DE2009248C

DE2009248C - Schlichte fur Kokillen insbesondere zur Vermeidung von Erosion an Bodenplatten und Gespannen auf der Basis eines feuer festen Materials und eines Alkahorthophos phatbinders

Info

Publication number: DE2009248C
Authority: DE
Inventors: Joseph William Totley Shef field Cudby (Großbritannien)
Original assignee: Kmgscliffe Super Refractories Ltd , Beauchief, Sheffield (Großbn tanmen)
Publication date: 1972-08-03

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlichte für Kokillen nicht unterschritten werden darf, wenn eine ausinsbesondere zur Vermeidung von Erosion an Boden- reichende Bindung der Schlichte gewährleistet sein platten und Gespannen auf der Basis eines feuer- soll.

festen Materials und eines Alkaliorthophosphat- Bei der Anwendung für die Bindemittel von

binders. 5 Schlichten werden die Orthophosphate gegenüber

Aus der USA.-Patentschrift 2426988 ist es be- den Metaphcsphaten zunächst aus wirtschaftlichen kannt, eine Schlichte der eingangs definierten Art Gründen vorgezogen, da Orthophosphate wesentlich für die Gießformen beim Leichtmetallguß zu verwen- billiger sind. Weiterhin lassen sich die Metaphosphate den, bei denen Natriumorthophosphat als Binder an- auf Grund ihrer geringen Stabilität sehr schlecht lagewandt wird. In der USA.-Patentschrift 2 879 169 io gern, wenn sie einmal mit einem Füllstoff gemischt ist eine zum Guß von Nichteisenmetallen bestimmte sind, dann nämlich wird die Schlichte sehr zähflüssig Schlichte beschrieben, die aus ungefähr 95 bis 80 Ge- und kann folglich nicht mehr mittels eines der bewichtsprozent Pottasche und ungefähr 5 bis 20 Ge- kannten Verfahren auf dre Gießformteile aufgewichtsprozent eines Orthophosphates besteht, das aus sprüht werden. Folglich sind nur frisch zubereitete der Gruppe Kalziumorthophosphat, Natriumortho- 15 Mischungen als Schlichte geeignet und eine Vorratphosphat, Kaliumorthophosphat, Kalzium-Kalium- haltung nicht möglich. Der Grund für die höheren orthophosphat gewählt werden soll. Weiterhin ist Kosten liegt darin, daß Metaphosphate sehr viel noch in der USA.-Patentschrift 2 618 530 eine Alkali- schwieriger herzustellen sind und das Enderzeugnis metallphosphatschlichle erwähnt, die durch eine wesentlich unstabiler als die Orthophosphate ist. leichte Entfernbarkeit des Schlichtüberzuges nach so Obwohl in den oben beschriebenen bekannten dem Gebrauch gekennzeichnet sein soll. Zu diesem Schlichten die Verwendung von Alkalimetallen für Zwecke besteht die hier beschriebene Schlichte aus das Bindemittel erwähnt ist, hat sich die Fachwelt der Kombination löslicher Metalltetraborate mit wie auch in den obenerwähnten USA.-Patentschriften Orthoborsäure und mit löslichen Metallmeta-, Pyro-, beschriebenen Beispiele zeigen, darauf beschränkt, Ortho-Phosphaten mit Orthophosphorborsäure als as Natrium und Kalium zu diesem Zwecke heranzu-Binder, wobei diese Schlichte vorzugsweise für den ziehen. Bei allen bekannten Schlichten waren die Aluminium- und Magnesiumguß geeignet sein soll. Alkalimetalle Lithium, Caesium, Rubidium, Francium Die praktischen Ausführungsbeispiele in diesen drei ausgeschlossen.

Patentschriften zeigen insbesondere, daß man bisher Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erausschließlich als Alkalimetalle in Alkalimetallphos- 30 kenntnis, daß das Element Lithium in dem Bindephatschlichten die Elemente Natrium und Kalium mittel von Schlichten der eingangs beschriebenen Art gewählt hat, die auch die in der USA.-Patentschrift ausgesprochen wünschenswerte und nicht vorherseh-2 426 988 gestellte Bedingung erfüllen, daß ein Al- bare Wirkungen hat.

kalimetall eines Atomgewichtes zwischen 20 und 40 Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die

verwendet werden soll. 35 Nachteile bekannter Schlichten zu vermeiden und

Da sich diese bekannten Schlichten allgemein auf eine Schlichte zu schaffen, die durch eine ausgesprodas technische Gebiet des Gießens von Nichteisen- chen geringe Löslichkeit durch heißes Wasser, eine bzw. Leichtmetallen bezieht, sind an derartige große mechanische Festigkeit, eine gute Bindung und Schlichten bezüglich dei Widerstandsfähigkeit gegen eine Beständigkeit gegen hohe Temperaturen gekennhöhere Temperaturen, wie sie beispielsweise bei Stahl- 40 zeichnet ist, wobei gleichzeitig der Auftrag in einem guß auftreten, keine hohen Anforderungen gestellt. zu niedrigeren Temperaturen im Vergleich mit be-Wie später noch an Hand von Vergleichsversuchen kannten Schlichten vergrößerten Temperaturbereich gezeigt wird, weisen die bekannten Schlichten eine unter Gewährleistung einer ausreichenden Bindung sehr geringe Beständigkeit gegenüber kochendem möglich sein soll.

Wasser auf, wie dies beispielsweise bei wassergekühl- 45 Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ten oder mit Wasser abgesprühten Gießformen auf- bei einer Schlichte für Kokillen auf der Basis eines treten kann, sondern werden leicht gelöst und abge- feuerfesten Materials und eines Alkaliorthophosphatwaschen, was diese Schlichten in vielen Fällen ledig- binders im wesentlichen dadurch gelöst, daß das lieh zum einmaligen Gebrauch geeignet macht. Wei- Bindemittel Lithium enthält.

terhin müssen bei bekannten Schlichten zur Erzie- 50 In vorteilhafter Weise kann das Bindemittel weiterlung einer ausreichenden Bindung der bekannten hin noch Natrium und Kalium enthalten, wobei ein Binder mit den feuerfesten Füllstoffen bzw. den Wan- bevorzugtes Mengenverhältnis derart ist, daß das düngen der Gießform wesentlich höhere Tempera- Bindemittel Lithium, Natrium und Kalium im MoIeturen angewendet werden, was in der Gießereipraxis kularverhältnis 2:1:1 enthält, bedeutet, daß die Formen nach oder vor Auftrag der 55 Vorzugsweise kann das Bindemittel eine Alkalibekannten Schlichten auf höhere Temperaturen er- metall-Dihydrogen-Orthophosphat-Lösung sein, und hitzt werden müssen, wodurch wiederum Zeitaufwand als feuerfestes Material in Pulverform kommen ge- und Wärmekosten ungünstig beeinflußt werden. Bei schmolzenes Aluminiumoxyd, gesintertes Aluminiumder bekannten Ausnutzung der Resthitzen der Gieß- oxyd, geschmolzene MuIHt, gesinterter Mullit, geformen zum Auftrag der Schlichte, bei der die 60 brannter Bauxit oder Rohkyanit zur Anwendung. Kostengesichtspunkte nicht relevant sind, ergeben Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann das

sich aus den notwendigen höheren Temperaturen, die feuerfeste Pulver auch noch andere Füllstoffe entauf jeden Fall weit über 200° C liegen und bis zu halten.

800" C erreichen können, Nachteile bezüglich der Weitere bevorzugte Zusammensetzungen der erfin-

Arbeitsbedingungen der mit dem Schlichtuuftrag Be- 65 dungsgemäßen Schlichte sind in den Unter-Nchäftigten. Gleichfalls wird bei den bekannten ansprächen 7 bis 10 gekennzeichnet. Schlichten ;ils Nachteil empfunden, daß ein relativ Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß

cnuer Temperaturbereich abgepaßt werden muß und sich eine derartige Sehlichte auf die zu schützende

Oberfläche bei einer Temperatur von 200 bis 600° C auftragen läßt und hierbei eine ausreichende Bindung erzielt wird. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Schlichte nach dem Abbinden, wie im folgenden an Hand einiger Versuchsergebnisse und praktischer Ausführungsbeispiele näher erläutert wird, in heißem Wasser praktisch unlöslich, wodurch sich diese Schlichte in Verbindung mit wassergekühlten Formen anwenden läßt. Weiterhin ist nach dem Abbinden die mechanische Festigkeit und die Beständigkeit selbst bei hohen Temperaturen ausgesprochen gut, so daß sie zur Verwendung beim Stahlguß geeignet ist und weiterhin ein mehrfaches Verwanden der Gießformen möglich ist, ohne daß der Schlichteüberzug erneuert werden muß.

Die feuerfesten Pulver können Stoffe hoher Reinheit sein, 2. B. geschmolzenes Aluminiumoxyd, gesintertes Aluminiumoxyd (Tonerde), geschmolzener Mullit, gesinterter Mullit, gebrannter Bauxit und Rohkyanit. Diese Stoffe können allein oder in Verbindung mit anderen besonders hitzebeständigen Füllstoffen in rohem, gebranntem, gesintertem oder geschmolzenem Zustand benutzt werden, z. B. Kieselerde, Magnesiumsilikate, Magnesia, Zirkon, Zirkonerde, Chromoxyd, Aluminiumoxyd, Alumini-Silikate wie Sillimanit, Andalusit, Kyanit, Porzellanerde, Töpferton, Feuerton, Graphit, und andere Arten von Kohlenstoff, Eisenoxyd, Titansäure und auch synthetische (künstliche) aus Kombinationen dieser Verbindungen erzeugte Spinelle. ·

Als geeignete Mengenverhältnisse (sämtlich nach Gewicht) können von 5 bis 95 °/o für das hitzebeständige Pulver von 1 bis 50% für die Lösung und von 0,5 bis 5O°/o für Wasser gewählt werden.

Zur Untersuchung des Einflusses des Lithiumg^haltes in dem Bindemittel auf die hydrolythische Festigkeit, d. h. die Löslichkeit in kochendem Wasser, wurden zunächst Vergleichsversuche durchgeführt, wobei folgende Bindemittel Verwendung fanden.

40

1. Handelsübliches Natriumorthophosphat,

2. gemischtes Alkalimetall-Dihydrogen-Orthophosphat mit einem Gehalt an Lithium, Natrium und Kalium im Molekularverhältnis von 2:1:1,

3. im Labor hergestelltes Orthophosphat mit einem Gehalt von Natrium und Kalium im Molekularverhältnis von 1:1,

4. im Labor hergestelltes Orthophosphat mit einem Gehalt von Natrium und Kalium im Molekularverhältnis von 1:1, wobei veränderliche Lithiumgehalte von 27, '9 und 5 °/o der gesamten Metallionen zur Anwendung kamen, wobei sich folgende Zusammensetzungen ergeben

55

60

Die Orthophosphalbinder wurden mit geschmolzenem Aluminiumoxydpulver gemischt, wobei ein Gewichtsverhältnis von 80°/o Aluminiumoxydpulver zu 20 Gewichtsprozent Orthophosphat zur Anwendung kam. Die dadurch hergestellten Schlichten wurden im Parallelversuch auf 200, 300 und 400° C erhitzt uml anschließend in kochendes Wasser eingebracht. Es wurde folgendes Ergebnis erzielt:

Lithium (⁰M	Natrium (»/0)	Kalium (°/o)
27 9 5	36,5 45,5 47,5	36,5 45,5 47,5

1. Die Schlichte unter Verwendung des Bindemittels nach erstens verblieb in Wasser vollständig löslich nach Erhitzen auf 200 und 300° C und blieb nach Erhitzen auf 400° C teilweise löslich.

2. Die Schlichte unter Verwendung des Bindemittels gemäß zweitens war nach Erhitzen auf 200° C weniger als 40% löslich, nach Erhitzen auf 300° C 20% löslich und nach Erhitzen auf 400° C vollständig löslich.

3. Die das Bindemittel (3) enthaltende Mischung war ungefähr 50% löslich nach Erhitzen auf 200° C, 28% löslich nach Erhitzen auf 300° C und teilweise löslich nach Erhitzen auf 400° C.

4. Aus der Versuchsreihe gemäß viertens ergab sich, daß die Unlöslichkeit mit dem Lithiumgehalt zunimmt.

Die verschiedenen Löslichkeiten wurden dadurch ermittelt, daß eine Probe der Schlichte jeweils in eine poröse Form gegossen wurde und ein zylindrisches Versuchsstück hergestellt wurde. Jedes dieser Versuchsstücke wurde in einem Ofen bei den verschiedenen Temperaturen gebacken und anschließend 2 Stunden lang in kochendes Wasser eingetaucht und nach Entfernen bei 110° C getrocknet. Anschließend wurden die Versuchsstücke gewogen und der Gewichtsverlust, bezogen auf das Ausgangsgewicht, als prozentuale Löslichkeit erfaßt.

Es wurde der Einfluß der Anwesenheit von Lithium auf den Erweichungspunkt des Alkaliphosphatbinders unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schlichte dec Zusammensetzung 2, der bekannten Schlichte der Zusammensetzung 1 und einer Schlichte, bei der der Na-Gehalt durch K ersetzt wurde. Die Bindemittel wurden gesondert erhitzt und die folgenden Erweichungspunkte ermittelt:

1. Bindemittel gemäß 1 800° C

2. Bindemittel gemäß 3 630° C

3. Bindemittel gemäß 2 Streubereich

200 bis 300^ü C

Diese Versuche zeigen, daß zur Erzielung einer ausreichenden Bindung der bekannten Binder mit dem Aluminiumoxyd wesentlich höhere Temperaturen notwendig sind, was in der Gießereipraxis bedeutet, daß die Formen nach oder vor Auftrag der bekannten Schlichten auf höhere Temperaturen erhitzt werden müssen, wodurch wiederum Zeitaufwand und Wärmekosten ungünstig beeinflußt werden. Bei Ausnutzung der Resthitzen der Gießformen, bei der die Kostengesichtspunkte nicht relevant sind, ergeben sich aus den notwendigen höheren Temperaturen Nachteile bezüglich der Arbeitsbedingungen der mit dem Schlichtauftrag Beschäftigten und aus dem relativ engen Temperaturbereich, der abgepaßt werden muß und nicht unterschritten werden darf, wenn eine ausreichende Bindung der Schlichte gewährleistet sein soll. Demgegenüber ist der mögliche Temperaturbereich bei der erfindungsgemäßen Schlichte 3 nach unten bis auf 200° C verlängert, wodurch sämtliche erwähnten Nachteile vermieden werden. Gleichzeitig ist bei derartig niedrigen Temperaturen durch Reaktion des Binders mit dem geschmolzenen Aluminiumoxyd erzielte Überzug mechanisch fest, in Wasser unlöslich und überraschenderweise bei typischen Gießtemperuturen von Metallen von ungefähr 1600'C thermisch stabil und fest.

Vorzugsweise wird die Schlichte nach den folgenden Beispielen (Gewichtsprozent) hergestellt.

Beispiel 1

Geschmolzenes Aluminiumoxyd von 99%
Reinheit einer Siebfeinheit von 97 (bezogen auf Prüfsieb Nr. 100 DIN 1171) 75%

Gemischte Alkalimetall-Dihydrogen-Orthophosphat-Lösung, die Lithium, Natrium
und Kalium im Molekularverhältnis von
2:1:1 enthält 20%

Wasser 5%

Verschiedene feuerfeste, Glas- oder andere Fasern einschließlich Aluminsisnsüikate können den feuerfesten Pulvern oder Füllstoffen beigemischt werden; geringe Zusätze von z. B. 0,10 bis 10% verleihen der Schlichte durch die ineinandergreifende Faserstruktur vermehrte Festigkeit und Zähigkeit. Fasern bis zu mm Länge werden für die Sprühmiwendung vorgezogen, doch können für andere Anwendungsarten auch längere Fasern bis zu 10 mm benutzt werden.

Der Feinheitsgrad ist nicht von ausschlaggebender Bedeutung, aber ein zu feines Pulver kann gewisse Nachteile mit sich bringen.

Beispiel 2

Wie Beispiel 1, außer daß in jedem Fall das 75% geschmolzene Aluminiumoxyd durch 10% geschmolzenes Aluminiumoxyd, 35% Rohkyanil und 30% Feuerton ersetzt wird.

Bei diesen Beispielen ist das erfindungsgemäße Mittel für die Anwendung auf Oberflächen durch Sprühen oder irgendeine andere Art von Aufbringung geeignet. Eine Reaktion zwischen der Lösung und dem pulverisierten feuerfesten Stoff tritt ein, wenn die beiden zusammen bei Temperaturen zwischen 200 und 400° C erhitzt werden. Das Verhältnis der Reaktion hängt von der Temperatur und dem angewandten feuerfesten Stoff ab. Der Schmelzfluß bei niedriger Temperatur ist im wesentlichen auf das Vorhandensein von Lithium zurückzuführen.

Im allgemeinen haben Versuche gezeigt, daß — wenn die Lösung und ,der pulverisierte, feuerfeste Stoff auf die zu schützende Oberfläche aufgebracht werden — der sich daraus ergebende Überzug die folgenden Eigenschaften und Vorteile besitzt:

(1) Es ist nur eine Alkalimetall-Orlhophosphal-Lösung notwendig, um ein Bindemittel zu schaffen, das innerhalb einer ganzen Temperaturskala arbeitet und einen Überzug hoher mechanischer Festigkeit und Haftung bei niedrigen, mittleren und hohen Temperaturen, wie 200, 800 bis 1000 und 1400 bis 1600° C, schafft.

(2) Die Mischung besitzt ausgezeichnete Volumbeständigkeit und ist in beiden angewandten Temperaturbereichen frei von Schrumpfrissen nämlich bei Temperaturen von 200 bis 600° C und auch bei mittleren und höheren Temperaturen, wie schon oben ausgeführt.

(3) Die Fließfähigkeit der wäßrigen Lösungen ist derart, daß die Mischung sehr leicht auf die

. Oberflächen aufgebracht werden kann. Zusätze allgemein bekannter Suspensionshilfen wie Natriumginate. Methylzellulose u. ä. können angewandt werden.

(4) Der Überzug zeigt eine große hydrolytische Festigkeit und wird auch nicht in kochendem 6» Wasser zeislüit. Diese hydrolytische Festigkeit ist besonders Ihm (ließformen von Nutzen, bei denen die Form, die Bodenplatten und die Gespanne olt (Imcli Wasseiberieseluiii; gekühlt werden. (15

(5) DaiuMhiiftei und erosionssicheier Überzug für Bodenplatten aus l-.isen um\ <iießl'ormen und :ιιιι·1ι üii liMirilr'.h¹ Auskleidungen n. ii.

Claims

Patentansprüche:

1. Schlichte für Kokillen insbesondere zur Vermeidung von Erosion an Bodenplatten und Gespannen auf der Basis eines feuerfesten Materials und eines Alkaliorthophosphatbinders, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Lithium enthält.

2. Schlichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel auch Natrium und Kalium enthält.

3. Schlichte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Lithium, Natrium und Kalium im Molekularverhällnis 2; 1:1 enthält.

4. Schlichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel eine Alkalimetall-Dihydrogen-Orthophosphatlösung ist.

5. Schlichte nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material in Pulverform aus einer Gruppe von geschmolzenem Aluminiumoxyd, gesintertem Aluminiumoxyd, geschmolzenem Mullit, gesintertem MuIHt, gebranntem Bauxit oder Rohkyanit ausgewählt ist.

6. Schlichte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Pulver auch andere Füllstoffe enthält.

7. Schlichte nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlichte (nach Gewicht) von 5 bis 95 % hitzebeständiges Pulver, 1 bis 50% Binder und von 0,5 bis 50% Wasser enthält.

8. Schlichte nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Zumischung von Fasern.

9. Schlichte nach den Ansprüchen 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlichte
geschmolzenes Aluminiumoxyd 75 %

gemischte Alkalimctall-Dihydrogen-Orthophosphat-Lösung mit Lithium,
Natrium und Kalium im Molekularverhältnis von 2:1:1 20%

Wasser 5 %

enthält.

10. Schlichte nach den Ansprüchen 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlichte
geschmolzenes Aluminiumoxyd 10%

Rohkyanit 35 %

Feuerton 30"Ίι

gemischte Alkaiimclall-Dihydrogen-Oithophosphal-Lösung mit Lithium.
Natrium und Kalium im Molekulnrverhällnis von 2:1:1 20%

Wasser 5 "Zn

enthält.