EP0480202B1 - Verschluss- und/oder Regeleinrichtung für den Ausguss eines metallurgischen Gefässes - Google Patents

Verschluss- und/oder Regeleinrichtung für den Ausguss eines metallurgischen Gefässes Download PDF

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EP0480202B1
EP0480202B1 EP91115608A EP91115608A EP0480202B1 EP 0480202 B1 EP0480202 B1 EP 0480202B1 EP 91115608 A EP91115608 A EP 91115608A EP 91115608 A EP91115608 A EP 91115608A EP 0480202 B1 EP0480202 B1 EP 0480202B1
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EP
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closure
drive rod
internal space
control device
cross
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Ullrich Hintzen
Steve Lee
Andreas Schuler
Martin Wiesel
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Didier Werke AG
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Didier Werke AG
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • 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
    • B22D41/16—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
    • B22D41/18—Stopper-rods therefor

Definitions

  • the invention relates to a closure and / or control device for the pouring of a metallurgical vessel, a drive rod extending in the interior of a rotatable, fire-resistant, ceramic closure and / or control member, the outer end of which is connected to a drive unit for the closure and / or control element can be coupled and its inner end engages in the interior of the closure and / or control element.
  • Such a closure and control device is described in WO 88/04 209.
  • Such a construction of the closure and control device is advantageous since it allows the drive rod to tilt in the closure and control member. As a result, angular errors do not lead to jamming in the rotary drive. It is also advantageous that torques do not have to be transmitted over the entire length of the closure and control element in the rotary drive. Overall, the kinematics in the rotary drive are advantageous.
  • the drive rod is mounted in the closure and control element by means of a ball head.
  • the closure and control element is free of bending forces when driving.
  • the connecting and regulating member can be raised and lowered by means of the drive rod. It is also rotatable.
  • the transmission of the rotary movement is structurally complex and affects the tiltability of the drive rod relative to the closure and control element.
  • closure and control device is described in DE 37 43 383 A1.
  • the closure and control element is only raised or lowered by means of the drive rod, but not rotated.
  • the drive rod engages with a ball head deep in the closure and control element, close to the outlet openings, on the closure and control element.
  • the drive rods are made of metal. It has been found that this is unfavorable since the metal melt present on the outside of the closure and regulating member generates a very high temperature in the interior thereof. In practice, this requires cooling of the drive rod. Such cooling is complex and can lead to dangerous conditions in the event of failure. In addition, the relatively large thermal expansion of the metallic drive rod is disadvantageous.
  • the object of the invention is to propose a closure and / or control device of the type mentioned, which can work without cooling the drive rod.
  • the above object is achieved in a closure and / or control device of the type mentioned at the outset in that the drive rod consists at least in its inner end region of a ceramic material in accordance with the characterizing part of the main claim.
  • the drive rod permanently withstands the high temperature prevailing in the interior, so that cooling of the drive rod is unnecessary.
  • the thermal expansion of the ceramic material of the drive rod is comparatively low and does not deviate significantly from the thermal expansion of the closure and / or control element, so that a compensation of the different thermal expansion is generally unnecessary.
  • a cylindrical outlet member 3 (stator) is attached at the bottom 1 of a metallurgical vessel 2.
  • the outlet member 3 has a lateral inlet opening 4 for the melt located in the vessel 2.
  • the bath level of the melt is designated 5.
  • a closure and control element 6 (rotor) is mounted in the outlet element 3.
  • the closure and control member 6 engages with its lower region 7 in the outlet member 3.
  • the closure and control member 6 is provided with a passage opening 8, which by rotating the closure and control member 6 about its longitudinal axis L with the Inlet opening 4 can be brought to cover.
  • the closure and control element 6 extends beyond the bath level 5. Above the lower area 7, it is provided with an interior space 9 open at the top. This is closed at its bottom 10.
  • the base 10 lies above a step 11 of the outer circumference of the closure and control element 6, with which it stands on an upper edge 12 of the outlet element 3.
  • a drive rod 13 extends in the interior 9. Its upper, outer end, which is not shown, is coupled to a drive unit with which the drive rod 13 can be rotated about its axis A.
  • a transmission element is provided according to Figure 1, which consists of a transmission block 14 and a cap 15.
  • the Dome 15 sits in a concave recess 16 of the base 10.
  • the drive rod 13 is mounted in the closure and control member so that the longitudinal axis L of the closure and control member 6 and the axis A of the drive rod 13 can be tilted towards each other. Due to this possible tilting of the drive rod 13 against the closure and control member 6, tolerances between the drive unit and the position of the outlet member 3 are compensated for so that the closure and control member 6 is freely supported in the outlet member 3 and can be driven.
  • the cross section Q of the interior 9 deviates from the circular shape. For example, it is square, polygonal or oval.
  • the transmission block 14 has a cross section q which is equal to the cross section Q of the interior 9. It is connected to the drive rod 13 in a rotationally fixed manner, so that when the drive rod 13 rotates about the axis A, the transmission block 14 of the closure and control element 6 is positively entrained so that it rotates about its longitudinal axis L. Avoid bulges on the outer periphery of the transmission block 14 so that the transmission block 14 prevents the possibility of tipping.
  • the transmission block 14 consists of a refractory ceramic, for example a ZrO2 or SiC ceramic.
  • the drive rod 13, the transmission block 14 and the spherical cap 15 can also form an integrally molded component made of ceramic material.
  • the latter preferably has approximately the same coefficient of thermal expansion, in particular for the transmission block 14, as the ceramic material of the closure and control element 6.
  • the drive rod 13 with transmission block 14 and cap 15 easily withstands the high temperature prevailing in the interior 9. It can continue to be used if the closure and control element 6 is worn and has to be replaced. Radial thermal expansions of the ceramic transmission block 14 to the longitudinal axis A are at most small, in any case not greater than thermal expansions of the closure and control element 6 in this area, so that there is no risk of damage to the closure and control element 6.
  • a depression 17 is formed on the base 10 of the interior 9. This has a cross-shaped cross-sectional profile.
  • the recess 17 tapers conically downwards.
  • the drive rod 13 has a cross-sectional profile corresponding to the cross-sectional profile of the recess 17. This engages with its lower, inner end in the recess 17. This ensures a rotationally fixed connection between the drive rod 13 and the closure and control element 6.
  • the cross section of the closure and control element 6 is annular.
  • the drive rod 13 consists of the ceramic described. But it can also consist of a ceramic material based on Al2O3 or Si3N4.
  • the drive rod 13 can advantageously be produced in slip casting, in continuous casting or by isostatic pressing. Both full profiles and hollow profiles can be used.
  • the drive rod 13 can also taper conically at its lower end region. However, this is not necessary. In any case, there is a free space 18 which allows the drive rod 13 to tilt with respect to the closure and control element 6.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verschluß- und/oder Regeleinrichtung für den Ausguß eines metallurgischen Gefäßes, wobei sich in einem Innenraum eines drehbaren, feuerfesten, keramischen Verschluß- und/oder Regelorgans eine Antriebsstange erstreckt, deren äußeres Ende an ein Antriebsaggregat für das Verschluß- und/oder Regelorgan ankoppelbar ist und deren inneres Ende im Innenraum am Verschluß- und/oder Regelorgan angreift.
  • Eine derartige Verschluß- und Regeleinrichtung ist in der WO 88/04 209 beschrieben. Ein solcher Aufbau der Verschluß- und Regeleinrichtung ist vorteilhaft, da er ein Kippen der Antriebsstange in dem Verschluß- und Regelorgan zuläßt. Dadurch führen Winkelfehler nicht zum Klemmen beim Drehantrieb. Günstig ist auch, daß beim Drehantrieb Drehmomente nicht über die gesamte Länge des Verschluß- und Regelorgans übertragen werden müssen. Insgesamt ist die Kinematik beim Drehantrieb vorteilhaft.
  • Bei der WO 88/04 209 ist die Antriebsstange mittels eines Kugelkopfes im Verschluß- und Regelorgan gelagert. Dadurch ist das Verschluß- und Regelorgan beim Antrieb von Biegekräften frei. Das Vorschluß- und Regelorgan ist mittels der Antriebsstange heb- und senkbar. Es ist auch drehbar. Die Übertragung der Drehbewegung ist baulich aufwendig und beeinträchtigt die Kippbarkeit der Antriebsstange gegenüber dem Verschluß- und Regelorgan.
  • In der DE 37 43 383 A1 ist eine ähnliche Verschluß- und Regeleinrichtung beschrieben. Bei dieser wird das Verschluß- und Regelorgan mittels der Antriebsstange lediglich gehoben oder gesenkt, nicht jedoch gedreht. Auch hier greift die Antriebsstange mittels eines Kugelkopfes tief im Verschluß- und Regelorgan, nahe bei den Auslaßöffnungen, an dem Verschluß- und Regelorgan an.
  • Nach dem Stand der Technik bestehen die Antriebsstangen aus Metall. Es wurde gefunden, daß dies ungünstig ist, da die außen am Verschluß- und Regelorgan anstehende Metallschmelze in dessen Innenraum eine sehr hohe Temperatur erzeugt. Diese macht in der Praxis eine Kühlung der Antriebsstange erforderlich. Eine solche Kühlung ist aufwendig und kann beim Ausfall zu gefährlichen Zuständen führen. Außerdem ist die verhältnismäßig große Wärmedehnung der metallischen Antriebsstange von Nachteil.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verschluß- und/oder Regeleinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die ohne Kühlung der Antriebsstange arbeiten kann.
  • Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Verschluß- und/oder Regeleinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Antriebsstange mindestens in ihrem inneren Endbereich aus einem keramischen Material besteht gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.
  • Die Antriebsstange hält der im Innenraum herrschenden hohen Temperatur dauerhaft stand, so daß sich eine Kühlung der Antriebsstange erübrigt. Die Wärmedehnung des keramischen Materials der Antriebsstange ist vergleichsweise gering und weicht nicht wesentlich von der Wärmedehnung des Verschluß- und/oder Regelorgans ab, so daß in der Regel eine Kompensation der unterschiedlichen Wärmedehnung entbehrlich ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Verschluß- und Regeleinrichtung am Ausguß eines metallurgischen Gefäßes, schematisch im Schnitt,
    Figur 2
    ein weiteres Ausführungsbeispiel schematisch im Schnitt, und
    Figur 3
    einen Schnitt längs der Linie III-III nach Figur 2.
  • Am Boden 1 eines metallurgischen Gefäßes 2 ist ein zylindrisches Auslauforgan 3 (Stator) befestigt. Das Auslauforgan 3 weist eine seitliche Einlaßöffnung 4 für die im Gefäß 2 befindliche Schmelze auf. Der Badspiegel der Schmelze ist mit 5 bezeichnet.
  • Im Auslauforgan 3 ist ein Verschluß- und Regelorgan 6 (Rotor) gelagert. Das Verschluß- und Regelorgan 6 greift dabei mit seinem unteren Bereich 7 in das Auslauforgan 3. Im unteren Bereich 7 ist das Verschluß- und Regelorgan 6 mit einer Durchtrittsöffnung 8 versehen, welche durch Drehen des Verschluß- und Regelorgans 6 um seine Längsachse L mit der Einlaßöffnung 4 zur Deckung bringbar ist.
  • Das Verschluß- und Regelorgan 6 erstreckt sich bis über den Badspiegel 5. Oberhalb des unteren Bereichs 7 ist es mit einem oben offenen Innenraum 9 versehen. Dieser ist unten an seinem Grund 10 geschlossen. Der Grund 10 liegt beim Ausführungsbeispiel oberhalb einer Stufe 11 des Außenumfangs des Verschluß- und Regelorgans 6, mit der dieses auf einem oberen Rand 12 des Auslauforgans 3 aufsteht. Es ist jedoch auch mögich, den Grund 10 tiefer - bis unterhalb der Stufe 11 - zu legen.
  • Im Innenraum 9 erstreckt sich eine Antriebsstange 13. Deren nicht dargestelltes, oberes, äußeres Ende ist an einem Antriebsaggregat angekoppelt, mit dem die Antriebsstange 13 um ihre Achse A drehbar ist.
  • Am unteren inneren Ende der Antriebsstange 13 ist nach Figur 1 ein Übertragungselement vorgesehen, das aus einem Übertragungsblock 14 und einer Kalotte 15 besteht. Die Kalotte 15 sitzt in einer konkaven Ausnehmung 16 des Grundes 10. Mittels der Kalotte 15 ist die Antriebsstange 13 in dem Verschluß- und Regelorgan so gelagert, daß die Längsachse L des Verschluß- und Regelorgans 6 und die Achse A der Antriebsstange 13 gegeneinander kippbar sind. Durch dieses mögliche Kippen dar Antriebsstange 13 gegen das Verschluß- und Regelorgan 6 werden Toleranzen zwischen dem Antriebsaggregat und der Lage des Auslauforgans 3 so ausgeglichen, daß das Verschluß- und Regelorgan 6 zwanglos im Auslauforgan 3 gelagert und antreibbar ist.
  • Der Querschnitt Q des Innenraums 9 weicht von der Kreisform ab. Er ist beispielsweise quadratisch, mehreckig oder oval. Der Übertragungsblock 14 weist einen Querschnitt q auf, der gleich dem Querschnitt Q des Innenraums 9 ist. Er ist mit der Antriebsstange 13 drehfest verbunden, so daß bei einer Drehung der Antriebsstange 13 um die Achse A der Übertragungsblock 14 des Verschluß- und Regelorgans 6 formschlüssig so mitnimmt, daß es sich um seine Längsachse L dreht. Wölbungen am Außenumfang des Übertragungsblockes 14 vermeiden, daß der Übertragungsblock 14 das mögliche Kippen behindert.
  • Der Übertragungsblock 14 besteht aus einer feuerfesten Keramik, beispielsweise einer ZrO₂- oder SiC-Keramik. Die Antriebsstange 13, der Übertragungsblock 14 und die Kalotte 15 können auch ein einstückig geformtes Bauteil aus keramischem Material bilden. Letzteres weist vorzugsweise, insbesondere für den Übertragungsblock 14 etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf wie das keramische Material des Verschluß- und Regelorgans 6.
  • Die Antriebsstange 13 mit Übertragungsblock 14 und Kalotte 15 hält der im Innenraum 9 herrschenden hohen Temperatur ohne weiteres stand. Sie kann weiterverwendet werden, wenn das Verschluß- und Regelorgan 6 verschlissen ist und ausgetauscht werden muß. Zur Längsachse A radiale Wärmedehnungen des keramischen Übertragungsblocks 14 sind höchstens klein, jedenfalls nicht größer als Wärmedehnungen des Verschluß- und Regelorgans 6 in diesem Bereich, so daß nicht die Gefahr einer Schädigung des Verschluß- und Regelorgans 6 besteht.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und 3 ist am Grund 10 des Innenraums 9 eine Vertiefung 17 ausgebildet. Diese weist ein kreuzförmiges Querschnittsprofil auf. Die Vertiefung 17 verjüngt sich nach unten konisch.
  • Ein dem Querschnittsprofil der Vertiefung 17 entsprechendes Querschnittsprofil weist die Antriebsstange 13 auf. Diese greift mit ihrem unteren, inneren Ende in die Vertiefung 17. Dadurch ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebsstange 13 und dem Verschluß- und Regelorgan 6 gewährleistet. Der Querschnitt des Verschluß- und Regelorgans 6 ist kreisringförmig.
  • Die Antriebsstange 13 besteht aus der beschriebenen Keramik. Sie kann aber auch aus einem keramischen Material auf Basis Al₂O₃ oder Si₃N₄ bestehen.
  • Die Antriebsstange 13 kann vorteilhafterweise im Schlickerguß, im Strangguß oder durch isostatisches Pressen hergestellt werden. Hierbei sind sowohl Vollprofile als auch Hohlprofile verwendbar.
  • Die Antriebsstange 13 kann sich an ihrem unteren Endbereich ebenfalls konisch verjüngen. Dies ist jedoch nicht erforderlich. In jedem Fall besteht ein Freiraum 18, der ein Kippen der Antriebsstange 13 gegenüber dem Verschluß- und Regelorgan 6 zuläßt.

Claims (7)

  1. Verschluß- und Regeleinrichtung für den Ausguß eines metallurgischen Gefaßes mit einem drehbaren, feuerfesten, keramischen Verschluß- und Regelorgan (6), das mit seinem unteren Bereich (7) in einem zylindrischen Auslauforgan (3) des metallurgisches Gefaßes (2) gelagert ist und mit einem oben offenen Innenraum (9) versehen ist, der unten an seinem Grund geschlossen ist, wobei sich im Innenraum (9) eine Antriebsstange (13) erstreckt, deren oberes äußeres Ende an ein Antriebsaggregat für das Verschluß- und Regelorgan (6) ankoppelbar ist und deren unteres inneres Ende im Grundbereich (10) des Innenraums (9) am Verschluß- und Regelorgan (6) angreift
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Antriebsstange (13) mindestens in ihrem inneren Endbereich, wo sie eine drehfaste Verbindung mit dem Verschluß- und Regelorgan (6 ) bildet, aus einem keramischen Material besteht.
  2. Verschluß- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Querschnittsprofil (Q) des Innenraums (9) und das Querschnittsprofil (q) wenigstens des inneren Endbereiches der Antriebsstange (13) einander angepaßt sind und daß die Querschnittsprofile (Q, q) von der Kreisform abweichen.
  3. Verschluß- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Antriebsstange (13) mittels eines an ihr ausgebildeten, aus dem keramischen Material bestehenden Übertragungsblock (14) im Innenraum (9) des Verschluß- und/oder Regelorgans (6) angreift.
  4. Verschluß- und/oder Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an der Antriebsstange (13) eine Kalotte (15) ausgebildet ist, die sich am Grund (10) des Innenraums (9) abstützt.
  5. Verschluß- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß am Grund (10) des Innenraums (9) eine Vertiefung (17) mit einem von der Kreisform abweichenden Querschnittsprofil ausgebildet ist und daß der innere Endbereich der Antriebsstange (13) mit einem entsprechenden Querschnittsprofil in die Vertiefung (17) eingreift.
  6. Verschluß- und/oder Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das keramische Material der Antriebsstange (13) und/oder ihres Übertragungsblocks (14) etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das keramische Material des Verschluß- und/oder Regelorgans (6).
  7. Verschluß- und/oder Regeleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Antriebsstange (13) und/oder ihr Übertragungsblock (14) und/oder ihre Kalotte (15) aus einer ZrO₂- oder SiC-Keramik bestehen.
EP91115608A 1990-10-10 1991-09-14 Verschluss- und/oder Regeleinrichtung für den Ausguss eines metallurgischen Gefässes Expired - Lifetime EP0480202B1 (de)

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EP (1) EP0480202B1 (de)
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KR (1) KR920007721A (de)
AT (1) ATE92383T1 (de)
BR (1) BR9104372A (de)
CA (1) CA2053066A1 (de)
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