[0001] Die Erfindung betrifft eine feuerfeste Stator/Rotor-Einheit für einen Verschluss
am Ausguss eines Metallschmelze enthaltenden Gefässes, welche aus einem in der Gefässwandung
befestigten Stator und einem in diesem drehbaren und/oder längsverschiebbaren, zum
Oeffnen resp. Schliessen des Verschlusses dienenden Rotor besteht, die Einheit dabei
in die Schmelze hineinragt und darin mindestens eine querliegende und von dieser ausgehend
aus dem Behälter führende Ausgussöffnung aufweist.
[0002] Bei einem Verschluss (US-PS 3,651,998) der genannten Gattung ist ein in die Schmelze
hineinragender Stator und ein in diesem konzentrisch angeordneter drehbarer Rotor
gezeigt. Der Rotor ist dabei von an seiner unteren Stirnseite angreifenden Federn
gegen den oben geschlossenen Stator gepresst. Bei geöffnetem Verschluss fliesst die
Schmelze von mehreren querliegenden Bohrungen in die zentrale Oeffnung des Rotors
und von dort zum Ausguss. Da zwischen dem äusseren Durchmesser des Rotors und dem
der Bohrung des Stators ein relativ grosses Spiel vorgesehen ist, kann bei dem daraus
enstehenden Spalt auch bei Zuführung von Gas ein Einfliessen von Metallschmelze kaum
verhindert werden. Diese wird sehr schnell einfrieren und ein Verklemmen des Rotors
bewirken. Zudem ist die von den Federn über den Rotor auf den Stator wirkende Zugkraft
nicht unbedenklich, da das für den Stator zu verwendende feuerfeste Material an sich
nur sehr geringe Zugkräfte aufnehmen kann und überdies durch die genannten Querbohrungen
geschwächt ist.
[0003] Ein Zuflussstellglied gemäss der DE-PS 35 40 202 sieht zwei konzentrische zueinander
angeordnete, in ein Vorratsgefäss hineinragende und gegeneinander bewegbare Rohre
mit Durchbrüchen für den Schmelzendurchtritt vor, bei dem das innere Rohr in der Ausgussöffnung
des Behälters fixiert und das äussere Rohr darübergestülpt ist. Durch entsprechendes
Dreh- bzw. Längsverschieben des äusseren Rohres lässt sich die Schmelze reguliert
abgiessen. Für das Drehen des Rohres ist ein relativ aufwendiger, oberhalb des Gefässes
befindlicheer Mechanismus notwendig. Dieser darf keinerlei Querkräfte auf diese Rohre
ausüben, ansonsten das innere stehende Rohr abbrechen würde. Handelt es sich beim
Vorratsgefäss um einen Zwischenbehälter, sind normalerweise die Platzverhältnisse
wegen der unmittelbar über ihm angeordneten Pfanne sehr beschränkt, was bei der genannten
Anordnung ungünstig ist.
[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, den Verschluss
nach der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, dass dieser bei grosser
Betriebssicherheit und absoluter Funktionstüchtigkeit einfach und platzsparend gebaut
ist.
[0005] Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der durch den Stator geführte
Rotor vom Gefässboden aus antreibbar ist und dass dabei zwischen dem Rotor und dem
Stator in dem annähernd gesamten innerhalb des Gefässes liegenden Bereich eine die
querliegende Oeffnung/en umgebende abdichtende zylindrische Fläche während in dem
in der Gefässwandung liegenden Bereich ein deren unterschiedliche Wärmeausdehnungen
aufnehmendes Spiel zur Verhinderung eines Klemmens der Einheit vorgesehen ist.
[0006] In der Kombination der genannten Merkmale ergibt sich ein vom Stand der Technik erheblich
abhebender Verschluss. Dadurch, dass zwischen dem Rotor und dem Stator praktisch keine
Spannkräfte wirken und der Rotor vom Gefässboden aus antreibbar ist, kann ein sehr
kleindimensionierter und platzsparender Antrieb vom Boden des Gefässes aus verwendet
werden. Die abdichtende zylindrische Fläche im Bereich innerhalb des Gefässes und
das vorgesehene Spiel in der Gefässwandung zwischen Rotor und Stator führen zu einem,
den Bedingungen im Stahlwerksbetrieb sehr gut angepassten Verschlussystem. Für ein
sicheres Verhindern eines Klemmens der Einheit ist der Bohrungsdurchmesser des Stators
im Bereich in der Gefässwandung gegenüber dem im Gefässinneren aufgeweitet und/oder
der Aussendurchmesser des Rotors verkleinert. Damit ist deren sehr unterschiedlichen
Wärmeausdehnungen Rechnung getragen. Bei einigen Zehntelmillimetern Spiel zwischen
Rotor und Stator ist zudem gewährleistet, dass bei auf den Rotor wirkenden Querkräften
dieser vom Stator trotzdem über seine gesamte Länge geführt ist und damit ein Abbrechen
desselben verhindert werden kann.
[0007] Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Einheit ist der Rotor konzentrisch im Stator
angeordnet, weist eine zentral verlaufende Durchflussöffnung und mindestens eine
diese verbindende, innerhalb des Gefässes liegende quere Oeffnung auf. Diese Ausführung
ergibt zusammen mit der Statorausbildung als Hülse eine einfache und herstellungsmässig
kostengünstige Variante der Erfindung.
[0008] Insbesondere bei Verwendung eines Giessrohres unterhalb der Einheit kann es von
Vorteil sein, dass dieses an einem stationären Teil des verschlusses angeschlossen
ist. Dies ist erfindungsmässig so gelöst, dass der Stator eine querliegende und mit
dieser verbundene, aus dem Gefäss führende Ausgussöffnung hat und der Rotor nur im
bereich der querliegenden Oeffnung innerhalb drehbar und/oder längsverschiebbar des
Stators angeordnet ist.
[0009] Im unteren Bereich zwischen Rotor und Stator ist vorzugsweise eine Gaszuführung von
einem Inertgas vorgesehen. Damit lässt sich ein Ansaugen von Luft in die Schmelze
nahezu vollständig verhindern.
[0010] Die querliegende Oeffnung im Stator ist mit einem solchen Abstand über der Gefässinnenwandung
anzuordnen, dass nicht die unmittelbar über der Bodenwandung sich ansammelnde kalte
und verunreinigte Schmelze abfliesst.
[0011] Der Stator ist vorzugsweise mit vertikaler Achse im Gefässboden eingesetzt, könnte
insbesondere bei Aluminiumschmelze enthaltenden Pfannen aber auch in der Seitenwand
mit horizontalem Ausguss realisiert sein.
[0012] Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemässen Einheit
enthält der Stator in der für den Roltor vorgesehenen Bohrung mindestens eine Ringnut,
die unterhalb der querliegenden Durchflussöffnung angeordnet und von der abdichtenden
zylindrischen Fläche umgeben ist. Radiale durchgehende Oeffnungen verbinden diese
Ringnut mit dem Innern des Gefässes. Die in den Oeffnungen im Stator bzw. Rotor durchfliessende
Schmelze bewirkt normalerweise einen Unterdruck, so auch in dem dichtenden Spalt
zwischen Rotor und Stator, was ein Luftansaugen von Aussen hervorrufen kann. Mit dieser
Ringnut wird der Unterdruck unterbrochen und damit auch ein Luftansaugen praktisch
verhindert.
[0013] Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen gemäss Zeichnung erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 einen im Längsschnitt schematisch dargestellten Verschluss,
Fig. 2 eine Variante des Verschlusses nach Fig. 1 im Längsschnitt,
Fig. 3 eine weitere Variante im Längsschnitt,
Fig. 4 einen Querschnitt des Verschlusses nacht Fig. 3 entlang der Linie IV-IV,
Fig. 5 einen erfindungsgemässen Verschluss im Längsschnitt,
Fig. 6 und Fig. 7 zwei Varianten von Stator-Ausbildungen des Verschlusses nach Fig.5
im Längsschnitt,
Fig.8 und Fig.9 je einen Teilschnitt weiterer Varianten von erfindungsgemässen Stator/Rotor-Einheiten.
[0014] Ein Verschluss 10 nach Fig.1 ist im Ausguss 13 der Gefässwandung 14 eines teilweise
dargestellten Gefässes 11 angeordnet, wobei letzteres aus einem Stahlmantel 12 und
einer feuerfesten Wandung 14 besteht und bspw. eine Pfanne oder ein Zwischenbehälter
für Stahlschmelzen sein kann. Der Verschluss 10 setzt sich im wesentlichen aus einem
in der Gefässwandung 14 eingebetteten feuerfesten Stator 15, einem in diesem drehbar
gelagerten feuerfesten Rotor 16 und einem Antriebsmechanismus 24 zusammen.
[0015] Der Rotor 16 ist in einem Gehäuse 25 gehalten und über eine nicht gezeigt Mitnahmeverbindung
mit einem Drehkranz 21 gekoppelt, der über ein Ritzel 26 von einem Antriebsmotor
steuerbar angetrieben ist.
[0016] Der Stator 15 ist als Hülse ausgebildet und hat eine konische Aussenfläche zwecks
problemlosem Setzen desselben in der Gefässwandung 14. Er erstreckt sich bis ins
Innere des Gefässes 11 und hat darin zwei querliegende Oeffnungen 17 und 18, die rund
sind, aber auch als andere Querschnittsform, wie z.B. als Langlöcher in horizontaler
oder vertikaler Richtung ausgebildet sein können. Der konzentrisch im Stator 15 geführte
Rotor 16 weist eine axial verlaufende Sacklochbohrung 19′ und mit den genannten Oeffnungen
17 und 18 kommunizierende querliegende Oeffnungen 19 auf, die einem definierten Abstand,
ungefähr 20 bis 70 mm, von der Gefäss-Innenwandung 14′ haben. In der gezeichneten
Stellung befindet sich der Verschluss in Offenstellung und es kann bspw. Stahlschmelze
durch die Oeffnungen 17, 18 und 19 regelbar in eine Kokille abfliessen. Der Rotor
kann überdies als bis in die Schmelze der Kokille verlängertes Tauchrohr ausgebildet
sein.
[0017] Erfindungsgemäss ist zwischen dem Stator 15 und dem vom Gefässboden 11′ aus antreibbaren
Rotor 16 in dem innerhalb der Schmelze liegenden Bereich eine die Oeffnungen 17 und
18 umgebende abdichtende zylindrische Fläche 20 während in dem in der Gefässwandung
14 liegenden Bereich ein Spiel 22 zwischen Rotor 16 und Stator 15 gebildet ist, das
vorzugsweise mindestens einige Zehntelmillimeter beträgt und so aufgelegt ist, dass
die Einheit bei den sehr unterschiedlichen Wärmeausdehnungen beim Abgiessen nicht
klemmt, aber trotzdem eine Führung des Rotors auch im unteren Teil des Stators gegeben
ist.
[0018] Fig.2 zeigt eine Variante einer feuerfesten Stator/Rotor-Einheit ähnlich der nach
Fig.1, bei der jedoch nur eine querliegende Oeffnung 31 und eine mit dieser verbundene
Ausgussöffnung 31′ im Rotor 33 vorgesehen ist und der Stator 32 hutförmig ausgebildet
ist. Wiederum ist zwischen letzterem und dem Rotor 33 eine abdichtende zylindrische
Fläche 30 innerhalb des in der Schmelze befindlichen Bereiches vorgesehen. Innerhalb
der Gefässwandung 14 ist der Stator-Innendurchmesser zur Erzielung des genannten Spieles
34 aufgeweitet. Am unteren Ende der Stator-Bohrung ist ein Ringspalt 35 mit einer
Anschlussleitung 36 ausgebildet, in die Inertgas, bspw. Argon, zum Verhindern von
Luftansaugen eingeblasen wird. Die querliegende Oeffnung 31 ist schräg nach unten
in die Ausgussöffnung 31′ geführt, könnte aber auch vertikal zu letzterer angeordnet
sein.
[0019] Eine Einheit nach Fig.3 und Fig.4 besteht wiederum aus einem als feuerfeste Hülse
ausgebildeten, in der Gefässwandung 14 eingebetteten Stator 42 und einem in diesem
drehbar geführten feuerfesten Rotor 43. Eine querliegende Oeffnung 41 und eine von
dieser ausgehende Ausgussöffnung 41′ im Rotor 43 ermöglichen das Abgiessen von Schmelze
aus dem Behälter 11. Als weiter Ausbildung der Erfindung hat der Stator 42 in seiner
Bohrung eine Ringnut 44 und in diese führende radiale Oeffnungen 44′, die zwischen
die querliegende Oeffnung 41 und die Innenwandung 14′ des Gefässes 11 zu liegen kommen.
Die abdichtende zylindrische Fläche 40 zwischen Stator 42 und Rotor 43 umgibt die
Oeffnung 41 und auch diese Ringnut 44, damit ein Auslaufen der in dieser Ringnut 44
befindlichen Schmelze verhindert ist. Zwischen Stator 42 und Rotor 43 ist wiederum
in dem in der Gefässwandung 14 liegenden Bereich ein Spiel 46 vorgesehen, das durch
Verjüngung des Rotor-Aussendurchmessers erreicht ist.
[0020] Ein Verschluss 50 gemäss Fig.5 hat eine feuerfeste Stator/Rotor-Einheit, bei der
ein kegelstumpfförmiger Stator 52 in den Ausguss 13 der Pfanne 11 eingemörtelt ist,
in Längsrichtung eine sacklockförmige Oeffnung 54 und eine mit ihr verbundene quere
Oeffnung 55 hat und ein Rotor 53 im Bereich der querliegenden Oeffnung 55 in ihm dreh-und/oder
längsverschiebbar angeordnet ist. Eine mit dem Rotor 53 drehverbundene Antriebwelle
53′ ragt durch den Stator 52 und ist mit einem nicht dargestellten Antrieb unterhalb
des Gefässbodens 11 gekoppelt.
[0021] Zwischen Rotor 53 und Stator 52 ist eine abdichtende zylindrische Fläche 56 vorgesehen,
die sich annähernd über den gesamten Bereich der in der Schmelze liegenden Einheit
erstreckt. Zwischen der Antriebswelle 53′ und der sie umgebenden Bohrung im Stator
52 ist ein definiertes Spiel 57 vorgesehen , mit dem ein Verklemmen der Welle 53′
in dieser Bohrung vermieden ist. Der Rotor 53 kann entweder gedreht oder aber in Längsrichtung
verschoben werden zwecks Oeffnen bzw. Schliessen des Verschlusses 50. An der Durchflussöffnung
54 des Stators 52 ist ein andeutungsweise dargestelltes Giessrohr 58 angeschlossen,
das sich üblicherweise in die Schmelze einer Kokille erstreckt.
[0022] Bei einer Variante nach Fig.6 enthält der Stator 52 zwecks Standzeiterhöhung einen
den Rotor 53˝ umgebenden feuerfesten Hochwerteinsatz 52′, der vorzugsweise in den
feuerfesten gegossenen Stator 52 eingebettet ist. Die Durchflussöffnung 55 verläuft
gegenüber der Variante nach Fig.5 insofern anders als sie, nachdem sie die eine abdichtende
Fläche 56′ zwischen Rotor 53˝ und Stator 52 durchquert hat, annähernd in der Mitte
des Rotors 53˝ stirnseitig aus ihm herausgeführt ist.
[0023] Bei Fig.7 enthält der feuerfeste Stator 52′ unterhalb seiner querliegenden Oeffnung
55 eine den Rotor 53 umgebende Ringnut 60, die über mindestens eine Oeffnung 61 mit
dem Innern des Gefässes verbunden ist und von der abdichtenden zylindrischen Fläche
56 zwischen Rotor 53 und Stator 52′ umgeben ist. Dadurch lässt sich - wie bereits
erwähnt - vermeiden, dass unerwünscht Luft in die in der Queröffnung 55 befindlichen
Schmelze angesaugt wird und dort zu einer Reoxidation des flüssigen Stahles führt.
[0024] Fig.8 und Fig.9 zeigen je eine Variante des in Fig. 1 dargestellten Verschlusses
10. Der Stator 15′ und der in ihm drehbar geführte Rotor 16′ gemäss Fig.8 haben je
eine sich im Betriebszustand gegenseitig berührende, senkrecht zur zylindrischen
Fläche 20 verlaufende Ringfläche 75,76. Diese Ringflächen bilden eine zusätzliche
Dichtung nebst der zwischen Stator 15′ und Rotor 16′ ohnehin vorgesehenen Dichtfläche
20. Dadurch wird vermieden, dass Metallschmelze in den aufgeweiteten Raum zwischen
Stator und Rotor in dem innerhalb der Gefässwandung liegenden Bereich fliesst.
[0025] Die Stator/Rotor-Einheit 15˝,16˝ nach Fig.9 unterscheidet sich von der nach Fig.8
nur insofern, als die zusätzlich abdichtenden Ringflächen 75′ , 76′ unter einer Schräge,
vorzugsweise zwischen 30° und 60° zur zylindrischen Gleitfläche 20 verlaufen und der
Rotor 16˝ eine Ringdichtung 77 aufgestülpt hat, die aus einem feuerfesten Material
mit guten Gleiteigenschaften, wie z.B. Graphit, besteht. Zu seiner Zentrierung ist
diese Ringdichtung 77 an einer Anschlagfläche 78 am Rotor 16˝ positioniert. Die Ringdichtung
könnte selbstverständlich auch im Stator 15˝ eingebettet sein. Stator und Rotor 15′,16′
resp. 15˝,16˝ sind vorteilhaft an diesen Ringflächen unter leichtem Anspressdruck
(ein paar Kilogramm) gegeneinander gedrückt.
[0026] Die beschriebenen Stator/Rotor-Einheiten sind insbesondere für Gefässe mit Stahlschmelze
gedacht, bei denen sie im Gefässboden mit vertikalem Ausguss angeordnet sind. Es wäre
aber vorzugsweise bei Gefässen mit Leichtmetallschmelzen denkbar, diese in die Seitenwand
mit horizontalem Ausguss einzubauen.
1. Feuerfeste Stator/Rotor-Einheit für einen Verschluss am Ausguss eines Metallschmelze
enthaltenden Gefässes, welche aus einem in der Gefässwandung befestigten Stator und
einem in diesem drehbaren und/oder längsverschiebbaren, zum Oeffnen resp. Schliessen
des Verschlusses dienenden Rotor besteht, die Einheit dabei in das Gefäss hineinragt
und darin mindestens eine querliegende und von dieser ausgehend eine aus dem Gefäss
führende Ausgussöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der im Stator (15,52) geführte Rotor (16,53) vom Gefässboden (11′) aus antreibbar
ist und dass dabei zwischen dem Rotor (16,53) und dem Stator (15,52) in dem annähernd
gesamten in das Gefäss (11) hineinragenden Bereich eine die querliegende/n Oeffnung/en
(¡7,18,55) umgebende abdichtende zylindrische Fläche (20,56) während in dem in der
Gefässwandung (14) liegenden Bereich ein die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen
von Stator und Rotor aufnehmendes Spiel (22,57) zum Verhindern eines Klemmens der
Einheit vorgesehen ist.
2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrungsdurchmesser des Stators (15,52) im Bereich in der Gefässwandung
(14) gegenüber dem im Gefässinnern aufgeweitet und/oder der Aussendurchmesser des
Rotors (16) verkleinert ist um je wenigstens einige Zehntelmillimeter.
3. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16,33,43) konzentrisch im Stator (15,32,42) angeordnet ist, eine
zentral verlaufende Durchflussöffnung (19′, 31′,41′) und mindestens eine mit dieser
verbundene, innerhalb des Gefässes liegende quere Oeffnung (19,31,41) aufweist.
4. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (52) eine querliegende und eine mit dieser verbundene, aus dem Gefäss
911) führende Ausgussöffnung (55 und 54) hat, der Rotor (53) im Bereich der querliegenden
Oeffnung (55) drehbar und/oder längsverschiebbar innerhalb einer Bohrung des Stators
(5) angeordnet ist und eine quer durchgehende oder eine in das Gefässinnere umgelenkte
Durchflussöffnung (55 oder 55′) hat.
5. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gaszuführung (35,36,71,72) von inertgas, zum Beipiel Argon, zwischen den
Rotor (33,53′) und den Stator (32,52) in den in der Gefässwandung liegenden Bereich
vorgesehen ist.
6. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die querliegende Durchflussöffnung (17,18,31,41,55) im Stator (15,32,42,52)
einen definierten Abstand von der Gefäss-Innenwandung (14′) aufweist, vorzugsweise
wenigstens 20 Millimeter.
7. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie vorzugsweise mit vertikaler Achse im Gefässboden eingesetzt ist.
8. Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16′,16˝) und der Stator (15′,15˝) an ihren zylindrischen abdichtenden
Flächen mindestens je eine sich gegenseitig berührende, als Abdichtung dienende schräge
Ringfläche (75,76,75′,76′) aufweisen.
9. Einheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringflächen (75,76,75′,76′) am unteren Ende der zwischen Rotor (16′,16˝)
und Stator (15′,15˝) vorgesehenen abdichtenden zylindrischen Fläche (20) angeordnet
sind.
10. Einheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfläche (75,76) vom Stator (15′) resp. Rotor (16′) annähernd rechtwinklig
zur zylindrischen Fläche (20) verläuft.
11. Einheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ringfläche (76′) durch eine Ringdichtung (77) gebildet ist,
die insbesondere aus Graphit oder aus einem ähnlichen Material mit guten Gleiteigenschaften
besteht.
12. Stator für eine Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zylindrische Sackloch- oder Durchgangsbohrung (20) aufweist.
13. Stator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Bohrung (14) in dem in der Gefässwandung liegenden Bereich aufgeweitet
oder verkleinert ist.
14. Stator nach einem der Ansprüche 4, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass er eine querliegende und eine mit dieser verbundene, aus dem Gefäss (11) führende
Ausgussöffnung (55 und 54) und eine für den Rotor (53) vorgesehene in axialer Richtung
verlaufende Durchgangsbohrung aufweist.
15. Stator nach Anpruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass er aus gegossenem feuerfestem Material besteht und einen hochwertigen feuerfesten
Hülseneinsatz (52′) im Bereich der Bohrung für den Rotor (53˝) enthält.
16. Stator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einer Ringnut (44,60) in der für den Rotor (43,53) enthaltenden
Bohrung versehen ist, in welche vorzugsweise mehrere radiale vom Inneren des Gefässes
(11) ausgehende Oeffnungen (44′,61) führen, die Ringnut (44,60) unterhalb der querliegenden
Durchflussöffnung (41,55) angeordnet und von der abdichtenden zylindrischen Fläche
(40,56) umgeben ist.
17. Rotor für eine Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zylindrische Aussenfläche aufweist.
18. Rotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dessen zylindrische Aussenfläche in dem in der Gefässwandung (14) liegenden
Bereich verkleinert oder aufgeweitet ist.