DE10132575C1 - Feuerfester Ausguss - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Ausguss zur Anordnung in der Wandung von metallurgischen Gefäßen, insbesondere für Stahlschmelzen, mit einer ein oberes und ein unteres Ende aufweisenden Durchlauföffnung, einer die Durchlauföffnung seitlich umschließenden Innenwand aus einem Festelektrolytmaterial, mit wenigstens einer an der der Durchlauföffnung abgewandten Außenseite des Festelektrolytmaterials elektrisch leitend angeordneten Elektrode, an welcher Anschlussleitungen angeordnet sind und mit einem die Außenseite des Festelektrolytmaterials und die Elektrode mindestens teilweise umschließenden thermischen Isoliermaterial. Um die bekannten Lösungen zu verbessern und eine hohe Funktionssicherheit zu schaffen, ist der Ausguss dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode im Wesentlichen aus einem Metall, das einen Schmelzpunkt von mindestens 1400 DEG C aufweist und/oder aus mindestens einer seiner Oxide gebildet ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen feuerfesten Ausguss zur Anordnung in der Wandung von metallurgi
schen Gefäßen, insbesondere für Stahlschmelzen mit einer ein oberes und ein unteres Ende
aufweisenden Durchlauföffnung, einer die Durchlauföffnung seitlich umschließenden Innenwand
aus einem Festelektrolytmaterial, mit wenigstens einer an der der Durchlauföffnung abge
wandten Außenseite des Festelektrolytmaterials elektrisch leitend angeordneten Elektrode und
mit einem die Außenseite des Festelektrolytmaterials und die Elektrode mindestens teilweise
umschließenden thermischen Isoliermaterial.
Ein derartiger Ausguss ist beispielsweise aus US 4,850,572 bekannt. Hier wird mittels eines
elektrochemischen Prozesses verhindert, dass das durch den Ausguss fließende Material sich
an der Oberfläche der Innenwand des Ausgusses festsetzt.
Aus JP 62104655 A ist ein weiterer feuerfester Ausguss ähnlicher Art bekannt, bei dem eine
Festelektrolytschicht die Innenwand der Durchlauföffnung bildet, die von einer äußeren Elektro
de aus Graphitpulver kontaktiert ist. Daran schließt sich ein Isoliermaterial an.
Aus JP 57085659 A ist ein ähnlicher Ausguss bekannt.
Des weiteren ist es bekannt, feuerfeste Ausgüsse für Metallschmelzen zu beheizen. In
US 3,722,821 ist offenbart, dass eine Widerstandsheizung um die Innenwand des Ausgusses
herum angeordnet ist mit dem Ziel, thermomechanischen Spannungen entgegenzuwirken und
ein Erstarren des durchlaufenden Materials an der Wand des Ausgusses zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen feuerfesten Ausguss zu schaffen, der die be
kannten Lösungen verbessert und eine hohe Funktionssicherheit des Ausgusses bewirkt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die mindestens eine Elektrode im we
sentlichen aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt von mindestens 1400°C und/oder aus
mindestens einem seiner Oxide gebildet ist. Derartige Elektroden haben sich als stabil erwie
sen, so dass ein mit ihr ausgerüsteter feuerfester Ausguss eine hohe Funktionssicherheit auf
weist bei gleichzeitig hoher Stabilität und niedrigem Preis. Insbesondere hat es sich als vorteil
haft erwiesen, dass die mindestens eine Elektrode im wesentlichen aus Chrom und/oder einem
Chromoxid gebildet ist. Ein Oxid des Metalls der mindestens einen Elektrode sollte eine Leitfä
higkeit von mindestens 10-2 Ω-1cm-1 bei einer Temperatur von 1400°C aufweisen. Die bekannten
Kupferelektroden sind im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Anordnung schwer mit übli
chem Festelektrolytmaterial zu kontaktieren, das bekannte Graphit-Elektrodenmaterial oxidiert
leicht unter Bildung von Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, was zur Zerstörung des Ausgusses
führen kann. Dahingegen ist die Verwendung von Elektroden aus Chrom insofern zweckmäßig,
als selbst die Oxidation des Materials unschädlich ist, da Chromoxide ebenfalls gut elektrisch
leitfähig sind. Die Anordnung weist daher auch langzeitstabil eine niedrigen elektrischen Wider
stand auf.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass zwischen Innenwand aus Festelektrolytmaterial und
Elektrode zumindest teilweise eine Chromschicht auf dem Festelektrolytmaterial angeordnet ist,
die vorzugsweise eine Dicke von etwa 50 µm aufweist. Weiterhin ist es zweckmäßig, dass auf
der dem Festelektrolytmaterial abgewandten Seite der Elektrode eine Metalleinlage, insbeson
dere ein Drahtnetz angeordnet ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass mindestens zwei Elektroden
in Richtung der Durchlauföffnung gesehen hintereinander angeordnet sind bzw. dass die Elekt
roden das Festelektrolytmaterial ring-, rohr- oder spiralförmig umfassen. Eine weitere vorteil
hafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass zwischen den Enden der Durch
lauföffnung und der mindestens einen Elektrode jeweils ein elektrisch isolierendes Material an
geordnet ist. Das isolierende Material des feuerfesten Ausgusses ist vorzugsweise aus min
destens einem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkondioxid und Mullit, insbesondere
Zirkondioxid-Mullit mit vorzugsweise etwa 37 Gewichts-% Zirkondioxid und etwa 63 Gewichts-%
Mullit gebildet.
An seiner Oberseite ist das isolierende Material vorteilhafterweise von einem vorzugsweise ge
sinterten Zirkondioxid-Mullit-Ring begrenzt, der das Festelektrolytmaterial umgibt, wobei der
Zirkondioxid-Mullit-Ring am oberen Ende der Durchlauföffnung angeordnet sein kann und wobei
zwischen dem Zirkondioxid-Mullit-Ring und dem Festelektrolytmaterial ein Zement angeordnet
sein kann. Der Zement kann beispielsweise auf Basis von Aluminiumoxid gebildet sein. Vorteil
hafterweise hat der Zement eine höhere absolute Wärmeausdehnung als der Zirkondioxid-
Mullit-Ring und/oder das Festelektrolytmaterial, um bei Erwärmung eine Spannung in Richtung
Zentrum des Ausgusses entstehen zu lassen und so die Festigkeit der Vorrichtung zu erhöhen.
In diesem Fall wirkt der Zement ähnlich wie ein Spannring, der die Festigkeit der Vorrichtung
erhöht.
Es ist vorteilhaft, dass die Außenseite des Festelektrolytmaterial der Innenwand zumindest teil
weise von einem Heizer, vorzugsweise einer Widerstandsheizung umgeben ist, die vorzugswei
se die Elektroden umgibt. Der Heizer ermöglicht ein Vorheizen des Ausgusses, um Spannun
gen und Materialzerstörungen durch plötzlichen Temperaturwechsel möglichst zu vermeiden.
Der Heizer ist vorteilhafterweise ring-rohr- oder spiralförmig um die Außenseite des Festelekt
rolytmaterials angeordnet, vorzugsweise innerhalb des thermisch isolierenden Materials. Der
Heizer kann aus Kohlenstoff oder Graphit, aus einem hochschmelzenden Metall, insbesondere
aus Molybdän, aus einem Karbid, insbesondere aus Siliziumkarbid oder einem Oxid, insbeson
dere aus einem Chromoxid, wie Chromdioxid, oder einer Mischung oder einer Legierung aus
mindestens zwei dieser Materialien gebildet sein. Als Festelektrolytmaterial der Innenwand wird
vorzugsweise Zirkondioxid eingesetzt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung erläutert. Die
Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch einen feuerfesten Ausguss.
Der Ausguss weist eine Durchlauföffnung 1 auf, deren Innenwand 2 aus Zirkondioxid gebildet
ist. Zur oberen Öffnung der Durchlauföffnung 1 hin vergrößert sich der Durchmesser dieser
Durchlauföffnung 1 kontinuierlich. An der Außenseite des Zirkondioxid liegen zwei ringförmig
übereinander angeordnete Elektroden 3; 4 an, wobei zwischen Innenwand 2 aus Festelektro
lytmaterial und Elektroden 3; 4 zumindest teilweise eine Chromschicht 3'; 4' auf dem Festelekt
rolytmaterial angeordnet ist, die eine Dicke von etwa 50 µm, wobei die Elektroden 3; 4 oder
Chromschicht 3'; 4' aus Chrompulver gebildet sein können. Von den Elektroden 3; 4 aus sind
Anschlusselektroden 5 nach außen geführt. Die Elektroden 3; 4 sind von einem elektrisch isolierenden
Material 6, nämlich Zirkondioxid-Mullit umgeben, in das ein Heizer 7 eingebettet ist. Der
Ausguss wird an seinem äußeren Umfang von einer Stahlhülle 8 umgeben. Diese ist aus einem
Oberteil 8a und einem Unterteil 8b gebildet. Am oberen Ende des Oberteils 8a bildet ein Ring
9 aus Zirkondioxid-Mullit den äußeren Abschluss des Ausgusses. Zwischen dem Zirkondioxid-
Mullit-Ring 9 und dem Zirkondioxidmaterial 2 des Festelektrolyten ist ein Zement 10 auf Basis
von Aluminiumoxid angeordnet.
Claims (18)
1. Feuerfester Ausguss zur Anordnung in der Wandung von metallurgischen Gefäßen, ins
besondere für Stahlschmelzen, mit einer ein oberes und ein unteres Ende aufweisenden
Durchlauföffnung, einer die Durchlauföffnung seitlich umschließenden Innenwand aus
einem Festelektrolytmaterial, mit wenigstens einer an der der Durchlauföffnung abge
wandten Außenseite des Festelektrolytmaterials elektrisch leitend angeordneten Elekt
rode, an welcher Anschlussleitungen angeordnet sind und mit einem die Außenseite des
Festelektrolytmaterials und die Elektrode mindestens teilweise umschließenden thermi
schen Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (3; 4)
im wesentlichen aus einem Metall, das einen Schmelzpunkt von mindestens 1400°C
aufweist und/oder aus mindestens einem seiner Oxide gebildet ist.
2. Feuerfester Ausguss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens
eine Elektrode (3; 4) im wesentlichen aus Chrom und/oder einem Chromoxid gebildet ist.
3. Feuerfester Ausguss nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
Innenwand (2) aus Festelektrolytmaterial und Elektrode (3; 4) zumindest teilweise eine
Chromschicht (3'; 4') auf dem Festelektrolytmaterial angeordnet ist, die vorzugsweise ei
ne Dicke von etwa 50 µm aufweist.
4. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
auf der dem Festelektrolytmaterial abgewandten Seite der Elektrode (3; 4) eine Metall
einlage, vorzugsweise ein Drahtnetz angeordnet ist.
5. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei Elektroden (3; 4) in Richtung der Durchlauföffnung (1) hintereinander
angeordnet sind.
6. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroden (3; 4) das Festelektrolytmaterial ring-, rohr- oder spiralförmig umfassen.
7. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Enden der Durchlauföffnung (1) und der mindestens einen Elektrode (3; 4)
jeweils ein elektrisch isolierendes Material (6) angeordnet ist.
8. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das isolierende Material (6) aus mindestens einem Material aus der Gruppe Aluminium
oxid, Zirkondioxid und Mullit, insbesondere aus Zirkondioxid-Mullit mit vorzugsweise et
wa 37 Gewichts-% Zirkondioxid und etwa 63 Gewichts-% Mullit gebildet ist.
9. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
das isolierende Material (6) an seiner Oberseite von einem vorzugsweise gesinterten
Zirkondioxid-Mullit-Ring (9) begrenzt ist, der das Festelektrolytmaterial umgibt.
10. Feuerfester Ausguss nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zirkondioxid-
Mullit-Ring (9) am oberen Ende der Durchlauföffnung (1) angeordnet ist.
11. Feuerfester Ausguss nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
dem Zirkondioxid-Mullit-Ring (9) und dem Festelektrolytmaterial ein Zement (10) ange
ordnet ist.
12. Feuerfester Ausguss nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement (10)
vorzugsweise auf Basis von Aluminiumoxid gebildet ist.
13. Feuerfester Ausguss nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zement (10) eine höhere absolute Wärmeausdehnung aufweist als der Zirkondioxid-
Mullit-Ring (9) und/oder das Festelektrolytmaterial.
14. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenseite des Festelektrolytmaterials der Innenwand (2) zumindest teilweise
von einem Heizer (7), vorzugsweise einer Widerstandsheizung umgeben ist, die vor
zugsweise die Elektroden umgibt.
15. Feuerfester Ausguss nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizer (7)
ring-, rohr- oder spiralförmig um die Außenseite des Festelektrolytmaterials herum an
geordnet ist.
16. Feuerfester Ausguss nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der
Heizer (7) in dem thermisch isolierenden Material (6) angeordnet ist.
17. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass der Heizer (7) aus Kohlenstoff oder Graphit, aus einem hochschmelzenden Metall,
insbesondere aus Molybdän, aus einem Karbid, insbesondere aus Siliziumkarbid oder
einem Oxid, insbesondere aus Cr2O3 oder einer Mischung oder einer Legierung aus
mindestens zwei dieser Materialien gebildet ist.
18. Feuerfester Ausguss nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,
dass das Festelektrolytmaterial der Innenwand (2) aus Zirkondioxid gebildet ist.
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