DE3230107A1 - Verwendung von keramischem fasermaterial bei feuerfesten verschleissteilen von schiebeverschluessen fuer fluessige metallschmelze enthaltende gefaesse sowie schiebeverschluss mit feuerfesten verschleissteilen aus keramischem fasermaterial - Google Patents

Verwendung von keramischem fasermaterial bei feuerfesten verschleissteilen von schiebeverschluessen fuer fluessige metallschmelze enthaltende gefaesse sowie schiebeverschluss mit feuerfesten verschleissteilen aus keramischem fasermaterial

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Description

- 6 - Wiesbaden, den 12.08.1
KXR/Ke/Sc - PA 32
D lull: R -WERKE Λ Γ· Less ingstraße 16 - 18 0.200 Wiesbaden
Verwendung von keramischem Fasermaterial hei feuerfesten Verschleißteilen von Schiebeverschlüssen für flüssige Metallschmelze enthaltende Gefäße sowie Schiebeverschluß mit feuerfesten Verschleißteilen aus keramischem Fasermaterial
Die Verschleißteile von Schiebeverschlüssen sind bekanntlich außerordentlich hohen erosiven und/oder korrosiven Angriffen ausgesetzt. Derartige Verschleißteile bestehen derzeit aus sehr hochwertigen keramisehen FeuerfestmateriaIien, die jedoch ..'. K· i chwoh 1 einem unbefriedigend hohen Verschleiß unterließen und bei den ex t reinen Teinpc rat u rwechse 1 beanspruchung·!! :.\\r !; i lob i 1 dung neigen. Außerdem besteht bei solchen Schiebever-Schlüssen herkömmlicher Art die Gefahr des Einfrierens dt-s Metalles in den Durchlauf kanälen, wenn der Schiebeversch 1 ulo geschlossen ist. Diese Beeinträchtigungen hängen zum Teil davon ab, welche Wärmeleit- bzw. Isolationseigenschaften das feuerfeste Material des Verschleißteiles hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Möglichkeit :u schaffen, daß solche Verschleißteile den genannten erosiven und/oder korrosiven Beanspruchungen besser standhalten und die Gefahr des hinfrierens der Metallschmelze beseitigen. Aufgab'· der vorliegenden Erfindung ist es auch, einen unter Verwendung soldier neuartiger Verschleißteile auf einfache Weise he treibbaren ScIii eheversch luß vorzuschlagen.
Die Erfindung besteht in der Verwendung von keramischem Fasermaterial für mit flüssiger Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze in Berührung kommende Verschleißteile, z.B. Platten und Hülsen, in Schiebeverschlüssen, das eine Dichte zwischen 1,5 und 3, vorzugsweise von 2 g/cm"5 hat. Der Begriff "Fasermaterial" umfaßt dabei ein im wesentlichen oder nur teilweise aus Fasern bestehendes Material.
Wimneisolierungsmaterial, beispielsweise auf der Basis von Kohlenstoff- oder Graphitfasern, sind an sich bekannt. Es gibt auch Wärmedämmplatten aus verdichteter Steinwolle oder dergleichen, in die beispielsweise hitzebeständige Materialien, wie Schamotte, Mineralwollzement oder Asbest, eingelagert ist.
Mit der vorliegenden Erfindung werden feuerfeste keramische Faserinaterialien einem vollständig neuen Anwendungsgebiet zugänglich gemacht. Die Erfindung ist aber nicht nur in der Verwendung von keramischem Fasermaterial für die genannten Verschleißteile, sondern auch umgekehrt in der Bildung dieser feuerfesten Verschleißteile für bestimmte Anwendungszwecke aus einem für diese Zwecke neuen Material, nämlich keramischem Fasermaterial, zu seilen.
Aus dem keramischen Fasermaterial sind auf einfache Weise Verschleißteile herstellbar, die in den vorgesehenen Kombinationen den hohen erosiven und/oder korrosiven Beanspruchungen, wie sie beispielsweise bei einem Schiebeverschluß vorliegen, standhalten können.Die aus dem keramischen Fasermaterial erfindungsgemäß gebildeten Verschleißteile haben nicht nur hinreichende Beständigkeit gegen die genannten Angriffe, sie haben auch die erforderliche Festigkeit und Abriebbeständigkeit im kalten und im heißen Zustand, geeignete Porosität, Kaltdruckfestigkeit, Kaltbiegefestigkeit und Heißbiegefestigkeit, insbesondere hinreichend chemische Widerstandsfähigkeit gegen aggressive
Stähle und Schlacken, geringe Neigung zum Absplittern der Oberfläche bzw. des als Drosselkante wirkenden Durchlauföffnungsrandes, hohe Temperaturwechselbständigkeit und hohe Fl amiubeständigkeit (Peeling-Test). Das feuerfeste keramische Fasermaterial verhindert eine Rißbildung auch bei den genannten Beanspruchungen,ihnen kann ferner aufgrund des Fasermaterials und der möglichen Faserorientierung gute Wärmeleitfähigkeit oder gutes Wärmeisolationsvermögen gegeben werden. Die letzteren Eigenschaften sind insbesondere wichtig für die Wärnieverteilung in Schieberplatten und die Vermeidung des Einfrierens der Metallschmelze. Keramische Fasermaterialien haben auch eine schlechte Benetzbarkeit für Metallschmelzen, was der Erosions- und Korrosionsbeständigkeit zugute kommt.
Vorzugsweise enthält das Fasermaterial tonerdereiche Fasern oder Fasermischungen, z.B. Fasern des Systems Al^O- χ SiCU.
Der Gehalt von Al7O7. der tonerdereichen Fasern oder Fasermischungen ist. dabei zweckmäßigerweise größer als 45 Gew.-Ί und kleiner als 98 Gew.-i oder größer als 60 Gew.-o, vorzugsweise größer als 75 Gew.-°& und kleiner als 98 Gew.-I.
Das Fasermaterial kann auch aus Fasern auf der Basis von ZrO, oder Kohlenstoff bestehen oder Faserbeimischungen aus Kohlenstoff und/oder Cr2O, und/oder ZrO2 und/oder MgO-haltigen Fasern enthalten.
Zur Beeinflussung der Wärmeleitfähigkeit kann das l-'aserma terial Beimischungen von hochhitzebeständigen Metallfasern, vorzugsweise von der Größenordnung des Durchmessers und der Länge der keramischen Fasern enthalten.
Die keramischen Fasern haben vorzugsweise eine mittlere Länge von kleiner als etwa 1 χ 10 m und vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von kleiner als etwa 3 bis 5 χ 10 m.
Zur Bildung von Verschleißteilen kann das Fasermaterial mechanisch und/oder thermisch verdichtet und/oder verfestigt so i η.
Das l-'aseriuaterial kann gepreßt und/oder ein Filz sein.
Zur Bindung kann in das Fasermaterial ein feuerfestes organisches und,-oder anorganisches, vorzugsweise kohlenstoffhaltiges oder karbonisierbares Bindemittel, vorzugsweise bis zu 60 % Teer oder Pech, eingelagert sein.
Das Fasermaterial ist dabei vorzugsweise teer- oder pechget rankt .
Zur Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften des Faserliiaterials kann dieses ferner zwischen 0 und 30 Gew.-I, vorzugsweise O bis 10 Gew.-Co, feinverteilte pulverförmige oder kolloidale, feuerfeste Beimischungen, z.B. AI2O3, MgO, CaO, SiO1, ZrO-,, SiC, Cr^O- oder Graphit, aufweisen.
Dm den Metallschmelzeangriff noch weiter zu senken, kann das Fasormateria1 ein feuerfestes, benctzungshemmendes Mittel aufwei sen .
Insbesondere wenn das Fasermaterial als plattenfrörmiges Verschluß- odor Hegelelement für einen Schiebeverschluß ausgebildet ist, ist os zweckmäßig, wenn das Faserraaterial ein feuerfestes Gleitmittel, z.B. Graphit, oder auf der Basis von Kohlenstoff oder Molybdänverbindungen,aufweist.
Voτ seh 1 ο i lobestandigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit und/oder Gleitfähigkeit des Fasermaterials kann auch dadurch verbessert werden, daß die Fasern bzw. die Oberflächen des Fasermaterials ganz oder teilweise mit hochverschleißfestem Metall oder Metalloxidverbindungen bedampft sind.
- 10 -
■ ' J^,OU IU/
- Ίο -
Der Fase rantei 1 des Fase rma tor ial s sollte zwischen etwa 4(1 und 1JO Gew.-'S betragen.
Das für die Erfindung bestimmte Fasermaterial hat zweckmäßigerweise eine Kaltbiegefestigkeit zwischen etwa 4 und !0 X/mm" und eine Heißbiegefestigkeit bei 1500 0C zwischen etwa 3 und S \'/mm".
Vorzugsweise ist das Fasermaterial als ρlattenförmiges Regel- und oder \bsperrorgan für einen Schiebeverschluß ausgebildet. Hs ;:iiiP, dann eine Kaltbiegefestigkeit zwischen etwa 4 und 10 Nnmi", vorzugsweise b und 10 Nmm" ,und eine Heißbiegefestigkeit bei
ο ?
1500 C zwischen etwa 7> und 8 Nmm"haben. Derartige Regel- und 'oder Absperrorgane haben vergleichsweise große Abmessungen und unterliegen daher besonders der Rißgefahr, die mit der Erfindung ve rmi eden wi rd .
!«as Hasermateria I kann auch selbst als Träger für keramische Hinsätze aus keramischem Fasermaterial und/oder anderem an sich bekannten feuerfestem VersenLeißmaterial dienen.
Hm .Schiebeverschluß für flüssige Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze, enthaltende Gefäße, mit einem zwischen rwei lührungsebenen verstellbaren, wenigstens eine Durch lauföffnung aufweisenden Verschluß-und/oder HegeJelement zeichnet sich nach der Hrfindung dadurch aus, daß das Verschluß- oder Regelelement bahnförmig und unter Verwendung von Fasermaterial nach einem di.-r Ansprüche 1 bis 22 ausgebildet ist und über seine Länge in Abständen voneinander Durchlauföffnungen aufweist, und daß das Verschluß- oder Regelelement gerade oder bogenförmig zwischen z.B. von Platten gebildeten Führungs flächen führbar und dabei auf eine zur Aufnahme des ferrostatischen Druckes hinreichende Festiok?it komprimierbar, ist.
- 11 -
In Lir Γi ndungsgemäßer Weiterbildung eines solchen Schiebeverschlusses bililen die Führungs Πächen einen von z.B. gegen die Wirkung von Federn ::u spreizenden Dichtflächen begrenzenden 1· inzugsspa 11 , wobei das bahnförmige Fasermaterial beim Einführen in den Einzug-spalt zur Urzeugung eines für die Abdichtung hinreichenden Λ11 ρ :"eßd ruckes komprimierbar ist.
Der Anpreßdruck kann teilweise durch die beim Einfühlen des Verschluß- oder Regelelements zwischen die Dichtflächen erfolgenden thermischen Ausdehnung des Verschluß- oder Regelelements gebi 1 lot werden.
Das Verschluß- oder Regel element ist jedenfalls vor seiner Komprimierung vorzugsweise biegsam, so daß es auf einer Rolle gelagjrt und von einer KoIIe in den Schiebeverschlußspalt eingezogen werden kann.
Für das Einziehen des bahnförmigen Verschluß- oder Regele 1cments könnte zweckmäßig sein, wenn besondere zug feste Einlagen und/oder Auflagen vorgesehen sind. Diese können beispielsweise aus hit.'ebeständigem Metall sein.
Die Einlagen und/oder Auflagen sind vorzugsweise nicht starr,swndern beispielsweise biegsam oder gelenkig.
Um das Einziehen des Verschluß- oder Regeleleraents in den Einzugsspalt des Schiebeverschlusses zu erleichtern, kann das Verschluß- oder Regelelement ein- oder beidseitig eine Schicht mit eingelagertem (!leitmittel, z.B. Graphit, aufweisen.
Eine besonders günstige Regelung des Metal 1flusses aus dem je-M-ili.'.eii lü-hältnis kann man dadurch erzielen, daß die aufi-iM.iiiJfi1 folgenden Durchlauföffnungen entsprechend der Abnahme vU :- fe r rost a t i sehen Druckes zunehmenden Querschnitt haben.
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Heim Durchziehen des bahnförmigen Fasermaterials können dabei mit abnehmendemferrostatischen Druck nacheinander Durchlauföffnungen größer werdenden Querschnitts in den Bereich der Durch]aufÖffnungen der begrenzenden Führungsplatten gebracht werden, wodurch der Fluß der Metallschmelze etwa konstant gehalten werden kann. Das erf indungsgeinäße bahnförm i ge liege 1- und/oder Absperrorgan ersetzt damit die Mittelplatte dei bekannten sogenannten Dreiplattenschieber. Mit Hilfe der Kompressibilität des Fasermaterials ist eine gute Fugenabdichtung des Schiebeverschlusses erzielbar. Das erfindungsgemäße Verschluß- uder Regelelement arbeitet beispielsweise zunächst !uit. einer ersten Durchlauföffnung mit den Durchlauf kanu 1 en der beiden angrenzenden Führungsplatten zusammen. Nach der ersten hntleerung des Behälters von Metallschmelze durch den Schιebeverschluß kann das Verschluß- oder Regelelement in it seiner „'.weiten Durch.1 auf öffnung in den Bereich der Du rcli 1 auf kaiväle der angrenzenden Führungsplatten gezogen werden Jede Durchlauf ö f. fnung hat demnach mit ihrem Rand Regel- oder Absperrfunkt ion, beispielsweise nur bei einer einzigen Behälterentleerung. Das Verschluß- oder Regelelement kann dadurch relativ dünn gehalten werden.

Claims (1)

  1. 32301O
    Wiesbaden, den 12.08. KXR/Ke/Sc - ΡΛ 3218
    Less-i -^straße 16-18
    - W \1 R K H AG ß e
    Wiesbaden
    Verwendung von keramischem Fasermaterial bei feuerfesten Verschleißteilen von Schiebeverschliissen für flüssige Metallschmelze enthaltende Gefäße sowie Schiebeverschluß mit feuerfesten Verschleißteilen aus ke rami schein Fasermaterial
    Patentansprüche:
    1. Verwendung von keramischem Fasermaterial für mit flüssiger Meta 1 lscluiiel :e , insbesondere Stahlschmelze, in Berührung kommende Verschleißteile (z.B. Platten und Hülsen) in ScIi ι ehe ν e rsch 1 üssen .
    2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daldas Faserma te r i ;i 1 eine Dichte zwischen 1,5 und 3, vorzugsweise von etwa 2 g/cm hat.
    3. Verwendung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial aus tonerdereichen Fasern oder Fasermischungen auf der Basis des Systems Al7O-. χ SiO7 besteht.
    •i , Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß lter Gehalt von Al9O- der tonerdere ichen Fasern oder Fasermischungen größer als 45 Gew.-1L und kleiner als 98 Gew.-s oder größer als 60 Gew.-b, vorzugsweise größer als 75 Gew.-°& und kleiner als 98 Gew.-β ist.
    ζ ö υ ι υ /
    5. Verwendung η-ach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserma te rial aus Fasern auf der Basis von ZrO, oder Kohlenstoff besteht.
    0. Verwendung nach einem der Anspruch ] bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial Fasern aus Kohlenstoff und/oder Cr7O, und/oder ZrO^ und/oder MgO-haltige Fasern enthält.
    7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial Beimischungen von hochhitzebeständigen Metallfasern, vorzugsweise in der Größenordnung des Durchmessers und der Länge der keramischen Fasern enthält.
    8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Fasern eine mittlere Länge kleiner als 1 χ 10 m haben.
    9. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Fasern einen mittleren Durchmesser kleiner als etwa 3 bis 5 χ 10" m haben.
    10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial mechanisch und/oder thermisch verdichtet und/oder verfestigt ist.
    1!. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial gepreßt ist.
    12. Verwendung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Fasermaterial ein Filz ist.
    KS. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in das Fasermaterial ein feuerfestes, organisches und/oder anorganisches, vorzugsweise ein kohlenstoffhaltiges oder karbonisierbares Bindemittel, vorzugsweise bis zu 60 % Teer oder Pech, eingelagert ist.
    14. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial teer- oder pechgetrankt ist.
    15. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial, zwischen 0 und 30 Gew. -I, vorzugsweise 0 bis 10 Gew.-9 0, feinverteilte pulverförmige oder kolloidale feuerfeste Beimischungen, z.B. Al7O5, MgO, CaO, SiO2, ZrO2, Cr9O3, SiC, Graphit, au fwei st.
    Ib. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasennaterial ein feuerfestes, benet zungshemmeiules Mittel aufweist.
    I?. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial ein feuerfestes Gleitmittel, z.B. Graphit oder auf der Basis von Kohlenstoff oder Molybdänverbindungen aufweist.
    18. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern bzw. die Oberflächen des lasermaterials ganz oder teilweise mit hochverschleißfestem Metall oder Metalloxidverbindungen bedampft sind.
    I1J. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Faseranteil des Fasermaterials •10 bis 90 Gew.-" beträgt.
    -"4*«' ·.··.:.· JZJU IU /
    -O. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn zeichnet, daß das Fasermaterial eine Kaltbiegefestigkeit -wischen etwa 4 und 10 Nimm ,vorzugsweise ϋ und K) Nmm** und eine Heißbiegefestigkeit bei 1500 0C -wischen etwa λ und 8
    ■y
    Ntiim" hat .
    21. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, daß das Fasermaterial als platten- oder bahnförmiges Regel- oder Absperrorgan für den Schiebeverschluß ausgebildet ist.
    11. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial als Träger für keramische Einsätze aus keramischem Fasermaterial und/oder anderem an sich bekannten feuerfestem Verschleißmaterial für Schiebeverschlüsse dient.
    2.S. Schiebeverschluß für flüssige Metallschmelze, insbesondere Stahlschmelze enthaltende Gefäße, mit einem zwischen zwei Führungsebenen verstellbaren, wenigstens eine Durchlauföffnung aufweisenden Verschluß- und/oder Regelelement aus keramischem Fasermaterial nach den Ansprüchen !,gegebenenfalls 2, den Ansprüchen 3 bis 19, gegebenenfalls 20, und den Ansprüchen 21, 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß- und/oder Regelelement bahnförmig ausgebildet ist und über seine Länge in Abständen voneinander Durchlauföffnungen aufweist und daß das Verschluß- oder Regelelement gerade oder bogenförmig zwischen z.B. von Platten gebildeten Führunj>sflachen führbar und gegebenenfalls dabei auf einer zur Aufnahme des ferrostatischen Druckes hinreichende Festigkeit kompr linierba r ist.
    21. Schiebeverschluß nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen einen gegebenenfalls gegen die Wirkung von Federn spreizbaren Dichtflächen begrenzenden Hinzugsspalt bilden und das bahnförmige Fasermaterial brim Einführen in den Iiinzugsspal t zur Erzeugung eines für die Abdichtung insgesamt hinreichenden Anpreßdruckes komprimierbar ist.
    15. Schiebeverschluß nach einem der Ansprüche 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß- oder Regelelement jedenfalls vor seiner Komprimierung biegsam ist.
    26. Schiebeverschluß nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß- oder Regelelement zugfeste Hinlagen und/oder Auflagen aufweist.
    27. Schiebeverschluß nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinlagen und/oder Auflagen aus hitzebeständigem Metall bestehen.
    28. Schiebeverschluß nach Anspruch 26 und 27, dadurch gekennzeichnet, daß Einlagen und/oder Auflagen nicht starr^ sondern beispielsweise biegsam oder gelenkig sind.
    29. Schiebeverschluß nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß- oder Regelelement ein- oder beidseitig eine Schicht mit eingelagertem Gleitmittel, z.B. Graphit, aufweist.
    3Ü, Schielieverschluß nach einem der Ansprüche 23 bis 2'J, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander folgenden Durchlauföffnungen entsprechend der Abnahme des ferrostatischen Hruckes beim Hntleeren des Behälters zunehmenden ijue rschni tt auf we isen .
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