DE4213619A1

DE4213619A1 - Ventilanordnung

Info

Publication number: DE4213619A1
Application number: DE4213619A
Authority: DE
Inventors: Ronald L Downard; Larry J Epps; Robert C Kays
Original assignee: ESM II Inc
Current assignee: ESM II Inc
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1992-10-29
Anticipated expiration: 2012-04-25
Also published as: GB2255155B; GB9206283D0; US5108075A; GB2255155A; DE4213619C2

Description

Die Erfindung betrifft Ventile, insbesondere zur Regelung fließfähigen Materials, wie Magnesiumpulver, welches mittels Druckgas gefördert wird, wobei das Ventil den Durchfluß linear regelt.

Um eine kombinierte Anlage aus einem basischen Sauerstoff ofen und einer kontinuierlichen Brammen-Gießanlage betrei ben zu können, ist ein Blasofen für heißes Metall mit niedrigem Schwefelgehalt erforderlich. Es wurde gefunden, daß durch Einbringen von Magnesium in eine Gießpfanne der Schwefelgehalt des heißen Metalles reduziert werden kann.

Dies geschieht typisch durch Zumischen von feinpulvrigem Magnesium mit geringen Mengen Kalkpulver und Einführen der Mischung in einen Strom inerten Gases, wie Stickstoff. Beim Einblasen ist es erwünscht, den eingeblasenen Strom von Magnesiumpulver von Null auf 100% Durchfluß und zurück auf Null-Durchfluß linear und so regeln zu können, daß in der Gießpfanne minimale Turbulenz entsteht. Es wurde gefunden, daß eine präzise Durchflußregelung des Magnesiums die Turbulenz verringert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Ventilanordnung für die Regelung des Durchflusses fließfähiger Materialien zu schaffen, bei der der Durchfluß fließfähiger Materialien kontinuierlich linear ohne Verwirbelung der Strömung verändert werden kann. Diese Aufgabe löst Anspruch 1.

Der Magnesiumdurchfluß durch die Ventilanordnung wird bei der Erfindung dadurch geregelt, daß die Durchflußquer schnitte der Kanäle, durch welche das Magnesium strömt, ohne scharfe Ränder oder Toträume verengt oder erweitert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der Ventilanordnung nach der Erfindung mit einem Ventilbetätigungsmechanismus;

Fig. 2 eine Innenansicht der Ventilanordnung nach Fig. 1, wobei schematisch die Funktionsweise gezeigt ist;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 3a und 3b Teilschnitte der Konstruktion nach Fig. 3, wobei der Ventilkern in unterschiedliche Stellungen im Ventilgehäuse verdreht dargestellt ist;

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 4;

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 3, wobei der Ventilkern in seine vollständige Offenstellung verdreht gezeigt ist;

Fig. 7 und 8 Schnitte nach den Linien 7-7 in Fig. 3a und 8-8 in Fig. 3b, wobei der Ventilkern jeweils in einer Zwischenstellung und in Schließstellung gezeigt ist.

Gemäß Fig. 2 wird die Ventilanordnung nach der Erfindung zum Regeln des Stromes von Magnesiumpulver (welches mit Kalziumoxid gemischt sein kann) aus einem Silo oder Tank 10 zu einer Lanze 12 genutzt, welche in einer heißen Gießpfanne (nicht gezeigt) angeordnet ist. Der Tank 10 ist über Last aufnehmer 14 abgestützt, welche das Gewicht des Tankes 10 erfassen und ein dazu proportionales Signal über elektri sche Leitungen 16 zu einer programmierbaren elektrischen Signalbearbeitungsvorrichtung 18 abgeben. Die Signalver arbeitungsvorrichtung 18 ist ihrerseits mit einem Ventil-Stell ungsgeber 20 über elektrische Leitungen 22 verbunden. Eine Druckluftquelle, welche in Fig. 1 durch den Pfeil 24 symbolisiert ist, ist mit dem Ventil-Stellungsgeber verbunden. Der Ventil-Stellungsgeber 20 initiiert von der Signalverarbeitungsvorrichtung her empfangene Signale einen Luftstrom über Luftleitungen 26 und 28 zu einem pneumati schen Motor 30. Der Ventil-Stellungsgeber kann von her kömmlicher Bauart sein, beispielsweise ein elektro-pneuma tischer Stellungsgeber "Worcester PM15", der von der Firma Worcester Controls hergestellt wird. Der pneumatische Motor 30 ist ebenso von herkömmlicher Bauart und beispielsweise von der Firma Worcester Controls hergestellt. Er hat ein drehbares Bauteil, das entsprechend den über die Leitungen 26 und 28 empfangenen Signalen verdreht werden kann.

Der Ventil-Stellungsgeber ist auf einem am besten in Fig. 1 erkennbaren Tragbügel 32 montiert, wobei dieser Tragbügel im wesentlichen rechteckig ausgebildet und mit einer Seite auf dem pneumatischen Motor 30 montiert ist, wobei der Ventil-Stellungsgeber 20 auf seiner anderen Seite angeordnet ist. Der Tragbügel ist zu den Seiten hin offen, und ein Anzeigestreifen 34 ist darin angeordnet, dessen Enden an den rechten und linken Seiten des Tragbügels 32 befestigt sind. Der Anzeigestreifen ist mit geeigneten Markierungen zu Anzeigen der Drehstellung eines Motorbauteils versehen, wozu eine Welle 36 mit einem Anzeigearm 38 aus dem pneu matischen Motor 30 herausragt. Der Ventil-Stellungsgeber 20 ist mit einem drehbaren Bauteil (nicht gezeigt) versehen, mit dem eine nach außen ragende Rückmeldewelle 40 gekuppelt ist, welche ihrerseits mit der Anzeigewelle 36 gekuppelt ist, um dem Ventil-Stellungsgeber eine "Feedback"-Infor mation zu übermitteln.

Das drehbare Bauteil in dem Motor 30 hat eine Steuerwelle 42 (Fig. 2), die koaxial mit der Anzeigewelle 36 verläuft, jedoch aus dem Motor in Richtung entgegengesetzt zu der Anzeigewelle herausragt. Die Steuerwelle 42 ist mit einer Kupplung 44 ausgestattet.

Die Ventilanordnung nach der Erfindung ist insgesamt mit der Bezugszahl 46 versehen und mit der Kupplung 44 in einer noch zu beschreibenden Weise gekuppelt. Die Ventilanordnung 46 ist starr am pneumatischen Motor 30 mittels eines allgemein C-förmigen Bügels 48 befestigt, dessen Einzel heiten für die Erfindung nicht wesentlich sind. Wie am besten aus Fig. 5 erkennbar ist, umfaßt die Ventilanordnung als Hauptbestandteile ein insgesamt mit der Bezugszahl 50 bezeichnetes Ventilgehäuse, einen drehbaren Ventilkern 52 und eine Rückhaltevorrichtung 54 zum Rückhalten des dreh baren Ventilkerns 52 im Ventilgehäuse 50.

Der Ventilkern 52 umfaßt als Hauptbestandteile einen ersten zylindrischen Abschnitt 56, einen zum ersten zylindrischen Abschnitt koaxialen und zu dessen einem Ende benachbarten zweiten zylindrischen Abschnitt 58 und einen Ventilschaft 62, der vom anderen Ende 64 des ersten zylindrischen Ab schnittes 56 wegragt. Der Ventilschaft 62 ist mit einem Mitnehmer 66 versehen, welcher in montiertem Zustand mit der Kupplung 44 gekuppelt ist. Der erste zylindrische Ab schnitt 56 hat eine Umfangsnut 68 mit gerundetem Grund 68b. Die Nut hat in einer durch die Achse des ersten zylindri schen Abschnittes gemäß den Fig. 5 und 7 verlaufenden Ebene C-förmigen Querschnitt. Wie am besten aus Fig. 3 zu erkennen ist, hat die Nut in einer zu der Achse des ersten zylindrischen Abschnittes 56 normal verlaufenden, radialen Ebene sichelförmigen Querschnitt. Beidseits der Umfangsnut 68 sind Ringnuten 70, 72 angeordnet. Diese Ringnuten sind zur Aufnahme von O-Ringen 74 und 76 gestaltet.

Das Ventilgehäuse 50 ist mit einer ersten zylindrischen Bohrung 78 zur Aufnahme des ersten zylindrischen Abschnittes 56 des Ventilkernes 52 versehen. Es ist erkennbar, daß der erste zylindrische Abschnitt 56 des Ventilkernes 52 einen geringfügig kleineren Durchmesser als derjenige der ersten zylindrischen Bohrung 78 hat. Die erste zylindrische Bohrung wird von einer zweiten zylindrischen Bohrung 80 angeschnitten, welche sich durch das Ventilgehäuse zum Hindurchfördern von fließfähigem Material erstreckt. Die zweite Bohrung 80 hat einen zylindrischen Abschnitt 80.1 und kegelstumpfförmige Einlaß- und Auslaßabschnitte 80.2 und 80.3 auf jeder Seite des zylindrischen Abschnittes 80.1. Die Einlaß- und Auslaßabschnitte münden in ebene Flächen 82 und 84, welche mit entsprechenden Ringnuten 86 und 88 zur Aufnahme von O-Ring-Stirndichtungen (nicht gezeigt) versehen sind. Wie aus den verschiedenen Figuren erkennbar ist, schneidet der zylindrische Abschnitt 80.1 die erste Bohrung 78 im Ventilgehäuse zwischen den Enden des Ventilgehäuses im rechten Winkel dazu an, wobei der zylindrische Abschnitt 80.1 der zweiten Bohrung einen Durchmesser aufweist, dessen Größe etwa einem Drittel des Durchmessers der ersten Bohrung 78 entspricht und der den Umfang der ersten zylindrischen Bohrung derart anschneidet, daß der Bereich des zylindri schen Abschnitts 80.1, welcher den weitesten Abstand von der Achse A (siehe Fig. 5) der ersten zylindrischen Bohrung hat, die Oberfläche der ersten zylindrischen Bohrung tangiert, was am besten in den Fig. 3, 3a und 3b zu erkennen ist. Wie am besten aus Fig. 6 erkennbar ist, ist der Radius des ersten zylindrischen Abschnitts 80.1 gleich groß wie derjenige des Grundes 68b der Nut 68. Das Ventil gehäuse ist ferner mit einer dritten Bohrung 90 versehen, die koaxial mit der ersten zylindrischen Bohrung 78 ist. Gemäß Fig. 4 ist der Durchmesser des zweiten zylindrischen Abschnitts 58 des Ventilkernes 52 geringfügig kleiner als der Durchmesser der dritten zylindrischen Bohrung 90, so daß die dritte zylindrische Bohrung als Lager für den zweiten zylindrischen Abschnitt 58 fungieren kann.

Wie am besten aus den Fig. 4 und 5 zu erkennen ist, hält die Rückhaltevorrichtung 54 den Ventilkern 52 im Ventilge häuse 50 und umfaßt eine Platte 92 und Befestigungsschrauben 94. Die Platte 92 ist mit einer Öffnung zur Aufnahme des Ventilschaftes 62 versehen. Die Platte ist durch die Be festigungsschrauben 94 an Ort und Stelle gehalten, welche gleichzeitig zum Halten der Ventilanordnung 48 am Bügel 48 dienen. Wenngleich die Platte mit einem ringförmigen Bund 92.1 dargestellt ist, welcher in einer entsprechenden Ring öffnung (keine Bezugszahl) im Ventilkörper aufgenommen ist, muß die Platte 92 nicht einen solchen Bund haben.

Ein bei 96 in Fig. 2 dargestelltes Handventil ist an der Fläche 82 anliegend dargestellt, wobei dieses Handventil 96 in geeigneter Weise über einen Hebel 98 betätigt ist. Wie dargestellt ist ein Einlaß-Fitting 100 am Handventil 96 angebracht und ein Auslaß-Fitting 102 ist an der anderen Seite 84 des Ventilgehäuses 50 befestigt. Eine Einlaßleitung 104 für das fließfähige Material erstreckt sich zwischen dem Tank 10 und dem Einlaß-Fitting 100, und in ähnlicher Weise erstreckt sich eine Auslaßleitung 106 für das fließfähige Material von dem Auslaß-Fitting 102 zur Lanze 12.

Wenn gemäß den Fig. 6, 7 und 8 der Ventilkern 52 in dem Ventilgehäuse 50 aus der vollständigen Offenstellung nach Fig. 6 in die Schließstellung nach Fig. 8 verdreht wird, wird der wirksame Querschnittsdurchmesser des Durchlaß kanales für das fließfähige Material kontinuierlich unter Verlagerung des Grundes 68b der Nut in die Strömung des fließfähigen Materials hinein vermindert. Dies schafft günstigere Strömungseigenschaften als bei einer Hereinbe wegung einer Messerkante in den Querschnitt des fließfähi gen Materials. Somit arbeitet das Ventil nach der Erfindung sehr sanft in einer Weise, welche den pneumatischen Durch fluß des Material bei keiner Drehstellung des Ventilkerns stört, weil keine die Strömung störende Kante in dem Ventil vorhanden ist, wobei Veränderungen der Querschnittsfläche des Strömungskanales 80 in allen Stellungen des Ventilkerns kontinuierlich erfolgen. Ein Grund für die geringe Störung der Gas-/Material-Gemischströmung bei Veränderung der Durch trittsöffnung liegt darin, daß die Gestalt der Durchtritts öffnung an der engsten Stelle glatt bzw. sanft und in allen Bereichen gerundet ist. Ein weiterer Grund liegt darin, daß die Erweiterung hinter der engsten Stelle über eine sanft gerundete Kontur anstatt eine scharfe Querschnitts erweiterung hinter einer Kante, wie bei einer Messerkante, erzielt ist. Somit regelt die Ventilanordnung die Einblas rate in stabiler Weise.

Claims

1. Ventilanordnung für das Einspritzen von Magnesium pulver in geschmolzenen Stahl zu dessen Entschwefelung mit,
einem Ventilgehäuse (50) mit einer ersten zylindrischen Bohrung (78) und einer zweiten Bohrung (80), über welche fließfähige Materialien durch das Ventilgehäuse (50) strömen, wobei die zweite Bohrung (80) einen zylindrischen Abschnitt (80.1) hat, welcher die erste zylindrische Bohrung (78) zwischen deren Enden und rechtwinklig dazu anschneidet und der zylindrische Abschnitt (80.1) der zweiten Bohrung (80) einen Durchmesser hat, der kleiner als der Durchmesser der ersten zylindrischen Bohrung (78) ist;
einem Ventilkern (52), der in der ersten zylindrischen Bohrung (78) drehbar aufgenommen ist und einen ersten zylindrischen Abschnitt (56) eines Durchmessers aufweist, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der ersten zylindrischen Bohrung (78) ist, wobei der zylindrische Abschnitt (56) eine sich in Umfangsrich tung erstreckende Nut (68) mit gerundetem Grund (68b) aufweist, die sich teilweise um den zylindrischen Ab schnitt (56) des Ventilkerns erstreckt und C-förmigen Querschnitt in einer bezüglich der zweiten Bohrung (80) radialen Ebene und einen sichelförmigen Quer schnitt in einer bezüglich der zweiten Bohrung axialen Ebene hat, und
einer Vorrichtung (30) zum Verdrehen des Ventilkernes (52) in dem Ventilgehäuse (50).

2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ven tilgehäuse (50) eine dritte, mit der ersten zylindri schen Bohrung (78) koaxiale und an deren eines Ende anschließende zylindrische Bohrung (90) aufweist und daß der Ventilkern (52) einen an ein Ende des ersten zylindrischen Abschnittes (56) anschließenden und damit koaxialen zweiten zylindrischen Abschnitt (58) aufweist, dessen Durchmesser geringfügig kleiner als der Durchmesser der dritten zylindrischen Bohrung (90) ist und darin zur Lagerung des Ventilkernes (52) auf genommen ist.

3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ven tilkern (52) ferner einen Ventilschaft (62) aufweist, der von der anderen Seite des ersten zylindrischen Ab schnittes (56) entgegengesetzt zu dem zweiten zylindri schen Abschnitt (58) wegragt und daß die Rückhaltevor richtung (54) zum Zurückhalten des Ventilkernes (52) in dem Ventilgehäuse (50) an der anderen Seite des ersten zylindrischen Abschnittes (56) des Ventilkernes anliegt, wobei der Ventilschaft (62) durch die Rück haltevorrichtung (54) hindurchragt.

4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Um fang des zylindrischen Abschnittes (80.1) der zweiten Bohrung (80) im Ventilgehäuse (50) den Umfang der ersten zylindrischen Bohrung (78) anschneidet.

5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durch messer des zylindrischen Abschnittes (80.1) der zweiten Bohrung (80) etwa ein Drittel des Durchmessers der ersten zylindrischen Bohrung (78) beträgt.

6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zylindrische Abschnitt (56) des Ventilkernes (52) mit Ringnuten (70, 72) versehen ist, die beidseits der Um fangsnut (68) angeordnet sind, und daß in den Ringnuten O-Ringe (74, 76) aufgenommen sind.

7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des zylindrischen Abschnittes (80.1) der zweiten Bohrung (80) im wesentlichen gleich dem Radius des Grundes (68b) der Umfangsnut im C-förmigen Querschnitt ist.

8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bohrung (80) kegelstumpfförmige Abschnitte (80.2, 80.3) beidseits des zylindrischen Abschnitts (80.1) aufweist.