Gefäß für metallurgische Zwecke
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Gefäß für metallurgische Zwecke zum Transport von schmelzflüssigem Metall, insbesondere Stahl, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In der DE 20 100 839 U1 ist ein Gefäß für metallurgische Zwecke zum Transport von schmelzflüssigem Metall mit einem eine hitzebeständige Auskleidung aufnehmenden Gefäßmantel offenbart.
An der Außenseite dieses Gefäßmantels sind zwei Tragzapfen gegenüberliegend angeordnet und je mittels eines Zapfenschildes abgestützt. Aus statischen Gründen ist der Mantel im Höhenbereich der Zapfenschilde mit Versteifungsringen versehen und mit diesen verbunden.
Zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Gefäßes soll das Füllvolumen unter Beibehaltung des vom Gehängeabstand bestimmten und damit einzuhaltenden Lichtraummaß für die Abstände der Tragzapfen erhöht werden.
Dazu wird vorgeschlagen, den Gefäßmantel im oberen Bereich zumindest im Wesentlichen zylindrisch und im unteren Bereich zumindest im Wesentlichen konisch verjüngt auszubilden und die Zapfenschilde in den Gefäßmantel zu integrieren.
Aus der DE 201 00 838 U1 ist ein ebenfalls mit Versteifungsringen versehenes metallurgisches Gefäß bekannt, welches einen im Querschnitt kreisförmigen bzw. ovalen Gefäßmantel aufweist, wobei zur Erhöhung des Füllvolumens die Zapfenschilde in den Gefäßmantel integriert sind.
Beide vorgeschlagenen Lösungen zur Steigerung des Füllvolumens haben den Nachteil, dass unter Beibehaltung des vorgegebenen Lichtraummaßes für die Tragzapfen des Gefäßes das Füllvolumen nicht weiter gesteigert werden kann und dass die Herstellung der Befestigung der Zapfenschilde mit den Versteifungsringen am Metallmantel durch die erforderlichen langen Schweißnähte und den Aufwand für das Nachrichten sehr kostenträchtig ist.
In der DE 100 50 835 C1 ist ein weiteres Gefäß für metallurgische Zwecke offenbart, mit dem Ziel, die Konstruktion des Zapfenschildes zu vereinfachen und damit die Herstellungskosten im Vergleich zu den bekannten Konstruktionen zu senken.
Dieses Gefäß zum Transport von schmelzflüssigem Metall, besteht aus einem eine hitzebeständige Auskleidung aufnehmenden Gefäßboden und einem damit verbundenen Gefäßmantel.
In dem vom Gehängeabstand bestimmten vorgegebenen Lichtraummaß ist ein Tragwerk, bestehend aus zwei einander gegenüberliegenden mit dem Gefäßmantel verbundenen Zapfenschilden angeordnet, die je einen Tragzapfen und eine Hakenschlaufe zur Aufnahme des Gehänges aufweisen.
Der in Längsrichtung konisch sich nach oben öffnende Gefäßmantel ist unter Beibehaltung der vorgegeben Lichtraummaße im Querschnitt semioval ausgebildet, wobei das Zapfenschild im Gefäßmantel integriert ist.
Semiovaler Gefäßquerschnitt bedeutet, dass der Behälter aus zwei in Bezug auf die x- und y- Achse symmetrischen einander gegenüberliegenden und voneinander beabstandeten konvex gekrümmten Schalenhälften besteht, die unter Zwischenschaltung von Verbindungselementen miteinander verbunden sind, wobei der Radius der Schalenhälften höchstens dem in Bezug au die y-Achse hälftigen Lichtraummaß zwischen dem Gehänge entspricht.
Die Mittelpunkte der halbkreisförmigen Schalenhälften sind demzufolge nicht deckungsgleich sondern liegen parallel versetzt auf der "langen" (x-)Achse des semiovalen Behälters. Die Ovalität des Behälters wird somit über den Abstand der Schalenhälften bzw. über die Breite des Verbindungselementes in der "langen" Achse des Ovals bestimmt. Die maximal zulässige Länge der "langen" Achse des Ovals wird durch die Größe der am Boden befindlichen Absetzvorrichtungen für den Behälter bestimmt.
Nachteil dieser Ausführung ist, dass einerseits das unter Berücksichtigung des vorgegebenen Lichtraummaßes - in Bezug auf die maximale Länge und Breite des Gefäßes - zu erreichende Füllvolumen des Gefäßes nicht optimal nutzbar und andererseits die Steifigkeit des Gefäßes quer zur "langen" Achse des Ovals unzureichend ist.
Zur Kompensation dieses Steifigkeitsverlustes müsste die Wanddicke der Schalenhälften deutlich angehoben werden, was aber unter Berücksichtigung der zulässigen Kranlasten zu einer Reduzierung der Füllmenge des Gefäßes führen würde.
Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik soll die Aufgabe der Erfindung darin bestehen, ein Gefäß für metallurgische Zwecke zum Transport von schmelzflüssigem Metall anzugeben, bei dem unter Berücksichtigung der einzuhaltenden Lichtraummaße für Länge und Breite des Gefäßes das Füllvolumen weiter gesteigert und eine ausreichende Steifigkeit des Gefäßes gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird ein Gefäß verwendet, bei dem der Gefäßmantel aus zwei in Bezug auf die x- und y-Achse symmetrischen einander gegenüberliegenden und voneinander beabstandeten konvex gekrümmten Schalenelementen besteht, wobei die Schalenelemente einen Krümmungsradius aufweisen, der größer ist als es dem in Bezug auf die y-Achse hälftigem Lichtraummaß zwischen dem Gehänge entspricht.
In einer ersten Ausführungsform liegen die Mittelpunkte auf der x-Achse der Schalenelemente des Gefäßes unter Einhaltung des Lichtraummaßes für Behälterbreite und -länge deutlich enger zusammen als bei der bekannten semiovalen Ausführungsform. Der vergrößerte Radius bei gleichzeitig näher zusammen liegenden Mittelpunkten der Schalenelemente, vergrößert einerseits das Füllvolumen des Gefäßes im Vergleich zum ovalen oder semiovalen Behälter, andererseits wird dabei die Steifigkeit quer zur "langen" (x-)Achse des Gefäßes deutlich erhöht.
In einer weiteren verbesserten Ausführungsform weisen die Schalenelemente einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der x-Achse des Gefäßes auf. Die Form des Gefäßes entspricht damit im Querschnitt einem Kreis, der in zwei gegenüberliegenden Bereichen sekantiert wurde. Diese Sekanten bilden dabei vorteilhaft die Aufnahmebereiche für die Tragzapfen.
Diese erfindungsgemäße Gefäßform hat den Vorteil, dass das Füllvolumen weiter gesteigert und gleichzeitig die Steifigkeit im Vergleich zu bekannten Behältern deutlich verbessert ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Verbindungselemente mindestens im Bereich der Tragzapfen eine größere Wanddicke als die Schalenelemente auf.
Aufgrund der größeren Steifigkeit des erfindungsgemäß sekantierten aber im Wesentlichen kreisförmigen Behälters im Vergleich zu einem ovalen bzw. semiovalen Behälter, kann die Wanddicke und damit das Behältergewicht vorteilhaft reduziert werden. Nur der durch die Tragzapfen hochbeanspruchte Bereich der Verbindungselemente weist eine gegenüber dem restlichen Gefäß größere Wanddicke auf.
Der erfindungsgemäße Grundgedanke, den Behälterquerschnitt durch im Krümmungsradius vergrößerte Schalenelemente im Hinblick auf Füllmenge und Steifigkeit zu optimieren, ist vorteilhaft sowohl für zylindrische, konische oder aus zylindrischen und konischen Schüssen bestehende Behälter anwendbar. Hierbei können für eine weitere Optimierung des Füllvolumens die Zapfenschilde in den Verbindungselementen des Gefäßmantels integriert oder zur weiteren Verbesserung der Steifigkeit die Verbindungselemente im Querschnitt bogenförmig ausgebildet sein.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
Figur 1 Ansicht und Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes metallurgisches Gefäß (schematisch),
Figur 2 Draufsicht auf ein Gefäß gemäß Figur 1 (schematisch),
Figur 3a vorgegebenes Lichtraummaß für ein kreisförmiges metallurgisches Gefäß (schematisch),
Figur 3b wie Figur 3a jedoch mit semiovalem Gefäß mit vergrößertem Füllvolumen,
Figur 3c erfindungsgemäßes, sekantiert kreisförmiges Gefäß mit vergrößertem Füllvolumen.
In Figur 1 ist in einer Außenansicht ein erfindungsgemäß ausgebildetes metallurgisches Gefäß, hier in Form einer Stahlgießpfanne 1 , dargestellt. Diese besteht aus einem aus gegenüberliegenden Schalenelementen 3, 3' gebildeten (hier nur eine Seite dargestellt) die
hitzebeständige Auskleidung 9 aufnehmendem Metallmantel und einem Gefäßboden 2 sowie Fußelementen 10.
In den Metallmantel integriert sind zwei Zapfenschilde 6, 6', an die zwei Tragzapfen 4, 4' angeschlossen sind. Die Tragzapfen 4, 4' bilden die Aufnahme für die Hakenschlaufen 8, 8' zur Aufnahme des hier nicht dargestellten Krangehänges.
An der Außenseite des Gefäßes ist ein Kippgestänge 7 angebracht, um die Stahlgießpfanne 1 mittels eines Kranes kippen zu können.
Wie in Figur 2, der schematischen Darstellung der Draufsicht auf die Stahlgießpfanne 1 (die Hakenschlaufen 8, 8' sind hier nicht dargestellt), zu erkennen, . besteht der Gefäßmantel aus Schalenelementen 3, 3' die mit geraden Verbindungsetementen 5, 5' miteinander verbunden sind. In die Verbindungselemente 5, 5' sind die in der Draufsicht nicht erkennbaren Zapfenschilde 6, 6' integriert, an denen die Tragzapfen 4, 4' angeschlossen sind (s. a. Teilschnitt in Figur 1). Diese Verbindungselemente 5, 5' haben den Vorteil, dass durch die im Querschnitt gerade Ausführung die Tragzapfen 4, 4' sehr einfach anzuschließen sind.
Erfindungsgemäß sind die kreisbogenförmig ausgebildeten Schalenelemente 3, 3' in der Weise mit den Verbindungselementen 5, 5! verbunden, dass sich ein gemeinsamer Mittelpunkt M3 für das Gefäß und dadurch ein größtmögliches Füllvolumen ergibt.
Der Gefäßquerschnitt ist demzufolge im Wesentlichen ein Kreis, der an zwei sich gegenüberliegenden Seiten sekantiert ist.
In Figur 3 ist in einer Prinzipskizze schematisch dargestellt, dass sich mit der erfindungsgemäßen Stahlgießpfanne ein Optimum bezüglich der Füllmenge und der Steifigkeit des Gefäßes im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik erzielen lässt.
Ausgehend von einem im Querschnitt kreisförmigen Gefäß (Figur 3a) werden mit einem semiovalen (Figur 3b) und dem erfindungsgemäßen Gefäß mit einem im Vergleich zur kreisrunden (a) oder semiovalen (b) Ausführung vergrößerten Krümmungsradius der Schalenelemente (Figur 3c) die Möglichkeiten aufgezeigt, das Gefäßvolumen und die Steifigkeit bei vorgegebenem einzuhaltenden Lichtraummaß für Gefäßlänge und -breite zu optimieren.
Figur 3a zeigt den Stand der Technik mit einer im Querschnitt kreisrund ausgebildeten Stahlgießpfanne mit dem Mittelpunkt M. Der maximale Durchmesser (2 x r-j) der Pfanne L (Gefäßbreite) wird begrenzt durch den Gehängeabstand des Krantragwerkes, so dass sich als theoretisch nutzbare Querschnittsfläche für die Stahlgießpfanne eine quadratische Grundfläche ergibt. Die Bereiche C, die für das theoretisch mögliche Füllvolumen nicht genutzt werden, sind schraffiert dargestellt.
In Figur 3b ist dargestellt, wie sich mit einer nach dem derzeitig bekannten Stand der Technik im Querschnitt semiovalen Pfannengeometrie das Füllvolumen im Vergleich zu einer kreisrunden Pfanne unter Beibehaltung des vorgegebenen Lichtraummaßes für den Gehängeabstand vergrößern lässt.
Die maximale Gefäßbreite A ist entsprechend der kreisrunden Form (Figur 3a) vorgegeben, die Gefäßlänge in der "langen" (x-)Achse des Ovals wird bestimmt durch die Größe der am Boden befindlichen Absetzvorrichtungen für den Behälter.
Die theoretisch nutzbare Querschnittsfläche für die semiovale Stahlgießpfanne entspricht damit einem Rechteck.
Im Vergleich zur kreisrunden Querschnittsfläche des Gefäßes (Figur 3a) wird mit diesem im Querschnitt semiovalen Gefäß eine Volumenvergrößerung von ca. 5 - 6% erreicht.
Bei diesem semiovalen Gefäßquerschnitt besteht der Behälter aus zwei gegenüberliegenden im Wesentlichen halbkreisförmigen Schalenhälften, die unter Zwischenschaltung von im Querschnitt im Wesentlichen geraden Verbindungselementen miteinander verbunden sind.
Die Mittelpunkte M-j und M2 der halbkreisförmigen Schalenhälften mit dem Radius η sind demzufolge nicht deckungsgleich sondern liegen parallel versetzt auf der "langen" (x-)Achse des Ovals. Ersichtlich aus dieser Darstellung ist aber auch, dass durch die über die "lange" Achse gebildete Ovalität des Gefäßes die Steifigkeit des Gefäßes senkrecht zu dieser Achse im Vergleich zum Kreisquerschnitt abnimmt.
Die in Figur 3c dargestellte erfindungsgemäße sekantierte aber im Wesentlichen kreisförmige Gefäßform vermeidet den Steifigkeitsverlust der ovalen oder semiovalen Form dadurch, dass der Kreisquerschnitt des Gefäßes bei vergrößertem Radius r2 > ri gegenüber der semiovalen Ausführung (Figur 3b) im Wesentlichen erhalten bleibt.
Bei einer weiteren Vergrößerung des Füllvolumens im Vergleich zu einem semiovalen Gefäß lässt sich gleichzeitig die Steifigkeit des Gefäßes deutlich steigern. Die Mittelpunkte M4 und M5 der Schalenelemente liegen bei gleicher maximaler Gefäßlänge B deutlich näher auf der x- Achse zusammen, was zu einer Verbesserung der Steifigkeit quer zur "langen" (x-)Achse des Behälters führt. Der im Wesentlichen kreisförmige Querschnitt wird dabei im einzuhaltenden Lichtraummaß für die Gefäßbreite von den Sekanten geschnitten.
Eine weitere Steigerung des Füllvolumens kann gemäß Figur 3c erreicht werden, wenn die Schalenelemente einen gemeinsamen Mittelpunkt M3 auf der x-Achse aufweisen.
Hierdurch wird einerseits die Steifigkeit des Behälters im Vergleich zur ovalen oder semiovalen Ausführung (bei vorgebenenem Lichtraummaß) ebenfalls deutlich verbessert, andererseits wird über den weiter vergrößerten Radius r3 (sekantiert) gegenüber η (semioval) auch die theoretisch nutzbare Querschnittsfläche vergrößert, und dadurch das Füllvolumen um insgesamt ca. 2 % gesteigert, zu erkennen an der Minimierung der schraffierten Bereiche C in Figur 3c im Vergleich zu Figur 3b.
Bezugszeichenliste