DE2301228C3 - Wärmedämmplatte zum Abdecken der Oberseite eines Steigers, einer Wärmehaube o.dgl - Google Patents

Description

45

Die Erfindung betrifft eine Wärmedämmplatte zum Abdecken der Oberseite eines Steigers, einer Wärmehaube od. dgl. Solche Wärmedämmplatten dienen 50 dazu, während des Gießens von flüssigem Metall, insbesondere von flüssigem Stahl, die Oberfläche des flüssigen Metalls in dem Steiger oder in der Wärmehaube abzudecken und wärmezuisolieren.

Beim metallischen Formguß ist es wichtig, das ge- ₅₅ schmolzene Metall im Steiger hinreichend lange in geschmolzenem Zustand zu halten, um das schrumpfende Gußstück zu speisen. Der Steiger der Gießform ist üblicherweise verkleidet bzw. ein an die Form befestigter Steigerkasten ist mit einer oder mehreren Ver- 60 kleidungen in Form von Einsätzen, Hülsen od. dgl. versehen.

Eine Wärmedämmplatte zum Abdecken der Oberseite eines Steigers ist beispielsweise aus der DT-OS 2007196 bekannt. Diese bekannte Wärmedämm-65 platte besteht aus zwei Schichten, von denen die äußere Schicht sich aus einer homogenen Masse zusammensetzt, welche ein stark wärmedehnbares Material, wie z. B. Vermiculit enthält. Die innere Schiebt, die gegen die Außenschicht gebunden ist, besitzt dagegen kein merkliches thermisches Expansionsvermögen Die bekannte Wärmedämmplatte liegt mit der Außenschicht auf der Oberseite des Steigers auf, während sie mit der stufenförmig abgesetzten Innenschicht in den Steiger hineinragt.

Die Wärmedämmplatte nach der genannten DT-OS bringt keine optimale Wärmeisolation. Da zwischen der Innenschicht der Wärmedämmplatte und der Steigerinnenwandung ein Ringspalt verbleibt und die Außenschicht selten bündig auf der Steigeroberseite aufliegen wird, stellen sich unvermeidliche Wärmeverluste ein, die der Erreichung des eingangs genannten Zieles entgegenwirken. Daß die Außenschicht der Wärmedämmplatte ein stark wärmedehnbares Material enthält, ist für die Abdichtung des Steigers ohne Bedeutung.

Wärmedämmplatten zur Abisolierung der flüssigen Metalloberfläche in einem Steiger sind auch in US-PS 2462255 und 2462256 beschrieben. Es handelt sich dort um sogenannte Schwimmplatten, die innerhalb der Steigeröffnung auf der flüssigen Metalloberfläche aufliegen. Diese Schwimmplatten enthalten neben einem Füllmittel und einem Bindemittel in homogener Verteilung wie die zuvor beschriebene Wärmedämmplatte ein stark wärmedehnbares Material, vorzugsweise Vermiculit. Die Schwimmplatten sollen auf Grund des in ihnen enthaltenen stark wärmedehnbaren Materials bei Einwirken der Gießhitze eine solche radiale Expansion ausführen, daß sich der Ringspalt zwischen Schwimmplatte und Steigerinnenwandune schließt.

Die Schwimmplatten der genannten US-PS haben keine stabile Heißfestigkeit, so daß sie nicht als starrer Deckel zum Abdecken der Oberseite eines Steigers verwendet werden könnten. Bestimmungsgemäß wird bei Einwirken der Gießhitze das Bindemittel in den Schwimmplatten aufgeweicht, um deren ungehinderte Expansion zu ermöglichen. Dieser Nachteil kann bei einer Schwimmplatte, die für einmaligen Gebrauch bestimmt ist, hingenommen werden, nicht jedoch bei einer in sich starren, selbsttragenden, deckeiförmigen Wärmedämmplatte.

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, eine Wärmedämmplatte zum Abdecken der Oberseite eines Steigers, einer Wärmehaube od. dgl. zu schaffen, die ein vollständiges Verschließen der Steigeröffnung erlaubt und der auf Grund ihres Auf baus verbesserte Festigkeits- und Wärmedämmungseigenschaften gegeben werden können.

Diese Aufgabe wird mit einer Wärmedämmplatte gelöst, die ein sich unter der Gießhitze stark ausdehnendes Material enthält, wobei erfindungsgemäß das Material hoher Wärmeausdehnung ausschließlich am Außenrand der Wärmedämmplatte angeordnet ist und zumindest einen Teil des Plattenrandes bildet. Weil bei der erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte das Material hoher Wärmeausdehnung ausschließlich in einer Randschicht angeordnet ist, kann die restliche Wärmedämmplatte ausschließlich nach Gesichtspunkten wie gute Isolierfähigkeit, gute KaIt- und Heißfestigkeit usw. konstruiert werden, ohne bei der Konstruktion und Herstellung der Platte durch ein Material hoher Wärmeausdehnung irgendwie behindert zu sein.

Auf Grund der Konzentrierung des Materials hoher Warmeausdehnung in einer Randschicht ist es nirht

23 Ol 228

erforderlich, die Wärmedämmplatte wie im Falle der DT-OS 2007196 aus Festigkeitsgründen als Mehrschichtplatte auszubilden. Schließlich ist die thermische Wärmeausdehnung einer ringförmigen Randschicht leichter zu beherrscherj als eine insgesamt expandierende Wärmedämmplatte, bei der Spannungen entstehen können, die zum Bruch der Platte führen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung flieht vor, das Material hoher Wärmeausdehnung in einer Ausnehmung am Rand der Wärmedämmplatte anzuordnen. Wenn auch in den nachfolgenden Zeichnungen die Ausnehmung als eine Stufe oder eine Abschrägung am oberen Rand der Wärmedämmplatte dargestellt ist, so könnte dennoch im Rahmen der Erfindung das Material hoher Wärmeausdehnung am unteren Rand der Wärmedämmplatte vorgesehen werden.

Da der Durchmesser der Wä-medämmplatte viel größer als ihre Dicke ist, so dehnt sich die in Kontaktberührung mit dem geschmolzenen Metall stehende Platte im wesentlichen in einer Ebene aus, die senkrecht zu den Seitenflächen der Form steht. Hierbei wird jeder Spalt zwischen der Wärmedämmplatte und den Formwänden oder ihrer Verkleidung, einem Einsatz od. dgl. verschlossen, und die Oberfläche des flüssigen Metalls im Steiger wird vollständig abgedeckt.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher heschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch den oberen Teil eines Steigers od. dgl. einer Gießform mit einer die Oberseite des Steigers abdeckenden erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt einer Wärmedämmplatte nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 und 4 Schnitte anderer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte,

F i g. 5 einen Schnitt durch den oberen Teil des Steigers od. dgl. einer Gießform mit einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte.

Eine Zusammensetzung des sich unter der Gießhitze stark ausdehnenden Materials, das im Rahmen vorliegender Erfindung Verwendung findet, ist nachfolgend .ingegeben:

5 bis 80 Gewichtsprozent eines natürlichen Minerals und/oder eines chemisch behandelten Stoffes hoher Wärmeausdehnung,

0 bis 92 Gewichtsprozent eines feuerfesten Materials,

0 bis 30 Gewichtsprozent eines leicht oxydierbaren Metalls,

0 bis 30 Gewichtsprozent eines Oxydationsmittels, Obis 40 Gewichtsprozent eines faserigen Materials,

0 bis 20 Gewichtsprozent eines Kohlenstoff enthaltenden Materials,

0 bis 10 Gewichtsprozent eines Oxydationsbeschleunigers und

3 bis 20 Gewichtsprozent eines Bindemittels.

Als natürliche Mineralien hoher Wärmeausdehnung können Vermiculit (schichtförmiges Hydrat-Silikat), Schiefer, Obsidian, Perlit, Pechstein, Blähton usw. verwandt werden.

Als chemisch behandelte Stoffe hoher Wärmeausdehnung kommen flockenförmiges Graphit, Pechblende u. dgl., vorbehandelt mit Säure und/oder einem oxydierenden Mittel, in Frage.

Die genannten Materialien hoher Wärmeausdehnung sind bekannt und bereits als Bestandteile für eine Wärmeisolation am Steiger verwendet worden.

Als feuerfeste Materialien bzw. Keramika, die einen Bestandteil der Wärmedämmplatte bilden können, seien beispielsweise genannt: nichtporöse Keramika wie Silikatsand, Quarz. Magnesia (Magnesiumoxyd), Aluminiumerde (Aluminiumoxyd), Olivin,

ίο Aluminiumasche, Dolomit, Magnesit, Eisenbitterkalk bzw. Kalkstein, Chamotte Korund, Alundum (Handelsname) u. dgl., und ferner poröse feuerfeste Materialien bzw. Keramika oder Steine wie Diatomeenerde, Lapilli, aufgelockertes Vermiculit, gelockerter Schiefer, gelockertes Obsidian, gelockertes Perlit, gelockerte Pechblende u. dgl.

Als leicht oxydierbare Metalle werden bevorzugt: Aluminium, Magnesium, Aluminium-Magnesiumlegierungen, Kalzium-Siliziumlegierungen, Eisen-Siliziumiegierungen u. dgl. Diese Metalle reagieren mit einem Oxydationsmittel in einer exothermen Reaktion und heizen die Oberfläche des Steigers auf. Als Oxydationsmittel können folgende beispielsweise verwendet werden: Metalloxyde wie Eisenoxyde, Mpngandioxyd, Chromoxyd u. dgl. und Nitrate wie Kaliumnitrat, Natriumnitrat, Bariumnitrat u. dgl.

Als faserige Materialien werden bevorzugt: feuerfeste, anorganische Fasermaterialien, wie Asbest, Steinwolle, Schlackenwolle, Glaswolle u. dgl., und organische Fasermaterialien auf Zellulosebasis, gewonnen aus Papier, Papierholz, Sägespänen, Holzmehl, chemischen Fasern u. dgl. Diese faserigen Materialien verstärken die Wärmedämmplatte derart, daß sie bei Stoß während der Behandlung, wie z. B. beim Transport oder beim Einsetzen in die Form nicht beschädigt werden kann. Bei Verwendung solcher faseriger Materialien erhält man ferner eine poröse Wärmedämmplatte, die ein niedriges spezifisches Gewicht hat und doch gut isoliert.

Als Kohlenstoff enthaltende Materialien kann man z. B. Koks, Feuerungskohle, Kohle allgemein, Graphit verkohlten Werkstoff, z. B. verkohlte Kornstengel, Kornschrot und Graphitschwärze verwenden.
Als Oxydationsbeschleuniger kommen Natrium-Fluorid, Kalzium-Fluorid, Kryolit u. dgl. in Frage. Diese Stoffe beschleunigen die oxydierende Wirkung der obigen leicht oxydierbaren Metalle.

Als Bindemittel kann man verwenden: Harz, ζ. Β. Phenol-Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Furanharze, Epoxyharze u. dgl. und Wasserglas, verschiedene Zemeutarten, verschiedene Tonarten, Dextrin, Stärke u. dgl.

Erfindungsgemäß wird das Metall hoher Wärmeausdehnung ausschließlich am Außenrand der Wär-

J₅ medämmplatte angeordnet. Diese Platte in Form einer Gußplatte ist vorzugsweise einschichtig und von gleichmäßiger Zusammensetzung, sie kann aber auch eine zweischichtige Gußplatte sein, die eine in Kontaktberührung mit der Oberfläche des geschmolzenen Metalls stehende innere exotherme Schicht und eine äußere adiabatische Schicht aufweist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Wärmedämmplatte als einschichtig bzw. zweischichtig sind nachfolgend angegeben:

einschichtige Gußplatte

feuerfestes Material (Keramik) 20 bis 94 Gewichtsprozent

23 Ol

Fiber- bzw. Fasermaterial 3 bis 40 Gewichtsprozent

leicht oxydierbares Metall 0 bis 30 Gewichtsprozent Oxydationsmittel 0 bis 30 Gewichtsprozent

kohlenstoffhaltiger Werkstoff 0 bis 20 Gewichtsprozent Oxydationsbeschleuniger 0 bis 10 Gewichtsprozent Bindemittel 3 bis 20 Gewichtsprozent

zweischichtige Gußplatte

(i) exotherm'; Innenschicht to

leicht oxydierbares Metall 3 bis 30 Gewichtsprozent Oxydationsmittel 3 bis 30 Gewichtsprozent

feuerfester Werkstoff (Keramik) 10 bis 88 Gewichtsprozent

Fiber- bzw. Faserwerkstoff 3 bis 40 Gewichtsproze nt

Kohlenstoff enthaltender Werkstoff 0 bis 20 Gewichtsprozent

Oxydationsbeschleuniger 0 bis 10 Gewichtsprozent Bindemittel 3 bis 20 Gewichtsprozent (ü) adiabatische äußere Schicht

feuerfester Werkstoff (Keramik) 40 bis 94 Gewichtsprozent

Fiber- bzw. Faserwerkstoff 3 bis 40 Gewichtsprozent Bindemittel 3 bis 20 Gewichtsprozent

Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte werden nunmehr im einzelnen an Hand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt, daß eine Wärmedämmplatte derart in den Steiger einer Form 1 eingesetzt wird, daß der Hohlraum im oberen Teil der Form durch die Platte abgedeckt ist. Die Innenwand der Form 1 ist in ihrem oberen Bereich von einer Isolierplatte 2 verkleidet, um die Wärmeisolation des Steigers zu erhöhen. Die Wärmedämmplatte 3 kann gegossen sein und an ihrem Außenrand wird das Material 4 hoher Wärmeausdehnung aufgebracht. Dieses Material 4 enthält einen oder mehrere in der Gießhitze stark ausdehnbare Stoffe, wobei unter dem Ausdruck »in der Gießhitze stark dehnbare Stoffe« solche Stoffe zu verstehen sind, die mehr bzw. beachtlich mehr in der Hitze dehnbar sind als die Materialien der Platte 3 selbst. Die Platte 3 ist an der Form 1 mit Hilfe dünner Stahlbänder 5 oder Stahlstifte befestigt, die mit Hilfe einer Niet 6 oder eines Nagels an die Wärmedämmplatte befestigt sind.

In die Form 1 wird geschmolzenes Metall, insbesondere flüssiger Stahl, in bekannter Weise steigend eingegossen, bis die Oberfläche des geschmolzenen so Metalls bzw. Stahls entweder die Wärmedämmplatte berührt oder sich nahe unter ihr befindet. Dann dehnt sich das Material 4 der Wärmedämmplatte unter der Einwirkung der Hitze des geschmolzenen Stahls aus und schließt den Spalt zwischen der Wärmedämmplatte 3 und der Isolierplatte 2. Hierdurch wird der atmosphärische Einfluß von der Oberfläche des geschmolzenen Materials ferngehalten und die Wärmeisolation im Bereich des Steigers verbessert.

Fig. 3 und 4zeigen andere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte. Gemäß Fig. 4 besteht die Wärmedämmplatte aus einer gegossenen Platte 3, welche aus zwei Schichten besteht, nämlich aus einer inneren exothermen Schicht 7, die in Berührung mit der Oberfläche des geschmolzenen Metalls steht, und aus einer adiabatischen äußeren Schicht S.

Bei der Ausfühningsfcrm von Fig. 5 ist die Form 1 in ihrem oberen Bereich ebenfalls mit einer Auskleidung 2 versehen, um die Isolation der Seitenwände des Steigers zu verbessern. Die Wärmedämmplatte 3 deckt die Oberseite des Steigers ab. In der Wärmedämmplatte ist eine Durchgangsöffnung 9 vorgesehen, die durch einen Stopfen 10 verschließbar ist. Am Stopfen 10 ist ein Griff 11 angebracht, um ihn unmittelbar nach Eingießen des geschmolzenen Materials durch die öffnung 9 in die Öffnung einsetzen zu können.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 bis 5 ist das Material 4 hoher Wärmeausdehnung in einer Ausnehmung am Rand der Wärmedämmplatte 3 angeordnet. Während gemäß Fig. 3 und 5 diese Ausnehmung stufenförmig ist, ist bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 4 die Ausnehmung eine Abschrägung am oberen Rand der Wärmedämmplatte.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.

(I) Ein Material 4 hoher Wärmeausdehnung für den Außenrand der Wärmedämmplatte 3 weist folgende Bestandteile auf:

Natürliches Vermiculit

(schichtförmiges Silikat) 50 Gewichtsprozent

Aus Papier gewonnener

Zellulosewerkstoff 6 Gewichtsprozent

Holzmehl 5 Gewichtsprozent

Diatomeenerde 10 Gewichtsprozent

Silikasand 23 Gewichtsprozent

Pbenol-Formaldehyd-Harz 6 Gewichtsprozent

(II) Die Wärmedämmplatte selbst wurde durch Gießen unter Verwendung folgender Bestandteile hergestellt:

Aluminium 8 Gewichtsprozent

Eisenoxyd 16 Gewichtsprozent

Aluminiumasche 38 Gewichtsprozent

Aus Papier gewonnenes

Zellulosematerial 10 Gewichtsprozent

Asbest 6 Gewichtsprozent

Verkohltes Reisschrot i2 Gewichtsprozent

Kryolith 3 Gewichtsprozent

Phenol-Formaldehyd-Harz 7 Gewichtsprozent

Herstellungsverfahren

Zu den Materialmischungen gemäß (I) und (II) wurde Wasser zugesetzt, um die jeweilige Aufschlämmung herzustellen. Unter Verwendung einer Form wurde das in der Mischung (II) enthaltene Wasser der Aufschlämmung entzogen, um einen plattenförmigen Gießgegenstand zu bilden. Die Aufschlämmung der Mischung (I) wurde auf den Außenrand des so hergestellten Formteils aufgetragen, wonach das Wasser entzogen wurde, um eine Platte zu bilden, deren Korpus aus der Mischung (Π) und deren Außenrand aus der Mischung (I) zusammengesetzt war.

Nach dem Trocknungsvorgang wurde eine Wärmedämmplatte gemäß Fig. 2 erhalten, die eine Länge und Breite von jeweils 830 mm und eine Dicke von 40 mm aufwies. Unter Einsatz dieser erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte wurden sechs Stahlböcke von je 8 Tonnen Gewicht unter Verwendung der ir Fig. 1 gezeigten Formen steigend gegossen. Dei Stahlblock, unter Einsatz der erfindungsgemäßer Wärmedämmplatte, wurde mit üblich hergestellter Stahlblöcken (sechs Stahlblöcke) verglichen, bei denen lediglich eine Wärmedämmplatte aus der Mi-

¥

23 Ol

sehung (II) unter gleichen Bedingungen verwendet worden war. Folgende Ergebnisse wurden festgestellt: Das Ausbringen der gegossenen Stahlblöcke, unter Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmedämmplatte, wurde um 1.3% gegenüber dem Gießverfahren mit einer üblichen Platte verbessert. Dies geht auf die erhöhte Wärmedämmfähigkeit der erfindungsgemäßen

Platte zurück, und zwar auf die einwandfreie Abdichtung des Spaltes zwischen der Platte und der Steigerauskleidung.

Unter Wärmedämmplatte sollen nicht nur rein plattenförmigc Gebilde, sondern auch Bauteile anderer Formgebung, wie deckeiförmige, brettförmige, stufenförmige Bauteile verstanden werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 609 649/237

Claims (3)

23 Ol Patentansprüche:

1. Wärmedämmplatte zum Abdecken der Oberseite eines Steigers, einer Wärmehaube od. dgl., die ein sich unter der Gießhitze stark ausdehnendes Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (4) hoher Wärmeausdehnung ausschließlich am Außenrand der Wärmedämmplatte (3) angeordnet ist und zumindest einen Teil des Plattenrandes bildet.

2. Wärmedämmplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (4) hoher Wärmeausdehnung in einer Ausnehmung am Rand der Wärmedämmplatte (3) angeordnet ist.

3. Wärmedämmplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung stufenförmig ist.

4. Wärmedämmplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung eine Abschrägung am oberen Rand der Wärmedämmplatte ist.

5. Wärmedämmplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrand der Wärmeplatte (3) ein Werkstoff folgender Zusammensetzung angeordnet ist:

5 bis 80 Gewichtsprozent eines natürlichen Minerals und/oder eines chemisch behandelten Stoffes hoher Wärmeausdehnung,

0 bis 92 Gewichtsprozent eines feuerfesten Materials,

0 bis 30 Gewichtsprozent eines leicht oxydierbaren Metalls,

0 bis 30 Gewichtsprozent eines Oxydationsmittels,

0 bis 40 Gewichtsprozent eines faserigen Materials,

0 bis 20 Gewichtsprozent eines Kohlenstoff enthaltenden Materials,

0 bis 10 Gewichtsprozent eines Oxydationsbeschleunigers und

3 bis 20 Gewichtsprozent eines Bindemittels.