CS257550B1

CS257550B1 - Graphite nozzle with lining and method of its production

Info

Publication number: CS257550B1
Application number: CS871229A
Authority: CS
Inventors: Vlastimil Brozek; Petr Romaniak; Bohumil Dvorak
Original assignee: Vlastimil Brozek; Petr Romaniak; Bohumil Dvorak
Priority date: 1987-02-24
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1988-05-16
Also published as: CS122987A1

Abstract

Grafitová tryska s výstelkou je jednolitá a výstelka je tvořena nitridem boritým. Způsob její výroby spočívá v tom, že se žárově lisuje turbostratický nitrid boritý, charakterizovaný indexem hexagonality Ijj > 30, v grafitovém lisovacím nástroji, který se zároveň stává součásti těla trysky, při teplotě 1 800 až 1 900 °C a tlaku 20 až 400 MPa a po vychlazení se mechanickým opracováním vytvoří otvor trysky. Tryska je použitelná pro výrobu kokil pro plynulé odlévání kovů s vysokým obsahem prvků Fe, Co, Ni a je vysoce odolná vůči erozi rozžhavenými plyny.The graphite nozzle with lining is monolithic and the lining is made of boron nitride. The method of its production consists in hot pressing turbostratic boron nitride, characterized by a hexagonality index Ijj > 30, in a graphite pressing tool, which also becomes a part of the nozzle body, at a temperature of 1,800 to 1,900 °C and a pressure of 20 to 400 MPa and after cooling, the nozzle opening is created by mechanical machining. The nozzle is applicable for the production of molds for continuous casting of metals with a high content of elements Fe, Co, Ni and is highly resistant to erosion by hot gases.

Description

Vynález se týká grafitových trysek s výstelkou, vhodných pro výrobu kokil pro plynulé a/nebo poloplynulé odlévání kovů s vysokým obsahem prvků kobaltu, niklu a železa.The invention relates to graphite nozzles with lining suitable for the manufacture of ingot molds for the continuous and / or semi-continuous casting of metals with a high content of cobalt, nickel and iron elements.

V náročných pracovních podmínkách jsou používány trysky z grafitu, který má řadu výhodných vlastností, jako například schopnost odolávat vysokým teplotám a teplotním šokům, vysokou teplotní vodivost, dobrou obrobitelnost, odolnost proti otěru a erozi, stálost rozměrů i za vysokých teplot, nízký koeficient délkové roztažností a nesmáčivosti kapalnými kovy atd. Nevýhodou však je, že při teplotách nad 1 300 °C grafit rychle oxiduje a rovněž reaguje s karbidotvornými prvky, jako např. s Ni, Ti, Fe, Co atd.In demanding working conditions, graphite nozzles are used which have a number of advantageous properties, such as the ability to withstand high temperatures and temperature shocks, high thermal conductivity, good machinability, abrasion and erosion resistance, dimensional stability even at high temperatures, low coefficient of linear expansion However, the disadvantage is that at temperatures above 1,300 ° C, graphite oxidizes rapidly and also reacts with carbide-forming elements such as Ni, Ti, Fe, Co, etc.

Příkladem mezních podmínek je použití grafitových kokil pro plynulé lití slitin obsahujících výše uvedené prvky ve vyšší koncentraci. V poslední době jsou ve světě uváděna do provozu zařízení pro odlévání legovaných oceli, niklu, kobaltu a jejich slitin. Tato zařízení mají trysky krystalizátorů složené z několika částí z rozdílných materiálů, nejčastěji z oxidu zirkoničitého, hexagonálního nitridu boritého, beryliové bronzi a grafitu. Všechny tyto části jsou různými způsoby mechanicky pospojovány, např. sroubením, klíny, lepením apod. a ochlazovány vodou.An example of limiting conditions is the use of graphite ingot molds for the continuous casting of alloys containing the above elements in a higher concentration. Recently, devices for casting alloyed steel, nickel, cobalt and their alloys have been put into operation in the world. These devices have crystallizer nozzles composed of several parts of different materials, most often zirconia, hexagonal boron nitride, beryllium bronze and graphite. All these parts are mechanically interconnected in various ways, eg by screwing, wedges, gluing, etc. and cooled by water.

Nevýhodou takové konstrukce jsou vysoké nároky na přesnost a souosost sestavy, snadná zranitelnost, obtížné spojování materiálů se značně rozdílnou dilatací, vysoká cena a nízká účinnost odvodu tepla z odlévaného kovu do ochlazujícího média, což je způsobeno hlavně vzduchovými mezerami mezi jednotlivými díly trysky - krystalizátorů. Rovněž je nebezpečí natavení nebo dokonce protavení bronzové části trysky a tím havárie celého zařízení. Nejobtížnějí vyrobitelný díl, tj. výstelku, je nutno vyrobit s rozměrovým přebytkem, čímž vzniká nebezpečí nehomogenity, trhlin a vzrůstá cena zařízení.The disadvantages of such a construction are high demands on the accuracy and alignment of the assembly, easy vulnerability, difficult joining of materials with considerably different dilatations, high cost and low efficiency of heat transfer from the cast metal to the cooling medium, There is also a danger of melting or even melting the bronze part of the nozzle, and thus of the entire device. The most difficult part to manufacture, ie the lining, has to be produced with a dimensional excess, which creates a risk of inhomogeneity, cracks and increases the cost of the equipment.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje grafitová tryska s výstelkou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je jednolitá a výstelka je tvořena nitridem boritým. Způsob výroby této grafitové trysky podle vynálezu spočívá v tom, že se turbostratický nitrid boritý, charakterizovaný indexem hexagonality I > 30, šířkou vibračního pásu v IČ oblasti 1 375 cmThe above-mentioned drawbacks are overcome by the graphite nozzle with the lining according to the invention, which is characterized in that it is monolithic and the lining is formed by boron nitride. The process for the production of this graphite nozzle according to the invention is characterized in that turbostratic boron nitride, characterized by a hexagonal index of I > 30, of a vibration band width in the IR range of 1 375 cm

-1 ^H a antipásu mezi 810 az 830 cm , žárově zalisuje v grafitovém lisovacím nástroji, který se zároveň stává součástí těla trysky, při teplotě 1 800 až 1 900 °C a tlaku 20 až 400 MPa po vychlazení se mechanickým opracováním vytvoří otvor trysky.-1 ^H and an antipase between 810 and 830 cm, hot-pressed in a graphite die, which also becomes part of the nozzle body, at a temperature of 1,800 to 1,900 ° C and a pressure of 20 to 400 MPa upon cooling, a nozzle hole is formed by mechanical machining.

Mechanické vlastnosti nitridu boritého, tj. tvrdost, schopnost odolávat teplotním šokům, dilatace, umožňují snadné mechanické opracování společně s grafitovou částí. Žárovým zalisováním turbostratického nitridu boritého do grafitové trubice vznikl polotovar, jehož mechanickým opracováním jsou vyrobeny kompaktní, nerozebíratelně grafitové trysky s homogenní výstelkou z dokonale hexagonálního nitridu boritého.The mechanical properties of boron nitride, ie hardness, ability to withstand thermal shocks, dilatations, allow easy mechanical working together with the graphite part. By hot pressing of turbostratic boron nitride into a graphite tube, a semi-finished product was produced, which by mechanical processing produces compact, non-detachable graphite nozzles with a homogeneous lining of perfectly hexagonal boron nitride.

Od těsného spojení výstelky z nitridu boritého s vlastní grafitovou tryskou je totiž odvislá schopnost trysky odvádět teplo z vnitřního prostoru trysky na její ochlazovaný povrch, čímž je určen i stupeň použitelnosti trysky.Indeed, from the close connection of the boron nitride liner to the graphite nozzle itself, the nozzle's ability to dissipate heat from the interior of the nozzle to its cooled surface is dependent on the nozzle to determine its usability.

Postup výroby je jednoduchý, levný a vyrobené trysky odolávají vyšším pracovním teplotám, schopnost odvodu tepla není snižována vzduchovými mezerami. Výstelka z nitridu boritého není zbytečně rozměrná, s grafitem je velmi pevně spojena (je možný i difúzní spoj s mezivrstvou karbidu bóru) a kombinovanou trysku lze vyrobit s ideální souososti. Tryska je vysoce odolná proti rozpouštění v karbidotvorném prostředí. Je použitelná například pro výrobu trysek kokil pro plynulé odlévání kovů s vysokým obsahem prvků Fe, Co, Ni a jako tryska je vysoce odolná vůči erozi rozžhavenými plyny.The manufacturing process is simple, inexpensive and the nozzles are resistant to higher working temperatures, the heat dissipation ability is not reduced by air gaps. The boron nitride lining is not unnecessarily large, it is very tightly bonded to the graphite (a diffusion joint with a boron carbide interlayer is also possible) and the combined nozzle can be produced with ideal alignment. The nozzle is highly resistant to dissolution in the carbide forming environment. It is applicable, for example, to the manufacture of nozzles for the continuous casting of metals with a high content of Fe, Co, Ni and as a nozzle it is highly resistant to erosion by glowing gases.

Příkladné provedení grafitové trysky je na obr. 1 a obr. 2 výkresu.An exemplary embodiment of a graphite nozzle is shown in Figures 1 and 2 of the drawing.

PříkladExample

Do grafitového lisovacího nástroje 2' podle obr. 1, s vyvrtaným otvorem 2_, zhotoveného z grafitu, byly vloženy za studená předlisované tablety z turbostratického nitridu .boritého. Vlastní žárové lisování proběhlo při teplotě 1 900 °C a tlaku na píst 40 MPa po dobu 120 minut, přičemž grafitový lisovací nástroj 2 byl elektricky odporově vyhříván průchodem proudu a tlak na píst působil po celou dobu ohřevu. Z takto vzniklého polotovaru byla vyrobena mechanickým opracováním tryska - kokila pro plynulé lití kovů směrem vzhůru tvarů podle obr. 2. Kokila se závitem 2 sestává z grafitového těla a výstelky z nitridu boritého v otvoru 2. Tato kokila byla použita pro plynulé odlévání slitiny Cu70Ni30; životnost této kokily byla 15 h provozu.In the graphite die 2 ' of FIG. 1, with a bore 2 made of graphite, cold pre-compressed tablets of turbostratic boron nitride were inserted. The actual hot pressing was carried out at a temperature of 1,900 ° C and a pressure on the piston of 40 MPa for 120 minutes, while the graphite pressing tool 2 was electrically resistively heated by passing the current and the pressure on the piston was applied throughout the heating. The die formed from this result was made by mechanical machining of the die - die for continuous casting of metals upwards of shapes according to Fig. 2. The die 2 consists of a graphite body and a boron nitride lining in hole 2. This die was used for continuous casting of Cu70Ni30 alloy; the service life of this ingot mold was 15 hours of operation.

Claims

Graphite nozzle with lining, characterized in that it is monolithic and the lining consists of boron nitride.

2. A process for producing a graphite nozzle according to claim 1, characterized in that the turbostratic boron nitride, characterized by a hexagonal index I _R > 30, is hot-pressed in a graphite die which becomes part of the nozzle body at a temperature of 1800 to 1900C. and a pressure of 20 to 400 MPa, and after cooling, a nozzle opening is formed by mechanical machining.