DE2603342A1

DE2603342A1 - Steinplatte fuer den verschlusschieber eines schmelzengefaesses

Info

Publication number: DE2603342A1
Application number: DE19762603342
Authority: DE
Inventors: Hideyoshi Ozeki; Hisashi Takashima; Yoshimori Tomita
Original assignee: Nippon Kokan Ltd; TYK Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp; TYK Corp
Priority date: 1975-01-29
Filing date: 1976-01-29
Publication date: 1976-08-05
Also published as: AU497618B2; BR7600464A; DE2603342B2; JPS5187131A; IT1054544B; LU74254A1; FR2299106A1; BE837916A; AU1042076A; JPS5732027B2; FR2299106B1; GB1483323A

Description

PATENTANWÄLTE

"HENKEL, KERN, FEILER& HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UNO TELEX: 05 2 9 802 HNKL D ED U AR D-SCHM ID-STR 4 SSE "" WECHSELBANKMONCHKN Ni HIMttill

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Nippon Kokan Kabushiki Kaisha

Tokyo Yogyo Kabushiki Kaisha

Tokio, Japan 29. Januar 1976

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UNSER ZEICHEN: MiNCHlN. DEN

BETRIFFT:

Steinplatte für den Verschlußschieber eines Schmelzengefäßes

Die Erfindung betrifft einen Baustein bzw! eine Steinplatte für den Verschlußschieber eines Gefäßes zur Aufnahme einer Metallschmelze, z.B. einer Gießpfanne oder eines Schmelzofens_o

Ein herkömmlicher Verschlußschieber der oben angegebenen Art besteht gemäß Fig. 1 aus einem oberen Stutzen oder Mundstück 3, der bzw_e das im Unterteil eines Schmelzengefäßes mit Mauerwerk 1 und Bodenplatte 2 fest eingebaut ist, einer festen Steinplatte 4, die in fester Berührung mit dem oberen Stutzen 3 gehalten wird und eine mit dessen Öffnung in Verbindung stehende Öffnung aufweist, einer verschiebbaren bzw₀ Schiebersteinplatte 5» die in Gleitberührung mit der feststehenden Steinplatte 4 steht und eine Öffnung aufweist, welche mit der Öffnung der festen Steinplatte 4 in Übereinstimmung bringbar ist, und einem an der Schiebersteinplatte 5 befestigten Auslaufstutzen bzw₀ «schnauze 6, der bzw« die mit der Schiebersteinplatte mitbewegbar ist und eine mit deren Öffnung übereinstimmende Öffnung bzw. Bohrung besitzt· Diese Teile werden dabei von einer nicht dargestellten Rahmenkon-

Ke/Bl/ro -

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struktion getragen· Der Verschlußschieber dient zum Austragen der im Gefäß enthaltenen Metallschmelze durch Verschieben der Schiebersteinplatte 5 in der Weise, daß ihre Öffnung mit derjenigen der festen Steinplatte in Verbindung gelangt. Wahlweise kann mittels des Verschlußschiebers der Austrag der Metallschmelze beendet werden, indem die Schieberplatte 5 so verschoben wird, daß die Öffnung der festen Steinplatte 4 durch den öffnungsfreien Abschnitt der Schieberplatte 5 verschlossen wird· Für das Verschieben der Schieberplatte 5 gibt es zwei Möglichkeiten, nämlich einmal eine geradlinige Bewegung und zum anderen eine drehende Bewegung· Für den Antrieb des Verschlußschiebers wird ein Elektromotor oder beispielsweise eine mit Hydraulik- oder Pneumatikdruck arbeitende Antriebseinrichtung benutzt. Die bei einem solchen Verschlußschieber verwendeten Steinplatten, d_oh· die feste und die verschiebbare Steinplatte, müssen dabei Korrosionsfestigkeit, Wärmeschockbeständigkeit und Oberflächenglätte besitzen, und es war bisher üblich, derartige Steinplatten aus Ziegeln oder Steinen mit hohem Aluminiumoxidgehalt (high alumina brick), Zirkon- oder Siliziumnitridstein und dgl» durch Imprägnieren dieses Materials mit Pech, Teer, organischem Harz o.dgl. herzustellen,, Beispiele für derartige Steine finden sich in der japanischen Patentveröffentlichung Nr₀ 38049/72. Mit dem üblichen Bearbeitungsverfahren für solche Steine können ziemlich gute Ergebnisse in bezug auf die erzielbaren Eigenschaften der Steinplatten gewährleistet werden, Z₀B₀ bezüglich der für die Verschiebung der Steinplatte während des Abstichs erforderlichen Schmierfähigkeit, der Korrosionsfestigkeit, der Verschleiß- oder Abriebbeständigkeit und der Fähigkeit, das Anhaften von Metallschmelze, Schlacke usw_e an der Steinplatte zu verhindern Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß diese Steinplatten von Verschlußschiebern im allgemeinen häufig betätigt werden» Da außerdem der die Öffnung umschließende kleine Teil der Steinplatte infolge des Kontakts mit der aus dem Gefäß ausgetragenen Metallschmelze auf hohe Temperaturen

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erhitzt wird, während der restliche Teil der Steinplatte nur durch Wärmeleitung oder -übertragung erwärmt wird, ist die Temperaturverteilung innerhalb einer Steinplatte großen Unterschieden zwischen ihren verschiedenen Abschnitten unterworfene Beim Austragen bzw· Abstich der Stahlschmelze aus dem Gefäß steigt beispielsweise die Temperatur des mit der Stahlschmelze in Berührung kommenden Abschnitts der Steinplatte auf etwa 16OO°C an, während die Temperatur des von dem die Öffnung umgebenden Teil am weitesten entfernten Abschnitts nur auf etwa 5O°C ansteigt.

Infolgedessen haftet den bisher verwendeten Steinplatten der Nachteil an, daß bei der wiederholten Benutzung oder Betätigung der Steinplatte flüchtige Stoffe und Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltige Substanzen aus dem Imprägnierungsmittel entweichen und sich ungleichmäßig an der Oberfläche der Steinplatte ablagern, wodurch die Schmier- oder Gleitfähigkeit des Steins verschlechtert und sein Widerstand gegenüber einer Verschiebung erhöht wird«. Während zur Ausschaltung dieses Nachteils die Antriebskraft für das Verschieben der Steinplatten erhöht werden könnte, ist diese Maßnahme ebenfalls mit dem Nachteil behaftet, daß beim Verschieben der Steinplatte Metallschmelze zwischen die Berührungsflächen der zusammenwirkenden Steinplatten hin·ingezogen wird, wodurch die Gefahr für eine Leckage der Metallschmelze entsteht· Zudem erfordert diese Maßnahme natürlich die Verwendung größerer Geräte mit den damit verbundenen Betriebsschwierigkeiten· Aus diesen Gründen kann eine Erhöhung der Antriebsleistung nicht als zufriedenstellend und wirksam angesehen werden. Darüber hinaus bilden die aus dem Imprägnierungsmittel entweichenden Substanzen eine Quelle für Umweltverschmutzung, so daß diesbezüglich ein Bedarf für wirksame Gegenmaßnahmen besteht·

Aufgabe der Erfindung ist damit die Ausschaltung der den

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bisher verwendeten Steinplatten für Verschlußschieber anhaftenden Nachteile und Mangel durch Schaffung eines verbesserten Bausteins für einen Verschlußschieber, der einen verringerten Widerstand gegenüber einer Verschiebung sowie verbesserte Korrosions- und Wärmeschockbeständigkeit besitzt und welcher ohne Beeinträchtigung seiner Leistung wiederholt verwendet bzw₀ betätigt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Steinplatte für einen Verschlußschieber eines Gefäßes zur Aufnahme einer Metallschmelze erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steinplatte durch Formen und reduzierendes Brennen einer Masse hergestellt ist, die einen sauren oder neutralen feuerfesten Stoff als Grundmaterial, 2 - 20$ und vorzugsweise 3 - 10?6 Graphit, Ton, Teer oder Pech oder eines Gemisches aus Teer und Pech als Bindemittel und ggf. ein Sintermittel enthält. Durch weiteres Imprägnieren des gebrannten Produkts mit Teer oder Pech oder einem Gemisch davon und durch weiteresieduzierendes Brennen des imprägnierten Produkts zum völligen Austreiben der im Imprägnierungsmittel enthaltenen flüchtigen Stoffe und zum Ausfüllen der Poren des Steins mit Kohlenstoff kann die Betriebslebensdauer des Steins für die Verwendung als Verschlußschieber weiter verbessert werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figo 1 eine schematische Schnittansicht eines bisher verwendeten Verschlußschiebers und

Figo 2 eine graphische Darstellung zum Vergleich des Leistungsverhaltens von Steinplatten für Verschlußschieber, die gemäß der Erfindungslehre hergestellt wurden, mit bisher verwendeten Steinplatten dieser Art_o

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Bei der Herstellung des Steins für den angegebenen Zweck können verschiedene Werkstoffe, z.B. gebrannter Ton oder Materialien mit hohem Silizium-, Aluminium(oxid)- oder Zirkongehalt als saurer oder neutraler feuerfester Stoff für das Grundmaterial des Steins verwendet werden. Der Mengenanteil an zugesetztem Graphit bestimmt sich dabei im Hinblick auf die Festigkeit und Formbarkeit des Steins. Obgleich Graphit in Form von Graphiterde oder künstlichem Graphit verwendet werden kann, wird im Hinblick auf die Gleitfähigkeit bevorzugt Flocken- bzw. Schuppengraphit in feiner Pulverform verwende t_o

Als Bindemittel werden 2 - 30% Ton oder 3 - 30% Teer oder Pech oder ein Gemisch von Teer und Pech verwendet. Andere organische Bindemittel, wie Holzfaserstoff (lignin), Ammoniumalginat oder Phenolharz, können ebenfalls eingesetzt werden.

Die so erhaltene Masse kann zusätzlich 1-10% Siliziumkarbid oder -nitrid oder ein Gemisch davon, metallisches Silizium oder Ferrosilizium enthalten, um verbesserte Sinterbarkeit und Festigkeit zu gewährleisten·

Genauer gesagt: Die besten Ergebnisse bezüglich Festigkeit und Wärmeschockbeständigkeit des Steins können dann erzielt werden, wenn Binderton (bond clay) in einer Menge von 10 - 30%, falls das Grundmaterial gebrannter Ton oder ein Material mit hohem Siliziumgehalt ist, oder in einer Menge von 2-10% zugesetzt wird, falls das Grundmaterial ein neutraler feuerfester Stoff, z.B₀ ein solcher mit hohem Aluminium(oxid)gehalt ist. Wenn dagegen Teer oder Pech als Bindemittel verwendet wird, ist es - obgleich der Graphitgehalt berücksichtigt werden muß - vorteilhaft, die 10 - 20% Teer oder Pech enthaltende Masse unter Erwärmung zu kneten und dann ihre Temperatur vor dem Formvorgang auf den richtigen Wert zu senken,

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um die Viskosität bis zum optimalen Wert zu erhöhen. In diesem Fall kann die Masse beliebig viel zusätzlichen Binderton enthalten.

Wenn der Masse weiterhin Siliziumkarbid o.dgl.zur Verbesserung ihrer Sinterfähigkeit und Festigkeit zugegeben wird, liefert die Zugabe von 2 - 8Si an fein gemahlenem Siliziumkarbid o_edgl. die besten Ergebnisse im Hinblick auf die Verhinderung von Oxydation des Kohlenstoffs und der Gewährleistung verbesserter Festigkeit,,

Nachdem die so zubereitete Masse geformt worden ist, wird sie in ein Reduziergefäß, etwa einen Graphittiegel, eingebracht, das dann mit kohlenstoffhaltigen Teilchen gefüllt wird, um eine Lufteinwirkung auf die geformte Masse auszuschließen, worauf die geformte Masse einem reduzierenden Brennen in einem Darr- oder Schachtofen unterworfen wird« Die auf diese Weise hergestellte Steinplatte besitzt einen verringerten und stabilen, d.h. gleichbleibenden Widerstand gegenüber einer Verschiebung sowie verbesserte Korrosionsfestigkeit, Wärmeschockbeständigkeit, mechanische Festigkeit und Dauerhaftigkeit bzw. Betriebslebensdauer«, ·

Indem die gebrannte Masse mit Pech oder Teer oder einem Gemisch davon imprägniert und dann wiederum einem ähnlichen reduzierenden Brennen unterworfen wird, ist es außerdem möglich, die in der Imprägnierung enthaltenen flüchtigen Stoffe vollständig auszutreiben, die Poren im Stein mit Kohlenstoff zu füllen und die Dauerhaftigkeit des Steins weiter zu verbessemo

In den folgenden Beispielen ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Steinplatte näher erläutert«,

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Zusammensetzung der Rohstoffe

Die folgende Tabelle gibt die Bestandteile und dgl. der erfindungsgemäß hergestellten Steine an.

	Grund material	Bestandteile	Teilchen größe (mm)	Mengenan teil {%)
Beispiel 1	Material mit hohem Aluminium oxid) ge halt	gesintertes Aluminium oxid	0,5 - 3	50
Beispiel 2	Material mit hohem Aluminium oxid) ge halt	gesintertes Aluminium oxid	<0,5	37
Beispiel 3	gebrannter Ton	Schuppen graphit	<ö.1	3
Binderton	<0,1	10
gesintertes Aluminium oxid	0,5 - 3	50
gesintertes Aluminium oxid	<0,5	30
Schuppen graphit	<0,1	10
Teer		VJl
Silizium karbid	<:o,i	5
Kalzinierter Hartton	0,5 - 3	40
Kalzinierter Hartton	<0,5	25
Schuppen graphit	<0,1	10
Binderton	<0,2	20
Silizium karbid	<O,1	VJl

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In Beispiel 1 und 3 wurde eine Tonbindung angewandt, während in Beispiel 2 eine Teerbindung angewandt wurde, wobei der Teer aus 70% Pech und 30% Anthracenöl bestand. Der Formdruck betrug in Beispielen 1 und 3 jeweils 500 kg/cm und in Beispiel 2 1200 kg/cm².

2g Brennen

Jede der auf beschriebene Weise hergestellten Massen wurde in einen Graphittiegel eingebracht und unter Luftausschluß mittels feiner Koksteilchen einem reduzierenden Brennen unterworfen, indem der Tiegel durch einen Tunnelofen (Höchsttemperatur 1520⁰C) geschickt wurde. Die auf diese Weise hergestellten Steine besaßen ausgezeichnete Eigenschaften für die Verwendung als Steinplatten für Verschlußschieber.

3ο Imprägnieren und reduzierendes Brennen

Nach dem beschriebenen reduzierenden Brennen wurden einige Steine weiterhin mit Teer (Zusammensetzung: 70% Pech und 30% Anthracenöl) imprägniert und sodann zusätzlich einem ähnlichen reduzierenden Brennen unterworfen. In den Beispielen wurden das Imprägnieren und das reduzierende Nachbrennen jeweils zweimal durchgeführt.

4. Eigenschaften des Steins

Die folgende Tabelle gibt die Eigenschaften des auf beschriebene Weise hergestellten Steins an«,

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Physikalische Eigenschaften	Beispiel 1	B	Beispiel 2	B	Beispiel 3	B
Spezifische Schüttdichte	A	2,75	A	2,79	A	2,40
Porosität (tf)	2,56	7,6	2,68	8,4	2,19	9,4
Druckfestig keit (kg/cm )	14,6	850	11,2	940	19,0	750
Erweichungs punkt T₂ unter Last (bei 2 kg/cm²)	650	keine Erwei chung bei _ 1750⁰C	800	keine Erwei chung bei 1750 C	400	1590⁰C
keine Erwei chung bei 1750⁰C	keine Erwei chung bei 1750⁰C	153O°C

In obiger Tabelle sind mit A die Steine bezeichnet, die nicht imprägniert und zusätzlich reduzierend gebrannt wurden, während mit B die Steine bezeichnet sind, welche der Imprägnierung und dem zusätzlichen reduzierenden Brennen unterworfen wurden«. Der Erweichungspunkt T₂ entspricht dem Erweichungspunkt unter Last gemäß dem Prüfverfahren nach der Japanischen Industrienorm (Japanese Industrial Standard) R 2209; dieser Wert gibt die Temperatur zu dem Zeitpunkt an, an welchem die Höhe des Prüflings unter Druck um 2% seiner anfänglichen Höhe abnimmt, wenn er weiter erhitzt wird, nachdem die Erwärmungstemperatur einen Erweichungs-Anfangspunkt (T^) erreicht hat«.

Die mit den oben beschriebenen, verschiedenartigen Steinen für Verschlußschieber erzielten praktischen Ergebnisse bieten im Vergleich zu den bisher verwendeten, mit Teer oder Pech imprägnierten Steinen die folgenden Vorteile: 1» Eine Verunreinigung durch die Imprägnierung wird verhindert. 2. Ein

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erhöhter Widerstand gegenüber einer Verschiebung aufgrund des Entweichens oder Aussickerns des Imprägniermittels wird ausgeschaltet. 3o Die Betriebslebensdauer der Steine erhöht sich um über 2Ο9ό_o

Figo 2 ist eine graphische Darstellung, die einen Vergleich zwischen dem Leistungsverhalten von erfindungsgemäß hergestellten Steinplatten für Schieberverschlüsse und entsprechenden Steinplatten nach dem Stand der Technik zeigt. In Fig. 2 gibt die Ordinate den Widerstand gegenüber einer Verschiebung an, während auf der Abszisse die Zahl der Benutzun« gen bzw. Betätigungen der Steinplatten aufgetragen ist» Dabei zeigt die Zahl 0, daß die Steinplatten noch unbenutzt sind, während die Zahlen 1 usw. die Zahl der Benutzungen der Steinplatten (doho das erste Mal, das zweite Mal usw_o) angeben und die Buchstaben a, b und c den Beginn der Benutzung oder Betätigung, die Einstellung der Durchsatzmenge während des Austrags oder Abstichs bzw. das Ende des Abstichs angeben. Kurve 1A veranschaulicht die Änderung des Gleitwiderstands des Steins gemäß Beispiel 1A nach der Erfindung, während die Kurven 1B, 2A und 2B den gleichen Widerstand für die e rf indungs gemäßen Steine gemäß Beispiel 1B, 2A bzw«, 2B angeben,,

Die Kurven T und P verdeutlichen andererseits die Änderung des Gleitwiderstands von bisher verwendeten, mit Teer bzw» Pech imprägnierten Steinen«, Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Steinen, deren Gleitwiderstand mit zunehmender Betätigungszahl beträchtlich ansteigt, zeigt der Gleitwiderstand bei den erfindungsgemäßen Steinen praktisch keinen Anstieg, und er ist außerordentlich stabil bzw₀ gleichbleibend.

Bezüglich der Eigenschaften im Hinblick auf den Gleitwiderstand bestand andererseits kein merklicher Unterschied zwischen den mehr als 1096 Graphit enthaltenden Steinen und den Steinen, die 10% Graphit enthalten« Die Zugabe von Graphit in Mengen von mehr als 20% erwies sich jedoch im Hinblick auf

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die Schwierigkeiten bei der Herstellung der Steine, die Verschlechterung der Festigkeit und die Fertigungskosten als
nicht vorteilhaft.

Wie aus den vorstehend offenbarten Ausführungsbeispielen der Erfindung ersichtlich ist, eignen sich die erfindungsgemäß
hergestellten feuerfesten Steine außerordentlich gut für den Bau eines Verschlußschiebers für Metallschmelzengefäße»

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Claims

Patentansprüche

ο Steinplatte für einen Verschlußschieber eines Gefäßes zur Aufnahme einer Metallschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Steinplatte durch Formen und reduzierendes Brennen einer Masse hergestellt ist, die einen sauren oder neutralen feuerfesten Stoff als Grundmaterial, 2 - 20% und vorzugsweise 3 - 10Jo Graphit, Ton, Teer oder Pech oder eines Gemisches aus Teer und Pech als Bindemittel und ggf_o ein Sintermittel enthält«

2, Steinplatte für einen Verschlußschieber eines Gefäßes zur Aufnahme einer Metallschmelze, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Steinplatte durch Formen und reduzierendes Brennen einer Masse mit einem sauren oder neutralen feuerfesten Stoff als Grundmaterial, 2 - 20% und vorzugsweise 3 - 10% Graphit, Ton, Teer oder Pech oder eines Gemisches aus Teer und Pech als Bindemittel und ggf. einem Sintermittel, Imprägnieren des gebrannten Produkts mit Teer oder Pech oder einem Gemisch davon und weiteres reduzierendes Brennen des imprägnierten Produkts, um dabei die im Imprägnierungsmittel enthaltenen flüchtigen Stoffe vollständig auszutreiben und die Poren des Steins mit Kohlenstoff zu füllen, hergestellt ist.

3, Steinplatte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Mengenanteil von Ton als Bindemittel bei 2 - 30% liegt.

4· Steinplatte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil von Teer oder Pech als Bindemittel bei 3 - 30% liegt.

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Steinplatte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittel Holzfaserstoff
(lignin), Ammoniumalginat oder Phenolharz ist„

Steinplatte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintermittel Siliziumkarbid,
Siliziumnitrid, ein Gemisch aus Siliziumkarbid und -nitrid, metallisches Silizium oder Ferrosilizium ist und daß der
Mengenanteil des Sintermittels bei 1 - 1O?o liegt.

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