DE8990036U1

DE8990036U1 - Gießpfannenhülse mit gemeinsam gepreßtem gasdurchlässigem Ring

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Publication number: DE8990036U1
Application number: DE8990036U
Authority: DE
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Current assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 1988-05-03
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1990-06-07
Anticipated expiration: 1999-05-04
Also published as: US4836508A; JPH0215855A; WO1989010811A1; EP0370095A4; BR8906944A; DE68909892T2; KR900701436A; EP0370095B1; EP0370095A1; DE68909892D1

Description

Boehmert & Boehmert, Bremen / München

An das

Deutsche Patentamt

ZweibrückenstraSe 12

8000 München 2

PATENTANWALT DR.-ING. KARL BOEHMERT (1933-1973) PATENTANWALT DIPL.-JNG. ALBERT &Bgr;&Ogr;&Egr;&EEgr;&Mgr;&Egr;&Kgr;&Ggr;», BREMEN RECHTSANWALT WILHELM J. H. STAHLBERG, BREMEN PATENTANWALT DR.-ING. WALTER HOORMANN*, BREMEN PATENTATiWALT DIPL.-PHYS. DR. HEINZ GODDAR*. MÜNCHEN PATENTANWALT DR.-ING. ROIAND LSESEGANG*. MÖNCHEN RECHTSANWALT WOLF-HIETER K! ^!NTZE, EiiEMEN PATENTAiN¹WALTDIPI-PHVi;. ROBERT MÜNZHUBER*. MÜNCHEN PATENTANWALTDIFl-ING. ed?.!^t "!-.-d f. EHNER*. München RECHTSANWALTDR. LUDWIG KCLKER, BREMEN PATENTANWALT DR. RFP N.'- &tgr; ANDREAS WINKLE?. 3REMEN

* EUROPEAN FATF-NT .'.TTORNEY

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G 89 90 036 7
PCT<ü389/01883

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V489

Brauen

29. Dezember 1989

Vesuvius Crucible Company, 4604 «Jampbells Run Road, Pittsburgh, PA 15205, USA

GIESSPFANrtENHÜLSE MIT GEMEINSAM GEPRESSTEM GASDURCHLÄSSIGEM RING

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf den Stahlstrangguß und im speziellen auf keramische Komponenten, die dabei verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein keramisches Gießrohr, üblicherweise als eine Gießpfannenhülse bezeichnet, welches das Überführen von geschmolzenem Metall aus einer Gießpfanne in einen unter der Gießpfanne angeordneten Gießzwischenbehälter ermöglicht. Geschmolzenes Metall wird dann aus dem Zwischenbehälter in eine unter dem Zwischenbehälter angeordnete Stranggußform oder -formen geleitet, alles in wohlbekannter V/eise. In einem

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Deutsche Hank, lirtmcit
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Büro Bremen / Bremen Office:

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Telefax: (089) 22 !5 69&Ggr;&Ggr;&Pgr;&Tgr;1&Igr; till

Cables: T'.'lepatcnt München

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PSchA Hamburg

(BLZ 200 100 20) 12W) 83 202

BOEHMERT & BOEHMERT

typischen Stablstranggußverfahren wird unter einer Bodenöffnung der feuerfest ausgekleideten Gießpfanne eine keramische Sammeltülle angebracht. Die Regelung des geschmolzenen Metallstroms aus der Gießpfanne durch die Sammeltülle wird ent^acter durch einen vertikal L rfegbarer. Stopfenverschluß, der die Öffnung im oberen Ende der Sammeltülle stufenweise öffnet und schließt, erreicht, oder er wird über eine herkömmliche Schieberplattenventilanordnung reguliert, in der die Sammeltülle auf einer Bodenplatte derselben angebracht ist. Relative Bewegung der Schieberplatten öffnet und schließt den Weg des Metalls zur Sammeltülle. Die Gießpfannenhülse, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, ist satt anliegend unterhalb der Sammeltülle angebracht, um das Gießen (Abguß) des geschmolzenen Metalls aus der Gießpfanne in den darunter angeordneten Zwischenbehälter zu ermöglichen.

Gießpfannenhülsen werden im Stahlstrangguß üblicherweise verwendet, um Oxidation des Stroms aus geschmolzenem Stahl zu verhindern, wenn das Metall aus der Gießpfanne in den Zwischenbehälter abgegossen wird, und um Arbeiter im Gießbereich davor zu schützen, durch spritzendes Metall verbrannt zu werden. Eines der Hauptprobleme, auf das man bei der Verwendung solcher Gießpfannenhülsen bisher stieß, ist die Fähigkeit, zwischen der Sammeltülle und dem oberen Ende der Gießpfannenhülse in dem Verbindungsbereich, in dem diese Komponenten aneinandergefügt werden, eine undurchlässige Abdichtung zu erreichen. Eine schlechte Abdichtung an dieser Verbindungsgrenzfläche führt zum Eindringen von Luft, was unerwünschte Oxidation des geschmolzenen Stahls bewirkt. Es ist oft sehr schwierig, die Qualität dieser Verbindungsabdichtung durchweg zu garantieren, in Folge des Spritzens von Stahl auf die Sammeltülle oder in Folge von Schaden beim Hantieren, die am oberen Ende der Gießhülse zugefugt werden, v/enn diese von einer entleerten Gießpfanne getrennt und mit

FiOKHMEFn & BOFHMKRT

einer vollen Gießpfanne wieder verbunden wird.

Bisher ist vorgeschlagen woi Jen, rund um dar. obere Ende einer Gießpfannenhülse ein Inertgas einzupressen, um in dem Fall, daß eine schlechte mechanische Verbindung mit der Sammel tüla.^ vorliegt, eine Gasabdichtung zur Verfügung zu stellen. Das Inertgas ist mit dem geschmolzenen Stahl unreaktiv, und wenn eine schiechte Abdichtung vorliegt, durchflutet das Inertgas, wie etwa Argon, den Abdichtungsbereich der Verbindung, was das Eindringen von Luft und anschließende Oxidation des geschmolzenen Stahls verhindert.

Verschiedene Gießpfannenhülsenkorstruktionen sind bisher vorgeschlagen worden, um das Einpressen von Argon rund um die Sammeltülle aus Abdichtungsgründen zu erleichtern. Eine solche Konstruktion ist im US-Patent Nr. 4 519 438 offenbart. In dieser Konstruktion wird das Argon in fingerähnliche Nute eingepreßt, die in das obere Ende der Gießpfannenhülse gepreßt sind. Diese Konstruktion hat, obgleich sie teilweise erfolgreich ist, einige Nachteile. Oft füllen sich die Nute während des Gießens mit Stahl auf, was das anschließende Einpressen von Inertgas beschwerlich macht. Es ist ebenfalls oft schwierig, gleichförmige Gasverteilung rund um die Abdichtung zu erreichen, indem das Inertgas eine Neigung besitzt, in den Bereich direkt hinter der Gaseinlaßverbindung einen höheren Druck anzunehmen. Im Ergebnis sind höhere Durchflußraten der Inertgaseinpressung notwendig, um verbesserte Gasverteilung zu erreichen.

Ein weiterer Versuch einer Lösung beinhaltet einen Ring aus porösem keramischen Werkstoff anstelle der Nute für das Einpressen von Argon. Normalerweise ist der Gießpfannenhülsenkörper aus einem Aiuminiumoxid-Graphit-Material zusammengesetzt, wegen seines hohen Wärmestoßfestigkeit und seiner Fähigkeit, dem Angriff von geschmolzenem Stahl und Schlacke

BOFHMERT & BORHMERT

zu widerstehen. In rtiesnr Gießpfannenhülsenkonstruktion nach dem Stand der Technik verwendet das poröse Ringmaterial nicht die Aluminiumoxirl-üraphit-Zusammensetzung des Körpers, sondern ist vielmehr eine 100 %ige Oxidzusammensetzung, üblicherweise bestehend aus Aluminiumoxid-Silikaten. Dieser bekannte poröse Ring löste ein Problem, daß bei der Konstruktion mit der Nut vorlag, indem es kein Eindringen von Stahl in das poröse Ringniatörial gab, und folglich kennte wegen des dadurch zur Verfügung gestellten Gegendruckes eine gleichförmige Gaslurchflußrate erreicht werden. Man stieß mit dieser bekannten porösen Ringkonstruktion jedoch auch auf andere Probleme. Der poröse Rirg wird üblicherweise in den Gießpfannenhülsenkörper eingesetzt, nachdem beide Stucke (Ring und Hülsenkörper) vollständig fertiggestellt sind. Dies erfordert ein schwieriges Verfahren zum Einkleben des porösen Rings an Ort und Stelle und zum anschließenden Ummanteln des oberen Endes der zusammengesetzten Gießpfannenhülse in einer speziellen Stahlumhüllung. Die Umhüllung dient dem Zweck, den porösen Ring an Ort und Stelle zu halten, und stellt sicher, daß rund um das obere Ende der Hülse eine gasdichte Abdichtung erreicht wird. Wenn die Umhüllung unbeabsichtigt durchstoßen wird oder sich ausdehnt, wird das Inertgas entweder durch das Loch oder rund um das obere Ende der Hülse austreten. In jedem Fall verringert dies die Wirksamkeit der Abdichtung beträchtlich, weil das Gas sich nicht dort befindet, wo es am meisten benötigt wird. Die Wahrscheinlichkeit, daß dies während einer Gießsequenz passiert, ist ziemlich hoch.

Es ist auch vorgeschlagen worden, einen vorgeformten Ring aus porösem keramischen Werkstoff herzustellen und dann den porösen Ring mit dem Hülsenkörper gemeinsam zupressen, wobei der poröse Ring eine innere Oberfläche besitzt, die sich zusammen mit der Bohrung der Hülse ausdehnt, und eine obere Oberfläche, die sich zusammen mit der oberen Oberfläche der

BOEHMERT & BOEHMERT

Hülse ausdehnt. Der gemeinsam gepreßte Ring und Hülsenkörper mit einem vorgeformten Gaskanal werden dann gebrannt. Das resultierende gebrannte Stück erfordert immer noch, obwohl es verbesserte Bindung zwischen dem porösen Ring und dem Körper bietet, die Verwendung einer Stahlumhüllung mit einem Stahlkappenteil, um das Austreten von Inertgas aus dem offenen oberen Oberflächenbereich des porösen Rings zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung löst diese und andere Unzulänglichkeiten, die beim Stand der Technik festgestellt wurden, indem eine Gießpfannenhülse mit einem gemeinsam gepresstem gasundurchlässigem Ring zur Verfügung gestellt wird, die wesentlich wirksamer ist beim Schutz geschmolzenen Metalls vor den schädlichen Effekten des Eindringens von Luft als üblicherweise verwendete Argonhülsen. Unerwünschte Oxidation und Stickstoffaufnahme im abgegossenem Stahl wird somit durch die Verwendung der Gießpfannenhülse der vorliegenden Erfindung beträchtlich verringert. Weiterhin noch sind die gemeinsam gepreßte Gießpfannenhülse und der gasundurchlässige Ring der vorliegenden Erfindung preiswerter herzustellen als bekannte gasundurchlässige Gießpfannenhülsen, teilweise aufgrund der Tatsache, daß sie keinen separaten Einklebvorgang erfordert und keine Metallumhüllungskomponente zum Ummanteln der oberen Ringoberfläche zum Abdichten gegen Gasaustritt.

Zusätzlich sind der integrale poröse Ringteil und die dichte Gießpfannenhülse der Erfindung beide im wesentlichen aus derselben keramischen Zusammensetzung, um. gleichförmige thermische Ausdehnungs- und Zusaitimenziehungseigenschaften dazwischen zur Verfügung zu stellen, wodurch thermische Rißbildungsprobleme minimiert werden. Die Erfindung stellt weiterhin einen integralen porösen Ring mit einer verbesserten Bindung mit dem Körper zur Verfügung, der keine Metallkappe oder keinen Kleber benötigt, um ihn in der Gießpfannenhülse an Ort und Stelle zu halten. Weiterhin noch wird

BOEHMERT & BOCHMEKT

eine verbesserte Gasverteilung im integralen porösen King vorliegenden Erfindung durch kontrollierte Sortierung des Feuerfestkorns in der Anfangsmischung erreicht, was eine gleichförmige mittlere Porendurchmensergröße nach dem Brennen liefert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese sowie andere Vorteile und Nutzen werden von der Gießpfannenhülse mit gemeinsam gepreßte gasdurchlässigem Ring der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt. Kurz gesagt umfaßt die vorliegende Erfindung einen Gießhülsenkörper mit einer länglichen Röhrenform, der eine darin während eines Preßvorgangs ausgebildete zentrale Bohrung besitzt. Die Bohrung erstreckt sich von einem Einlaß an einem oberen Ende des Hülsenkörpers und endet an einem Auslaß an einem unteren Ende desselben. Der Gießhülsenkörper ist aus einem dichten kohlenstof f gebundenen keramischen Werkstoff hergestellt, vorzugsweise einem Aluminiumoxid-Graphit-Material, das eine gebrannte, mittlere Porendurchmessergröße von weniger als etwa 10 Mikron und noch bevorzugter etv:a 0,25 Mikron besitzt. Ein poröser Ring, vorzugsweise aus einem kohlenstoffgebundenen Aluminiumoxid-Graphit-Material, wird in einem separa\.^n Preßvorgang vorgeformt, in dem eine bekannte Spalt-Korn-Sortierungstechnik im Feuerfestkorngemisch angewendet wird, um die Porösität desselben zu regulieren. D, s Feuerfestkorn, wie etwa z.B. Aluminiumoxid, wird innerhalb eines engen Größenbereichs von zwischen etwa. 100 bis 200 Mesh (7 5 bis 150 Mikron) einreguliert. Das Graphit, wie etwa ein naturadriges Schuppengraphit, für die Kohlenstoffbindungsphase besitzt eine Teilchengröße, die bevorzugt zwischen etwa 30 bis 100 Mesh (etwa 150 bis 600 Mikron) einregu]iert ist. Nach dem gemeinsamen Brennen mit dem Körper besitzt der poröse Ring eine gleichmäßige mittlere Porendurchmessergröße in der Größenordnung von etwa 10 Mikron bis 40 Mikron. Sekundäroxid-

BOEHMERT & BOEHMERT

körner von Zirkoniamullit in Mengen von zwischen etwa 10 Gew.-% bis 15 Gew.-% werden ebenfalls vorzugsweise in das Korngemisch für den porösen Ring eingeschlossen. Ein herkömmliches Antioxidationsmittel ist ebenfalls im Gemisch vorhanden, wie etwa z. B. bor- oder siliziumhaltige Materialien. Ein Bindemittel, vorzugsweise ein kohlenstoffhaltiges Harz, Pech oder dergleichen kohlenstoffhaltiges Material, wird ebenfalls verwendet. Verwendung eines identischen oder ähnlichen kohlenstoffhaltigen Bindemittelsystems im porösen Ring und Gießhülsenkörper ist bevorzugt, um die Bindung an der Grenzfläche zwischen den porösen Ring- und Körperbestandteilen während des Pressens und Brennens zu verbessern.

Wie oben angegeben, wird der poröse Ring vorgeformt und der sogenannte "grüne", ungebrannte Vorformling wird dann auf einem Außendurchmesser mit einem Material beschichtet, wie etwa einem Wachs oder einer ähnlichen Substanz, das beim endgültigen Brennen des Körpers ausbrennen wird. Diese Beschichtung bildet einen Kanal oder Verteiler im gebrannten Körper, so daß das später eingepreßte Inertgas gleichmäßig um den porösen Ring herum verteilt werden kann. Das Beschichtungsmaterial überdeckt etwa 50 % oder weniger der Dicke des porösen Rings, was ausreichend ist, um angemessene Inertgasverteilung zu erzielen, während ebenso genügender Wandbereich *.ur Verfügung gestellt wird, um verbesserte Bindung zwischen den porösen Ring und dem Körper während des gemeinsamen Pressens zu erreichen. Die Vorgänge des gemeinsamen Pressens und gemeinsamen Brennens dienen auch dazu, den porösen Ring an der Oberseite abzudichten, so daß Inertgas eher durch den Gaskanal und in den porösen Ring hinein gezwungen wird, als durch die Oberseite auszutreten.

Während der Herstellung wird der beschichtete, vorgeformt^¹ yrüne poröse Ring über einen l'reßkorn gelegt, der verwendet wird, um den GioPhülsenkörper zu formen. Das Aluminiumoxid-

BOEHMERT & BOEHMERT

Graphit-Hülsenkörper-Korngemisch wird dann in das Werkzeug, § das den porösen Ring umgibt, hineingegossen. Das Feuerfest- %

korngemisch, das den Körper bildet, füllt don Formhohlraum |

*zi.K 2:1 einem Niveau oberhalb <5er oberen Oberfläche des grünen |

porösen Rings. Das Werkzeug wird als nächstes abgecttor ist und &eegr;.

in eine isostacisclie Presse gegeben, in der der poröse &Ggr;-ug }

dann integral mit dem Aluminiumoxid-Graphit-Körper veiounden \

wird. Im gebrannten Zustand bildet der dichte gekörnte Hül- \

sei .crper einen incegralen, sich um die Oberseite des porösen =

Rings erstreckenden Kantenbereich, der eine Abdichtung um den |

porösen Ring herum bildet, um Inertgasaustritt von dort zu 1

i verhinc--_n. Nach herkömmlichem Brennen ist das vorher er- \ wähnte Material, das verwendet wird, um den Gaskanal herzu- &idiagr; stellen, verschwunden und hinterläßt einen offenen ring- c förmigen Verteiler, durch den das Inertgas verteilt wird. Ein
Gasanschluß kann durch den Körper hindurch hergestellt
werden, wie etwa durch Bohren von der Außenwand der Gießpfannenhülse in den Verteiler.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine Querschnitts-Seitenrißansicht einer Gießpfannenhülse nach dem Stand der Technik, die einen gasdurchlässigen Ring besitzt, der in einer Stahlumhüllung einschließlich einem Kappenteil eingeschlossen ist;

Figur 2 ist eine vergrößerte, .zeilweise weggebrochene
Schnittansicht eines Teils des gasdurchlässigen Rings und der
Stahlumhüllung der Gießpfanne ihülse nach dem Stand der Technik von Figur 1;

Figur 3 ist eine Querschnitts-Seitenrißansicht einer gemeinsam gepreßten Gießpfannenhülse und eines gasdurchlässigen
Rings der vorliegenden Erfindung;

BOEHMfiKT & ÖÖEHMERT

Figur 4 ist eine vergrößerte, teilweise weggebrochene
Schnittansicht eines Teils des gasdurchlässigen Rings und der Gießpfannenhülse von Figur 3; und

Figur 5 i^p<: eine graphische Darstellung von «ergleichsversuchsergebnissen von Gießpfannenhülsen der vorliegenden Erfindung gegenüber Hülsen nach dem Stand der Technik bei. tatsächlichen Stahlgußdurchläufen.

DETAIL^ ~ERTE BEfCHREIBUNG DER ERFINDUNG

bezugnehmend jetzt auf v.-.;? Zeichn. -ngen zeigen die Figur--&eegr; uno .": einen Typ von Gießpfannenbulsen nach dem Stand der
Technik, im allgemeinen rcic l'^v ,gsze"chen 2 bezeichnet. Die Gie-Spfannenhülse 2 schließt einen dichten keramischen Körper 4 und einen gasdurchlässigen, porösen ringförmigen Teil 6, der an der Oberseite desselben befestigt ist, ein. Die Hüls"» nach dem Stand der Technik besitzt eine durch sie hindurch ausgebildete zentrale Bohrung 8, die den Durchgang von geschmolzenem Stahl aus einer Gießpfanne in einen Zwischenbehälter (nicht gezeigt) in einer wohlbekannten Weise ermöglicht. Ein oberer Bereich 10 der Bohrung 8 ist in einer
kegelstumpfartigen Form ausgebildet, um auf eine herkömmliche Sammeltülle (nicht gezeigt) zu passen, die von der Gießpfanne darüber gebracht wird. Eine Oberfläche der Sammeltülle ist durch die Phantomlinie 10' in Figur 2 angedeutet, so wie sie in Beziehung zur Oberfläche 10 der Gießpfannenhülse liegen würde. Ein Gasdurchlaß 12 ist hergestellt, wie etwa durch
Bohren durch den Hülsenkörper 4 nahe dessen Oberseite. Der Durchlaß 12 verbindet ein äußeres Ende mit einem mit Schraubgewinde versehenen Anschlußstück 14 an der Außenfläche der Hülse zur Verbindung mit einer Quelle von unter Druck
stehendem Inertgas, wie etwa Argongas. Das andere Ende des Durchlasses 12 steht mit einem Kanal oder Verteiler 16 zur Verteilung des Argongases um den porösen Ring 6 herum in Ver-

BOEHMERT & BOEHMERT

bindung. Das unter Druck stehende Gas durchquert den Querschnitt des Rings 6 durch die Poren desselben, um entlang der Bohrungsoberfläche 10 ausgestoßen zu werden, in einem Versuch, das Eindringen von Luft in den Fließstrom des Metalls über die öffnungen zwischen 'ar Oberfläche 10 und der anliegenden Oberfläche 10' der Sammeltülle, die in Figur 2 dargestellt ist, zu minimieren. Wie in den Figuren 1 und 2 zu beobachten ist, erfordert der poröse Ring 4 dieser Hülse 2 nach dem Stand der Technik die Verwendung eim.r Stahiumhüllung 18 mit einer Kappe 20, um die obere Oberfläche des porösen Rings 6 dichtend zu umgreifen, um den Austritt von Inertgas von dort zu verhindern. Eine typische Stahlumhüllung 18 nach dem Stand der Technik schließt einen zylindrischen Einfassungsbereich 24 ein, der den oberen Bereich 26 der Gießpfannenhülse umschließt. Die separate Stahlkappe 20 ist mit der Einfassung 24 an der Schweißraupe 28 befestigt. Die Kappe 20 besitzt auch einen offenen Bereich 30, der im Zentrum ausgebildet ist, um das Einführen der Sammeltüll 10' dort hindurch zu ermöglichen. Zusätzlich zum Verhüten des Gasaustritts aus der porösen Oberfläche 22 wirkt die Metallkappe 20 nach dem Stand der Technik auch in der Weise, daß sie mithilft, den porösen Ring 6 bei gewissen Konstruktionen des porösen Rings nach dem Stand der Technik an Ort und Stelle zu halten. Üblicherweise kann der poröse Ring beim Stand der Technik entweder ein separat gepreßtes und gebranntes Teil sein oder es kann ein vorgeformter und gemeinsam gepresster Einsatz sein, wie etwa Ring 6. In jedem Fall besitzen diese typischen Arten von porösen Ringen nach dem Stand der Technik freie obere Oberflächen, wie etwa Oberfläche 22, die Abdichtung durch eine separate Stahlumhüllung, wie etwa Kappe 20, erfordern. Zusätzlich sind poröse Ringeinsätze und Hülsenkörper nach dem Stand der Technik üblicherweise aus verschiedenen feuerfesten Korngemischen hergestellt, wie etwa &zgr;. H. eine 100%ige Oxidzusaiiunenaetzung '?.us Ainminiumoxid-Si likaten, di'¹ den porösen Ring bildet, und

UVI"& BOLHMKRT

1 -

Aluminiumox i d-Graphit-Mater i.al, das den >\ ■.-jhten Körper bildet . Daher bestehen überl.i.cherweise, zusätzlich zum Inertgasaustritt, sowohl thermische Ausdehnungs- als auch Bindungsprobleme bei solchen Gießpfannenhülsen nach dem ^c?tand der Technik.

Eine Gießpfannenhülse 40 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Fiquren 3-4 dargestellt, welche viele der bei Stand der Technik aufgefundenen Probleme löst. Die Hülse 40 umfaßt einen Körperteil 42, vorzugsweise aus einer kohlenstoffge bundenen Aluminiumoxid-Graphit-Feuerfestzusammensetzung, und besitzt eine relativ dichte, nicht-poröse Struktur. Die Porosität des Hülsenkörpers 4 2 w^ird reguliert, um einen mittleren Porendurchmesser von nicht größer als etwa 10 Mikron zu erreichen, und noch bevorzugter reguliert auf einen mittlerer Porendurchmesser von etwa 0,25 Mikron. Das Bindemittelsystem, das im Feuerfestkorngemisch für den Körper 42 verwendet wird, umfaßt vorzugsweise ein kohlenstoffhaltiges Material, wie etwa ein Harz oder Pech. Eine typische Feuerfestkornzusammensetzung für den Hülsenkörper 42 besteht im wesentlichen aus einem Gemisch von Aluminiumoxidkörnern und Graphit, vorzugsweise in der Form von naturadrigem Schuppengraphit. Etwas Silika- und Zirkonia-Verdünnungs-Feuerfesioxidkorn kann ebenfalls zusammen mit einem herkömmlichen Antioxidationsmittel, wie etwa einem bor- oder siliziumhaltigen Material, vorhanden sein. Das Graphit besitzt eine typische Teilchengröße, die zwischen etwa 30 bis 100 Mesh oder etwa 150 bis etwa 500 Mikron schwankt. Dichte Kornpackung und daraus folgende kleine mittlere Porendurchmessergrößen werden in bekannter Weise unter Verwendung eines Gemischs von groben und feinen Aluminiumoxidkörnern erhalten, z.B. werden - 30 Mesh grobe Aluiüiniumoxidkörner mit feinen Aluminiumoxidkörnern, -325 Mesh, in einen Verhältnis von etwa 2:1 (grob:fein) gemischt, um einen Körperteil 42 herzustellen. Auf diese Weise wird eine hohe Packungsdichte erreicht, uir

ROKHMKRT & BOI! !&Ggr; IERT

niedrige Porosität und geringe Gasdurchlässigkeit im Hülsenkörper zu erzielen. Eine beispielhafte Zusammensetzung des gebrannten Gießpfannenhülsenkörpers 42 kann aus dem folgenden bestehen, in Gewichtsprozenten: 53 % Aluminiumoxid; 31 % Kohlenstoff; 13 % Silika; 1 % Zirkonia und 2 % andero Bestandteile .

Ein poröser Ring 50 wird aus einer ähnlichen Aluminiumoxid-Graphit-Zusammensetzung vorgeformt, dann als ein grüner Vorformling mit dem Hülsenkörper 42 gemeinsam gepreßt und als ein einheitliches Stück gebrannt, um die fertige Gießpfannenhülse 40 herzustellen. Der poröse Ring _0 wird, wie in größerem Detail unten beschrieben werden wird, mit dem Körper 42 derart gemeinsam gepreßt, daß ein integraler, dichter Kantenbereich 52 am oberen Ende 46 des Hülsenkörpers gebildet wird, um eine obere Kantenoberfläche 54 des porösen Rings vollständig um den Umfang des Körpers herum zu umschließen. Auf diese Weise wird der poröse Ring 50 an seiner oberen Kante 54 abgedichtet, womit die Notwendigkeit für die teure frühere geschweißte Stahlumhüllungskappe 20 der Figuren 1 und 2 für das Verhindern von öasaustritt von dort beseitiyt wird.

Der poröse Ring 50 besteht vorzugsweise im wesentlichen aus einem kohlenstoffgebundenen Aluminiumoxid-Graphit-Feuerfestmaterial, vorzugsweise mit einem identischen oder ähnlichen kohlenstoffhaltigen Bindemittelsystem zu dem in Hülsenkörper 42 verwendeten. Ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel, wie etwa Harz oder Pech, ist bevorzugt. Gleichförmige mittlere Porendurchmesser in der Größenordnung von etwa 10 Mikron werden für den porösen Ring 4 0 erhalten. Die mittleren Porendurchmesser können jedoch nach oben bis etwa 40 Mikron schwanken, um gleichmäßige Inertgasdurchdringung dorthindurch zu ermöglichen, während sie nicht so groß sind, um Durchdringung von geschmolzenem Metall durch den Ring 50 in einer entgegenge-

BOEHMERT & BOEHMERT

- 13 ~
'kotzten Richtung zu erlauben.

In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist die mittlere Porendurchmessergröße im porösen Ring 50 etwa 10 Mikron, und die mittlere Porendurchmessergröße im dichten Aluminiumoxid-Graphit-Hülsenkörper ist etwa 0,25 Mikron. Un dies zu erreichen, wird die Teilchengrößenverteilung des Feuerfestoxidkorngemisches für den porösen Ring 50, wie etwa Aluminiumoxidkorn, innerhalb eines relativ engen Bereichs reguliert. Vorzugsweise wird die Feuerfestoxidkorngröße zwischen etwa 100 bis etwa 200 Mesh oder etwa 7 5 bis etwa 150 Mikron einreguliert. Dieser Korn-Spalt-Sortierungstechnik stellt die gewünschten im wesentlichen gleichförmigen mittlere Porendurchmessergröße von etws 10 Mikron im porösen Ring nach dem Brennen zur Verfügung. Das in der Mischungszusammensetzung für den porösen Ring 50 verwendete Graphit ist ebenfalls naturadrig oder Schuppengraphit mit einer Teilchengröße von etwa 30 bis etwa 100 Mesh (etwa 150 bis etwa 600 Mikron). Die Zusammensetzung des prorösen Rings enthält auch vorzugsweise ein Sekundäroxid-Verdünnungskorn von ZirkoniamulliL, das BesLäifiduölle von ZrO-, Al-G.,, 3io&ldquor; in Mangen von etwa 10 Gew.-% bis etwa 15 Gew.% umfaßt. Ein herkömmliches Antioxidationsmittel wird dem Gemisch in Form von borhaltigen oder siliziumhaltigen Verbindungen ebenfalls vorzugsweise zugesetzt.

Die im porösen Ring 50 und im dichten Aluminiumoxid-Graphit-Körper 42 verwendeten Bindemittel sind ähnliche kohlenstoffhaltige Bindemittelsysteme und sind vorzugsweise identisch. Ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel, wie etwa Harz oder Pech, kann verwendet werden. Das Hülsenkörpergemisch könnte ein Harzbindemittelsystem verwenden, während das Gemisch für den porösen Ring ein Pechbindemittelsystem verwenden könnte. Idealerweise wird jedoch ein identisches Bindemittelsystem verwendet. Die Verwendung -.on ähnlichen oder identischen

BOFHMLRT & BOEHMERT

Bindemittel.systemen zusammen mit ähnlichen kohlenstoffgebundenen Feuerfestgemischen verbessert die Bindung zwischen den porösen und nicht-porösen Abschnitten der Gießpfannen hülse 40. Eine beispielhafte Zusammensetzung für den gebrannten porösen Ring 50 !:ann aus dem folgenden bestehen, in Gewichtsprozenten: 61 % Aluminiumoxid; 22 % Kohlenstoff; 6 % Silika; 6 % Zirkonia und 5 % andere Bestandteile. Es ist wichtig anzumerken, daß die gebrannte BiiiuUny zwischen den Peuerfestkörnern des Körpers und den Körnern des porösen Rings und zwischen den Körnern an der Körper-Ring-Grenzflächenwand dieselbe ist, d.h. eine identische Kohlenstoffbindung. Diese Kohlenstoffbindung wird in der Hauptsache von dem Graphitbestandteil zur Verfügung gestellt, einiges der Kohlenstoß.fbindung wird jedoch auch von dem Bindemittelsystem zur Verfügung gestellt.

Ein offener Gaskanal oder -verteiler 56 wird ebenfalls während des 3rennens um einen Bereich -".er Grenzfläche herum zwischen dem porösen Ring 50 und dem Körper 42 hergestellt, um den Zugang des Inertgases zum porösen .."ting zu ermöglichen. Nach Verformen des porösen Rings 5 0 wird das Grünstück auf seinem Außendurchmesser mit einem brennbaren oder schmelzbaren Material beschichtet, wie etwa einem Wachs, das während des späteren Brennvorganges verschwinden wird. Die Beschichtung überdeckt im allgemeinen etwa 50 % oder weniger der Ringdicke, um eine angemessene Gasvertei"U'._- zur Verfügung ,', stellen, während auch genügend Wandkontakt verbleibt, um eine starkbindende Befestigung zwischen dem porösen Ring 50 und dem Hülsenkörper während der Vorgänge des gemeinsamen Pressens und des anschließenden Brennens zu erhalten. Während der Herstellung wird der beschichtete vorgeformte poröse Ring 50 über einen Preßkern der Gießpfanneniiülse gelegt. Die Aluminiumoxid-Graphit-Körper-Kornzusammensetzung wird dann in das werkzeug, das den porösen Ring umgibt, gegossen. Dieses Feuerfestkorngemisch., das den Körper 42 bildet, füllt das

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Formwerkzeug bis zu einem Niveau oberhalb der oberen Oberfläche 54 des Rings, um den porösen Ring mit einem ringförmigen Kantenbereich 52 des Feuerfestkorngemischs niedriger Porosität fes Hülsenkörpers zu ummanteln. Das Werkzeug wird abgedichtet, und der Ring 50 und der Körper 42 werden dann zusammen isostatisch in einer herkömmlichen Weise gepreßt. Das gemeinsam gepreßte Stück 40 wird dann aus dem Werkzeug entfernt und gebrannt, ebenfalls in einer bekannten Weise. Während des Brennens verschwindet das Material, das die Außenseite des Rings 5P überzieht und läßt einen ringförmigen Gasverteiler 56 zurück, der sich 360° um den porösen Ring 50 herum erstreckt. Eine Gaszuleitung 58 wird dann hergestellt, wie etwa durch Bohren durch den Körper, um an einem Ende mit dem Verteiler 56 zusammenzustoßen. Ein äußeres Ende der Gaszuleitung 58 wird mit einem herkömmlichen mit Schraubgewinde versehenen Teil 60 für spätere Befestigung an einer Quelle unter Druck stehenden Inertgases, wie etwa Argon, versehen.

Eine Stahlhalteummantelung 62 kann ebenfalls um einen oberen Bereich der Giepfannenhülse 40 herum vorgesehen werden, ure als eine Hilfe beim Anbringen der Gießpfannenhülse in einem herkömmlichen Teil der Gießausrüstung (nicht gezeigt) zu dienen. Die Ummantelung 62 endet an einer oberen Kante 64, die mit Abstand unterhalb der oberen Oberfläche 46 der Gießpfannenhülse angeordnet ist. Die Ummantelung 62 ist somit viel einfacher als die geschweißte Ummantelung 24 und die Kappe 20 nach dem Stand der Technik. Da die integrale Kante 52 des Hülsenkörpers 42 gegen Gasaustritt aus der oberen Kante 54 des porösen Rings abdichtet, gibt es keine Notwendigkeit für eine Metallabdichtungskappe, wie etwa die vorher beschriebene Kappe 20 der Figuren 1 und 2 nach dem Stand der Technik. Der Schweiß- oder Lötschritt für die Kappe, der beim Stand der Technik erfordeilich ist., ist daher ebenfalls be- ;.;<! i . t i -jt.

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Im Betrieb wird eine kegelstumpffcrmig geformte obere Bohrung
45 der Gießpfannenhülse 40 so ausgelegt, daß sie mit einer
äußeren Oberfläche 45' der Sammeltülle, in Phantomlinien in | Figur 4 dargestellt, dicht abschließt und eine Verbindung
bildet. Während des Gießans wird Inertgas, v;ie e_wa Argon, 1 der Gießpfannenbülse 42 aus einer unter Druck, stehenden s Quelle aai Anschlußstück 60 zugeführt. Das unter Druck s

stehende Inertgas strömt um den Verteiler 46 herum und durch- fi

r dr ^vgt dann den porösen Ring 50, um in den Zwischenraum einer | Verbindungsgrenzfläche zwischen der Sammeltüllenoberflä.che | 45' und der Oberfläche ^?ekonischen Bohrung 45 der Gießpfan·
nenhül"^ einzutreten. Das Inertgas strömt entlang jedes der I kleinen Spalte, die an der Verbindungsgrenzfläche vorhanden 1 sein können, nach oben und verhindert den schädlichen Zustrom k von Luft in einer entgegengesetzten Richtung. Auf diese Weise '\ wird wegen des gleichförmigen Stroms des Inertgases aus dem .j porösen Ring 50 verhindert, daß Luft in den Strom von ge- ; schmolzenem Stahl hineingezogen wird, wenn dieser durch die ·« Sammeltülle zur Gießpfannenhülse übertritt. Die integrale,
dichte feuerfeste Kante 52 des Körpers dichtet Gasaustritt $ nach oben durch die Oberfläche 54 des porösen Rings ab, um | jegliche Kurzschlußgasstronunuster zu verhindern, und stellt
somit den erforderlichen gleichmäßigen Inertgasstrom um den
gesamten Umfang der Sammeltülle herum zur Verfügung. Solch
ein gleichförmiger Inertgasstrom verhindert auch die Bildung
eines Vakuums in Fällen, in denen die Sammeltülle und die
Gießpfannenhülse an der Verbindungsgrenzflache fest abgedichtet sind. Wenn solch ein Vakuum geschaffen wird, kann
Luft durch den Gießpfannenhü] '-.enkörper oder durch irgendwelche Risse, die in den Anschlußverbindungen vorhanden sein
können, angesaugt werden. Das gleichförmige Einpressen von
inertgas, das von der Erfindung zur Verfugung gestellt wird
verhindert, wenn man auf eine solch fest abgedichtete Gir-ßpfannenhü.l.oG trifft, weiterhin auch die ungewollte Bildung
eines Vakuums im unteren Oießrohi.

I-·

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Gießpfannenhülsen der Erfindung, die poröse Ringabschnitte besitzen, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, werden in einem kommerziellen Stahlstranggießer verarbeitet und getestet. In dieser Herstel3.ungsanlage wirö -J.J-- Wirksamkeit einer Gießpfannenhülse beim benützen eines Strokes von ge--

< schmolzenem Metall vor der Luft durch «ilia Mci;vje von Stick-

stoffaufnahme in den Stahl gemessen, wenn .leser von einer

Gießpfanne in einen Zwischenbehälter überführt wird. Flrmr 4

&ngr; stellt graphisch die Ergebnisse der vorgepreßten Gießpfannen-

;: j j hülse mit porösen . .ng c*^Qr vorllabenden Erfindung verglichen

^ mit Nut- und Jchlitztyp- Gießpfannenhülsen nach dem Stand der

Technik dar. Man kann beobachten daß die Hülse der vor-

liegenden Erfindung wesentli "h wirksamer ist als die ge-

J' nuteten oder geschlitzten Typen bei der Verringerung der

P Stickstoffau^nahme bei einer konstanten Durchflußrate von

Argon. Die Gießpfannenhülsen nach dem Stand der Technik

&idigr; werden durch die Kurven A und B dargestellt, die Konstruk-

tionen sind, die ähnlich sind oder die gleichen wie diejenigen, die im US-Patent Nr. 4 519 438 offenbart sind. Die mit den Buchstaben C und D identifizierten Kurven stellen Gießpfannenhülsen mit gemeinsam gepressten gasdurchlässigen Ringen der vorliegenden Erfindung dar. Beide Gießpfannen- ^; hülsen C und D leisteten ihren Dienst durch Erreichen niedrigen Austritts von Luft/Stickstoff beim selben Argonniveau in einer besseren Weise als die von den Kurven A und B dargestellten Gießpfannenhülsen nach dem Stand der Technik. Zum Beispiel erforderte die genutete Testhülse A, bei dem 6 parts per million(ppm)-Niveau von Stickstoffaufnähme, eine relative Argon-Durchflußrate von etwa 48 %; die geschlitzte Testhülse B gemäß US-Patent Nr. 4 519 438 erforderte einen Argonstrom von etwa 40 %; die Hülsen C und D der vorliegenden Erfindung erforderten Argondurchflußraten von etwa 30 % bzw. 22 %. Die Wirtschaftlichkeit der vorliegenden Erfindung in der Inertgasausnutzung ist. recht offensichtlich.

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Indem ich meine Erfindung mit der von den Patentgesetzen geforderten Einzelheit und Ausführlichkeit somit beschrieben nabe, ist in den folgenden Ansprüchen dargelegt, was als von deiu Patent zu scnützenö bear.?'--> ..cht und gewünscht wird.

Claims

1. Gie3pfannenhülse oder ähnliche Vorrichtung zur Verwendung beim Gießen von geschmolzenes. Metell.- init- einen* röhrenförmigen Körper aus einem dichten feuerfesten Material, der mit Zwischenraum angeordnete obere und untere Enden und eine dort hindurch ausgebildete Bohrung besitzt, einem porösen feuerfesten Ring, der mit dem Körper gemeinsam gepreßt und gebrannt ist und einem Durchlaß in dem Körper, der .ait porösem Ring zum Zuführen eines in Erdgases zum porösen Ring in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine intergrale Kante einschließt, die zwischen dem porösen Ring und dem oberen Ende des Körpers liegt und zum Verhindern des Gasaustritts aus der oberen Oberfläche des porösen Ringes ausgelegt ist.

445

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&ldquor; &ogr; _

2. Gießpfounenhülse nach Anspruch 1, bei der der Körper und der poröse Ring überwiegend &ogr;in kohlenstoffgebundenes Aluminiumoxid-Feuerfestmaterial umfassen. *

3. Gießpfannenhülse nach Anspruch 2, bei der der dichte Körper einen mittleren Porendurchmesser von zwischen etwa 0.25 bis weniger als etwa 10 Mikron besitzt, und der poröse Ring einen mittleren Porendurchmesser von zwischen 10 bis 40 Mikron br sitzt.

4. Gießpfannenhülse nach Anspruch 2, bed der der poröse Ring einen Sekundäroxid-Feuerfestkornbestandteil einschließt.

5. Gießpfannenhülse nach Anspruch 4, bei der das Sekundäroxid-Feuerfestkorn ein Zirkoniamullitmaterial ist.

6. Gießpfannenhülse nach Anspruch 1, die Metallumhüllungsmittel umfaßt, welchen einen Bereich des Körpers umschließen und an einer Stelle enden, die nicht höher ist als das obere Ende des Hülsenkörpers.

7. Gießpfannenhülse oder ähnliche Vorrichtung zur Verwendung beim Gießen von geschmolzenem Metall, mit einem im allgemeinen röhrenförmigen Körper aus einer Feuerfestzusammensetung, welcher ein oberes und ein unteres Ende besitzt und eine dorthin durchaus ausgebildete Bohrung besitzt, mit einem porösen Ring, der mit dem Körper gemeinsam gepreßt ist und einen innere Oberfläche aufweist, die einen Teil der Bohrung nachnachbart zum oberen Ende des Körpers bildet, wobei der poröse Ring eine äußere Oberfläche besitzt, die von der inneren Oberfläche mit Abstand angeordnet ist, wobei der Ring eine regulierte Porengröße aufweist, um das Durchdringen eines Inertgases dorthin durch zu ermöglichen und das umgekehrte Durchdringen von

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geschmolzenem Metall zu verhindern, mit einem im Körper ausgebildeten Durchlaß ausgelegt, um an einem Ende mit einer ; unter Druck stehenden Inertgasquelle in Verbindung zu

stehen und an einem anderen Ende mit der inneren Oberfläche des porösen Rings in Verbindung zu stehen, wodurch bei Verwendung das Inertgas den porösen Ring durchdringt, um an. der inneren Oberfläche dispergiert zu werden, dadurch £_ gekennzeichnet, daß sie einen intergralen Kantenbereich

■ aufweist, der vom Gießpfannenhülsenkörper getragen wird, in

; Kontakt mit einer oberen Oberfläche des porösen Ringes,

;■■ ausgelegt, um Gasaustritt aus der oberen Oberfläche zu

verhindern, wobei der röhrenförmige Körper aus einer i] kohlenstoffgebundenen Feuerfestzusammensetzung und der

fr! poröse Ring aus derselben kohlenstoffgebundenen

Il' Feuerfestzusammensetzung besteht wie der Körper und wobei

die obere Oberfläche des porösen Ringes mit einem Abstand vom oberen Ende des Körpers angeordnet ist.

8. Gießpfannenhülse nach Anspruch 7, bei der das Feuerfestgemisch ein Bindemittelsystem enthält, ausgewählt aus einem, welches Pech, Harz oder ein ähnliches kohlenstoff-

\ haltiges Bindemittel umfaßt.

9. Gießpfannenhülse nach Anspruch 7, bei der ein Hauptteil des Feuerfestgemisches Aluminium und Graphit umfaßt.

10. Gießpfannenhülse nach Anspruch 9, bei der der poröse Ring ein Sekundäroxid-Feuerfestkorn aus einem Zirkonia-

i; mullitmaterial einschließt.

y-

11. Gießpfannenhülse nach Anspruch 7, bei der der poröse

Ring im gebrannten Zustand eine mittlere Porengröße von zwischen etwa 10 bis 40 Mikron aufweist.

_

12. Gießpfannenhülse nach Anspruch 7, bei der der poröse

FiOEHMBRT & B(JF HMEfH'

Ring aus einenm r.paltkorn sortierten Feuerfestge.aisch gemeinsam gepreßt ist, daß eine Feuerfestkorngröße vo zwischen etwa 100 bis 200 Mesh (etwa 75 bis 150 Mikron) besitzt und eiri'jn Graphitbestandteil einschließt, der eine Teilchengröße von etwa 30 bis IGT Mesh (etwa IbO bis 600 Mikron) besitzt.

13. Gießpfannenhülse nach Anspruch 11, bei der der Körper in gebranntem Zustand eine mittlere P ;>rengröße von weniger als 10 Mikron bis etwa 0,25 Mikron aufweist.

14. Gießrfannenhü.lse nach Anspruch 7, die Stahlumhüllungsmittel einschließt, welche den Gießpfannenhülsenkörper benachbart zu seinem oberen Ende zum Halten der Hülse in einer Metallgießvorrichtung umschließen, wobei die Stahlumhüllungsmittel einen oberen Kantenbereich einschließen, dar an einer Stelle nicht höher ist als eine obere Oberfläche des oberen Endes der Gießpfannenhüise endet.