DE19818028A1 - Integrierte Tauchöffnungsdüse und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Tauchöffnungsdüse (SEN, Submerged Entry Nozzle) zum Stranggießen und insbesondere zum Stranggießen von dünnen Brammen, sowie ein Verfahren zu ih­ rer Herstellung.

Der Warmwalzherstellungsprozeß einer dünnen Platte mittels einer Stranggußanlage für dünne Brammen ist in neuester Zeit in praktische Anwendung übernommen worden und hat sich vorwiegend in Verbindung mit einem Miniwalzwerk weltweit ausgebreitet. Die Dicke der dünnen Brammen beträgt beispielsweise 50-120 mm.

Dieser Herstellungsprozeß weist ein Anlagenlayout mit ei­ ner direkt mit einem Bandstahlwalzwerk verbundenen Stranggußan­ lage auf, bei dem aus Sicht der Verbesserung der Produktivität und der Energieeinsparung ein kontinuierlicher Betrieb unter Hochgeschwindigkeitsgießbedingungen wesentlich ist. Insbesonde­ re auf dem Gebiet der Stranggußanlagen gibt die Nutzerseite in hohem Maße einen endlosen Gießvorgang vor und eine weitere diesbezügliche Entwicklung ist in der Zukunft zu erwarten.

Eine SEN, die in einer derartigen Stranggußanlage für dün­ ne Brammen verwendet wird, ist ein wichtiges Teil, um einen stabilen Betrieb und die Qualität der Brammen sicherzustellen. Eine SEN zum Gießen von dünnen Brammen hat jedoch im kontinu­ ierlichen Betrieb verglichen mit einer allgemeinen Stranggußdü­ se einen Nachteil, und zwar aufgrund der geometrischen Be­ schränkungen in Verbindung mit der Dicke der Gußform.

Wenn beim Stranggießen einer dünnen Bramme eine Düse in eine Gußform eingesetzt wird, ist der Raum zwischen der Gußform und der Düse sehr schmal und beträgt unter Berücksichtigung der erstarrten Schale innerhalb der Gußform nicht mehr als einige Millimeter. Wenn eine längliche Düse nur an ihrem oberen Ende gehalten ist, erstreckt sich ein leichter Schlupf in der oberen Endpartie zu einem Schlupf von einigen Millimetern oder mehr in der unteren Endpartie. Deshalb ist, um eine Düse exakt einzu­ setzen, eine hohe Genauigkeit hinsichtlich der Abmessungen der Düse selbst erforderlich.

Auf der anderen Seite erfolgt beim üblichen Stranggießen anders als beim Stranggießen von dünnen Brammen der Austausch einer SEN oft ohne die Zuführung der Metallschmelze zu unter­ brechen. In diesem Fall wird die SEN ersetzt, indem sie ver­ schoben wird, während sie auf die Platte einer Bodenpartie der Gießwanne gepreßt wird, und von einem Hydraulikzylinder oder ähnlichem in die Metallschmelze gestoßen wird.

Bei diesem Verfahren wird eine integrierte SEN verwendet, die aus einer oberen, als Platte fungierenden Partie und einer unteren, als SEN fungierenden Partie gebildet ist. Die inte­ grierte SEN wird hergestellt, indem man eine untere Platte und eine SEN, die getrennt hergestellt wurden, durch gegenseitiges Verbinden zusammensetzt bzw. integriert.

Das hierfür vorgesehene Verfahren zum Verbinden kann gene­ rell eingeteilt werden in ein Verfahren, in dem Bolzen (z. B. vier Bolzen) und Halteringe verwendet werden, und ein Verfah­ ren, in dem die untere Platte und die SEN mit einer Hülse bzw. einem Mantel bedeckt werden, gefolgt von einer Verbindung mit Mörtel.

Bei dem ersten Verfahren (Typ 1) werden die untere Platte und die SEN häufig von dem Anwender aus getrennten Teilen zu­ sammengesetzt. Bei dem zweiten Verfahren (Typ 2) sind die guß­ fähige untere Platte und die SEN im integrierten Zustand auf dem Markt.

Eine SEN nach dem ersten Verfahren hat die nachfolgend be­ schriebenen Probleme:

• 1) Fehlstellung zwischen der unteren Platte und der SEN.
• 2) Hervorrufen einer Verbindungslücke zwischen der unte­ ren Platte und der SEN durch Verformung einer Einsatzspannvor­ richtung oder eines Halteringes und -bolzens, die daraus resul­ tiert, daß der Haltering und der Bolzen bei häufigem Gebrauch leicht verformt werden.
• 3) Großer Zeitbedarf beim Einsetzen auf der Anwendersei­ te.

Auf der anderen Seite hat die integrierte SEN nach dem zweiten Verfahren die folgenden Probleme, die daraus herrühren, daß die untere Platte gußfähig ist und daß die Festigkeit der Verbindung zwischen der unteren Platte und der SEN nur von den Bindungskräften des Mörtels und der Hülse und ähnlichem ab­ hängt:

• 1) Die Stahlschmelze neigt dazu, aufgrund fehlender Ver­ bindungsfestigkeit zwischen die untere Platte und die SEN ein­ zudringen.
• 2) Die gußfähige untere Platte ist einer üblichen unte­ ren Platte in Bezug auf Korrosionsfestigkeit und Abnutzungswi­ derstand unterlegen.
• 3) Man muß rundherum schweißen, um eine Hülse für die untere Platte und eine Hülse für die SEN zu verbinden, was kom­ pliziert ist.

Beim Stranggießen von dünnen Brammen war die Verwendung von integrierten, nach dem oben beschriebenen Stand der Technik hergestellten SENs extrem schwierig, weil die räumlichen Be­ schränkungen der Gußform wie oben beschrieben eine hohe Genau­ igkeit für die parallele oder vertikale Ausrichtung (degree) der unteren Partie der SEN gegenüber der Längswand der Gußform erfordern. Obwohl es beim Gießen unter diesen Bedingungen zu­ nehmend schwierig war, die SEN zu ersetzen, ohne die Zuführung der Metallschmelze zu unterbrechen, ist die Verbesserung aber Produktivität durch unterbrechungsfreien Betrieb beim Strang­ gießen von dünnen Brammen wesentlicher als beim Konventionel­ len, üblichen Stranggießen.

Außerdem reduziert eine Unterbrechung der Zuführung der Metallschmelze unter den Hochgeschwindigkeitsgießbedingungen während des Stranggießens von dünnen Brammen den Oberflächenpe­ gel der Metallschmelze in der Gußform. Deshalb muß die Unter­ brechungszeit im Hinblick auf Unterbrechungsfreiheit des Be­ triebs und die Qualität extrem kurz oder augenblickhaft sein.

Die Gleitfläche der Plattenpartie der SEN zum Stranggießen von dünnen Brammen muß eine ausreichende Glätte, Härte und Fe­ stigkeit aufweisen, um ein zufriedenstellendes Haftvermögen mit einer oberen stationären Platte zu bieten. Außerdem muß die Dü­ senpartie ferner in hohem Maße widerstandsfähig gegen Abbröckeln sein.

Eine SEN, die die verschiedenen Anforderungen beim Strang­ gießen von dünnen Brammen erfüllt, existiert bis jetzt nicht.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine integrierte Tauchöffnungsdüse (SEN) anzugeben, die einen flachen Spitzenab­ schnitt aufweist, so daß die Form der Stahlschmelzenausflußöff­ nung der Düse für die Form der Gußform geeignet ist, um dadurch die Qualität einer dünnen Bramme ebenso wie die von normalen Stählen, die stranggußartig hergestellt werden, wirksam zu ver­ bessern.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein inte­ grierendes Verfahren zum Herstellen einer SEN anzugeben, bei dem ein Plattenelement und ein Düsenelement getrennt herge­ stellt und anschließend mit Hilfe eines organischen Klebstoffs so miteinander verbunden werden können, daß sie die verschiede­ nen Eigenschaften wie eine hohe Genauigkeit, eine hohe Festig­ keit und eine ausgezeichnete Widerstandskraft gegen Abbröckeln aufweisen, wodurch die Düsen beim Stranggießen von dünnen Bram­ men sanft ersetzt werden können, ohne den Gießvorgang zu unter­ brechen, so daß die oben genannten Probleme des Standes der Technik gelöst werden können.

Durch das Zusammenfügen bzw. Integrieren der beiden Ele­ mente auf diese Weise kann ein Eindringen von Luft oder ein Durchsickern von Metallschmelze durch die Verbindungsflächen der beiden Elemente verhindert werden. Weil der Ersatz der Düse durchgeführt werden kann, während das Plattenelement fest an eine obere Platte gepreßt wird, kann ein Eintritt von Luft beim Gießen und beim Ersatz der Düse ebenfalls verhindert werden. Außerdem kann auch ein Einführen von gemahlenem Metall beim Gießen und beim Ersatz der Düse vermieden werden, um wider­ standsfähig zum Langzeitgießen zu sein.

Das Plattenelement fungiert als untere Platte. Deshalb be­ nötigt das Plattenelement eine hohe Verschleißfestigkeit gegen­ über Verschieben und Oberflächendruck. Für das Plattenelement wird vorzugsweise z. B. ein sogenanntes Aluminiumoxid-Kohlenstoffmaterial verwendet.

Auf der anderen Seite fungiert das Düsenelement als SEN. Deshalb erfordert das Düsenelement eine hohe Widerstandskraft gegen Abbröckeln. Für das Düsenelement wird vorzugsweise ein sogenanntes Aluminiumoxid-Graphitmaterial verwendet. Das Plat­ tenelement und das Düsenelement werden getrennt hergestellt und dann mit einander verbunden. Ein Grund, dies so zu tun, wird nachstehend erläutert. Die Ausgangsmaterialien zur Herstellung des Plattenelements und des Düsenelements sind vorzugsweise un­ terschiedlich. Es ist vorzuziehen, daß das Plattenelement aus Aluminiumoxid-Kohlenstoffmaterial oder ähnlichem in einer dich­ ten Beschaffenheit ausgebildet wird, um seine Festigkeit zu er­ höhen. Bevorzugte Verfahren zur Herstellung eines Elements mit einer erhöhten Festigkeit sind Umformverfahren mit einer ein­ achsigen Kompression wie z. B. ein hydraulisches Pressen. Solche Umformverfahren mit einer einachsigen Kompression sind jedoch nicht bevorzugt für ein Düsenelement aus Aluminiumoxid-Graphit oder ähnlichen Materialien, die Graphit enthalten, da ein umge­ formter Körper richtungsabhängige oder ausrichtungsabhängige Probleme aufweist, so daß er nicht homogen sein kann. Deshalb wird ein Düsenelement vorzugsweise durch ein isostatisches Kaltpressverfahren oder ähnliches hergestellt.

Weiterhin werden das Plattenelement und das Düsenelement getrennt voneinander geformt und gebrannt, um die Formgenauig­ keit jedes Elements zu verbessern. Außerdem können sie leicht bei geringen Kosten geformt werden.

Aus den oben genannten Gründen werden das Plattenelement und das Düsenelement getrennt voneinander geformt und gebrannt und dann miteinander verbunden, um eine integrierte SEN nach dieser Erfindung herzustellen.

Ein Spitzenabschnitt des Düsenelements oder wenigstens ein Abschnitt davon, der in die Stahlschmelze eingetaucht wird, hat eine flache Form im senkrechten (vertikalen) Querschnitt zur Achse des Düsenelements. Beispiele für eine flache Form sind eine abgeflachte Form, eine elliptische oder ovale Form, eine rechteckige Form oder jede andere im Querschnitt generell läng­ liche Form.

Im Fall von solchen flachen Formen kann die Form des Spit­ zenabschnitts des Düsenelements der Form der Gußform sehr nahe kommen. Deshalb ist es insbesondere für das Gießen von dünnen Brammen geeignet. Das Verhältnis von Durchmesser/Breite oder langer Seite/kurzer Seite beträgt 1,5 oder mehr, vorzugsweise 2,0 oder mehr, aus Sicht einer Anwendung zum Gießen von dünnen Brammen. Die flache Partie kann sich über die gesamte Länge des Düsenelements erstrecken, aber in der Nähe der Partie, die mit dem Plattenelement verbunden wird, weist das Loch der Düse un­ ter Berücksichtigung der Festigkeit der Düse vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf.

Der Umgebungsbereich der Verbindungspartie des Plattenele­ ments und des Düsenelements wird vorzugsweise mit einer Metall­ hülse bzw. einem Metallmantel bedeckt. Die Hülse dient dazu, die Oxidation des organischen Klebstoffs zu verhindern. Die Hülse erfüllt weiterhin die Aufgabe, die integrierte SEN zu schützen, um beispielsweise einen Schaden der integrierten SEN durch Bewegung (Verschieben) innerhalb einer Stranggußanlage (untere Leitschienen der Gießwanne bzw. Zwischenwanne) zu ver­ hindern. Die Hülse kann z. B. unter Verwendung von feuerfestem Mörtel angebracht werden.

Die Hülse kann nicht nur auf der umgebenden Oberfläche angeord­ net sein, sondern auch so, daß sie die beiden Elemente vertikal einklemmt, um die beiden auch in vertikaler Richtung zu verbin­ den, wodurch ein Schlupf zwischen der Hülse und dem feuerfesten Material sicher verhindert wird. Die an der oberen Partie der unteren Platte angeordnete Hülse sitzt leicht tiefer als die Gleitfläche der unteren Platte, um an der oberen Platte zu gleiten.

Auf der Innenseite der Klebeverbindungspartie (der Seite, an der die Stahlschmelze vorbeiläuft) zwischen dem Plattenele­ ment und dem Düsenelement ist vorzugsweise ein Ring aus einem feuerfesten Stein in einer derartigen Weise angeordnet, daß er die Verbindungspartie überdeckt und einen Zwischenraum perfekt absperrt.

Der feuerfeste Ring verhindert, daß die Klebeverbindungs­ partie beim Vorheizen und dem Gebrauch einer oxidierenden Hoch­ temperaturumgebung ausgesetzt ist, so daß eine Oxidation des organischen Klebers (der Klebeschicht) verhindert werden kann.

Insbesondere besteht bei einem organischen Kleber, der wie spä­ ter beschrieben ein resolartiges, in Wärme aushärtendes Phenol­ harz verwendet, eine große Gefahr, daß die Klebekraft extrem nachläßt, wenn der Kohlenstoff in dem Harz oxidiert. Der Ring kann die Gefahr eines Eindringens von Metallschmelze zu den Klebeflächen beseitigen.

Der Ring kann unter Verwendung des selben Materials herge­ stellt werden wie das Düsenelement oder das Plattenelement, z. B. Al₂O₃C-Material.

Der Ring kann mit Mörtel ausreichend befestigt werden, da er keiner großen Belastung ausgesetzt ist. Derzeit wird vor­ teilhafterweise ein Mörtel mit einer hohen Oxidationsfestigkeit verwendet.

Der feuerfeste Ring verhindert, daß die Klebeverbindungs­ partie beim Vorheizen und im Gebrauch einer oxidierenden Hoch­ temperaturumgebung ausgesetzt ist, so daß eine Oxidation der Klebeschicht verhindert werden kann.

Als organischer Kleber (Klebeschicht) zum Verbinden des Plattenelements mit der Düse wird vorzugsweise ein Klebstoff verwendet, der aus 10-30 Gew.-% einer Lösung aus resolarti­ gem, wärmeaushärtendem Phenolharz und Alkohol besteht, die mit einem zweiwertigen metallischen Salz als Katalysator herge­ stellt wurde, 2-10 Gew.-% wenigstens eines Pulvers ausgewählt aus Metall-Aluminiumpulver, einem Pulver aus einer Aluminium- Magnesiumlegierung oder einem Pulver aus einer Aluminium-Sili­ ziumlegierung, und 60-88 Gew.-% eines feuerfesten Materials besteht.

Die Verwendung dieses Klebstoffs erlaubt einen festen Halt der Form über eine lange Zeit und kann eine ausreichende Genau­ igkeit für einen stabilen Betrieb einschließlich des Beginns des Gießens bieten, und zwar durch die Einstellung der Dicke des Klebstoffs selbst.

Da der Klebstoff, hergestellt durch Zugabe von feuerfestem Material und Metallpulver zu einem mit einem zweiwertigen Me­ tallsalz als Katalysator hergestellten, resolartigen, wärmeaus­ härtenden Phenolharz, eine hohe Verbindungsfestigkeit besitzt, die sich vom niedrigen Temperaturbereich bis zum hohen Tempera­ turbereich erstreckt, und da der Klebstoff außerdem eine besse­ re Korrosionsfestigkeit als das SEN-Material im Hinblick auf ein Aufblähen oder Korrosion besitzt, selbst wenn er mit der Metallschmelze in Berührung kommt, kann ein Eindringen der Me­ tallschmelze zwischen die beiden Elemente verhindert werden.

Die Verwendung eines resolartigen, wärmeaushärtenden Phe­ nolharzes, das mit einem zweiwertigen Metallsalz als Katalysa­ tor hergestellt worden ist, bietet eine hohe Verbindungsfestig­ keit, insbesondere in einem Temperaturbereich von 400-800°C.

Das mit einem zweiwertigen Metallsalz als Katalysator her­ gestellte, resolartige und wärmeaushärtende Phenolharz enthält eine Chelatverbindung mit einem zweiwertigen Metall durch eine Hydroxylgruppe und eine Methylgruppe, die durch eine thermische Behandlung von 120-130°C zu einer Ätherzusammensetzung umge­ wandelt wurde. Die Methylgruppe, die keine Ätherzusammensetzung bildet, geht ab 70-80°C in eine Methylenverbindung über und beginnt zu verhärten. Auf der anderen Seite beginnt die Äther­ zusammensetzung bei 130-150°C zu verhärten, da sie in eine Methylenverbindung übergeht, während sie Formalin erzeugt.

Das mit einem zweiwertigen Metallsalz als Katalysator her­ gestellte, resolartige, wärmeaushärtende Phenolharz besitzt ei­ nen Aushärtetemperaturbereich, der sich von niedrigen Tempera­ turen zu hohen Temperaturen erstreckt und kann eine hohe Ver­ bindungsfestigkeit erhalten, da die nicht aufgelöste Verbindung meistens im Temperaturbereich von 400-800°C gehalten wird.

Das Mischungsverhältnis des mit einem zweiwertigen Metall­ salz als Katalysator hergestellten, resolartigen und wärmeaus­ härtenden Phenolharzes ist aus folgenden Gründen auf 10-30 Gew.-% begrenzt. Wenn das Mischungsverhältnis des Harzes weni­ ger als 10 Gew.-% beträgt, wird insbesondere im Temperaturbe­ reich von 400-800°C keine ausreichende Verbindungsfestigkeit erreicht. Wenn das Mischungsverhältnis des Harzes 30 Gew.-% übersteigt, ist der Anteil des feuerfesten Materials so redu­ ziert, daß keine ausreichende Hitzebeständigkeit mehr erreicht wird.

Aus dieser Sicht beträgt das am meisten bevorzugte Mi­ schungsverhältnis des resolartigen, wärmeaushärtenden Phenol­ harzes 15-25 Gew.-%.

Das wenigstens eine Pulver, ausgewählt unter Metall- Aluminiumpulver, einem Pulver aus einer Aluminium-Magnesium­ legierung und einem Pulver aus einer Aluminium-Silizium­ legierung, ist aus folgenden Gründen auf 2-10 Gew.-% be­ grenzt. Wenn die Gesamtmenge des Pulvers weniger als 2 Gew.-% beträgt, nimmt die Hitzefestigkeit bei 800°C oder mehr nach­ teilig ab. Wenn die Gesamtmenge 10 Gew.-% übersteigt, nimmt das Gas, das bei der Reaktion mit Wasser oder Alkohol in der Phe­ nolharzlösung erzeugt wird, zu und erhöht nachteiligerweise die Blasenbildung.

Aus dem oben beschriebenen Blickwinkel wird das Mischungs­ verhältnis der Gesamtmenge des Pulvers am meisten bevorzugt auf Werte zwischen 3 und 8 Gew.-% eingestellt.

Die maximale Partikelgröße des Metall-Aluminiumpulvers, des Pulvers aus der Aluminium-Magnesiumlegierung und des Pul­ vers aus der Aluminium-Siliziumlegierung ebenso wie die des feuerfesten Materials wird vorzugsweise auf 0,5 mm oder kleiner eingestellt. Der Grund dafür ist, daß eine maximale Partikel­ größe von mehr als 0,5 mm Anlaß zur Befürchtung gibt, daß die Festigkeit des Klebstoffs unzureichend ist. Auch wird die Ein­ stellung der äußeren Abmessungen bei 0,5 mm oder weniger er­ leichtert.

Beispiele des feuerfesten Materials schließen Aluminiumoxid, Zirkonerde, eine Mischung aus Aluminiumoxid und Zir­ konerde und ähnliche Materialien ein. Es sind jedoch auch ande­ re Materialien verwendbar.

Bei der Klebeverbindung des Plattenelements und des Dü­ senelements kann die Genauigkeit der äußeren Abmessung verbes­ sert werden, indem man die beiden unter Verwendung einer Halte­ vorrichtung fixiert. Dabei ist insbesondere die vertikale Aus­ richtung (degree) der Düse zu der Plattenebene wichtig.

Eine integrierte SEN nach dieser Erfindung wird nicht nur hergestellt, indem man ein Plattenelement und ein Düsenelement mit Hilfe eines organischen Klebstoffes zusammenklebt, sondern auch, indem man die beiden mit mechanischen Mitteln verbindet. Die Kombination einer solchen Klebeverbindung und einer solchen mechanischen Verbindung ist wirkungsvoll, um den Fall zu ver­ meiden, daß das Düsenelement herunterfällt, wenn der Klebstoff für den Fall eines Ringbruches zufällig in direkten Kontakt mit Stahlschmelze kommt, wodurch der Strangguß gestoppt würde. Au­ ßerdem kann dies ein Abblättern des Klebstoffs aufgrund der un­ terschiedlichen thermischen Ausdehnung zwischen dem Plattenele­ ment und dem Düsenelement in der vertikalen und radialen Rich­ tung im Fall eines schnellen Aufheizens zum Vorheizen vor dem Gebrauch der SEN verhindern.

Es werden nun bevorzugte Mittel zum mechanischen Verbinden des Plattenelements und des Düsenelements erläutert. Man bohrt z. B. im Umfangsbereich des Düsenelements zwei bis vier kleine Löcher, setzt durch eine Hülse in jedes der Löcher einen Stift und anschließend werden die Stifte an der Hülse fixiert.

Ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten SEN nach dieser Erfindung umfaßt ein getrenntes Formen eines Plattenele­ ments und eines Düsenelements gefolgt von einem Backen oder Brennen, einem Zusammenkleben der beiden mit einem organischen Klebstoff, einem Trocknen des Klebstoffs und anschließend dem Einkleben eines Ringes aus feuerfestem Stein mit Mörtel in ei­ ner solchen Weise, daß er die Innenseite der Klebeverbindungs­ partie überdeckt, gefolgt von einem Trocknen.

Da die erforderlichen Eigenschaften der Plattenpartie sich von den erforderlichen Eigenschaften der Düsenpartie unter­ scheiden und außerdem die Formen kompliziert sind, kann man den Formpressdruck kaum gleichmäßig in einem einzigen Herstellungs­ gang auf beide Teile übertragen und die daraus resultierende Ungleichmäßigkeit birgt die Gefahr unzureichender Festigkeit. Selbst wenn die Plattenpartie im Voraus geformt wird und das Rohmaterial der Düsenpartie anschließend hinzugefügt wird, ge­ folgt beispielsweise von einem kalten isostatischen Preßvor­ gang, um die Teile aus unterschiedlichen Materialien aneinander anzuformen, kann man Probleme wie ein Brechen der Platte nicht vermeiden. Solch ein Verfahren benötigt außerdem eine wesentli­ che Nachbehandlung, um die Genauigkeit für eine Dünnbrammen-SEN zu erreichen.

Deshalb werden bei dieser Erfindung die Plattenpartie und die Düsenpartie zunächst getrennt voneinander gefertigt und an­ schließend durch Verwendung von einem organischen Klebstoff miteinander integriert. Man kann die Plattenpartie und die Dü­ senpartie mit entsprechend optimalen Materialien sehr genau fertigen; im Klebeprozeß kann man eine Feinsteuerung durchfüh­ ren und man kann letztendlich ein langes Werkstück fertigen und erhält dabei gegenüber den Konstruktionswerten kaum einen Feh­ ler. Eine Vergrößerung der Verbindungspartie ist für die Zusam­ menfügung nicht notwendig und diese Düse ist in höchstem Maße geeignet für eine SEN zum Gießen von dünnen Brammen, die auf kleinem Raum verwendet wird. Wenn man die Umgebung der Verbin­ dungspartien des Plattenelements und des Düsenelements mit ei­ ner Hülse bedeckt, kann man dies in geeigneter Weise sowohl vor als auch nach dem Einkleben des Ringes aus feuerfestem Stein durchführen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angege­ benen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorlie­ genden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt. Es zeigen:

Fig. 1A-1C eine integrierte SEN nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, wobei Fig. 1A und Fig. 1B senkrechte Querschnittsansichten und Fig. 1C eine horizontale Querschnittsansicht ist;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, das in einem tatsächli­ chen Maschinentest verwendet wurde;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung, das in einem tatsächli­ chen Maschinentest verwendet wurde;

Fig. 4 eine erläuternde Darstellung, die ein Verfahren für eine Klebetest für einen bei dieser Erfindung verwendeten Kleb­ stoff zeigt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung; und

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels dieser Erfindung.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1A-1C sind Querschnittsansichten einer integrierten SEN nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfin­ dung, wobei Fig. 1A und Fig. 1B vertikale Querschnittsansichten und Fig. 1C eine horizontale Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in Fig. 1B ist.

Eine integrierte Eintauchdüse 10 ist aus einem Plattenele­ ment 12 und einem Düsenelement 11, die mit einem organischen Klebstoff zusammengeklebt sind, geformt. Es ist nämlich eine Klebeschicht 16 in der Verbindungspartie zwischen den beiden Elementen ausgebildet. Als organischen Klebstoff kann man bei­ spielsweise Klebstoffe verwenden, die in den nachfolgenden Bei­ spielen 1-11 beschrieben sind.

Das Plattenelement 12 ist aus Aluminium-Kohlenstoffmate­ rial oder Zirkonerde-Kohlenstoffmaterial hergestellt, die eine hohe Festigkeit und hohe Gleiteigenschaften besitzen, und fun­ giert als untere Platte.

Das Düsenelement 11 ist andererseits aus einem Aluminium- Graphitmaterial oder einem Zirkonerde-Graphitmaterial herge­ stellt, das eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abbröckeln be­ sitzt, und fungiert als SEN.

Das Düsenelement 11 ist aus einem Düsenkörper 13, einer Zwischenpartie 17 und einer Düsenspitzenpartie 15 hergestellt, die gegenseitig miteinander verbunden sind. Der obere Abschnitt der Ausflußöffnung des Düsenkörpers 13 für die Stahlschmelze ist kreisförmig, er wird jedoch in einer Übergangspartie 26 in der Mitte in eine nicht-kreisförmige, schlanke Form überge­ führt. Die Ausflußöffnung für die Stahlschmelze ist in der Mit­ telpartie 17 und in der Spitzenpartie 15 schlank.

Der Querschnitt der Spitze der Ausflußöffnung für die Stahlschmelze hat eine gequetschte Form, die für das Gießen von dünnen Brammen verwendbar ist, wie beispielsweise eine flache, elliptische oder rechteckige Form.

Die Spitzenpartie 15 hat eine Ausflußöffnung 18 für die Stahlschmelze.

Ein Ring 28 aus feuerfestem Stein ist an dem inneren Um­ fang in dem Verbindungsbereich des Plattenelements 12 und des Düsenelements 11 mit Mörtel befestigt. Das Material des feuer­ festen Steines ist beispielsweise aus Aluminiumoxid-Kohlen­ stoffmaterial, Aluminiumoxid-Graphitmaterial oder ähnlichem hergestellt. Es können jedoch auch andere Materialien verwendet werden, wenn der feuerfeste Stein eine Festigkeit von 5 MPa oder mehr besitzt.

Eine Hülse 19 ist an der Außenseite des Plattenelements 12 und der Düse 11 mit Mörtel 14 befestigt. Die Düse 19 ist bei­ spielsweise aus SPHC-Stahl (japanischer Industriestandard) her­ gestellt und die Dicke der Hülse kann man beispielsweise auf 3,2 mm einstellen. Hinsichtlich des Materials, der Dicke und der Form der Hülse 19 kann man verschiedene, allgemein verwen­ dete Alternativen einsetzen.

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der integrierten SEN. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 besitzt keinen Ring aus feuerfestem Stein.

Ein Eisenreifen 25 ist zwischen dem oberen Teil der Hülse 19 und dem Plattenelement 12 angeordnet.

Ein Beispiel für das Zusammensetzen eines Plattenelements und eines Düsenelements ist nachfolgend gezeigt.

1) Vorarbeiten

Das Plattenelement und das Düsenelement werden getrennt voneinander geformt, gefolgt vom einem Backen oder Brennen, und es wird die notwendige Bearbeitung durchgeführt.

Ein Eisenring wird mit einem Schrumpfsitz an dem Plat­ tenelement befestigt.

2) Kleben

Ein Dübel bzw. Einpaßvorsprung des Düsenelements wird un­ ter Verwendung des Klebstoffs in eine Einbuchtung des Plat­ tenelements eingeklebt.

In dem oben genannten Klebeschritt werden das Plattenele­ ment und das Düsenelement zusammengeklebt, während die beiden unter Verwendung einer fixierenden Spannvorrichtung in einer vorgeschriebenen Lage zueinander gehalten werden.

3) Trocknen

Trocknen bei 200°C oder weniger für 24 Stunden oder mehr.

4) Einsetzen

Es wird Mörtel verwendet und der Ring und die Hülse werden festgesetzt.

Wenn notwendig, wird die Hülse an einer oberen Oberflä­ chenpartie verschweißt.

5) Trocknen

Trocknen bei 50-70°C für 12 Stunden oder mehr.

6) Aufbringen eines Beschichtungsmittels

Es wurde ein Stranggußtest für eine dünne Bramme durchge­ führt unter Verwendung der integrierten SEN der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie des als Stand der Technik beschriebenen Typs 2.

Im Ergebnis traten insbesondere bei der integrierten Düse aus Fig. 2 bei einer guten Stahlqualität keine Probleme auf. Bei der integrierten Düse nach Fig. 3 hat sich ein leichter Zwischenraum gebildet und es wurde ein leichter Sickerverlust von Stahl durch ein Eindringen der Stahlschmelze dahinein beob­ achtet, was vermutlich auf die Oxidation des Klebstoffes zu­ rückzuführen ist.

Im Gegensatz dazu beobachtete man bei der integrierten SEN zum Gießen von dünnen Brammen, die nach dem konventionellen Verfahren Typ 2 hergestellt wurde, einen Sickerverlust des Stahls durch Eindringen der Stahlschmelze zwischen die untere Platte und die SEN und das Entstehen von Nadellöchern, was ver­ mutlich auf das Ansaugen von Luft durch die Gleitflächen zu­ rückzuführen ist.

Fig. 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele dieser Erfindung. Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 5 ist dem Ausfüh­ rungsbeispiel aus Fig. 2 ähnlich außer der Tatsache, daß an der Außenseite des Düsenelements 11 vier kleine Löcher bzw. Vertie­ fungen 31 ausgebildet sind und daß die Hülse 19 vier kleine Lö­ cher 31 aufweist, die hinsichtlich ihrer Lage und Größe denen in dem Düsenelement 11 entsprechen. Das Plattenelement 12 und das Düsenelement 11 sind mit Hilfe eines organischen Klebstoffs zusammengeklebt und anschließend wurde die Hülse 19 daran befe­ stigt. Danach wurden Stifte 32 aus demselben Metall wie das der Hülse in die kleinen Löcher 31 des Düsenelements 11 einge­ steckt, wo etwas Mörtel 14 verblieb. Schließlich wurden die Stifte 32 an der Hülse 19 durch Schweißen befestigt.

Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 ist bis auf das Mittel zum mechanischen Verbinden oder Zusammenfügen dem Ausführungs­ beispiel aus Fig. 5 ähnlich. In Fig. 6 werden als mechanisches Verbindungsmittel keine Stifte verwendet, sondern es wurde ein Abschnitt 35 mit einem großen Durchmesser an dem oberen Ende des Düsenelements 11 selbst ausgebildet. Der Durchmesser dieses Abschnitts 35 ist soweit vergrößert, daß er größer ist als der Durchmesser des Düsenkörperabschnittes in der Hülse 19, wodurch die beiden mechanisch, insbesondere in der Art eines Form­ schlusses zwischen Düsenkörper und Hülse verbunden werden kön­ nen.

In dem Fall, daß man die oben genannte mechanische Verbin­ dung mit der Klebebindung kombiniert, kann man die sogenannten Fall-Down-Probleme (ein Herunterfallen) selbst dann vermeiden, wenn das Klebemittel mit der Stahlschmelze zufällig in Kontakt kommt.

Beispiele 1 bis 11

Um die Haltekraft des in dieser Erfindung verwendeten or­ ganischen Klebstoffs zu bestimmen, wurden Klebstoffe der in Ta­ belle 1 gezeigten Beispiele zubereitet. Es wurden Klebetests für Proben durchgeführt, die aus einem Aluminium-Kohlenstoff­ material für das Plattenelement, einem Aluminium-Graphit­ material für das Düsenelement, einem Zirkonerde-Kohlenstoff­ material für das Plattenelement und einem feuerfesten Zirkoner­ de-Graphitmaterial für das Düsenelement geschnitten wurden. Das Testverfahren ist in Fig. 4 gezeigt.

Eine Probe 2 besteht aus einem rechteckförmigen Material mit einem Querschnitt von 25 × 25 mm und jedes Klebemittel der Tabelle 1 wurde auf die 25 × 25 mm Oberfläche aufgetragen, um die beiden Proben miteinander zu verbinden, gefolgt von einem Aushärten bei 200°C. Die Dicke der Klebeschicht 1 wurde auf 0,5 mm oder weniger eingestellt. Anschließend wurde auf die Proben, die mit einer Spannweite von 75 mm abgestützt waren, eine Kraft mit einer maximalen Quergeschwindigkeit von 1 mm/min ausgeübt, um die Verbundkraft des Klebstoffs zu bestimmen.

Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Zum Vergleich wurde derselbe Klebetest unter Verwendung von Klebstoffen der in Tabelle 2 gezeigten Vergleichsbeispiele 1 bis 11 durchgeführt. Bei den Vergleichsbeispielen 10 und 11 wurde derselbe Test unter Verwendung von Mörtel durchgeführt.

Es wurde folglich bestätigt, daß man bei den Beispielen 1 bis 11 dieser Erfindung ausreichende Klebeeigenschaften errei­ chen kann im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen 1 bis 11.

In der Spalte der für die Messung der Klebefestigkeit ver­ wendeten Materialien in den Tabellen bedeutet AC-AG eine Klebe­ verbindung von Aluminiumoxid-Kohlenstoffmaterial mit Aluminiu­ moxid-Graphitmaterial und ZC-ZG bedeutet eine Klebeverbindung von Zirkonerde-Kohlenstoffmaterial mit Zirkonerde-Graphitmate­ rial.

Beispiel 12

Unter Verwendung eines Platten- und Düsenmaterials mit den Eigenschaften aus Tabelle 3 wurde eine SEN zum Gießen von dün­ nen Brammen entsprechend Fig. 1 hergestellt. Die Spitzenpartie der Düse wurde aus demselben Material hergestellt wie der Dü­ senkörper.

Es wurde der organische Klebstoff von Beispiel 3 aus Ta­ belle 1 verwendet.

Die Dicke der Klebeverbindung wurde auf 0,5 mm oder weni­ ger eingestellt und es wurde ein Trocknungsvorgang bei 150°C für 3 Stunden durchgeführt, wobei eine Spannvorrichtung zum vertikalen Festhalten der Platte und der Düse festgespannt blieb und anschließend wurde bestätigt, daß der vertikale Schlupf nach dem Aushärten des Klebers innerhalb eines Schlup­ fes von 0,1 bis 0,2% der maximalen Länge der Düse entlang der vertikalen Mittellinie lag.

Da die Verbindung im Vergleich mit Mörtel sehr dünn einge­ stellt werden kann, kann man die Genauigkeit der vertikalen Ab­ messungen mit hoher Zufriedenheit steuern.

Die integrierte SEN dieser Erfindung hat insbesondere eine hohe Genauigkeit, eine hohe Festigkeit und ebenso eine hohe Wi­ derstandskraft gegen Abbröckeln und ist geeignet als Düse für eine dünne Bramme. Die Verwendung der integrierten SEN dieser Erfindung ermöglicht ein sanftes Ersetzen der Düse, ohne den Gießvorgang für die dünne Bramme zu unterbrechen. Da es dabei keine Schwierigkeiten durch einen Lufteintritt oder ein Einfüh­ ren von gemahlenem Metall gibt, wird der Qualitätsverlust in dem Verbindungsteil eines Stahlstückes minimiert. Es werden zu­ friedenstellende Gußstücke erreicht und ebenso kann ein stabi­ ler Betrieb sichergestellt und erhalten werden.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt. Z.B. kann man die Form, die Trocknungstemperatur und -zeit und ähnliches des Plattenele­ ments zu optimalen Werten hin verändern.

Die Erfindung ist außerdem nicht auf die Ausführungsbei­ spiele eines Stranggusses von dünnen Brammen beschränkt. Im Rahmen dieser Erfindung liegen alle Ausführungsbeispiele, bei denen eine integrierte Tauchdüse für Gußzwecke konstruiert wird, sofern die Düse eine flache Spitze aufweist. Die Düse kann natürlich auch verwendet werden zum Gießen von anderen Elementen.

Tabelle 3

Claims (10)

1. Integrierte Tauchöffnungsdüse (10) zum Stranggießen, mit einem Plattenelement (12), das einer unteren Platte einer Gleitöffnung entspricht, und einem Düsenelement (11) mit einem flachen Durchgangsabschnitt für eine Stahlschmelze in wenig­ stens dem Bereich einer Spitze (15) des Düsenelements (11), die in die Stahlschmelze eingetaucht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elemente (11, 12) unter Verwendung eines organi­ schen Klebemittels (16) miteinander integriert sind.

2. Tauchöffnungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tauchöffnungsdüse (10) zum Stranggießen von dünnen Brammen verwendbar ist.

3. Tauchöffnungsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein feuerfester Ring (28) in der Weise an­ geordnet ist, daß er die Innenseite der Klebeverbindungspartie zwischen dem Plattenelement (12) und dem Düsenelement (11) überdeckt.

4. Tauchöffnungsdüse nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Klebemittel (16) hergestellt ist aus 10-30 Gew.-% einer Lösung aus einem reso­ lartigen, wärmeaushärtenden Phenolharz und Alkohol, hergestellt mit einem zweiwertigen Metallsalz als Katalysator, 2-10 Gew.-% wenigstens eines Pulvers, ausgewählt aus Metall- Aluminiumpulver, einem Pulver aus einer Aluminium- Magnesiumlegierung und einem Pulver aus einer Aluminium- Siliziumlegierung, und 60-88 Gew.-% eines feuerfesten Materi­ als.

5. Tauchöffnungsdüse nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die maximale Partikelgröße des feuerfesten Mate­ rials, des Metall-Aluminiumpulvers, des Pulvers aus einer Alu­ minium-Magnesiumlegierung und des Pulvers aus der Aluminium- Siliziumlegierung 0,5 mm oder weniger beträgt.

6. Tauchöffnungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (19) in einer derartigen Weise angeordnet ist, daß sie wenigstens die Außenfläche der Klebeverbindungspartie (16) zwischen dem Plattenelement (12) und dem Düsenelement (11) überdeckt.

7. Tauchöffnungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenelement (12) und das Dü­ senelement (11) zusätzlich durch mechanische Verbindungsmittel (31-33; 35, 19) miteinander verbunden sind.

8. Tauchöffnungsdüse nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mechanische Verbindungsmittel (31-33) eine Mehrzahl von Stiften (32) zum mittel- oder unmittelbaren Ver­ binden des Plattenelements (12) und des Düsenelements (11) an einer Vielzahl von Punkten entlang eines Umfangsabschnitts des Düsenelementes (11) beinhaltet.

9. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Tauch­ öffnungsdüse zum Stranggießen von dünnen Brammen, wobei ein Plattenelement (12) und ein Düsenelement (11) getrennt von ein­ ander geformt, vorzugsweise gebacken oder gebrannt, und an­ schließend miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeich­ net, daß das Düsenelement (11) wenigstens an einem Ende mit ei­ nem flachen Durchgangsabschnitt für eine Stahlschmelze versehen wird, daß die Elemente (11, 12) unter Verwendung eines organi­ schen Klebemittels (16) miteinander verklebt werden, und daß ein feuerfester Ring (28) in einer derartigen Weise vorgesehen wird, daß er die Innenseite der Klebeverbindungspartie über­ deckt.

10. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Tauch­ öffnungsdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Klebemittel (16) hergestellt ist aus 10-30 Gew.-% einer Lösung aus einem resolartigen, wärmeaushärtenden Phenol­ harz und Alkohol, hergestellt mit einem zweiwertigen Metallsalz als Katalysator, 2-10 Gew.-% von wenigstens einem Pulver, ausgewählt aus Metall-Aluminiumpulver, einem Pulver aus einer Aluminium-Magnesiumlegierung und einem Pulver aus einer Alumi­ nium-Siliziumlegierung, und 60-88 Gew.-% eines feuerfesten Materials.