Pfannenlochstein für die Verschlussvorrichtung einer Giesspfanne

Abstract

 Der Pfannenlochstein (1) einer Öffnungsvorrichtung für eine Gießpfanne weist erfindungsgemäß eine unsymmetrische Ausbildung der der Pfanne zugewand­ten trichterförmigen Öffnung (4) auf, wodurch ein Verstopfen durch versinterte Füllmasse (5) verhindert wird. Die bisher erforderliche Verwendung von Sauer­stofflanzen zum Aufbrechen der versinterten Füllmasse (5) entfällt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Pfannenlochstein für die Verschlußeinrichtung ei­ner Gießpfanne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Bekanntlich bestehen Pfannen für flüssigen Stahl (oder anderes flüssiges Me­tall) aus einem Blechmantel, der innen (Wand und Boden) mit Feuerfest-Mate­rial ausgekleidet ist.

[0003] Der Boden ist unter anderem mit wenigstens einer Öffnung versehen, die durch ein feuerfestes Einsatzstück umgrenzt ist, wie in Fig. 1 gezeigt. Dieses Teil 1 wird "Pfannenlochstein" oder kurz "Lochstein"genannt und kann während der Ausmauerung der Pfanne direkt in der Pfanne abgeformt werden, oder aber vor­zugsweise als monolithisches Fertigteil bei der Zustellung eingesetzt werden. Seine Abmessungen und der Loch-Durchmesser hängen von der Pfannengröße und seine Feuerfest-Qualität von den Erfordernissen des Betreibers ab.

[0004] Vor dem Einfüllen des flüssigen Stahls wird die Ausflußöffnung 6 des Pfannen­lochsteins 1 mit einer Füllmasse unterschiedlicher Körnung und Zusammen­setzung ausgefüllt und zwar so, daß sich die Füllmasse gut verteilt und einen Hügel bildet, der in Fig. 2 der beigefügten Zeichnung mit Bezugshinweis 3 ange­geben ist. Die Füllmasse 5 kann sowohl von innen als auch von außen in die Pfanne eingebracht werden.

[0005] Der in die Gießpfanne eingebrachte Stahl erstarrt auf der kalten oder vorge­wärmten Füllmasse 5, deren Schmelztemperatur sehr viel höher ist als die des flüssigen Stahls, wodurch verhindert wird, daß der Stahl in die Ausflußöffnung infiltriert. Bei der Herstellung von normalen Stählen ohne langzeitige Behand­lung in der Pfanne, bleibt das flüssige Metall zwischen 10 und 30 Minuten in der Pfanne. In dieser Zeitspanne wird das thermische Gleichgewicht noch nicht er­reicht. Die Temperatur der Füllmasse 5 ist noch nicht homogen und daher ge­nügt das Öffnen des Pfannenschiebers 12, 13, um die Füllmasse unter dem Ge­wicht des Metalls ausrieseln zu lassen und den Gießstrahl freizugeben.

[0006] Die ständige Weiterentwicklung der Stahlqualitäten erfordert jedoch ständig länger werdende Behandlungszeiten in der Pfanne. Ganz allgemein zeigt die Er­fahrung, daß metallurgische Behandlungen in der Pfanne Verweilzeiten des Metalls von mehreren Stunden erforderlich machen; im allgemeinen liegen sie zwischen 30 Minuten und 2 Stunden.

[0007] Diese Verweildauer hat zur Folge, daß sich ein Temperaturausgleich mit der Pfannenausmauerung und auch mit der Füllmasse 5 einstellt. Unter der Ein­wirkung des Druckes des flüssigen Metalls (ca. 1,8 kg/cm²) in Verbindung mit der Temperatur (ca. 1550°C bis 1700°C) versintert die Füllmasse 5. Da der ge­samte Durchflußkanal des Pfannenlochsteins 1 um eine senkrechte Achse ro­tationssymmetrisch ausgebildet ist, bildet sich ein Gleichgewicht zwischen Schwerkraft einerseits und Blockierung des Abfließens der Masse ande­rerseits durch einen als "Brückenbildung" bezeichneten Effekt, der durch Versintern wenigstens eines Anteils des nach oben gewölbten Hügels 3 der Füllmasse 5 entsteht.

[0008] In der Praxis kann die Pfannenöffnung durch Sauerstoffblasen mittels einer Lanze, die von unten nach oben durch den vorher geöffneten Schieberverschluß 12, 13 hindurch in die verstopfte Öffnung des Pfannlochsteins 1 eingeführt wird, freigemacht werden.

[0009] Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Lösung zwar die Durchflußöffnung freige­macht werden kann, hierbei jedoch folgende Schwierigkeiten und Komplikati­onen auftreten:
- Es wird mindestens 1 Sauerstofflanze verbraucht, manchmal 3 bis 5, meistens 2.
- Der Einsatz der Sauerstofflanze kann nur von Hand erfolgen und macht eine Automatisierung des Pfannenöffnens unmöglich.
- Die Arbeitsvorgänge zum Freimachen der Durchflußöffnung sind gefähr­lich; der Austritt von Spritzern des flüssigen Stahls ist üblich und unver­meidar.
- Der Einsatz der Sauerstofflanze greift das Feuerfest-Material des Schie­berverschlusses 12, 13 und den Pfannenlochstein 1 an und verkürzt somit deren Betriebslebensdauer.
- Die Verwendung von Sauerstoff beim Freimachen der Durchflußöffnung 6 bewirkt, daß der Anfang der Charge oxidiert und dadurch eine Qualitäts­minderung des Metalls durch Reoxidation erfolgt.

[0010] Man hat versucht, diese Schwierigkeiten durch Versuche mit Füllmassen un­terschiedlicher Qualität zu beheben, indem man den Kornaufbau, die Mi­schungsverhältnisse und die chemischen Zusammensetzungen der Produkte zur Herstellung der Füllmasse variierte.

[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Öffnungsvorrichtung für Stahlpfannen zu schaffen, die auch nach langen Behandlungs- und Verweilzei­ten des flüssigen Stahls in der Gießpfanne ohne manuelle Intervention betätigt werden kann.

[0012] Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angege­ben. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsge­dankens zum Inhalt.

[0013] Als ersten Schritt zu der erfindungsgemäßen Lösung wurde an eine konstrukti­ve Veränderung des Pfannenlochsteins mit dem Ziel gedacht, das Abfließen der Füllmasse zu begünstigen. Es wurde erkannt, daß die rotationssymmetrische statisch stabile Gestalt der sich über dem Lochstein 1 durch versintertes Mate­rial der Füllmasse 5 ausbildenden Brücke die Ursache für die in diesem Fall unerwünschte Verteilung und Ableitung der vertikalen (axialen) Druckkräfte in die peripheren Abstützungen ist. Als einem unter anderen weiteren Schritten wurden Versuche mit geänderten Durchmessern und Konizitäten sowie mit unsymmetrischer Gestaltung der trichterförmigen Öffnung des Loch­steins gemacht. Hierbei zeigten sich dann überraschende Verbesserungen und schließlich ein wesentlicher Durchbruch, d.h. es gelang, einen Pfan­nenlochstein zu schaffen, mit dem eine Blockierung des Abflusses des flüssigen Metalls nach dem Öffnen des Schieberverschlusses praktisch nicht mehr eintritt.

[0014] Erfindungsgemäß wird der Pfannenlochstein für die Verschlußvorrichtung einer Gießpfanne, dessen vertikaler Ausflußkanal einen oberen, vorzugs­weise zum Inneren der Gießpfanne zu aufgeweiteten Trichterabschnitt aufweist, derart gestaltet, daß der Trichterabschnitt in bezug auf wenig­stens eine in der Achse des Ausflußkanals liegende gedachte Schnittebe­ne unsymmetrisch ausgebildet ist.

[0015] In der Draufsicht bzw. in beliebigen senkrecht zur Achse des Ausflußkanals lie­genden Ebenen hat der unsymmetrische Trichterabschnitt vorzugsweise etwa eiförmige oder ovale Gestalt. Es kommen jedoch auch auf einer Hälfte kreisbo­genförmige und in der anderen Hälfte spitz zulaufende oder anderweitig unsym­metrisch gestaltete Querschnittsformen in Frage.

[0016] Wichtig ist, daß eine Asymmetrie der Druckkräfte durch eine asymmetri­sche Gestaltung des meist trichterförmigen Einlaufbereich des Lochsteins die Zerstörung der von der versinterten Füllmasse gebildeten Brücke nach sich zieht und beim Öffnen des Schieberverschlusses ein Abfließen der Füllmasse und des flüssigen Stahls ermöglicht.

[0017] Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeipieles anhand der Zeich­nung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Pfannenlochstein nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen herkömmlichen bekannten Pfannenschiebverschluß;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pfannen­lochsteins in Querschnitt und in Draufsicht und

Fig. 4 bis 6 in schematischer Darstellung die Draufsicht auf unterschiedliche Ausführungsformen eines Pfannenlochsteins, der erfindungsgemäß einen un­symmetrisch gestalteten, vorzugsweise trichterförmigen Einlaufbereich aufweist.

[0018] Der in Fig. 2 dargestellte herkömmliche Pfannenschieberverschluß mit in Draufsicht beispielsweise quadratischem oder rundem Pfannenlochstein 1 weist eine achsrotationssymmetrische Durchgangsöffnung auf gebildet durch zwei Doppelkonen deren breitere Basisflächen einerseits beim oberen Trichterabschnitt 4 zur Gießpfanne zu und andererseits beim unteren Trichter 3 unterseitig angeordnet sind. In den unteren Trichter 3, der auch bei einem er­findungsgemäßen Lochstein unverändert bleibt, ist eine Hülse 8 aus Feuerfest­material in bekannter Weise, beispielsweise mittels feuerfestem Kitt oder Mörtel 21 verankert, eingesetzt. Der zentrale Ausfluß ist mit Be­zugshinweis 6 angegeben. Der obere Trichterabschnitt 4, der Einlaufbe­reich des Lochsteins 1, ist in der bereits beschriebenen Weise mit der Füllmasse 5 gefüllt. Der Mantel der Gießpfanne ist mit Bezugshinweis 7 angegeben. Bei dem bekannten, durch zwei Schieberplatten 12 und 13 ge­bildeten Pfannenschieberverschluß ist außerdem die Einleitung von Spül­gasen über einen Gasanschluß 11 und ein gaspermeables Hülsenteil 9 e­nerseits sowie über einen Gasanschluß 14 und/oder einen Gasanschluß 17 und gaspermeable Einsätze 15 bis 18 in bekannter, jedoch im Zusammen­hang mit der Erfindung nicht weiter interessierender Weise möglich. Ein bekannter Wechselausguß ist mit Bezugshinweis 10 angegeben.

[0019] Der erfindungsgemäße Pfannenlochstein 1 nach Fig. 3 kann in bekannter Weise zylinderförmig oder im Querschnitt quadratisch gestaltet sein, wobei die Abmessungen der axialen Höhe H bzw. des Durchmessers oder der Kantenlänge D beliebig und entsprechend den Erfordernissen der jeweiligen Gießpfanne gewählt werden. Der obere Trichterabschnitt 4 des Ausflußkanals 6 des Pfan­nenlochsteins 1, der von einer engsten Stelle 2 nach oben (in Richtung zur Pfan­ne, Pfeilrichtung A) verläuft, wird durch die Schnittlinien von zwei oder meh­reren schrägen oder gekrümmten Ebenen zum Beispiel wie in Fig. 3 dargestellt von konischen oder Eiflächen gebildet, d.h. in Draufsicht ergibt sich eine Quer­schnittsfläche des Trichterabschnitts 4, der aus zwei ungleichen Hälften zu­sammengesetzt ist, wobei jede Hälfte durch gerade, winklig aufeinander zulau­fende oder vorzugsweise gekrümmte Linien begrenzt wird. Die beiden Hälften des Trichterabschnitts 4 sind also bezüglich einer in der (unteren) Darstellung der Fig. 3 vertikalen, durch die Achse des Ausflußkanals 6 verlaufende ge­dachte Schnittebene unsymmetrisch gestaltet. Die so gebildete Unsymme­trie der Aushöhlung des Trichterabschnitts 4 verhindert durch unsymmetri­sche Verteilung der auf den Pfannenlochstein 1 wirkenden Druckkräfte eine stabile Brückenbildung der versinterten Füllmasse 5. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist auf der rechten Seite eine parabel- bzw. hyperbelförmige Ausbildung der einen Hälfte des sich nach oben aufweitenden Trichterab­schnitts 4 gezeigt, während die andere linke Hälfte halbkreisförmig mit zylindrischer oder wie dargestellt mit konischer (Halbkonus), nach unten sich verjüngender Wandfläche ausgebildet ist. Die Scheitelpunkte der in der (unteren) Draufsichtdarstellung der Fig. 3 horizontal verlaufenden paraboli­schen Flächen bilden zur Senkrechten einen Winkel α, der im Prinzip im Bereich zwischen 0 und 90° veriieren kann, jedoch verzugsweise im Bereich zwischen 0 und 60° liegen wird unter Ausschluß der Winkels, welcher der in der Darstellung linken Hälfte des Trichterabschnitts 4 zugeordnet ist. Im Falle der hyperbelförmigen Ausbildung (gestrichelte Kurve b in Fig. 3) lie­gen die Scheitelpunkte der Hyperbeln in diesem Fall auf einer zur Senk­rechten parallelen Linie.

[0020] Die Fig. 4 bis 6 zeigen andere Querschnitt für den Trichterabschnitt 4 des Lochsteins 1, die ebenfalls in Bezug auf wenigstens eine in der Achse des Aus­flußkanals 6 liegende gedachte Ebene unsymmetrisch ausgebildet sind.

[0021] Gegenwärtig zu bevorzugen sind wegen der einfachen Herstellbarkeit die etwa eiförmige Querschnittsform der Fig. 3 oder die ovale Querschnittsform der Fig. 4.

[0022] Es sind auch beliebige Kombinationen verschiedener Schnittflächen oder -ebe­nen möglich. So kann z. B. auch die eine Hälfte des Trichterabschnitts 4 in Draufsicht parabelförmig, die andere hyperbelförmig ausgebildet sein. Dabei braucht es sich nicht um die entsprechenden mathematisch korrekten Flä­chen- bzw. Kurvenformen zu handeln; entscheidend ist vielmehr die Unsym­metrie des Querschnitts an sich, so daß auch die Herstellung des Lochsteins 1 unkritisch bezüglich Toleranzen der Innenabmessungen ist.

[0023] Während bei einem im Querschnitt kreisförmigen oberen Trichterabschnitt 4 der Hügel 3 der Füllmasse 5 (vergleiche Fig. 2) nach dem Prinzip einer Kuppel oder eines selbsttragenden Torbogens eine hohe Festigkeit, insbesondere bei Versinterung auch gegen den von oben einwirkenden Druck des flüssigen Stah­les aufweist, ergibt sich durch die unsymmetrische Ausbildung des Trichter­abschnitts 4 eine erwünschte ungleichmäßige Druckverteilung, die auch bei versinterter Füllmasse 5 beim Öffnen des Schieberverschlusses ein Zerbrechen der entstandenen Füllmassenbrücke bewirkt.

Ansprüche

1. Pfannenlochstein (1) für die Verschlußvorrichtung einer Gießpfanne, dessen vertikaler Ausflußkanal (6) einen oberen, zum Inneren der Gießpfanne vorzugsweise aufgeweiteten Trichterabschnitt (4) aufweist, der vor dem Einfül­len und bis zum Abstich des flüssigen Metalls in der Gießpfanne durch Öffnen der Verschlußvorrichtung durch eine warmfeste Füllmasse (5) ausgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Trichterabschnitt (4) in bezug auf wenigstens eine in der Achse des Ausflußkanals liegende gedachte Schnittebene (20) un­symmetrisch ausgebildet ist.

2. Pfannenlochstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unsymmetrische Trichterabschnitt (4) in Draufsicht und in einer zur Vertikalen senkrechten Querschnittsebene eine Umrißlinie aufweist, die durch eine para­bel- oder hyperbelförmige Schnittlinie einerseits und eine anschließende, etwa kreisbogenförmige Schnittlinie andererseits gebildet ist.

3. Pfannenlochstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unsymmetrische Trichterabschnitt (4) in Draufsicht und in einer Querschnitts­ebene eine etwa ovale oder eliptische Umrißlinie aufweist, und der Ausflußka­nal (6) außerhalb der Mitte der Hauptachse des Ovals bzw. der Elipse liegt.

Zeichnung