleibt selbst eine Erosion an der Drosselöffnung des Stopfens ohne nachteilige Folgen für die sichere Abdichtung der Auslassöffnung, sodass sich kostspielige Notschieber vermeiden lassen. Solche Stopfen-Vorrichtungen mit sicherer Dichtfunktion haben eine längere Einsatzdauer, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden können.A first seal is obtained in a manner known per se, in that, in the closed position, a conical shoulder rests against the edge of the bore of the outflow pipe. The breakthrough security for the melt is greatly increased by a second, cumulative sealing device. This consists in that a ring part which is closed on the jacket and which forms the second seal together with the bore is present on the journal between its throttle opening and the conical sealing surface located above it. This results in improved security against leakage, since the two seals take effect one after the other and only after a stroke movement of the stopper corresponding to the ring width V has been covered. As a result, even erosion remains at the throttle opening of the stopper without adverse consequences for the reliable sealing of the outlet opening, so that expensive emergency shutters can be avoided. Such plug devices with a reliable sealing function have a longer service life, as a result of which the operating costs can be reduced.
Eine gute Regelcharakteristik für den Durchfluss der Schmelze ergibt sich dadurch, dass die auslaufende Menge der Metallschmelze pro Zeiteinheit durch den Hub des Stopfens direkt einstellbar und dosierbar ist, wodurch besonders das Angiessen erleichtert wird. Auf diese Weise kann zum Angiessen auf die konventionelle Sandfüllung verzichtet werden, die eine unerwünschte Beimischung ergibt.A good control characteristic for the flow of the melt results from the fact that the amount of molten metal flowing out per unit of time can be directly adjusted and metered by the stroke of the stopper, which in particular makes casting on easier. In this way, conventional sand filling, which results in an undesired admixture, can be dispensed with.
Beim Vergiessen metallurgischer Schmelzen besteht das altbekannte Problem, ein Mitlaufen von Schlacke und nicht metallischen Einschüssen möglichst zu verhindern.When casting metallurgical melts, there is the well-known problem of preventing slag and non-metallic bullets from running along as far as possible.
Beim erfindungsgemässen Giessverfahren bewirkt die weitgehend horizontale Strömungsrichtung eine Beruhigung der Schmelze, welche das Ausscheiden nichtmetallischer, langsam an die Oberfläche steigender Einschlüsse begünstigt. Zudem wird beim Giessen die gefässbodennahe Schmelzschicht abgeführt. Dies verhindert einen vorzeitigen Schlackenmitlauf oberhalb eines minimalen Badstandes. Die weitgehend horizontale Strömungsrichtung wird durch die radiale Anordnung der einzigen Drosselöffnung im Stopfen zusammen mit der Drehmöglichkeit begünstigt. Da die horizontale Ausgussöffnung während des Abgiessvorganges verdreht werden kann, lassen sich die Strömungsverhältnisse der jeweiligen Gefässform, der unter schiedlichen Badhöhe, der Schmelzentemperatur sowie weitern Parametern von Fall zu Fall anpassen. Als Folge der beruhigten Einguss-Strömung durch den Eingussverteiler entstehen keine Rückprallwellen der Schmelze vom Boden, wodurch das Aufspülen der die Reoxidation verhindernden schwimmenden Schlackenschicht vermieden wird. Die beruhigte Strömung erleichtert und beschleunigt zudem das Aufsteigen nichtmetallischer Einschlüsse an die Oberfläche der Schmelze.In the casting method according to the invention, the largely horizontal direction of flow calms the melt, which favors the elimination of non-metallic inclusions that slowly rise to the surface. In addition, the melt layer near the bottom of the vessel is removed during casting. This prevents premature slag running above a minimum bath level. The largely horizontal direction of flow is favored by the radial arrangement of the single throttle opening in the stopper together with the possibility of rotation. Since the horizontal pouring opening can be rotated during the pouring process, the flow conditions of the respective vessel shape, the different bath height, the melt temperature and other parameters can be adjusted from case to case. As a result of the calmed down pouring flow through the pouring distributor, there are no rebounding waves of the melt from the floor, which prevents the floating of the floating slag layer, which prevents reoxidation. The calm flow eased and also accelerates the rise of non-metallic inclusions on the surface of the melt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung samt Schmelzgefäss
- Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Stopfen in seiner in die Ausgussöffnung hineinragenden, geschlossenen Stellung
- Fig. 3 einen Schnitt durch den Stopfen in seiner offenen Stellung
- Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante in Richtung der pfeile IV-IV in Fig. 5
- Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Ausführungsvariante gemäss Fig. 4 mit einer Vielzahl von Drosselöffnungen
- Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsvariante mit zueinander versetzten Drosselöffnungen zur Erzeugung eines Dralles für die ausfliessende Schmelze
- Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein als Zwischenbehälter ausgebildetes Gefäss, mit Eingussverteiler und mehreren Stopfen
- Fig. 8 eine Draufsicht auf den Zwischenbehälter gemäss Fig. 7 mit Darstellung unterschiedlicher Drehlagen der Ausgussöffnungen der Stopfen im Schnitt
- Fig. 9 einen Querschnitt durch den Zwischenbehälter gemäss Fig. 7 mit starker Querschnittsverjüngung nach unten.
- Fig. 1 shows a section through the device including the melting vessel
- Fig. 2 is a partial section through the plug in its protruding into the pouring opening, closed position
- Fig. 3 shows a section through the stopper in its open position
- 4 shows a cross section through an embodiment variant in the direction of the arrows IV-IV in FIG. 5
- 5 shows a longitudinal section through the embodiment variant according to FIG. 4 with a large number of throttle openings
- Fig. 6 shows a cross section through a further embodiment with mutually offset throttle openings for generating a swirl for the outflowing melt
- 7 shows a longitudinal section through a vessel designed as an intermediate container, with a pouring distributor and several plugs
- Fig. 8 is a plan view of the intermediate container of FIG. 7, showing different rotational positions of the spouts of the plugs in section
- FIG. 9 shows a cross section through the intermediate container according to FIG. 7 with a strong cross-sectional taper downwards.
Gemäss Fig. 1 befindet sich im Boden 2 eines Gefässes 1 zur Aufnahme einer Metallschmelze eine Auslassöffnung mit einem unten offenen Auslassrohr 3. In die Bohrung 7 dieses Auslassrohres 3 ragt ein Stopfen 6 aus feuerfestem Material hinein, mit dem der Durchfluss der Schmelze reguliert, verschlossen oder geöffnet werden kann.1, in the
In den Stopfenhals 10 ragt eine Stopfenstange 5 hinein, mit welcher der Stopfen 6 in Vertikalrichtung bewegt und um seine Achse verdreht werden kann. Der Antrieb erfolgt durch eine ausserhalb des Gefässes 1 befindliche Antriebseinrichtung 17. Der vertikale Antrieb kann aus einer mechanischen, motorisch angetriebenen Spindel 8 oder einem hydraulischen oder pneumatischen Hubzylinder bestehen. Mit dem vertikalen Führungsorgan 9 ist oberhalb des Gefässrandes ein horizontaler Arm 23 verbunden. Die Verbindung des Armes 23 mit dem obern Ende der Stopfenstange 5 und unten mit dem glockenartigen Stopfenkopf 24 erfolgt je durch eine Kupplungskugel 11. Die im Stopfenhals 10 gehaltene Stopfenstange 5 hat radiales Spiel. Die zur Verdrehung des Stopfens 6 um seine Vertikalachse vorgesehene Drehantriebsvorrichtung 17 steht mit einem nicht näher dargestellten Antriebsmotor in Verbindung. Dieser Motor kann ein Servo-oder Schrittschaltmotor sein, mit dem sich unterschiedliche Drehlagen des Stopfens 6 progammieren und reproduzieren lassen. Die Veränderung der Drehlage des Stopfens 6 könnte auch durch pneumatische oder hydraulische Drehantriebe erfolgen.A
Der Stopfen 6 enthält einen in eine Bohrung 7 des Auslasskanales 4 eingreifenden zylindrischen Zapfen 13. Dieser Zapfen 13 ist mit einer horizontalen radialen Drosselöffnung 14 versehen, die in einen axialen unten offenen Bohrungsteil 12 einmündet und in den Ausgusskanal 4 übergeht. Da der Zapfen 13 radial nur auf einer Seite offen ist, wird der abfliessenden Metallschmelze eine vorbestimmte Strömungsrichtung aufgezwungen, die in Fig. 1 mit der Linie S angedeutet ist. Dabei wird im Bereich vor der Ausgussöffnung zusammen mit dem gegenüber dem Zapfen 13 durchmessergrösseren glockenartigen Stopfenkopf 24 eine möglichst horizontale Strömung angestrebt um eine Wirbelbildung der Schmelze und damit eine Schlackenansaugung von oben zu verhindern. Durch Drehung des Stopfens 6 um seine Vertikalachse kann dabei die Strömungsrichtung auch während des Giessvorganges schrittweise oder kontinuierlich beeinflusst werden. Durch Absenken des Stopfens 6 wird der Durchfluss-Querschnitt der Drosselöffnung vermindert oder ganz geschlossen.The
Die Fixierung des Stopfengestänges 23 mit der obern Kupplungskugel 11 der Stopfenstange 5 kann automatisch mit einer Klemmvorrichtung erfolgen. Dadurch muss die mit Spiel bewegliche Stopfenstange 5 und der in ihrem unteren Ende befindliche Stopfen 6 vor der Montage nicht genau ausgerichtet werden. Ein die Stopfenstange 5 umgebender Stopfenhals 10 dient als Schutz vor der Schmelze. Da die Regelkräfte direkt über das Stopfengestänge 23 in den Kopf des Stopfens 6 geleitet werden, ist der Stopfen 6 von Biegekräften durch Ausrichtfehler geschützt. Die sonst üblichen Ausrichtarbeiten für den Stopfen 6 entfallen und der Stopfen kann auch bei heissen metallurgischen Gefässen automatisch eingesetzt werden, was eine Verminderung der Gefässumlaufzeiten ergibt und somit Unterhaltskosten eingespart werden.The
Nachfolgend wird die Ausbildung einer Ausführungsvariante des Stopfens 6 in der geschlossenen und in der geöffneten Stellung an Hand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben. Der Stopfen 6 enthält einen in die Bohrung 7 des Ausgussrohres 3 hineinragenden zylindrischen oder leicht konischen Zapfen 13. In diesem Zapfen 13 befinden sich - in Abweichung zur Ausführungsform nach Fig. 1 - mehrere radiale Drosselöffnungen 14. Diese sind am Zapfenumfang gleichmässig verteilt. Der obere und der untere Bereich dieser Drosselöffnungen 14 ist je keilförmig ausgeführt, während der mittlere Bereich dieser Drosselöffnungen 14 parallele vertikale Seitenwände 18 enthält. Die Längsachsen der Drosselöffnungen 14 erstrecken sich in Vertikalrichtung, also in Richtung der Stopfenbewegung. Dadurch lässt sich eine gegenüber runden Drosselöffnungen vorteilhaftere Regelcharakteristik erreichen. Die Drosselöffnungen 14 münden in den zentralen unten offenen Längsbohrungsteil 15 des Zapfens 13 ein. Oberhalb den Drosselöffnungen 14 geht der Zapfen 13 in eine kegelstumpfförmige Verbreiterung 16 über, welche eine kegelstumpfförmige Absperrfläche bildet. Der Zentriwinkel dieser Absperrfläche bildet einen Winkel von 75° bis 105°, vorzugsweise 90°. Zusammen mit einer kegelstumpfförmigen Ansenkung 18 am obern Rand der Bohrung 7 mit gleichem Winkel ergibt dies eine ringförmige erste Dichtung 20. Zwischen den obersten Kanten der Drosselöffnungen 14 und der kegelstumpfförmigen Absperrfläche 16 befindet sich am Zapfen 13 ein geschlossener, zylindrischer Ringteil 19 mit der Breite V (Fig. 3). Bei geschlossenem, also abgesenktem Stopfen 6 ergibt dieser Ringteil 19 zusammen mit der benachbarten im Durchmesser passenden zylindrischen Bohrung 7 eine zweite Dichtung 21. Der unterste Teil des Zapfens 13 ist ebenfalls als ein am Mantel geschlossener Ringteil 22 ausgeführt, sodass der Zapfen 13 in der Bohrung 7 geführt bleibt, auch wenn die Drosselöffnungen 14 voll geöffnet sind.The design of an embodiment variant of the
Da in der geschlossenen Stellung des Stopfens 6 gemäss Fig. 2 die Drosselöffnungen 14 mit der Schmelze nicht in Berührung sind, besteht keine Gefahr, dass die Schmelze in diesem Bereich einfrieren kann. Oberhalb der kegelstumpfförmigen Verbreiterung 16 ist der Stopfenkopf 24 glokkenförmig erweitert. Die etwa horizontale Unterkante 26 des verbreiterten Stopfenkopfes 24 hat bei geschlossenem Stopfen 6 einen relativ grossen Abstand von der über den Gefässboden vorstehenden Horizontalfläche 28 des Ausgussrohres 3, sodass sich vor der ersten Dichtung 20 ein relativ breiter Ringraum 30 für die Schmelze ergibt. Durch diese die Bohrung 7 umgebende, relativ grosse Masse der Schmelze wird deren Abkühlung vermindert und einer Verstopfung entgegengewirkt. Die Ausbildung des Stopfenkopfes 24 begünstigt zudem zusammen mit der horizontalen Anordnung der Drosselöffnung eine angenähert horizontale Strömung der zufliessenden Schmelze, wie dies in Fig. 3 durch Pfeile A angedeutet ist. Dies verhindert eine Wirbelbildung in der Schmelze auch bei niedriger Höhe der Schmelze im Gefäss, sodass Schlacke nicht vorzeitig in den Ausguss eingezogen wird. Zudem kann dieser Ringraum 30 durch Argon od.dgl. gespült werden, welches über dünnen Zuleitungen 33 im Stopfen 6 zugeführt werden kann. Diese Zuleitung 33 kann auch zur Erzeugung eines Steuersignales verwendet werden. Sobald das Austrittsende aus der Schmelze austritt, entsteht ein Druckabfall im Gas der Zuleitung. Dadurch lässt sich der Giessvorgang unterbrechen bevor Schlacke mitgeführt wird.Since the
Da zwei nacheinander zur Wirkung gelangende Dichtungen vorhanden sind, ergibt sich eine erhöhte Sicherheit gegen Durchbrüche der Schmelze, selbst wenn die Fläche 16 oder die Ansenkung 18 der ersten Dichtung 20 durch Verschleiss beschädigt sein sollte.Since there are two successive seals, there is increased security against breakthroughs in the melt, even if the
Die zweite Dichtung (21) kann weiters durch Einblasen von Gas durch Bohrungen (34) von eindringender Schmelze freigehalten werden.The second seal (21) can also be kept free of penetrating melt by blowing gas through bores (34).
In den Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei welcher die Drosselöffnungen im Stopfen 6 aus einer Vielzahl relativ kleiner radialer Löcher 14' am Umfang gebildet sind, die in axialen Reihen übereinander angeordnet sind. Dadurch wird eine Filterung der Schmelze bewirkt. Wenn sich die oberen Löcher 14' oder Lochreihen verschliessen, wird der Stopfen 6 weiter angehoben, so dass neue, noch offene Löcher für den Durchfluss und die Filterung frei gegeben werden.4 and 5, an embodiment variant is shown in which the throttle openings in the
Bei der Ausführungsvariante gemäss Fig. 6 sind zwei Drosselöffnungen 14" auf gegenüberliegenden Seiten des Zapfens 13 angeordnet und bezüglich der Mittelachse zueinander versetzt, so dass sie zur Ausfluss-Längsöffnung 15 etwa tangential verlaufen. Dadurch entsteht bei der ausfliessenden Schmelze ein Drall gemäss den eingezeichneten Pfeilen, der Ablagerungen an den Wänden des Ausgusses verhindert, da die leichteren Einschlüsse in der Wirbelmitte verbleiben.6, two
In den Fig. 7, 8 und 9 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der das Gefäss 1 als Zwischenbehälter ausgebildet ist mit einem Eingussverteiler 30 und mehreren unabhängig voneinander verdrehbaren Ausguss-Stopfen 6. Bei derartigen Verteilgefässen oder Zwischenbehälter mit mehreren Ausgussöffnungen besteht ein Problem darin, dass die Schmelzentemperatur, bedingt durch verschieden lange Durchlaufwege unterschiedlich wird, was unerwünscht ist. Durch das Eintauchen des Eingussverteilers 30 in die Schmelze und die gerichtete und drehbare, vorwiegend horizontale Eingussöffnung 32 unterhalb des Badstandes entsteht ein angenähert horizontaler Austritt der Schmelze und ein beruhigter Strömungsverlauf etwa im Sinne der Strömungspfade T in den Fig. 7, 8 und 9. Der Strömungsverlauf ist abhängig vom Einströmwinkel β des Eingussverteilers 30 und von den Ausströmwinkeln a der Stopfen 6. Die Strömungsvektoren des Eingusses und der Ausgüsse erzeugen ein Drehmoment in der Schmelze, wodurch die einzelnen Schmelzelemente von der oberflächennahen, heissen Schicht wendelförmig zu der bodennahen kälteren Schicht absinken. Durch den wendelförmigen Strömungsverlauf wird ein möglichst gleich langer Durchlaufweg für alle Drosselöffnungen 14 angestrebt, um Temperaturunterschiede zu vermeiden. Die in den Fig. 7, 8 und 9 schematisch eingezeichneten Strömungspfade T werden in der Praxis nicht rein einhaltbar sein, indessen ergibt sich infolge der Durchmischung der Schmelze mit Teilströmen eine gute Temperaturverteilung und die Vermeidung von toten Zonen. In den Fig. 7 und 8 ist nur die eine Hälfte eines solchen Zwischenbehälters dargestellt.7, 8 and 9, an embodiment variant is shown in which the
Durch geeignete Wahl der Winkel a und β lässt sich die Verweilzeit der Schmelze im Gefäss 1 beeinflussen. Durch den beruhigenden Strömungsverlauf haben nichtmetallische Einschlüsse Gelegenheit durch eigenen Auftrieb schnell an die Oberfläche in die auf dieser schwimmende Schlackenschicht aufzusteigen, sodass sie nicht durch Turbulenz in den Auslasskanal mitgerissen werden. Dies trifft auch auf Schlacken zu. Durch die erzwungene, im wesentlichen horizontale Strömung im Ausgussbereich des metallurgischen Gefässes 1, werden Wirbel und somit ein vorzeitiger Schlackenmitlauf vermieden. Das verbessert die Qualität des Endproduktes, vermindert Ausschuss und erhöht die Produktion.The residence time of the melt in the
In Fig. 9 ist der Querschnitt durch den Zwischenbehälter dargestellt, aus welchem ersichtlich ist, dass die Wände stark geneigt sind, wodurch ein bevorzugter Strömungsweg erzwungen wird.9 shows the cross section through the intermediate container, from which it can be seen that the walls are strongly inclined, as a result of which a preferred flow path is forced.
Die einzelnen Stopfen 6 gemäss den Fig. 7-9 entsprechen denjenigen gemäss Fig. 1 und lassen sich somit heben, senken und drehen, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde. Die Steuerung kann durch ein vorbestimmtes Programm einzeln oder gemeinsam durchgeführt werden, in Abhängigkeit von Giessparametern wie Temperatur, Durchsatz, Analyse. Hiefür können auch Datenverarbeitungs-Anlagen eingesetzt werden. Auch der Eingussverteiler 30 kann in eine solche Programm-Steuerung einbezogen werden, d.h. der Winkel ß und/oder seine Höhenlage kann verändert werden. Die Drosselquerschnitte der Stopfen 6 lassen sich zudem durch Anheben oder Absenken individuell regulieren.The individual plugs 6 according to FIGS. 7-9 correspond to those according to FIG. 1 and can thus be raised, lowered and rotated, as was explained in connection with FIG. 1. The control can be carried out individually or together by a predetermined program, depending on casting parameters such as temperature, throughput, analysis. Data processing systems can also be used for this. The
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