DE2146348A1

DE2146348A1 - Tiegeldüse

Info

Publication number: DE2146348A1
Application number: DE19712146348
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Leco Corp
Current assignee: Leco Corp
Priority date: 1971-01-21
Filing date: 1971-09-13
Publication date: 1972-08-24
Also published as: FR2122402B1; GB1334914A; US3838798A; CA976350A; ZA716010B; IT938891B; AU3361571A; FR2122402A1

Description

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I 381

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Or.-lng. HA.NS RUSCHKE Dip!.-lr.u. IT >;/ AGULAR

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Laboratory Equipment Corporation, St.Joseph/Michigan (V.St.v.A·) Tiegeldüse

Gegenstand der Erfindung ist eine verstopfungsfreie Tiegeldüse, deren Bohrung von einem Gasfilm durchlässig gehalten wird.

Bei dem kontinuierlich durchgeführten Stahlgießverfahren ist es erwünscht, den geschmolzenen Stahl in eine Gießform vom unteren Teil eines Tiegels aus durch eine Dosierungsdüse einzulassen. Die Strömungsgeschwindigkeit muss so bemessen werden, dass die Kühlkapaxität der formen und diese Einlesevorrichtung besser kontrolliert werden kann, ferner muss der Stahl genau zur Mitte der Gießform geleitet werden, um eine Turbulenz in der nähe der Seitenwandungen zu vermeiden. Ein derart genaues Einlassen des Stahls kann leicht vom Boden des Tiegels aus durchgeführt werden. Bei dem (iuss von Stahlsorten, die mit Aluminium deoxidiert werden, hat sich gezeigt, dass sloh in der Bohrung der Düse und um deren Auslastende herum Aluminiumoxid ansammelt·

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Sie Ablagerungen in der Bohrung selbst verengen diese schließlich bis zur völligen Sperrung, während die Ablagerungen um das Düsenende herum ein Abweichen der Strömung von der gewünschten Einlassbahn in die form verursachen, so dass die Wandungen dee im Innern immer noch geschmolzenen Barrens geschwächt sind, wenn dieser die form verläset,

Bei der Tiegeldüse nach der Erfindung siad Mittel vorgesehen, die an der Innenseite der Düsenbohrung ©ine f&ni eines laerten Gases erzeugen, so dass ein Absetzen von Aluminiumsohlaek® im wesentlichen vollständig vermieden wird sowohl in der Bohrung selbst als auch am Auslassende der Düse. Durch dl© Mae kanu daher mit Aluminium deoxidierter Stahl mit einer im wesentlichen konstanten Strömung zum Guß abgelassen werden. Bia ©aswand verhindert zugleich eine Erosion der Düse.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung imi ei :-t-Weiterentwicklung der in der amerikanischen patentanmsldimg 1fr· 809 723 von George S.newton offenbarten Erfindung dar miü. ist das Ergebnis eines gemeinsamen ExperimentalprogramE® mit dea genannten Erfinder.

Es wird ferner auf das amerikanische Patent Mt. 3 253 307 (erteilt am 31· Mai 1966 für Griffiths u.a.) hingewieeen, das eine Düse betrifft, die eine entfernte Ähnlichkeit mit der noch zu beschreibenden erfindungsgem&ßen Düse aufweist, sich von dieser jedoch dem Aufbau, der Funktion und dem Zweck naeh weitgehend unterscheidet.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der beiliegenden Zeichnung ist die

fig_o1 eine Seitenansicht einer Tiegeldüse nach der KrfiMuag*

fig.2 ein senkrechter Schnitt durch die in der Fig.1 dargestellte Düse und die

fig·3 ein waagerechter Schnitt nach dg-r Mnie 3-3 i<* d@? fig.1.

Wach der genannten Patentanmeldung von Newton wird mm£ öci Außenseite der Bohrung einer Tiegeldüse ein film οδβϊ ©iso Wr^" eines inerten Gases erzeugt, der (die) eine Ansammlusf m**

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Aluminiumoxid in der Bohrung und am Auslassende der Bohrung verhindert. Tiegeldüsen «erden im allgemeinen aus einem keramischen Material hergestellt, wie Zirkoniumoxid oder Zirkoniumsilikat, welches Material einen geringen Grad von Porosität aufweist. Dementsprechend wurden die Außenseiten der Düse, nicht jedoch in der Bohrung selbst mit einer nicht porösen Glasur versehen, und in die Düse wurde in Richtung der Bohrung teilweise ein Loch bis kurz vor der Bohrung gebohrt, wobei mit der Bohrung ein Gasrohr verbunden wurde, durch das dem Körper der Düse ein inertes Gas unter Druck zugeführt wurde. Diese Maßnahme hat sich als unwirksam erwiesen, da das erwünschte Gaskissen sich nur an demjenigen Teil der Bohrung bildete, der der Eintrittsstelle des Gases am nächsten gelegen ist.

Die Erfindung sieht einen Verteilungsringkörper vor, der zur Bohrung der Düse konzentrisch angeordnet ist und mit dem Gaseinlass in Verbindung steht. Wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, besteht die erfindungsgemäße Düse aus einem ziemlich flachen zylindrischen Körper 10 mit einer Abschrägung 12 am unteren Rand und mit einer sich durch die Mitte des Körpers erstreckenden axialen Bohrung H In den Körper 10 ist ein Verteilungsring konzentrisch sur Bohrung 14 eingebettet.

Dieser Ringkörper 16 ist stark porös und setzt der Gasströmung fast keinen Widerstand entgegen im Vergleich zu dem Material des Düsenkörpers· Der Ringkörper soll so bemessen werden, dass der Abstand der oberen Ebene 18 und der unteren Ebene 20 von den entsprechenden oberen und unteren Seiten des Körpers ungefähr 6,3 mm beträgt und den gleichen Abstand der Innenseite von der Bohrung 14 aufweist, Außer in der Bohrung 14 kann die Düse an allen Seiten mit einer undurchlässigen Glasur versehen werden.

In den Körper wird von der abgeschrägten Fläche eine Bohrung 24 bis zum Ringkörper 16 gebohrt und mit einem Innengewinde versehen, in das eine Gasleitung 26 eingeschraubt werden kann. Die Gasleitung ist an eine Quelle eines inerten Gases, erwünschtermauen Argon, angeschlossen, die schematisch bei 28 dargestellt ist. An einer von der Bohrung 24 um 180° versetzten Stelle an der Abschrägung kann eine sich bis zum Ringkörper erstreckende zweite Bohrung 30 vorgesehen werden, an die ein Druckmesser 32

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angeschlossen wird, mit dem der Druck im Ringkörper 16 überwacht werden kann.

Die fig»2 zeigt die in die Jiodenöffnung 34 eines Tiegels eingesetzt» Düse, welche Bodenöffnung an der Innenseite mit einer Abschrägung 38 versehen ist, die der Abschrägung 12 an der Düse entspricht·

Die genaue Ausgestaltung der Düse und die Mittel sum Hal« tern der Düse im Siegel können weitgehend verschieden sein. üir die Erfindung sind nur von Bedeutung die Bohrung 14* der die Bohrung mit geringem Abstand umgebende Ringkörper und die Mittel, mit denen dem Ringkörper ein inertes Gas unter Druck auge führt wird·

Der Düsenkörper wird aus einem keramischen Material hergestellt, das aus Zirkoniumsand und gemahlenem Zirkonium besteht, und das eine Porosität von 17 bis 18# aufweist· Diese Zusammensetzung ist für Tiegeldüsen allgemein herkömmlich und wurde bereits seit langer Zeit für die genannten Zwecke verwendet_a Diese Zusammensetzung genügt allen Anforderungen an festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und ist außerdem billig. Es können natürlich auch andere keramische Materialien verwendet werden als solche auf Zirkoniumbaeis. Pur den vorliegenden Zweck sind alle keriisiiacher. Materialien verwendbar, die die erforderliehe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und die nötige Porosität aufweisen· Die obengenannte Porosität ist für die Zusammensetzung normal und zugleich für die Erfindung von Mutzen,

Um den Gedanken der Erzeugung eines Gaskissens in der Bohrung verwirklichen zu können, musste ein ringförmiger Verteiler geschaffen werden, mit dem das Gas über die gesamte Innenseite der Bohrung gleichmäßig verteilt werden kann. Ss wurde ein hohler Verteiler in Betracht gezogen, der unter Verwendung eines verdampfbaren Kerns aus Wachs oder Eis hergestellt werden könnte· Es war jedoch sehr schwierig, das Kernmaterial durch das eine begrenzte Porosität aufweisende keramische Gemisch zu treiben und zugleich den Zusammenhang der geformten Düse im ungebrannten Zustand aufrechtzuerhalten. Weiterhin sollte die Wandung der Bohrung, oder anders ausgedrückt, die oberen, unteren und die

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inneren Wandungen der Düse, die den Verteilungsringkörper abgrenzen, möglichst dünn sein» um in der Bohrung in deren gesamter Länge eine im wesentlichen gleichmäßige Gasströmung zu erhalten· Die oberen und unteren Kanten der Bohrung weisen vom Hingkörper offenbar einen größeren Abstand auf als die in der Mitte gelegenen Teile der Bohrung, so dass eine begrenzte Wandungsstärke erforderlich ist» damit an den Enden der Bohrung ein Graskissen erzeugt werden kann· Ein leerer ringförmiger Verteiler würde zu einer Düse führen, die in gebranntem wie in ungebranntem Zustand verhältnismäßig zerbrechlich ist·

Zum Herstellen einer gewerblich verwendbaren Düse wurde aus einem feuerfesten Ziegel der Sorte K-28 ein ringförmiger Körper herausgeschnitten» Sin Teil des herkömmlichen Zirkoniumgemisches für die Düse wurde in eine Düsenform eingefüllt, und der aus dem Ziegel herausgeschnittene Ringkörper wurde auf das Düsenmater ial konzentrisch zu de» die Bohrung der Düse bildenden Stempel der For» aufgesetzt, wonach die form um den Ringkörper herum mit dem Gemisch vollständig ausgefüllt wurde. Die gepresste Düse wurde dann getrocknet und gebrannt· Hiernach wurden die Bohrungen 24 und 30 durch das keramische Material bis in das feuerfeste Ziegelmaterial hinein gebohrt.

Mit dieser Düse konnte höchst wirkungsvoll gearbeitet werden. Die bei Probegussen erzielten sehr bemerkenswerten Ergebnisse sind in der obengenannten Patentanmeldung von Newton ausführlich beschrieben. Bei diesen Experimenten wurde ein Tiegel mit einer herkömmlichen Düee und mit der Gasdüse nach der Erfindung ausgestattet und mit aluminiumdeozidiertem Stahl gefüllt. Der Tiegel wurde an einer doppelten Reihe von vier Doppelgießformen vorbeigeführt· Nachdem eine der Doppelformen gefüllt worden war, wurde der Tiegel zur nächsten Doppelform befördert. Bei den ersten drei Gießformen erfolgt der Guß mit einer Geschwindigkeit von 157f5 kg/min, die sich bei der vierten Gießform auf 78,75 kg/min verringerte· Diese Verringerung ist wahrscheinlich die folge der Abkühlung des Metalls und der damit verbundenen Erhöhung der Viskosität. Die Gußmengen aus der herkömmlichen Düse verringerten sich beständig vcn 143 kg/min über 98,4 kg, 62 kg bis zu 47 kf/ein. Bei einem Großversuch wurde ein mit

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zwei erf indungs gemäßen Gasdüsen ausgestatteter !Tiegel mit 23.580 kg Stahl gefüllt und in 61 Minuten in zwei an den Enden offene, wassergekühlte Formen entleert· Bei den herkömmlichen Düsen während die Bohrungen lange der Tölligen Entleerung des Tiegels τοη den Aluminiumoxldabsetsungen verstopft worden«.

Der aus feuerfesten Ziegel bestehende Ringkörper stellt ;[©- doch noch keinen vollständigen Erfolg dar* da ü-i^ees Matrial weich ist. Unter dem Druck von 7200 bis 9000 kg feel dem Verdich ten des Düsenmaterialgemisches in der Bresaform würde ass feuer feste Ziegelmaterial häufig zerbrechen, in einigen wesentlichen Zonen seine Porosität verlieren und sich verschieben oder kip» pen, so dass der Singkörper nicht mehr konzentriedb. ehe? Bohrung der Düse gelegen ist· Weiterhin weist das feuerfest© 2iegelsa» terial einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als das Material des Düsenkörpers, so dass an der Innenseite ter Bofe.mii Hisse oder Schuppen auftreten können. Bsi einer nicht koEseütri sciien Lage des Ringkörper» und bei Mängeln an der Fläche dez-Bohrung wird die Gasströmung an einzelnen Stellen der Bohrung ungleichmäßig mit der Folge einer beschleunigten Erosion«

Ss wurde ein keramisches Material entwickelt, bei &%m die obengenannten Schwierigkeiten nicht auftreten« Obwohl das neue Material eine Porosität von 6O5C aufweist, ist es kräftig genug, um den obengenannten Verdichtungedrücken widerstehen zu können, während das Material andererseits im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie der Zirkoniumkdrper· Die Düse weist mit oder ohne Ringkörper die gleiche festigkeit auf.

Nachstehend wird die Zusammensetzung des Materials, aus dem der Ringkörper hergestellt wird, angegeben, wobei alle Werte sich auf das Gewicht beziehen.

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Hf59?i geschmolzenes Mullit (3Al_g SiO₃ * 2SiO₂) 1,168 + 589 Mikron Partikelgröße

65,01* geschmolzenes Mullit - 589 -1- 295 Mikron Partikelgröße

3,48* Holzmehl 11,119t Carbowaz 400Q, eine Handelsbezeichnung für

PolyäthylenglykojL der Union Carbide and Chemical

3»32?t Ton, old mine Mo·4

Äaoh dem Zusammenmischen wird die Zusammensetzung zu einem Ringkörper geformt, getrocknet und bei einer Temperatur von 1.425⁰C gebrannt. Obwohl das Holzmehl gewichtemäßig nur einen geringen Anteil des Gemisches darstellt, so beträgt volumenmäßig dieser Anteil etwa die Hälfte der Zusammensetzung· Durch Ausbrennen des Carbowaxee während des Brennens wird die erwünschte Porosität erzeugt.

Wie bereite erwähnt» kann eine Glasur vorgesehen werden, die natürlich einen Verlust dee Gases an einer anderen fläche außer an der Fläche der Bohrung verhindert} jedoch erhöht sich der Widerstand gegen dl· Gasströmung wesentlich iait der Dicke des zu durchwandernden Zirkoniums, so dass der Ö-aswrluet durcli die Flächen außer an der Fläche der Bohrung sehr gering sein würden. Ob eine Glasur erwünscht ist oder nicht, hängt von der vergleichbaren Diene des Körperteiles zwischen dem Ringkörper und der Bohrung und der Dicke des Körpers an anderen Stellen ab. Je mehr diese Abmessungen einander gleich werden, umso erwünschter kann eine Glasur sein. Dies hängt natürlich wenigstens zum Teil von der Öffnung des Tiegels ab, in die die Düse eingesetzt wird.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1· Tiegeldüse für den &uß von deoxidiertem Stahl vom Boden des Tiegels aus, gekennzeichnet durch einen dichten keramischen Körper mit begrenzter Porosität, der in einen Tiegel eingesetzt wird, und der mit einer durchbohrung versehen ist, durch einen im genannten Körper konzentrisch zu diesem eingesetzten Hingkörper, der für die Strömung eines Gases einen nur unwesentlichen Widerstand im Vergleich zum Widerstand des genannten Körpers aufweist, und durch einen Durchlass zwischen dem Hingkörper und der Außenseite des genannten Körpers, durch den dem Eingkörper ein Gas unter Druck zugeführt wird·
2. Tiegeldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper einen kleinen und ungefähr gleichen Abstand von der genannten Bohrung und der Ober- und der Unterseite dea genannten Körpers aufweist.
3. Tiegeldüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper von der Außenseite des genannten Körpers weiter entfernt gelegen ist.
4·. Tiegeldüse nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine undurchlässige Glasur an der Außenseite des genannten Körpers außer der genannten Bohrung.
5« Tiegeldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Körper eine Porosität von ungefähr 18# aufweist.
6. Tiegeldüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der genanrLte Ringkörper aus einem Material mit einer Porosität von ungefähr 60£ besteht.

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7· Tiegeldüae naoh Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Ringkörper aus einem porösen keramischen Material besteht.

8· Tiegeldüee nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte keramische Material aus einem porösen feuerfesten Ziegelmaterial besteht.

y. Tiegeldüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte keramische Material ungefähr den gleichen Wärmeauadehnungskoeffisienten aufweist wie das Material des genannten Körpers«

10· Tiegeldüee nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte keramische Material im wesentlichen aus zerstampften geschmolzenem Mullit besteht·

11* Siegeldüse naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Körper aus einem keramischen Material auf Zirkoniumbasis besteht.

12« TiegeldUse nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des genannten Eingkörpers von der Bohrung und von der Ober- und der Unterseite des genannten Körpers ungefähr 6,3 bis 12,7 ma beträgt·

13« Tiegeldüs· für den Guss deoxidierten Stahls vom Boden eines Tiegels aus, gekennzeichnet durch einen porösen keramischen Körper mit einer Durchbohrung, der in einen Tiegel eingesetzt wird, durch Mittel zum Vorteiles eines Gases im wesentlichen gleichmäßig um die genannt· Bohrung herum, welches Gas durch den genannten Körper gleichmäßig bis im wesentlichen der gesamten, die Bohrung begrenzenden Fläch« diffundiert.

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14·· Tiegeldüse für den Guß eines deoxidierten Stahls Boden eines Tiegels aus, gekennzeichnet durch ©in©n keramischen Körper mit begrenzter Porosität und mit einer Durchbohrung, welcher Körper in einen Siegel eingesetzt wird, durch Mittel, die einen Ringkörper bilden^ des- mit radialem Abstand von der genannten Durchbohrung konsentrisyli au dieser angeordnet ist und für die Strömung eJLnsr G-sbgs ei&en. in bezug auf den. Widerstand dea genannten Körpers unwesentlichen Widerstand aufweist, wobei das unter Druck Gras durch den genannten Körper hindurch bis im zur genannten, die Durchbohrung begrenzenden fläche diffundiert, und durch Mittel, mit denen ein unter Sraek stehendes Gas den den Ringkörper bildenden Mitteln zugeführt wird*

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