DE19818028C2 - Integrierter Tauchausguß und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Integrierter Tauchausguß und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen integrierten Tauchausguß
(nachstehend auch Tauchöffnungsdüse oder SEN, "Submerged Entry
Nozzle", genannt) zum Stranggießen und insbesondere zum Strang
gießen von dünnen Brammen sowie ein Verfahren zu seiner Her
stellung.
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 einzusetzen,
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.
Aus der JP-A-4-300 982 bzw. dem dazugehörigen Abstract
163C1034 ist eine feuerfeste Klebstoffverbindung bekannt, um
einen kohlenstoffenthaltenden feuerfesten Gegenstand wie einen
Tauchausguß zum kontinuierlichen Gießen von Stahl zu kleben.
Die Verbindung wird hergestellt, indem eine Lösung eines reso
lartigen, wärmeaushärtenden Phenolharzes mit 10-25 Gew.-% in
Alkohol gemischt wird mit 1-5 Gew.-% eines wärmeaushärtenden
Phenolharzpulvers und mit einem feuerfesten Material wie Al2O3.
Ferner können ein Pulver aus einer AlMg-Legierung oder metalli
sches Al-Pulver eingemischt werden.
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 der
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 Abbrökeln
sein.
Eine SEN, die die verschiedenen Anforderungen beim Strang
gießen von dünnen Brammen erfüllt, existiert bis jetzt nicht.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen integrierten
Tauchausguß (SEN) anzugeben, der einen flachen Spitzenabschnitt
aufweist, so daß die Form der Stahlschmelzenausflußöffnung des
Ausgusses (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, wirk
sam zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfah
ren zum Herstellen eines integrierten Tauchausgusses (SEN) an
zugeben, bei dem ein Plattenelement und ein Düsenelement ge
trennt hergestellt und anschließend mit Hilfe eines organischen
Klebstoffs so miteinander verbunden werden können, daß sie die
verschiedenen Eigenschaften wie eine hohe Genauigkeit, eine ho
he Festigkeit und eine ausgezeichnete Widerstandskraft gegen
Abbröckeln aufweisen, wodurch die Ausgüsse (Düsen) beim Strang
gießen von dünnen Brammen sanft ersetzt werden können, ohne den
Gießvorgang zu unterbrechen, so daß die oben genannten Probleme
des Standes der Technik gelöst werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1
bis 9 gelöst.
Durch das Zusammenfügen bzw. Integrieren der beiden
Elemente 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 Ätherzusammensetzung
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 nachteilig
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 Aluminiu
moxid, 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. 18 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.
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.
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.
Trocknen bei 200°C oder weniger für 24 Stunden oder mehr.
Es wird Mörtel verwendet und der Ring und die Hülse werden
festgesetzt.
Wenn notwendig, wird die Hülse an einer oberen Oberflä
chenpartie verschweißt.
Trocknen bei 50-70°C für 12 Stunden oder mehr.
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 Formschlusses
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.
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.
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.
Claims (10)
1. Integrierter Tauchausguß (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, wobei die beiden Elemen
te (11, 12) unter Verwendung eines organischen Klebemittels
(16) miteinander integriert sind.
2. Tauchausguß nach Anspruch 1, wobei der Tauchausguß
(10) zum Stranggießen von dünnen Brammen verwendbar ist.
3. Tauchausguß nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein feuer
fester Ring (28) in der Weise angeordnet ist, daß er die Innen
seite der Klebeverbindungspartie zwischen dem Plattenelement
(12) und dem Düsenelement (11) überdeckt.
4. Tauchausguß nach einem der Ansprüche 1-3, wobei
das organische Klebemittel (16) hergestellt ist aus 10-30 Gew.-%
einer Lösung aus einem resolartigen, wärmeaushärtenden
Phenolharz und Alkohol, hergestellt mit einem zweiwertigen Me
tallsalz als Katalysator, 2-10 Gew.-% wenigstens eines Pul
vers, ausgewählt aus Metall-Aluminiumpulver, einem Pulver aus
einer Aluminium-Magnesiumlegierung und einem Pulver aus einer
Aluminium-Siliziumlegierung, und 60-88 Gew.-% eines feuerfe
sten Materials.
5. Tauchausguß nach Anspruch 4, wobei die maximale Par
tikelgröße des feuerfesten Materials, des Metall-
Aluminiumpulvers, des Pulvers aus einer Aluminium-
Magnesiumlegierung und des Pulvers aus der Aluminium-
Siliziumlegierung 0,5 mm oder weniger beträgt.
6. Tauchausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
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. Tauchausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
das Plattenelement (12) und das Düsenelement (11) zusätzlich
durch mechanische Verbindungsmittel (31-33; 35, 19) miteinander
verbunden sind.
8. Tauchausguß nach Anspruch 7, wobei das mechanische
Verbindungsmittel (31-33) eine Mehrzahl von Stiften (32) zum
mittel- oder unmittelbaren Verbinden des Plattenelements (12)
und des Düsenelements (11) an einer Vielzahl von Punkten ent
lang eines Umfangsabschnitts des Düsenelementes (11) beinhal
tet.
9. Verfahren zum Herstellen eines integrierten Tauch
ausgusses zum Stranggießen von dünnen Brammen, wobei ein Plat
tenelement (12) und ein Düsenelement (11) getrennt von einander
geformt, vorzugsweise gebacken oder gebrannt, und anschließend
miteinander verbunden werden, wobei das Düsenelement (11) we
nigstens an einem Ende mit einem flachen Durchgangsabschnitt
für eine Stahlschmelze versehen wird, wobei die Elemente (11,
12) unter Verwendung eines organischen Klebemittels (16) mit
einander verklebt werden, und wobei ein feuerfester Ring (28)
in einer derartigen Weise vorgesehen wird, daß er die Innensei
te der Klebeverbindungspartie überdeckt.
10. Verfahren zum Herstellen eines integrierten Tauch
ausgusses nach Anspruch 9, wobei das organische Klebemittel
(16) hergestellt ist aus 10-30 Gew.-% einer Lösung aus einem
resolartigen, wärmeaushärtenden Phenolharz und Alkohol, herge
stellt mit einem zweiwertigen Metallsalz als Katalysator,
2-10 Gew.-% von wenigstens einem Pulver, ausgewählt aus Me
tall-Aluminiumpulver, einem Pulver aus einer Aluminium-Magne
siumlegierung und einem Pulver aus einer Aluminium-Silizium
legierung, und 60-88 Gew.-% eines feuerfesten Materials.
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