EP0424621B1 - Verfahren zum Herstellen einer Schieberverschlussplatte für metallurgische Zwecke - Google Patents

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EP0424621B1
EP0424621B1 EP90115486A EP90115486A EP0424621B1 EP 0424621 B1 EP0424621 B1 EP 0424621B1 EP 90115486 A EP90115486 A EP 90115486A EP 90115486 A EP90115486 A EP 90115486A EP 0424621 B1 EP0424621 B1 EP 0424621B1
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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
    • B22D41/30—Manufacturing or repairing thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a closure plate for a slide closure arranged on the spout of a container intended for receiving the molten metal, in which a plate body made of refractory material is surrounded by a heated tensioning band made of steel and this is cooled down on the peripheral surface of the plate body shrinking.
  • Such a method is known for example from DE 33 04 938 C1.
  • a hardenable mortar layer is first spread on the peripheral surface of the plate body and then the plate body provided with the mortar layer is surrounded by a steel ring and this is shrunk on.
  • the excess mortar is squeezed out up and down; the mortar remaining between the steel ring and the plate body hardens at the same time due to the temperature effect of the steel ring. In this case, no forces are transmitted from the tensioning strap to the plate body.
  • a problem with such and other state-of-the-art closure plates for slide closures is the formation of cracks in the plate material, in particular due to the thermal shock stress during casting, since the temperature gradients occurring in the plate material and the tensile stresses induced thereby are greatest.
  • the crack formation not only reduces the durability of the closure plate and thus impairs the safety of a slide closure arranged, for example, on the spout of a metallurgical ladle, but also increases the risk of oxygen and nitrogen being sucked in, as a result of which the quality of the molten metal, e.g. a molten steel suffers during pouring.
  • the wear behavior of the closure plate is improved and its service life is increased, the safety of the casting process is increased and the quality of the molten metal, in particular the molten steel, which is poured out of the container, Improved because no bad gases are sucked in due to the lack of cracks.
  • the tensioning band is preferably selected with regard to steel quality and dimension such that the compressive stresses occurring due to the shrinking in the plate material are not significantly greater than approximately 75% of the compressive strength of the plate material.
  • the compressive stresses should preferably be in the order of magnitude between 30 and 70 N / mm2, in particular 50 to 60 N / mm2.
  • a tensioning strap be used, the steel quality and dimensions of which are selected such that the tensile stresses occurring in the tensioning strap do not exceed the yield strength of the steel from which the tensioning strap is made by shrinking. In this way, only elastic deformations of the tension band arise when shrinking on.
  • the invention also proposes to use a plate body with a circular shape which is known per se. It has been shown that crack formation can best be avoided with the resulting generation of uniform compressive stresses in the plate material.
  • the measure serves to use a plate body with a smooth or smoothed peripheral surface. This prevents voltage peaks.
  • the height of the tensioning band is about 0.5 to 10 mm, preferably about 2 to 4 mm less than the height of the Plate body is.
  • the tensioning band should be shrunk on approximately in the middle of the peripheral surface of the plate body, so that the tensioning band is at approximately the same distance from the top and the bottom of the plate body.
  • the plate body 3 shown in FIG. 1, made of refractory material, of a closure plate for a slide closure arranged on the spout of a container intended to hold molten metal has a circular shape and is equipped with a central circular cylindrical flow opening 4.
  • the invention can also be used with closure plates of a different shape and several flow openings, but the circular shape ensures that the compressive stresses in the plate material are distributed as evenly as possible.
  • a tension band 1 of wall thickness w is shrunk as a ring and

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Verschlußplatte für einen am Ausguß eines für die Aufnahme vom Metallschmelze bestimmten Behälters angeordneten Schieberverschluß, bei welchem man einen Plattenkörper aus feuerfestem Material mit einem erhitzten Spannband aus Stahl umgibt und dieses unter Abkühlung auf die Umfangsfläche des Plattenkörpers aufschrumpfen läßt.
  • Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 33 04 938 C1 bekannt. Dabei wird, um die Einwirkung von Schrumpfkräften, welche unterschiedlich groß sein können, auf den Plattenkörper zu vermeiden, zunächst auf die Umfangsfläche des Plattenkörpers eine aushartbare Mörtelschicht auf gestrichen und dann der mit der Mörtelschicht versehene Plattenkörper mit einem Stahlring umgeben und dieser aufgeschrumpft. Während der Auskühlung des Stahlringes wird der überflüssige Mörtel nach oben und unten herausgequetscht; der zwischen Stahlring und Plattenkörper verbleibende Mörtel härtet gleichzeitig durch die Temperatureinwirkung des Stahlrings aus. Hierbei werden von dem Spannband keine Kräfte auf den Plattenkörper übertragen.
  • Ein Problem derartiger und anderer dem Stand der Technik angehörender Verschlußplatten von Schieberverschlüssen ist die Rißbildung im Plattenmaterial, bedingt insbesondere durch die thermische Schockbeanspruchung beim Angießen, da hierbei die im Plattenmaterial auftretenden Temperaturgradienten und die dadurch induzierten Zugspannungen am größten sind. Durch die Rißbildung wird nicht nur die Haltbarkeit der Verschlußplatte verringert und damit die Sicherheit eines beispielsweise am Ausguß einer metallurgischen Gießpfanne angeordneten Schieberverschlusses beeinträchtigt, sondern auch die Gefahr des Ansaugens von Sauerstoff und Stickstoff erhöht, wodurch die Qualität der Metallschmelze, z.B. einer Stahlschmelze beim Abgießen leidet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, unter Ausnutzung des eingangs genannten Verfahrens eine Verschlußplatte zu schaffen, bei welcher eine Rißbildung im Plattenkörper weitgehend vermieden bzw. mindestens erheblich verringert ist.
  • Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß man ein Spannband verwendet, dessen Stahlqualität, dessen Überlänge (gleich Differenz von Außenumfang der Verschlußplatte zu Innenumfang des kalten Spannbandes) und dessen Wandstärke so bemessen sind, daß die beim Aufschrumpfen im Plattenmaterial auftretenden Druckspannungen zwar geringer als die Druckfestigkeit des Plattenmaterials, jedoch größer als die infolge der thermischen Schockbeanspruchung des Plattenkörpers beim Angießen im Plattenmaterial zu erwartenden Zugspannungen sind. Unter "kalt" wird hierbei Raumtemperatur verstanden.
  • Durch das Aufschrumpfen des z.B. rotwarm erhitzten Stahlbandes werden erfindungsgemäß genau definierte äußere Kräfte auf den Plattenkörper aufgebracht, welche in dem Plattenkörper Druckspannungen erzeugen, welche ihrerseits die beim Angießen entstehenden Zuspannungen soweit kompensieren, daß letztere die Zugfestigkeit des Feuerfestmaterials des Plattenkörpers nicht überschreiten. Da andererseits die durch das Aufschrumpfen des Spannbandes erzeugten Druckspannungen die Druckfestigkeit des Plattenmaterials nicht überschreiten, wird das Plattenmaterial durch das Aufschrumpfen des Spannbandes nicht beeinträchtigt. Durch die erfindungsgemäße Vermeidung bzw. erhebliche Verringerung der Rißbildung im Plattenmaterial wird das Verschleißverhalten der Verschlußplatte verbessert und deren Lebensdauer erhöht, die Sicherheit des Gießprozesses vergrößert und die Qualität der Metallschmelze, insbesondere der Stahlschmelze, welche aus dem Behälter abgegossen wird, verbessert, da mangels vorhandener Risse keine nachteiligen Gase angesaugt werden.
  • Um eine Beeinträchtigung des Plattenkörpers durch das Aufschrumpfen des Spannbandes mit Sicherheit zu vermeiden, wird das Spannband hinsichtlich Stahlqualität und Abmessung vorzugsweise so ausgewählt, daß die durch das Aufschrumpfen im Plattenmaterial auftretenden Druckspannungen nicht wesentlich größer als etwa 75% der Druckfestigkeit des Plattenmaterials sind.
  • Die Druckspannungen sollten bei herkömmlichen feuerfesten Plattenmaterialien, wie Feuerfestkeramik oder Feuerfestbeton, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 30 und 70 N/mm², insbesondere 50 bis 60 N/mm² liegen.
  • Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal wird vorgeschlagen, daß man ein Spannband verwendet, dessen Stahlqualität und Abmessungen so ausgewählt sind, daß durch das Aufschrumpfen die in dem Spannband auftretenden Zugspannungen die Streckgrenze des Stahls, aus welchem das Spannband besteht, nicht überschreiten. Auf diese Weise entstehen nur elastische Verformungen des Spannbandes beim Aufschrumpfen.
  • Ferner sollte man ein Stahlband verwenden, dessen Stahlqualität eine geringe Alterungsneigung besitzt. Auf diese Weise können unerwünschte plastische Verformungen des Spannbandes beim Aufschrumpfen aber auch später im Betrieb vermieden werden.
  • Es ist ferner von Vorteil, wenn man ein Stahlband verwendet, dessen Stahlqualität eine thermische Dehnung von nicht mehr als ca. 0,8% bei 500°C besitzt. Hierdurch wird gewährleistet, daß auch während des Betriebs des Schieberverschlusses, bei welchem sich das Spannband auf bis zu ca. 500°C Betriebstemperatur (je nach Betriebsdauer) erwärmen kann, noch Kräfte auf den Plattenkörper ausgeübt werden und das Spannband nicht etwa durch zu hohe Ausdehung des Stahls abrutscht oder auch nur locker wird.
  • Um in der Verschlußplatte eine möglichst gleichmäßige Krafteinleitung zu erhalten, wird mit der Erfindung ferner vorgeschlagen, einen Plattenkörper mit an sich bekannter kreisrunder Form zu verwenden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei dadurch bedingter Erzeugung gleichmäßiger Druckspannungen im Plattenmaterial eine Rißbildung am besten vermieden werden kann.
  • Im gleichen Zweck der gleichmäßigen Erzeugung von Druckspannungen in dem Plattenmaterial dient die Maßnahme, einen Plattenkörper mit glatter oder geglätteter Umfangsfläche zu verwenden. Hierdurch werden Spannungsspitzen vermieden.
  • Für die Erzeugung der Druckspannungen wäre es an sich am günstigsten, wenn die Höhe des Spannabndes gleich der Höhe des Plattenkörpers wäre. Dies machte jedoch eine Bewegung der Schieberplatte im Schieberverschluß unmöglich. Das Spannband muß gegenüber der Oberfläche des Plattenkörpers zumindest geringfügig zurückspringen. Um dies zu gewährleisten, andererseits aber einen zu hohen Arbeitsaufwand bei der Fertigung der Verschlußplatte zu vermeiden, wird mit der Erfindung ferner vorgeschlagen, daß die Höhe des Spannbandes etwa 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise etwa 2 bis 4 mm geringer als die Höhe des Plattenkörpers ist.
  • Um die Gleichmäßigkeit der Druckspannungen möglichst zu gewährleisten, sollte man das Spannband etwa mittig der Umfangsfläche des Plattenkörpers aufschrumpfen, daß Spannband also von der Oberseite und der Unterseite des Plattenkörpers etwa gleichen Abstand haben.
  • Um besonders günstige Ergebnisse für die Aufbringung gleichmäßiger Druckspannungen auf die Umfangsfläche des Plattenkörpers in der gewünschten Größenordnung zu erzielen, wird mit der Erfindung ferner vorgeschlagen, daß man für das Stahlband bei einer runden Verschlußplatte ein Übermaß (gleich Differenz zwischen Außendurchmesser der Verschlußplatte und Innendurchmesser des kalten Spannbandes) nach folgender Maßgabe wählt:
    Figure imgb0001
    wobei:
    • Est
    = Elastizitätsmodul des Stahls
    p
    = vorzugebende Druckspannung (Flächenpressung)
    df
    = Paßfugendurchmesser, gleich etwa dap
    dap
    = Außendurchmesser des runden Plattenkörpers
    dip
    = Innendurchmesser des runden Plattenkörpers mit einer mittigen Durchflußöffnung
    das
    = Außendurchmesser des kalten Spannbandes
    dis
    = Innendurchmesser des kalten Spannbandes
  • Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 in Draufsicht eine nach der Erfindung hergestellte Verschlußplatte und
    • Fig. 2 schematisch im Schnitt eine Verschlußplatte gemäß Fig. 1.
  • Der in Fig. 1 dargestellte aus feuerfestem Material bestehende Plattenkörper 3 einer Verschlußplatte für einen am Ausguß eines für die Aufnahme von Metallschmelze bestimmten Behälters angeordneten Schieberverschluß hat eine kreisrunde Form und ist mit einer mittigen kreiszylindrischen Durchflußsöffnung 4 ausgestattet. Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei Verschlußplatten anderer Form und mehrerer Durchflußöffnungen anwenden, doch gewährleistet die kreisrunde Form eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Druckspannungen im Plattenmaterial. Auf die vorzugsweise glatte Umfangsfläche 2 des Plattenkörpers 3 ist ein Spannband 1 der Wandstärke w als Ring aufgeschrumpft und zwar erfindungsgemäß in der Weise, daß die im Plattenmaterial erzeugten Druckspannungen zwar niedriger sind als die Druckfestigkeit des Plattenmaterials, aber größer als die infolge der thermischen Schockbeanspruchung des Plattenkörpers 3 beim Angießen im Plattenmaterial zu erwartenden Zugspannungen. Beim Angießen strömt nämlich die heiße Metallschmelze aus dem Behälter, an dessen Ausguß der Schieberverschluß angebracht ist und dessen Bestandteil die Verschlußplatte als Boden- und/oder Schieberplatte bildet, plötzlich durch die Durchflußöffnung 4, wodurch es zu erheblichen Zuspannungen im Plattenmaterial kommt, welche bei herkömmlichen Verschlußplatten zwangsläufig zu Rißbildungen im Plattenkörper 3 führen. Aufgrund des in erfindungsgemäßer Weise aufgeschrumpften Spannbandes 1 werden diese Zugspannungen jedoch von den Druckspannungen kompensiert, welche durch die von außen auf die möglichst glatte Umfangsfläche 2 aufgebrachten Druckkräfte entstehen. Auf diese Weise werden Rißbildungen zuverlässig vermieden.
  • Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Höhe hs des Spannbandes 1 geringer als die Höhe hp des Plattenkörpers 3 ist und das Spannband 1 mittig bezüglich der Umfangsfläche 2 auf den Plattenkörper 3 aufgeschrumpft ist. Auf diese Weise wird einerseits die Funtionsfähigkeit der Verschlußplatte nicht beeinträchtigt, andererseits für eine gleichmäßige Erzeugung von Druckspannungen im Plattenmaterial gesorgt.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Spannband
    2
    Umfangsfläche
    3
    Plattenkörper
    4
    Durchflußöffnung
    hs
    Höhe Spannband
    hp
    Höhe Verschlußplatte
    dap
    Außendurchmesser der Verschlußplatte
    dip
    Innendurchmesser der Verschlußplatte
    das
    Außendurchmesser des kalten Spannbandes
    dis
    Innendurchmesser des kalten Spannbandes

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Verschlußplatte für einen am Ausguß eines für die Aufnahme vom Metallschmelze bestimmten Behälters angeordneten Schieberverschluß, bei welchem man einen Plattenkörper (3) aus feuerfestem Material mit einem erhitzten Spannband (1) aus Stahl umgibt und dieses unter Abkühlung auf die Umfangsfläche (2) des Plattenkörpers (3) aufschrumpfen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Spannband (1) verwendet, dessen Stahlqualität, dessen Überlänge (1)- gleich Differenz von Außenumfang der Verschlußplatte (3) zu Innenumfang des kalten Spannbandes (1) -und dessen Wandstärke (w) so bemessen sind, daß die durch das Aufschrumpfen im Plattenmaterial auftretenden Druckspannungen zwar geringer als die Druckfestigkeit des feuerfesten Plattenmaterials, jedoch größer als die infolge der thermischen Schockbeanspruchung des Plattenkörpers (3) beim Angießen im Plattenmaterial zu erwartenden Zugspannungen sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die durch das Aufschrumpfen des Spannbandes (1) im Plattenmaterial auftretenden Druckspannungen nicht wesentlich größer als etwa 75% der Druckfestigkeit des Plattenmaterials sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Druckspannungen in der Größenordnung zwischen 30 und 70 N/mm², vorzugsweise 50 bis 60 N/mm² liegen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man ein Spannband (1) verwendet, dessen Stahlqualität und Abmessungen so ausgewählt sind, daß die durch das Aufschrumpfen in dem Spannband (1) auftretenden Zuspannungen die Streckgrenze des Stahls nicht überschreiten.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man ein Stahlband (1) verwendet, dessen Stahlqualität eine geringe Alterungsneigung besitzt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man ein Stahlband (1) verwendet, dessen Stahlqualität eine thermische Dehnung von nicht mehr als ca. 0,8% bei 500°C besitzt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man einen Plattenkörper (3) mit einer kreisrunden Form verwendet.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man eine Verschlußplatte (3) mit glatter oder geglätteter Umfangsfläche (2) verwendet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichent,
    daß die Höhe (hs) des Spannbandes (1) etwa 0,5 bis 10mm, vorzugsweise etwa 2 bis 4 mm geringer als die Höhe (hp) des Plattenkörpers (3) ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man das Spannband (1) etwa mittig der Umfangsfläche (2) des Plattenkörpers (3) aufschrumpft.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß man für das Spannband (1) bei einem runden Plattenkörper (3) ein Übermaß (s) (gleich Differenz zwischen Außendurchmesser (dap) der Verschlußlatte (3) und Innendurchmesser (dis) des kalten Stahlbandes (1)) nach folgender Maßgabe wählt:
    Figure imgb0002
     wobei:
    Est   = Elastizitätsmodul des Stahls
    P   = vorzugebende Druckspannung (Flächenpressung)
    df   = Paßfugendurchmesser, gleich etwa dap
    dap   = Außendurchmesser eines runden Plattenkörpers
    dip   = Innendurchmesser eines runden Plattenkörpers mit einer mittigen Durchflußöffnung
    das   = Außendurchmesser des kalten Spannbandes
    dis   = Innendurchmesser des kalten Spannbandes
EP90115486A 1989-10-25 1990-08-11 Verfahren zum Herstellen einer Schieberverschlussplatte für metallurgische Zwecke Expired - Lifetime EP0424621B1 (de)

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