SE454800B - Tetningsanordning vid en skjuttillslutning samt anvendandet av tva tillslutningskroppar for bildande av en tetningsanordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 454 800 _ 2 hart och tätt material med dålig värmeledningsförmåga. Däremot har det visserligen visat sig att även vid låg vätning det alltid finns en viss adhesion mellan plattmaterialet och smältan och vid manövrering av tillslutningen kan ett “indrag- ande“ av små smältmängder mellan plattglidytorna inte und- vikas. Vidare är en god värmeledningsförmàga hos den ortsfasta plattan visserligen ett lämpligt medel (i förbindelse med andra åtgärder), för att i området av genomflödesöppningen förhindra stelnandet av smältan resp. att garantera det spon- tana utflytandet vid öppnandet av tillslutningen. Ändå måste pa ett avstand fran den sagda öppningen temperaturen på platt- glidytan nödvändigtvis vara lägre än smältans stelnings- temperatur, annars skulle tillslutningens täthet åventyras.

Den uppgift som skall lösas med uppfinningen består i att vid en skjuttillslutning under ett stort antal skjut- rörelser garantera tätheten längs glidytorna och därigenom möjliggöra förlängda driftsperioder utan växling av tillslut- ningskropparna. I detta sammanhang bör nämnas att under vissa driftsbetingelser, speciellt vid gjutning av lättmetall- smälter, är förslitningen vid tillslutningsplattornas genom- flödesöppningar liten. I sådana fall är i praktiken till- stàndet hos de på varandra glidande tätningsytorna bestämmande för plattornas användningslängd.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen medelst en tätningsanordning som är bildad pà det sätt som anges i kravet 1.

Genom att uppfinningen under flera tusen till över 10 000 slidmanövreringar med samma tillslutningskroppar garan- terar en tät tillslutning, öppnas nya användningsområden för skjuttillslutningen. Sa möjliggöres t.ex. en kontinuerlig drift vid smält-, varmhállnings- eller gjutugnar under stående smälta och användandet vid fortsatt gjutning av avskilda, avmätta smältmängder vid formgjutning.

I samband med uppfinningen skall pàminnas om att tätningen längs tillslutningskroppens glidytor, utgående fràn den stillastående genomflödesöppningen, måste garanteras 10 15 20 25 30 35 40 3 454 800 såväl allsidigt mot glidytans kant som även - i tillslut- ningsläget för den rörliga tillslutningskroppen - mot dess genomflödesöppníng, alltså i rörelseriktningen eller i riktning av "tillslutningsspåren". Med avseende på det ovan på andra plats nämnda kravet är det något över- raskande, då enligt uppfinningen genom förslitningen bildade fördjupningar eller "spår" medtages i tätnings- anordningen. Ett avsett utnyttjande av slitning och nöt- ning strider också fullkomligt mot den vanliga före- ställningen av "smörjning", som just är inriktad på und- vikande av förslitning och sänkning av friktionen (detta utesluter naturligtvis inte att slitbara material även kan ha gynnsamma glidegenskaper, vilka på den totala glidytan resulterar i låg friktion).

Som avgörande för en varaktig täthet vid fortsatt manövrering av tillslutningen urskiljes enligt uppfinningen uppträdandet av slitrester i blandning med metallpartiklar.

Visserligen kan inte allmänt och sammanfattande anges vilka konkreta materialpar som leder till målet, men detta kan - tack vare uppfinningen, från fall till fall med relativt enkla försök utrönas.

Man kan huvudsakligen föreställa sig funktionssättet hos den nämnda blandningen så att närvaron av slippartiklar förhindrar uppbyggnaden av sammanhängande metallkroppar mellan glidytorna, vilka vid stelnande som "metalltungor" eller "plåtar" skulle leda till snabb förstöring av till- slutningskropparna. Blandningen uppvisar en mycket liten hållfasthet men det finns ändå en viss sammanhållning med partiklarna, varigenom en "ursköljning" förhindras och de spårformiga fördjupningarna förblir konstant fyllda av blandningen. För övrigt är tätningsverkan tydligen inte beroende av om metallpartiklarna förblir smältflytande i blandningen eller (tillfälligt) stelnar. Först då efter en serie manövreringar t.ex. smältkärlet töms och tempera- turen vid tillslutningsglídytorna sjunker avsevärt under smältans stelningstemperatur, kan senare, efter förnyad påfyllning av smälta, tillslutningen åter problemfritt vidaredrivas.

Uppfinningen är i lika grad användbar vid linjära skjuttillslutningar som vid vrid- och svängtillslutningar. 10 15 120 25 30 45&_8ÛÛ 4 Vridrörelsen kan därvid vara av växlande riktning (analogt linjärtillslutningen) eller alltid i samma riktning. Mon- teringen av tillslutningen vid ugnen eller smältkärlet kan vidare ske med horisontellt, lutande eller vertikalt läge hos glidytorna.

Här nedan beskrives_olika utföringsexempel av uppfin- ningen närmare i samband med ritningen. Där visar fiig, 1 väsentliga delar hos en vid ett smältkärl monterad linjär- -skjuttillslutning i längdsnitt, fig, 2 en vy av glidytan hos den stillastående tillslutningsplattan (delvis bortbruten) hos tillslutningen enligt fig. 1, fig, 3 en motsvarande vy av den stillastående tillslutningsplattan hos en vridekjuttillslut- ning, §¿g¿_g ett snitt längs linjen IV-IV i fig. 2 genom ett parti av den stillastående och den rörliga tillslutnings- plattan i kraftig förstoring, fig, 5 ett mikroskopiskt slip- bildsfotografi av hlandningen av slit- och metallpartiklar i snitt längs linjen V-V i fig. 3, dvs. vinkelrätt mot rörelse- riktningen (förstoring ca. 150 gånger linjärt), och Lig¿_§ ett liknande slipbildsfotografi i snitt längs linjen VI-VI i fig. 3, dvs. i rörelseriktningen (förstoring ca. 165 gånger linjärt). ' vid utföringsexemplet enlig: fig. 1 är enbart de bada tillslutningskropparna - här i form av tva plana plattor 12 och 14 - ritade med heldragna linjer, medan ytterligare delar hos skjuttillslutningen 10 liksom delar hos smält- kärlet, vid vilket tillslutningen 10 är monterad, enbart är streckpunkterat antydda. Smältkärlet 1 innehåller en metallsmälta 3, exempelvis en aluminiumsmälta, och upp- visar en gjutöppning 2, vilken leder till skjuttillslut- ningen 10. Tillslutningens ortsfasta bottenplatta 12 är fasthallen i en vid smältkärlet 1 fastsatt grundplatta 16 och uppvisar en kärlöppningen 2 fortsättande genomflödes- öppning 13. Med bottenplattan 12 eller med dess glidyta 9 star den rörliga slidplattan 14 hos tillslutningen i glid- '<2 10 15 20 25 30 35 40 454 800 kontakt, dvs. slidplattan är tillsammans med den denna upp- tagande sliden 18 förskjutbar fram- och åter i pilens P riktning längs glidytan 9. Slidplattans genomflödesöppning 15 förs därvid på känt sätt antingen med bottenplattans 12 genomflödesöppning 13 till övertäckning (tillslutningens öppningsläge) eller, såsom visat, förskjutet mot.detta (tillslutningsläge). Vid genomflödesöppningen 15 kan på känt sätt en i sliden 18 insatt gjuthylsa 17 ansluta.

Det är inte nödvändigt att i detalj visa den vidare uppbyggnaden av tillslutningen enligt fig. 1, eftersom denna inte är erforderlig för förståelse av uppfinningen. Enbart för fullständighets skull hänvisas till schweiziska patent- ansökningen 3255/81-5 eller tyska patentansökningen P 32 08 101.4, schweiziska patentskriften 523 730 och tyska patentskriften 19 51 447 som exempel för linjärskjut- tillslutningar och till den europeiska offentliggjorde patentansökningen 0 040 692 eller tyska Offenlegungsschrift 30 13 975 som exempel för vridskjuttillslutningar. Det bör ändå betonas att tätningsanordningen enligt uppfinningai inte enbart kan användas vid plattformíga tíllslutnings- kroppar med plan glidyta såsom t.ex. enligt fig. 1, utan i princip också vid tillslutningskroppar av annan utform- ning med t.ex. cylindrisk, konformig eller sfärisk tätnings- yta.

Tillslutningens 10 täthet ges vid dess idrifttagande på känt sätt genom att glidytorna hos båda plattorna 12, 14 är noggrant plana och att plattorna är varaktigt ihopspända vinkelrätt mot glidytorna. För att ändå garantera tätheten inte enbart för några få manövreringar utan enligt upp- finningen även vid fortsatt drift med tusentals manövre- ringar är den ena tillslutningskroppen, i föreliggande fall den stillastående bottenplattan 12, åtminstone längs sin glidyta 9 framställd av ett slitbart material, medan den andra tillslutningskroppen, här den förskjutbara plattan 14, består av slitfast material. Materialets slit- barhet visar sig i slítningsresultaten vid plattans 12 glidyta 9, vilka visas närmare i fig. 2 och 4 och för- klaras här nedan.

Då tillslutningen med nya plattor 12, 14 och under fyllning med smälta 3 enligt fíg. 1 fortsatt manövreras, 1454 son 10 15 220 25 30 35 40 6 dvs. slidplattan förskjutes fram- och åter i förhållande till bottenplattan i pilriktningen P, uppstår mycket snart vid glidytan 9 hos den slitbara plattan 12 en "förslitnings- bild", såsom framgår av fíg. 2. Det bildas i ett ytområde, som sträcker sig från genomflödesborrningen 13 utåt med ungefär slaglängden åt båda sidor (borrningen 15 i-stängnügs- läget är antydd i fig. 2), mer eller mindre slumpartat anord- nade och formade spàrformiga fördjupningar 19, vilka huvud- sakligen förlöper i slidriktningen. Bredden på det nämnda ytområdet motsvarar ungefär diametern på borrningen 13 (även då denna t.ex. är större än den hos borrningen 15), och den kan även enligt fíg. 2 sträcka sig något ut över 2 denna diameter._Fig. 4 visar i kraftig förstoring denna typiska förslitningsbild i tvärsnitt. Såsom framgår av figu- ren är de nämnda fördjupníngarna eller "förslitningsspåren" 19 ändå inte tomma, utan är från början fyllda med en mate- rialblandning 20, som uppstår vid tíllslutningsmanövre- ringen mellan plattorna 12 och 14 och inlagras i fördjup- ningarna 19. Det handlar om en blandning av slitpartiklar från den slitbara plattan 12 och små partiklar exempelvis droppar av smältan 3, vilka vid skjutrörelsen indrages mellan plattorna. Såsom framgår av fig. 4 förblir därvid såsom förväntat glidytan hos den slitfasta plattan 14 prak- tiskt taget plan eller utan förslitning.

De ovan beskrivna resultaten och förloppen har till följd att tillslutningen under ett mycket stort antal manövre- ringar förblir driftsmässig och säkert tät. Det bildas allt- så vid början av driften, genom manövrering av tillslut- ningen under fyllnad med smälta på det beskrivna sättet en tätningsanordning mellan tillslutningskropparna 12 och 14. Det har visat sig att förslitningen eller djupet på spåren 19 inte ständigt tilltar, utan eventuellt efter några hundra manövreringar praktiskt taget förblir konstant. Det iakttagna spàrdjupet går från några tiondels millmæter till över en millimeter. Även med det omvända anordnandet av tillslutnings- kropparna - slitfast kropp stillastående och slitbar kropp förskjutbar - är bildandet av den beskrivna tätningsanord- ningen på liknande sätt principiellt möjligt. Detta kan visserligen i andra avseenden ha vissa nackdelar, t.ex. då bi' 10 15 20 25 30 35 40 454 800 den slitbara glidytan långvarigt står i beröring med den stående smältan 3.

Det är förvånande att den beskrivna "förslitnings- bilden" med inlagrad materialblandning vid den slitbara glidytan enbart uppträder i det nämnda, i fig. 2 visade ytområdet, och inte i de omgivande områdena av glidytan 9. Detta betyder (såsom också sammansättningen av bland- ningen 20 visar), att förloppet är bundet till förekomsten av smälta. Det är att anta att vid relativförskjutningen hos tillslutningskropparna små smältmängder dras in mellan glidytorna och sedan, eventuellt efter deras stelnande, framkallar förslitningen. Fenomenet kunde íakttagas även med sådana material som i sig enbart föga vätes av smältan (t.ex. olika grafitsorter). Fastän förloppen i det inre av "förslitningsspåren" 19 inte är tillgängliga för direkt iakttagelse antages att den lokala sammansättningen av blandningen 20 vid fortsatt manövrering av tillslutningen ständigt förändras. Visserligen uppvisar blandningens partiklar, åtminstone i avkylt tillstånd, en viss samman- hållning. Då tillslutningen efter längre drift stoppas och tillslutningsplattorna tas bort från varandra, så förblir blandningen lämpligen lätt vidhäftande vid ytan hos den slitfasta plattan 14.

Naturligtvis är det inte nödvändigt att den ena till- slutningskroppen genomgående består av slitbart material, utan det räcker om denna egenskap åtminstone finns vid dess glidyta. Den aktuella tillslutningskroppen eller tillslut- ningsplattan 12 kan t.ex. i tjocklek vara sammansatt av två eller flera skikt av olika material. På detta sätt kan till- slutningskroppar framställas, vilka förutom den erforderliga slitbarheten vid glidytan uppvisar bestämda fördelaktiga kombinationer av materialegenskaper, exempelvis med avseende på värmeledningsförmåga, böjstyvhet, hårdhet, osv.

Pig. 3 visar i motsats till fig. 2 vyn av den slitbara glidytan på den stillastående tillslutningsplattan 22 hos en vridskjuttillslutning. Dess excentriskt anordnade genom- flödesöppning är betecknad med 23 och genomflödesöppningens läge hos den (icke visade) rörliga, slitfasta tillslutnings- plattan i dess stängningsläge är antydd streckpunkterad vid 25. Efter fortsatt manövrering av denna tillslutning genom 10 15 20 25 _30 35 40 454 800 8 vridning av den rörliga tillslutningsplattan i pílens R riktning alstras den i fig. 3 visade "förslitningsbilden", dvs. det uppstår huvudsakligen cirkelformiga, koncentriska, spårformiga fördjupningar 19' i tillslutningsplattans 22 slitbara glidyta. Om däremot vridtillslutningen, vilket också är känt, öppnas och stängs genom delvridningar med växlande vridriktning så skulle fördjupningarna 19' bara sträcka sig över en motsvarande cirkelbåge av begränsad längd. För övrigt gäller de ovanstående utförandena enligt fig. 1, 2 och 4 för bildandet och egenskaperna hos tätnings- ' anordningen och speciellt den i förslitningsspåren ínlagrade materialblandningen på samma sätt även för utförings- exemplet enligt fig. 3.

De mikroskopiska förslitningsbilderna enligt fig. 5 och 6 ger en föreställning av strukturen hos den en bestånds- del av tätningsanordningen bildande blandningen 20 (fig. 4).

Efter det att vid en vridtillslutning enligt exemplet enligt fig. 3 tätningsanordningen bildats på det beskrivna sättet och tillslutningen varit i drift under längre tid, skulle tillslutningen stoppas och demonteras. Vid átskiljandet av den vridbara från den stillastående tillslutningsplattan skulle större delen av den i fördjupningarna 19' ínlagrade blandningen häfta vid glídytan på den vridbara plattan.

Denna glidyta hos den vridbara plattan bildar undre kanten i fig. 5 och 6 och är där betecknad med 14'. Ytan 14' med blandningen övergjöts sedan med ett härdande gjutharts (G i fig. 5 och 6), och efter härdníng av detta skars preparatet dels längs linjen V-V och dels längs linjen VI-VI i fig. 3, alltså ena gången tvärs mot rörelserikt- ningen och i det andra fallet tangentiellt med ett bestämt förslitningsspår 19', dvs. vid det aktuella berörings- stället för sníttlinjen i manövreríngsrörelseriktningen.

Vid de aktuella ställena upptogs sedan slipbilderna enligt fig. 5 och fig. 6. I båda bilderna är de ínlagrade metall- partiklarna M synliga som ljusa, praktiskt taget vita fläckar. De med metallpartiklar blandade slitpartiklarna A framträder grå. De mer eller mindre stora dunkla till svarta fläckarna H är däremot att tyda som hålrum i blandningen eller som ojämnheter i slipplanet, vilka uppstod vid fram- ställningen av preparatet. 'ü p.

I! 10 15 20 25 30 35 40 454 800 Av fig. 6 framgår i jämförelse med fig. 5 tydligt rörelseriktningen vid tillslutningsmanövreringen. Båda figurerna visar en tämligen oregelbunden blandning, varvid det ändå är väsentligt, att inga större "metallklumpar" bildas, utan att metalldelarna alltid är åtskilda genom mellanlagrade slítdelar. Här nedan anges som exempel några konkreta material eller materialpar för tillslutnings- kroppar, såsom de som med fördel användes vid framställ- ningen av den beskrivna tätningsanordningen. Det inses att dessa angivelser inte kan vara fullständiga. Urvalet mäste från fall till fall göras bland material, vilka i för- hållande till den aktuella smältan vid den givna tempera- turen är tillräckligt beständiga. Den avgörande synpunkten för lämpligheten är då om vid urvalsförsöken i närvaro av smälta de beskrivna slitresultaten och blandningen kan er- hållas, vilket då möjliggör bildandet av tätningsanordningen och därmed den utmärkta varaktiga driften för tillslut- ningen, Hittillsvarande konstateranden och försök bekräftar att som slitbara material är framförallt grafit eller mate- ríalblandningar med hög grafitandel eller andra material med liknande, karakteristisk "skivstruktur" lämpliga.

Exempel 1: En tillslutningsplatta av elektrografit (99% grafitinnehåll, 18 vol.-% öppen porositet) användes som slitbar, stillastående platta i förbindelse med en slit- fast slidplatta av zirkonoxid (95% Zr02) i en vid en gjut- ränna fastmonterad linjärskjuttillslutning. Genom fortsatt manövrering av tillslutningen gjöts avmätta mängder av en aluminiumgjutlegering (G-AlSi9Mg enligt DIN 1725, med 9% Si och 0,3% Mg) vid en temperatur av ungefär 750°C.

Därvid bildades på det beskrivna sättet tätningsanordningen.

Efter ungefär 3000 manövreringsslag utan störning och vid problemfri täthet hos tillslutningen avbröts gjutdriften, och tillslutningsplattorna urmonterades för att undersöka tätningsanordningen. Därvid visade sig att plattorna utan risk varit användbara vidare.

Exempel 2: En vridskjuttillslutning försågs med en slitbar, stillastående tillslutningsplatta av varmpressad bornitrid BN med hexagonal gitterstruktur och en vridbar platta av Zr02 (samma material som exempel 1). I en försöks- anordning gjöts en ren aluminiumsmälta (99,5% A1) 10' 15 20 ZS 30 454 som 10 vid 750°C vid fortsatt öppnande och stängande av till- slutningen. Efter 965 störningsfria manövreringar (vrid- ningar), under vilkas förlopp den beskrivna tätningsanord- ningen erhölls, avbröts försöket.

Exempel 3: Samma tillslutníng som enligt exempel Z monterades under samma försöksanordníng och med samma smälta, men med en annan plattbestyckning i ett långvarigt försök. I detta fall kombinerades en stillastående platta av kol med hög grafitandel (över 92% elektrografít) med en slitfast vridbar platta av material med hög aluminium- halt (90% Al2O3, 8% SiO2). Försöksserien omfattade inte mindre än 10550 manövreringar, dvs. gjutningar med kortare och längre avbrott och därmed förbunden avkylning av till- slutningsplattorna. Den anslutande undersökningen visade att plattorna eller tätningsanordníngen varit ytterligare funktionsduglig.

Exempel 4: En vrídskjuttillslutning monterades som av- tappningstillslutning vid en smält- och varmhàllningsugn för rent aluminium (ca. 750°C). Tillslutningen var försedd med en stillastående platta av elektrografit (99% grafit, 14 vol.-% öppen porosítetL och en vridbar platta av alu- miniumtitanat.Al2TiO5 och driften utmärktes av ofta före- kommande avtappningar av relativt små smältmängder. Så upp- nàddes under ungefär tre och en halv dag ungefär 800 till- slutningsmanövreringar vid fullständig täthet. Den efter- följande undersökningen gav att plattorna eller deras tät- ningsanordning varit ytterligare dríftsduglig. Med till- slutningsplattor av samma material uppnàddes i en vid en I försöksanordning monterad vridskjuttillslutning till och med ungefär 6400 manövreringar utan störning. i .1 :I III

Claims (7)

fJ 10 15 20 25 30 1, 454 800 Beisnikrax

1. Skjuttillslutníng lättmetallsmältor, med två företrädesvis plattformiga t e c k n a d av att den för gjutning av metall-, speciellt tätande mot varandra förekjutbara, tillslutningskroppar, k ä n n e - ena tillalutningskroppen (14, 14') är slitfast ech den andra tillslutningskroppen (12, 22) at- minstone vid sin glidyta (9) är förhållandevis slitbar på så sätt, att mellan tillslutningskropparna (12, 22; 14, 14') vid glidkontaktrörelse mellan tillslutningskropparna (12, 22; 14, 14') och vid tillförsel med metallsmältan det bildas en täten- de mängd (20) av slitpartiklar (A) och metallpertiklar (M).

2. Skjuttillslutning n a d enligt krav 1, k ä n n e t e c k - av att den slitbara tillslutningakroppen (12, 22) är fast och den slitfesta tillslutningskreppen (14) är förskjut- bar.

3. Skjuttillslutning t e c k n e d av att den enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - slitbara tillslutningekroppen (12, 22) övervägande beatàr av grafit.

4. Skjuttillslutning- t e c k n a d av ett den enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - siiabare'tillsiueningsxroppen (12, 22) övervägande består av bornitrid med hexagonal gitterstruk- tur.

5. Skjuttillslutning t e c k n a d av att den 14') har hög eluminiumhalt.

6. Skjuttillslutning t e c k n a d 14') övervägande består av

7. Skjuttillelutning t e c k n a d av att den av att den l4') övervägande består av enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - slitíaste tillslutningakroppen (14, enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - slitfaeta tillslutningskroppen (14, zirkonoxid. enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - alítfasta tillslutningskroppen (14, aluminiumtitanat.