DE2165537A1 - Verfahren zur erhoehung der haltbarkeit und der wirtschaftlichkeit von ausgussoeffnungen an gefaessen zur aufnahme von fluessigem metall - Google Patents
Verfahren zur erhoehung der haltbarkeit und der wirtschaftlichkeit von ausgussoeffnungen an gefaessen zur aufnahme von fluessigem metallInfo
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
Entwurf Patentanmeldung Sulzbach-Rosenberg, 29. Dez. 1971
My/S.
'Verfahren zur Erhöhung der Haltbarkeit und der Wirtschaftlichkeit
von Ausgußöffnungen an Gefäßen zur Aufnahme von flüssigem Metall1
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dem der Querschnitt
von Ausgüssen an Gefäßen zur Aufnahme von flüssigem Metall, insbesondere von Stahl, nahezu konstant gehalten wird und auf eine wirtschaftliche
Herstellung von üblichen und sehr verschleißfesten Ausgüssen.
Die Transport- und Zwischengefäße für flüssige Metalle haben überwiegend
verschließbare Bodenöffnungen, durch die die Schmelze ausströmen kann. Beispielsweise besitzen Eisen- und Stahlpfannen einen Bodenstein,
in den vor jeder Schmelze ein Ausguß eingebaut wird. Diese Ausgußöffnungen an den Gießpfannen werden während des Transportes durch den
Stopfen der Stopfenstange oder eine Schieberanordnung verschlossen.
Die Zwischengefäße, in der Sprache des Stahlwerkers der Tundish, bei
einer Strangguß-Anlage haben eine oder mehrere Bodenöffnungen, durch
die das flüssige Metall in die Gießkokillen strömt. Im Tundish wird die Füllhöhe der Schmelze in erster Näherung konstant gehalten. Dies
geschieht entweder durch eine Regulierung des Ausströmquerschnittes an der Transportpfanne, indem man den Stoßfenverschluß, vorzugsweise
den Schieber, mehr oder weniger öffnet, oder durch eine diskontinuierliche, portionsweise Zugabe von flüssiger Schmelze aus der Transportpfanne
in den Tundish. Die Ausströmgeschwindigkeit der Schmelze in die Gießkokille wird demzufolge bei annähernd konstanter ferrostatischer
Höhe im Tundish nur durch den Querschnitt der Ausgüsse im Boden bestimmt, die in der Fachsprache allgemein als Düsen bezeichnet
werden. Eine Erweiterung der Ausguß- bzw. Tundishdüsenquerschnitt.e führt zwangsläufig zu einer Erhöhung der Gießgeschwindigkeit. Weiterhin
bringt ein Verschleiß der Abrißkante an den Ausgüssen, beispielsweise in Form einer Abrundung, eine unerwünschte Beunruhigung
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des Gießstrahles mit sich. Während beim Abgießen der Schmelze aus der
Transportpfanne insbesondere ein unruhiger, zerflatternder Gießstrahl zu Störungen führt, wirken sich beim Stranggießen die Querschnittserweiterung
der Düsen und die damit verbundene Veränderung der Gießge-^ schwindigkeit besonders nachteilig aus. Die Stranggußmaschinen lassen
nur eine Veränderung der Gießgeschwindigkeit in sehr engen Grenzen zu. Steigt also die Gießgeschwindigkeit durch die Erweiterung der Ausgußdüsen
an, muß der Gießvorgang häufig abgebrochen werden. Die Gießzeit bei einem Sequenzguß, d. h. beim ununterbrochenen Abgießen mehrerer
Stahltransportpfannen hintereinander, wird nach dem bisherigen Stand der Technik durch die Haltbarkeit der Düsen bestimmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt einen Weg, nach dem es möglich
ist, bei sehr geringer Querschnittserweiterung, meistens weniger als 10 %, mit dem gleichen Ausguß und insbesondere den gleichen Tundishdüsen
über sehr viel längere Zeiten, als bisher bekanntgeworden ist, zu gießen. Dazu wird nach den Lehren der Erfindung der Ausströmkanal der
Ausgüsse und Düsen ais einem sehr dichten, nahezu porenfreien, gesinterten
und/oder insbesondere schnelzgegossenen, keramischen Material gefertigt, überraschenderweise hat sich gezeigt, daß derartig dichte,
keramische Werkstoffe durch den Temperaturschock beim Angießen der Schmelze keine oder nur wenig feine Risse bekommen, die nicht zu Ausbrüchen
oder Fehlstellen an der Kontaktfläche zwischen dem keramischen Werkstoff und der Schmelze führen.
Die Ausgüsse und Düsen können in ihrer Gesamtheit aus dem dichten, keramischen
Werkstoff unter sehr hohem Druck gepreßt und anschließend gesintert werden. Das Pressen kann isostatisch erfolgen. Es ist auch
möglich, die Ausgüsse und Düsen durch das Abgießen einer keramischen Schmelze in geeigneten Formen herzustellen. Wegen der erheblichen technischen
Schwierigkeiten beim Erzeugen der Ausgüsse und Düsen in ihrer Gesamtheit, aus den dichten, keramischen Werkstoffen, hat sich das erfindungsgemäße,
nachträgliche Einsetzen von Hülsen bzw. Rohrabschnitten mit den üblichen freien Kanalquerschnitten in die entsprechend vorbereiteten,
auf üblichem keramischem Wege erzeugten, Ausgüsse und Düsen besonders bewährt.
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BAD ORfQINAL
Dabei können die Düsenkörper, in denen die.verschleißfesten Hülsen eingesetzt
werden, aus minderen, preiswerten ff. Qualitäten bestehen. Beispielsweise wurde aus einem schmelzgegossenen Korundstein mit Diamanthohlbohrern
eine Hülse, genauer gesagt, ein Rohrstück, ausgebohrt und in eine entsprechend aufgebohrte Stranggußdüse üblicher Fertigung einer
handelsüblichen Zirkonsilikatqualität eingekittet. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbexspielen, die
■teilweise in Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Die Zeichnungen
zeigen:
Figur i eine handelsübliche, aufgebohrte Stranggußdüse, in die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren eine aus einem schmelzgegossenen Korundstein ausgebohrte, verschleißfeste Hülse eingekittet
ist
Figur 2 einen preisgünstigen Schamottedüsenkörper, in den ein verschleißfesteres,
von einem entsprechenden Rohrstück abgesägtes, Formstück eingeklebt ist
Figur 3 eine Schieberanordnung, bei der in die Boden- und Schieberplatte
eine Korundhülse eingesetzt ist
Figur k einen Schieberverschluß, bei dem einmal nach erfolgter Montage
von Einlaufstein und Bodenplatte und zum anderen nach erfolgter Montage von Schieberplatte und Auslaufstein, jeweils
eine durchgehende, die Fuge zwischen Stein und Platte überdeckende, verschleißfeste Hülse eingekittet ist.
Die mit 1 bezeichnete, aufgebohrte Stranggußdüse, in die eine aus
schmelzgegossenem Korund ausgebohrte Hülse 2 mit der Kittschicht 3 eingekittet ist, zeigt Figur 1. Die Anpassung k der Hülse an den
Einlauftrichter der Stranggußdüse kann entweder durch Nacharbeiten der Korundhülse mit Diamantschleifwerkzeugen oder durch eine entsprechende
keramische Masse bzw. einem Kitt, wie in Figur 1 dargestellt, erfolgen. Die Hülsen 2 in Figur Ί können durch einen Außenkonus oder
sinngemäße Abstufungen gegen Herausfallen gesichert werden. In der
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- if -
Praxis hat sich aber die einfach zu fertigende, in Figur 1 dargestellte
Form als sicher gegen ein Herausrutschen erwiesen. Die Wandstärke der in Figur 1 dargestellten Hülse sollte größer als 2 mm sein.
Aus Gründen der einfacheren mechanischen Fertigung ist mit Hülsen von 5 bis 15 mm» vorzugsweise 8 mm, Wandstärke gearbeitet worden. Die Hülse
hat auch aus schmelzgegossenem Mullit gleicher Abmessung und bei einem
weiteren Versuch aus einem hochverdichteten, gesinterten Korundrohrabschnitt
bestanden} die Wandstärke bei dem Rohrabschnitt betrug 3 mm.
Es können auch Hülsen mit größerer Wandstärke, z.B. ab 5 mm Wandstärke
aufwärts, direkt als Düsen, anstelle von Düsen mit eingekitteter Hülse, in einen entsprechenden Formstein im Boden des Tundishes eingesetzt
werden. Die äußere Form des Querschnittes dieser Düsen, die insgesamt aus schmelzgegossenen oder ähnlich dichten, nahezu porenfreien, gesinterten,
keramischen Materialien auf mechanischem Wege herausgearbeitet sind, ist bevorzugt rund, kann aber auch quadratisch oder rechteckig
oder sechseckig oder vieleckig sein. Über die Höhe gesehen ist die äußere Gestalt dieser z. B. aus schmelzgegossenen Korundsteinen herausgesägten
oder herausgebohrten Düsen konisch, vorzugsweise jedoch zylindrisch, eventuell mit Flansch, meistens jedoch ohne Flansch.
Als nichteinschränkendes Beispiel sei die Anwendung der erfindungsgemäß
ausgekleideten Stranggußdüsen beim Vergießen -von Stahl in einer
Strangguß-Anlage zu Knüppeln mit quadratischem Querschnitt und einer Kantenlänge von 180 mm angeführt. Der Stahl hatte eine Zusammensetzung
von Ο.θ8 3έ Kohlenstoff, 0.28 % Silizium, O.5 % Mangan, 0.0*f %
Phosphor, O.O3 % Schwefel und O.OO6 # Aluminium. Es wurde in 2 Strängen
gegossen und eine Gießgeschwindigkeit von 1.8 bis 2 m/min angestrebt. Bei Verwendung der üblichen, bekannten Düsenwerkstoffe mit
Eestverunreinigungen bis ca. 5 %■» wie z. B. Zirkonsilikat, Zirkonoxyd,
Mullit oder andere hochtonerdehaltige Feuerfeststoffe, erhöhte sich die Gießzeit nach I.5 Std. auf über 2.5 m/min, so daß der Guß
abgebrochen werden mußte. Der freie Durchgangskanal in dieser handelsüblichen Düse hatte sich dabei im Mittel von ursprünglich 15 mm
Durchmesser sehr ungleichmäßig auf ca. 17 bis 20 mm aufgeweitet. Teilweise traten sehr viel stärkere, auch einseitig Auswaschungen
auf, die ein vorzeitiges Zustopfen der Düsen erforderlich machten.
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BAD ORIGINAL
Bei der Anwendung der erfindungsgemäß präparierten Düse, wobei die eingeklebte
Hülse aus Schmelzkorund bestand, betrug nach 8 Stunden Gießzeit die Gießgeschwindigkeit noch nicht über 2 m/min. Der lichte Durchmesser
des Düsenkanals war geringfügig auf ca. 16 mm aufgeweitet.
Während das vorangegangene Beispiel den Einsatz einer sehr verschleißfesten
Düse mit einer Hülse aus Schmelzkorund beschreibt, wird in dem folgenden Beispiel die Herstellung einer Düse für den üblichen, nicht
auf extrem lange Gießzeiten ausgerichteten, Stranggußbetrieb angeführt, die sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Wenn Stähle
mit einem höheren Kohlenstoffgehalt, beispielsweise C ) ca. 0.2 %% vergossen
und nur Gesamtgießzeiten von ca. 3 Stunden angestrebt werden, so können übliche Düsenwerkstoffe zum Einsatz kommen. Zum Beispiel haben
sich als Düsenmaterial sehr reines Zirkonsilikat, Zirkonoxyd und hochtonerdehaltige
Materialien vom Mullit an aufwärts bewährt. Diese Materialien liegen im Preis ca. einen Faktor 5 bis 10 höher als gute Schamott
equalität en.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur wirtschaftlichen Erzeugung von Stranggußdüsen geht von der Überlegung aus, daß nur ein geringer Teil
der Düse vom durchströmenden Stahl und den mitgerissenen Schlackenpartikelchen angegriffen wird. Erfindungsgemäß werden daher in Düsenkörpern
aus preisgünstigen ff. Materialien, beispielsweise Schamotte, verschleißfestere
Hülsen, vorzugsweise Bohrabschnitte, eingekittet. Diese eingeklebten Formkörper bestehen aus Materialien mit höherer Beständigkeit
gegenüber der durchströmenden Schmelze. Der Düsenkörper 6 besteht aus dem preisgünstigen Feuerfestmaterial,
beispielsweise Schamotte der Qualität AO, in den ein entsprechender
Rohrabschnitt 7 aus einem verschleißfesteren Material, beispielsweise Zirkonoxyd, eingeklebt ist. Die Kittschicht 8 besteht aus dem gleichen
Material wie im ersten Beispiel erwähnt. Dies sind vorzugsweise hochtonerdehaltige, sehr fein aufgemahlene Materialien, Korngröße {
0.3 mm, die mit Wasserglaslösungen oder Monoaluminiumphosphat oder
bei einem entsprechenden Zusatz von Tonerdeschmelzzement mit Wasser in die erforderliche Konsistenz gebracht werden. Es haben sich aber
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BAD OftfGttfAL.
ebenfalls Kitte auf der Basis von MgO, Spinell (Al2O 'MgO), Zirkonoxyd
und Zirkonsilikat bewährt. Die Anpassung der eingekitteten, verschleißfesteren Hülse an den Einlaufkonus der Düse kann mit den gleichen Kitten
erfolgen. Die Körnungen dieser Anpassungsmischung können gröber . sein.
Aus der Kombination eines preisgünstigen, weniger verschleißfesten Dnsenwerkstoffes
mit einer eingesetzten, verschleißfesten Hülse ergeben sich erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Das Gewichts-Verhältnis von
preisgünstigem zu teuerem Material beträgt im ungünstigen Fall, d. h. bei kleinen Düsenabmessungen, z. B. 15 mm Kanaldurchmesser, ca. 5 · 1
bis 10": 1 und erreicht bei großen Düsen höhere Verhältnisse. Als Material
für die preisgünstigen Düsenkörper haben sich bevorzugt übliche Materialien aus dem Zwei-Stoff-System SiOp-AIpO eingeführt. Aber auch
andere, entsprechend temperaturbeständige Feuerfestoxyde eignen sich dafür. Als verschleißfestes Hülsenmaterial kommen Feuerfest-Produkte
auf der Basis von Zirkonsilikat, Zirkonoxyd, Spinell (AIpO-MgO), Magnesiumoxyd,
Mullit und andere hochtonerdehaltige Feuerfest-Stoffe infrage.
Bei der Erzeugung dieser Einsatzhülsen bzw. von entsprechenden Bohren, von denen die benötigten Längen abgesägt werden, hat sich herausgestellt,
daß die ree^Ltiv geringen Wandstärken dieser Formkörper
von ca. 5 bis 15 nim niit den üblichen Mitteln eine höhere Verdichtung
der ff. Materialien ergeben.
Die Innenquerschnittsformen der eingesetzten, verschleißfesten Formkörper
sind nicht immer kreisförmig. Ovale und eckige Auslaufquerschnitte sowie kreuz- und sternförmige Querschnitte zur Gießstrahlberuhigung
sind ebenfalls mit Erfolg erprobt worden.
Es liegt auch im Sinne der Erfindung, übliche Pfannenausgüsae ganz
oder teilweise, z. B. Hinge im Ausströmbereich, mi-t schmelzgegossenen oder dichten, nahezu porenfreien, gesinterten, keramischen Materialien
auszukleiden.
Es haben sich derartige Hülsen 15 zur Herabsetzung des Verschleisses
.in der Boden- 13 und Schieberplatte 1*f von Pfannenschieberverschlüssen
bewährt. Die Einsatzzeit der Schieberverschlüsse konnte beispielsweise an einer kO t-Stahlpfanne durch den Einbau von Hülsen aus schmelz-
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BAD ORIGINAL -7-
gegossenem Korund von 2 auf 5 Abgüsse erhöht werden. Dabei wurden in die
Boden- und Schieberplatte je ein Ring von~10 mm Wandstärke eingekittet. Das Plattenmaterial bestand in"'diesem Fall aus einer preisgünstigen Qualität
mit einem A^O^-Gehalt von ca. 60 #, während die Platten des Vergleichsschiebers
ohne Hülse aus einem hochwertigen Material mit ca. 85 %
ΑΙλΟ, gefertigt waren.
Eine weitere Erhöhung der Einsatzzeit der Schieberverschlüsse um einen
Faktor von ca. 2 und insbesondere eine erhebliche Verbesserung der Betriebssicherheit
ergab überraschenderweise der Einsatz von durchgehenden, verschleißfesten Hülsen 18 und 19, z. B. aus Schmelzkorund, über
den Einlaufstein 20 und die Bodenplatte 21 sowie über die Schieberplatte 22 und den Auslaufstein 23. Dabei werden zunächst der Einlaufstein
20 und die Bodenplatte 21 mit den üblichen Montagehilfen und Justiermitteln
in den Pfannenboden eingebaut. Nach erfolgter Montage wird die keramische Hülse 18 eingekittet. Selbstverständlich ist die Innenbohrung
in den Einlaufstein und die Bodenplatte entsprechend der Hülsenabmessung größer zu wählen. Sinngemäß wird die Hülse 19 in die montierte
Einheit aus Schieberplatte 22 und Auslaufstein 23 eingebaut.
Ein Einbau der Hülsen 18 und 19 zusammen mit der Montage von Stein und Platte ist ebenfalls möglich und führt zum gleichen Ziel. Durch die
durchgehenden, verschleißfesten Hülsen wird die Fuge zwischen Platte
21 bzw. 22 und Stein 20 bzw. 23 vermieden, und damit treten im Fugenbereich
kein verstärkter Verschleiß und keine Stahlinfiltrationen auf.
Während bei den angegebenen Beispielen die verschleißfesteren Hülsen
in die Formkörper, beispielsweise Boden-, Schieberplatten, Düsen und Ausgüsse, eingeklebt bzw. eingekittet waren, hat sich bei der Herstellung
größerer Serien eine direkte keramische Versinterung des verschleißfesten Einsatzes mit dem Formkörper als günstig erwiesen. Dabei
können die Hülsen und die Formkörper getrennt schon einmal vorgebrannt sein, oder einzeln oder beide Teile als Rohlinge, d.h. ungebrannt,
zusammengefügt werden und anschließend durch einen keramischen Brand verbunden werden. Diese Verbindung kann direkt oder durch
eine Zwischenschicht eines geeigneten, auf die beiden Werkstoffgruppen
abgestimmten, Zwischenmaterials erfolgen.
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Claims (10)
1. Verfahren zur Erhöhung der Haltbarkeit und der Wirtschaftlichkeit
von Ausgußöffnungen an Gefäßen zur Aufnahme von flüssigem Metall, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgußeinheit aus zwei unterschiedlichen
Feuerfest-Materialien gebildet wird, wobei das den Ausströmkanal für die Metallschmelze bildende Feuerfest-Material gegenüber
der Metallschmelze verschleißfester ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfestere,
den Ausströmkanal der Ausgußöffnung bildende Feuerfest-Material
in Form von Hülsen bzw. Eohrabschnitten in entsprechend aufgebohrte oder bereits so hergestellte Ausgußteile und/
oder Düsen eingepaßt und/oder eingekittet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die verschleißfesten Einsätze aus größeren schmelzgegassenen Blökken
auf mechanischem Wege, beispielsweise mit Diamantwerkzeugen, herausgearbeitet werden.
k. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch
gekennzeichnet, daß die verschleißfesten Einsätze aus extrem dichten,
porenfreien, z. E. isostatisch gepreßten, gesinterten Materialien hergestellt werden.
5· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis ^f, dadurch
gekennzeichnet, daß die verschleißfesten Hülsen Rohrabschnitte der
verschleißfesten Materialien sind.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die verschleißfesten Hülsen direkt als Düsen
in entsprechende Bodensteine eingesetzt werden.
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BAD OWOlNÄi
7· Verfahren nach, einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Düsen-
und/oder Ausgußkörper aus einem preisgünstigen Material besteht, in den eine hinreichend verschleißfeste Hülse eingekittet wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7> dadurch
gekennzeichnet, daß bei Pfannenschieberverschlussen in die feststehende
Einheit, beispielsweise bestehend aus Einlaufstein und Bodenplatte, sowie in die bewegliche Einheit, beispielsweise bestehend
aus Schieberplatte und Auslaufstein, nur jeweils eine durchgehende, die Fuge verdeckende Hülse eingekittet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die verschleißfesten Einsätze durch einen keramischen
Brand mit dem Düsenformkörper verbunden werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die ^uerschnittsformen der verschleißfesten
Einsätze neben vorzugsweise rund, oval, quadratisch, vieleckig, kreuz- oder sternförmig sind.
3Ü9829/OO44
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