DE19639358A1 - Steigrohr für Leichtmetallschmelzen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steigrohr aus sinterkeramischem Material für Leichtmetallschmelzen. Solche Steigrohre finden Anwendung bei dem Nieder­ druck-Kokillengießverfahren für Leichtmetallschmelzen, insbesondere Aluminium und Aluminium-Legierungen, z. B. nach DIN 1725 Blatt 2, und verwandten Sonderlegierungen. Bei diesen Verfahren befindet sich die Leichtmetallschmelze in einem abgeschlossenen, thermisch isolierten Behälter, aus dem die Schmelze über ein Steigrohr in die metallische Form (Kokille) gefördert wird. Nach Abkühlung der Form und Erstarren der Schmelz in der Form wird der Gasraum über der Schmelze druckentspannt, so daß die im Steigrohr befindliche Schmelze in den Behälter zurückfließt. Im Gasraum oberhalb der Schmelze befinden sich ferner Heizstäbe, die die Schmelzetemperatur im Behälter aufrecht erhalten. Im allge­ meinen werden Heizstäbe aus Siliciumcarbit eingesetzt.

Während früher Steigrohre aus oberflächlich durch keramischen Belag geschütztes Gußeisen eingesetzt wurden, werden diese in neuerer Zeit durch Steigrohre aus keramischen Werkstoffen, wie Siliciumnitrid oder Aluminiumtitanat, ersetzt. Durch entsprechende werkstoffgerechte Formgebung können Probleme, die durch mechanische Spannungen im Flanschbereich aufgrund der Sprödigkeit des kerami­ schen Materials auftreten, weitgehend vermieden werden. Jedoch zeigt sich, daß die Lebensdauer keramischer Steigrohre durch bestimmte Rißtypen begrenzt ist, die nicht auf rein mechanische Beanspruchung im Flanschbereich oder durch Stoß oder Schlag hervorgerufen werden. Detaillierte Untersuchungen dieser Rißtypen, die insbesondere im oberen Drittel des Steigrohres oberhalb des Schmelzespiegels auftreten, führen diese auf eine Kombination von thermomechanischer Ermüdung und chemischem Angriff zurück. Die thermomechanische Ermüdung resultiert aus starkem Temperaturwechsel, der durch die von der Heizung ausgehenden Wärmestrahlung (Temperatur oberhalb der Schmelzetemperatur), dem Befüllen des Steigrohres mit der Schmelze sowie die Beaufschlagung des Gasraums über der Schmelze mit relativ kühlem Druckgas hervorgerufen wird. Als Druckgas wird häufig aus Kostengründen, insbesondere bei magnesiumfreien Schmelzen, Luft eingesetzt. Ferner wird beim Absinken der Schmelze von der Gießmundstückhöhe der Form auf das Schmelzespiegelniveau Luft eingesaugt. Das Zusammenwirken von Metalldampf mit Sauerstoff oberhalb des Schmelzespiegels, auch wenn bei Einsatz von Stickstoff als Druckgas nur Verunreinigungen an Sauerstoff vorhanden sind, führt zu einem chemischen Angriff auf das Steigrohr.

Es wurde nun gefunden, daß die Rißbildung aufgrund thermomechanischer Ermüdung und chemischem Angriff weitgehend vermieden werden kann, wenn das Steigrohr oberhalb des Schmelzespiegels mit einer Schürze aus keramischem Material umgeben wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Steigrohr aus sinter­ keramischem Material für Leichtmetallschmelzen, das mit einer den oberen Teil des Steigrohres umgebende Abdeckung aus temperaturbeständigem Material verse­ hen ist.

Vorzugsweise weist die Abdeckung eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf als das sinterkeramische Material.

Als keramische Werkstoffe für das Steigrohr kommen Werkstoffe auf Graphitbasis (z. B. Ton-Graphit), auf SiC-Basis (z. B. Oxid-gebundenes, Nitrid-gebundenes, gesintertes SiC, SiSiC), Aluminiumtitanat (z. B. Aluminiumtitanat-Mullit) und andere oxidische Werkstoffe, z. B. auf SiO₂-Basis, oder Werkstoffe auf Silicium­ nitrid-Basis (z. B. Siliciumnitrid, Sialon) in Frage. Besonderes bevorzugt wird erfindungsgemäß Aluminiumtitanatkeramik eingesetzt, insbesondere wie in den DE 38 14 079-A1 und DE 40 29 166-A1 beschrieben.

Die Abdeckung kann durch Aufsprühen einer Faser- und/oder Partikel-Dispersion in einem thermisch oder hydraulisch aushärtbaren Binder erzeugt werden. Dabei kommen als Partikelmaterial keramische Pulver und als Fasermaterial Glasfasern oder keramische Fasern in Frage. Als Binder kommen keramische Zemente, z. B. auf Basis Kalziumaluminat, in Frage.

Ferner kann die Abdeckung durch Umwickeln des Steigrohrs mit keramischem Papier, Keramikfaser-Vlies, oder Glasfasergewebe erzeugt werden. Solche Um­ wicklungen können mittels Edelstahl-Schweißdraht oder keramischer Zemente fixiert werden, wobei die Fixierung vorzugsweise im oberen Bereich erfolgt. Ferner ist es möglich, einen Glasfasergewebeschlauch, der aufgrund seiner Webart elastisch dehnbar ist, über das Steigrohr zu schieben.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung der Abdeckung besteht darin, bereits bei der Herstellung des Steigrohres den Schlickerguß-Grünkörper für das Steigrohr mit einem porösen zweiten Schlicker zu umgießen. Der poröse Schlicker kann aus demselben keramischen Material wie das Steigrohr erzeugt werden, wobei die Porösität durch einen höheren Anteil organischer Schlickerbestandteile erzeugt werden kann.

Nach einer weiteren Ausführungsform besteht die Abdeckung aus einer auf das Steigrohr aufschiebbaren Hülse, die aus einer mit einem hydraulisch oder thermisch aushärtbaren Binder befüllten Fasermatte bzw. einem mit dem Binder befüllten Faservlies besteht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figur näher erläutert:
Die Figur zeigt einen thermisch isolierten Behälter 1, in dem sich die Leichtmetallschmelze 2 befindet. Das keramische Steigrohr 3 taucht mit dem unteren Ende in die Schmelze 2 ein und tritt durch die Abdeckung 4 hindurch. Über eine Druckgaszuleitung 5 kann der Druck oberhalb der Schmelze 2 erhöht werden, so daß die Schmelze durch das Steigrohr 3, das Verbindungsrohr 6 und die Angußöffnung 7 in die Kokille 8 gefördert wird. Nach Abkühlen der Kokille 8 wird der Druck über der Schmelze 2 entspannt, so daß die im Verbindungsrohr 6 und im Steigrohr 3 befindliche Schmelze in den Behälter 1 zurückfallt. Die Kokille wird geöffnet, das Leichtmetall-Gußteil entnommen, die Kokille gegebenenfalls nach Reinigung geschlossen und der Gasraum über der Schmelze erneut unter Druck gesetzt. Je nach Größe des Gußteils ist der Schmelzespiegel nach 5 bis 50 Kokillenfüllungen auf das mit 9 bezeichnete Niveau abgesunken. Danach wird über den Schmelzezulauf 10 der Behälter 1 erneut gefüllt. Zur Aufrechterhaltung der Schmelzetemperatur sind oberhalb der Schmelze Siliciumcarbid-Heizstäbe 11 vorgesehen.

Zur Vermeidung thermomechanischer Ermüdung mit chemischem Angriff ist erfindungsgemäß das keramische Steigrohr 3 oberhalb des Schmelzespiegels mit einer keramischen Abdeckung 12 versehen.

Claims (1)

1. Steigrohr aus sinterkeramischem Material für Leichtmetallschmelzen, gekennzeich­ net durch eine den oberen Teil des Steigrohres umgebende Abdeckung aus tempe­ raturbeständigem Material.