EP1364730B1 - Baugruppe eines Schieberverschlusssystems - Google Patents

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EP1364730B1
EP1364730B1 EP03001899A EP03001899A EP1364730B1 EP 1364730 B1 EP1364730 B1 EP 1364730B1 EP 03001899 A EP03001899 A EP 03001899A EP 03001899 A EP03001899 A EP 03001899A EP 1364730 B1 EP1364730 B1 EP 1364730B1
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EP
European Patent Office
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sliding plate
plate according
compensating layer
channel
structural parts
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EP03001899A
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EP1364730A2 (de
EP1364730A3 (de
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Peter Meier
Manfred Winkelmann
Stefan Pischek
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14Closures
    • B22D41/22Closures 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
    • B22D41/24Closures 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 characterised by a rectilinearly movable plate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14Closures
    • B22D41/22Closures 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
    • B22D41/28Plates therefor

Definitions

  • Slide gate systems are known in numerous embodiments, for example as linear or rotary valve systems with two, three or four relatively movable parts. Usually close sleeves or tubular components to the slide plates. These can be flanged. In part, a sleeve is also firmly mortared with a corresponding plate. Also known are common receptacles, such as metal sleeves, in which the plate-shaped and / or sleeve-shaped / tubular elements are assembled together.
  • Slide systems of the type mentioned serve to regulate the flow of a molten metal.
  • By relative movement of the individual components to each other can be set in addition to a complete shut-off or opening and intermediate positions (throttle positions).
  • EP 0 530 458 A1 describes a compressible joint material that can be used between shaped bodies, such as sleeves, plates, cones, tubes on metallurgical melting vessels.
  • the aim of the invention is to show a further possibility to keep the described problems as small as possible.
  • the proposal according to the invention is based on the idea of making the system as dense as possible or positioning the individual components over the entire surface and precisely against each other or one another.
  • the invention goes the opposite way, namely to install thermal compensation layers between adjacent components, which can compensate for changes in length of the refractory components.
  • the corresponding "expansion joints" can be formed so that they close very quickly under thermal stress (by a change in length of the adjacent refractory parts) in such a way that corresponding surface portions of adjacent parts then more or less “crunchy” lie on one another and between adjacent parts so that mechanical stresses and ultimately flaking or the like can be avoided.
  • the invention then relates to a slide plate of a slide closure system with the features of claim 1.
  • a slide plate is an "assembly of a slide closure system" and includes, for example, two corresponding, superposed in the operating position components.
  • These may be, for example, two elements / plates which are assembled (for example in a common cassette) into a slide plate.
  • it may be a slide plate, which is formed with an insert, which consists for example of a wear-resistant, refractory material.
  • the passage openings may have a circular cross section. Likewise, elliptical or other cross-sectional shapes of the passage opening are also possible.
  • the compensation layer can connect directly to the through-channel, but it can also start slightly set back, for example, a few millimeters.
  • the compensation layer - when heating the refractory material, quasi “squeezed". It is possible that at a pressure parallel to the flow direction of the molten metal, the compensation layer radially (perpendicular) to grow out and thus fills any free zones between adjacent components.
  • the leveling layer may be exactly radial (with respect to the passageway); but it is also possible to arrange the layer at an angle> 0 and ⁇ 90 ° to the central longitudinal axis of the through-channel, for example by appropriate conical formation of adjacent component surfaces.
  • the leveling layer consists according to one embodiment of high temperature resistant fiber material (fiber mat, fiber paper).
  • fiber mat fiber paper
  • Such fiber materials for example based on ceramic fibers, are highly compressible (often elastic) and have excellent temperature-cycle stability.
  • the fibers may be, for example, alumina fibers.
  • the compensation layer can be used as a prefabricated component and, for example, have a ring shape, wherein the inner diameter may correspond to the diameter of the through-channel. Likewise, however, the compensation layer may also consist of individual segments or be constructed of a plurality of layers arranged one above the other. This intermediate layer may have almost any shape and cross-sectional shape, such as rectangular, wedge-shaped, round, wavy.
  • the thickness of the compensating layer can be up to 25% of the thickness of the component whose elongation is to be absorbed.
  • a relatively thin layer is used, for example, with a thickness of ⁇ 5 mm, in one embodiment ⁇ 2 mm.
  • very thin mats with a thickness of less than one millimeter will be sufficient to achieve the desired effects.
  • the compensation layer may extend from the wall region of the through-channel (radially) to the outside or only over a partial section of corresponding surfaces of adjacent components.
  • the width, radial to the center longitudinal axis of the passageway, should be at least 2 millimeters. Usually it will be in the range of several centimeters.
  • the compensation layer can extend, for example, over 20% of the coverage of the adjacent components, which percentage can also be 50% and more, up to 100%.
  • All components are dimensioned so that, in particular, a common, continuous inner wall for the passage channel results when the slide is in the flow position.
  • the associated refractory material can - if an expansion joint is missing - not expand and it comes, depending on the material, to more or less high voltages that can lead to spalling of the refractory material.
  • the plate is arranged a Ausreteschschich having a ring shape, wherein the inner diameter of the diameter of the passage opening and the outer diameter of the insert, so that in the coverage area of the inserts a 100% filling results with the leveling layer, which consists for example of a 2 millimeters thick ceramic fiber fleece.
  • the insert can not extend downwards, because its sliding surface over the entire surface rests on the sliding surface of the plate.
  • the balancing layer allows the insert to grow "upwards", at least in the area adjacent to the passage opening. This results in a compression of the fiber layer and a virtually complete closure of the distance of the corresponding surfaces of the inserts thermal / mechanical stresses can be avoided in this way.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Sliding Valves (AREA)
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  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Description

  • Schieberverschlußsysteme sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, beispielsweise als Linear- oder Drehschiebersysteme mit zwei, drei oder vier relativ zueinander bewegbaren Teilen. Üblicherweise schließen Hülsen beziehungsweise rohrförmige Bauteile an die Schieberplatten an. Diese können angeflanscht werden. Zum Teil wird eine Hülse auch fest mit einer korrespondierenden Platte vermörtelt. Ebenso bekannt sind gemeinsame Aufnahmen, beispielsweise Metallhülsen, in denen die plattenförmigen und/oder hülsenförmigen/rohrförmigen Elemente gemeinsam konfektioniert werden.
  • Allen Systemen gemeinsam ist, dass innerhalb des Systems ein gemeinsamer Durchflußkanal ausgebildet wird, jedenfalls dann, wenn die einzelnen Bauteile des Schiebersystems sich in einer "Öffnungsposition" für durchzuleitende Metallschmelze befinden.
  • Schiebersysteme der genannten Art dienen der Regelung des Durchflusses einer Metallschmelze. Durch Relativbewegung der einzelnen Bauteile zueinander lassen sich neben einer völligen Absperrung beziehungsweise Öffnung auch Zwischenpositionen (Drosselstellungen) einstellen.
  • Hauptprobleme beim Betrieb sind unter anderem:
    • Die Dichtigkeit des Systems, insbesondere im Bereich der zueinander bewegten Bauteile,
    • Verhinderung einer Luftansaugung,
    • Reduzierung des Verschleißes, insbesondere im Bereich des Durchgangskanals,
    • Verhinderung von Anbackungen im Durchflußkanal.
  • Ein Großteil dieser Probleme resultiert aus Temperaturwechseln, die das System erfährt. Ersichtlich kommt es vor allem im Wandbereich des Durchgangskanals beim Angießen zu starken Temperaturschocks mit dem Ergebnis einer thermischen Dehnung des Feuerfestmaterials.
  • Man hat versucht, durch Auswahl der Werkstoffe der einzelnen Bauteile thermische Spannungsrisse auf ein Minimum zu reduzieren. Man hat ferner versucht, durch eine sehr präzise Geometrie ein "dichtes System" auszubilden. So werden beispielsweise die Gleitflächen von Schieberplatten und/oder Schieberplatten-Einsätzen zum Teil auf ein Hundertstel Millimeter exakt geschliffen.
  • Die EP 0 530 458 A1 beschreibt einen kompressiblen Fugenwerkstoff, der zwischen Formkörpern, wie Hülsen, Platten, Kegeln, Rohren an metallurgischen Schmelzgefäßen eingesetzt werden kann.
  • Ziel der Erfindung ist es, eine weitere Möglichkeit aufzuzeigen, die geschilderten Probleme so gering wie möglich zu halten.
  • Der erfindungsgemäße Vorschlag löst sich von der Überlegung, das System möglichst dicht auszubilden beziehungsweise die einzelnen Bauteile vollflächig und präzise gegeneinander beziehungsweise ineinander zu positionieren. Die Erfindung geht den umgekehrten Weg, nämlich zwischen benachbarten Bauteilen thermische Ausgleichsschichten einzubauen, die Längenänderungen der feuerfesten Bauteile kompensieren können.
  • Mit anderen Worten: Es werden gezielt "mechanische Schwachstellen" in das System eingebaut, und zwar im Bereich unmittelbar benachbart des Durchgangskanals. Diese Maßnahme erscheint zunächst unverständlich, weil der Wandbereich des Durchgangskanals so faktisch "nach außen geöffnet" wird und damit Angriffsflächen (Kanten) für die Metallschmelze gebildet werden, was grundsätzlich ebenso unerwünscht ist wie ein Ansaugen von Fremdluft.
  • Es wurde jedoch festgestellt, dass sich die entsprechenden "Dehnungsfugen" so ausbilden lassen, dass sie sich sehr schnell bei thermischer Belastung schließen (durch eine Längenänderung der benachbarten feuerfesten Teile) und zwar derart, dass korrespondierende Flächenabschnitte benachbarter Teile anschließend mehr oder weniger "knirsch" aufeinander liegen und zwischen benachbarten Teilen damit mechanische Spannungen und letztendlich Abplatzungen oder dergleichen vermieden werden.
  • Es wird in Kauf genommen, anfänglich (beim Anfahren des Systems) eine Unterbrechung im Wandverlauf des Durchgangskanals zu haben. Diese Unterbrechung schließt sich jedoch im weiteren Verlauf des Gießvorgangs quasi selbständig, so dass dann ein durchgehender Wandbereich ausgebildet wird. Gleichzeitig werden Spannungsrisse vermieden, da die entsprechenden Feuerfestteile sich nicht wechselseitig mechanisch beeinträchtigen.
  • In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung danach eine Schieberplatte eines Schieberverschlußsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Eine Schieberplatte stellt eine "Baugruppe eines Schieberverschlußsystems" dar und umfasst beispielsweise zwei korrespondierende, in der Funktionsposition übereinander liegende Bauteile.
  • Dies können zum Beispiel zwei Elemente/Platten sein, die (zum Beispiel in einer gemeinsamen Kassette) zu einer Schieberplatte konfektioniert sind.
  • Ebenso kann es sich um eine Schieberplatte handeln, die mit einem Einsatz ausgebildet ist, der zum Beispiel aus einem verschleißfesten, feuerfesten Werkstoff besteht.
  • Die Funktionsfähigkeit des Systems bedingt, dass zwischen den korrespondierenden Oberflächen von Bauteilen, die relativ zueinander bewegt werden, keine Zwischenschicht im Sinne der Erfindung angebracht wird.
  • Diese Gleitflächen müssen und sollen weiterhin vollflächig aufeinander liegen, um die notwendige Dichtheit sicherzustellen.
  • Die Durchgangsöffnungen können einen Kreisquerschnitt aufweisen. Ebenso sind aber auch ellipsenförmige oder andere Querschnittsformen der Durchgangsöffnung möglich.
  • Die Ausgleichsschicht kann sich unmittelbar an den Durchgangskanal anschließen, sie kann aber auch geringfügig, beispielsweise einige Millimeter, zurückversetzt beginnen.
  • Erfindungsgemäß soll die Ausgleichsschicht - wie beschrieben - beim Erhitzen des Feuerfestmaterials, quasi "zusammengequetscht" werden. Es ist dabei möglich, dass bei einem Druck parallel zur Strömungsrichtung der Metallschmelze die Ausgleichsschicht radial (senkrecht) dazu auswächst und somit etwaige Freizonen zwischen benachbarten Bauteilen füllt.
  • Die Ausgleichsschicht kann exakt radial (in Bezug auf den Durchgangskanal) verlaufen; es ist aber auch möglich, die Schicht unter einem Winkel > 0 und < 90° zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals anzuordnen, beispielsweise durch entsprechende kegelartige Ausbildung benachbarter Bauteil-Oberflächen.
  • Die Ausgleichsschicht besteht nach einer Ausführungsform aus hochtemperaturbeständigem Fasermaterial (Fasermatte, Faserpapier). Solche Faserwerkstoffe, beispielsweise auf Basis keramischer Fasern, sind hoch kompressibel (oft elastisch) und besitzen eine ausgezeichnete Temperatur-Wechselbeständigkeit. Die Fasern können beispielsweise Aluminiumoxyd-Fasern sein.
  • Die Ausgleichsschicht kann als vorkonfektioniertes Bauteil eingesetzt werden und beispielsweise eine Ringform aufweisen, wobei der innere Durchmesser dem Durchmesser des Durchgangskanals entsprechen kann. Ebenso kann die Ausgleichsschicht aber auch aus einzelnen Segmenten bestehen oder aus mehreren, übereinander angeordneten Schichten aufgebaut werden. Diese Zwischenschicht kann eine nahezu beliebige Form und Querschnittsausbildung haben, beispielsweise rechteckig, keilförmig, rund, wellig.
  • Die Dicke der Ausgleichsschicht, parallel zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals betrachtet, kann bis zu 25% der Dicke des Bauteils betragen, dessen Dehnung aufgefangen werden soll. Üblicherweise wird eine relativ dünne Schicht eingesetzt, beispielsweise mit einer Dicke < 5 Millimeter, nach einer Ausführungsform < 2 Millimeter. Häufig werden sehr dünne Matten mit einer Dicke unter einem Millimeter ausreichen, die gewünschten Effekte zu erzielen.
  • Die Ausgleichsschicht kann sich vom Wandbereich des Durchgangskanals (radial) bis nach außen erstrecken oder nur über einen Teilabschnitt korrespondierender Flächen benachbarter Bauteile.
  • Die Breite, radial zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals, sollte mindestens 2 Millimeter betragen. Üblicherweise wird sie im Bereich mehrerer Zentimeter liegen.
  • Insgesamt ergibt sich daraus, dass sich die Ausgleichsschicht zum Beispiel über 20% des Überdeckungsbereiches der benachbarten Bauteile erstrecken kann, wobei dieser Prozentsatz auch 50% und mehr, bis hin zu 100% betragen kann.
  • Alle Bauteile sind so dimensioniert, dass sich insbesondere eine gemeinsame, durchgehende Innenwand für den Durchgangskanal ergibt, wenn der Schieber in der Durchflussstellung steht.
  • Beim Angießen des Systems, also dann, wenn die Metallschmelze hindurchgeführt wird, kommt es zu einer starken Temperaturerhöhung im Wandbereich des Durchgangskanals. Das zugehörige Feuerfestmaterial kann sich - falls eine Dehnfuge fehlt - nicht ausdehnen und es kommt, je nach Werkstoff, zu mehr oder weniger großen Spannungen, die bis zum Abplatzen des Feuerfestmaterials führen können.
  • Um dies zu vermeiden, ist in dem Bereich zwischen Einsätzen, der Platte eine Ausgleichsschich angeordnet, die eine Ringform hat, wobei der Innendurchmesser dem Durchmesser der Durchgangsöffnung entspricht und der Außendurchmesser dem des Einsatzes, so dass sich im Überdeckungsbereich der Einsätze eine 100%ige Füllung mit der Ausgleichsschicht ergibt, die beispielsweise aus einem 2 Millimeter dicken keramischen Faservlies besteht.
  • Kommt es beim Angießen des Systems zu einer Wärmedehnung des Feuerfestmaterials, so kann sich der Einsatz nicht nach unten ausdehnen, weil seine Gleitfläche vollflächig auf der Gleitfläche der Platte aufliegt. Die Ausgleichsschich ermöglicht es aber, dass der Einsatz "nach oben" auswächst, jedenfalls im Bereich benachbart der Durchgangsöffnung. Dabei kommt es zu einer Komprimierung der Faserschicht und einem faktisch vollständigen Verschluss des Abstandes der korrespondierenden Flächen der Einsätze Thermische/mechanische Spannungen lassen sich auf diese Weise vermeiden.
  • Allein die geschilderte Maßnahme hat in Vorversuchen zu einer 50%igen Erhöhung der Plattenhaltbarkeit geführt.
  • Es genügt in der Regel, die Ausgleichsschicht nur unmittelbar benachbart der Durchgangsöffnung vorzusehen, weil dort die größte Temperaturbelastung beim Guß auftritt und damit hier die größte thermische Dehnung stattfindet.

Claims (13)

  1. Schieberplatte eines Schieberverschlusssystems, mit folgenden Merkmalen:
    1.1 die Schieberplatte umfasst mindestens zwei feuerfeste keramische Bauteile
    1.2 jedes der beiden Bauteile weist eine Durchgangsöffnung auf,
    1.3 die beiden Bauteile der Schieberplatte sind so angeordnet, dass ihre Durchgangsöffnungen einen gemeinsamen Durchgangskanal bilden,
    1.4 zumindest in einem, an den Durchgangskanal radial anschließenden Bereich ist zwischen den beiden Bauteilen eine komprimierbare Ausgleichsschicht angeordnet.
  2. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Durchgangsöffnungen einen Kreisquerschnitt aufweisen.
  3. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht unmittelbar an den Durchgangskanal anschließt.
  4. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht eine Ringform aufweist.
  5. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht senkrecht zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals verläuft.
  6. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht aus einem hochtemperaturbeständigen Fasermaterial besteht.
  7. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht eine Dicke, parallel zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals bis zu 25% der Dicke eines benachbarten Bauteils aufweist.
  8. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht eine Dicke, parallel zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals, zwischen 0,2 und 10 % der Dicke eines benachbarten Bauteils aufweist.
  9. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht eine Breite, radial zur Mittenlängsachse des Durchgangskanals von mindestens 2mm aufweist.
  10. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht sich über mindestens 20 % des Überdeckungsbereichs der beiden benachbarten Bauteile erstreckt.
  11. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht sich über mindestens 50 % des Überdeckungsbereichs der beiden benachbarten Bauteile erstreckt.
  12. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Ausgleichsschicht mehrteilig ist
  13. Schieberplatte nach Anspruch 1, bei der die Durchgangsöffuungen benachbarter, eine Ausgleichsschicht zwischen sich aufnehmender Bauteile fluchten.
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