DE2840398A1

DE2840398A1 - Schiebeverschlussanordnung fuer den abstich an metallschmelze enthaltenden behaeltnissen

Info

Publication number: DE2840398A1
Application number: DE19782840398
Authority: DE
Inventors: Axel Dipl Ing Eschner; Peter Dr Ing Jeschke; Hermann Dipl Ing Leupold
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1978-09-16
Filing date: 1978-09-16
Publication date: 1980-04-03
Also published as: GB2032083A; BE878789A; FR2435986A1; JPS5541395A; IT1123183B; CA1143921A; DE2840398C2; JPS5823550B2; IT7925756A0; FR2435986B1; GB2032083B

Description

MERTENS &KEIL PATENTANWÄLTE

Didier-Werke AG
Lessingstr. 16-18

6200 Wiesbaden

"Schiebeverschlußanordnung für den Abstich an Metallschmelze enthaltenden Behältnissen"

Die Erfindung betrifft eine Schiebeverschlußanordnung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schiebeverschlußanordnung ist beispielsweise- aus der DE-PS

25 23 928 bekannt. Bei dieser verläuft der Gießstrahl nicht vertikal, sondern in der Hauptrichtung horizontal. Weil außerdem die Verschleißteile des Schiebeverschlusses mit der Schlacke in Berührung kommen, sind diese einem unsymmetrischen und besonders hohen Verschleiß ausgesetzt. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Verschleißteile wie Einlaufhülse, Bodenplatte, Schieberplatte und Auslaufhülse wegen der erforderlichen relativ großen Durchlaufquerschnitte von z.B. 170 mm selbst entsprechend groß dimensioniert und daher vorzugsweise aus an sich bekanntem feuerfesten Feuerbeton (vergl. DE-OS 26 24 299) gegossen sind. In solchen Fällen treten beispielsweise besonders am Übergang von dem letzten auslaufseitigen Kanalstein zur Einlaufhülse Kanten auf, die auf ungleichmäßige Abnutzungen von bis zu 5 mm pro Charge zurückgehen. Diese Kantenbildung führt ihrerseits zu unerwünschten Turbulenzen des Gießstrahles. Man hat versucht, diesen Verschleiß dadurch auszugleichen, daß man eine Einlaufhülse mit geänderter Geometrie, z. B. außermittig angeordneter Bohrung, verwendete oder den Schiebeverschluß in der Höhe verstellbar anordnete. Beides sind jedoch außerordentlich aufwonige Maßnahmen mit geringem Erfolg.

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MERTENS & KEIL PATENTANWÄLTE

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Schiebeverschlußanordnung der gattungsgemäßen Art, bei welcher ein übermäßiger und ungleichmäßiger Verschleiß im Bereich der Verschleißteile des Schiebeverschlusses und insbesondere im Bereich der Einlaufhülse am Übergang von den Kanalsteinen auf einfache Weise vermieden ist.

Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Das in die Bohrung der Einlaufhülse eingesetzte Rohr beisteht aus hochwertigem und damit sehr verschleißbeständigem Material. Da das Rohr im Vergleich zu dem Gesamtvolumen der zu schützenden Verschleißteile relativ dünnwandig sein kann, werden die Materialkosten für die Herstellung des Schiebeverschlusses nicht wesentlich erhöht. Bisher hat man die Anordnung eines besonders verschleißfester. Rohres z.B. in der Bohrung der Einlaufhülse wegen der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten des Grundmaterial der Einlaufhülse und des Rohres für praktisch unbrauchbar gehalten. Dadurch, daß das Rohr aus oxidkeramischeir, Material mit einem Längsschlitz versehen ist, wird aber auf überraschende Weise nicht nur die Herstellung der Einlaufhülse mit Rohr erheblich vereinfacht, sondern auch das Problem der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten während des Einsatzes der Verschlußanordnung beseitigt. Von dem Längsschlitz wird nämlich die Schvindung des feuerfesten Feuerbeton, in welchen das Rohr als verlorener Kern beim Ausgießen der Einlaufhulse eingebettet wird, dadurch ausgeglichen, daß während des Gießens in den Längsschlitz ein den Außendurchmesser des Rohres etwas aufweitendes Keilglied eingesetzt ist, welches dann vor dem Aushärten des Feuerbetons aus dem Schlitz herausgenommen wird. Dadurch kann sich der Beton unter Schwindung ohne übermäßige Druckspannungen an das Rohr geringfügig verringeiten Querschnittes beim Aushärten anlegen. Im eingebauter Zustand dient dann der

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Längsschlitz des Rohres zum Ausgleich der unterschiedlichen Dehnungen von oxidkeramischem Material und Feuerbeton beim Aufheizen. Der Läng-s schlitz wirkt in diesem Fall als Dehnungsfuge. Damit ist nicht nur die Herstellbarkeit einer Einlaufhülse mit gegen Stahlschmelze und Schlacke erheblich beständigerem Einsatz aus oxidkeramischem Material, sondern auch die Funktionssicherheit der Einlaufhülse im Betrieb erheblich erhöht. Weiterhin wird durch den Schlitz die Temperaturwechselbeständigkeit des Rohres wesentlich erhöht. Ein geschlossenes, plötzlich von innen aufgeheiztes Rohr entwickelt an seiner relativ kälteren Außenseite tangentiale Zugspannungen, die beim Überschreiten der Festigkeit zum Bruch führen. Das geschlitzte Röhr kann sich jedoch unter der Wirkung des Temperaturanstieges aufweiten, so daß wesentlich geringere Zugspannungen auftreten und das Rohr unempfindlicher gegen plötzliches Aufheizen wird. Das Rohr aus oxidkeramischem Material zeigt keinen Verschleiß, der eine Korrektur des Schiebeverschlusses bzw. der Bodenplatte nötig macht. Das oxidkeramische Rohr in der Bohrung der Einlaufhülse sorgt außerdem für eine Bündelung des Abstichstrahles und vermindert damit auch einen übermäßigen Verschleiß von Bodenplatte, Schieberplatte und Auslaufhülse.

Eine Verringerung des Verschleißes im Bereich der Bodenplatte wird insbesondere dann erreicht, wenn, was z.B. bei der einteiligen Ausbildung von Einlaufhülse und Bodenplatte zweckmäßig erscheint, das Rohr aus oxidkeramischem Material, gegebenenfalls mit einem ungeschlitzten Abschnitt, bis in die Bohrung der Bodenplatte hineinragt oder ein gesondertes geschlitztes Rohr aus oxidkeramischem Material in dessen Bohrung eingesetzt ist.

Solche geschlitzten Rohre können ergänzend im Bedarfsfall mit gleicher Funktion auch in den Bohrungen der anderen Verschleißteile eingesetzt sein.

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Der Längsschlitz, der im eingebauten Zustand der Einlaufhülse bzw. der anderen Verschleißteile zweckmäßigerweise oben liegt, wo er mit dem Abstichstrahl und der Schlacke weniger in Berührung kommt, hat vorzugsweise eine Breite von etwa 1 bis 2 mm. Es hat sich herausgestellt, daß diese Breite sowohl für den Ausgleich der Schwindung (Druckspannung) beim Abbinden des Feuerbetons suf das Rohr als auch zum Ausgleich der Wärmedehnung und zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit ausreicht, ohne daß ein übermäßiger Verschleiß des Verschleißteilgrundmaterials im Bereich des Längsschlitzes zu beachten war.

Für das Rohr aus oxidkeramischem Material genügt eine Wandstärke von etwa 10 bis 20 mm.

Die Wandstärke sollte vorzugsweise von der Einlaufsei te zur Auslaufsei te hin, z.B. von etwa 20 mm auf etwa 5 mm, abnehmen, wobei die Außenwandfläche des Rohres und die daran angepaßte Fläche der Bohrung der Einlaufhülse und gegebenenfalls der anderen Verschleißteile entsprechend konisch verlaufen. Auf diese Weise wird nämlich einem Herausdrücken des: Rohres aus der Einlaufhülse bzw. den anderen Verschleißteilen durch die Einwirkung des Abstichstrahles entgegengewirkt.

Das oxidkeramische Material sollte vorzugsweise die in Anspruch 7 gekennzeichneten Eigenschaften haben, die zu einer guten Temperaturwechselbeständigkeit bei guter Verformbarkeit ohne Rißbildung führen.

Die nach Anspruch 8 gekennzeichnete Materialzusammensetzung eignet sich besonders für die erfindungsgemäße Schiebeverschlußanordnung.

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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Es zeigen:

Fig. i schematisch im Schnitt einen die Erfindung aufweisenden Schiebeverschluß,

Fig. 2a und 2b. schemat: sch im Längsschnitt und im Querschnitt das Einsatzrohr aus oxidkersmischem Material nach der Erfindung, und

Fig. 3a und 3b in gegenüber Fig. 1 vergrößerter schematischer Darstellung zwei Ausführungsformen der Erfindung, wobei gemäß Fig. 3a Einlaufhülse und Bodenplatte einteilig und gemäß Fig. 3b zweiteilig ausgebildet sine.

Der Schiebeverschluß 1 ist gemäß Fig. 1 an der Abstichöffnung in der Seitenwand 13 eines Siemens-Martin-Ofens oder Elektroofens mit einer feuerfesten Wandauskleidung 14 vorgesehen. In der Wandauskleidung 14 sind ineinander passende, einen Astichkanal 2 bildende Kanalsteine 3 angeordnet. An das äußere Ende des äußersten Kanalsteins 3 paßt sich eine Einlaufhülse 4 an, welche in diesem Fall mit einer ortsfesten Bodenplatte 5 einteilig ausgebildet ist. An die Außenfläche der Bodenplatte 5 schließt sich eine Schieberplatte 6 mit zugeordneter Auslaufhülse 7 an, die gemeinsam in überlicher Weise in einem Rahmen gegenüber der Bodenplatte 5 in Schließ- und Öffnungsstellung verschiebbar sind. Einlaufhülse 4, Bodenplatte 5, Schieberplatte 6 und Auslaufhülse 7 bilden mit ihren einander ausgerichteten

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Bohrungen einen Auslaufkanal 8. In die ineinander übergehenden Bohrungen 9 und 12 der Einlaufhülse 4 und der Bodenplatte 5 ist ein Rohr 11 aus oxidkeramischem Material eingesetzt. Das Rohr 11 verjüngt sich gemäß Fig. 2a außen in seiner Wandstärke von der Einlaufseite zur Auslaufsei te hin und ist so in Einlaufhülse 4 und Bodenplatte 5, welche beispielsweise aus Feuerbeton unter Verwendung des Rohres 11 als verlorener Kern einteilig gegossen sind, eingepaßt. Das Rohr 11 hat entsprechend Fig. 2b einen über die gesamte Länge reichenden Längsschlitz 10, welcher beim Abbinden des Feuerbetons für den Ausgleich der Schwindung und beim Betriebseinsatz dieses Verschleißteiles im Schiebeverschluß

I zum Ausgleich der Wärmedehnung und zur Erhöhung der Temperaturwechselbeständigkeit dient. Bei einem Innendurchmesser des Rohres 11 von z.B. 170 mm hat der Längsschlitz 10 vorzugsweise eine Breite von 1 bis 2 mm. Die Wandstärke des Rohres 11 liegt dabei vorzugsweise zwischen 10 und 20 mm. Fig. 3a veranschaulicht len Schiebeverschluß gemäß Fig. 1 im Bereich von Einlaufhülse 4 und Bodenplatte 5 etwas vergrößert. Fig. 3b zeigt im Vergleich dazu die Einpassung des erfindungsgemäßen Rohres 11 aus oxidkeramischem

Material nur in die Bohrung 9 der von der Bodenplatte 5 gesonderten Einlaufhülse 4; aber auch so führt das Rohr

II durch die wirksame Bündelung des Abstichstrahles zu

einer Verringerung des Verschleißes nicht nur der Einlaufhülse 4 selbst, sondern auch der Bodenplatte 5 und der nachfolgenden Verschleißteile im Bereich der Durchlaufbohrung 12. Im Ausnahmefall - z.B. bei extremer Beanspruchung - können auch Schieberplatte 6 und Auslaufhülse 7 mit entsprechenden geschlitzten oxidkeramischen Innenrohren versehen sein.

Als Ausgangsgemisch für das oxidkeramische Rohr kann beispielsweise eine Mischung aus 50 Gewichtsprozent Al_?0q und 50% ZrO₀ dienen. Bei einem .solchen oxidkeramischen

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Rohr wurden nach Pressen bei ca. 1000 kp/cm und Brennen bei ca. 1750⁰C nachstehende Eigenschaften ermittelt:

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Gesamtporosität P :9,1 %
offene Porosität P :5,2 %

Kaltdruckfestigkeit KDF: größer 3000 kp/cm² Gasdurchlässigkeit GD:0 nPm

Druckfeuerbeständigkeit DFB: größer 1740 ta ⁰C Ε-Modul (statisch): 438 300 kp/cm Biegefestigkeit BF:848 kp/cm Heißbiegefestigkeit HBF bei 1500°C:137 kp/cm² Wärmedehnung d (max. WD bei 1500⁰C): 0,89 % Druckfließen DFL (24 h, 1500⁰C, 2kp/cm²):0,2 % Biegefestigkeit BF (nach 25 Absohr.):56 kp/cm .

Der für Einlaufhülse und/oder Bodenplatte und/oder Schieberplatte und/oder Auslaufhülse verwendete Feuerbeton kann beispielsweise folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent haben:

Al₂O₃	94,5
SiO₂	0,5
Se₂O₃	o,2
TiO₂	0,1
CaO	4,2
MdO	0,1
Na₂O	0,3
KO	0,1

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Claims

Patentensprüche:

1. Schiebeverschlußanordnung für den Abstich an Metallschmelze enthaltenden Behältnissen, insbesondere Siemens-Martin-Öfen, mit in einer Seitenwand angeordneten einen im wesentlichen horizontalen Abstichkanal bestimmenden Kanalsteinen und sich an den Abstichkanal anschließenden, vorzugsweise aus feuerfestem Feuerbeton bestehenden Verschleißteilen, wie Einlaufhülse, Bodenplatte, Schieberplatte und Auslaufhülse gebildeten Auslaufkanal, dadurch gekennzeichnet, daß in die Bohrung (9) wenigstens der Einlaufhülse

(4) ein mit einem Längsschlitz (10) versehenes Rohr (11) aus oxidkeramischem Material eingesetzt ist.

2. Schiebeverschlußanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11), insbesondere wenn Einlaufhülse (4) und Bodenplatte (5) einteilig ausgebildet sind,

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bis in die Bohrung (12) der Bodenplatte (5), gegebenenfalls mit einem ungeschlitzten Abschnitt, hineinragt.

3. Schiebeverschlußanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer Einlaufhülse (4) und gegebenenfalls Bodenplatte (5) auch Schieberplatte (6) und Auslaufhülse (7) wahlweise in ihren Bohrungen mit geschlitztem oxidkeramischem Rohr versehen sind.

4. Schiebeverschlußanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsschlitz (10) eine Breite von etwa 1 bis 2 mm hat.

5. Schiebeverschlußanordnung n?ch einem der Ansprüche

1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) eine Wandstärke von etwa 10 bis 20 mn hat.

6. Schiebeverschlußanordnung nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Rohres (11) von der Einlaufseite zur Auslaufseite hin abnimmt, z.B. von etwa 20 mm au! etwa 5 mm.

7. Schiebeverschlußanordnung nech einem der Ansprüche

1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das oxidkeramische

Material der, Rohres (11) der Faktor R= , wobei BF=

ν χ et,

Biegefestigkeit, ν = v-Modul unc o< = Wärmeausdehnungskoeffizient, möglichst groß ist.

8. Schiebeverschlußanordnung nach einem der Ansprüche

1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das oxidkeramische Material des Rohres (11) aus Oxiden mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 1950°C, insbesondere MgO, Cr_o0_q, Al₀O^, ZrO₀

und/oder Mischungen dieser Oxice mit weniger als 1 Gewichtsprozent anderer oxidischer Best&ndteile (abgesehen von ZrOp-stabil i sierenden Zusätzen v\ie CaO) besteht.

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