DE3618610C2

DE3618610C2 -

Info

Publication number: DE3618610C2
Application number: DE19863618610
Authority: DE
Inventors: Hans Umiken Ch Gloor; Georges Dr. Zuerich Ch Devillaz; Alain Prof. Le Mont Sur Lausanne Ch Mocelin
Original assignee: Concast Standard AG
Current assignee: Concast Standard AG
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1989-01-05
Also published as: DE3618610A1; WO1987007592A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbe griff von Anspruch 1.The invention relates to a method according to the Oberbe handle of claim 1.

Es ist bekannt, hochtemperaturbeständige Formkörper aus amorphem Siliziumdioxyd bei verschiedenen technologischen Anwendungsgebieten einzusetzen, insbesondere bei metallur gischen Verfahren, die bei Temperaturen bis ca. 1700 Grad C arbeiten.It is known to be made of high-temperature resistant molded articles amorphous silicon dioxide in various technological Use areas of application, especially for metallurgy Chemical processes at temperatures up to approx. 1700 degrees C. work.

Amorphes Siliziumdioxyd kann dabei unter verschiedenen physikalischen Formen eingesetzt werden. Wenn sehr gute physikalische, chemische und mechanische etc. Eigen schaften verlangt werden, so können solche Formkörper aus Quarzglas hergestellt werden. Quarzglaskörper sind jedoch vom Material als auch von der Herstellung her kostspielig und damit für viele Einsatzgebiete, obwohl technisch gut geeignet, aus wirtschaftlichen Gründen nicht vertretbar. Als Quarzgut werden aus geschmolzenem, reinem Quarzitsand hergestellte Formkörper bezeichnet. Das Schmelzen des Quar zitsandes erfolgt in der Regel in rotierenden Formen, bei spielsweise durch elektrische Lichtbögen. Dieses Verfahren liefert rotationssymmetrische Formkörper mit sehr gleich mäßigen, dichten, milchglasähnlichen Wänden. Durch das Schmelzen während der Formgebung wird der kristalline Quar zit in amorph erstarrte Kieselsäure überführt. Die physika lischen und mechanischen Eigenschaften sind dem Quarzglas sehr ähnlich. Der Gießprozeß in rotierende Formen ist ebenfalls kostspielig und die Herstellung nicht rotations symmetrischer Formstücke durch Zusammenschweißen ist auf wendig. (Prospekt Q-A1/112.2 "Quarzglas und Quarzgut" der Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau, vom August 83.)Amorphous silicon dioxide can be different physical forms are used. If very good physical, chemical and mechanical etc. Eigen such shells can be required Quartz glass can be made. However, quartz glass bodies are expensive in terms of material and manufacture and thus for many areas of application, although technically good suitable, not justifiable for economic reasons. Melted, pure quartzite sand is used as quartz Manufactured molded body called. The melting of the quar zitsandes is usually done in rotating forms, at for example by electric arcs. This method delivers rotationally symmetrical moldings with very the same moderate, dense, frosted glass-like walls. By the The crystalline quar melts during shaping Zit converted into amorphous solidified silica. The physika The quartz glass has mechanical and mechanical properties very similar. The casting process in rotating molds is also expensive and the production is not rotational symmetrical fittings by welding is on agile. (Brochure Q-A1 / 112.2 "Quartz glass and quartz goods" from Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau, from August 83.)

Mittels Gieß- oder Preßverfahren können Formkörper auch aus amorphem Siliziumdioxyd hergestellt werden, im nachfol genden Siliziumdioxyd-Keramik genannt. Beim Schlicker-Gieß verfahren wird beispielsweise Siliziumdioxyd-Mehl mit feiner Körnung mit Wasser vermischt, bis ein gießfähiger Brei entsteht. Diese gießfähige Masse wird in eine Form gegossen, die der Außen- und/oder Innengeometrie des Formkörpers entspricht. Das entformte Teil wird anschlie ßend getrocknet und bei ca. 1000 Grad C gesintert, wobei der Formkörper schrumpft. Eine solche amorphe Silizium dioxyd-Keramik hat dann üblicherweise eine Porosität von 12%-15%. Formkörper nach diesem Verfahren kosten nur einen Bruchteil gegenüber solchen aus Quarzglas oder Quarz gut. Neben guten thermischen und teilweise auch chemischen Eigenschaften sind aber die mechanischen Eigenschaften schlecht; wegen der geringen Festigkeit ist das Material für viele Anwendungsbereiche ungeeignet. Im weiteren sind Körper aus Siliziumdioxyd-Keramik nicht lichtdurchlässig für Beobachtungs- und Meßzwecke und im weiteren auch nicht vakuumdicht. (Prospekt S 2c "silice pur fondue opaque" der Sett Societe Electrothermique de la Tour-de-Treme.)Shaped bodies can also be produced by means of casting or pressing processes be made from amorphous silicon dioxide, hereinafter called silica ceramics. With slip casting for example, silicon dioxide flour is used fine grain mixed with water until a pourable Porridge is created. This pourable mass is put into a mold poured that the outer and / or inner geometry of the Shaped body corresponds. The demolded part is then dried and sintered at approx. 1000 degrees C, whereby the molded body shrinks. Such an amorphous silicon Dioxide ceramic then usually has a porosity of 12% -15%. Moldings using this method only cost a fraction of those made of quartz glass or quartz Good. In addition to good thermal and sometimes chemical Properties are the mechanical properties bad; because of the low strength is the material unsuitable for many areas of application. In the further are Silicon dioxide ceramic body not translucent for observation and measurement purposes and further not vacuum tight. (Prospectus S 2c "silice pur fondue opaque" the Sett Societe Electrothermique de la Tour-de-Treme.)

Der Erfidung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ma terial zu finden, das die guten Eigenschaften von Quarz glas aufweist, aber sowohl in der Einzel- als auch Serien herstellung um ein Mehrfaches billiger beschafft werden kann.The invention is therefore based on the task, a measure to find material that has the good properties of quartz glass, but in both the individual and series manufacturing can be procured several times cheaper.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Verfahrens merkmale von Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the method Features of claim 1 solved.

Gesinterte Formkörper aus Siliziumdioxyd-Keramik können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Sie können durch Pressen in Preßformen oder im Schlicker-Gießver fahren etc. hergestellt werden. Solche Formkörper haben sich für die örtliche Verglasung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als besonders geeignet erwiesen und stellen eine optimale Kombination der Eigenschaften von Quarzglas bzw. Quarzgut, aber auch von Siliziumdioxyd-Keramik dar, weil nach Wahl nur diejenigen Stellen und Teile des Körpers durch Verglasung vergütet werden können, die von der Beanspruchung oder Zweckbestimmung her eine solche Vergütung erfordern. Daraus resultieren günstige Material- und Herstellungskosten. Neben der wesentlichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften an hochbeanspruchten Teilen können auch die optischen Eigenschaften verbessert werden. Insbesondere wenn optische Meßgeräte zur Messung von Gieß parametern eingesetzt werden, kann nach einer zusätzlichen Ausführungsform an der ausgewählten Stelle die ganze Wand stärke zur Bildung eines Fensters verglast werden. Unter vielen Einsatzmöglichkeiten solcher erfindungsgemäß herge stellter Körper haben sie sich insbesondere als Eingieß- und Metallverteilsysteme beim kontinuierlichen Gießen von dünnen und dünnsten Bändern auf eine gekühlte Gießtrommel, wie beispielsweise mikrokristalline oder amorphe Bänder, bewährt. Im weiteren können bei rohrförmigen Körpern zum Schutze von fließendem Gießmetall gegen Oxydation etc. durch örtliche Verglasung licht- und infrarotdurchlässige Fenster für optische Messungen, wie Temperatur, Schlacken fluß etc., geschaffen werden.Sintered shaped bodies made of silicon dioxide ceramic can can be made in different ways. You can by pressing in molds or in slip casting driving etc. are manufactured. Have such shaped bodies for the local glazing according to the invention Proven and proven methods particularly suitable an optimal combination of the properties of quartz glass or quartz material, but also of silicon dioxide ceramics, because only those positions and parts of the Body can be remunerated by glazing by such a use or purpose Require remuneration. This results in cheap material and manufacturing costs. In addition to the essential improvement the mechanical properties of highly stressed parts the optical properties can also be improved. Especially when optical measuring devices for measuring casting parameters can be used after an additional Execution at the selected point the whole wall starch to be glazed to form a window. Under many possible uses of such inventions body, they have particularly and metal distribution systems in the continuous casting of thin and thinnest tapes on a cooled casting drum, such as microcrystalline or amorphous tapes, proven. Furthermore, for tubular bodies Protection of flowing cast metal against oxidation etc. through local glazing translucent and infra-red Windows for optical measurements such as temperature, slags river etc., can be created.

Die Durchführung des Verfahrens erfolgt gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung indem als Energiequelle für die Ver glasung ein Hochtemperaturbrenner oder ein Laser verwendet wird.The method is carried out according to another Feature of the invention by as an energy source for the Ver glazing uses a high temperature burner or a laser becomes.

Die Verglasungsdicke an den ausgewählten Stellen kann in weiten Grenzen frei gewählt werden. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung empfohlen, an den ausgewählten Stellen eine Oberflächenschicht des Körpers von 0,1 mm bis 5 mm Dicke zu verglasen. The glazing thickness at the selected points can be in wide limits can be freely chosen. From technical and economic reasons is according to another characteristic recommended the invention, at the selected locations Surface layer of the body from 0.1 mm to 5 mm thick too glaze.

Eine Formgebung des Körpers kann vor der örtlichen Ver glasung abgeschlossen sein, oder es kann an verglasten Stellen des Körpers eine zusätzliche thermische, mechanische oder sonstige Formgebungsoperation durchgeführt werden. Auf diese Weise können insbesondere feinste Bearbeitungen wie die Herstellung schmaler Schlitze und kleiner Löcher präzise und kantenscharf durchgeführt werden oder Verbin dungsoperationen durch Schweißen vorgenommen werden. Form gebende Bearbeitung des Formkörpers mit einem Laser, wie Schneiden und Schlitzen und die Verglasung können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung gleichzeitig durch geführt werden.A shaping of the body can before the local Ver glazing should be completed or it can be glazed Make the body an additional thermal, mechanical or any other shaping operation. In this way, the finest machining operations are possible like making narrow slits and small holes be carried out precisely and with sharp edges or verbin operations are performed by welding. Shape giving processing of the shaped body with a laser, such as Cutting and slitting and glazing can be done according to another feature of the invention simultaneously be performed.

Anstatt die Wand an einer ausgewählten Stelle in ihrer ganzen Stärke zu verglasen kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung in eine Öffnung des Formkörpers, die an ihren Rändern verglast wird, ein Quarzglasfenster eingeschweißt werden, so daß durch dieses Fenster ein hinter dem Fenster liegendes Medium optisch beobachtet (Badspiegel höhe, Schlackenhöhe etc.) und/oder seine Temperatur ge messen werden kann.Instead of the wall in a selected place in your According to another, glazing whole strength Feature of the invention in an opening of the molded body, which is glazed at its edges, a quartz glass window be welded in, so that through this window a behind medium lying in the window is visually observed (bathroom mirror height, slag height etc.) and / or its temperature can be measured.

Im nachfolgenden soll anhand von Figuren ein Ausführungsbei spiel der Erfindung erläutert werden. Es zeigtIn the following, an embodiment is to be made using figures game of the invention will be explained. It shows

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Gießdüse und Fig. 1 shows a vertical section through a pouring nozzle and

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. Fig. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein Formkörper 2 als Gießdüse auf einem ro tierenden Gießband oder einer Gießtrommel 3 angeordnet. Der Formkörper 2 ist aus amorphem Siliziumdioxyd, beispiels weise im Schlicker-Gieß- oder im Preßverfahren aus fein körnigem Siliziumdioxyd hergestellt und durch Sinterung verfestigt worden.In Fig. 1, a molded body 2 is arranged as a pouring nozzle on a ro-casting belt or a casting drum 3 . The molded body 2 is made of amorphous silicon dioxide, for example in the slip casting or pressing process from fine-grained silicon dioxide and has been solidified by sintering.

Beim Gießen dünner Bänder 5 ist eine genaue Dosierung des flüssigen Metalles 4 auf die Gießtrommel 3 erforderlich. Zu diesem Zweck ist der Formkörper 2 mit einer schlitzför migen Düsenöffnung 6 mit einer Breite von nur wenigen Zehntelmillimetern versehen. Die genaue Dimen sionierung und die Konstanthaltung dieses Schlitzes während der Gießdauer bestimmen im wesentlichen die Qualität und die Abmessungen des Bandes 5.When casting thin strips 5 , precise metering of the liquid metal 4 onto the casting drum 3 is required. For this purpose, the molded body 2 is provided with a slit-shaped nozzle opening 6 with a width of only a few tenths of a millimeter. The exact dimensioning and keeping this slot constant during the casting period essentially determine the quality and the dimensions of the strip 5 .

Mittels einer Energiequelle wie Hochtemperaturbrenner oder Laser ist deshalb der gesinterte Formkörper 2 im Bereich der Düsenöffnung 6 örtlich durch Anschmelzen der Oberflä che vergütet worden. Kurze Schraffen stellen den durch Schmelzvergütung verglasten Bereich 8 dar.By means of an energy source such as high-temperature burners or lasers, the sintered molded body 2 in the area of the nozzle opening 6 has been locally tempered by melting the surface. Short hatches represent the area 8 glazed by melting.

Je nach Verwendungszweck kann eine Verglasung auf eine Oberflächenschicht beschränkt oder auf die ganze Wand stärke ausgedehnt werden. Vielfach ist es von Vorteil, eine verglaste Schichtdicke zwischen ¹/₁₀ mm und 5 mm zu wählen. An der verglasten Stelle 8 kann mittels einer Diamantfräserscheibe 18, wie in Fig. 2 durch strichpunk tierte Linie teilweise dargestellt, ein Düsenschlitz eingefräst werden. Neben einer solchen mechanischen Be arbeitung können auch thermische Formgebungsoperationen, wie Schweißarbeiten, Laserschneiden etc., durchgeführt werden. Die gefräste Düsenöffnung 6 kann, wie auf der rechten Seite in Fig. 2 dargestellt, auf eine gewünschte Schlitzlänge 10 mit Quarzglas wieder verschweißt werden.Depending on the intended use, glazing can be limited to one surface layer or extended to the entire wall thickness. It is often advantageous to choose a glazed layer thickness between ½ mm and 5 mm. At the glazed point 8 , a nozzle slot can be milled in by means of a diamond cutter disk 18 , as partially shown in FIG. 2 by a dash-dotted line. In addition to such mechanical machining, thermal shaping operations such as welding, laser cutting, etc. can also be carried out. As shown on the right-hand side in FIG. 2, the milled nozzle opening 6 can be welded again to a desired slot length 10 with quartz glass.

Wie in Fig. 1 und 2 erkennbar ist, können transparente Fenster auf verschiedene Arten am Formkörper angebracht werden. Durch örtliche Verglasung der vollen Wandstärke, wie mit 12 dargestellt, entstehen lichtdurchlässige Fen ster, die auch für ultraviolette und infrarote Strahlungs messungen geeignet sind. Für eine optische Beobachtung, wie Badspiegelmessung etc., kann aber auch ein Quarzglas fenster 14 eingeschweißt werden. Vor dem Einschweißen des Quarzglasfensters 14 wird in der Regel eine Randzone 16 der Fensteröffnung 15 verglast. Mit 17 ist ein opti sches Beobachtungsinstrument schematisch dargestellt.As can be seen in FIGS. 1 and 2, transparent windows can be attached to the molded body in different ways. Local glazing of the full wall thickness, as shown at 12 , creates translucent windows that are also suitable for ultraviolet and infrared radiation measurements. For optical observation, such as bath level measurement, etc., a quartz glass window 14 can also be welded in. Before the quartz glass window 14 is welded in, an edge zone 16 of the window opening 15 is generally glazed. With 17 an optical observation instrument is shown schematically.

Anstelle von Formkörpern, die im Schlicker-Gießverfahren hergestellt sind, können auch andere Formgebungsverfahren, wie Pressen etc., angewendet werden. Das Formverfahren des Körpers und die Sintertemperatur sowie die Sinterzeit sind für das erfindungsgemäße Verfahren nicht von Bedeu tung, es können auch andere Verfahren zur Herstellung der Formkörper aus amorphem Siliziumdioxyd gewählt werden.Instead of shaped bodies, the slip casting process other molding processes, such as presses, etc. The molding process of the body and the sintering temperature as well as the sintering time are of no importance for the method according to the invention tion, other methods of manufacturing the Shaped body made of amorphous silicon dioxide can be selected.

Claims

1. Process for the production of high-temperature-resistant moldings for metal distribution systems, in particular for casting nozzles, made of silicon dioxide, fine-grained, amorphous silicon dioxide being formed into a body ( 2 ) and solidified by sintering, characterized in that the sintered body ( 2 ) at selected points ( 8, 12 ), in particular in the area of the nozzle opening ( 6 ), by means of a high-intensity energy source, locally tempered by glazing.

2. The method according to claim 1, characterized, that as a source of energy a high temperature burner or a laser is used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the glazing at the selected point ( 8 ) in a surface layer of the body ( 2 ) of 0.1 mm-5 mm thickness.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that during the shaping processing of the shaped body ( 2 ) with a laser such as cutting and slitting, the glazing is carried out simultaneously.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a quartz glass window ( 14 ) is welded into an opening ( 15 ) of the shaped body ( 2 ).