AUSLASS- UND DURCHFLUSSREGEL-VORRICHTUNG FÜR METALLURGISCHE GEFÄSSE UND GIESSVERFAHREN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Auslass- und Durchflussregel-Vorrichtung für ein metallurgische Schmelzen aufnehmendes Gefäss, das ein am Gefässboden befindliches Auslassrohr mit einer Ausgussöffnung aufweist, mit einem mit dem Auslassrohr zusammenwirkenden Stopfen, wobei der Stopfen in seiner geschlossenen Stellung einen in die Bohrung des Auslassrohres hineinragenden, mindestens angenähert zylindrischen, als Absperrorgan dienenden Zapfen, der an seinem Umfang mindestens eine radiale Drosselöffnung enthält, die in einen unten offenen Längskanal des Zapfens übergeht und zwischen Stopfen und Auslassrohr oberhalb der Drosselöffnung eine durch Absenken des Stopfens schliessbare erste Dichtung vorhanden ist.

[0002] Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Giessverfahren zum Abgiessen von Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäss, das mindestens eine am Gefässboden befindliche Auslassöffnung enthält, die mit einem Stopfen unter Bildung von Dichtungsorganen zusammenwirkt, wobei die Schmelze in der geöffneten Stopfenposition über eine mindestens angenähert horizontale Auslassöffnung im Stopfen und dessen unten offenen Längskanal ausfliesst.

[0003] Für den Auslass und die Durchflussregelung von metallischen Schmelzen aus einem Gefäss sind bereits zahlreiche Vorrichtungen bekannt.

[0004] Bei einem altbekannten System zum Vergiessen von Rohstahl od.dgl. wird eine Stopfenvorrichtung verwendet, bei der die im Gefässboden befindliche Auslassöffnung durch einen im Gefässinnern befindlichen Stopfen verschliessbar ist, der am untern Ende einer Stange befestigt ist. Durch ein von aussen betätigbares Hebelgestänge kann der Stopfen zum Giessen angehoben und zum Verschliessen des Ausgusses abgesenkt werden. Nachteilig sind indessen die schlechte Regelcharakteristik des Durchflusses und eine unbefriedigende Verschliess-Sicherheit, beispielsweise bei Bildung von Ansätzen am Stopfen.

[0005] Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, kalottenartige Drehventile zu verwenden, bei denen ein aussermittiger Einlasskanal durch eine Drehverbindung mit einer Auslassöffnung in kommunizierende Verbindung gebracht werden kann. Dies bedingt hohe Bearbeitungs- und Einschleifgenauigkeit der schwierig herzustellenden spährischen Trennstelle zwischen drehbaren und ruhenden Bauteilen. Ausserdem neigt die Schmelze bei einer solchen Konstruktion in der Eingussöffnung zum Einfrieren.

[0006] Es sind ferner unten an das die Schmelze enthaltende Gefäss angebaute Schieberverschlüsse bekannt. Bei solchen Schieberverschlüssen sind die unter Vorspannung aufeinander gleitenden Verschlusskörper einer erheblichen Abnützung ausgesetzt, da die Bewegung des verstellbaren Teiles unter Einwirkung der hohen Temperatur der Metallschmelze erfolgen muss. Nachteilig sind ferner die hohen Anschaffungs- und Unterhaltskosten. Um eine ausreichende Sicherheit der Dichtung zu gewährleisten, wird eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit der aus feuerfestem Material bestehenden Schieberplatten verlangt.

[0007] Aus der FR-A 2 315 347 ist eine Vorrichtung zur Auslassregelung von Schmelzen bekannt, bei der ein durch ein Gestänge von unten betätigbarer Stopfen vorhanden ist. Der Stopfen-Kopf ist mit einer Dichtfläche versehen, die zusammen mit einem ringförmigen Lochstein eine Dichtung bildet. Der Stopfen ist direkt anschliessend an die Dichtfläche mit mehreren radialen Oeffnungen versehen, die in einen mittigen, unten offenen Auslasskanal einmünden. Unbefriedigend ist die bruchgefährdete Schwächung des Stopfenquerschnittes direkt unterhalb des Kopfes, da die zur Verwendung gelangenden feuerfesten Materialien zwar eine hohe Druckfestigkeit aber nur eine geringe Zugfestigkeit haben und hier zur Erzeugung des Schliesskraft eine Zugbeanspruchung auftritt. Auch die Verschliess-Sicherheit ist unbefriedigend wegen der Gefahr der Bildung von Ansätzen oder Erosion im Verschlussbereich. Bei Versagen der Dichtung hat ein Durchbruch der Schmelze katastrophale Folgen. Die Gefahr des Schlackenmitlaufes kann mit dieser Verschluss-Vorrichtung nicht behoben werden, da sich zusammen mit der muldenförmigen Vertiefung im Lochstein eine schräge oder sogar im wesentlichen vertikale Strömung in der Schmelze ausbildet. Weiter besteht Einfriergefahr beim Angiessen, da sich die Schmelze in der im Querschnitt keilförmigen Mulde rasch abkühlt. Da die Fuge zwischen dem beweglichen Stopfen und dem stationären Lochstein unten mit Umgebungsluft in Verbindung steht, kann durch das beim Giessen entstehende Vakuum Luft angesaugt werden, wodurch eine unerwünschte Reoxydation der Schmelze entsteht.

[0008] Die DE-A 1 558 285 zeigt einen Hubkolbenverschluss für Giesspfannen. Der Hubkolben ist mit unten angreifenden Antriebsmitteln versehen, mit denen eine reine Axialverschiebung in die Oeffnungs- und Schliess-Stellung bewirkt werden kann. Eine radiale Oeffnung mündet in eine mittige, unten offene Durchflussöffnung. Da am Hubkolben ein verbreiterter Kopf fehlt, ist die Dichtung auf den oberhalb der radialen Oeffnung des Hubkolbens befindlichen Teil zusammen mit der Lochsteinbohrung beschränkt. Der Lochstein sitzt in einer trichterförmig vertieften Oeffnung des Pfannenbodens, weshalb sich beim Giessen keine überwiegend horizontale Strömungsrichtung ausbildet, sondern der Sog der ausfliessenden Schmelze wird sich in Aufwärtsrichtung fortpflanzen und als Folge davon können Schlackenteile mitgerissen werden.

[0009] Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Auslass- und Durchflussregelvorrichtung und eines Giessverfahrens, die einen einfachen, kostengünstig herstellbaren Aufbau hat, ein stetiges, genaues Regeln des Durchflusses von Schmelze erlaubt, und eine hohe Dichtsicherheit ergibt und beim Giessverfahren eine Wirbelbildung weitgehend vermieden und ein Schlackenmitlauf der abfliessenden Schmelze verhindert werden, unter Beibehaltung einer guten Durchflussregelbarkeit und Dichtsicherheit.

[0010] Die erfindungsgemässe Vorrichtung mit der diese Aufgabe gelöst wird ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stopfen am unteren Ende einer von oben her in das Innere des Gefässes hineinragenden, höhenbeweglichen Stange befindet, die Stange gelenkig gelagert ist und gegenüber dem sie umgebenden Stopfenhals radiales Spiel hat, und der Zapfen zwischen seiner radialen Drosselöffnung und der sich darüber befindlichen Dichtfläsche einen am Mantel geschlossenen Ringteil enthält, der zusammen mit dem benachbarten Teil der Bohrung eine zweite Dichtung bildet.

[0011] Das erfindungsgemässe Giessverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze im stopfennahen Bereich eine überwiegend horizontale Strömungsrichtung gegeben wird, und dass durch Veränderung der Drehwinkellage der mindestens angenähert horizontalen Auslassöffnung des Stopfens die Einströmrichtung in den Stopfen während des Abfliessens aus dem Gefäss kontinuierlich verändert wird.

[0012] Durch die Betätigung des Stopfens mittels einer von oben in das Schmelzgefäss hineinragende Stange, lässt sich der Betätigungsmechanismus extrem einfach ausbilden. Es entfallen alle beweglichen Einbauten unterhalb des Schmelzgefässbodens, die infolge ihres Platzbedarfes störend sind und die in ihrer Bewegungsfunktion unter Hitzeeinwirkung und durch Metallspritzer gefährdet sind. Da der Stopfen in Schliessrichtung auf Druck beansprucht ist, ergibt sich eine hohe Schliess-Sicherheit, im Unterschied zu einer Stopfenbetätigung von unten, bei der die Schliesskraft eine Zugbeanspruchung des Stopfens erfordert und die Feuerfestmaterialien - im Vergleich zu ihrer Druckfestigkeit - nur eine wesentlich geringere Zugfestigkeit haben.

[0013] Der Stopfen und die Bohrung im Ausgussrohr lassen sich mit konventionellen Herstellungsmethoden präzise herstellen. Zur Erreichung einer wirksamen Abdichtung muss der Stopfen praktisch spielfrei in die Bohrung des Ausgussrohres hineinpassen. Die zur Verwendung gelangenden hochhitzebeständigen Materialien haben in aller Regel zwar eine hohe Druckfestigkeit aber nur eine geringe Biegefestigkeit. Dies ergibt bei der Stopfen-Montage zusammen mit der relativ langen Stange Probleme, da bei einer mit dem Zapfen nicht genau fluchtenden Anordnung der Betätigungsstange Biegekräfte auftreten, die entweder ein Klemmen des Stopfen-Sitzes verursachen würden, oder sogar zum Abbrechen des Stopfens führen. Ausserdem ist zu beachten, dass ein Hitzeverzug sowohl bei der Stange als auch am Gefäss unter der Schmelzwärme auftreten kann, was beispielsweise zu einer leichten Krümmung der Stange und damit zu deren Biegebeanspruchung führen kann. Diese Probleme sind dadurch behoben, dass die Stange gelenkig gelagert ist und die Stange gegenüber dem sie umgebenden, in die Schmelze eintauchenden Stopfenhals radiales Spiel hat. Dadurch lassen sich sowohl Montageungenauigkeiten als auch ein Wärmeverzug ausgleichen, ohne dass der Stopfen auf Biegung belastet wird.

[0014] Eine erste Dichtung ergibt sich in an sich bekannter Weise, indem in der Schliessposition ein konischer Ansatz gegen den Bohrungsrand des Ausflussrohres anliegt. Die Durchbruchsicherheit für die Schmelze wird durch eine zweite, kumulativ wirkende Dichtungseinrichtung stark erhöht. Diese besteht darin, dass am Zapfen zwischen seiner Drosselöffnung und der sich darüber befindlichen konischen Dichtfläche ein am Mantel geschlossener Ringteil vorhanden ist, der zusammen mit der Bohrung die zweite Dichtung bildet. Dies ergibt eine verbesserte Sicherheit gegen Leckage, da die beiden Dichtungen nacheinander und erst nach Zurücklegung einer der Ringbreite V entsprechenden Hubbewegung des Stopfens wirksam werden. Dadurch bleibt selbst eine Erosion an der Drosselöffnung des Stopfens ohne nachteilige Folgen für die sichere Abdichtung der Auslassöffnung, sodass sich kostspielige Notschieber vermeiden lassen. Solche Stopfen-Vorrichtungen mit sicherer Dichtfunktion haben eine längere Einsatzdauer, wodurch die Betriebskosten gesenkt werden können.

[0015] Eine gute Regelcharakteristik für den Durchfluss der Schmelze ergibt sich dadurch, dass die auslaufende Menge der Metallschmelze pro Zeiteinheit durch den Hub des Stopfens direkt einstellbar und dosierbar ist, wodurch besonders das Angiessen erleichtert wird. Auf diese Weise kann zum Angiessen auf die konventionelle Sandfüllung verzichtet werden, die eine unerwünschte Beimischung ergibt.

[0016] Beim Vergiessen metallurgischer Schmelzen besteht das altbekannte Problem, ein Mitlaufen von Schlacke und nicht metallischen Einschüssen möglichst zu verhindern.

[0017] Beim erfindungsgemässen Giessverfahren bewirkt die weitgehend horizontale Strömungsrichtung eine Beruhigung der Schmelze, welche das Ausscheiden nichtmetallischer, langsam an die Oberfläche steigender Einschlüsse begünstigt. Zudem wird beim Giessen die gefässbodennahe Schmelzschicht abgeführt. Dies verhindert einen vorzeitigen Schlackenmitlauf oberhalb eines minimalen Badstandes. Die weitgehend horizontale Strömungsrichtung wird durch die radiale Anordnung der einzigen Drosselöffnung im Stopfen zusammen mit der Drehmöglichkeit begünstigt. Da die horizontale Ausgussöffnung während des Abgiessvorganges verdreht werden kann, lassen sich die Strömungsverhältnisse der jeweiligen Gefässform, der unter schiedlichen Badhöhe, der Schmelzentemperatur sowie weitem Parametern von Fall zu Fall anpassen. Als Folge der beruhigten Einguss-Strömung durch den Eingussverteiler entstehen keine Rückprallwellen der Schmelze vom Boden, wodurch das Aufspülen der die Reoxidation verhindernden schwimmenden Schlackenschicht vermieden wird. Die beruhigte Strömung erleichtert und beschleunigt zudem das Aufsteigen nichtmetallischer Einschlüsse an die Oberfläche der Schmelze.

[0018] In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung samt Schmelzgefäss

Fig. 2 einen Teilschnitt durch den Stopfen in seiner in die Ausgussöffnung hineinragenden, geschlossenen Stellung

Fig. 3 einen Schnitt durch den Stopfen in seiner offenen Stellung

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante in Richtung der pfeile IV-IV in Fig. 5

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Ausführungsvariante gemäss Fig. 4 mit einer Vielzahl von Drosselöffnungen

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsvariante mit zueinander versetzten Drosselöffnungen zur Erzeugung eines Dralles für die ausfliessende Schmelze

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein als Zwischenbehälter ausgebildetes Gefäss, mit Eingussverteiler und mehreren Stopfen

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Zwischenbehälter gemäss Fig. 7 mit Darstellung unterschiedlicher Drehlagen der Ausgussöffnungen der Stopfen im Schnitt

Fig. 9 einen Querschnitt durch den Zwischenbehälter gemäss Fig. 7 mit starker Querschnittsverjüngung nach unten.

[0019] Gemäss Fig. 1 befindet sich im Boden 2 eines Gefässes 1 zur Aufnahme einer Metallschmelze eine Auslassöffnung mit einem unten offenen Auslassrohr 3. In die Bohrung 7 dieses Auslassrohres 3 ragt ein Stopfen 6 aus feuerfestem Material hinein, mit dem der Durchfluss der Schmelze reguliert, verschlossen oder geöffnet werden kann.

[0020] In den Stopfenhals 10 ragt eine Stopfenstange 5 hinein, mit welcher der Stopfen 6 in Vertikalrichtung bewegt und um seine Achse verdreht werden kann. Der Antrieb erfolgt durch eine ausserhalb des Gefässes 1 befindliche Antriebseinrichtung 17. Der vertikale Antrieb kann aus einer mechanischen, motorisch angetriebenen Spindel 8 oder einem hydraulischen oder pneumatischen Hubzylinder bestehen. Mit dem vertikalen Führungsorgan 9 ist oberhalb des Gefässrandes ein horizontaler Arm 23 verbunden. Die Verbindung des Armes 23 mit dem obern Ende der Stopfenstange 5 und unten mit dem glockenartigen Stopfenkopf 24 erfolgt je durch eine Kupplungskugel 11. Die im Stopfenhals 10 gehaltene Stopfenstange 5 hat radiales Spiel. Die zur Verdrehung des Stopfens 6 um seine Vertikalachse vorgesehene Drehantriebsvorrichtung 17 steht mit einem nicht näher dargestellten Antriebsmotor in Verbindung. Dieser Motor kann ein Servo- oder Schrittschaltmotor sein, mit dem sich unterschiedliche Drehlagen des Stopfens 6 progammieren und reproduzieren lassen. Die Veränderung der Drehlage des Stopfens 6 könnte auch durch pneumatische oder hydraulische Drehantriebe erfolgen.

[0021] Der Stopfen 6 enthält einen in eine Bohrung 7 des Auslasskanales 4 eingreifenden zylindrischen Zapfen 13. Dieser Zapfen 13 ist mit einer horizontalen radialen Drosselöffnung 14 versehen, die in einen axialen unten offenen Bohrungsteil 12 einmündet und in den Ausgusskanal 4 übergeht. Da der Zapfen 13 radial nur auf einer Seite offen ist, wird der abfliessenden Metallschmelze eine vorbestimmte Strömungsrichtung aufgezwungen, die in Fig. 1 mit der Linie S angedeutet ist. Dabei wird im Bereich vor der Ausgussöffnung zusammen mit dem gegenüber dem Zapfen 13 durchmessergrösseren glockenartigen Stopfenkopf 24 eine möglichst horizontale Strömung angestrebt um eine Wirbelbildung der Schmelze und damit eine Schlackenansaugung von oben zu verhindern. Durch Drehung des Stopfens 6 um seine Vertikalachse kann dabei die Strömungsrichtung auch während des Giessvorganges schrittweise oder kontinuierlich beeinflusst werden. Durch Absenken des Stopfens 6 wird der Durchfluss-Querschnitt der Drosselöffnung vermindert oder ganz geschlossen.

[0022] Die Fixierung des Stopfengestänges 23 mit der obern Kupplungskugel 11 der Stopfenstange 5 kann automatisch mit einer Klemmvorrichtung erfolgen. Dadurch muss die mit Spiel bewegliche Stopfenstange 5 und der in ihrem unteren Ende befindliche Stopfen 6 vor der Montage nicht genau ausgerichtet werden. Ein die Stopfenstange 5 umgebender Stopfenhals 10 dient als Schutz vor der Schmelze. Da die Regelkräfte direkt über das Stopfengestänge 23 in den Kopf des Stopfens 6 geleitet werden, ist der Stopfen 6 von Biegekräften durch Ausrichtfehler geschützt. Die sonst üblichen Ausrichtarbeiten für den Stopfen 6 entfallen und der Stopfen kann auch bei heissen metallurgischen Gefässen automatisch eingesetzt werden, was eine Verminderung der Gefässumlaufzeiten ergibt und somit Unterhaltskosten eingespart werden.

[0023] Nachfolgend wird die Ausbildung einer Ausführungsvariante des Stopfens 6 in der geschlossenen und in der geöffneten Stellung an Hand der Fig. 2 und 3 näher beschrieben. Der Stopfen 6 enthält einen in die Bohrung 7 des Ausgussrohres 3 hineinragenden zylindrischen oder leicht konischen Zapfen 13. In diesem Zapfen 13 befinden sich - in Abweichung zur Ausführungsform nach Fig. 1 - mehrere radiale Drosselöffnungen 14. Diese sind am Zapfenumfang gleichmässig verteilt. Der obere und der untere Bereich dieser Drosselöffnungen 14 ist je keilförmig ausgeführt, während der mittlere Bereich dieser Drosselöffnungen 14 parallele vertikale Seitenwände 18 enthält. Die Längsachsen der Drosselöffnungen 14 erstrecken sich in Vertikalrichtung, also in Richtung der Stopfenbewegung. Dadurch lässt sich eine gegenüber runden Drosselöffnungen vorteilhaftere Regelcharakteristik erreichen. Die Drosselöffnungen 14 münden in den zentralen unten offenen Längsbohrungsteil 15 des Zapfens 13 ein. Oberhalb den Drosselöffnungen 14 geht der Zapfen 13 in eine kegelstumpfförmige Verbreiterung 16 über, welche eine kegelstumpfförmige Absperrfläche bildet. Der Zentriwinkel dieser Absperrfläche bildet einen Winkel von 75° bis 105°, vorzugsweise 90°. Zusammen mit einer kegelstumpfförmigen Ansenkung 18 am obern Rand der Bohrung 7 mit gleichem Winkel ergibt dies eine ringförmige erste Dichtung 20. Zwischen den obersten Kanten der Drosselöffnungen 14 und der kegelstumpfförmigen Absperrfläche 16 befindet sich am Zapfen 13 ein geschlossener, zylindrischer Ringteil 19 mit der Breite V (Fig. 3). Bei geschlossenem, also abgesenktem Stopfen 6 ergibt dieser Ringteil 19 zusammen mit der benachbarten im Durchmesser passenden zylindrischen Bohrung 7 eine zweite Dichtung 21. Der unterste Teil des Zapfens 13 ist ebenfalls als ein am Mantel geschlossener Ringteil 22 ausgeführt, sodass der Zapfen 13 in der Bohrung 7 geführt bleibt, auch wenn die Drosselöffnungen 14 voll geöffnet sind.

[0024] Da in der geschlossenen Stellung des Stopfens 6 gemäss Fig. 2 die Drosselöffnungen 14 mit der Schmelze nicht in Berührung sind, besteht keine Gefahr, dass die Schmelze in diesem Bereich einfrieren kann. Oberhalb der kegelstumpfförmigen Verbreiterung 16 ist der Stopfenkopf 24 glockenförmig erweitert. Die etwa horizontale Unterkante 26 des verbreiterten Stopfenkopfes 24 hat bei geschlossenem Stopfen 6 einen relativ grossen Abstand von der über den Gefässboden vorstehenden Horizontalfläche 28 des Ausgussrohres 3, sodass sich vor der ersten Dichtung 20 ein relativ breiter Ringraum 30 für die Schmelze ergibt. Durch diese die Bohrung 7 umgebende, relativ grosse Masse der Schmelze wird deren Abkühlung vermindert und einer Verstopfung entgegengewirkt. Die Ausbildung des Stopfenkopfes 24 begünstigt zudem zusammen mit der horizontalen Anordnung der Drosselöffnung eine angenähert horizontale Strömung der zufliessenden Schmelze, wie dies in Fig. 3 durch Pfeile A angedeutet ist. Dies verhindert eine Wirbelbildung in der Schmelze auch bei niedriger Höhe der Schmelze im Gefäss, sodass Schlacke nicht vorzeitig in den Ausguss eingezogen wird. Zudem kann dieser Ringraum 30 durch Argon od.dgl. gespült werden, welches über dünnen Zuleitungen 33 im Stopfen 6 zugeführt werden kann. Diese Zuleitung 33 kann auch zur Erzeugung eines Steuersignales verwendet werden. Sobald das Austrittsende aus der Schmelze austritt, entsteht ein Druckabfall im Gas der Zuleitung. Dadurch lässt sich der Giessvorgang unterbrechen bevor Schlacke mitgeführt wird.

[0025] Da zwei nacheinander zur Wirkung gelangende Dichtungen vorhanden sind, ergibt sich eine erhöhte Sicherheit gegen Durchbrüche der Schmelze, selbst wenn die Fläche 16 oder die Ansenkung 18 der ersten Dichtung 20 durch Verschleiss beschädigt sein sollte.

[0026] Die zweite Dichtung (21) kann weiters durch Einblasen von Gas durch Bohrungen (34) von eindringender Schmelze freigehalten werden.

[0027] In den Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei welcher die Drosselöffnungen im Stopfen 6 aus einer Vielzahl relativ kleiner radialer Löcher 14' am Umfang gebildet sind, die in axialen Reihen übereinander angeordnet sind. Dadurch wird eine Filterung der Schmelze bewirkt. Wenn sich die oberen Löcher 14' oder Lochreihen verschliessen, wird der Stopfen 6 weiter angehoben, so dass neue, noch offene Löcher für den Durchfluss und die Filterung frei gegeben werden.

[0028] Bei der Ausführungsvariante gemäss Fig. 6 sind zwei Drosselöffnungen 14'' auf gegenüberliegenden Seiten des Zapfens 13 angeordnet und bezüglich der Mittelachse zueinander versetzt, so dass sie zur Ausfluss-Längsöffnung 15 etwa tangential verlaufen. Dadurch entsteht bei der ausfliessenden Schmelze ein Drall gemäss den eingezeichneten Pfeilen, der Ablagerungen an den Wänden des Ausgusses verhindert, da die leichteren Einschlüsse in der Wirbelmitte verbleiben.

[0029] In den Fig. 7, 8 und 9 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der das Gefäss 1 als Zwischenbehälter ausgebildet ist mit einem Eingussverteiler 30 und mehreren unabhängig voneinander verdrehbaren Ausguss-Stopfen 6. Bei derartigen Verteilgefässen oder Zwischenbehälter mit mehreren Ausgussöffnungen besteht ein Problem darin, dass die Schmelzentemperatur, bedingt durch verschieden lange Durchlaufwege unterschiedlich wird, was unerwünscht ist. Durch das Eintauchen des Eingussverteilers 30 in die Schmelze und die gerichtete und drehbare, vorwiegend horizontale Eingussöffnung 32 unterhalb des Badstandes entsteht ein angenähert horizontaler Austritt der Schmelze und ein beruhigter Strömungsverlauf etwa im Sinne der Strömungspfade T in den Fig. 7, 8 und 9. Der Strömungsverlauf ist abhängig vom Einströmwinkel β des Eingussverteilers 30 und von den Ausströmwinkeln α der Stopfen 6. Die Strömungsvektoren des Eingusses und der Ausgüsse erzeugen ein Drehmoment in der Schmelze, wodurch die einzelnen Schmelzelemente von der oberflächennahen, heissen Schicht wendelförmig zu der bodennahen kälteren Schicht absinken. Durch den wendelförmigen Strömungsverlauf wird ein möglichst gleich langer Durchlaufweg für alle Drosselöffnungen 14 angestrebt, um Temperaturunterschiede zu vermeiden. Die in den Fig. 7, 8 und 9 schematisch eingezeichneten Strömungspfade T werden in der Praxis nicht rein einhaltbar sein, indessen ergibt sich infolge der Durchmischung der Schmelze mit Teilströmen eine gute Temperaturverteilung und die Vermeidung von toten Zonen. In den Fig. 7 und 8 ist nur die eine Hälfte eines solchen Zwischenbehälters dargestellt.

[0030] Durch geeignete Wahl der Winkel α und β lässt sich die Verweilzeit der Schmelze im Gefäss 1 beeinflussen. Durch den beruhigenden Strömungsverlauf haben nichtmetallische Einschlüsse Gelegenheit durch eigenen Auftrieb schnell an die Oberfläche in die auf dieser schwimmende Schlackenschicht aufzusteigen, sodass sie nicht durch Turbulenz in den Auslasskanal mitgerissen werden. Dies trifft auch auf Schlacken zu. Durch die erzwungene, im wesentlichen horizontale Strömung im Ausgussbereich des metallurgischen Gefässes 1, werden Wirbel und somit ein vorzeitiger Schlackenmitlauf vermieden. Das verbessert die Qualität des Endproduktes, vermindert Ausschuss und erhöht die Produktion.

[0031] In Fig. 9 ist der Querschnitt durch den Zwischenbehälter dargestellt, aus welchem ersichtlich ist, dass die Wände stark geneigt sind, wodurch ein bevorzugter Strömungsweg erzwungen wird.

[0032] Die einzelnen Stopfen 6 gemäss den Fig. 7-9 entsprechen denjenigen gemäss Fig. 1 und lassen sich somit heben, senken und drehen, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde. Die Steuerung kann durch ein vorbestimmtes Programm einzeln oder gemeinsam durchgeführt werden, in Abhängigkeit von Giessparametern wie Temperatur, Durchsatz, Analyse. Hiefür können auch Datenverarbeitungs-Anlagen eingesetzt werden. Auch der Eingussverteiler 30 kann in eine solche Programm-Steuerung einbezogen werden, d.h. der Winkel β und/oder seine Höhenlage kann verändert werden. Die Drosselquerschnitte der Stopfen 6 lassen sich zudem durch Anheben oder Absenken individuell regulieren.

Ansprüche

1. Auslass- und Durchflussregel-Vorrichtung für ein metallurgische Schmelzen aufnehmendes Gefäss das ein am Gefässboden befindliches Auslassrohr (3) mit einer Ausgussöffnung aufweist, mit einem mit dem Auslassrohr zusammenwirkenden Stopfen, wobei der Stopfen (6) in seiner geschlossenen Stellung einen in die Bohrung (7) des Auslassrohres hineinragenden, mindestens angenähert zylindrischen, als Absperrorgan dienenden Zapfen (13) aufweist, der an seinem Umfang mindestens eine radiale Drosselöffnung (14) enthält, die in einen unten offenen Längskanal (15) des Zapfens (13) übergeht und zwischen Stopfen (6) und Auslassrohr (3) oberhalb der Drosselöffnung (14) eine durch Absenken des Stopfens (6) schliessbare erste Dichtung (16; 18) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stopfen (6) am unteren Ende einer von oben her in das Innere des Gefässes hineinragenden, höhenbeweglichen Stange (5) befindet, die Stange (5) gelenkig gelagert ist und gegenüber dem sie umgebenden Stopfenhals (10) radiales Spiel hat und der Zapfen (13) zwischen seiner radialen Drosselöffnung (14) und der sich darüber befindlichen Dichtfläche (16) einen am Mantel geschlossenen Ringteil (19) enthält, der zusammen mit dem benachbarten Teil der Bohrung (7) eine zweite Dichtung (21) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar oberhalb des Ringteiles (19) eine kegelstumpfförmige Absperrfläche (16) vorhanden ist und der obere Rand der Bohrung (7) eine Ansenkung (18) im Auslassrohr (3) enthält, welche zusammen mit der Absperrfläche (16) die erste Dichtung (20) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (13) nur eine einzige, im wesentlichen horizontale, radial angeordnete Drosselöffnung (14) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (13) mehrere im wesentlichen horizontale radiale, am Umfang verteilt angeordnete Drosselöffnungen (14) enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselöffnung oder -öffnungen (14) mindestens an ihrem obern Ende keilförmig ausgebildet ist bzw. sind und ein anschliessender, länglicher Oeffnungsbereich parallele Seitenflächen (35) hat.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (6) oberhalb der kegelstumpfförmigen Absperrfläche (16) einen durchmessergrössern etwa glocken- oder pilzartigen Stopfen-Kopf (24) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (13) entlang seines Umfanges mehrere übereinander angeordnete Lochkränze aufweist, die mit zunehmender Aufwärtsbewegung des Stopfens (6) frei gegeben werden.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere tangential in die Längsöffnung (15) einmündende Drosselöffnungen (14) vorhanden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass im obersten Teil des Auslassrohres (3) Bohrungen (34) zum Einblasen von Gas vorhanden sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verstellmittel (17) zur Verdrehung des Stopfens (6) vorhanden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäss (1) ein Zwischenbehälter ist, in den ein Eingussverteiler (30) mit angenähert horizontaler Einguss-Oeffnung (32) hineinragt, und dass der Eingussverteiler (30) mit einer Antriebseinrichtung (25) zur Höhenverstellung und/oder einer Antriebseinrichtung (26) zur Verdrehung um seine Längsachse versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass im Stopfen (6) oberhalb des Zapfens (13) mindestens eine Bohrung (33) zum Einblasen von Gas oder Pulvern einmündet.

13. Giessverfahren zum Abgiessen von Metallschmelze aus einem metallurgischen Gefäss (1), das mindestens eine am Gefässboden befindliche Auslassöffnung enthält, die mit einem Stopfen (6) unter Bildung von Dichtungsorganen zusammenwirkt, wobei die Schmelze in der geöffneten Stopfenposition über eine mindestens angenähert horizontale Auslassöffnung (14) im Stopfen (6) und dessen unten offenen Längskanal (15) ausfliesst, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze im stopfennahen Bereich eine überwiegend horizontale Strömungsrichtung gegeben wird und dass durch Veränderung der Drehwinkellage (α) der mindestens angenähert horizontalen Auslassöffnung (14) des Stopfens (6) die Einströmrichtung in den Stopfen (6) während des Abfliessens aus dem Gefäss (1) kontinuierlich verändert wird.

14. Giessverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Einguss-Strömung der Schmelze in das Gefäss (1) vorwiegend horizontal gerichtet wird.

15. Giessverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einguss-Strömung während des Abgiessens in Höhe und Drehwinkel (β) relativ zum Gefäss (1) kontinuierlich verändertwird.

16. Giessverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (α) der Auslassöffnung (14) und/oder der Drehwinkel (β) der Eingussöffnung (32) selbsttätig in Abhängigkeit mindestens einer vorgegebenen Sollgrösse oder eines vorgegebenen Programmes verändert wird.

17. Giessverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Stopfen (6) vorhanden sind, die einzeln höhenverstellt und/oder im Drehwinkel verstellt werden.

Claims

1. A discharge and flow control device for a vessel for molten metal, which comprises an outlet pipe (3) located on the vessel floor and having a discharge aperture, with a stopper cooperating with the outlet pipe, and in its closed position the stopper (6) comprises a journal (13) projecting into the bore (7) of the outlet pipe, which is at least roughly cylindrical and serves as a shut-off device, which on its periphery contains at least one radial throttle aperture (14) which extends into a longitudinal duct (15) of the journal (13) which is open at the bottom, and between stopper (6) and outlet pipe (3) above the throttle aperture (14) there is a first seal (16; 18) which can be closed by lowering the stopper (6), characterised in that the stopper (6) is located at the lower end of a height-adjustable rod (5) projecting from above into the interior of the vessel, the rod (5) is jointed and has radial clearance with respect to the stopper neck (10) surrounding it and, between its radial throttle aperture (14) and the sealing surface (16) above it, the journal (13) contains an annular part (19) closed on the shell, which forms a second seal (21) together with the adjacent part of the bore (7).

2. A device according to Claim 1, characterised in that directly above the annular part (19) there is a closing surface (16) in the shape of a truncated cone and the upper edge of the bore (7) contains a countersinking (18) in the outlet pipe (3), which together with the closing surface (16) forms the first seal (20).

3. A device according to Claim 1 or 2, characterised in that the journal (13) only contains a single throttle aperture (14), which is substantially horizontal and radially disposed.

4. A device according to Claim 1 or 2, characterised in that the journal (13) contains several substantially horizontal radial throttle apertures (14) distributed over the periphery.

5. A device according to Claim 1 or 2, characterised in that the throttle aperture(s) (14) is (are) constructed in a wedge-shape at least on the upper end and an adjacent oblong aperture region has parallel lateral surfaces (35).

6. A device according to one of Claims 1-5, characterised in that above the closing surface (16) in the shape of a truncated cone the stopper (6) comprises a bell-shaped or mushroom-shaped stopper head (24).

7. A device according to Claim 1, characterised in that the journal (13) has several rows of holes disposed above one another along its periphery, which are uncovered as the upward movement of the stopper (6) progresses.

8. A device according to Claims 1, 2 or 6, characterised in that there are one or several throttle apertures (14) discharging tangentially into the longitudinal aperture (15).

9. A device according to one of Claims 1-8, characterised in that in the uppermost part of the outlet pipe (3) there are bores (34) for blowing in gas.

10. A device according to Claim 3, characterised in that there are adjustment means (17) for rotating the stopper (6).

11. A device according to Claim 10, characterised in that the vessel (1) is an intermediate container, into which a pouring distributor (30) having a roughly horizontal pouring-in hole (32) projects, and in that the pouring distributor (30) is provided with a drive appliance (25) for height adjustment and/or a drive appliance (26) for rotation around its longitudinal axis.

12. A device according to one of Claims 1-11, characterised in that at least one bore (33) for blowing in gas or powder discharges in the stopper (6) above the journal (13).

13. A casting process for casting molten metal from a metallurgical vessel (1), which contains at least one outlet aperture located on the vessel floor, which cooperates with a stopper (6) by forming sealing organs, with the molten metal flowing out in the opened stopper position via at least one roughly horizontal outlet aperture (14) in the stopper (6) and its longitudinal duct (15) open at the bottom, characterised in that in the region near the stopper the molten metal is given a predominantly horizontal direction of flow and in that by changing the position of the angle of rotation (α) of the at least roughly horizontal outlet aperture (14) of the stopper (6) the direction of flowing in is continually changed during the flow from the vessel (1).

14. A casting process according to Claim 13, characterised in that in addition the pouring flow of the molten metal into the vessel (1) is directed predominantly horizontally.

15. A casting process according to Claim 14, characterised in that the pouring flow is continually changed with respect to the height and angle of rotation (β) relative to the vessel (1) during the casting operation.

16. A casting process according to Claim 13, characterised in that the angle of rotation (α) of the outlet aperture (14) and/or the angle of rotation (β) of the pouring-in hole (32) is automatically changed as a function of at least one specified value or a specified programme.

17. A casting process according to Claim 13, characterised in that there are several stoppers (6) which are adjusted with respect to the height and/or angle of rotation individually.

Revendications

1. Dispositif de régulation de la sortie et de l'écoulement pour un récipient qui reçoit un bain métallurgique et qui comporte un tuyau de sortie (3) se trouvant au fond du récipient et ayant un orifice de coulée, comprenant un tampon coopérant avec le tuyau de sortie et ayant un tourillon (13) servant d'organe obturateur, au moins approximativement cylindrique, pénétrant dans l'alésage (7) du tuyau de sortie et comportant à sa périphérie au moins un orifice radial d'étranglement (14), qui se transforme en un canal longitudinal (15) du tourillon (13) ouvert vers le bas et il est prévu, entre le tampon (6) et le tuyau de sortie (3), audessus de l'orifice d'étranglement (14), un premier dispositif d'étanchéité (16, 18) pouvant être fermé par abaissement du tampon (6), caractérisé en ce que le tampon (6) se trouve à l'extrémité inférieure d'une quenouille (5) déplaçable en hauteur et pénétrant par le haut à l'intérieur, la quenouille (5) étant articulée et ayant du jeu radial par rapport au col du tampon (10) qui l'entoure et le tourillon (13) comporte, entre son orifice radial d'étranglement (14) et la surface d'étanchéité (16) se trouvant au-dessus, une partie annulaire (19) dont la face latérale est fermée et qui forme, avec la partie voisine de l'alésage (7), un second dispositif d'étanchéité (21).

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu, juste au-dessus de la partie annulaire (19), une surface tronconique d'obturation (16) et la partie supérieure de l'alésage (7) comporte un chanfrein (18) du tuyau de sortie (3), qui forme avec la surface d'obturation (16) le premier dispositif d'étanchéité (20).

3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tourillon (13) ne comporte qu'un seul orifice d'étranglement (14), disposé radialement et sensiblement horizontal.

4. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tourillon (13) comporte plusieurs orifices radiaux d'étranglement (14) horizontaux et répartis sur le pourtour.

5. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'orifice ou les orifices d'étranglement (14) est (ou sont) cunéiforme(s) au moins à leur extrémité supérieure et une région d'ouverture oblongue qui y fait suite est pourvue de surfaces latérales et parallèles (35).

6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tampon (6) comporte, au-dessus de la surface tronconique d'obturation (16), une tête de tampon (24) de plus grand diamètre, sensiblement en forme de cloche ou de champignon.

7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tourillon (13) comporte le long de sa périphérie plusieurs couronnes de trous, qui sont disposées les unes au-dessus des autres et qui sont dégagées au fur et à mesure du mouvement ascendant du tampon (6).

8. Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 6, caractérisé en ce qu'il prévu un ou plusieurs orifices d'étranglement (14), débouchant tangentiellement dans le canal longitudinal (15).

9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'à la partie la plus élevée du tuyau de sortie (3) sont prévus des perçages (34) d'insufflation de gaz.

10. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens de déplacement (17) pour faire tourner le tampon (6).

11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le récipient (1) est un récipient intermédiaire dans lequel pénètre un répartiteur de coulée (30) ayant un orifice de coulée (32) sensiblement horizontal et en ce que le répartiteur de coulée (30) est muni d'un dispositif d'entraînement (25) pour le réglage en hauteur et/ou d'un dispositif d'entraînement (36) pour la rotation autour de son axe longitudinal.

12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins un perçage (33) d'insufflation de gaz ou de poudre débouche dans le tampon (6), au-dessus du tourillon (13).

13. Procédé de coulée pour couler un bain métallique d'un récipient métallurgique (1) comportant au moins un orifice de sortie qui se trouve au fond du récipient et qui coopère avec un tampon (6) avec formation d'organes d'étanchéité, le bain s'écoulant en la position ouverte du tampon par un orifice de sortie (14), au moins sensiblement horizontal et ménagé dans le tampon (6), et par son canal longitudinal (15) ouvert vers le bas, caractérisé en ce qu'il consiste à donner au bain, dans la région proche du tampon, une direction d'écoulement principalement horizontale et à changer continuellement la position angulaire en rotation (α) de l'orifice de sortie (14), au moins sensiblement horizontal et ménagé dans le tampon (6), la direction l'écoulement hors du récipient (1).

14. Procédé de coulée suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à diriger le courant de coulée du bain dans le récipient (1) d'une manière principalement horizontale.

15. Procédé de coulée suivant la revendication 14, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier continuellement le niveau et l'angle de rotation (β), par rapport au récipient (1) du courant de coulée pendant la coulée.

16. Procédé de coulée suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste à modifier l'angle de rotation (α) de l'orifice de sortie (14) et/ou l'angle de rotation (β) de l'orifice de coulée (32) automatiquement en fonction d'au moins une grandeur de consigne prescrite ou d'un programme prescrit.

17. Procédé de coulée suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs tampons (6) qui sont réglés individuellement en hauteur et/ou en angle de rotation.

Zeichnung