DE3420835C2

DE3420835C2 - Keramischer Ausguß

Info

Publication number: DE3420835C2
Application number: DE3420835A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 6719 Carlsberg Hagenburger; Ernst Dr.rer.nat. 6719 Wattenheim Müller; Werner 6719 Hettenleidelheim Schattner; Peter Walter Dr.-Ing. 6620 Völklingen Valentin
Original assignee: CHAMOTTE- und TONWERK KURT HAGENBURGER 6718 GRUENSTADT DE; Chamotte und Tonwerk Kurt Hagenburger 6718 Gruenstadt
Current assignee: Hagenburger Feuerfeste Produkte fur Giessereien U
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1984-06-05
Publication date: 1989-11-23
Also published as: ATE32668T1; US4776502A; ES287224U; ES287224Y; EP0215789B1; EP0215789A1; WO1985005584A1; DE3420835A1; JPS61502319A; DE3561693D1; JPH0236344B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen keramischen Ausguß zum Vergießen einer Metallschmelze mit einer äußeren Umhüllung 10 aus einem temperaturbeständigen Material und einem inneren Einsatz 11 aus einem erosionsbeständigen feuerfesten Material, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Umhüllung 10 und der Einsatz 11 im Abstand zueinander angeordnet sind, und der Raum 26 zwischen Innenwandung 20 der Umhüllung 10 und Außenwandung 21 des Einsatzes 11 zumindest teilweise mit einem oder mehreren Materialien 25, 25a, 27 gefüllt ist, das oder die bei Temperaturen unterhalb der im Raum 26 erreichbaren unter Volumenverminderung brennbar ist (sind).

Description

a) Umhüllung (10) und Einsatz (11) entlang ihrer korrespondierenden Flächen (20, 21) im Abstand zueinander angeordnet sind,

b) der Abstand größer oder gleich der maximalen Wärmeausdehnung der Materialien von Umhüllung (10) und Einsatz (11) in diesem Bereich bei der Anwendung ist, und

c) der Raum (26) zwischen Umhüllung (10) und Einsatz (11) zumindest teilweise mit einem oder mehreren Materialien (25, 27) gefüllt ist, das oder öie

d) bei Temperaturen unterhalb der im Raum (26) erreichbaren unter Volumenminderung brennbar ist (sind).

2. Ausguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Materialien (25,27) weitestgehend rückstandsfrei, vorzugsweise aschefrei brennbare Materialien sind.

3. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) in der Umhüllung (!0) durch das Material (25,27) lagepositioniert ist

4. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Finsatz (11) über ein oder mehrere Stütz- und/oder Halteelemente (23) mit der Umhüllung (10) verbunden ist.

5. Ausguß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Stütz- und/oder Halteelemente (23) als endseitiger Flansch am Einsatz (11) bzw. der Umhüllung (10) angeordnet sind und in entsprechenden Aufnahmen (18, 19) des korrespondierenden TeUs(IO, 11) eingreifen bzw. aufsitzen.

6. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) in die Umhüllung (10) über einen Flansch (23) eingehängt ist

7. Ausguß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Raumes (26), der zwischen dem Flansch (23) und der Umhüllung (10) liegt, mit dem brennbaren Material (25) ausgefüllt ist.

8. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine konische Gestaltung von Umhüllung (10) und/oder Einsatz (11).

9. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) und/oder die Umhüllung (10) eine über ihre Länge im wesentlichen gleichmäßige Wandstärke aufweisen.

tO. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (21,31) des Einsatzes (11) und/oder die Oberfläche (20, 34) der Umhüllung (10) eine hohe Oberflächengüte aufweisen.

11. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) und/ oder die Umhüllung (10) nach dem isostatischen Preßverfahren hergestellt sind.

12. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) und/ oder die Umhüllung (10) durch Druckbeaufschlagung eines inneren formgebenden Profilkörpers von innen nach außen auf eine feste und glatte Außenform hergestellt sind.

13. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß der Einsatz (11) und/ oder die Umhüllung (10) durch Ausbohren oder Ausfräsen aus einem Block hergestellt sind,
ίο 14. Ausguß nach einem der Ansprüche Ί bis 13,

dadurch gekennzeichnet daß die Umhüllung (10) aus einem feuerfesten keramischen Material besteht

15. Ausguß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß die Umhüllung (10) aus Schamotte,

is Tonerde, Tonerde-Graphit amorpher Kieselsäure, Mullit Mullit-Graphit oder Zirkonsilikat besteht.

16. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß der Einsatz (11) aus einem Material besteht dessen freie Gibbs'sche Enthalpie bei der chemischen Bildungsreaktion einen hohen negativen Wert besitzt

17. Ausguß nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Einsatzes (11) MgO, BeO oder ZrO₂ ist

18. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet daß das Material des Einsatzes (11) teergetränkt ist

19. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet daß das Material des Ein-Satzes (11) mit einem Kunstharz gebunden ist, der unter Anwendungsbedingungen eine stabile Kohlenstoff-Verbindung ergibt

20. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (25,

27) eine Papier- oder Pappequalität, ein geschäumter Kunststoff, ein Epoxidharz oder ein Wachs ist.

2!. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet daß das Füllmaterial (25, 27) als Fertigteil auf den Einsatz (11) aufgesetzt ist.

22. Ausguß nach einem der Acsprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (25, 27) in Form von Ringen, Stegen, Distanzstücken oder als Hülse auf dem Einsatz (11) den Raum (26) teilweise oder vollständig ausfüllt.

23. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) an seinem unteren Ende (16) mit dem unteren freien Ende (15) der Umhüllung (10) abschließt.
24. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) und die Umhüllung (10) aus dem gleichen erosions- und korrosionsbeständigen feuerfesten Material bestehen.

Die Erfindung betrifft einen zweiteiligen keramischen Ausguß zum Vergießen einer Metallschmelze, mit einer äußeren Umhüllung aus einem temperaturbeständigen Material und einem inneren Einsatz aus einem erosionsbeständigen feuerfesten Material.

Ein derartiger Ausguß ist aus der DE-OS 27 00 684 bekannt. Um eine bessere Isolierung und damit verminderte Ansatzbildung zu erhalten, sieht die bekannte Anordnung vor, daß zwischen Einsatz und Umhüllung eine Lage wärmeisolierenden Materials, z. B. aus feuerfesten Fasern, eingebracht wird. Beim Gebrauch eines derarti-

gen Ausgusses dehnen sich die feuerfesten Materialien aufgrund thermischer Beanspruchung aus, und es kommt zu mechanischen Spannungen im Grenzflächenbereich, insbesondere indem das wärmeisolierende Material Feststoffbrücken zwischen Einsatz und Umhüllung schafft. Aufgrund der mechanischen Spannungen sind Rißbildungen und Abplatzungen dann nicht zu vermeiden.

Aus der DE-AS 27 03 657 ist ein Steigrohr zum Gießen von Metallen unter Gasdruck bekannt, das aus mehreren konzentrischen Schalen besteht, die am unteren Ende schmelzdicht miteinander verbunden sind, ansonsten aber zwischen sich einen Luftspalt belassen, über den Luft/Gase eingeführt bzw. abgeführt werden können.

Ein weiterer Vorschlag gemäß dem DE-GM 19 95 109 sieht für einen gattungsgemäßen Ausguß aus Umhüllung und Einsatz vor, daß der Einsatz über ein von unten aufschraubbares Haltestück in der Umhüllung gehalten wird. Aufgrund dieser Ausbildung ist eine Ausdehnung in axialer Richtung ausgeschlossen, was bei der Anwendung zu den eingangs geschilderten Spannungs-und Rißproblemen führt

Beispielsweise beim Stranggießen von Stahl weisen die bekannten Ausgußsysteme ferner folgende Nachteile auf:

Wie im Aufsatz von Hauck et al. (Arch. Eisenhüttenwes. 53 (1982) 127 ff.) beschrieben, werden bei Tauchausgüssen aus Tonerde, Graphit, Siliciumdioxid und SiIiciumkarbid nach gewisser Gießdauer Ablagerungen auf der inneren Oberfläche des Tauchausgußmaterials beobachtet. Sie führen zu einer Verringerung des gießtechnisch wirksamen Querschnitts des Tauchausgusses, wodurch die in der Zeiteinheit hindurchströmende Stahlmenge zunehmend kleiner wird.

Ursächlich werden hierfür im wesentlichen vier unterschiedliche Mechanismen aufgeführt.

Die Tonerdeaufwachsungen entstehen nicht an der Tauchausgußwand, sondern sind Ablagerungen von Desoxidation .produkten aus der in der Pfanne durchgeführten Schmelzbehandlung.

Die Wärmeleitung über den Tauchausguß bewirkt eine Abkühlung der durchströmenden Schmelze, der man gemäß der DE-OS 27 00 684 durch die genannte Zwischenschicht aus feuerfesten Fasern abhelfen will. Die sich einstellende Obersättigung führt folglich zur Ausfällung von Tonerde auf der Tauchausgußwand.

Das im Stahl gelöste Aluminium wird vom Lufts?uerstoff, der durch die Poren des Tauchausgusses diffundiert, oxidiert.

Das im Stahl gelöste Aluminium reduziert die weniger stabilen Oxide des Tauclrausgußmaterials und bildet Aluminate.

Aus der DE-OS 27 31 367 ist es bekannt, Ca- oder CaSi-Legierungen dem flüssigen Stahl zuzugeben, um die erwähnten Ablagerungen auf der Oberfläche des Tauchausgußmaterials zu unterbinden. Das dort beschriebene Verfahren ist jedoch umständlich und trägt den vorstehend beschriebenen Bildungsmechanismus der Aufwachsungen nicht Rechnung, so daß es auch nicht immer gelingt, die Bildung von Aufwachsungen vollständig zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Ausguß zum Durchführen einer Metallschmelze vorzuschlagen, bei dem einerseits die Ansatzbildung fester, oxidischer Phasen, insbesondere im Mehrfach-Sequenzgußscme mechanische Spannungen zwischen den Bauteilen bei der Anwendung verhindert werden und der andererseits sowohl ausreichend verschleißfest ist, um im Mehrfach-Sequenzguß eingesetzt zu werden, als auch leicht herstell- und einsetzbar sein soll.

Dazu sieht die Erfindung einen keramischen Ausguß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vor.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird den unterschiedlichen thermischen Parametern der verwendeten feuerfesten Materialien, insbesondere den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der feuerfesten Materialien der Umhüllung bzw. des Einsatzes Rechnung getragen.

Wird nämlich beispielsweise der Einsatz aus einem feuerfesten Material mit höherer Wärmeausdehnung gewählt, so können durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ausgusses mechanische Spannungen im Einsatz bzw. Kontaktpunkte bzw. -flächen zwischen Umhüllung und Einsatz vermieden werden, indem sich das Einsatzmaterial frei ausdehnen kann, wobei es den Raum zwischen Umhüllung und Eip^c?>.tz immer mehr ausfüllt.

Damit der Einsatz bei der Montage una beim Beginn des Gießvorgangs optimal in der Umhüllung einsitzt und ein Raum zur Aufnahme der Volumenverg.-ößerung sichergestellt ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der kaum zwischen Innenwandung der Umhüllung und Außenwandung des Einsatzes zumindest teilweise mit einem Material ausgefüllt ist Dieses soll die Bedingung erfüllen, daß es bei Temperaturen unterhalb der in diesem Bereich erreichbaren brennbar ist. Unter dem Begriff brennbar wird erfindungsgemäß jede Art einer Zustandsänderung unter Volumenverminderung verstanden, so daß beispielsweise vergasbare, verkokbare, verdampfbare oder verflüchtigende Materialien eingesetzt werden können. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich die feuerfesten Materialien nach dem Gießbeginn behinderungsfrei ausdehnen können, da zeitlich abgestimmt das Füllmaterial ausbrennt, und dabei keinen mechanischen Widerstand mehr entgegengesetzt, so daß festigkeitsschwächende Spannungen vermieden werfen können.

Aus diesem Grunde sieht eine erfindungsgemäße vorteilhafte Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes vor, daß das Material ein weitestgehend rückstandsfrei brennbares Material ist, vorzugsweise ein ascheireies. Unter aschefreien Materialien werden dabei insbesondere solche verstanden, die einen Aschegehalt von weniger als 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das ursprüngliche Material, aufweisen.

so In diesem Fall steht nach dem Ausbrennen praktisch das gesamte Raumvolumen zwischen Umhüllung und Einsatz für die Ausdehnung der feuerfesten Materialien zur Verfugung, und durch die im wesentlichen aschefreie Verbrennung wird vermieden, daß punktförmige oder flächige Zonen in dem genannten Raum entstehen, die unter Umständen der Ausdehnung der feuerfesten Materialien störend entgegenwirken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abstand zwischen Außenwandung des Einsatzes und h.nenwandung der Umhüllung sowie deren Wandstärke über den gesamten Ausgußbereich konstant ist, so daß die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Wirkungen des aschefrei ausbrennenden Füllmaterials besonders genutzt werden können, indem sowohl beim Einbau des Ausgusses als auch während des Gießbetriebes, ein sxels gleichmäßiger Abstand zwischen Einsatz und Umhüllung gewährleistet ist. Hierdurch werden sowohl die Homogenität der thermischen Bedingungen im Ausgußbereich und damit die Gießbe-

dingungen deutlich verbessert als auch mögliche thermische Spannungen, die zur Beschädigung des Einsatzes oder der Umhüllung führen können, eliminiert.

Erfindiingsgemäß soll der Abstand der den Raum zweiseitig begrenzenden Flächen der Umhüllung bzw. des Einsatzes größer oder gleich der maximalen Wärmeausdehnung der korrespondierenden feuerfesten Materialien bei der Anwendung sein. In ersterem Fall verbleibt dann auch bei maximaler Temperaturbeanspruchung ein Restspalt zwischen Umhüllung und Einsatz, während bei der zuletztgenannten Variante die Außenwandung des Einsatzes im Extremfall an der Innenwandung der Umhüllung anliegt. Gerade bei dieser Ausführungsform ist es dann wichtig, daß ein aschefrei brennbares Füllmaterial Anwendung findet, damit nicht Restpartien des Füllmaterials unerwünschte mechanische Kräfte auf den Einsatz ausüben, wodurch Spannungsrisse und Abplatzungen hervorgerufen werden könnten. Daneben sollen die korrespondierenden Oberflächen von Einsatz und Umhüllung dann auch möglichst glatt sein, um Spannungen durch eine ungleichmäßige Flächenauflage zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird unter dem Gattungsbegriff Keramischer Ausguß jeder Ausguß verstanden, der zum Durchführen einer Metallschmelze dient. Beispielhaft sei ein Tauchausguß für Stranggießanlagen genannt. Dabei kann sowohl das sogenannte Schattenrohr zwischen Gießpfanne und Zwischengefäß als auch das reine Tauchrohr, schließlich auch der sich zum Zwischengefäß hin anschließende Ausguß in der erfindungsgemäßen Art und Weise ausgebildet sein.

Ferner können Ausguß und Tauchrohr als einstückiges Bauteil gestaltet werden.

Für Anordnungen des Einsatzes in der Umhüllung sieht die Erfindung verschiedene Ausführungsformen vor.

In verschiedenen Anwendungsbereichen kann es ausreichen, die Häifreibung zwischen Füümateriai und umhüllung bzw. Einsatz zu nutzen, um letzteren ausgerichtet in der Umhüllung zu halten.

Vorzugsweise werden jedoch besondere Maßnahmen getroffen, um den Einsatz in der Umhüllung distanzgetreu zu halten. So kann der Einsatz über einen oder mehrere Stütz- und/oder Halteelemente mit der Umhüllung verbunden sein. Diese können als endseitiger Flansch am Einsatz bzw. der Umhüllung angeordnet sein und dabei in entsprechende Aufnahmen des korrespondierenden Teils des Ausgusses eingreifen bzw. dort aufsitzen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Einsatz mit einem endseitigen Außenflansch versehen wird, über den er in die Umhüllung eingehängt wird. Eine solche Ausführungsform wird sich insbesondere bei rohrförmigen Ausgüssen (Tauchausgüssen) anbieten.

Umhüllung und/oder Einsatz können aber auch konisch nach unten verjüngt ausgebildet sein, so daß sich automatisch eine Führung für den Einsatz in der Umhüllung ergibt.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, daß die Umhüllung in Längsrichtung geteilt ausgebildet ist, und den mit an beiden freien Endflächen mit einem Außenflansch versehenen Einsatz umgibt.

Das erosionsbeständige feuerfeste Material des Einsatzes wird vorzugsweise aus den feuerfesten Produkten ausgewählt, deren freie Gibbs'sche Enthalpie bei der chemischen Bildungsreaktion einen hohen negativen Wert besitzt, so daß stabile Verbindungen zur Verfugung stehen. Hierzu zählen MgO, BeO und ZrOy. es können aber auch teergetränkte feuerfeste Produkte, die eine Aufoxidation verhindern, oder kunstharzgebundene Materialien Anwendung finden.
Als Material für die Umhüllung bieten sich einfachere und billigere Feuerfestqualitäten an, beispielsweise Schamotte, Tonerde-Graphit, amorphe Kieselsäure, Mullit, Mullit-Graphit oder Zirkonsilikat.

Als Füllmaterial können verschiedene Papier- und Pappequalitäten ebenso Einsatz finden, wie weitestgehend rückstandsfrei verbrennbare Kunststoffe, wobei vorzugsweise porenreiche oder geschäumte Materialien Verwendung finden, die einerseits eine exakte Einpassung des Einsatzes in die Umhüllung gewährleisten, andererseits aber aufgrund ihres geringeren Feststoffgehaltes auch geringere Aschegehalte bedingen.

Daneben können aber auch beispielsweise Formaldehydharze oder verschiedene Wachse Anwendung finden.

Im Rahmen des Erfindungsgegenstandes kann es, wie anhand der Zeichnung noch beschrieben wird, vorteilhaft sein, auch unterschiedliche Materialien neben- oder aufeinander zu verwenden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Füllmaterial als Fertigteil, beispielsweise in Form von Ringen oder Hülsen hergestellt und vo^r dem Zusammenfügen des !Einsatzes und der Umhüllung auf den Einsatz geschoben, gesteckt, geklebt oder geheftet wird.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Merkmale der Unteransprüche und die übrigen Anmeldungsunterlagen beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Iceramischen Ausguß als Tauchausguß für Stranggießanlagen im Längsschnitt,

F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiei eines Tauchausgusses gemäß F i g. 1,

Fig.3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Tauchrohres gemäß F ig. 1,

F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tauchrohres im Längsschnitt,

Fig.5a, 5b zwei weitere Ausführungsformen eines integral mit einem Tauchrohr ausgebildeten Tundish-Ausgusses im Längsschnitt,

F i g. 6 einen als Kugelkopf ausgebildeten erfindungsgemäßen Ausguß.

Der in F i g. 1 dargestellte Tauchausguß für Stranggießanlagen besteht aus einer äußeren, zylinderförmigen Umhüllung 10 und einem darin angeordr-ten, gleichfalls zylinderförmigen Einsatz 11.

Mit ihren oberen freien Enden 12 bzw. 13 sind die

Umhüllung 10 bzw. der Einsatz 11 dem Ausguß 14 des Zwischengefäßes (Tundish) zugewandt, während ihre unteren freien Endbereiche 15 bzw. 16 der darunter angeordneten Kokille zugewandt sind.

Das obere freie Ende der Umhüllung 10 ist in einer nach außen abgewinkelten Stufenform gestaltet, wobei neben einer endseitigen Auflagefläche 17 zwei weitere abgesetzte Stufen 18,19 mit zwei im wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Umhüllung 10 verlaufenden Auflageflächen 18a, 19a vorgesehen sind.

Mit Ausnahme des stufenförmigen oberen Endbereichs 12 ist der übrige Teil der Umhüllung 10 über seine gesamte Längserstreckung ais zyiinderförmiger Körper mit konstanter Wanddicke ausgebildet

Aus herstellungstechnischen Gründen kann es vor-

teilhaft sein, eine oder beide Außenflächen leicht konisch auszubilden, um die Umhüllung 10 leichter vom Werkzeug abziehen zu können.

Auf die durch ciie Stufe 19 der Umhüllung 10 gebildete Auflagefläche 19a ist der Einsatz 11 des Tauchausgusses aufgelegt bzw. eingehängt. Dazu ist das obere freie Ende 13 des Einsatzes U mit einem nach außen gerichteter. r;ingflansch 23 versehen. Die Breite des Ringflansches 23 ist dabei so gewählt, daß die Außenfläche 21 des Einsatzes 11 nach seinem Einhängen in die Umhüllung 10 überall in gleichem Abstand zur Innenfläche 20 der Umhüllung 10 steht.

Dazu ist im Bereich der Stufe 19 in den Raum zwischen Umhüllung 10 und Einsatz 11 ein bei Temperaturen unterhalb der in diesem Bereich erreichbaren brennbares Material 25 gefüllt.

Ein entsprechender Materialstnjifen 25a ist in Verlängerung des vorstehend beschriebenen auch auf die endseitige Auflagefläche 23a des Ringfiansches 23 aufgelegt, wie nachstehend noch näher beschrieben wird.

Um die Positionierung des Einsatzes 11 in die Umhüllung 10 weiter zu optimieren, d. h. sicherzustellen, daß über die gesamte Länge des Einsatzes 11 ein konstanter Abstand zur Umhüllung 10 vorhanden ist, kann, vorzugsweise im unteren, der Kokille zugewandten Bereich des Raumes 26, zwischen Umhüllung 10 und Einsatz 11 ein weiterer, den Raum ausfüllender Materialstreifen 27 eingelegt sein.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß sowohl der Materialstreifen 25a im Bereich des Flansches 23 des Einsatzes 11, als auch der Materialstreifen 27 im unteren Bereich des Raumes 26 vor dem Einsetzen des Einsatzes U in die Umhüllung 10 auf ersterem als vorgefertigte Teile aufgesetzt sind, was den Zusammenbau des gesamten Tauchausgusses vereinfacht.

Mit den. unteren freier. Endbereichen 15 bzw. 16 ragen die Umhüllung 10 bzw. der Einsatz 11 in die Kokille hinein, wobei die Stahlbadhöhe durch eine wellenförmige Linie dargestellt ist.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel schließt das untere freie Ende 16 des Einsatzes 11 mit dem der Umhüllung 10 ab. Bei der gießtechnischen Anwendung wächst dann der aus dem Material mit höherer Wärmeausdehnung bestehende Einsatz 11 nach unten aus und überragt das untere freie Ende 15 der Umhüllung 10, wodurch sowohl die Verschleißerscheinungen im Bereich des Einsatzes 11, als auch Kapillareffekte beim Eindringen des flüssigen Stahls in den Raum 26, ausgehend von der Kokille, günstig beeinflußt werden.

Sowohl die Umhüllung 10 ist auch der Einsatz 11 sind aus feuerfesten Materialien hergestellt. Während für die Umhüllung 10 beispielsweise Schamottequalitäten, Tonerde-Graphit-Mischungen oder amorphe Kieselsäure neben Zirkonsilikat oder Mullit Anwendung finden können, wird das erosions- und korrosionsbeständige feuerfeste Einsatzmaterial vorzugsweise aus der Gruppe der Stoffe ausgewählt deren freie Gibb'sche Enthalpie bei der chemischen Bildungsreaktion einen möglichst hohen negativen Wert hat Diese haben sich in bezug auf die Erosionsbeständigkeit und die Vermeidung der Ansatzbildung als besonders günstig herausgestellt da die Verbindungen sehr stabil sind. Neben MgO kommen dabei beispielsweise ZrC>2 und BeO als Einsatzmateria-Hen in Frage.

In Versuchen kann die Wärmeausdehnung der eingesetzten Materialien ohne weiteres ermittelt und daraus anschließend die notwendige Spaltbreite des Raumes 26 berechnet werden, um sicherzustellen, daß auch bei maximaler Wärmeausdehnung des Einsatz- bzw. Umhüllungsmaterials es zu keinem Aufeinanderpressen der Außenwandung 21 des Einsatzes 11 und der Innenwandung 20 der Umhüllung 10 kommt, so daß Spannungsprobleme in diesem Bereich zuverlässig vermieden werden können.

Vorzugsweise wird die Spaltbreite des Raumes 26 so gewählt, daß auch nach maximaler Wärmeausdehnung in diesem Bereich ein Restabstand zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 verbleibt.

Für das Füllmaterial 25,27 werden vorzugsfrei aschefrei verbrennende Stoffe verwendet, wobei sowohl Papier- und Pappequalitäten, als auch Polyvinylchloride, Formaldehydharze oder weitestgehend rückstandsfrei verbrennbare Wachse Einsatz finden können.

Der Tauchausguß wird an den Tundish-Ausguß bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gekittet. Dazu ist das untere freie Ende des Tundish-Ausgusses 14 korrespondierend zur Gestaltung des Tauchausgusses stufenförmig ausgebildet. Zwischen den korrespondierenden Kontaktflächen 28,29 des Tauchausgusses bzw. des Tundish-Ausgusses 14 ist die feuerfeste Kittmasse 30 mit Ausnahme des Bereiches oberhalb des Ringflansches 23 des Einsatzes 11, in dem, wie beschrieben, das brennbare Material eingelegt ist, gefüllt. Durch die Materiallage 25, 25a zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 ist deren freie Beweglichkeit gegeneinander, wie noch beschrieben wird, gesichert. Vorzugsweise wird plastischer Kitt verwendet, der gute Hafteigenschaften aufweist, so daß das Tauchrohr leicht an den Tundish-Ausguß geklebt werden kann. Der Kitt 30 ermöglicht auch eine luftdichte Verbindung zwischen Tauchrohr und Tundish-Ausguß.

Die Kittmasse hat die Eigenschaft, während des Vorheizens der gesamten Einrichtung auszuhärten. Dabei treten dann die besonderen vorteilhaften Wirkungen eines erfindungsgemäß hergestellten Tauchrohres in Erscheinung.

Während und nach dem Aushärten des Kittes 30 könnte sich der Einsatz 11 nicht mehr frei ausdehnen, wenn nicht der erfindungsgemäße Raum 26 zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 bzw. die besondere Befestigung am Tundish-Ausguß 14 vorgesehen wäre.

Nach dem Aushärten des Kittes 30 kann sich nämlich jetzt der Einsatz 11 in Richtung auf die Umhüllung 10 bzw. die Kokille ausdehnen, wobei der Raum 26 kontinuierlich verkleinert wird. Gleichzeitig brennt aufgrund der während des Vorheizens herrschenden Temperaturen das Füllmaterial 25, 25a, 27 aus, und ermöglicht so die ungehinderte Ausdehnung des Einsatz- bzw. Umhüllungsmaterials. Im Anschlußbereich an den Tundish-Ausguß 14 gewährleistet die Materiallage 25a ebenso ein ungehindertes Auswachsen des Ringflansches 23 in Richtung auf den Ausguß 14 und senkrecht dazu.

Je nach vorgewählter Spaltbreite des Raumes 26 ist zumindest besonders vorteilhaft, wenn das Füllmaterial 25,27 weitestgehend rückstandsfrei ausbrennt, damit es nicht zu punkt- oder flächenförmigen Brückenbildungen des Raumes 26 kommt.

Um sowohl die Spaltbreite des Raumes 26 über den gesamten Einsatzbereich des Tauchrohres konstant zu halten, als auch die Angriffsfläche für die durchströmende Metallschmelze an der Innenwandung 31 des Einsatzes 11 möglichst gering zu halten, sind die Wandungen 21, 31 des Einsatzes 11 bzw. die Innenwandung 20 der Umhüllung 10 mit besonders hoher Oberflächengüte gestaltet

Dies kann durch verschiedene Herstellungsverfahren erreicht werden. Beispielsweise können die Bauteile im Naßmatrizenverfahren hergestellt werden, das darin besteht, eine Gummiform mit dem jeweiligen Pulver zu füllen, sie abzudichten, und anschließend in einem mit einer bestimmten Flüssigkeit (z. B. öl oder Öl-Wassergemisch) gefüllten Behälter unter Druck zu bringen. Da die Gummiform allseitig von der Preßflüssigkeit umgeben wird, erfolgt die Verdichtung gleichmäßig; der aufgebrachte Druck überträgt sich in allen Richtungen gleich. Das Pulver wird auf zentrisch angebrachte Metalldorne aufgepreßt, die den Innendurchlauf der Rohre vorgeben. Die Pulver erfahren während der Verdichtung eine Preßschwindung, die je nach Material- und Kornaufbau unterschiedlich sein kann, aber vorberechenbar ist.

Nach einem derartigen Verfahren hergestellte Elemente, wobei im Fall eines Tauchausgusses insbesondere an den inneren Einsatz hohe Oberflächenanforderungen zu stsiien sind, erfüllen die gestellten Kriterien. Punkt- oder flächenförmige Berührungsstellen zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 können ausgeschlossen werden. Die Oberflächen 20,21,31 sollen vorzugsweise so glatt sein wie die von Metallflächen nach einer spanenden Schruppbehandlung. In der Oberflächengüte sind hinsichtlich der Feinheit keine Grenzen gesetzt.

Die Bauteile können auch durch Aufpressen einer flexiblen Innenform auf eine starre Außenform hergestellt werden, wobei der Druck von innen nach außen aufgebracht wird.

Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, daß die Durchgangsöffnungen der Bauteile 10, 11 für die Metallschmelze durch Ausbohren aus Blöcken geformt werden.

Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung noch einen weiteren Vorteil mit sich bringt. Durch die Ausgestaltung eines Abstandes (Raum 26) zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 und/oder durch die Verwendung eines wärmeisolierenden Materials als Füllmaterial in diesem Raum 26, wird die Wärmeübertragung beim Durchleiten der heißen Metallschmelze an die Umgebung deutlich vermindert, wodurch die Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal deutlich verbessert werden.

Beim Einsatz eines in F i g. 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Tauchausgusses können nicht nur die unerwünschten Ansatzbildungen an der Innenwandung 31 und am Austrittsende 16 des Einsatzes 11 vermieden werden, vielmehr ermöglicht ein derartiger Tauchausguß auch ein Gießen mit hoher Pfannensequenzzahl.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist die Umhüllung 10 über unterhalb des stufenförmigen Endes 12 angeordnete Haltestifte 33 gelagert (F i g. 1 nur schematisch dargestellt).

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich wiederum um die Darstellung eines erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Tauchrohres. Dabei ist jedoch die Umhüllung 10 an ihrem unteren Ende 15 mit einem innenflansch 35 versehen, auf dem der Einsatz U aufsitzt Ähnlich, wie auch anhand des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1 beschrieben, ist auch hier der Bereich zwischen Flansch 35 und dem unteren freien Ende des Einsatzes 11 mit einem Füllmaterial 25,25a, 27 der erfindungsgemäßen Art unterlegt, so daß auch nach Erwärmung der Einrichtung sich das feuerfeste Material frei in alle Richtungen ausdehnen kann, da zeitlich abgestimmt das Füllmaterial ausbrennt

Die oberen freien Enden 12, 13 der Umhüllung 10 bzw. des Einsr'zes 11 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel wieder über einen feuerfesten Kitt 30 an den Tundish-Ausguß 14 geklebt.

Damit der plastische Kitt nicht in den Raum 26 zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 eindringt, ist der Raum 26 an seinem oberen freien Ende wiederum mit dem erfindungsgemäßen Füllmaterial 25 ausgefüllt. Dieses kann als vorgefertigter Ring über den Einsatz 11

ίο geschoben werden, wodurch die Handhabung und Montage wesentlich erleichtert wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 unterscheidet sich von den vorhergehend beschriebenen insbesondere dadurch, daß die Umhüllung 10 längsgeteilt ist. Dies ist hier notwendig, weil der Einsatz 11 mit beidseitig einstückig ausgebildeten Außenflanschen 39 versehen ist, so daß die Umhüllung 10 nicht mehr auf den Einsatz ί i aufgeschoben werden kann, sondern seitlich auigeset/t werden muß.

Zwischen den Flanschendem der Flansche 35» und der Umhüllung 10 ist wiederum das erfindungsgemäße Füllmaterial 27 eingebracht.

Der Tundish-Ausguß kann, wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1 und 2 beschrieben, über einen feuerfesten Kitt 30 gegen die Außenfläche 39a des Ringflansches 39 geklebt werden.

Unter Umständen ist es beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 vorteilhaft, im Bereich zwischen den Endflanschen 39 im Raum 26 einen weiteren Streifen des Füllmaterials 27 vorzusehen.

In Fig.4 sind die Umhüllung 10 und der Einsatz 11 unter Zwischenschaltung eines ringförmigen Plättchens 40 miteinander verbunden. Während der grundsätzliche Aufbau der Umhüllung der gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 entspricht, unterscheidet sich der Einsatz 11 von dem gemäß Fig. 1 insoweit, als dieser in Form eines einfachen Rohres ohne Endflansch gestaltet iSi.

An seinem oberen freien Ende 13 ist der Einsatz 11 mit seiner Stirnfläche gegen die untere Fläche des Plättchens 40 verklebt. Das Plättchen 40 liegt im übrigen auf der durch die Stufe 41 der Umhüllung Iv. gebildeten Auflagefläche und ist mit dieser ebenfalls verklebt. Die Maße des ringförmigen Plättchens 40 sind so gewählt, daß es auf der Stufe 41 gut aufsitzt und die Innenfläche seiner Mittenbohrung 43 mit der Innenfläche 31 des Einsatzes 11 fluchtet.

Das Plättchen 40 besteht beispielsweise aus Graphit. Die übrigen Kontaktflächen zwischen Plättchen 40 und Umhüllung 10 können mit einem feuerfesten Kitt abgedichtet werden. Der Tundish-Ausguß schließt sich in der in F i g. 1 dargestellten Weise nach oben an.

Bei dem in F i g. 5a dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Einsatz 11, in ähnlicher Weise wie anhand der F i g. 1 beschrieben, über einen oberen, endseitigen Ringflansch 23 in der Umhüllung 10 gehalten.

Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1 bis 4 sind jedoch hier die Bauteile 10,14 aus ein und demselben Material hergestellt.

Die Umhüllung 10 des Ausgusses weist an ihrem oberen Ende 12 innenseitig eine Stufe 51 auf, auf der in grundsätzlich gleicher Weise wie in Fig. 1 dargestellt, der Einsatz 11 über den Ringflansch 23 aufsitzt.

Die beiden Bauteile 10,14 sind wie die Umhüllung 10 und der Tundish-Ausguß 14 in F i g. 1 über einen Kitt 30 miteinander verklebt, wobei hier jedoch der Kitt 30 bis über den Materialstreifen 23a geführt ist Der sonstige Aufbau entspricht weitestgehend dem, wie ~r anhand

der Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde. Dies gilt auch für die Funktionsweise und Wirkung der einzelnen Bauteile.

Alternativ zur Ausführungsform gemäß Fig.5a bietet sich bei einem Tauchausguß mit einem Einsatz 1 * mit endseitigem Flansch 23 eine Ausführungsform an, wie sie in Fig. 5b dargestellt ist. Hierbei ist der Ausguß 14 bis in den Bereich des unteren Endes 16 des Einsatzes 11 gestaltet, und damit einstückig mit der Umhüllung 10. Um den Einsatz 11 aber in den Tundish-Ausgußbereich 14 einsetzen zu können, ist der Bereich der Durchtrittsöffnung 44 wie folgt gestaltet:

Die Durchtrittsöffnung 44 ist trichterförmig ausgebildet. Nach einem leicht konvex gewölbten, vom oberen Rand 44a sus verlaufenden Teil, setzt sich die Durchtrittsöffnung 44 niit einem zylinderförmigen Abschnitt 44t; in Richtung auf das untere freie Ende 16 des Einsatzes 11 fort, und zwar bis in den Bereich einer Stufe 52, die nach innen verläuft, und von deren vorderem Stufenende sich eine v/eitere zyiinderförmige Ausnehmung 47 nach unten erstreckt. Der Durchmesser der zylinderförmigen Ausnehmung 47 ist dabei geringer als der des unteren Teils 446der Durchgangsöffnung 44.

In der zu den Fig. 1 und 5a beschriebenen Weise ist der Einsatz 11 mit einem Ringflansch 23 wieder in den Ausguß 14 bzw. die Umhüllung 10 eingehängt, wobei er bei der Montage von oben durch die Durchgangsöffnung 44 eingesetzt werden kann. Dabei ist der Einsatz 11 so gestaltet, daß der Außendurchmesser des Ringflansches 23 etwas geringer geu ählt ist als der Durchmesser des unteren Teils 44b der Durchgangsöffnung 44, um auch hier den gewünschten Abstand sicherzustellen.

Im Bereich der Stufe 52 ist in bekannter und beschriebener Weise um den Ringfiansch 23 wieder ein Streifen 25a des brennbaren Materials gelegt. Ein ebensolcher Streifen 27 befindet sich auch im Abstand zum Ringfiansch 23 um den Einsatz 1! und füllt damit den Raum 26 zwischen Einsatz 11 undTundish-Ausguß 14 aus.

Von der oberen Stirnfläche 23a des Ringflansches 23 erstreckt sich nun noch ein Einsatz 53, der aus demselben Material besteht, wie der Tundish-Ausguß 14. Der Einsatz 53 hat eine Form, die dem oberen Teil des Tundish-Ausgusses 14 nach dem Einbau eine Form wie in F i g. 5a gibt. Dazu weist der Einsatz 53 außen eine Zylinderform auf, mit einem, der Durchtrittsöffnung 44b entsprechenden Durchmesser, während der innere Teil in Verlängerung der konvexen Wölbung der Durchgangsöffnung 44 ebenfalls konvex gewölbt ist und an seinem unteren Ende fluchtend mit der Innenwandung 31 des Einsatzes 11 eingerichtet ist.

Der Einsatz 53 kann in den Tundish-Ausguß 14 mit der Kittmasse 30 eingeklebt werden.

Der in F i g. 6 dargestellte Ausguß ist ein sogenannter Kugelkopfausguß, der seinen Namen aufgrund der kugelförmigen Gestalt des unteren Ausgußteils erhalten hat, an den ein Kugelkopf-Tauchrohr gemäß der Erfindung angesetzt wird.

Der Ausguß entspricht in seinem Aufbau weitestgehend dem in F i g. 4b, d. h. der Einsatz 11 liegt auf einer Stufe 52 des Tundish-Ausgusses auf. Der Ringflansch 23 des Einsatzes 11 ist jedoch entsprechend dem oberen Teil des Tundish-Ausgusses 14 im Bereich der Durchgangsöffnung 44 mit einer konkaven Krümmung ausgebildet, so daß sich die korrespondierenden Flächen der Durchgangsöffnung 44 und des Ringflansches 23 zu einer gemeinsamen konkaven Krümmung ergänzen.

Die Materialien der in den F i g. 5a, 5b und 6 dargestellten Ausgüsse sind denen gemäß den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 bis 4 gleich, ebenso kann die Befestigung des Ausgusses gemäß F i g. 6 in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben erfolgen.

Weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Ausgusses sind im Rahmen des ErfincVinpsgedankens möglich. Beispielsweise kann der Einsatzteil 53 des Ausgusses gemäß F i g. 5b nicht nur als vorgefertigtes Bauteil gestaltet sein, vielmehr kann dieser Bereich auch beispielsweise durch eine bekannte Spritzmasse ausgefüllt werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweiteiliger keramischer Ausguß zum Vergießen einer Metalischmelze mit einer äußeren Umhüllung (IG) aus einem temperaturbeständigen Material und einem inneren Einsatz (11) aus einem erosionsbeständigen, feuerfesten Material, dadurch gekennzeichnet, daß