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Vorrichtung zum Schütteln metallurgischer Gefäße, insbesondere Gießpfannen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schütteln metallurgischer Gefäße, insbesondere
Gießpfannen, für die Behandlung von Metallschmelzen, insbesondere Stahlschmelzen.
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Um in Gießpfannen Entschwefelungen oder ähnliche metallurgische Reaktionen
vorteilhafter durchführen zu können, hat man die Pfannen in verschiedenen Weisen
gedreht und geschwenkt. Hierfür sind entsprechende Vorrichtungen erforderlich.
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Metallurgische Reaktionen können grundsätzlich in einem rotierenden
Gefäß, das aufrecht steht, beschleunigt werden. Das Gefäß wird dabei an Kopf und
Fuß in einem Drehlager bzw. einem Spurlager gehalten (deutsche Patentschrift 174
777). Die Wirkung beschränkt sich auf die durch Zentrifugalkräfte hervorgerufene
Mischung.
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An Stelle von Dreh- und Spurlagern am Mündungsbereich bzw. am Gefäßboden
ist es auch bekannt (österreichische Patentschrift 19 370), das Gefäß mittels Kippzapfen
in einer Gabel aufzuhängen, die unterhalb des Gefäßbodens selber an einer Säule
Dreh- und Spurlager aufweist. Während des Drehens der Säule wird das Gefäß zur Gabel
festgestellt. Die Mischwirkung beruht hauptsächlich auf der Ausbildung des Rotations-Paraboloids.
Säule und Gabel mit Gefäß des vorbekannten Gegenstandes können auch mit ihrer Drehachse
horizontal gelegt werden (deutsche Patentschrift 898 814). Auch dabei ist das Gefäß
feststellbar. Die Mischwirkung ist durch eine mehr ovale Gefäßform gegeben, wobei
das Ausmauerungsfutter entsprechend stark beansprucht ist.
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Eine weitere bekannte Möglichkeit der Durchmischung des Gefäßinhaltes
ist nach der deutschen Auslegeschrift 1030 037 in einem Gefäß gegeben, das mit seiner
Hauptachse exzentrisch zur Achse eines horizontalen Drehtellers aufgesetzt in Umdrehung
versetzbar ist. Bei größeren Gefäßen ist jedoch die auftretende Zentrifugalkraft
für die Drehlager und die übrigen Vorrichtungsteile schädlich. Ab einer bestimmten
Schmelzenmenge kann deshalb die Mischwirkung nicht mehr gesteigert werden. Die Gefahr
eines. Gefäßbruches ist beträchtlich.
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Für sehr große Pfannen, etwa von 80 t, 100 t und mehr Fassungsvermögen,
sind die bekannten Vorrichtungen zur Gefäßlagerung wegen der großen Massenkräfte
ungeeignet. Eine Verbesserung der Mischwirkung ist ebenfalls erforderlich. Die hierbei
auftretenden Schwingungen erfordern besondere Vorrichtungen zur Aufnahme erhöhter
Stützkräfte.
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Die Erfindung zeigt einen Weg, durch den man mit erträglichem Kostenaufwand
eine gute Lagerung der zu rüttelnden Gefäße erzielt und eine besonders gute Durchmischung
bewirkt, indem ein überschlagen einer umlaufenden Welle und somit eine intensive
Berührung mit der Reaktionsschicht stattfindet. Trotzdem bleiben die Massenkräfte
in Grenzen und können auf kürzerem Weg über eine stabile Vorrichtung in das Fundament
geleitet werden. Die Vereinigung aller Vorteile besteht erfindungsgemäß in der Lösung,
daß ein das Gefäß aufnehmendes kelchförmiges Gerüst vorgesehen ist, das unterhalb
seines Schwerpunktes von einem eine Dreh- und Taumelbewegung ermöglichenden Stützlager
getragen wird, das eine Bewegung des Behandlungsgefäßes in der Weise zuläßt, daß
die gemeinsame Mittelachse von Gefäß und Schüttelgerüst einen Kegelmantel beschreiben
kann.
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Eine zweckmäßige Ausführung des kelchförmigen Gerüstes besteht nach
der weiteren Erfindung darin, daß dieses aus einer oberen Gabel oder einem Korb
zur Aufnahme des Gefäßes und einem anschließenden zylindrischen, an seinem Unterende
im Stützlager gehaltenen Stiel gebildet ist. Insofern wird erreicht, daß die Masse
des Gerüstes klein gehalten werden kann.
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Nach der weiteren Erfindung ist nunmehr vorgesehen, daß das kelchförmige
Gerüst für den Einsatz von Gießpfannen mit mehr als 2 Stützpunkten mit einem oberen
Ring versehen ist, auf den sich die Pratzen des Gefäßes abstützen. Es sind damit
die Voraussetzungen geschaffen, die Auflagerkräfte an den Pratzen der Gießpfanne
günstig aufzunehmen.
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Eine noch leichtere Bauweise der Vorrichtung kann dadurch erzielt
werden, daß das kelchförmige Gerüst aus einem oberen Tragring gebildet ist, der
über eine aus Platten, Stäben. od. dgl. bestehende
Zwischenkonstruktion
mit: dem. Spurlager verbunden ist.
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Zur Aufnahme von großen Stützkräften ist die Vorrichtung nunmehr nach
einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung derart ausgestattet, daß als Führungsmittel
zur Erzeugung der Kegelmantelbewegung des kelchförmigen Gerüstes und zugleich zur
Aufnahme der Kräfte in horizontaler Ebene ein feststehender waagerechter Ring dient;
in dem das Gerüst abrollt oder sich abwälzt.
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Eine direkte Einleitung der Stützkräfte in das Fundament der Anlage
ist dadurch möglich, daß nach einer weiteren erfinderischen Maßnahme der feststehende--Ring
in Höhe des Hüttenflurs angeordnet ist und daß das Spurlager unterhalb des Hüttenflurs
liegt.
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Eine weitere zur Erfindung gehörende Maßnahme, die ein geschütztes
Unterbringen des Antriebes zum Gegenstand hat, besteht vorteilhafterweise darin,
daß der feststehend unterhalb des Hüttenflurs angeordnete Antrieb an dem - kelchförmigen
Gerüst angreift und über axial nachgiebige, die Kegehnantelbewegung des Gerüstes
zulassende Mittel, wie Federn, elastische Kupplungen, mit diesem verbunden ist.
Ein solcher Antrieb dient dem Zweck, durch die übertragung von -Einzelkräften am-
Umfang -des kelchförmigen Gerüstes die Kegelmantel-Bewegung zu erzeugen.
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Nach der weiteren Erfindung kann die Antriebsbewegung derart günstig
auf das kelchförmige Gerüst übertragen werden, daß das mit dem Zylinderstiel ausgestattete
Kelchgerüst von einem Ring umschlossen ist, der mit der Kurbelstange eines Kurbelantriebes
verbunden ist und auf den Stiel eine kreisende Bewegung überträgt. _ _ - Hierzu
ist es vorteilhaft, daß das mit einem Zylinderstiäl- ausgestattete - Kelchgerüst
von einem Ring umschlossen ist, dem von mehreren synchron rotierenden Kurbeln eine
kreisende Bewegung übertragen wird. Dieser Antrieb dient also zur Erzeugung einer
kontinuierlichen Drehbewegung, so daß die Kelchgerüst Achse mit gleichbleibender`
Geschwindigkeit auf dem Kegelmantel rotiert.
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Zur Beseitigung dennoch auftretender Schwingungen ist es zweckmäßig;
daß zwischen den Kurbeln und dem Ring federnde Zwischenstücke eingeschaltet sind.
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Für den- A_ ntrieb gibt es noch eine- weitere günstige Möglichkeit
derart, daß die Antriebsvorrichtung als formschlüssiges Getriebe ausgebildet ist
und dem Kelchgerüst eine rotierende Bewegung Überträgt.-Bei schweren metallurgischen
Gefäßen, die bewegt werden müssen, ist- es zweckmäßig, eine klare Trennung zwischen
Gewichtslagerung und Antriebsübertragung durchzuführen. Deshalb ist nach der weiteren
Erfindung vorgesehen, daß der Drehantrieb aus einem dem Antriebsmotor -nachgeschalteten
Untersetzungsgetriebe besteht und auf eine vertikale, durch das mit einer Mittelöffnung
versehene Spurlager hindurchgeführte Antriebswelle wirkt, die an ihren beiden Enden
mit dem Kelchgerüst und dem Antriebszahnrad raumbeweglich bzw. mittels Bögenzahnkupplungen
gekuppelt ist.
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Schließlich ist es auch günstig, zur übertragung von Beschleunigungs-
bzw: Bremskräften die senkrechte Antriebswelle als Drehstabfeder auszubilden, um
beim Anfahren bzw. Abbremsen ein allmähliches Steigern der Kräfte ohne Brach von
Anlagenteilen durchführen zu können. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
für die Erfindung schematisch dargestellt und im folgenden näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht des gesamten Kelchgerüstes; F i
g. 2 gibt eine Draufsicht dazu wieder; F i g. 3 und 4 zeigen andere Ausführungsformen
des Antriebes.
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Das Gefäß 1 ist mit seinen Pratzen 2 in das Gerüst 3 gesetzt, an dessen
Unterende der Stiel 4 angeordnet ist. Der Stiel 4 läuft in eine kugelkalottenförmige
Fläche 5 aus, die in einem entsprechenden Stützlager 6 gelagert ist. Das kelchförmige
Gerüst 3 ist an der Außenseite mit einem Ring 7 versehen, mit dem es sich an einer
Seite auf einen Ring 8 abstützt, der die von ihm aufgenommenen waagerechten Kräfte
über die Böcke 9 auf den Hüttenflur 10 überträgt.
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Drei feststehende Kurbeln 11 treiben über die Kurbelstange 12 einen
Ring 13 an, in welchem der Stiel 4 gehalten ist. Die Kurbeln 11 und die entsprechenden
Antriebsaggregate, z. B. Elektromotoren mit einem Getriebe, sind feststehend angebracht,
während der Stiel 4 beim Antrieb durch die Kurbelstangen 12 eine Kreisbahn beschreibt.
Da sich beim Abwälzen des Ringes 7 auf dem Ring 8 zugleich eine Drehung des Kelchgerüstes
3 um seine Mittelachse 14 ergibt; ist ein entsprechendes Lager vorgesehen, das als
Ring 13 ausgebildet ist.
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Sämtliche senkrechten Kräfte werden durch das Stützlager 6 aufgenommen.
Die waagerechten Kräfte werden in der Nähe ihrer Entstehung, etwa in Höhe des Schwerpunktes
des bewegten, aus Gießpfanne und Kelchgerüst bestehenden Systems vom Ring
8
aufgenommen und gleich in den Hüttenflur übergeleitet. Der Ring 8 und das
Stützlager 6 können durch die bei 15 angedeutete Konstruktion miteinander in Verbindung
stehen.
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Die Ringe 7 und 8 liegen selbst bei hohen Belastungen mit relativ
geringen Flächenpressungen gegeneinander, da sie gleichsinnige Wölbungen aufweisen
und wenig differierende Durchmesser haben.
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Statt die üblichen Pfannenzapfen zum Einsetzen in das Kelchgerüst
3 zu benutzen, kann man die Pfanne auch mit besonderen Zapfen ausrüsten.
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Der Antrieb kann statt durch die dargestellten symmetrisch zum Stiel
4 liegenden Kurbelstangen 12 auch durch ein Kurbelpaar etwa nach F i g. 3 erfolgen,
bei dem die Kurbeln 18 durch eine Koppelstange 19 verbunden sind, durch deren als
Auge 20 ausgebildetes Kopfende der Stiel 4 hindurchgeführt ist.
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Hier sowie bei dem Kurbelantrieb nach F i g. 2. wird zweckmäßig in
den Antrieb; etwa in die Kurbelstange 12, durch Einschaltung von Federn od. dgl.
eine gewisse Nachgiebigkeit bzw. Anpassungsfähigkeit gelegt, damit bei Differenzen
zwischen der von den Kurbeln aufgeprägten Kreisbahn und der durch die beiden Ringe
7 und 8 bestimmten Kreisbahn keine Zwängungen oder gar Brüche auftreten.
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F i g. 4 zeigt einen anderen Aufbau des Stiels 4 mit einem anderen
Antrieb.
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Das Gefäß 1 mit den Zapfen 2 ist in diesem Fall mit- Pratzen 1 a versehen,
mit denen es sich auf einen Ring 3 a des Kelchgerüstes 3 absetzt. Das Kelchgerüst
3 ist wiederum mit einem Laufring 7 versehen, der sich auf dem feststehenden Ring
8 abwälzt.
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Im dargestellten Beispiel sind die Ringe 7 und 8 aus einem Eisenbahnschienenprofil
gebildet. Von dem Ring 3 a führen zwei oder mehr Streben 25 zu der
unteren
Stielfläche 5, die sich wiederum auf das Stützlager 6 abstützt. Der Antrieb ist
in diesem Fall unter dem Stützlager 6 aufgebaut und besteht aus dem Motor 26, einer
Rutschkupplung 27, die insbesondere eine Induktionskupplung sein kann, aber auch
als hydraulische oder mechanische Rutschkupplung ausgeführt sein kann.
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Die Motorwelle treibt auf ein Schneckengetriebe 28, auf dessen Schneckenradwelle
das Ritzel 29 sitzt, welches mit dem Rad 30 kämmt. Im Innern dieses Rades ist eine
Zahnkupplung 31 angebracht, die am Ende einer langen Welle 32 sitzt, deren oberes
Ende ebenfalls durch eine Zahnkupplung 33 mit einem Querholm oder Bogen 34 zwischen
den Streben 25 verbunden ist.
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Das Gewicht des Stützpendels samt Inhalt wird auch bei dieser Ausführung
vom Stützlager 5, 6 aufgenommen. Die seitlichen Kräfte werden vom Ring 7 in den
Ring 8 geleitet. Das Drehmoment wird von der Welle 32 durch die Mitte des durchbohrten
Stützlagers 5, 6 hindurch auf den Stiel 4 geleitet, wobei die Zahnkupplungen 31
und 33 ähnlich wie ein kardanisches Gelenk wirken, so daß von dem fest, in üblicher
Weise gelagerten Zahnrad 30 über die kardanartigen Gelenke 31 und 33 das Drehmoment
in den Stiel 4 geleitet werden kann, ohne daß Unzuträglichkeiten auftreten, die
anderenfalls daraus resultieren würden, daß der Stiel 4 im Stützlager 5, 6 schwingt,
die Welle 32 dagegen um die Kupplung 31 bzw. die Mitte des Zahnrades 30.
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Die in F i g. 4 dargestellte Ausführung hat den Vorteil, daß der Antrieb
weitgehend in üblicher Weise ausgeführt und weitgehend gekapselt werden kann. Außerdem
kann die Welle 32 nach Art einer Drehstabfedernng ausgebildet werden, so daß eine
gewisse Drehelastizität im Antrieb vorhanden ist, welche sich namentlich beim Anlaufen
vorteilhaft auswirkt. Der Antrieb ist in einer besonderen Kammer 35 untergebracht,
die nach oben durch entsprechende Abschirmbleche 36 und sonstige Dichtungen geschützt
werden kann und die beliebig von der Seite oder von oben her zugänglich ist.
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Bei der in F i g. 4 dargestellten Bauart ist die Größe des Getriebes
nicht mehr durch den Durchmesser des Stieles 4 bestimmt, vielmehr entfällt der Stiel
gänzlich und wird durch die Streben 25 ersetzt, und die Welle 32 kann je nach Lage
des Falles als drehfeste oder drehfedernde Welle ausgebildet sein.
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Setzt man das Gefäß 1 mit den dargestellten Pratzen 1 a auf den Ring
3 a ab, so wird die Last auf den gesamten Umfang des Ringes 3 a verteilt. Sie kann
sich beispielsweise an 3 Stellen abstützen und dann durch 3 Streben 25 zum Spurlager
5, 6 geleitet werden. Es können auch mehrere Abstützstellen zur noch gleichmäßigeren
Verteilung der Last benutzt werden, wobei gegebenenfalls etwas federnde Elemente
zwischengeschaltet werden können, um ein möglichst gleichmäßiges Tragen aller Absetzpunkte
und der entsprechenden Streben 25 zu erreichen.
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Damit für jeden Füllungszustand und für jede chemische und physikalische
Beschaffenheit der im Gefäß 1 zu behandelnden metallurgischen Schmelzen die richtige
Drehzahl gewählt werden kann, wird der Antrieb zweckmäßig regelbar gemacht, z. B.
indem man ein regulierbares Antriebsaggregat, etwa einen Leonard-Satz, benutzt.
Der Einbau einer Rutschkupplung, insbesondere einer Induktionskupplung, ist zweckmäßig,
weil diese allmähliches Anfahren gestattet und auch kleine Unregelmäßigkeiten überbrückt,
welche etwa durch Abweichungen der Ringe 7, 8 von der Kreisform durch Schlupf od.
dgl. entstehen können.