DE2333029C3 - Verfahren zum Herstellen eines temperaturbeständigen Verteilers zur Zuführung und Verteilung von Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines temperaturbeständigen Verteilers zur Zuführung eines Gases in eine Aluminiumschmelze oder in ein anderes flüssiges, auf hoher Temperatur befindliches Material, mit einem stangenförmigen Zuführungsrohr und mit einem gasdurchlässigen, mit einem Hohlraum in seinem Inneren versehenen Auslaßkopf, der seitlich von dem Rohr abzweigt.

Ein solcher Verteiler ist beispielsweise dazu geeignet, um Stickstoff in eine in einem Tiegel befindliche Aluminiumschmelze oder in eine andere in einem Ofentiegel befindliche Metallschmelze zuzuführen. Eine solche Gaszuführung wird bei einer Alummiumschmelze verwendet, um Gas und Verunreinigungen aus dem Aluminium zu entfernen. Hierzu sei auf die Veröffentlichung »Fumeless in-line de-gasing and cleaning of liquid aluminium« von N. V. Brant. D. C Bone und E. F. E m 1 e y der British Aluminium Company verwiesen.

Der Verteiler zur Zuführung des Stickstoffes ist im wesentlichen durch zwei konstruktive Merkmale zu beschreiben. Gemäß einem der Merkmale umfaßt die Einheit ein stangenförmiges Zuführungsrohr bzw. eine als Zuführung dienende rohrförmige Stange. Das Rohr bzw. die Stange sind infolge einer Innenauskleidung gasdicht. Gemäß dem weiteren Merkmal umfaßt die Einheit einen mit einem Hohlraum in seinem Inneren versehenen, gasdurchlässigen Auslaßkopf. Dieser Kopf zweigt von dem Rohr bzw. der Stange ab. Der Kopf erstreckt sich damit quer in dem Strom der Metallschmelze und verteilt das Gas in der Schmelze. Das Rohr und der Kopf können zusammengenommen z. B. L-förm'p «ein. Es. kann auch die Form eines umgekehrten T oder einer Pilzform vorgesehen sein. Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Kopf auch die Form einer Spinne haben.

Ein mögliches Herstellungsverfahren für einen solchen Verteiler besteht darin, das Rohr und den Kopf als ⁽*> für sich gelrennte Teile herzustellen, die den an sie gestellten Anforderungen entsprechen, und die Teile zusammenzusetzen. Solche Verteilereinheiten sind verwendet worden, jedoch haben sich Schwierigkeiten ergeben, die Einzelteile aus temperaturbeständigem Ma- <"> terial mit einer Verbindung zu vereinigen, die ebenfalls temperaturbeständig ist und die dein geschmolzenen Metall widersteht. Auch war die Lebensdauer derarti

ger zusammengesetzter Einheiten zu kurz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten an der Verbindungsstelle zwischen Zuführungsrohr und Auslaßkopf zu beseitigen.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Verteiler aus einer wasserhaltigen keramischen Mischung in einem Stück gegossen wird und wenigstens für den Auslaßkopf ein Kern aus Schaumkunststoff verwendet wird, wobei der Schaumkunststoff in seiner Längserstreckung ausreichende Festigkeit aufweist, um selbsttragend zu sein und an seinem Umfang ausreichend nachgiebig ist, um das Schrumpfen des Verteilers während des Trocknens nicht zu behindern.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß sich die aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile dadurch beheben lassen, daß man den Verteiler in einem einzigen Stück herstellt Der Durchführung einer derartigen Herstellung standen jedoch erhebliche Schwierigkeiten im Wege.

An der Übergangsstelle zwischen dem Rohr und dem Kopf des Verteilers weist der Weg, auf dem das Gas in der Einheit geführt wird, einen Wechsel seiner Richtung auf. Dieser Richtungswechsel ist zwischen der Bohrung des stangenförmigen Zuführungsrohres und dem Inneren des hohlen Kopfes vorhanden. Infolge dieser Richtungsänderung bzw. Abwinkelung läßt sich ein Gießkern aus dem Kopf durch das Rohr hindurch nicht herausziehen. Eine Lösungsmöglichkeit wäre, zwei herausziehbare Kerne zu verwenden, die an der Verbindungsstelle zwischen Bohrung und Hohlraum des Kopfes aneinanderstoßen. Die Bohrung bzw. der Durchbruch, durch den hindurch der in dem Kopf befindliche Kern herauszuziehen wäre, müßte dann nachher verstopft werden. Ein hierzu zu verwendender Stopfen müßte jedoch feuerfest und hitzebeständig mit dem Kopf verbunden werden. Eine solche Verbindung hat sich aber als nachgiebig bzw. nicht ausreichend widerstandsfähig erwiesen, wenn die Einheit in das geschmolzene Metall eingetaucht wird, wie dies für die Verbindung eines separaten Rohres mit einem separaten Kopf bereits beschrieben ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe war man zunächst den Weg gegangen, gerade Rohre zu verwenden oder Rohre zu nehmen, die in einem Vorstadium ihres Herstellungsverfahrens, z. B. in vogetrocknetem oder vorgebranntem Zustand, in flacher Kurve am Boden bzw. am Ende gebogen sind. Mit solchen Rohren ist siber eine nur mäßige Gasverteilung zu erreichen. Es ist auch versucht worden, gerade Rohre seitlich des Tiegels hereinzuführen, um die erforderliche Gasverteilung zu erreichen. Ein Auswechseln solcher Rohre bedingt aber, daß der Verarbeitungsprozeß für die Schmelze unterbrochen werden muß. Außerdem ist in jedem Falle die Verbindung zwischen Rohr und Tiegel anfällig für Fehler. Dieser eingeschlagene Weg hat sich danach nicht als praktikabel erwiesen.

Es ist an sich aus der GB-PS 12 12 828 und dem Chemischen Zentralblatt, 1964, Heft 52, Referat 2235, bekannt. Hohlräume in Auskleidungsplatten dadurch zu schaffen, daß man Schaumkunststoff in eine keramische Masse einlagert bzw. Schaumkunststoff zur Erzeugung von Gasabführungskanälen in Gießereikernen verwendet.

Hierbei handelt es sich jedoch nicht um das der Erfindung zugrundeliegende Problem. Es hatte sich nämlich herausgestellt, daß gerade die beim Trocknen des gegossenen Verteilers auftretenden Schrumpfungskräf-

'cn unbehindert auswirken müssen, damit sonst aufwende feine Risse von vornherein vermieden werden, £ beim Gebrauch des Verteilers zu dessen frühzeitir Zerstörung führen. Es ist auch nicht jede Schaumitoffqualität geeignet, im Rahmen der Erfindung verpndet zu werden. Es bedurfte vielmeh. einer Auswahl *' besonderen Schaumsioffqualität, nämlich einer !liehen, die in Längsrichtung dem Schaumstoff die erforderliche Stabilität gibt, dagegen an der Oberfläcne dieerforderlidic Nachgiebigkeit besitzt.

Mit der erfindungsgemäßen Lehre konnte, jedoch das Problem in zufriedenstellender Weise gelöst werden, und zwar dadurch, daß eine einstückige Verzweigung eines stangenförmigen Rohres bzw. einer rohrförmigen Stange aus temperatur- bzw. hitzebeständigem Material und eines sich dazu^ seitlich erstreckenden hohlen Kopfes hergestellt wird. Rohr und Kopf weisen eine einteilige ununterbrochene Wand auf. Zur Herstellung des Hohlraumes in dem Kopf ist wenigstens für den Kopf und vorzugsweise nur für den Kopf ein Kern aus einem flüchtig zu machenden oder aufzubrauchenden Material, das im folgenden auch als flüchtiges Material bezeichnet wird, zu verwenden. Vorzugsweise wird hierfür ein verbrennbares Material verwendet, das seine Form behält, während das temperaturbeständige Material in Form einer wasserhaltigen Mischung gegossen wird und das der Schrumpfung des gegossenen Materials während des Trocknungsprozesses und während des Beginns des Brennprozesses nachgibt. Du-ch diese Auswahl für den Kern ist sichergestellt, daß der gegossene und zu brennende Körper nicht /erspringt. Vor Abschluß des Brennprozesses ist der Kern zu unbedeutender Asche oder einem anderen Rest in dem Hohlraum des Kopfes aufgebracht bzw. vermindert.

Als vorteilhaft für einen zu verwendenden Kern hat sich Kunststoffschaum oder zellenförmiges Material steifer oder halbsteifer Art erwiesen. Ein solches Material ist z. B. ein spezieller, steifer Polyurethanschaum mit oberflächlicher Nachgiebigkeit, der in geschäumter oder zellenförmiger Form zu gießen ist, und zwar durch einfache Mischung und Gießtechnik. Ein solches Material kann feinporig mit befriedigender selbsttragender Festigkeit hergestellt werden. Andererseits ist ein solches Material ausreichend nachgiebig, um der Schrumpfung des temperaturbeständigen Materials zu entsprechen. Außerdem ist es bei passenden Temperaturen, z.B. bei 75O°C, zu einem geringen Rest verbrennbar.

Ein flüchtiger bzw. zu verdampfender Kern wird vorzugsweise in Verbindung mit einem zurückziehbaren Kern für das Zuführungsrohr verwendet. E^;n solcher Kern kann ein Metallrohr sein. Der zurückziehbare Kern kann dazu dienen, den Kern aus flüchtigem Material durch Berührung bzw. Verbindung mit demselben an seinem Ort festzuhalten, und zwar an der Verbindungsstelle des Gasdurchganges von dem Rohr in den Kopf. Die Verbindungsstelle kann sich auch in kurzer Entfernung innerhalb des Rohres befinden.

Um ein besonders gutes Ergebnis zu erreichen, und zwar vor allem in den Fällen, in denen ein relativ langgestreckter Kopf vorhanden ist, ζ. B. bei einer T- oder I-förmigen Einheit, wird bei dem einen oder werden bei den mehreren Kernen aus flüchtigem Material die Enden vorübergehend unterstützt. Diese Unterstützung wird bis kurz vor Ende des Gießvorganges, d. h. des Einfüllens der beispielsweise wasserhaltigen Mischung, beibehalten. Die Unterstützung wird durch je einen HahPstift bewirkt, der durch die Wand der Gießform oder einer anderen äußeren Form für das Gießen herausziehbar ist Mit Hilfe dieser Unterstützung sind sonst möglicherweise auftretende Schwierigkeiten für die Positionierung des Kernes aus Polyurethan beseitigL Die Flexibilität dient dazu, die Schrumpfung zuzulassen. Nachdem der Kern durch das eingefüllte Material für die Einheit an seinem Ort gut gehalten und unterstützt wird, wird der Stift herausgezogen. Das kleine Loch, das der Stift zunächst zurückläßt, wird durch das ίο fließende Gießmaterial angefüllt.

Gemäß einem Herstellungsverfahren nach der Erfindung ist vorgesehen, einen bzw. mehrere Kerne aus flüchtigem, z. B. verbrennbarem Material zusammen mit einem herausziehbaren Kern zu verwenden. ■ 5 Der Gegenstand nach der Erfindung kann als Vertei-Ser bezeichnet werden, der dazu dient. Gas in flüssiges Material zuzuführen, das sich auf einer hohen Temperatur befindet. Zum Beispiel kann es sich dabei um eine Aluminiumschmelze handeln. Der Verteiler umfaßt eine nach einem Gießverfahren hergestellte, aus einem Stück bestehende Einheit aus hochtemperaturbeständigem Material, wobei diese Einheil ein Zuführungsrohr und einen mit einem Hohlraum versehenen Kopf mit gasdurchlässiger Wand umfaßt. Dieser Auslaßkopf ^; zweigt seitl'ch von dem Zuführungsrohr ab und Rohr und Kopf haben eine durchgehende Wandung. Die Wandung umschließt den Hohlraum des Kopfes, wobei der Hohlraum seiilich an die Bohrung des Zuführungsrohres anschließt.

3u Für einen wie erfindungsgemäßen Verteiler ist als temperaturbeständiges Material Siliciumkarbid geeignet, das mit Kohlenstoff, Aluminiumoxyd oder Lehm bzw. Ton gebunden ist.

Diese Materialien sind hergestellt aus einer aus Einzelteilen bestehenden Mischung, die Zirkon bzw. Zirkonerde, Aluminiumoxyd und Siliciumkarbid und wahlweise Lehm oder Ton oder anderes anorganisches oder organisches Plastifizierungsmittel umfaßt. Die Mengenverhältnisse und Teilchengrößen von Zirkon und AIuminiumoxyd sind so gewählt, daß sie auf den Brennvorgang reagieren und eine Bindung und schützende Matrix für das Siliciumkarbid geben. Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung der Herstellung zweier Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Verteilers hervor.

Die F i g. 1 und 2 zeigen einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Verteilers, und zwar einmal in der Form eines umgekehrten T und zum anderen in L-Form und

F i g. 3 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer auseinandergenommenen Gießform und der Gießkerne. Diese Gießform dient zur Herstellung eines wie in F i g. 1 gezeigten Verteilers aus einem temperaturbeständigen Material. Der in F i g. 1 gezeigte Verteiler umfaßt eine rohrförmige Stange bzw. ein stangenförmiges Rohr 1. Dieses ist am oberen Ende offen, um Gas in das Rohr einführen zu können. Der Verteiler hat einen Kopf 2 mit einem Hohlraum 4 in seinem Inneren. Der Kopf br, zweigt an dem unteren Ende des Rohres 1 ab. Kopf und Rohr 1 bilden zusammen ein umgekehrtes T.

Vor der Verwendung wird das Rohr 1 mit einem nicht dargestellten Metallrohr ausgekleidet, so daß die Bohrung 3 des Rohres eine gasdichte Wandung hat. <■.< Die Bohrung 3 dient dazu, das Gas in das Innere 4 des Kopfes 2 zu leiten. Durch die Wandung des Hohlraumes 4 kann das Gas hindurchtreten, um auf diese Weise bei der Verwendung des Verteilers in die Metallschmel-

ze überzutreten.

Der in 1' i g. 2 gezeigte Verteiler hat ein Rohr 5 als Fuß und einen Kopf 6. Rohr bzw. Fuß 5 und Kopf 6 bilden cine L-Form. Der Verteiler nach F i g. 2 is' sonst ähnlich dem Verteiler der F i g. 1.

Beide Verteiler sind in einem Stück gegossen, und zwar mit einer vergießbaren Zusammensetzung eines feuerbeständigen bzw. hitzebeständigen bzw. hochschmelzbaren Materials. Vorzugsweise ist dieses Material eine Siliciumkarbid-Zusammensetzung, wie sie oben angegeben ist. Nach dem Trocknen und dem Brennen hat das Material die erforderliche Temperaturbeständigkeit und die notwendige Porosität, wie dies aus dem Stand der Technik im Zusammenhang mit der Herstellung hitzebeständigen Materials und der betreffenden Metallbearbeitung bekannt ist.

F i g. 3 zeigt eine zum Gießen zu verwendende Form. Sie dient zum Gießen eines Verteilers in der Form eines umgekehrten T, mit dem Kopf nach oben, und umfaßt ein Gehäuse aus Gips oder Mörtel. Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen 7 und 8, die beide je eine längsgerichtete Hohlraunihälfte 9 und 10 aufweisen Beide Hohlraumhälften 9 und 10 bilden zusammengenommen die äußere Form des zu gießenden Verteilers und zwar bei geschlossenem Gehäuse 7 und 8.

Mit 11 ist eine Formunterlage bezeichnet. Sie bildcl einen Sockel für den Fuß eines herausziehbaren Metallkernes 12. Dieser Kern i2 biidet die Bohrung 3 da Rohres bzw. Fußes 1 des Verteilers. Am oberen Ende des Kernes 12 befindet sich ein Dübel 13. Er dient al«

ίο Vorsprung, der in einen Rücksprung bzw. eine Ausspa rung 14 hereinpaßt. Diese Aussparung 14 befindet sich in einem verbrennbaren Kern 15, der den Hohlraum A im Kopf 2 des erfindungsgemäßen Verteilers bildet.

Um sicherzustellen, daß sich der Kern 15 an der rieh tigen Stelle befindet und um den Kern 15 gegen ein« Senkung bzw. Verlagerung zu schützen, ist an beider Enden des Kernes 15 je eine Bohrung vorgesehen. Die se Bohrungen können je einen herausziehbaren Stift K aufnehmen, wobei jeder Stift durch ein entsprechende:

Loch 17 in dem Gießgehäuse herausziehbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung eines temperaturbeständigen Verteilers zur Zuführung eines Gases in eine AIu miniumschmelze odsr in ein anderes flüssiges, auf hoher Temperatur befindliches Material mit einem stangenförmigen Zuführungsrohr und einem hohlen, gasdurchlässigen Auslaßkopf, der seitlich von dem Rohr abzweigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler aus einer wasserhaltigen keramischen Mischung in einem Stück gegossen wird und wenigstens für den Auslaßkopf (2, 6) ein Kern (15) aus Schaumkunststoff verwendet wird, wobei der Schaumkunststoff in seiner Längserstrekkung ausreichende Festigkeit aufweist, um selbsttragend zu sein und an seinem Umfang ausreichend nachgiebig ist, um das Schrumpfen des Verteilers während des Trocknens nicht zu behindern.