EP0393223A1 - Feuerfeste Verschlussplatte für Schieberverschlüsse - Google Patents

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EP0393223A1
EP0393223A1 EP89107146A EP89107146A EP0393223A1 EP 0393223 A1 EP0393223 A1 EP 0393223A1 EP 89107146 A EP89107146 A EP 89107146A EP 89107146 A EP89107146 A EP 89107146A EP 0393223 A1 EP0393223 A1 EP 0393223A1
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cracks
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/22—Closures sliding-gate type, i.e. having a fixed plate and a movable plate in sliding contact with each other for selective registry of their openings
    • B22D41/28—Plates therefor

Definitions

  • the invention relates to a fire-resistant closure plate for slide closures on metallurgical vessels, which has at least one flow opening and a sliding surface and is exposed to thermal stresses with cracks during operation as a consequence.
  • closure plates applies to all refractory plates which are interchangeably arranged as wear material in slide closures and which are used as base plates, slide plates, intermediate plates and lower plates in linear, rotary and pivoting slides.
  • naked refractory plates are now mortared into a sheet metal jacket and the prefabricated units are inserted into the corresponding plate frames of the slide lock.
  • Further known designs consist in that the bare closure plate is provided with a circumferential hoop or is clamped in a bandage band forming part of the plate frame, see for example DE-053421205.
  • the object of the present invention is to prevent the development of air-permeable stress cracks in a closure plate towards the flow opening by simple technical means.
  • the object is achieved according to the invention in that at points of potential crack formation through the thickness of the plates, cracks forming in the plate material are collected and at the same time relieving cavities.
  • the cavities are expediently provided around the flow opening of a plate in temperature ranges below 500 ° C. and are designed as bores that pass through the plate thickness. Drilling is easy to do and has a relieving and compensatory effect in the comparatively low temperature ranges, while the most heavily loaded plate area near the flow opening is hardly affected in terms of strength.
  • transversely extending recesses can also advantageously be provided on the circumferential surface of the plate, for example in the form of notches. With such a procedure, the crack formation at a desired plate location can be provoked.
  • a crack-sealing sealant is arranged in the cavity or in the bore or notch.
  • the sealant has an instantaneous closing function if a crack forms on the wall of a relief bore or a notch or a cavity. The outside air is no longer able to penetrate through a crack to the melt flowing through the flow opening.
  • a ceramic mass which becomes plastic to viscous at operating temperature and which seals by being molded onto a crack and which can advantageously also have a glass-like structure serves as the sealant.
  • a sealing piece made of ceramic material which is inserted into a bore or a notch and which seals a crack which arises due to its own thermal expansion.
  • A is a linear closure plate with a flow opening 1, a sliding surface 2 and a circumferential surface 3.
  • the plate A is a type which is held in a mortar bed in a metallic plate frame (not shown for the sake of simplicity).
  • Relieving cavities are arranged around the flow opening 1 of the plate A in the form of relief bores 4 which are guided through the plate thickness and which have a stress-reducing effect in the plate material which is stressed by thermal stresses. But above all, they pull in temperature ranges bores below 500.degree. C. are subject to stress cracking 5 occurring on the peripheral surface 3 of the plate A and prevent progressive crack formation 5a up to the flow opening 1, as indicated by dashed lines.
  • the cracks 5 forming on the circumferential surface 3 of a sheet metal tire 6 and clamped in the plate frame by means of eccentrics 7 have their origin at the point of action of the eccentric 7, from there one or more cracks 5 grow on the Flow opening 1 to in order to be stopped by one or more relief bores 4 provided in the expected crack direction.
  • a similar pressure point crack pattern is given in the case of the rotary plate C according to FIG. 3, which likewise has a sheet metal tire 9 and is clamped in the plate frame by means of pressure strips 10. Cracks 5, which strive for the two flow openings 1 and thereby open in relief bores 4, preferably arise on the area of the peripheral surface 3 which is stressed by the pressure strips 10. In most constructions, however, in which the plate material is loaded by a pressure which acts largely uniformly on the peripheral surface 3 of the plate, stress cracks occur at the weakest plate locations between the flow opening 1 and the area directly opposite the peripheral surface 3. Thus in the case of the linear closure plate D according to FIGS.
  • a sealing compound 13 filled into the relief bores 4 which has a plastic to viscous consistency when the slide is in operation, and automatically seals any cracks formed in the peripheral wall of the bores 4.
  • the relief bores which have a diameter of between 0.5 and 25 mm, depending on the size of the plate, also serve as chambers for receiving a crack-sealing sealant, which ultimately blocks the access of air into the melt flowing in the flow opening 1.
  • the relief bores 4 receiving a crack sealant 13 can be formed in a blind hole-like manner, for example by inserting plugs 15 into the bores 4 from the free plane side 14.
  • the embodiment according to FIGS. 7 and 8 has an annular sealing piece 16 in the relief bore 4 which corresponds to the thickness of the plate F and which seals cracks 5 and 5a on the relief bore 4 by its own thermal expansion. Both a crack 5 starting from the peripheral surface 3 and a continuation crack 5a drawn in dashed lines and extending beyond the relief bore 4.
  • the embodiment according to FIG. 9 also has a stress-relieving and crack-sealing effect, with a plate G that is circumferentially braced by a sheet metal strip 17, on the circumferential surface 3 of which recesses 18 carrying a sealing piece 19 are provided through the plate thickness.
  • a hairline crack formation is established on the notch-like recess 18, which represents a cavity, and a crack 5a which is formed is sealed at the same time by the thermal expansion of the sealing piece 19.
  • the triangular cross-section of the recess or the cavity other, for example semicircular or semi-elliptical, cross-sections are also possible.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)
  • Sliding Valves (AREA)

Abstract

In einer feuerfesten Verschlussplatte (A) sind zur Verhinderung einer durchgehenden Rissbildung (5, 5a) von aussen bis zur Durchflussöffnung (1) um diese herum spannungsentlastende Hohlräume (4) vorgesehen, die gegebenenfalls mit einem Dichtungsmittel versehen ein Ansaugen von Aussenluft durch entstandene Risse (5, 5a) bis zur Durchflussöffnung (1) verhindert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Verschlussplatte für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefässen, die wenigstens eine Durchflussöffnung sowie eine Gleitfläche hat und während des Betriebes Wärmespannungen mit Rissbildungen als Folgeer­scheinung ausgesetzt ist.
  • Der Begriff "Verschlussplatten" gilt für alle als Verschleiss­material in Schieberverschlüssen austauschbar angeordnete feuerfeste Platten, die als Bodenplatten, Schieberplatten, Zwischenplatten und Unterplatten in Linear-, Dreh- und Schwenk­schiebern Anwendung finden.
  • Grundsätzlich sind in Verschlussplatten während des Abgiessens von Schmelze Temperaturunterschiede von etwa 1700° C Schmelze Temperatur an der Durchflussöffnung bis etwa 200° C an der atmosphärisch beaufschlagten Umfangsfläche vorhanden. Diese Temperaturunterschiede führen zu enormen Wärmespannungen mit Aufrissen im Plattenmaterial. Je nach Plattengeometrie und der Krafteinwirkung der Plattenumspannung bzw. der Halterung der Platten im Schieberverschluss sowie der Art des verwendeten Plattenmaterials treten in verschiedenen Verschlussplatten unterschiedliche Rissbilder auf, die auf den Gleitflächen meist visuell erkennbar sind.
  • Das heisst ein bestimmter Plattentyp einer bestimmten Schieber­verschluss-Bauart hat eigene Verschleisserscheinungen und dem­nach eine eigene Risscharakteristik.
  • Gemäss dem Stand der Technik werden heutzutage nackte feuerfeste Platten in einen Blechmantel eingemörtelt und die vorgefertigten Einheiten in entsprechende Plattenrahmen des Schieberverschlusses eingelegt. Weitere bekannte Ausführungen bestehen darin, dass die nackte Verschlussplatte mit einem Umfangsreif versehen oder in einem Bestandteil des Plattenrahmens bildenden Bandageband einge­spannt wird, siehe beispielsweise DE-053421205.
  • Alle Ausführungen dienen dem Ziel, das Auswechseln der Ver­schlussplatten zu vereinfachen und gleichzeitig einem Aufreissen des wärmebeanspruchten Plattenmaterials vorzubeugen. An den besprochenen Plattentypen treten durch Wärmespannungen verur­sachte Risse vornehmlich an der schwächsten Stelle zwischen der Durchflussöffnung und dem direkt gegenüber liegenden Bereich der Umfangsfläche auf. Ueberwiegend wachsen dabei die Risse von der Umfangsfläche aus zur Durchflussöffnung hin. Sie sind haarfein und beinträchtigen im allgemeinen die Funktionsfähigkeit des Schieberverschlusses nicht, weil Schmelze durch haarfeine Risse nicht nach aussen tritt. Im besonderen kann es jedoch vorkommen, dass durch einen bis zur Durchflussöffnung gewachsenen Riss Luft in den Schmelzestrom gelangt.
  • Dies ist absolut unerwünscht, da Bestandteile der Schmelze, wie zum Beispiel zu deren Beruhigung eingesetztes Aluminium mit dem Sauerstoff der Luft reagiert und Oxydpartikel bildet, die sich an der Wandung der Durchflussöffnung querschnitts­verengend absetzen und im Gusstück als Verunreinigungen zurück­bleiben. Auch kann der in der Luft enthaltene Stickstoff eine Qualitätseinbusse des Gussstückes zur Folge haben. Hauptsächlich ist eine solche Vermischung von Luft und Schmelze dann zu be­fürchten, wenn sich ein bis zur Durchflussöffnung vorgedrungener Riss entgegen unzulänglichen Einfassungs- bzw. Verspannungs­kräften der Platte geringfügig öffnet und im Durchflussöffnungs­bereich intensiver Unterdruck herrscht, der sich in Drossel­stellung eines Schieberverschlusses, bei mit Schmelze nicht voll ausgefülltem Querschnitt der Durchflussöffnung einer Verschluss­platte einstellt.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es mit einfachen technischen Mitteln das Entstehen von luftdurchlässigen Spannungsrissen in einer Verschlussplatte zur Durchflussöffnung hin zu verhüten.
  • Die gestellte Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass an Stellen potentieller Rissbildungen durch die Dicke der Platten verlaufende, im Plattenmaterial sich bildende Risse auffangende und gleichzeitig entlastend wirkende Hohlräume vorgesehen sind.
  • Auf diese Weise werden die im Schieberbetrieb wegen der enormen Temperaturbelastungen in Verschlussplatten auftretenden Span­nungen vermindert und entstehende Risse beherrschend gelenkt, insofern, als ein an der Umfangsfläche entstandener Riss in seiner Weiterbildung zur Durchflussöffnung hin in einen be­wusst angeordneten Hohlraum ausläuft. Damit bleibt auch der Zutritt von Aussenluft zur Durchflussöffnung versperrt, sodass auch die eingangs zum Stand der Technik angeführten Folgeschäden für die Gussstückqualität und den Schieberbetrieb nicht auftreten können.
  • In näherer Ausbildung der Erfindung sind die Hohlräume zweck­mässig um die Durchflussöffnung einer Platte herum in Temperatur­bereichen unter 500 °C vorgesehen und als durch die Plattendicke hindurchgehende Bohrungen ausgebildet. Bohrungen sind leicht zu bewerkstelligen und wirken in den vergleichsweise niederen Temperaturbereichen entlastend und kompensatorisch, während der am stärksten belastete Plattenbereich nahe der Durchflussöffnung festigkeitsmässig kaum beeinträchtigt wird. Anstelle von Bohrungen lassen sich vorteilhaft auch an der Plattenumfangs­fläche querverlaufende Ausnehmungen vorsehen, die beispielsweise als Einkerbungen ausgebildet sind. Mit einem derartigen Vorgehen lässt sich die Rissbildung an einer gewünschten Plattenstelle provozieren.
  • Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass ein Risse verschliessendes Dichtungsmittel im Hohlraum respektive in der Bohrung oder Einkerbung angeordnet ist. Das Dichtungsmittel übt augenblickliche Schliessfunktion aus, wenn sich ein Riss an der Wandung einer Entlastungsbohrung oder einer Einkerbung bzw. eines Hohlraumes ausbildet. Die Aussenluft hat nunmehr keine Möglichkeit mehr durch einen Riss bis zur durch die Durchfluss­öffnung fliessenden Schmelze vorzudringen.
  • Als Dichtungsmittel dient gemäss der Erfindung eine bei Betriebstemperatur plastisch bis zähflüssig werdende keramische Masse, die durch Anformung an einen Riss abdichtet und vorteil­haft auch glasähnlich aufgebaut sein kann. Gleichermassen wirkungsvoll ist aber auch ein in eine Bohrung oder eine Ein­kerbung eingesetztes Dichtungsstück aus keramischem Material, dass einen entstehenden Riss durch eigene Wärmeausdehnung ver­schliesst.
  • Es ist eine Erkenntnis der Erfindung wenigstens einen Hohlraum bzw. eine Bohrung und/oder Einkerbung an den engsten Bereichen zwischen der Durchflussöffnung und der Umfangsfläche einer Platte vorzusehen, wobei die Anwendung einer Kombination von Bohrung und Einkerbung für Platten mit grösseren Abmessungen empfehlenswert sein kann.
  • Die Erfindung ist nachstehend anhand der schematischen Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert.
    • Figur 1 zeigt eine in einen Plattenrahmen einmörtelbare lineare Verschlussplatte in Draufsicht,
    • Figur 2 in gleicher Sicht eine umfangsbereifte Linearplatte,
    • Figur 3 eine umfangsbereifte Drehplatte und
    • Figur 4 wiederum eine Linearplatte in einen Blechmantel ein­gemörtelt,
    • Figur 5 einen Schnitt nach der Linie I-I der Figur 4,
    • Figur 6 einen ähnlichen Schnitt durch eine bereifte Mittelplatte,
    • Figur 7 die vergrösserte Darstellung einer Rissbildung in einer Platte,
    • Figur 8 ein Detail der Figur 7 und
    • Figur 9 in Draufsicht eine mittels eines Bandagebandes einge­spannte Linearplatte.
  • In Figur 1 ist A eine lineare Verschlussplatte mit einer Durchflussöffnung 1, einer Gleitfläche 2 und einer Umfangs­fläche 3. Die Platte A ist ein Typ, der in einem der Einfachheit halber nicht dargestellten metallischen Plattenrahmen in einem Mörtelbett festgehalten wird. Um die Durchflussöffnung 1 der Platte A herum sind entlastende Hohlräume in Form von durch die Plattendicke geführten Entlastungsbohrungen 4 angeordnet, die im durch Wärmespannungen beanspruchten Plattenmaterial spannungs­mindernd wirken. Vor allem aber ziehen die in Temperaturbereichen unter 500° C liegenden Bohrungen die Spitzen von an der Um­fangsfläche 3 der Platte A entstehenden Spannungsrissen 5 auf sich und verhindern eine fortschreitende Rissbildung 5a bis hin zur Durchflussöffnung 1, wie gestrichelt angedeutet ist.
  • Nach Figur 2 können bei der an der Umfangsfläche 3 von einem Blechreifen 6 eingefassten und mittels Exzendern 7 im Platten­rahmen eingespannten linearen Verschlussplatte B sich bildende Risse 5 ihren Ursprung an der punktuellen Wirkstelle der Exzender 7 haben, von dort wachsen ein oder mehrere Risse 5 auf die Durchflussöffnung 1 zu, um von einer oder mehreren in der zu erwartenden Rissrichtung vorgesehenen Entlastungsbohrungen 4 aufgehalten zu werden.
  • Ein ähnliches Druckstellen-Rissbild ist bei der ebenfalls einen Blechreifen 9 aufweisenden, mittels Druckleisten 10 im Platten­rahmen eingespannten Drehplatte C nach Figur 3 gegeben. Es entstehen bevorzugt an dem von den Druckleisten 10 beanspruchten Bereich der Umfangsfläche 3 Risse 5, die den beiden Durchfluss­öffnungen 1 zustreben und dabei in Entlastungsbohrungen 4 münden. Indessen treten bei den meisten Konstruktionen, bei denen das Plattenmaterial durch einen weitgehend gleichmässig auf die Umfangsfläche 3 der Platte einwirkenden Druck belastet wird, Spannungsrisse an den schwächsten Plattenstellen zwischen der Durchflussöffnung 1 und dem direkt gegenüber liegenden Bereich der Umfangsfläche 3 auf. So bei der linearen Verschlussplatte D nach Figur 4 und 5, die unter Freilassen der Gleitfläche 2 mit Mörtel 11 in einen Blechmantel 12 eingefasst ist und deren Schwachstellen zwischen der Durchflussöffnung 1 und den Längs­seiten der Umfangsfläche 3 liegen. Dementsprechend ist an jenen Stellen je eine Entlastungsbohrung 4 zum Auffangen von Spannungs­rissen 5 plaziert.
  • Im allgemeinen ist es möglich, die als Haarrisse einzustufenden sehr feinen Spannungsrisse 5, in die wohl Luft, aber keinesfalls Schmelze eindringen kann, in den Entlastungsbohrungen 4 ohne Fortbildung enden zu lassen. Dennoch vermag sich ein entstandener Riss bei relativ ungünstigen Betriebsverhältnissen über eine Entlastungsbohrung 4 hinaus bis zur Durchflussöffnung 1 fortzu­setzen. Besonders für solche schwerwiegende Rissbildungen in Verschlussplatten hilft, wie aus Figur 5 und 6 ersichtlich, eine in die Entlastungsbohrungen 4 eingefüllte Dichtungsmasse 13, die im Schieberbetrieb plastisch bis zähflüssige Konsistenz hat und in der Umfangswand der Bohrungen 4 entstehende Risse automatisch verschliesst.
    Mithin dienen die je nach Plattenabmessung einen Durchmesser zwischen 0,5 und 25 mm aufweisenden Entlastungsbohrungen zusätzlich als Kammern zur Aufnahme eines Risse verschliessenden Dichtungsmittels, das letztlich den Zugang von Luft in die in der Durchflussöffnung 1 saugend strömende Schmelze absperrt.
  • Bei Platten E (Figur 6) mit freiliegender, der Gleitfläche 2 gegenüber liegender Planseite 14 lassen sich die eine Riss­dichtungsmasse 13 aufnehmenden Entlastungsbohrungen 4 sackloch­artig ausbilden, indem beispielsweise von der freien Planseite 14 her Pfropfen 15 in die Bohrungen 4 eingesetzt werden.
  • Alternativ zur Dichtungsmasse 13 hat die Ausführung nach Figur 7 und 8 in der Entlastungsbohrung 4 ein der Dicke der Platte F entsprechendes, ringförmiges Dichtungsstück 16, das durch eigene Wärmedehnung Risse 5 bzw. 5a an der Entlastungsbohrung 4 ab­dichtet. Sowohl einen von der Umfangsfläche 3 ausgehenden Riss 5 als auch einen gestrichelt eingezeichneten, über die Entlastungs­bohrung 4 hinaus gehenden Fortsetzungsriss 5a.
  • Spannungsentlastend und gleichzeitig rissabdichtend wirkt auch die Ausführung nach Figur 9, mit einer durch ein Blechband 17 umfangsverspannten Platte G, an deren Umfangsfläche 3 durch die Plattendicke verlaufende, ein Dichtungsstück 19 tragende Aus­nehmungen 18 vorgesehen sind.
    Hierbei wird eine Haarrissbildung an der kerbenartigen, einen Hohlraum darstellenden Ausnehmung 18 festgelegt und ein ent­stehender Riss 5a zugleich durch die Wärmeausdehnung des Dichtungsstückes 19 abgedichtet. Anstelle des dreieckförmigen Querschnittes der Ausnehmung bzw. des Hohlraumes 18 sind auch andere, beispielsweise halbrundförmige oder halbelliptische Querschnitte möglich.

Claims (9)

1. Feuerfeste Verschlussplatte für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefässen, die wenigstens eine Durchfluss­öffnung für Schmelze sowie eine an einer anderen Platte anliegende Gleitfläche hat und während des Betriebes Wärmespannungen mit Rissbildungen als Folgeerscheinung ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an Stellen potentieller Rissbildungen durch die Dicke der Platten (A bis G) verlaufende, im Plattenmaterial sich bildende Risse (5) auffangende und gleichzeitig spannungsentlastend wirkende Hohlräume (4, 18) vorgesehen sind.
2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (4, 18) um die Durchflussöffnung (1) herum in Temperaturbereichen unter 500 °C vorgesehen sind.
3. Platte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume als durch die Plattendicke gehende Bohrungen (4) ausgebildet sind.
4. Platte nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume als an der Plattenumfangsfläche (3) quer­verlaufende Ausnehmungen (18) ausgebildet sind.
5. Platte nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume ein Risse (5, 5a) verschliessendes Dichtungsmittel (13, 16, 19) aufweisen.
6. Platte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtungsmittel eine bei Betriebstemperatur plastisch bis zähflüssig werdende keramische Masse (13) dient.
7. Platte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse glasähnlich aufgebaut ist.
8. Platte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Dichtungsmittel ein durch eigene Wärmeausdehnung Risse (5, 5a) verschliessendes Dichtungsstück (16, 19) aus keramischem Material vorgesehen ist.
9. Platte nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekenn­zeichnet, dass wenigstens ein Hohlraum bzw. eine Bohrung (4) und/oder eine Einkerbung (18) an den engsten Bereichen zwischen der Durchflussöffnung (1) und der Umfangsfläche (3) angeordnet ist.
EP89107146A 1989-04-20 1989-04-20 Feuerfeste Verschlussplatte für Schieberverschlüsse Expired - Lifetime EP0393223B1 (de)

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EP0393223B1 EP0393223B1 (de) 1994-01-19

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DE (1) DE58906775D1 (de)
ES (1) ES2048780T3 (de)

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DE58906775D1 (de) 1994-03-03
ES2048780T3 (es) 1994-04-01
ATE100365T1 (de) 1994-02-15
EP0393223B1 (de) 1994-01-19

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