DE3237188C2

DE3237188C2 - Verfahren zum Herstellen einer Gießdüse

Info

Publication number: DE3237188C2
Application number: DE19823237188
Authority: DE
Inventors: Toshiro Sagamihara Kanagawa Kagami; Kuniaki Tama Tokio/Tokyo Watanabe
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1982-10-07
Filing date: 1982-10-07
Publication date: 1986-03-27
Also published as: DE3237188A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Gießdüse 2 mit verbessertem Widerstand gegen Abspalten und verbessertem Korrosionswiderstand wird ein Bindemittel einem Ausgangsmaterial zugegeben, das aus 42-93 Gew.-% insbesondere reinem Aluminiumoxidpulver, 4-44 Gew.-% insbesondere reinem Graphitpulver und 10-27 Gew.-% Pulver aus insbesondere reiner geschmolzener Kieselsäure besteht, wird die sich hieraus ergebende Mixtur pellitisiert, werden die Pellets mit Hilfe einer Gummipresse verpreßt und die gepreßte Gießdüse 2 bei einer niedrigen Temperatur gesintert, wodurch die Eigenschaften des Aluminiumoxids, Graphits und der geschmolzenen Kieselsäure aufrechterhalten bleiben.

Description

mit einem Bindemittel,

Verpressen der sich ergebenden Mischung mit einer Gummipresse und Sintern des Preßlings,
dadurch gekennzeichnet, daß ein nur aus geschmolzener Kieselsäure bestehendes Kieselsäurepulver eingesetzt wird, die Mischung vor dem Verpressen peiletisiert wird und der Preßling bei einer Sintertemperatur zwischen 800 und 1100⁰C gesintert wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pelletisierung zu einer mittleren Größe der Pellets von nicht mehr als 1 mm durchgeführt wird.

Die Erfindung bezieht sirh auf ?^:n Verfahren zum Herstellen einer Gießdüse der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Gattung. Dermige Gießdüsen, Gießmundstücke bzw. Gießmuscheln werden z. B. am unteren Teil einer Gießpfanne bzw. eines Gießtrichters befestigt, um zur Führung geschmolzenen Stahls bzw. Stahlschmelze in eine zum Stranggießen verwendete Form zu dienen.

Solche Gießdüsen werden zum Gießen von Stahlschmelze unter erschwerten Bedingungen bei hohen Temperaturen eingesetzt. 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, 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 Schlakke zu verhindern. Die Düse muß darüber hinaus auch dauerhaft sein und daher wirtschaftlich arbeiten.

Es sind bereits Gießdüsen auf der Basis von Aluminiumoxid und Graphit, von Zirkonoxid und von Zirkon bekannt (US-PS 43 26 040), welche gegenüber Gießdüsen ohne Zirkonanteil entweder größere Festigkeit oder geringere Anfälligkeit gegen Zusetzen aufweisen. Der dabei üblicherweise vorhandene Natriumanteil verschlechtert aber andere wichtige Eigenschaften bezüglich z, B. des Ausdehnungskoeffizienten, der Wärmeisolation etc.

Es ist auch bereits eine Stranggießdüse bekannt (JA-PS 9 55 778), welche durch ausreichendes Kneten von 42—86 Gew.-% Aluminiumoxid, 4—44% Graphitpulver und 2 — 23% Kieselsäure bzw. Siliziumoxidpulver mit einem Bindemittel, durch Verpressen der sich ergebenden Mischung und durch Sintern bei Temperaturen um etwa 1400⁰C hergestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß mit einfachen Mitteln Gießdüsen großen Korrosionswiderstands, großen Erosionswiderstands und großen Widerstands gegen Zusetzen bzw. Verstopfen, und zwar mit großer Festigkeit herstellbar sind.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und eine weitere Ausbildung derselben ist im Patentanspruch 2 beansprucht

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird als Ausgangsmaterial ein Pulver aus 42—86% reinem Aluminiumoxidpulver, 4—44% reinem Graphitpulvfr und 10—27% reinem Pulver aus einer geschmolzenen Kieselsäure verwendet. Ein organisches Bindemittel in der Größenordnung von etwa 5% wird dem Ausgangsmaterial (bezogen auf 100% desselben) zugegeben. Die sich ergebende Mischung wird ausreichend geknetet Das verwendete Bindemittel ist Teerpech oder ein Kunstharz, vorzugsweise ein Phenolharz, falls ein

2ö aushärtbares Harz verwendet ist, und Polyvinylalkohol, wenn ein thermoplastisches Harz verwendet wird.

Wenn der Anteil von Aluminiumoxidpulver weniger als 42% beträgt, wird der durch die Zugabe von Aluminiumoxid erzielte Korrosionswiderstand vermindert Diese Ergebnisse führen zu einer Vergrößerung des Düsendurchmessers oder sur Erosion. Wenn andererseits der Anteil von Aluminiumoxidpulver größer als 86% 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 Wenn Aluminiumoxid in einer so großen Menge vorhanden ist, wird der Widerstand gegen Absplittern vermindert.
Wenn der Anteil von Graphitpulver weniger als 4% beträgt, führt der durch die Zugabe des Graphitpulvers erreichte Effekt dazu, daß keine Verbesserung des Widerstandes gegen Abtrennen der Innenfläche der Düse oder des Widerstands gegen Abspaltet «jrreicht wird.
Andererseits wird, wenn der Anteil von Graphitpulver mehr als 44% beträgt, der in der Stahlschmelze diffundierte Graphitanteil größer und der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient wird vergrößert und die Düse neigt bei der Verminderung der Temperatur der Stahlschmelze zum Verstopfen.

Da Aluminiumoxid und Graphit allein das Düsenverstopfen nicht vollständig vermeiden und nicht für einen ausreichenden Widerstand gegen Abspalten sorgen können, wird bei 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%. Andererseits wird der Korrosionswiderstand vermindert, wenn der Anteil von gebrannter bzw. geschmolzener Kieselsäure mehr als 27% beträgt. (Die Anteile sind in Gewichtsprozent berechnet.)

Das oben beschriebene geknetete Ausgangsmaterial wird in einer Mühle peiletisiert. Die mittlere Größe der Pellets ist vorzugsweise 1 mm oder weniger. Die hierdurch hergestellten Pellets werden in eine Gummiform gebracht, die ihrerseits zum Pressen auf einer Gummipresse befestigt wird. Da das Pressen durch Gummipressen erfolgt, erhält die gesamte langgestreckte Gießdüse keine Risse oder Poren. 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 Gießdüsen unterschiedlichster Ausbil-

düngen die Kernteile eine geringere Dichte aufweisen und der Bildung von Rissen und/oder von Poren unterworden sein. Das Rohgewicht bzw. die Preßdichte neigt dazu, in Richtung zur Peripherie, d. h. in radialer Richtung der Düse, zuzunehmen. Diese Nachteile werden bei der Erfindung durch Pelletisieren und Anwendung des Guinmipressens vermieden.

Das gepreßte Material wird dann aus der Form entnommen und bei einer unüblich niedrigen Sintertemperatur von nur 800—1100° C gesintert. Wenn die Sintertemperatur niedriger als 800° C ist, ist die mechanische Festigkeit des gesinterten Körpers ungenügend und er kann während des Gießens dem Verbiegen oder dgl. ausgesetzt sein. Wenn die Sintertemperatur andererseits höher als 1200° C ist, beginnen die Teilchen aus geschmolzenen Kieselsäure 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 verlorengehen. Infolgederrsn verschlechtert sich der Korrosionswiderstand und der Widerstand gegen Abspalten. Wenn die gepreßte Düse bei einer höheren Temperatur als 1200° C gesintert wird, nimmt das Sintern zu stark zu und erzeugen die Düsen einen metallischen Klang beim Abstechen; dabei ist eine hohe Ausschußrate von 10% der gepreßten Düsen zu berücksichtigen. Da dies kommerziell nicht gerade vorteilhaft ist, wird die Sinterteinperatur im Bereich zwischen insbesondere 900 und 1100°C gewählt. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Einzeleigenschaften von Aluminiumoxid, Kohlenstoff bzw. Graphit und geschmolzener Kieselsäure bei der sich ergebenden Gießdüse aufrechterhalten bleiben.

In der Zeichnung ist ein Beispiel einer Gießdüse schemtisch dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt einer Tauchgießdüse, weiche mit einer Gießrichtermündung verbunden ist, und

F i g. 2 eint-ii Querschnitt in einem Stadium, bei dem Stahlschmelze in eine Form durch eine Gießpfanne gegossen wird, mit der die Düse befestigt ist.

Gemäß F i g. 1 ist das Mundstück 1 mit der Gießdüse 2 verbunden.

Gemäß F i g. 2 befindet sich Stahlschmelze 5 in einer Gießpfanne J, die sich oberhalb der Gießform 4 befindet und das Pfannenmundstück 1 sowie die eingetauchte Gießdüse 2 aufweist. 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.

Die Erfindung wird nun noch näher anhand folgender Beispiele beschrieben:

Beispiel 1

Zu einer Mischung aus 47% reinem Aiuminiumoxidpulver, 28% reinem Graphitpulver und 25% reinem Pulver von geschmolzener Kjeselsäuie wurden 3% Teile rohen Teerpechs zugegeben. Diese Pulver wurden genügend geknetet. Das geknetete Material wurde mit

einer Hochgeschwindigkeitsmühle in Pellets pelletisien, die eine Hauptgröße von 1 mm aufweisen. Die Pellets wurden in eine Gummiform für die Gießdüse 2 eingefüllt. Die Gummiform wurde in einer Gummipresse unter Verwendung von Glycerin als Flüssigkeit befestigt. Der Druck wurde auf Il 75 bar etwa 5 Minuten lang erhöht Die Gummiform wurde aus der Presse entnommen und die gepreßte Gießdüse 2 aus der Form befreit und bei 800° C gesintert.

Beispiel 2

Zu einer Mischung aus 45% reinem Aluminiumoxidpulver, 40% reinem Pulver aus Naturgraphit und 15% reinem Pulver aus geschmolzener Kieselsäure wird 5% Phenolharz als Bindemittel zugegeben. Die daraus resultierende Mixtur wurde geknetet und in einer Hochgeschwindigkeitsmühle, ähnlich der im Beispiel 1 verwendeten, in Pellets pelletisiert, die rme Hauptgröße

2Q von etwa 1 mm aufweisen. Die Pellet* wurden in eine Gummiform für eine Gießdüse 2 abgefüllt und die Gummiform an einer Gummipresse, gleich der im Beispiel 1 verwendeten, befestigt. Der Druck wurde in etwa 15 Minuten auf 980 bar angehoben. Die GummifGrm wurde aus der Presse und die gopreßte Gießdüse 2 aus der Form entnommen und bei 1000° C gesintert

Die nach den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Eigenschaften der Gießdüsen sind in folgender Tabelle beschrieben:

Tabelle 1

Preßdichte Porosität

(O/o)

Biegefestigkeit (N/mm²)

Beispiel 1 2,28 15,8 31,4

Beispiel 2 2,31 16,0 29 5

Die Gießdüsen 2 haben gleichmäßige und dichte Stru-'-.turen ohne Risse und Poren.

Wenn eine nach den Beispielen 1 oder 2 hergestellte Gießdüse 2 als Pfannendüse verwendet ist, können mehrere 100 t Stahl gegossen werden, d. h. daß der Gefahr des Zusetzens wirksam begegnet wurde.

Beispiel 3

Aus einer Mischung mit 47% Aluminiumpulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 μπι, 28% Graphitpulver und 2i>% eines Pulvers aus geschmolzener Kieselsäure werden 30 Minuten lang bei 150°C mit 15% Trerpech geknetet, welches als Bindemittel dient. Die geknetete Masse wurde in einer Hochgeschwindigkeitsmühle pelletisiürt, um Pellets mit ei/ier durehschnittlichen Teilchengröße von 1 mm herzustellen. Die pelletisierte Mischung wurde in eine Gummipresse gebracht, welche in Glyzerin eingetaucht ist, das als DruckübertragungSjnedium dient. Innerhalb von 5 Minuten wurde der Druck in der Presse auf 1175 bar verstärkt, worauf der Druck wieder vermindert wird. Die aus der Gummiform entformte Gießdüse weist einen Außendurchmesser von 140 mm, einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Länge von 1 m auf. Von der Gießdüse wurden 25 Stücke jeweils einer Größe von

6;. 20 χ 20 χ 300 mm angefertigt und in fünf Gruppen klassifiziert, welche bei den in der Tabelle 1 genannten Sintertemperaturen gesintert wurden. Aus der Tabelle 1 ergeben sich die Eigenschaften dieser fünf Gruppen A

bis E hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (in %) und der Wärmeleitfähigkeit in W/m · K.

Tabelle 2

Gruppe	Therm.	Wärmeleit	5 Sinter	10	900
	Ausdehnungs	fähigkeit	temperatur	1000
	koeffizient		"C	1100
			1300
A	0.25	4.9	1400 15
B	0.26	4.9
C	0.26	4.9
D	0.31	4,9
E	0.35	4.9

Hieraus ergibt sich, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient wesentlich ansteigt, sobald die Sintertemperatur in die Nähe des üblichen Sintertemperaturbereichs gelangt.

Beispiel 4

Es wurden 20 Gießdiisen der nach dem Beispiel 3 hergestellten Art in vier Gruppen L bis O unterteilt und bei den in Tabelle 3 genannten Sintertemperaturen gesintert. Die auf 1400°C erhitzten Gießdüsen wurden anschließend 15 Minuten lang in kaltem Wasser abgeschreckt. Die Anzahl dieser Temperaturwechsel bis zum Bruch wurde gezählt und in Tabelle 3 aufgetragen.

Tabelle 3

Gruppe Temperaturwechsel- Sintertemperaturen

zyklen (⁵C)

900 1003 12O0 1300

Hieraus ergibt sich, daß die Gießdüsen mit niedrigen Temperaturen um ein Vielfaches häufiger starken Temperaturwechseln aussetzbar sind. d. h. eine wesentlich höhere Festigkeit aufweisen.

L	7,0
M	6.4
N	1.2
O	0,3

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

50

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Gießdüse bzw. Gießmuschel mit den Verfahrensschritten:

Mischen eines Rohmaterials, bestehend aus

42—86 Gew.-% Aluminiumoxidpulver,
4—44 Gew.-% Graphitpulver und
10—27 Gew.-°/o Kieselsäurepulver mit geschmolzener Kieselsäure,