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Verfahren zum Herstellen eines Giessdüsenpresslings und Mate-
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ialzusammensetzung dafür.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer stranggepressten
Düse zum Giessen von tletallschmelzen und eine Materialzusammensetzung für eine
derartige ausgepresste Düse.
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Verschiedene Gießdüsen oder Giessdüsenpresslinge, wie lange Düsen
oder Tauchdüsen,werden in jüngster Zeit weitgehend auf dem Gebiet des Stranggiessens
von Stahl und der Herstellung von beruhigtem Stahl eingesetzt, um zu verhindern,
dass der geschmolzene Stahl während des Giessvorganges oxydiert. Bekannte Düsen
sind mit einem grossen Anteil an Graphit zusammengesetzt, um sie widerstandsfähig
gegen Reissen und Eorrosion zu halten und werden durch Gummipressen (rubber presses)
geformt. Wenn auch das Gummipressen einen gleichförmigen Druck auf die zu formenden
Düsen ausüben kann, so neigen doch die Graphitschichten zur Verlagerung und ergeben
Düsen, die eine geringe Abmessungsgenauigkeit haben. Die Produktionsmenge bei derartigen
Düsen ist gering, da ein Nachbearbeitungsverfahren, die Schleifen oder Schaben erforderlich
ist, um die Abmessungsunregelmäseigkeiten zu beseitigen'mit de Ergebnis, dass derartige
Düsen relativ teuer herzustellen sind.
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Es wurden auch Strangpressverfahren zum Herstellen von Giessdüsen
oder Düsenpresslingen verwendet. Ein bekanntes Beispiel ist in der JA-OS 48-28 329veröffentlicht
am 14.April 1973, beschrieben, bei welchem zuerst ein fester zylindrischer Körper
stranggepresst wird, und dann eine Durchgangsbohrung zum Durchgang des geschnolzenen
metalls hergestellt vrird,
nachdem der zylindrische Körper gebrannt
ist. Das bekannte Verfahren erfordert aufwendige Herstellungsschritte und erzeugt
daher Giessdüsenpresslinge mit einem verminderten Ausstoss.
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Es ist ein Giessdüsenpressling bekannt, der eine an einem Ende geschlossene
axiale Bohrung aufeist, und der seitliche Durchgänge durch die Düse quer zu der
Bohrung im Bereich des geschlossenen Endes hat. Ein übliches Verfahren zum Herstellen
eines derartigen Giessdüsenpresslings war es, einen zylindrischen Körper mit einer
Durchgangsbohrung herzustellen und dann die Bohrung mit einem Endverschluss zu verschliessen.
Dieses bekannte Verfahren ist jedoch nachteilig, da die Düse an der Verbindungsstelle
des Endverschlusses mit dem zylindrischen Körper zum Zeitpunkt des Brennens oder
beim Gebrauch leicht bricht.
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Eine weitere bekannte Art von Giessdüsenpressling besteht aus einem
zylindrischen Körper mit einer axialen Durchgangsbohrung, der durch eine Schnecken-oder
Strangpresse mit einem Mittelkern geformt ist, der mittels eines Trägers an der
Strangpressdüse-befestigt ist-, um die Durchgangsbohrung auszubilden. Wenn ein strangzupressendes
Material ausgepresst wird, so dass es durch die Strangpressdüse austritt, wird das
Material durch den Träger geschnitten und getrennt und dann hinter dem Trager in
eine stranggepresste Lasse wieder zusammengefügt. bs treten keine Problere bei diesem
Pressverfahren auf, wenn die Düsen mit keinen oder einem geringen Graphitgehalt
hergestellt werden. Jedoch neigen Düsen, die einen höheren Anteil an Graphit enthalten
und durch ein derartiges Strangpressverfahren hergestellt werden1 dazu, entlang
der Zusammenfügungsfläche zu reissen, nachdem die Düsen ebrannt sind, insbesondere
wenn sie bei der Benutzung einem thermischen Schock ausgesetzt sind.
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Gemäss einem Verfahren nach der Erfindung wird eine Form mit einem
Mittelkern mit einer Auspressdüse einer Schneckenpresse verbunden, wobei der Kern
kurz vor der Pressdüse endet, und ein Material wird durch die Pressdüse in die Form
eingepresst, um einen Giessdüsenpressling zu bilden, der eine durch den Mittelkern
gebildete Längsbohrung aufweist, wobei das eine axiale Ende der Bohrung geschlossen
ist. Darauf wird der Mittelkern aus der Form entfernt, der geformte Giessdüsenpressling
aus der Form herausgenommen, der ausgeformte Giessdüsenpressling getrocknet und
gebrannt und danach Querbohrungen durch den Giessdüsenpressling quer zur Längsbohrung
im Bereich des geschlossenen axialen Endes hergestellt. Gemäss einer anderen Ausfünrungsform
wird ein Mittelkern koaxial mit einer Presschnecke einer Schneckenpresse gekuppelt,
und eine Form mit der Auspressdüse der Schneckenpresse so verbunden, dass der Mittelkern
durch die Pressdüse in die Form hineinragt,und ein Material wird durch die Pressdüse
in die Form eingepresst, um einen Giessdüsenpressling darin aus zum bilden, der
eine durch den Mittelkern gebildete Längsdurchgangsbohrung aufweist. Eine Zusammensetzung,
die für einen derartigen stranggepressten Giessdüsenpressling geeignet ist, besteht
aus Plockengraphit in einem Mengenbereich von 10 - 40 Gew.%, wobei der Flockengraphit
als Granulat vorliegt, dessen Körnchen jedes einen Durchmesser im Bereich von 0,1
- 0,5 mm hat, einem Bindeton in einem Mengenbereich von 10 - 30wGew,p und einem
feuerfesten I terial in einer rvienge gleich dem verbleibenden Gewichtsanteil, wobei
sich die Gewichtsanteile auf das Gesamtgewicht der drei Anteile beziehen.
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Es ist daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren
zum Herstellen von Giessdüsenpresslingen mit hoher Produktionsgeschwi:idigkeit und
geringen Kosten zu schaffen.
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Eine weite Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum
Herstellen
von Giessdüsenpresslingen zu schaffen, die gegen Rissbildung nach dem Brennen oder
bei der Verwendung widerstandsfähig sind.
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Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum
Herstellen von Giessdüsenpresslingen zu schaffen, die eine hohe Abmessungsgenauiglceit
haben und daher keine Nachbearbeitung erfordern.
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Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zusannensetzung
für stranggepresste Giessdüsenpresslinge zu schaffen, die zum Strangpressen geeignet
ist, und die dem Erosionsangriff mit geschmolzenem Metall widersteht.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine.gemäss
dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Eintauchdüse, Fig. 2 einen Längsschnitt
durch eine Schneckenpresse mit daran befestigter Form, Fig. 3 eine Schrägansicht
auf einen Gussdüsenpressling, der gemäss einem anderen erfindungsgemässen Verfahren
hergestellt ist, und Fig. 4 eine Schrägansicht auf einen üblichen Giessdüsenpressling
nach dem Brechen in einem Spaltversuch.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, hat eine Eintauchdüse eine Längs bohrung
1 zum Durchgang der Metallschmelze, z.B. Stahl, wobei die Bohrung 1 an ihrem Ende
11 geschlossen ist und seitliche Öffnungen durch die Düse, die Bohrung 1 im Bereich
des
geschlossenen Endes kreuzen, zum Ausströmen der Metallschmelze
aus der Bohrung 1 vorgesehen sind.
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Das geschlossene Ende 11 ist gleichzeitig mit der Herstellung der
Bohrung 1 ausgebildet. Fig. 2 zeigt eine Schnecken-oder Strangpresse 3 zum Herstellen
einer solchen Tauchdüse. Die Strangpresse hat eine Bauart, die eine zweistufige
Entlüftung ermöglicht und besteht aus einer Presschnecke 12, die an einer Schneckenwelle
13 angebracht ist und in einem Pressengehäuse liegt und eine Auspressdüse 4 ist
an dem Pressengehäuse befestigt und hat eine zentrale Auspressöffnung. Eine zylindrische
Form 5 ist an der Pressdüse 4 koaxial mit dieser befestigt und weist einen langgestreckten
mittleren Kern 6 auf, der kurz vor der Pressdüse 4 endet. Die Form 5 und der Mittelkern
6 sind an einer unteren Platte 7 auf einem Tisch 8 angebracht.
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Beim Betrieb wird ein auszupressendes Material oder Masse 14 durch
Drehung der Presschnecke 12 durch die Auspressdüse 4 in die Form 5 gepresst, um
eine Tauchdüse 10 darin zu formen.
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Die untere Platte 7 und der Kern 6 werden entfernt, eine nicht dargestellte
Abziehplatte wird auf dem Tisch 8 aufgelegt und dann die Tauchdüse 10, sowie sie
stranggepresst ist, von dem Material 14 im Pressengehäuse durch einen über eine
Ebene 9 in der Pressdüse 4 bewegten Draht abgeschnitten. Der Tisch 8 wird abgesenkt,
um die an einem Ende 11 geschlossene Tauchdüse 10 aus der Form 5 zu entnehmen. Die
auf diese Weise geformte Tauchdüse 10 wird in üblicher Weise getrocknet und gebrannt
und anschliessend Querbohrungen 1 quer zur Längsbohrung 1 im Bereich des geschlossenen
Endes 11 angebracht.
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Als Beispiel ist das zur Herstellung der Tauchdüse 10 verwendete Material
aus den folgenden Bestandteilen zusxmmengesetzt:
Tabelle 1 Flockengraphit
20 Gew.C/c; Elektroverschmolzenes Aluminiumoxid 55 Gew.% Ton 25 Gew.% Eine Tauchdüse,
die gemäss dem vorgehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist, hat die folgenden
Eigenschaften.
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Tabelle 2 Spezifisches Massengewicht 20,5 Sichtbare Porsität (%)
25,0 Druckfestigkeit (kg/cm2) 250 Die oben beschriebene Tauchdüse wurde mit einer
50 t Giesspfanne für zwei Chargen Stahlschmelze verwendet. flach dem Gebrauch wurden
keine Risse an der Düse festgestellt und daher hat sich die Düse als für den Widerutnd
gegen Erosionsangriff von geschmolzenem Stahl geeignet gezeigt.
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Gemäss einer anderen Ausführungsform wird im Falle einer langen Düse
ein Mittelkren koaxial an einer Presschnecke einer Schneckenpresse befestigt (nicht
dargestellt),und eine Form wird mit der Auspressdüse der Schneckenpresse so verbunden,
dass der Mittelkern durch die Form hindurchragt. Ein Laterial oder eine Masse wird
durch die Auspressdüse in die Form gepresst, um einen Giessdüsenformling darin Auszuformen,
der eine Längsdurchgangsbohrung hat, die durch den Mittelkern bestimmt ist.
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Die beispielhaften Bestandteile des Materials für die TIerstelung
eines solchen Giessdüsenpresslings sind folgende.
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Tabelle 3 Flockengraphit 15 Gew.% elektroverschmolzenes Aluminiumoxyd
35 Gew." geschmolzene Silica 25 Gew.% Ton 25 Gew.%
Wasser oder
organische Binder wie harz, Bindepaste od.dgl.
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wurden den vorstehend erwähnten Bestandteilen zugesetzt und die Mischung
wurde durchgeknetet. Die Mischung oder Masse wurde ausgepresst aus einer Schneckenpresse,
bei der der Kern koaxial an der Presschnecke befestigt war und aus einer üblichen
Strangpresse, bei der der Kern an einem Bügel an der Strangpressdüse abgestützt
war, um zylindrische Giessdüsenpresslinge 15,16, wie in Fig 3 bzw. 4 dargestellt,
zu formen, deren jeder eine mittlere Durchgangsbohrung 17 aufweist. Diese Giessdüsenpresslinge
15, 16 wurden schnell auf 1400°C erhitzt und 15 Minuten auf dieser Temperatur gehalten,
dann 2 Minuten wassergekühlt und 13 Minuten luftgekühlt. Ein solches Spalttestverfahren
wurde wiederholt bis die Düsen gerissen waren. Die Ergebnisse des Spalttestes sind
in Tabelle 4 und in den Fig. 3 und 4 aufgeführt.
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Tabelle 4 Erfindungsgemässer Giessdüsen- es wurden keine Risse festpressling
15 gestellt, hachdem das Test-'-verfahren 5 x wiederholt wurde, Bekannter Giessdüsenpressling
16 nach einem einzigen Spalttestversuch gerissen.
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Der Giessdüsenpressling 15 ist nach wiederholten Testverfahren, wie
in ig. 3 dargestellt, nicht gerissen, jedoch zeigt der Giessdüsenpressling 16 Risse
17 nach einem einzigen Spalttestversuch, wie in Fig. 4 dargestellt.
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Beim Formen der Masse bringt der Graphit Schwierigkeiten beim Befeuchten
mit einen Medium, wie Wasser und kann nicht leicht entlüftet werden. Die verwendete
Strangpresse jedoch kann eine Vakuumentl')Xftung des Graphits ermöglichen, und es
können bessere Ergebnisse, z.B. in der Verhinderung von Laminierung
und
in der Kompaktheit des Aufbaus durch zweistufige Entlüftung erreicht werden, wenn
auch eine einstufige Entlüftung an sich diesen Zweck erfüllt. Die beim einstufigen
und zweistufigen Entlüftungsverfahren erreichbaren Eigenschaften sind in Tabelle
5 dargestellt.
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Tabelle 5 2-stuf.Entlüft. 1 -stuf.Entlüft.
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Spezifisches Gewicht 2,0 1,95 der Masse sichtbare Prosität (%) 25,0
29,0 Druckfestigkeit (kg/cm2) 200 180 Die in Tabelle 5 aufgeführten Eigenschaften
betreffen einen Giessdüsenpressling, der geformt und gebrannt ist. Die Anzahl der
Entlüftungsstufen entspricht der Anzahl von lZakuumsentlüftungeinrichtungen an der
Schneckenpresse.
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Eine lange Düse, die mit der oben beschriebenen zweistufigen Entlüftung
hergestellt war, wurde bei einer 50 t-Giesspfanne für zwei Chargen Stahlschmelze
verwendet. Es zeigten sich keine Risse an der Düse, und daher wurde die Düse als
geeignet dem Erosionsangriff von geschmolzenem St:rhl zu widerstehen angesehen.
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Nach dem erfindungsgemässen Verfahren können die Düsen leicht während
des Formens mit Flanschen versehen werden und mit einer Abmessungsgenauigkeit hergestellt
werden, die ein Nachbearbeitungsverfahren erfordert. Auch können Düsen nacheinander
mit hohen Produktionszahlen und geringen Kosten hergestellt werden.
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Es ist bekannt, dass, wenn Düsen mehr Graphit enthalten, ihre Eigenschaften
in weitem Umfang durch die Anordnung der
Graphitschichten beeinflusst
werden. Genauer gesagt, hat die Anisotropie des Graphits, insbesondere von Flockengraphit,
einen grossen Einfluss auf die thermische Leitfähigkeit, den Wärmedehnungskoeffizienten,
die elektrische Leitfähigkeit, Säurefestigkeitseigenschaften, Erosionswiderstand
und mechanische Festigkeit der aus Graphit hergestellten Düsen. Im Hinblick auf
diese Anisotropie wird das Pressverfahren gemäss der Erfindung so ausgelegt, dass
die Graphitschichten in konzentrischen Ebenen in den gepressten Giessdüsenpresslingen
angeordnet sind.
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Die Verformbarkeit der Bestandteile eines Materials mit einem Kohlenstoffgehalt,
das zu einem Giessdüsenpressling ausgepresst werden soll, beeinflusst die Oberflächenausbildung
und die Lamination des Giessdüsenpresslings. und den Sormfüllungsgrad des Materials.
Eine Materialzusammensetzung zum Strangpressen von Giessdüsenpresslingen gemäss
der Erfindung ist so ausgewählt, dass sie für Strangpressverfahren geeignet ist
und gleichzeitig die erfinderische Qualität und die praktische Eignung von Giessdüsenpresslingen
ermöglicht.
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Es wurden eine Anzahl von Material zusammensetzungen hergestellt und
auf ihre Eigenschaften geprüft, nachdem sie zu Giessdüsenpresslingen gepresst wurden,
wobei die Ergebnisse in der Tabelle 6 aufgeführt sind, in welcher die Beispiele
2 - 4 gemäss der Erfindung hergestellt sind.
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Tabelle 6 Beispiel No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Flockengraphit mit 15 Korngrösse
von 0,5 mm oder mehr Flockengraphit mit 5 10 20 40 45 15 15 Korngrösse von 0,5 to
0,1 mm Flockengraphit mit 15 Korngrösse ovn 0,1 mm oder weniger Ton 25 25 25 25
25 25 25 5 35 Feuerfester Anteil 70 65 55 35 30 60 60 80 50 Formbarkeit gut gut
gut etwas schlecht schlecht schlecht schlecht gut Oberflächengüte gut gut gut gut
etwas gut schlecht schlecht schlecht gut Lamination keine keine keine keine ausge-
ausgebil- etwasaus- ausgebil- keine *Spezifisches Gewicht bildet det gebildet det
der Masse 2,10 2,05 2,00 1,87 1,85 1,96 1,95 2,03 2,02 *Sichtbare Porosität 21,0
23,0 25,0 26,0 28,0 28,0 29,0 24,0 (%) *Druckfestigkeit 350 300 250 200 180 150
130 100 250 (kg/cm²) **spaltwiderstand - 5- 5 - 5 - 5 - fach - - - 2-fach fach fach
fach
elTachdem die Giessdüsenpresslinge geformt und gebrannt sind.
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Die Giessdüsenpresslinge wurden 15 Minuten auf 14000C erwärmt, 2 Minuten
wassergekühlt und 13 Minuten luftgekühlt.
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Zu den in Tabelle 6 aufgeführten Bestandteilen wurde Wasser zugesetzt,
und die Mischung vor dem Auspressen zu einem Giessdüsenpressling durch die Schneckenpresse
geknetet.
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Soweit Ton im Bereich von 10 Gew.% vorliegt, wurde ein organischer
Binder, wie Harz, Bindepaste od.dgl. zur besseren Verformbarkeit zugesetzt.
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Die in Tabelle 6 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass die verwendete
Tonmenge und der Teilchendurchmesser des Graphitgranulats Steuerfaktoren für die
Eigenschaften des Giessdüsenpresslings darstellen. Ein vorzugsweiser Durchmesserbereich
der Graphitkörner liegt bei 0,1 - 0,5 mm. Wenn der Durchmesser 0,5 mm oder grösser
ist, ist die Verformbarkeit gering, da die Neigung zum Auftreten von Lamination
besteht, und das Oberflächenaussehen wird schlechter. Wenn der Durchmesser 0,1 mm
oder kleiner ist, ist die Verformbarkeit gering, da das Volumen des zu mischenden
Materials erhöht wird und die Bestandteile werden weniger aneinander gebunden, und
die Qualität wird schlechter, da das spzifische Gewicht der Masse vermindert und
die Porosität erhöht wird und die Bruchfestigkeit wird vermindert.
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Graphit sollte vorzugsweise im Bereich von 10 - 40 Ges.0 vorliegen.
Bei 10 Gew. oder weniger Graphit haben die daraus hergestellten Giessdüsenpresslinge
einen geringeren Erosions-und Spaltwiderstand. Bei 40 Gew. oder mehr Graphit ist
die-Eigenschaft der daraus geformten Giessdüsenpresslinge ihre gepresste Form beizubehlten
vermindert, und es kann sich Lamination bilden.
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Ton sollte vorzugsweise im Bereich von 10 - 30 Gew.% vervwendet werden.
Wenn der Ton 10 Gew. oder darunter beträgt, zeigen die Giessdüsenpresslinge eine
geringere Neigung, ihre Form zu halten und es kann sich leicht Lamination bilden.
Wenn der Tonanteil 30 Gew. oder mehr beträgt, wird der Erosions-und Spaltwiderstand
vermindert.
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Eine lange Düse, die aus einer Zusammensetzung gemäss dem Beispiel
3 der Tabelle 6 hergestellt war, wurde bei einer 50 t-Giesspfanne für zwei Chargen
Stahlschmelze verwendet. Die lange Düse zeigte keine Rissbildung, und es wurde daher
festgestellt, dass sie dem Erosionsangriff von geschmolzenem Stahl Stand hält.
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Wenn auch bestimmte vorzugsweise Ausführungsformen im einzelnen vorstehend
beschrieben wurden, so können doch selbstverständlich viele Änderungen davon ausgeführt
werden, ohne dass der durch die Ansprüche gegebene Schutzbereich verlassen wird.