FEUERFESTER KERAMISCHER ADAPTER

B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft einen feuerfesten keramischen Lochstein (englisch: well block, well nozzle). Ein solcher Lochstein wird beispielsweise zur Einfassung (Umrahmung) eines Gasspülsteins oder eines Ausgusssteins im Wand- oder Bodenbereich von metallurgischen Schmelz- und Behandlungsgefäßen eingesetzt.

Gasspülsteine weisen in der Regel eine Kegelstumpfform auf, wobei das schmale Ende in der Funktionsposition oben ist. Entsprechend ist die öffnung im Lochstein, in die der Gasspülstein eingesetzt wird, im Schnitt konisch, wobei das schmale Ende in der Funktionsposition oben ist.

Ein Lochstein zur Aufnahme einer Auslaufhülse kann oberhalb eines Schieberverschlusssystems eingesetzt werden. Grundsätzlich werden Linearschieber von Drehschiebern unterschieden. Innerhalb dieser Gruppen gibt es so genannte 2-Platten-Schiebersysteme und Schiebersysteme mit mehr als 2 Platten.

Bei 2-Platten-Linearschiebern wird die in Gießrichtung einer Metallschmelze untere Schieberplatte zum öffnung und Schließen des Verschlusssystems linear verschoben.

Beispielsweise beim Blockguss (Kokillenguss) ist es bekannt, die untere Schieberplatte eines Pfannenschiebers in Gießrichtung der Metallschmelze mit einer Auslaufhülse zu verlängern, die in einen zugehörigen Gießtrichter, der der Kokille zugeordnet ist, hineinragt.

Zum öffnen des Schiebers muss deshalb die Pfanne zunächst angehoben werden, um die Ausgusshülse der unteren Schieberplatte über den Gießtrichter anzuheben. Dann kann die untere Schieberplatte verschoben und der Schieberverschluss geöffnet werden. In diesem Moment beginnt die Schmelze durch den Schieberverschluss auszulaufen. Dies erfordert es, in kürzester Zeit die Pfanne so über die Kokille nachzufahren, dass die Auslaufhülse der unteren Schieberplatte wieder konzentrisch zum und im Gieß- trichter angeordnet ist.

Die Bewegung der Pfanne (beziehungsweise des Schieberverschlusses) relativ zur Kokille (beziehungsweise deren Gießtrichter) ist schwierig.

Häufig kann nicht verhindert werden, dass Metallschmelze herumspritzt. Deswegen wird häufig ein zusätzlicher Spritzschutz am Schieber angebracht.

Einen 2-Plattenschieber durch einen 3-Plattenschieber zu ersetzen, bei dem die mittlere Platte bewegt wird, löst zwar die genannten Probleme, kompliziert und verteuert das Schieberverschlusssystem aber erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für das vorstehend geschilderte Problem anzubieten.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Art „Adapter" zwischen Schieberverschluss und nachfolgenden Aggregaten (beispielsweise dem erwähnten Gießtrichter) anzuordnen. Dieser Adapter kann ortsfest angeordnet werden, beispielsweise auf einem Gießtrichter. Der Adapter ist so gestaltet, dass er einen Gießkanal aufweist, durch den die Metallschmelze nach Verlassen des Schieberverschlusses in nachgeordnete Aggregate fließen kann. Das Besondere des Adapters liegt darin, dass das einlaufseitige Ende des Gießkanals eine größere Querschnittsfläche gegenüber dem auslaufseitigen Ende des Gießkanals besitzt.

Dies ermöglicht es, die in Gießrichtung der Schmelze vorstehende Auslaufhülse der unteren Schieberplatte während der Linearbewegung der Schieberplatte entlang des vergrößerten Gießkanals horizontal zu verschieben, ohne das zugehörige Behandlungsgefäß, beispielsweise eine Pfanne, anheben zu müssen. Daraus folgt: Das einlaufseitige Ende des Gießkanals ist so gestaltet, dass eine Auslaufhülse einer

korrespondierenden Schieberplatte in den Gießkanal - in Fließrichtung einer Metallschmelze - eintauchen (hineinragen) und senkrecht zur Fließrichtung der Metallschmelze (quasi horizontal) im Gießkanal bewegt werden kann. Die Querschnittsfläche des Gießkanals am einlaufseitigen Ende kann mehr als das Doppelte der Querschnittsfläche am auslassseitigen Ende betragen. Dieser Wert kann auch > 2,3 oder > 2,5 oder > 2,7 sein.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Schmelze, die durch den geöffneten Schieberverschluss ausläuft, unmittelbar in den Gießkanal des Adapters einlaufen kann, ohne das metallurgische Schmelzgefäß erneut verschieben zu müssen. Gleichzeitig wird die Gefahr deutlich herabgesetzt, dass Metallschmelze herumspritzt.

Da der Adapter eine ähnliche Form aufweist wie ein eingangs genannter Lochstein, wird er im Folgenden feuerfester keramischer Lochstein genannt.

Insoweit betrifft die Erfindung in ihrer allgemeinsten Ausführungsform einen feuerfesten keramischen Lochstein mit einem Gießkanal, der sich von einem oberen, einlaufseitigen Ende durch den Lochstein zu einem unteren, auslaufseitigen Ende erstreckt, wobei das einlaufseitige Ende gegenüber dem auslaufseitigen Ende eine größere Querschnittsfläche aufweist.

Wie vorstehend erläutert wird der Lochstein üblicherweise so ausgerichtet werden, dass die Gießkanalachse in Funktionsposition des Lochsteins vertikal verläuft.

Nach einer Ausführungsform ist das auslaufseitige Ende des Gießkanals konzentrisch zur Gießkanalachse ausgebildet. üblicherweise wird das auslaufseitige Ende (der auslaufseitige Endabschnitt) des Gießkanals einen Kreisquerschnitt aufweisen.

Die größere Querschnittsfläche des einlaufseitigen Endes des Gießkanals kann ebenfalls eine Kreisform haben, die konzentrisch zur Gießkanalachse verläuft. In diesem Fall kann der zugehörige Schieberverschluss in X-Y- Richtung entlang einer horizontalen Ebene beliebig verschoben werden.

Regelmäßig liegt die Verschieberichtung des Schiebers jedoch fest, so dass sich eine exzentrisch zur Gießkanalachse verlaufende Querschnittsfläche für das einlaufseitige Ende des Gießkanals anbietet, beispielsweise in Form einer Ellipse, eines Ovals. Dabei kann ein Ende des Ovals fluchtend zum auslaufseitigen Ende des Gießkanals gestaltet sein.

Aufgrund der unterschiedlichen Querschnittsgeometrien am einlaufseitigen und auslaufseitigen Ende des Gießkanals ergibt sich zwangsläufig, dass die Wand des Gießkanals nicht überall parallel zur Gießrichtung der Schmelze verlaufen kann.

Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, den Gießkanal im übergangsbereich vom einlaufseitigen Ende (Endabschnitt) zum auslaufseitigen Ende (Endabschnitt) stufenförmig auszubilden.

In strömungstechnischer Hinsicht ist es vorteilhaft, anstelle einer Stufe eine geneigte Schrägfläche auszubilden, wobei die Schräge in Richtung auf das auslaufseitige Ende des Gießkanals geneigt ist.

Der Lochstein kann auf unterschiedlichste Art und Weise positioniert werden. Es kann ein eigenes Gerüst vorgesehen werden. Für den genannten Anwendungsfall des Kokillengusses bietet es sich an, den Lochstein auf den Gießtrichter aufzusetzen. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, die untere Stirnfläche des Lochsteins, benachbart dem auslaufseitigen Ende des Gießkanals, mit einer umlaufenden Aussparung auszubilden, die vorzugsweise formschlüssig zum Umfangsbereich des Gießtrichters gestaltet ist, so dass sich eine sichere Passform ergibt.

Der Lochstein besteht aus einem üblichen keramischen feuerfesten Werkstoff. Typische Abmessungen sind:

Breite: 25 bis 75 cm, insbesondere 30 bis 60 cm

Länge: 25 bis 75 cm, insbesondere 30 bis 60 cm Höhe: 10 bis 50 cm, insbesondere 15 bis 30 cm.

Anstelle einer Quaderform kann der Lochstein auch eine zylindrische Umfangsfläche aufweisen, dessen Durchmesser sich dann in der Größenordnung von Breite und Länge des vorgenannten Quaders bewegt.

Zusätzlich kann ein Spritzschutz vorgesehen werden. Dieser wird beispielsweise an der Schieberplatte befestigt und mit dieser mitbewegt.

Der Spritzschutz kann aber auch am Lochstein (umfangsseitig) vorgesehen werden. Er besteht beispielsweise aus einem Blech.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

Im Bereich des Gießkanals kann eine Inertgaszufuhr erfolgen. Konstruktiv kann dazu ein Kanal im Feuerfestmaterial des Lochsteins vorgesehen werden, der an einer Stelle mit Inertgas gespeist wird und ein oder mehrere öffnungen (beziehungsweise Abzweige mit öffnungen) in der Gießkanalwand hat, über die das Gas in die Metallschmelze strömt.

Der Stand der Technik sowie die Erfindung werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 : einen 2-Platten-Schieberverschluss an einer Gießpfanne mit einem nachgeschalteten Gießtrichter als Bestandteil einer Kokillen-Gießanlage (im Längsschnitt)

Figur 2: eine Anlage analog Figur 1 mit einem erfindungsgemäßen Lochstein.

Figur 3: eine Aufsicht auf den Lochstein von Figur 2.

Figur 1 zeigt den Stand der Technik.

In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Boden einer Gießpfanne, an deren Ausguss 12 ein 2-Platten-Schiebersystem angeschlossen ist, das aus einer oberen, fest montierten Platte 14 und einer unteren, in Pfeilrichtung L bewegbaren Platte 16 besteht. Die untere Platte 16 ist um ihre Durchflussöffnung 18 herum nach unten (in Gießrichtung der Schmelze) mit einem Ausgussstutzen 20 verlängert.

Unterhalb der Schieberplatte 16 ist ein oberes Ende einer Kokillen-Gießanlage zu erkennen, hier insbesondere ein zugehöriger Gießtrichter 22 mit einer trichterförmigen Einlauföffnung 24, an die sich ein Gießkanal 26 anschließt.

Um das Schiebersystem von der dargestellten Schließstellung in eine Position zu bringen, bei der die Durchgangsöffnungen 18 der Platten 14, 16 fluchten, muss die Gießpfanne 10 in Pfeilrichtung G angehoben werden, um den Ausgussstutzen 20 der Schieberplatte 16 aus der trichterförmigen öffnung 24 (gestrichelt dargestellte Position) herauszuführen. Erst jetzt, in der mit durchgezogenen Linien gestalteten Position, kann die Schieberplatte 16 in Pfeilrichtung L verschoben werden.

Damit die Metallschmelze anschließend in den Gießtrichter 22 ein und durch diesen hindurchfließen kann, muss die Pfanne parallel verschoben und abgesenkt werden, so dass die Schmelze anschließend vertikal über den Ausguss 12, die Schieberplatten 14, 16 in den Gießtrichter 22 fließen kann.

Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Lochstein 30, der auf den Gießtrichter 22 aufgesetzt ist.

Der Lochstein 30 weist einen Gießkanal 32 auf, der ein oberes, einlauf- seitiges Ende 32o und ein unteres, auslaufseitiges Ende 32u besitzt. Der Gießkanal 32 erstreckt sich von einer oberen Stirnfläche 34o zu einer unteren Stirnfläche 34u des Lochsteins 30.

Wie Figur 2 erkennen lässt, ist der obere, einlaufseitige Endabschnitt 32o des Gießkanals 32 mit einer größeren (horizontalen) Querschnittsfläche ausgebildet als der untere Endabschnitt 32u, der eine kreisrunde Querschnittsfläche aufweist, und zwar konzentrisch zur Gießachse A. Um den

oberen Abschnitt des Gießkanals 32 verläuft eine ringförmige Gasleitung 38 im Feuerfestmaterial. Von der Gasleitung 38 verlaufen Stichleitungen 38s radial in Richtung Gießkanal 32. Die Stichleitungen 38s münden in die Gießkanalwand ein. Die Gaszufuhr erfolgt über einen Anschlussbereich 38a.

Am oberen Ende weist der Gießkanal 32 eine ovale Querschnittsfläche auf, wie in Figur 3 zu erkennen ist. Dabei verläuft die mit dem Bezugszeichen 32w gekennzeichnete (rechte) Wand des Gießkanals 32 durchgehend vom einlaufseitigen Ende 32o zum auslaufseitigen Ende 32u, während in dem erweiterten einlaufseitigen Bereich 32o mit Abstand zur oberen Stirnfläche 34o eine Stufe 32s gebildet wird, die in Richtung auf das auslaufseitige Ende 32u geneigt ist.

Um einen sicheren Sitz des Lochsteins 30 auf dem Gießtrichter 22 zu ermöglichen, weist der Lochstein im Bereich seiner unteren Stirnfläche 34u eine konzentrisch zum Gießkanal 32 verlaufende Aussparung 40 auf, die formschlüssig ein oberes Ende des Gießtrichters 22 aufnimmt.

Es ist ohne weiteres zu erkennen, dass der Ausgussstutzen 20 der Schieberplatte 16 entlang des oberen einlaufseitigen Endes 32o des Gießkanals 32 in Linearrichtung (Pfeil L) verschoben werden kann, ohne die Gießpfanne 10 anheben zu müssen.

Die Pfanne kann auch während des öffnens des Schiebers in der gleichen Position bleiben und braucht nicht nachgeführt zu werden. Das Verhältnis der Querschnittsflächen des Gießkanals oben und unten beträgt hier 2,2 : 1.

Geht man davon aus, dass der Auslaufstutzen 20 der unteren Schieberplatte 16 eine Querschnittsfläche und Form aufweist, die der des Gießkanals 32 am unteren Ende 32u entspricht, so ergibt sich für den Auslaufstutzen 20 ein maximaler Verschiebeweg V (Figur 3) innerhalb des einlaufseitigen Endes des Gießkanals 32, der etwa dem 1 ,2-fachen des Durchmessers des Gießkanals 32 am unteren Ende 32u entspricht. Dieser Wert (V) sollte > 1 und beispielsweise 1 , 1 bis 2,5 mal dem Durchmesser des Gießkanals 32 am unteren Ende oder dem Durchmesser des Auslaufstutzens 20 entsprechen.

Der erwähnte Spritzschutz kann an der Schieberplatte oder an anderen Teilen des Schiebersystems befestigt und mitgeführt werden.

Zur Abdichtung zwischen Pfanne beziehungsweise Schiebersystem und Lochstein kann die obere Stirnfläche des Lochsteins mit einer Dichtung, beispielsweise einer Fasermatte, versehen werden.

Die Zentrierung des Lochsteins auf einem Gießtrichter kann auch über Nut-/Feder-Verbindungen, Zentrierstift(e) und korrespondierende Aufnahmelöcher erfolgen.