metallurgischen Gefäßen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Öffnen eines Ausgusskanals von metallurgischen Gefäßen wie Gießpfannen oder dergleichen, wobei der Ausgusskanal am ausgekleideten Boden des Gefäßes angeordnet ist, mit einem wenigstens zwei Schieberplatten aufweisenden Schieberverschluss mit einer ortsfesten und mit dem Gefäß verbundenen Schieberplatte und mit wenigstens einer mit dieser in

Wirkkontakt stehenden verschiebbaren Schieberplatte, wobei alle Schieberplatten wenigstens eine Gießöffnung aufweisen und derart gegeneinander verschiebbar sind, dass zum Öffnen und Herausfließen der Schmelze die Gießöffnungen in Deckung gebracht werden und wobei der Schieberverschluss eine Gaszufuhrleitung aufweist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.

Aus der Praxis sind seit langer Zeit unterschiedlichste Arten bekannt, metallurgische Gefäße, welche am Boden mit einem Ausgusskanal versehen sind, derart zu verschließen, dass der Ausgusskanal zu einem vorbestimmten Zeitpunkt zum Abfluss der Schmelze geöffnet werden kann. Im einfachsten Fall dienen dazu sog.

Stopfenpfannen mit Bodenentleerung, bei denen ein Stopfen auf dem

Bodenausgusskanal zum Verschließen desselben angeordnet war, wobei der Stopfen zum Freigeben des Ausgusskanals durch Anheben der Stopfenstange betätigt werden konnte. Diese Art von Gießpfannen wurde insbesondere für den Stahlguss zum Abhalten der auf der Schmelze schwimmenden Schlacke verwendet. Trotz des einfachen Aufbaus ist eine mechanische Betätigung mittels einer durch die Schmelze geführten Stopfenstange unvorteilhaft.

Im Stand der Technik findet man daher auch Beispiele für Konstruktionen, bei denen versucht wurde, den Stopfen von der Unterseite des Behälters aus zu bedienen [wie beispielsweise US 2 863 189 oder US 3 651 825). In jüngerer Zeit haben sich an Stelle des Stopfenzuges Schieberverschlüsse zum Öffnen der Ausgießkanäle von metallurgischen Gefäßen weitgehend durchgesetzt. Dabei werden zwei oder mehr jeweils wenigstens eine Öffnung aufweisende metallische oder keramische Platten derart gegeneinander verschoben, dass die

Öffnungen in Deckung gebracht werden können, um den Ausgusskanal freizugeben. So zeigt beispielsweise die US 5 016 788 einen Schieberverschluss mit einer Öffnung.

Nachteilig an den Pfannenschieberverschlüssen ist insbesondere die Tatsache, dass zum Schutz der metallischen Schieberverschlüsse sog. ,Schieberfüllsand' eingesetzt werden muss, welcher oberhalb des geschlossenen Schieberverschlusses in eine dort befindliche Verschleißhülse gefüllt wird, bevor die Pfanne mit Schmelze gefüllt wird. Der Sand bildet dabei einen guten Schutz für den Schieberverschluss. Problematisch dabei ist jedoch ein nicht zu vermeidender Eintrag von Schieberfüllsand in

Verteilerrinnen und Formen, die zu Ausbringverlusten durch sog. ,Vorläufer' führen. Ebenfalls nachteilig sind Risse bei Halbzeugen im Bereich der Blockfüße oder eine Reinheitsgradverschlechterung beim Pfannenwechsel. Ferner führt die Verwendung von Schieberfüllsand zu einem unerwünschten Sauerstoffeintrag in Schmelzen beim Ausbrennen von Pfannen und einem möglichen Verletzungsrisiko. Des Weiteren sind „Tropfende Pfannen" beim Angießen und/oder ein möglicher Eintrag oxidierter Metalltropfen nicht zu vermeiden.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine

Qualitätsverbesserung durch Verringerung des Oxid-Eintrages in Stranggussverteiler und Blockkokillen und damit eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit zu erreichen, indem auf Schieberfüllsand verzichtet wird.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, oberhalb des Schieberverschlusses ein Stopfen angeordnet ist, dessen Größe den Durchmesser des Ausgusskanals übersteigt und der mit der Auskleidung des Gefäßes verbunden ist, und dass die Gaszufuhrleitung mit einem unter Druck stehenden Gas derart beaufschlagbar ist, dass der Stopfen aus seiner Verschlussstellung zur Freigabe des Ausgusskanals pneumatisch herauslösbar ist. Auf diese Weise kann auf den Einsatz von Schieberfüllsand und die damit einhergehenden Nachteile komplett verzichtet werden.

Verfahrensmäßig erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass zum Öffnen des Ausgusskanals durch Beaufschlagen der Gaszufuhrleitung mit einem unter Druck stehenden Gas der den Ausgusskanal verschließenden Stopfen pneumatisch herausgelöst wird mit der Folge, dass der Stopfen anschließend in der Schmelze zu deren Oberfläche aufschwimmt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Ablagerungen durch Schieberfüllsand in der Auslauföffnung zuverlässig vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine elektronische Überwachung des Öffnungsprozesses, da der Schieberverschluss als Ventil eingesetzt werden kann. Aufgrund des Ersatzes des Schieberfüllsandes durch einen Stopfen aus Feuerfestmaterial mit bevorzugt niedrigerer

Sauerstoffaktivität lassen sich auf einfache Weise auch Vorläufer reduzieren oder gar vermeiden und es entstehen keine Sandablagerungen in der Auslauföffnung. Darüber hinaus ergibt sich eine deutliche Verbesserung der Arbeitssicherheit, da ein

Aufbrennen zuverlässig verhindert werden kann.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist oberhalb des Schieberverschlusses ein Lochstein in die feuerfeste Auskleidung des Gefäßes integriert. Die Größe der Öffnung ist dabei zweckmäßiger Weise so bemessen, dass darin eine Verschleißhülse angeordnet werden kann, durch deren Öffnung die Schmelze nach dem Öffnen des Ausgusskanals abfließen kann.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verschleißhülse in ihrem oberen Bereich trichterförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiges Ausfließen der Schmelze erleichtert. Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist die Geometrie der Unterseite des Stopfens auf die jeweilige Form der Verschleißhülse abgestimmt. Die Form kann dabei kegelförmig, konisch, gerundet, stufenförmig oder daraus kombiniert ausgeführt sein.

Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Stopfen mittels eines

Feuerfestmörtels in der Verschleißhülse festgesetzt ist. Die eingesetzte Menge des Mörtels muss so bemessen sein, dass sie eine ausreichend dichte Verbindung mit der Verschleißhülse gewährleistet und der Stopfen dennoch durch das zugeführte Gas „freigesprengt" werden kann.

Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verschleißhülse und die darin festgesetzten Stopfen als Einheit zum Einsetzen in ein metallurgisches Gefäß vorkonfektioniert sind. Ein solch vorkonfektioniertes„Set", bei dem der Stopfen bereits in die Innenhülse gemörtelt wurde, schafft deutliche Vorteile hinsichtlich der Einbauzeit, da das gesamte Teil vor jedem Guß als Ganzes in die Öffnung der

Auskleidung des metallischen Gefäßes vor jedem Guß eingesetzt werden kann. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist unterhalb des Schieberverschlusses eine Ausgusshülse angeordnet. Diese Ausgusshülse ist bevorzugt mit der untersten Schieberplatte verbunden, beispielsweise in einer Ausführung als Wechselausguss mit einem Bajonettverschluss. In bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gaszufuhrleitung in der verschiebbaren Schieberplatte derart angeordnet ist, dass beim Öffnungsvorgang vor dem Freigeben des Ausgusskanals der Auslass der Gaszufuhrleitung mit der Öffnung der ortsfesten Schieberplatte verbunden ist. Dabei wirkt die Schieberplatte gewissermaßen als Ventil zum Öffnen bzw. Verschließen der Gaszufuhr. In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung ist die Gaszufuhrleitung mit einem als Gasspeicher wirkenden Vorratsbehälter verbunden. Dadurch wird erreicht, dass der Druck aus dem Vorratsbehälter sich auf einmal über die Gaszufuhrleitung in die Öffnung der Verschleißhülse entspannt und auf diese Weise den Stopfen aus der Verschleißhülse gegen den ferrostatischen Druck der Schmelze pneumatisch herauslöst.

Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gasspeicher zur Vermeidung von Volumenstößen über eine Kapillarleitung mit Gas beaufschlagt wird. Dem Auftreten unerwünschten Siedeverzuges kann somit begegnet werden.

Um ein , Einfrieren' der Schmelze beim Ausfließen aus dem Gefäß zuverlässig zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Ausgusshülse vor dem Öffnen des

Schieberverschlusses vorgewärmt wird.

Schließlich sieht eine andere bevorzugte Ausbildung des erfindungsgemäßen

Verfahrens vor, dass der Öffnungsprozess elektronisch gesteuert bzw. geregelt wird. Dadurch lassen sich reproduzierbare Öffnungsbedingungen erreichen. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer lediglich bevorzugte

Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit geschlossenem Ausgusskanal im Vertikalschnitt,

Fig. 2 den Gegenstand aus Fig. 1 mit in die Verschleißhülse eingesetztem Stopfen, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit geschlossenem Ausgusskanal und geöffneter Gaszufuhrleitung im Vertikalschnitt, Fig. 4 den Gegenstand aus Fig. 3 mit herausgelöstem Stopfen,

Fig. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit geöffnetem Ausgusskanal und

(wieder) geschlossener Gaszufuhrleitung im Vertikalschnitt und

Fig. 6 den Gegenstand aus Fig. 4 mit einem als Vorratsbehälter wirkenden

Gasspeicher.

In Fig. 1 ist zunächst ein Lochstein 1 erkennbar, welcher aus einem Block aus

Feuerfest-Material mit quadratischem oder rundem Querschnitt besteht und der in den Boden eines - nicht dargestellten - metallurgischen Gefäßes eingesetzt und in dessen Verschleißfutter integriert ist. In der Öffnung des Lochsteins 1 ist eine

Verschleißhülse 2 eingesetzt, welche eine mittige Öffnung 3 aufweist, die in ihrem oberen Bereich 4 trichterförmig erweitert ist.

Unterhalb des Lochsteins 1 befindet sich eine ortsfeste Schieberplatte 5, die wiederum eine Öffnung 6 aufweist. Darunter erkennt man eine weitere Schieberplatte 7, die ebenfalls mit einer Öffnung 8 versehen ist. Diese Schieberplatte 7 ist gegen die ortsfeste Schieberplatte 5 in Längsrichtung verschiebbar. Unterhalb der unteren Schieberplatte 7 ist eine Ausgusshülse 9 angeordnet.

Alle Öffnungen 3, 6 und 8 sowie die nicht näher bezeichnete Öffnung der Ausgusshülse 9 haben den gleichen Durchmesser und bilden bei geöffnetem Schieberverschluss einen Auslaufkanal für die im Gefäß befindliche Schmelze.

Die verschiebbare Schieberplatte 7 des Schieberverschlusses weist eine

Gaszufuhrleitung 10 mit einem auf der Oberseite der Schieberplatte 7 befindlichen Auslass 11 auf.

In Fig. 2 ist erkennbar, dass zum Schutz der Schieberplatten 5, 7 oberhalb des

Schieberverschlusses ein Stopfen 12 angeordnet ist, dessen Größe den Durchmesser des Ausgusskanals übersteigt und der mittels eines Feuerfestzements 13 mit der Verschleißhülse 2 verbunden ist. Des Weiteren ist die Gaszufuhrleitung 10 mit einem unter Druck stehenden Gas derart beaufschlagbar, dass der Stopfen 12 aus seiner Verschlussstellung zur Freigabe des Auslaufkanals pneumatisch herauslösbar ist.

Dazu wird die verschiebbare Schieberplatte 7 des Schieberverschlusses im

dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel nach rechts verschoben, Schieberplatte 5 verbunden ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Durch den Aufbau des Gasdruckes löst sich der Stopfen 12 aus der Verschleißhülse 2 (Fig. 4) und schwimmt in der Schmelze auf. Das Material für den Stopfen 12 und die Verschleißhülse 2 ist bevorzugt ein Tonerdezement.

Eine weitere Bewegung der verschiebbaren Schieberplatte 7 des Schieberverschlusses verschließt zunächst den Auslass 11 der Gaszufuhrleitung 10 und legt anschließend den Auslaufkanal vollständig frei, so dass die Schmelze aus dem Gefäß herausfließen kann, wie mit dem Pfeil in Fig. 5 angedeutet ist.

Es ist schnell ersichtlich, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur eine äußerst geringe Beeinträchtigung des Reinheitsgrades der Schmelze durch die freigesetzten Zementreste erfolgt. Diese ist deutlich niedriger als beim Einsatz von Schieberfüllsand. Dies führt zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Lösung.

Schließlich ist in Fig. 6 dargestellt, dass die Gaszufuhrleitung 10 mit einem

Gasspeicher 14 in Verbindung steht, welcher wiederum nur über eine Kapillarleitung 15 mit dem unter Druck stehenden Gas versorgt wird. Dadurch erfolgt zum

Herauslösen des Stopfens 12 eine schlagartige Entspannung durch die ventilartige Öffnung bei der Verbindung des Auslasses 11 der Gaszufuhrleitung 10 mit der Öffnung 6 in der ortsfesten Schieberplatte 5. Auf diese Weise lassen sich Gas-Volumenstöße und ein dadurch auftretender Siedeverzug zuverlässig vermeiden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich elektronisch steuern und/oder regeln, so dass reproduzierbare Öffnungsbedingungen erreicht werden können.

Es sei darauf hingewiesen, dass die dargestellte Vorrichtung nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellt und den Grundgedanken der Erfindung in keiner Weise beschränken soll. So lässt sich die Erfindung auch mit Schieberverschlüssen aus drei Schieberplatten einsetzen, falls eine verbesserte Passgenauigkeit erwünscht ist.