DE3720878A1 - Ueberzugsmaterial fuer giessrinnen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Überzugsmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Schleudergußverfahren dient zur Herstellung rotationssymmetrischer Gußstücke (Rohre), die ihre Form­ gebung in einer während des Gießens und bis zur Erstar­ rung des Gußmaterials um ihre Mittelachse rotierenden metallischen, wassergekühlten Kokille erhalten. Die Schmelze wird dem Kokilleninnenraum über eine Gießrinne zugeführt, die sich der Länge nach in die Kokille hinein­ erstreckt. Diese Rinnen sind heute meist aus Stahl ge­ fertigt. Sie müssen mit einem feuerfesten, wärmeisolie­ renden Überzug versehen werden, dem im wesentlichen die nachstehenden Aufgaben und Eigenschaften zukommen:

• a) thermische Isolation der Rinne, damit sich die Oberseite der Rinne beim Darüberfließen der Schmelze nicht zu stark erwärmt, da sie sich sonst verbiegt und nicht mehr der Länge nach in die Kokille eingefahren werden kann, ohne anzustoßen;
• b) Verminderung der Benetzbarkeit der Rinne, um eine gleichmäßige, von anhaftenden und erstarrenden Anteilen der Schmelze nicht gestörte Strömung derselben zu gewähr­ leisten. Die Grenzflächenspannung zwischen dem feuerfesten Überzug und der Schmelze soll möglichst groß sein;
• c) ausreichende Erosionsfestigkeit, um eine möglichst lange Standzeit zu erreichen;
• d) saubere Trennung der in der Rinne nach dem Guß eines Gußstücks verbleibenden Schale des bereits verfestigten Gießwerkstoffes ohne Beschädigung des feuerfesten Über­ zuges;
• e) Verminderung bzw. Vermeidung von chemischen Reak­ tionen zwischen der Schmelze und Schlackenresten einerseits und dem feuerfesten Überzugsmaterial andererseits;
• f) Vermeidung von chemischen Reaktionen zwischen der Rinne und dem feuerfesten Überzugsmaterial.

Die bekannten feuerfesten Überzüge für Gießrinnen be­ stehen im wesentlichen aus Kohlematerial und feuerfesten Bindern. Unter "Kohlematerial" sollen Stoffe wie Koksstaub oder Graphit verstanden sein, die im wesentlichen aus elemen­ tarem Kohlenstoff bestehen. Die feuerfesten Binder sind zum Beispiel Tone, Bentonite, Wasserglas, Kieselgel oder Phosphate. Das Überzugsmaterial wird als wäßrige Suspension verarbeitet und beispielsweise auf die Gießrinne mit einem Quast aufge­ strichen, bis sich eine mittlere Dicke des Überzuges von etwa 0,5 bis 2 mm ergibt.

Die Wirtschaftlichkeit des Schleudergußverfahrens wird zum Teil durch die Lebensdauer des feuerfesten Überzuges der Gießrinne bestimmt. Eine notwendig werdende Erneuerung des Überzuges bedeutet eine Betriebsunterbrechung, die das Ausbringen an Gußstücken vermindert. Abhängig ist die Lebens­ dauer im wesentlichen von

• a) Oxidation des Kohlenstoffs;
• b) Erosionsverschleiß durch die über den Überzug hinweg­ strömende Schmelze;
• c) mechanische Zerstörung des Überzugs durch Rißbildung und Ausbrechen einzelner plättchenförmiger Teile.

Die Einwirkungen b) und c) überwiegen. Bei der Her­ stellung von Rohren mit 100 bis 150 mm Durchmesser und einer durchschnittlichen Produktionsrate von ca. 70 Rohren/h lassen sich mit einem Überzug der Gießrinne erfahrungsgemäß ca. 210 bis 280 Gießvorgänge pro Überzug durchführen. Dies entspricht einer Standzeit im laufenden Betrieb von etwa 3 bis 4 Stunden. Das Entfernen des Reste des verbrauchten Überzuges und das Auftragen eines neuen Überzuges nehmen etwa 10 Minuten Zeit in Anspruch, so daß für die Erneuerung des Überzuges pro Schicht (8 Stunden) ca. 20 bis 30 Minuten verlorengehen, was einem Produktionsausfall von etwa 5 bis 8% entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeit des feuerfesten Überzuges der Gießrinne zu verlängern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Maßnahme gelöst.

Es wurde gefunden, daß durch das Einarbeiten der Fasern in das Überzugsmaterial der Überzug eine deutlich verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen die mechanischen Beanspruchungen des Überzugs beim Darüberströmen der Schmelze und gegen die erheblichen Temperaturwechselbeanspruchungen erhält. Der Überzug hält ersichtlich besser zusammen, und es vergrößern sich die Abstände zwischen den Erneuerungen des Überzugs erheblich.

Der Anteil an Fasern kann gemäß Anspruch 2 0,005 bis 5 Gew.-% betragen. Der zweckmäßigste Anteil muß im Einzelfall ermittelt werden und hängt von dem Material und der Morpholo­ gie der Fasern ab.

In Betracht kommen Fasern mit einem Durchmesser von 3 bis 30 µm und einer Länge von 0 bis 8 mm, wobei dies natürlich so zu verstehen ist, daß Fasern von den kleinsten vorkommenden Längen bis etwa 8 mm eingesetzt werden können (Anspruch 3).

In der bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern Kohlenstoffasern (Anspruch 4). Diese Fasern haben sehr hohe Festigkeitswerte und relativ geringes spezifisches Gewicht und eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Sie tragen also schon in relativ geringen Anteilen zu einer deutlichen Verbesse­ rung der Standzeit des Überzuges bei und beeinträchtigen nicht seine wärmeisolierenden und benetzungsverhindernden Eigenschaften.

Ähnliche Vorteile kommen Graphitfasern zu (Anspruch 5).

Die Fasern können auch keramische Fasern sein (Anspruch 6), zum Beispiel Fasern aus Mullit oder Al₂O₃, und auch natürliche mineralische Fasern (Anspruch 7) wie zum Beispiel Asbest, sofern keine unerwünschten Reaktionen dieser Fasern mit in der Schmelze enthaltener Schlacke zu befürchten sind.

Die Verlängerung der Standzeit kann gemäß Anspruch 8 durch einen Anteil eines feinteiligen feuerfesten Materials mit einer blättchen- oder fladenförmigen Struktur der Partikel gefördert werden, die gemäß Anspruch 9 in einem Anteil von 1 bis 15 Gew.-% zugegen sein können und bei­ spielsweise in einem feuerfesten Schichtsilikat (Anspruch 10) wie Talk, Pyrophyllit, Muskovit, Phlogopit bestehen können.

Es wurde beobachtet, daß durch solche Zusätze besonders die Erosion des Überzuges durch die darüberströmende Schmelze hintangehalten werden kann.

Weiterhin trägt zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Überzuges im Wege der Verdichtung durch Auffüllung der Kornstruktur ein Anteil an Ruß (Anspruch 11) bei, der etwa 2 bis 5 Gew.-% betragen kann (Anspruch 12).

Der Ruß hat auch noch die zusätzliche Wirkung, daß die Benetzung des Überzuges durch die Schmelze vermindert wird.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Gießrinne (Anspruch 13), die mit einem Überzug aus dem Überzugsma­ terial nach einem der Ansprüche 1 bis 12 versehen ist.

Die Erfindung ist auch für andere Gießrinnen als solche für den Schleuderguß und auch für andere Anwendungsfälle mit vergleichbarer Beanspruchungslage geeignet, bei welchen also eine Schmelze an einer zu schützenden metallischen Be­ grenzung entlangströmt.

In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch er­ läutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Schleuder­ gußanlage;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Gießrinne in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem unteren Teil der Gießrinne nach Fig. 2 in erneut vergrößertem Maßstab.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Gießan­ lage umfaßt einen um ein Lager 1 kippbaren Schmelzebehälter 2 mit einem Auslauf 3, über welchen Schmelze 4 in eine Gießrinne 5 abgegossen werden kann, die von ihrem Einguß­ ende 6 zum Abgabeende 7 leicht nach unten geneigt ist und sich der Länge nach von einem Ende her in das Innere einer aus Metall bestehenden Kokille 8 hineinerstreckt, die von einem Mantel 9 mit Kühlwasser 11 umgeben ist. Die Kokille 8 mit dem Mantel 9 ist über einen am in Fig. 1 rechten Ende angebrachten Antriebskopf 12 mit einem Motor 13 in Drehung versetzbar. Die Kokille 8 mit dem Mantel 9 und dem Antriebs­ kopf 12 ist auf einem nicht dargestellten Schlitten gelagert, der längs der leicht geneigten Schienenführung 14 derart verschiebbar ist, daß die Gießrinne 5 immer im Bereich der Achse der Kokille 8 verbleibt. Durch die Drehung legt sich die Schmelze gleichmäßig an die Innenwandung der Kokille 8 an und erstarrt dort sofort. Entsprechend dem Gießfort­ schritt wird die Kokille 8 gemäß Fig. 1 von links nach rechts im Laufe des Abgusses verschoben. In dem Ausführungs­ beispiel ist am rechten Ende der Kokille 8 ein Kern 15 vorgesehen, der das Innere des rechten Endes des zu gießenden Rohres formt.

Die Gießrinne 5 hat gemäß Fig. 2 einen muldenförmigen Querschnitt und ist auf der Innenseite mit einem Überzug 20 versehen, der die Schmelze 4 von der aus Stahl beste­ henden Gießrinne 5 trennt und eine wärmeisolierende Wirkung ausübt.

In Fig. 3 ist die Zusammensetzung des Überzuges 20 schematisch angedeutet. Er besteht in der üblichen Weise in dem Ausführungsbeispiel aus Koksstaub und einem Ton als Binder, wobei aber ein Anteil an durch Linien ange­ deuteten Kohlenstoffasern 16 vorhanden ist, die einen Durchmesser im Bereich von 3-30 µm und eine Länge bis zu 8 mm haben können, d.h. in ihren längsten Exemplaren die Dicke des Überzuges 20 um ein Mehrfaches übertreffen können. Bedingt durch die Herstellung des Überzuges als wäßrige Suspension sind die Kohlenstoffasern 16 jedoch im wesentlichen parallel zur Fläche des Überzuges 20 orien­ tiert, d.h. sie stehen im allgemeinen nicht aus dem Über­ zug nach oben hervor. Sie sind in das Überzugsmaterial bei dessen Herstellung miteingemischt worden und liegen in gleichmäßiger Verteilung im ganzen Volumen des Über­ zuges 20 vor.

Durch die geschlossenen elliptischen Ringe 17 ist ein Anteil an Talkum wiedergegeben, d.h. einem Schicht­ silikat mit einer blättchenförmigen Struktur, welches die Erosionsfestigkeit des Überzuges 20 verbessert, indem sich die Blättchen oder Fladen 17 schuppenartig vor­ wiegend parallel zur Fläche des Überzugs 20 orientieren.

Die Punkte 18 repräsentieren einen Anteil an Ruß, der zur Verdichtung der Kornstruktur und zur Verminderung der Benutzung des Überzuges 20 durch die Schmelze dient. Die angegebenen Komponenten des Überzuges 20 müssen nicht immer alle gleichzeitig zugegen sein.

Bei den nachfolgenden Arbeitsbeispielen wurden die Komponenten in einem Mischer gleichmäßig vermischt und sodann mit Wasser eine Suspension gebildet, die hinsicht­ lich ihrer Viskosität durch entsprechenden Wasserzusatz so eingestellt wurde, daß sich in einem 100-ml-Auslauf­ becher (Ford-Becher) mit 4 mm Auslauf Auslaufzeiten zwischen 11 und 12 Sekunden ergaben.

erster Ansatz mit
3,8 kgKoksmehl 5,5 kgGraphit (aufbereitet) 0,75 kgTalk 0,42 kgTon 0,006 kgKohlenstoffaser

zweiter Ansatz mit
8,8 kgGraphit (aufbereitet) 0,82 kgMuskovit 0,30 kgTon 0,01 kgMullitfaser

dritter Ansatz mit
8,0 kggraphitisierter Anthrazit (gemahlen) 0,75 kgGraphit (aufbereitet) 0,4 kgRuß 0,80 kgPyrophyllit 0,35 kgTon 0,100 kgAsbest (Tremolit)

Mit allen drei Ansätzen konnten die Standzeiten für den jeweiligen Überzug auf über 8 Stunden ausgedehnt werden, so daß nur ein Auftrag pro Schicht notwendig war und eine entsprechende mehrprozentige Verbesserung des Ausbringens eintrat.

Besonders vorteilhaft zeigte sich der Einsatz der Kohlenstoffaser im ersten Ansatz. Hinsichtlich der Erosion zeigten der erste und der dritte Ansatz ein etwas günstige­ res Verhalten als der zweite Ansatz.

Claims (13)

1. Feuerfestes, wärmeisolierendes Überzugsmaterial für die Gießrinnen beim Schleuderguß u.dgl., welches im wesent­ lichen aus einem feinteiligen Kohlematerial und feuerfe­ sten Bindern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Anteil an feuerfesten Fasern enthält.

2. Überzugsmaterial nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anteil 0,005 bis 5,0 Gew.-% beträgt.

3. Überzugsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Durchmesser von 3 bis 30 µm und eine Länge von 0 bis 8 mm aufweisen.

4. Überzugsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Kohlenstoffasern (16) sind.

5. Überzugsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Graphitfasern sind.

6. Überzugsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern keramische Fasern sind.

7. Überzugsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern natürliche minera­ lische Fasern sind.

8. Überzugsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Anteil eines feinteili­ gen feuerfesten Materials mit einer blättchen- oder fladen­ förmigen Struktur der Partikel enthält.

9. Überzugsmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anteil 1 bis 15 Gew.-% beträgt.

10. Überzugsmaterial nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein feuerfestes Schicht­ silikat (17) ist.

11. Überzugsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Anteil an Ruß (18) enthält.

12. Überzugsmaterial nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anteil 2 bis 5 Gew.-% beträgt.

13. Gießrinne für den Schleuderguß mit einem feuer­ festen, wärmeisolierenden Überzug aus einem feinteiligen Kohlematerial und feuerfesten Bindern, dadurch gekennzeich­ net, daß der Überzug (20) aus einem Überzugsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 12 besteht.