DE2719105B2 - Feuerfeste Platte für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefäßen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft feuerfeste, wenigstens eine Durchlaßöffnung aufweisende Platten für Schieberverschlüsse an metallurgischen Gefäßen mit einem

65 feqerfesten Grundkörper und einem ober den Verstellbereich mit Schmelze in Berührung kommenden hitzebeständigen plattenförmigen Einsatz,

Schieberplatten, worunter auch Platten für Drehverschlüsse zu verstehen sind, werden heutzutage meist aus Mullit-Korund mit einem Tonerdegehalt Ober 80 Gew.-% hergestellt und bei hohen Temperaturen keramisch gebunden. Es gibt auch keramisch gebundene Magnesitplatten. Ebenso sind bereits Platten aus feuerfestem Feuerbeton mit hydraulischer Bindung unter Anwendung von Tonerdezement veröffentlicht worden.

AUe Platten, gleich welchen Materials, werden in der Praxis vorwiegend als Einstoffplatten eingesetzt, die, wie neuerliche von der Anmelderin durchgeführte Messungen und Versuche ergeben haben, hauptsächlich infolge gleicher Struktur und konstruktionsbedingter kompakter Geometrie im Durchflußbereich des Gießstrahls einen Zerstörungsmechanismus erleiden, der von einer schockartigen Temperaturerhöhung im Bereich der Durchflußöffnung beim Angießen eingeleitet wird. Es kommt dabei zu erheblichen tangentialcn Zugspannungen im Plattenmaterial in einigen Zentimetern Entfernung von der Durchflußöffnung, so daß die Platten an diesen Stellen mehr oder weniger visuell erkennbar radial zur Durchflußöffnung reißen. Alsdann wird beim Schließen des Verschlusses die Schieberplatte, die den Gießsu-ahl abschert, an ihrer Schließfläche schlagartig von der normalen Betriebstemperatur, die etwa 500 bis 800⁰C beträgt, auf 1500⁰C erhitzt, was einige Millimeter unterhalb der beaufschlagten Fläche zu relativ hohen Zugspannungen im Plattenmaterial und letzten Endes zu schaienförmigen Abplatzungen desselben führt. Wird der Verschluß mehrfach geöffnet und geschlossen oder gedrosselt, dann entstehen erosive Auswaschungen am Durchflußrand und außerdem gelangen im besonderen Maße Stahl- und Schlackenpartiksin zwischen die Platten, um dort zu erstarren und in die aufeinandergleitenden Plattenflächen zu erodieren. Schließlich werden die PIr-'-ten von Stahl und Schlacke mechanisch angegriffen, wobei insbesondere FeO aus dem Stahl sowie aus dem Gefäß stammende saure und basische Schlacken gefährlich sind.

Auf Grund dieses neu erkannten Beanspruchungsvorgangs ergeben folgende Forderungen an die Eigenschaften eines möglichen Plattenmaterials:

1) Rißbeständigkeit,

2) Abschäl-(peeling)festigkeit,

3) Erosionsfestigkeit,

4) chemische Widerstandsfähigkeit.

In ihrer Gesamtheit lassen sich diese Forderungen derzeit durch keinen Werkstoff in wirtschaftlich befriedigendem Maße erfüllen. Die gebräuchlichen Plattenmaterialien, wie Tonerde und Magnesit, sind teilweise befriedigend, kommen aber wenigstens einer oder zweien der Forderungen mäßig bis schlecht nach. Beispielsweise ist die Rißbeständigkeit von Magnesitplatten schlecht, während bei Korund-Mullit-Platten die Rißbeständigkeit und die chemische Widerständsfähigkeit mäßig sind.

Es sind auch Schieberplatten aus Werkstoff-Kombinationen bekannt. Beispielsweise ist in der DE-OS 19 35 424 ein Schieberverschluß enthalten, dessen Schieberplatte in einen keramischen Tragkörper mit wärmeisolierenden Eigenschaften eingebettet ist. Damit wird vornehmlich der Zweck verfolgt, Einfrierungen des Stahls bei geschlossenem Schieber zu verhindern, und

zwar soll der isolierende Tragkörper das Abwandern von Wärme eindämmen und die Schieberplatte auch bei geschlossenem Schieber auf einer Temperatur halten, die über der Erstarrungstemperatur des Metalls liegt Diese Konstruktion hat sich nicht bewährt, da in den verwendeten hochtonerdehaltigen Schieberplatten durch die Einbettung in wärmeisolierende Tragkörper thermische Spannungen zwar etwas verringert werden, aber die Erosionsfestigkeit und die chemische Widerstandsfähigkeit deutlich abfallen. Außerdem erfordert ι ο das Einsetzen der Platte in den isolierenden Tragkörper erheblichen Herstellungsaufwand.

Des weiteren beinhaltet die DE-PS 19 37 742 eine Zweistoffschieberplatte, nach der an sich bekannte hochhitzebeständige metallische Hartstoffe. (Hartmetal- ι s Ie der Pulvermetallurgie) oder metallische Verbundstoffe auf der Basis von Molybdän und Zirkonoxid als Werkstoffe für mit Metallschmelze in Berührung kommende Plattenteile vorgesehen sind, um den Wärmetransport von der Durchflußöffnung der Schieberplatte zu einfriergefährdeten Zonen hin zu steuern. Demnach werden die besagten Stoffe, die zu in dsr. Schieberplatten angeordneten Einsätzen geformt sind, hauptsächlich wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit benutzt. Hierbei kommen natürlich auch andere Eigenschaften der Stoffe, wie Hitzebeständigkeit, Zunderfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zum Zuge. Was jedoch fehlt, ist der gezielte Abbau des Verschleißes von Schieberplatten infolge Abplatzungen (Peeling), die nach neueren Erkenntnissen maßgeblich zur Unbrauchbarkeit der Platten führen.

Das besagte Einfrieren des Metalls, das zu verhindern in beiden vorstehend behandelten Schriften in erster Linie angestrebt wird, ist in der Praxis derzeit nicht problematisch.

Vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem erstrangigen Problem der Verschleißverminderung. Dementsprechend hat sich vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, die Haltbarkeit von aus einem Grundkörper und einem Einsatz bestehenden Schieberplatten bei vereinfache Herstellung zu verbessern.

Die gestellte Aufgabe wird im wesentlichen mit dem Anspruch 1 gelöst, der als Schieberplatte die Kombination eines Grundkörpers aus feuerfestem Feuerbeton mit eingeformtem oxidkeramischem Einsatz bestimmter Eigenschaften und geometrischen Abmessungen vorsieht. Diü Kombination ergibt gewichtige Vereinfachungen in der Plattenherstellung. Einmal weicht die Fertigung eines oxidkeramischen Einsatzes, wenn von höheren Preßdrücken, ca. lOOOkp/cm², und höheren Brenn- bzw. Sintertemperaturen, ca. 1750⁰C, abgesehen wird, kaum von der eines üblichen feuerfesten Hoch wert körpers ab, zum anderen kann der Einsatz beim Formen des Grundkörpers ohne Schwierigkeiten in die Feuerbetonmischung eingeformt werden. Nach dem Ausformen läßt sich die Platte einer abschließenden Trocknung bzw. Wärmebehandlung unterziehen.

Über den Vorteil der einfachen Fertigung hinaus berücksichtigt die Zweistoffplatte gemäß der Erfindung die vier aufgezeigten Verschleißwirkungen optimal. So t>o ist für das jeweils vorgesehene oiddkeramische Material diejenige Breite des Einsatzes vorbestimmbar, bei der dieser den Schieberbetrieb rißfrei übersteht, und zwar an Hand des gekennzeichneten Multiplikatorbereiches für den Durchmesser der Plattendurchflußöffnung in Abhängigkeit von Festigkeit. Elastizitätsmodul und Wärmedehnungskoeffizient. Dadurch ist es möglich, die im Einsatz beim Anghßen auftretenden (tangentialen) Zugspannungen unterhalb der Zugfestigkeit zu halten. Diese Zugspannungen sind außer von den Material· kenngrößen und dem Temperaturanstieg wesentlich von der Plattenbreite abhängig. Die geforderte hohe Biegefestigkeit (Zugfestigkeit) garantiert außerdem die Abplatz- oder Zermürbungsbeständigkeit des Einsatzes, dessen Erosionsbeständigkeit durch die hohe Kaltdruckfestigkeit und Gasdichte gegeben ist, während die Korrosionsbeständigkeit insbesondere gegen chemische Angriffe von FeO und Schlacke durch die an sich hohe Reinheit oxidkeramsicher Stoffe und ebenfalls durch die niedrige Gasdurchlässigkeit erreicht wird.

Im ganzen gesehen wird die Zweistoffplatte gemäß der Erfindung den Anforderungen in Schieberverschlüssen weitgehend gerecht und ist zudem in einfacher und wirtschaftlicher Weise herzustellen, vor allem infolge der Verwendung von an sich leicht gestaltbarem Feuerbeton als Grundkörpermaterial.

Zweckmäßig besteht der Feuerbeton des Grundkörpers aus 70 bis 95 Gew.-% Tabulartonerde 0 bis 6 mm und 5 bis 30 Gew.-% Tonerdezem ,it mit 80 Gew.-% AbOs, während der oxidkeramische Einsatz aus Oxiden mit Schmelzpunkten oberhalb 1950° C besteht Solche Oxide sind insbesondere MgO, Cr₂O₃, AI2O3 und ΖΓΟ2. Die Hochwerteinsätze bestehen zumindest 99-Λ aus einem dieser Oxide oder aus einer Mischung mehrerer dieser Oxide, wobei auch die Oxidgernische so zu wählen sind, daß in gebrannten keramischen Scherben Verbindungen oder Mischkristalle entstehen, deren Schmelzpunkt ebenfalls oberhalb 1950° C liegt Die Summe der Verunreinigungen oder der Zusatz von Oxiden, deren Schmelzpunkt unter 1950° C liegt sol! 1% nicht überschreiten. Besonders bewährt haben sich Stoffkombinationen aus Al₂O₃ und ZrO₂ bzw. ZrO₂ und Cr₂Ot Für den Fall der überwiegenden Verwendung von ZrO₂ kann ein stabilisierender Zusatz von CaO gewählt werden.

Anstelle von 70 bis 95 Gew.-% Tabulartonerde kann der Grundkörper auch 70 bis 95 Gew.-% eines tonerdehaltigen Rohstoffes mit mehr als 70 Gew.-°/o Al₂O₃ aufweisen, beispielsweise gesinterten Bauxit, S-nth. Mullit Normalkorund oder Schleifscheibenbruch.

Ein weiterer Vorschlag im Rahmen der Erfindung besteht darin, daß der Einsatz von einer auf dem Material des Grundkörperfeuerbetons basierenden zusammendrückbaren Umfangschicht mit Elastizität bewirkenden Mitteln umgeben ist. Auf diese Weise wird Spannungen, die durch unterschiedliche Dehnung bzw. Schwindung von Einsatz und Beton während der Trocknung und Wärmebehandlung auftreten können, vorgebeugt. Dabei kann die elastische Umfangschicht durch eine Körnung von 0 bis 0,5 mm mit einem Zusatz von 3 Gew.-% Papiermehl gebildet werden oder duich ein Kunststoffband mit Füllstoffen. Für besondere Verschlußplatten, beispielsweise für Mittelplatten von Dreiplattenverschlüssen, ist es vorteilhaft, an beiden Gleitflächen des Grundkörpers oxidkeramische Einsätze vorzusehen. Des weiteren können bei mit Gastechnik ausgestatteten Verschlüssen die oxidkeramischen Einsätze Gasdurchlä'se mit Verbindungen zu im Grundkörper angeordneten Gaszuführungen aufweisen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung und an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.

F i g. 1 zeigt eine als Schieber oder Bodenplatte verwendbare Zweistoffplatte im Längsschnitt,

F i g. 2 die Drauf Jcht zu F i g. 1,

Fig.3 eine Mittelplatte für einen Dreiplattenverschluß im Längsschnitt und

Fig.4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Platte gemäß F i g. 1 und 2, ebenfalls im Längsschnitt.

Bei der Platte nach F i g. I und 2 bedeutet I den Gi jndkörper aus Feuerbeton und 2 den eingeformten oxidkeramischen Einsatz. Beide Teile 1 und 2 sind von der Durchflußöffnung 3 mit dem Durchmesser D durchdrungen, zu dem die Breite b des Einsatzes 2 in mit noch anderen Daten gekoppelter, nachstehend erklärter Beziehung steht.

Zur Herstellung zweier verschiedener Platten gemäß F i g. 1 und 2 wurde folgendermaßen vorgeganngen:

Als Ausgangsgemische für die oxidkeramischen Einsätzedienten:

I + IO

Hl

!-Modul

I500 C /

	, Γΐί-u. -%	Beispiel I	Beispiel 2	C nachstehende	Eigenschaften
Ai.n,	Gew.-%	Sf)		Beispiel 1	Beispiel 2
ZrO ?,	ι, Gew.-%	50	80
Cr2O:	oxidkeramischen		20
An	Versijchskörpern	dieser Gemi-
sehe	wurden nach Pressen bei ca. 1000 kp/cm2 und
	Brennen bei ca. 1750° ermittelt:

Gesamtporosität Pges. % 9,1 5,2

Offene Porosität Po. % 5,2 3,0

Kaltdruckfestigkeit KDF größer größer

kp/cm² 3000 3000

Gasdurchlässigkeit GD 0 0 nPm

Druckfeuerbeständigkeit DFB größer größer

ta C 1740 1740

Ε-Modul, kp/cnr (statisch) 438 300 388 000

Biegefestigkeit BF. kp/cnr 848 375

Heißbiegefestigkeit HBF 137 50

1500 C kp/cm'

Wärmedehnung d 0,89 1,2

(max. WD 1500 C %)

Druckfließen DFL 24 h 0,2 0.2

1500 C 2 kp/cm² %

Biegefestigkeit BF nach 56 40

25 Abschr., kp/cm²

(TWB nach DIN 51068

Blatt 2)

Die Einsatzbreite b wird in Abhängigkeit des vorgegebenen Durchmessers D der Durchflußöffnung 3 und an Hand bedeutsamer Eigenschaftswerte wie folgt dimensioniert:

Beispiel I Beispiel 2

Ergibt bei D= 35 mm mm 110 63,4

Gewählt mm 75 62

Die geformten und gebrannten, 15 mm dicken und entsprechend dem vorgegebenen Hubbereich 200 mm langen Einsätze 2 erhielten durch Bohrung die Durchflußöffnung 3 und einen Schliff an der Gleitfläche. Danach wurden die 200 χ 400 mm großen Grundkörper 1 unter Einformen der Einsätze 2 geformt und nach dem Abbinden des Betons die Platten ausgeformt und bei 600° C getempert.

Die Feuerbetone der Grundkörper hatten dabei folgende Zusammensetzungen in Gew.-%:

Beispiel I Beispiel 2

94,5	97,1
0,5	0,4
0.2	0,2
0,1	0,1
4.2	1,8
0.1	0,1
0.3	0.2
0.1	0,1
100	100

Al₂O,

Fe₂O,

Ma₂O

Mehrere Zweistoffplatten jeden Beispiels sind in einem Schieberverschluß eingesetzt worden und zeigten nach acht- bis zehnmaligem Einsatz, d. h. nach acht bis zehn Gefäßabgüssen, nur geringen Verschleiß und keine Rißbildungen.

Mittelplatten für Dreiplattenschieber nach Fig.3 weisen an beiden Gleitflächen des Grundkörpers 4 deckungsgleich angeordnete Einsätze 5 und 6 auf. Die Plattendurchflußöffnung ist mit 7 bezeichnet. Zwischen den Einsätzen 5 und 6 ist in den Grundkörper 4 ein gasdurchlässiger Körper 8 eingeformt, dem Gas durch nicht dargestellte, ebenfalls eingeformte Kanäle zugeführt wird und von dem aus das Gas durch Bohrungen 9 des Einsatzes 5 in den Gefäßausguß gelangen kann.

Bei Betonen, die Trocken- und Brennschwindung haben, wird, wie F i g. 4 zeigt, zwischen dem Grundkörper 10 und dem oxidkeramischen Einsatz 1¹ eine Umfangschicht 12 aus elastisch nachgiebigem Betonmaterial von der Art des Grundkörpers 4 vorgesehen, das beispielsweise durch Wahl einer entsprechenden Körnung oder durch Einbringen Elastizität bewirkender Mittel wie Papier-, Styropormehl etc, das für den Schwindungsausgleich notwendige Maß an Nachgiebigkeit erhält. Unterhalb des Einsatzes 11 trägt der Grundkörper einen die Durchflußöffnung 13 umgebenden gasdurchlässigen Ringkörper 14.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Feuerfeste wenigstens eine Durchfallöffnung aufweisende Platte, insbesondere für Schieberver- s schlosse an metallurgischen Gefäßen, mit einem feuerfesten Grundkörper und einem fiber den Verstellbereich mit der Schmelze in Berührung kommenden plattenförmigen hochhitzebeständigen Einsatz, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper (1, 10) aus feuerfestem Feuerbeton einen eingeformten oxidkeramischen Einsatz (2,11) mit einer Kaltbiegefestigkeit größer 300kp/cm², einer Heißbiegefestigkeit größer 40kp/cm² (1500⁰C), einer Kaltdruckfestigkeit größer r-2000 kp/cm² sowie einer Gasdurchlässigkeit kleiner als 1 Nanoperm aufweist und die quer zur Verstellbewegung des Verschlusses gemessene Breite (b) des Einsatzes (2, 11) in Abhängigkeit von Festigkeit, Elastizitätsmodul und Wärmedehnungskoeffiziem zwischen 1,3 bis 3,5 des Durchlaßdurchmessers beirägi.

2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerbeton des Grundkörpers (I₁10) 70 bis 95 Gew.-% Tabulartonerde und 5 bis 30 Gew.-% Tonerdezement mit 80 Gew.-% AI2O3 aufweist und der oxidkeramische Einsatz (2, 11) aus Oxiden mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1950⁰C, insbesondere MgO, Cr₂O₃, AI2O3 und ZrO₂ oder aus Mischungen dieser Oxide mit weniger als 1 Gew.-% anderer oxidischer Bestandteile besteht

3. Platte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1, 10) anstelle 70 bis 95 Gew.-% Tabulartonerde 70 bis 95 Gew.-% eines tonerdehaltigeti Rohstoffes mit mehr als 70 Gew.-% Al₂Os aufweist, zum Beispit, gesinterter Bauxit, synth. Mullit, Normalkorund oder Schleifscheibenbruch.

4. Platte nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) von einer auf dem Material des Grundkörpers (10) basierenden Umfangschicht (12) mit Elastizität bewirkenden Mitteln umgeben ist.

5. Platte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangschicht (12) eine Körnung von 0 bis 04 mm und einen Zusatz von 3 Gew.-% Papiermehl aufweist.

6. Platte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsschicht (12) aus einem keramischen Füllstoff aufweisenden Kunststoffband besteht.

7. Platte nach den vorherigen Ansprüchen, als Mittelplatte für Dreiplattenverschlüsse, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Gleitflächen des Grundkörpers (4) oxidkeramische Einsätze (5, 6) vorgesehen sind.

8. Platte nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidkeramischen Einsätze (5) Gasdurchlässe (9) mit Verbindungen zu im Grundkörper angeordneten Gaszuführungen (8) aufweisen.