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Verfahren zur Herstellung einer Gießdüse
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BESCHREIBUNG Erfindungsgebiet: Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Herstellung einer Gießdüse, eines Gießmundstücks bzw. einer Gießmuschel
und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gießmundstücks, das
am unteren Teil einer Gießpfanne-bzw. eines Gießtrichters befestigt ist, um zur
Führung geschmolzenen Stahls bzw. von Stahlschmelze in eine zum Stranggießen verwendete
Form zu dienen.
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Stand der Technik: Eine Gießdüse bzw. ein Gießmundstück, das zum Gießen
von Stahlschmelze dient, wird unter erschwerten Bedingungen bei hohen Temperaturen
eingesetzt. Es fanden bereits umfangreiche Untersuchungen bezüglich der für Gießdüsen
verwendeten feuerfesten Materialien statt.
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Eine Gießdüse zum Weiterleiten von Stahlschmelze aus der Gießpfanne
in eine zum Stranggießen von Stahl dienende Form wird als eine der wichtigsten Einrichtungen
angesehen, die beim Stranggießen verwendet werden. Die Gießdüse bzw.
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das Gießmundstück. oder die Gießmuschel, welche die Gießpfanne mit
der Form verbindet, muß gute Wärmeisoliereigenschaften aufweisen und in der Lage
sein, die Oxydation. der Stahlschmelze, ein turbulentes Fließen der Stahlschmelze,
oder das Vermischen mit Schlacke zu verhindern. Die Düse muß darüber hinaus auch
dauerhaft sein und daher wirtschaftlich arbeiten.
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Es sind bereits Gießdüsen auf der Basis von Aluminiumoxid und Graphit,
von Zirkonoxid und von Zirkon bekannt.
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Jede dieser Düsen hat aber Vorteile und Nachteile und entspricht daher
nicht voll den Anforderungen.
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Eine Gießdüse auf der Basis von Aluminiumoxid und Graphit -weist Ton
als Bindemittel auf und ist daher weniger gegen Thermoschocks widerstandsfähig,
relativ leicht zerbrechlich und hinsichtlich des Korrosionswiderstands ungenügend.
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Insbesondere im Falle einer Tauchdüse bzw. einer eingetauchten Düse
findet eine erhebliche Korrosion an den Teilen statt, die mit der Stahlschmelze
in Verbindung stehen, woraus eine Erosion oder Vergrößerung des Düsendurchmessers
resultiert. Obwohl eine Gießdüse auf der Basis von Zirkonoxid nder Zirkon gegen
Erosion widerstandsfähig ist, wird diese einem Niederschlag von Metallen, insbesondere
von Aluminium und Aluminiumoxiden aus der Stahlschmelze unterworfen. Dies führt
zu einer Verminderung des Düsendurchmessers während des Gießens und schließlich
zu einem Verschließen bzw. Verstopfen der Düse.
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In jüngerer Zeit wurde auch bereits eine Tauchdüse aus geschmolzenem
Quarz entwickelt. Wenn eine solche Tauchdüse aus geschmolzenem Quarz zum Gießen
von geschmolzenem Stahl, der 1,2, - 1,5 m Mangan enthält, verwendet wird, findet
ein beträchtlicher Schmelzverlust statt.
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Infolge dieser Umstände wurde bereits eine Stranggießdüse vorgeschlagen,
welche durch ausreichendes Kneten von 42-93 Gw °Ó Aluminiumoxid, 4-44 °Ó Graphitpulver
und 2-23 °> Kieselsäure bzw. Siliziumoxidpulver mit einem Binder und durch Verpressen
der sich ergebenden Mischung
hergestellt wird (JA-PS 955 778).
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Diese Strangießdüse weist einen Korrosionswiderstand, einen Erosionswiderstand
und einen Widerstand gegen Verstopfen sowie gegen Absplittern auf, die denjenigen
entsprechenden Widerständen von konventionellen Gießen düsen überlegen sind. Dabei
wird jedoch vorgeschlagen, Kieselsäurepulver, wie amorphes Siliziumoxid oder Quarzpulver,
als Ausgangsmaterial zu verwenden. Obwohl dabei auch der Vorschlag der Verwendung
von geschmolzener Kieselsäure gemacht wird, werden 5 Gw °Ó geschmolzener Kieselsäure
bzw. Siliziumoxid verwendet. Dabei wird die Sintertemperatur der gepreßten Gießdüse
nicht begrenzt.
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Aufgrund weiterer von den Erfindern durchgeführter Untersuchungen
wurde jedoch gefunden, daß die Gießdüse dann hinsichtlich Wärmewiderstand und Widerstand
gegen Absplittern den andere Kieselsäure verwendenden -Gießdüsen überlegen ist,
wenn ein Pulver aus geschmolzener Kieselsäure verwendet wird, das einen klei-nen
thermischen Ausdehnungskoeffizien-ten und einen kleinen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten
aufweist. Gute Ergebnisse sind dann zu erwa-rten, wenn mindestens 10 °Ó einer solcher
geschmolzenen Kieselsäure verwendet wird und wenn sich die Sintertemperatur der
gepreßten Gießdüse zwischen 800 und 12000 befindet.
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Zusammenfassung der Erfindung: Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung,
eine Gießdüse zu schaffen, die sich durch einen guten Korrosionswiderstand, Erosionswiderstand
und Widerstand gegen Verstopfen sowie gegen Absplittern auszeichnet.
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Eine zweite Aufgabe der Frfindung besteht in der Herstellung einer
Gießdüse bzw. eines Gießmundstücks, das aus einem Ausgangsmaterial herstellbar ist,
das aus möglichst reinem Aluminiumoxidpulver, möglichst reinem Kohlenstoffpulver
und einem möglichst reinen Pulver aus geschmolzener Kieselsäure bzw. aus Hartfeuerporzellan
(fused silica) besteht.
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Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Gießdüse,
die durch Sintern der gepreßten Gießdüse in einem Bereich niedriger Temperatur zwischen
800 und 12000C hergestellt wird, indem Aluminiumoxid und Kieselsäure bzw.
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Siliziumoxid nicht miteinander reagieren und deren metallurgische
Strukturen sich nicht ändern.
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Eine vierte Aufgabe der Erfindung besteht in der Herstellung einer
Gießdüse, die durch Pressen mit eine-r Gummipresse hergestellt werden kann.
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Um die obengenannten Aufgaben der Erfindung zu lösen, besteht diese
in einem Verfahren zur Herstellung einer Gießdüse, welches ein genügendes Kneten
von Ausgangsmaterial, das aus 42-93 Gw °Ó reinem Aluminiumoxidpulver, 4-44 °0 reinem
Graphitpulver und 10-27 Gw °Ó eines Kieselsäurepulvers besteht, nachdem ein organisches
Bindemittel dazugefügt wurde, das Verpressen der sich ergebenden Mischung mit einer
Gummipresse, das Entnehmen der gepreßten Gießdüse und das Sintern der gepreßten
Gießdüse nach dem Trocknen einschließt und dadurch gekennzeichnet ist, daß als Kieselsäurepulver
ein Pulver aus geschmolzener bzw. qebrannter Kieselsäure verwendet, das geknetete
Material pelletisiert und eine Sintertemperatur zwischen 800 und 12000C angewendet
wird.
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Gemäß einer Ausbildung der Erfindung weisen die Pellets bzw. Kügelchen
vorwiegend eine Größe von 1 mm oder weniger auf.
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Figurenbeschreibung: Fig-. 1 ist ein Teilschnitt einer Tauchgießdüse
gemäß einer Aushildung der Erfindung, welche mit einer GieBtrichtermündung verbunden
ist, und Fig. 2 ist ein Querschnitt in einem Stadium, bei dem Stahlschmelze in eine
Form durch eine Gießpfanne gegossen wird, mit der die Düse bzw. das Mundstück oder
die Muschel gemäß der Ausbildung der Erfindung befestigt ist.
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Detaillierte Beschreibunq einer bevorzugten Ausbildung: Eine bevorzugte
Ausbildung der Erfindung wird nun beschrieben: Das Ausgangsmaterial besteht gemäß
der Erfindung aus einem Pulver von Rohmaterial mit 42-93 Gwfo reinem Aluminiumoxidpulver,
4-44 Gw °Ó reinem Graphitpulver und 10-27 Gw °0 eines reinen Pulvers aus einer geschmolzenen
Kieselsäure. Ein organisches Bindemittel in der Größenordnung von etwa 5 Gw °Ó wird
dem Ausgangsmaterial (bezogen auf 100 Gw °Ó desselben) zugegeben.
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Die sich ergebende Mischung wird ausreichend geknetet. Das verwendete
Bindemittel ist Teerpech oder ein Kunstharz, vorzugsweise ein Phenolharz, falls
ein aushärtbares Harz verwendet ist, und Polyvinylalkohol, wenn ein thermoplastisches
Harz verwendet wird. Wenn der Anteil von Aluminiumoxidpulver weniger als 42 Gw 0
beträgt, wird der durch die Zugabe von Aluminiumoxid erzielte Korrosionswiderstand
vermindert. Diese Ergebnisse führen zu einer Vergrößerung des Düsendurchmessers
oder zur Erosion. Wenn andererseits der Anteil von Aluminiumoxidpulver
größer
als 93 Gw 0 ist, reagiert das Aluminiumoxid mit der Stahlschmelze und anderen Metallen,
wie Mangan oder Aluminium, zur Ausbildung einer denaturierten Schicht auf der Düseninnenfläche,
was zur Abtrennung Anlaß gibt.
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Wenn Aluminiumoxid in einer so großen Menge vorhanden ist, wird der
Widerstand gegen Absplittern vermindert. Wenn der Anteil von Graphitpulver weniger
als 4 Gw °Ó beträgt, führt der durch die Zugabe des Graphitpulvers erreichte Effekt
dazu, daß keine Verbesserung des Widerstands gegen Abtrennen der Innenfläche der
Düse oder des Widerstands gegen Abspalten erreicht wird. Andererseits wird, wenn
der Anteil von Graphitpulver mehr als 44 Gw °Ó beträgt, der in der Stahlschmelze
diffundierte Graphitanteil größer und der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient vergrößert
und neigt e e Düse bei der Verminderung der Temperatur der Stahlschmelze zum Verstopfen.
Da Aluminiumoxid und Graphit allein das Düse verstopfen nicht vollständig vermeiden
und nicht für einen au-sreichenden Widerstand gegen Abspalten sorgen können, wird
gemäß der Erfindung auch noch geschmolzene Kieselsäure zugegeben. Die Wirkung der
Zugabe von geschmolzener Kieselsäure wird nicht erzielt, wenn der Anteil geschmolzener
Kieselsäure geringer ist als 10 Gw °Ó. Andererseits wird der Korrosionswiderstand
vermindert, wenn der Anteil von gebrannter bzw. geschmolzener Kieselsäure mehr als
27 Gw °Ó beträgt.
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Das oben beschriebene, geknetete Ausgangsmaterial wird in einer Mühle
pelletisiert. Die Hauptgröße der Pellets ist vorzugsweise 1 mm oder weniger. Die
hierdurch hergestellten Pellets werden in eine Gummi form gebracht, die ihrerseits
zum Pressen auf einer Gummipresse befestigt wird.
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Da das Pressen durch Gummipressen erfolgt, kann die gesamte Gießdüse
aus einem langgestreckten Material gemäß der Erfindung eine gleichmäßige Dichte
aufweisen und keine Risse oder Poren in derselben besitzen. Wenn anstelle des Pressens
mit einer Gummipresse ein übliches Pressen angewendet wird, wird das geknetete Material
in einer Stahlform oder einer Holzform vorgegebener Form bzw. Konfiguration gepreßt.
Zu diesem Zweck können für langgestreckte Gie[3düsen unterschiedlichster Ausbildungen
die Kernteile eine geringere Dichte aufweisen und der Bildung von Rissen und/oder
von Poren unterworfen sein.
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Das Rohgewicht bzw. die Preßdichte neigt dazu, in Richtung zur Peripherie,
d.h. in radialer Richtung der Düse, zuzunehmen. Diese Nachteile werden gemäß der
Erfin-dung durch Pelletisieren und Gummipressen vermieden.
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Das gepreßte Material wird dann aus der Form entnommen und bei einer
Sintertemperatur von 800 - 12000C gesintert.
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Wenn die Sintertemperatur niedriger als 8000C ist, ist die mechanische
Festigkeit des gesinterten Körpers ungenügend und er kann während des Gießens dem
Verbiegen oder dgl.
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ausgesetzt sein. Wenn die Sintertemperatur andererseits größer als
1200° C ist, beginnen die Teilchen aus geschmolzener Kieselsaure mit den Teilchen
aus Aluminiumoxid zu reagieren, wodurch eine unterschiedliche Struktur auftritt
und die einzelnen Eigenschaften des Aluminiumoxids, Kohlenstoffs und der geschmolzenen
Kieselsäure sowie der Kombinationseffekt dieser drei Materialien verloren gehen.
Infolgedessen verschlechtert sich der Korrosionswiderstand und der Widerstand gegen
Abspalten. Wenn die gepreßte Düse bei einer größeren Temperatur als 12000C gesintert
wird, nimmt das Sintern zu stark zu und erzeugen Düsen einen metallischen Klang,
wenn abgestochen wird,-und
werden ungenügende Düsen mit einer
Ausschuldrate von 1U °Ó der gepreßten Dusen hergestellt. Dies- ist kommerziell nicht
gerade vorteilhaft. Die Sintertemperatur sollte vorzugsweise im Bereich zwischen
900 und 11000C sein.
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Gemäß der Erfindung werden Pulver des Aluminiumoxids, des Kohlenstoffs
und der geschmolzenen Kieselsäure in Form von reinen Substanzen verwendet und mit
einer Gummipresse zu einer gleichmäßigen und dichten Düse verpreßt.
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Die Einzeleigenschaften von Aluminiumoxid, Kohlenstoff und geschmolzener
Kieselsäure werden bei der sich ergebenden Gielddüse aufrechterhalten, wenn die
Düse in dem oben erwähnten Bereich niedriger Temperatur gesintert wird.
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Gemäß Fig. 1 ist die Gießpfanne mit der Bezugsziffer C und die mi-t
dieser verbundene eingetauchte Düse mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet.
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Fig. 2 zeigt einen Zustand, bei der Stahlschmelze 5 aus einer Gießpfanne
OC die sich oberhalb der Form 4 befindet und ein Pfannenmundstück 1 und die eingetauchte
Düse 2 aufweist, in die Form 4 gegossen wird. Der geschmolzene Stahl bzw. die Stahlschmelze
5 wird durch die eingetauchte Düse 2, deren distales Ende in die Stahlschmelze 5
eingetaucht ist, aus der Pfanne 3 in die Form 4 gegossen. Danach wird die Stahlschmelze
5 gekühlt und verfestigt und ununterbrochen nach unten abgezogen. Da der halberstarrte
Stahl noch so weich ist, um das Biegen zu gestatten, wird er um eine Anzahl nicht
gezeigter Rollen bzw. Walzen gelenkt, um durch Biegen einen kleineren Biegeradius
anzunehmen; er wird dabei in der durch einen \> Pfeil angedeuteten Richtung weiterbefördert
und an einer vorbestimmten
Stelle zerschnitten.
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Die Erfindung wird nun noch naher anhand folgen-der Beispiele beschrieben:
Beispiel 1: Zu 47 Gewichtsteilen (sofern nichts anderes angegeben ist, wird der
Einfachheit halber auf Teile bezug genommen) reinem Aluminiumoxidpulver wurden 28
Teile reines Graphitpulver, 25 Teile reinen Pulvers von geschmolzener Kieselsäure
und 3 Teile rohen Teerpechs zugegeben. Diese Pulver wurden genügend geknetet. Das
geknetete Material wurde mit einer Geschwindigkeitsmühle in Pellets pelletisiert,
die eine Haupt- bzw. vorwiegende Grölle von 1 mm aufweisen. Die ellets wurden in
eine Gummiform für die Gießdüse eingefüllt.
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Die Gummi form wurde in eine Gummipresse unter Verwendung von Glycerin
als Flüssigkeit befestigt. Der Druck wurde auf 1200 kg/cm2 etwa 5 Minuten lang erhöht.
Die Gummiform wurde aus der Presse entnommen und die gepreßte Gießdüse aus der Form
befreit. Die Düse wurde bei 8000C: gesintert.
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Beispiel 2: Lu einer Mischung von 45 Teilen reinen Aluminiumoxidpulvere
wurden 40 Teile reinen Pulvers aus Naturgraphit, 15 Teile reinen Pulvers aus geschmolzener
Kieselsaure und 5 Teile eines Phenolharzes zugegeben. Die daraus resultierende Mixtur
wurde geknetet und in einer Schnellmühle, ähnlich der im Beispiel 1 verwendeten,
in Pellets pelletisiert, die eine Hauptgröße von etwa 1 mm aufweisen. Die Pellets
wurden in eine Gummiform für eine Gießdüse abgefüllt und die Gummi form an einer
Gummipresse,gleich der im Beispiel 1 verwendeten, befestigt. Der Druck wurde in
etwa 15 Minuten
auf 1000 kg/cm2 angehoben. Die Gummiform wurde
aus der Presse und die geprelJte GieUdüse aus der Form entnommen, Die Gießdüse wurde
bei 1000° C gesintert.
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Beispiel 3: Liner Mischung von 63 Teilen reinen Aluminiumpulvers wurden
27 Teile reinen Graphitpulvers, 1U Teile reinen geschmolzenen Kieselsäurepulvers
und 2 Teile Polyvinylalkohol zugegeben. Die sich ergebende Mischung wurde ausreichend
geknetet. Das geknetete Material wurde mit einer Schnellmühle, ähnlich der im Beispiel
1 verwendeten, zu Pellets pelletisiert, die eine Hauptgroße bzw.
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Teilchengröße mit Größtanteil von U,5 mm aufweisen.
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Die Pellets wurden in eine Gümmiform für eine Gießdüse eingefüllt
und die Gummi form an einer Gummipresse befestigt, die der im Beispiel 1 verwendeten
entspricht.
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Der Druck wurde in etwa 20 Minuten auf 1500 kg/cm2 erhöht. Die Gummiform
wurde aus der Presse und die gepreldte Gießdüse aus der Form entnommen. Die gepreite
Gießdüse wurde bei 1200°C gesintert.
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Die nach den Beispielen 1, 2 und 3 erhaltenen Eigenschaften der GieUdüsen
sind in folgender Tabelle beschrieben: Tabelle
| Preßdichte Porosität Biegefestigkeit |
| (%) (kg/cm²) |
| Beispiel 1 2,28 15,8 1 320 |
| Beispiel 2 2,31 16,0 300 |
| Beispiel 3 2,30 1 22 22,1 270 |
Die Gießdüsen haben gemäß der Erfindung gleichmäßige und dichte
Strukturen ohne Risse und Poren.
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Wenn eine nach den Beispielen 1, 2 oder 3 hergestellte Gießdüse als
Pfannendüse verwendet ist, können mehrere lOU t Stahl gegossen werden. Im Gegensatz
dazu ist eine konventionelle Gießdüse auf der Basis von Aluminiumoxid und Kohlenstoff,
bei der ron als Bindemittel verwendet ist, nur zum GieMen von einigen ziq-Tonnen
Stahl in der Lage.
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