AT395952B

AT395952B - Rotierendes ruehrwerkzeug zur behandlung von metallschmelzen

Info

Publication number: AT395952B
Application number: AT0029390A
Authority: AT
Inventors: Johann Ing Haberreiter
Original assignee: Alfatec Gmbh
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1990-02-09
Publication date: 1993-04-26
Also published as: DE4103717A1; ATA29390A; DE4103717C2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein rotierendes Rührweikzeug zur Behandlung von Metallschmelzen.

Moderne Gießtechnologien und auch Legierungstechnologien sehen häufig ein intensives mechanisches Durchrühren der zur Verwendung kommenden Metallschmelzen vor. Es werden dabei mit diesem intensiven Durchrühren verschiedene Vorgänge bewirkt, wie z. B. ein Entgasen der Schmelze, ein Einbringen von gasförmigen oder anderen Zusatzstoffen in die Schmelze zum Zweck der Unterstützung des Entgasens oder zu anderen Zwecken, ein Homogenisieren der Schmelze, ein Abscheiden von störenden Stoffen aus der Schmelze, und dergl. Die für das Durchrühren der Metallschmelzen verwendeten rotierenden Rührwerkzeuge sind schweren Belastungen ausgesetzt, nämlich einerseits thermischen Belastungen und andererseits auch mechanischen und chemischen Belastungen, und es ergibt sich, daß die bislang zur Behandlung von Metallschmelzen verwendeten rotierenden Rührwerkzeuge eine verhältnismäßig geringe Lebensdauer haben. Die bislang zur Behandlung von Metallschmelzen verwendeten rotierenden Rührwerkzeuge bestehen meistens aus einem einteiligen oder mehrteiligen Graphitkörper, der in geeigneter Weise an einer Antriebswelle angebracht ist Graphit ist zwar an sich gegen hohe Temperaturen beständig, unterliegt aber durch chemische Einflüsse und durch mechanische Einwirkungen in der Metallschmelze einem nicht unbeträchtlichen Verschleiß, und es ergeben sich auch bei solchen Rührwerkzeugen von der verhältnismäßig niedrigen Temperaturwechselbeständigkeit ha* Vermindaungen der Lebensdauer der Rührwerkzeuge und die Notwendigkeit rasche Temperaturänderungen möglichst zu vermeiden, was einen unerwünschten zusätzlichen Arbeitsaufwand verursacht, z. B. wenn man solche Rührwerkzeuge vor dem Eintauchen in die Schmelze einer zusätzlichen langsamen Vorerwärmung unterzieht

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein rotierendes Rührwerkzeug zur Behandlung von Metallschmelzen zu schaffen, welches gegenüber den vorerwähnten bekannten Rührwerkzeugen eine verbesserte Lebensdauer aufweist keine besonderen, aufwandserhöhenden Maßnahmen bei seiner Verwendung erfordert und auch auf einfache Weise mit verhältnismäßig geringem Aufwand herstellbar ist

Das erfindungsgemäße Rührwerkzeug zur Behandlung von Metallschmelzen ist dadurch gekennzeichnet daß das Rührwerkzeug aus einem Verbundmaterial geformt ist das aus einer anorganischen feuerfesten Masse, wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Quarz oder dergl., aus einem in der feuerfesten Masse verteilten hitzebeständigen anorganischen synthetischen Fasermaterial und aus einem anorganischen Bindemittel oder einer Kombination anorganischer und organischer Bindemittel besteht. Durch diese Ausbildung kann der vorstehend angeführten Zielsetzung gut entsprochen werden. Das wie vorstehend erwähnt zusammengesetzte Verbundmaterial hat eine gute Hitzebeständigkeit und durch das in der feuerfesten Masse verteilt befindliche, hitzebeständige Fasermaterial auch eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit und weiter auch eine gute Beständigkeit gegen chemischen, insbesondere oxidierenden, und mechanisch abtragenden Angriff; es ist solcherart durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rührwerkzeuges eine höhere Lebensdauer desselben erzielbar, und es ist das erfindungsgemäß ausgebildete Rührwerkzeug auch ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen gegenüber Temperaturänderungen einsetzbar, ohne daß dadurch eine Verkürzung der Lebensdauer verursacht wird.

Es ist vorteilhaft, wenn die Teilchen der anorganischen feuerfesten Masse eine Korngröße von weniger als 0,1 mm und eine spezifische Oberfläche von etwa 0,8 bis 1,5 m^/g haben. Es ist dabei günstig, wenn diese Masse Anteile mit unterschiedlichen mittleren Korngrößen von z. B. 2 μτη, 5 μτη, 20 μιη, 40 |im enthält.

Das in dem Verbundmaterial, aus dem das Rührwerkzeug geformt ist, verteilt vorliegende hitzebeständige anorganische synthetische Fasermaterial ist vorzugsweise ein keramisches Fasermaterial, wobei es vorteilhaft ist, wenn dieses Fasermaterial 35 - 95 % Masse an AI2O3 enthält

Es ist weiter zum Erzielen einer hohen Temperaturwechselbeständigkeit des Rührwerkzeuges vorteilhaft, wenn man vorsieht daß das Verbundmaterial, aus dem das Rührwerkzeug geformt ist eine Dichte von 0,5 - 1,2 g/caß aufweist. Es kann solcherart eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit erreicht werden, welche es ermöglicht daß ein solches Rührwerkzeug bei seiner Verwendung unmittelbar ohne besondere Vorwärmung in die Metallschmelze eingetaucht wird, ohne daß dadurch eine Beeinträchtigung der Lebensdauer entsteht Demgemäß kann das erfindungsgemäß ausgebildete Rührwerkzeug deutlich einfacher als bislang üblich gewesene Rührwerkzeuge gehandhabt werden. Es wirkt sich auch eine verhältnismäßig hohe offene Porosität des Verbundmaterials, aus dem das Rührwerkzeug geformt ist vorteilhaft auf die Temperaturwechselbeständigkeit des Rührwerkzeuges aus, und es kann trotz einer relativ hohen offenen Porosität von z. B. 50 - 90 %, eine verhältnismäßig gute Verschleißbeständigkeit erzielt werden. Zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit kann man vorteilhaft vorsehen, daß die Oberfläche des Rührwerkzeuges mit einer verschleißfesten, feuerfesten Schutzschicht aus faserffeiem Material versehen ist.

Das erfindungsgemäße Rührwerkzeug kann vorteilhaft in Form eines scheibenförmigen Grundkörpers, an welchen abstehende Flügel angeformt sind, wobei die Flügel vorzugsweise in axialer Richtung vom Grundkörper abstehen, ausgebildet sein. Man kann aber auch zur Vereinfachung der Herstellung des Rührwerkzeuges und/oder um dem Umstand Rechnung zu tragen, daß gerade im Bereich von Rührflügeln ein erhöhter Verschleiß auftritt, vorteilhaft eine Ausführungsform vorsehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß das Rührwerkzeug aus einem mit der Antriebswelle zu verbindenden Grundkörper und aus einem mit dem Grundkörper mittete eines hitzebe-ständigen Klebers oder einer Verschraubung verbundenen Flügelrad besteht, wobei dieses Flügelrad seinerseits aus einer Scheibe, an welche Flügel angeformt sind, besteht.

Das erfindungsgemäße Rührwerkzeug kann in einem weiten Anwendungsbereich zum Röhren von flüssigen -2-

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Metallschmelzen, und zwar sowohl zum Rühren von aus Nicht-Eisen-Metallen bestehenden Schmelzen als auch zum Rühren von geschmolzenem Eisen bis zu einer Temperatur von etwa 1600 °C eingesetzt werden.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rührwerkzeuges ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug im Vakuumsaugverfahren durch Einbringen eines nassen Gemenges, welches die zur Bildung des Verbundmaterials vorgesehenen Komponenten, nämlich eine anorganische feuerfeste Masse, ein hitzebeständiges anorganisches synthetisches Fasermaterial und ein anorganisches Bindemittel oder eine Kombination anorganischer und organischer Bindemittel, enthält, in eine poröse Form und Absaugen der Flüssigkeit durch die Formwand, darauffolgendes Entformen und nachfolgendes Trocknen des so geformten Rührwerkzeuges bei über 100 °C gebildet wird. Ein Arbeiten bei 160° -180 °C ist günstig.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, weiter erläutert In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rührwerkzeuges in Seitenansicht und Fig. 2 dieses Rührwerkzeug in Draufsicht.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rührwerkzeuges (1) ist ein scheibenförmiger Grundkörper (2) vorgesehen, an welchen abstehende Flügel (3) einstückig angeformt sind. Bei dem dargestellten Beispiel stehen diese Flügel (3), wie ersichtlich, vom Grundkörper axial ab. In der Mitte des scheibenförmigen Grundkörpers (2) ist ein Innengewinde (4) eingeformt welches zur Verbindung des Rührwerkzeuges (1) mit einem strichliert eingezeichneten Schaft (5) eines nicht näher dargestellten Rührwerkes dient wobei dieser Schaft (5) das Rührwerkzeug (1) trägt und in Drehung versetzt

Anstelle eines solchen Innengewindes (4) kann zur Kupplung des Rührwerkzeuges (1) mit einem an einem Rührwerk vorgesehenen Schaft im scheibenförmigen Grundkörper (2) auch eine andere Öffnung oder Vertiefung vorgesehen sein, welche zu einem an einem Schaft vorgesehenen Kupplungsteil konform ausgebildet isL Eine weitere Möglichkeit ist das Anformen eines Kupplungsteiles am Rührwerkzeug, wobei ein solcher an das Rührwerkzeug angeformter Kupplungsteil, der z. B. die Form einer zur geometrischen Rotationsachse (6) koaxialen Hülse hat zum Erzielen eines festen Sitzes an einem Schaft oder einem anderen Kupplungsteil eines Rührwerkes ausgebildet ist.

Die Flügel (3) des Rührwerkzeuges können auch getrennt vom scheibenförmigen Grundkörper (2) gefertigte Teile sein, welche mit dem scheibenförmigen Grundkörper (2) verbunden sind. Eine solche Verbindung kann z. B. mit einem feuerfesten bzw. hitzebeständigen Kleber oder durch eine Verschraubung vorgenommen werden. Man kann auch zur Erleichterung der Fertigung des Rührwerkzeuges oder wenn die Flügel (3) austauschbar vorgesehen werden sollen, z. B. in Fällen, in denen sich eine starke Abnützung dieser Flügel ergibt, die Flügel (3) in geeigneter Weise zu einem Flügelrad vereinen, welches dann seinerseits mit dem scheibenförmigen Grundkörper (2) verbunden, z. B. feuerfest verklebt oder verschraubt wird. Eine solche Verbindung kann z. B. durch eine flache Scheibe (2a), welche in Fig. 1 strichliert eingezeichnet ist, gebildet werden, welche die Flügel (3) trägt und ihrerseits am scheibenförmigen Grundkörper (2) befestigt wird.

Das Rührwerkzeug (1) ist aus einem Verbundmaterial geformt, das aus einer anorganischen feuerfesten Masse, wie z. B. pulverförmigem Aluminiumoxid, aus einem in dieser feuerfesten Masse verteilten hitzebeständigen anorganischen synthetischen Fasermaterial, z. B. Keramikfasem mit einem mittleren Durchmesser von 2 bis 5 μτη und einer mittleren Länge von 3 bis 10 mm und aus einem anorganischen Bindemittel, z. B. kolloidale Kieselsäure oder Aluminiumphosphat, besteht. Man kann auch eine Kombination anorganischer und organischer Bindemittel vorsehen, wobei die organischen Bindemittel, z. B. Stärke, die Verarbeitbarkeit des Gemenges, aus dem das Rührwerkzeug gebildet wird, verbessern können. Dieses Verbundmaterial, aus dem das Rührwerkzeug (1) geformt ist, hat z. B. eine Dichte von 0,8 und eine offene Porosität von 60 %. Vorzugsweise ist das Rührwerkzeug (1) an seiner Oberfläche mit einer verschleißfesten, feuerfesten Schutzschicht aus faserfreiem Material versehen, wodurch die Abnützung des Rührwerkzeuges durch die Metallschmelze im Betrieb wesentlich vermindert werden kann. Eine solche Schutzschicht kann z. B. aus einer Masse gebildet sein, welche aus Zirkonoxid oder Zirkonsilikat besteht, welche nach Aufbringung gemeinsam mit feuerfestem Bindemittel, wie etwa Aluminiumphosphat, chemisch irreversibel aushärtet.

Ein Rührwerkzeug, wie es hier in Rede steht, kann sehr einfach mittels eines Vakuumsaugverfahrens hergestellt werden; bei einem solchen Verfahren wird ein nasses breiartiges Gemenge der das Verbundmaterial bildenden Komponenten in eine poröse Form gebracht, und es wird die Flüssigkeit (meist Wasser) durch die poröse Formwand abgesaugt, darauffolgend wird der so in der Form gebildete Körper entformt und nachfolgend getrocknet; das Trocknen wird vorzugsweise bei einer über 100 °C liegenden Temperatur vorgenommen. Es ist in vielen Fällen günstig, jedoch nicht unbedingt erforderlich, das Rührwerkzeug anschließend bei Temperaturen von 800 °C bis 1400 °C zu tempern. Da das Rohstück, wenn es aus der porösen Form entformt wird, verhältnismäßig weich ist, kann sich durch den Entformungsvorgang eine Formveränderung ergeben. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn das nach dem Entformen vorliegende Rohstück vor dem Trocknen einer kalibrierenden Nachformung durch Einbringen in ein Formungswerkzeug unterworfen wird. Ein solcher Nachformungsvorgang kann auch vorgesehen werden, um Details zu bilden, die in der porösen Form nicht vorgesehen sind. Das Formungswerkzeug kann je nach der Gestalt des herzustellenden Rührwerkzeuges ein- oder mehrteilig ausgebildet sein und z. B. aus Kunststoff bestehen. Durch ein solches Nachformen des Rohstückes kann auch die Dichte des herzustellenden Rührwerkzeuges vergleichmäßigt werden, und es können so auch Unwuchten vermieden bzw. kleingehalten werden. -3-

Claims

AT 395 952 B PATENTANSPRÜCHE 1. Rotierendes Rührwerkzeug zur Behandlung von Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug (1) aus einem Verbundmaterial geformt ist, das aus einer anorganischen feuerfesten Masse, wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Quarz oder dergl., aus einem in der feuerfesten Masse verteilten hitzebeständigen anorganischen synthetischen Fasermaterial und aus einem anorganischen Bindemittel oder einer Kombination anorganischer und organischer Bindemittel besteht.
2. Rotierendes Rührwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige anorganische synthetische Fasermaterial ein keramisches Fasermaterial ist.
3. Rotierendes Rührwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige anorganische synthetische Fasermaterial 35 bis 95 % Masse an AI2O3 enthält
4. Rotierendes Rührwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbundmaterial, aus dem das Rührwerkzeug (1) geformt ist, eine Dichte von 0,5 bis 1,2 g/cm^ aufweist
5. Rotierendes Rührwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Rührwerkzeuges (1) mit einer verschleißfesten feuerfesten Schutzschicht aus fasertieiem Material versehen ist
6. Rotierendes Rührwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug (1) in Form eines scheibenförmigen Grundkörpers (2), an welchen abstehende Flügel (3) angeformt sind, ausgebildet ist wobei die Flügel (3) vorzugsweise in axialer Richtung vom Grundkörper (2) abstehen.
7. Rotierendes Rührwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug aus einem mit der Antriebswelle zu verbindenden Grundkörper (2) und aus einem mit dem Grundkörper (2) mittels eines hitzebeständigen Klebers oder einer Verschraubung verbundenen Flügelrad (2a, 3) besteht wobei dieses Flügelrad seinerseits aus einer Scheibe (2a), an welche Flügel (3) angeformt sind, besteht
8. Verfahren zur Herstellung eines rotierenden Rührwerkzeuges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Rührwerkzeug im Vakuumsaugverfahren durch Einbringen eines nassen Gemenges, welches die zur Bildung des Verbundmaterials vorgesehenen Komponenten, nämlich eine anorganische feuerfeste Masse, ein hitzebeständiges anorganisches synthetisches Fasermaterial und ein anorganisches Bindemittel oder eine Kombination anorganischer und organischer Bindemittel, enthält in eine poröse Form und Absaugen der Flüssigkeit durch die Formwand, darauffolgendes Entformen und nachfolgendes Trocknen des so geformten Rührwerkzeuges bei über 100 °C gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das entformte Rohstück vor dem Trocknen einer kalibrierenden Nachformung durch Einbringen in ein Formungswerkzeug unterworfen wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-