EP0393223B1 - Feuerfeste Verschlussplatte für Schieberverschlüsse - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Verschlußplatte für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefäßen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Der Begriff "Verschlußplatten" gilt für alle als Verschleißmaterial in Schieberverschlüssen austauschbar angeordneten feuerfesten Platten, die als Bodenplatten, Schieberplatten, Zwischenplatten und Unterplatten in Linear-, Dreh- und Schwenkschiebern Anwendung finden.
• Grundsätzlich sind in Verschlußplatten während des Abgießens von Metallschmelze Temperaturunterschiede von etwa 1700°C Schmelzetemperatur an der Durchflußöffnung bis etwa 200°C an der atmosphärisch beaufschlagten Plattenumfangsfläche vorhanden. Diese Temperaturunterschiede führen zu starken Wärmespannungen mit Aufrissen im Plattenmaterial. Je nach Plattengeometrie und der Krafteinwirkung der Plattenumspannung bzw. der Haltung der Verschlußplatten 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.
• Bisher werden nackte feuerfeste Verschlußplatten in einen Blechmantel eingemörtelt und die vorgefertigten Einheiten in entsprechende Plattenrahmen des Schieberverschlusses eingelegt. Weitere bekannte Auführungen bestehen darin, daß die nackte Verschlußplatten mit einem Umfangsreif versehen oder in einem Bestandteil des Plattenrahmens bildenden Bandageband eingespannt wird, siehe beispielsweise DE-A-3 421 205.
• Alle Ausführungen dienen dem Ziel, das Auswechseln der Verschlußplatten zu vereinfachen und gleichzeitig einem Aufreißen des wärmebeanspruchten Plattenmaterials vorzubeugen. An den besprochenen Plattentypen treten dennoch durch Wärmespannungen verursachte Risse vornehmlich an der schwächsten Stelle zwischen der Durchflußöffnung und dem direkt gegenüberliegenden Bereich der Plattenumfangsfläche auf. Überwiegend wachsen dabei die Risse von der Umfangsfläche aus zur Durchflußöffnung hin. Sie sind haarfein und beeinträchtigen im allgemeinen die Funktionsfähigkeit des Schieberverschlusses nicht, weil Metallschmelze durch haarfeine Risse nicht nach außen tritt. Es kann jedoch vorkommen, daß durch einen bis zur Durchflußöffnung gewachsenen Riß Luft in den Schmelzestrom gelangt.
• Dies ist unerwünscht, da Bestandteile der Metallschmelze, wie z.B. zu deren Beruhigung eingesetztes Aluminium, mit dem Sauerstoff der Luft reagiert und Oxidpartikel bildet, die sich an der Wandung der Durchflußöffnung querschnittsverengend absetzen und im Gußstück als Verunreinigungen zurückbleiben. Auch kann der in der Luft enthaltene Stickstoff eine Qualitätseinbuße des Gußstücks zur Folge haben. Hauptsächlich ist eine solche Vermischung von Luft und Metallschmelze dann zu befürchten, wenn sich ein bis zur Durchflußöffnung vorgedrungener Riß entgegen den vorgesehenen Einfassungs- bzw. Verspannungskräften der Verschlußplatte 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.
• Aus der DE-C-3 432 613 ist eine Verschlußplatte für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefäßen bekannt, bei welcher an den Stellen bevorzugter Rißbildung von der Durchflußöffnung zum Plattenumfang gehende mit komprimierbarem Dichtungsmaterial ausgefüllte Dehnungsfugen angeordnet sind.
• Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, mit einfachen technischen Mitteln das Entstehen von luftdurchlässigen Spannungsrissen in einer Verschlußplatte zur Durchflußöffnung hin sicher zu verhüten.
• Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Auf diese Weise werden die im Schieberbetrieb wegen der großen Temperaturbelastungen in Verschlußplatten auftretenden Spannungen vermindert und entstehende Risse beherrschend gelenkt, insofern, als im Falle von Bohrungen ein an der Plattenumfangsfläche entstandener Riß in seiner Weiterbildung zur Durchflußöffnung hin in einem bewußt angeordneten Hohlraum vor der Durchflußöffnung ausläuft bzw. im Falle von Einkerbungen sich eine Rißbildung an einer gewünschten Plattenstelle provozieren läßt. Damit bleibt auch der Zutritt von Außenluft zur Durchflußöffnung versperrt, so daß die Folgeschäden für die Gußstückqualität und den Schieberbetrieb nicht auftreten können. Bohrungen und Einkerbungen 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.
• In näherer Ausbildung der Erfindung sind die Hohlräume zweckmäßig um die Durchflußöffnung einer Verschlußplatte herum in Temperaturbereichen unter 500°C vorgesehen.
• Ein weiteres zweckmäßiges 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 eines als Bohrung oder Einkerbung ausgebildeten Hohlraums ausbildet. Die Außenluft hat auch in diesem Fall keine Möglichkeit mehr durch einen Riß bis zu der durch die Durchflußöffnung fließenden Metallschmelze vorzudringen.
• Als Dichtungsmittel kann gemäß der Erfindung eine bei Betriebstemperatur plastisch bis zähflüssig werdende keramische Masse dienen, die durch Anformung an einen Riß abdichtet und vorteilhaft glasähnlich aufgebaut ist.
• Gleichermaßen wirkungsvoll ist aber auch ein in eine Bohrung oder eine Einkerbung eingesetztes Dichtungsstück aus keramischem Material, das einen entstehenden Riß durch eigene Wärmeausdehnung verschließt.
• Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, wenigstens einen als Bohrung und/oder als Einkerbung ausgebildeten Hohlraum an den engsten Bereichen zwischen der Durchflußöffnung und der Umfangsfläche einer Verschlußplatte vorzusehen, wobei die Anwendung einer Kombination von Bohrung und Einkerbung für Verschlußplatten mit größeren Abmessungen empfehlenswert sein kann.
• Es kann aber auch zweckmäßig sein, die als Bohrungen und/oder Einkerbungen ausgebildeten Hohlräume in den Einspannbereichen der Verschlußplatte vorzusehen, da hier erfahrungsgemäß mit Rißbildung zu rechnen ist.
• Die Erfindung ist nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert.
• Es zeigen:

Fig. 1

eine in einen Plattenrahmen einmörtelbare Liniearschieber-Verschlußplatte in Draufsicht,

Fig. 2

in gleicher Sicht eine umfangsbereifte Linearschieber-Verschlußplatte,

Fig. 3

eine umfangsbereifte Drehschieber-Verschlußplatte,

Fig. 4

eine Linearschieber-Verschlußplatte in einem Blechmantel eingemörtelt,

Fig. 5

einen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 4,

Fig. 6

einen ähnlichen Schnitt durch eine bereifte Mittelplatte,

Fig. 7

die vergrößerte Darstellung einer Rißbildung in einer Verschlußplatte,

Fig. 8

ein Detail der Fig. 7, und

Fig. 9

in Draufsicht eine mittels eines Bandagebandes eingespannte Linearschieber-Verschlußplatte.

• In Fig. 1 ist eine Linearschieber-Verschlußplatte A mit einer Durchflußöffnung 1 , einer Gleitfläche 2 und einer Plattenumfangsfläche 3 dargestellt. Die Verschlußplatte A ist ein Typ, der in einem der Einfachheit halber nicht dargestellten metallischen Plattenrahmen in einem Mörtelbett festgehalten wird. Um die Durchflußöffnung 1 der Verschlußplatte A herum sind entlastende Hohlräume in Form von durch die Plattendicke geführten Bohrungen 4 angeordnet, die in dem durch Wärmespannungen beanspruchten Plattenmaterial spannungsmindernd wirken. Vor allem aber ziehen die in Termperaturbereichen unter 500°C liegenden Bohrungen die Spitzen von an der Plattenumfangsfläche 3 entstehenden Spannungsrissen 5 auf sich und verhindern eine fortschreitende Rißbildung 5a bis hin zur Durchflußöffnung 1, wie gestrichelt angedeutet ist.
• Nach Fig. 2 können bei der an der Plattenumfangsfläche 3 von einem Blechreifen 6 eingefaßten und mittels Exzentern 7 in einem Plattenrahmen eingespannten Linearschieber-Verschlußplatte B sich bildende Risse 5 ihren Ursprung an der punktuellen Wirkstelle der Exzenter 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 Bohrungen 4 aufgehalten zu werden.
• Ein ähnliches Druckstellen-Rißbild ist bei der ebenfalls einen Blechreifen 9 aufweisenden, mittels Druckleisten 10 in einem Plattenrahmen eingespannten Drehschieber-Verschlußplatte C nach Fig. 3 gegeben. Es entstehen bevorzugt an dem von den Druckleisten 10 beanspruchten Bereich der Plattenumfangsfläche 3 Risse 5, die den beiden Durchflußöffnungen 1 zustreben und dabei in Bohrungen 4 münden. Indessen treten bei den meisten Konstruktionen, bei denen das Plattenmaterial durch einen weitgehend gleichmäßig auf die Plattenumfangsfläche 3 einwirkenden Druck belastet wird, Spannungsrisse an den schwächsten Plattenstellen zwischen der Druchflußöffnung 1 und dem direkt gegenüber liegenden Bereich der Plattenumfangsfläche 3 auf, so bei der Linearschieber-Verschlußplatte D nach Fig. 4 und 5, die unter Freilassen der Gleitfläche 2 mit Mörtel 11 in einen Blechmantel 12 eingefaßt ist und deren Schwachstellen zwischen der Druchflußöffnung 1 und den Längsseiten der Plattenumfangsfläche 3 liegen. Dementsprechend ist an jenen Stellen je eine Bohrung 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 Metallschmelze eindringen kann, in den Bohrungen 4 ohne Fortbildung enden zu lassen. Dennoch vermag sich ein entstandener Riß bei realtiv ungünstigen Betriebsverhältnissen über eine Bohrung 4 hinaus bis zur Durchflußöffnung 1 fortzusetzen. Besonders für solche schwerwiegenden Rißbildungen in Verschlußplatten hilft, wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, eine in die Bohrung 4 eingefüllte Dichtungsmasse 13, die im Schieberbetrieb plastisch bis zähflüssige Konsistenz hat und in der Umfangswand der Bohrungen 4 entstehende Risse selbsttätig 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 Metallschmelze absperrt.
• Bei Verschlußplatten E nach Fig. 6 mit freiliegender, der Gleitfläche 2 gegenüberliegender Planseite 14 lassen sich die eine Dichtungsmasse 13 für die Risse 5, 5a aufnehmenden Bohrungen 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 Fig. 7 und 8 in der Bohrung 4 ein der Dicke der Verschlußplatte F entsprechendes, ringförmiges Dichtungsstück 16, das durch eigene Wärmedehnung Risse 5 bzw. 5a an der Bohrung 4 abdichtet, d.h. sowohl einen von der Plattenumfangsfläche 3 ausgehenden Riß 5 als auch einen gestrichelt eingezeichneten, über die Entlastungsbohrung 4 hinausgehenden Forsetzungsriß 5a.
• Spannungsentlastend und gleichzeitig rißabdichtend wirkt auch die Ausführung nach Fig. 9, mit einer durch ein Blechband 17 umfangsverspannten Verschlußplatte G, an deren Plattenumfangsfläche 3 durch die Plattendicke verlaufende, ein Dichtungsstück 19 tragenden 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 bwz. des Hohlraumes 18 sind auch andere, bspw. halbrundförmige und halbelliptische Querschnitte möglich.

Claims (8)

1. Feuerfeste Verschlußplatte (A bis G) für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefäßen, die wenigstens eine Durchflußöffnung (1) für Metallschmelze sowie eine an einer anderen Platte anliegende Gleitfläche hat und während des Betriebes Wärmespannungen mit Rißbildungen als Folgeerscheinung ausgesetzt ist, wobei an Stellen potentieller Rißbildungen über die Dicke des Plattenmaterials verlaufende, der Rißbildung entgegenwirkende und gleichzeitig spannungsentlastend wirkende Materialaussparungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialaussparungen in Form von als Bohrungen (4) und/oder als Einkerbungen (18) der Plattenumfangsfläche (3) ausgebildete Hohlräume (4, 18) vorgesehen sind.
2. Verschlußplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (4, 18) um die Durchflußöffnung (1) herum in Temperaturbereichen unter 500°C vorgesehen sind.
3. Verschlußplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigsten ein Hohlraum (4, 18) an den engsten Bereichen zwischen der Durchflußöffnung (1) und der Plattenumfangsfläche (3) angeordnet ist.
4. Verschlußplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (8, 18) ein Risse (5, 5a) verschließendes Dichtungsmittel (13, 16, 19) aufweisen.
5. Verschlußplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungsmittel eine bei Betriebstemperatur plastisch bis zähflüssig werdende keramische Masse (13) dient.
6. Verschlußplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse glasähnlich aufgebaut ist.
7. Verschlußplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Dichtungsmittel ein durch eigene Wärmeausdehnung Risse (5, 5a) verschließendes Dichtungsstück (16, 19) aus keramischem Material vorgesehen ist.
8. Verschlußplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (4, 18) in den Plattenbereichen der Einspannung in einen Plattenrahmen vorgesehen sind.

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