DE4103717A1 - Rotary stirrer for metal melts - made of vacuum slip cast fibre-reinforced refractory material - Google Patents
Rotary stirrer for metal melts - made of vacuum slip cast fibre-reinforced refractory materialInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein rotierendes Rührwerkzeug zur Behandlung von Metallschmelzen.The invention relates to a rotating stirring tool for the treatment of metal melts.
Moderne Gießtechnologien und auch Legierungstechnologien sehen häufig ein intensives mechanisches Durchrühren der zur Verwendung kommenden Metallschmelzen vor. Es werden dabei mit diesem intensiven Durchrühren verschiedene Vorgänge bewirkt, wie z. B. ein Entgasen der Schmelze, ein Einbringen von gasförmigen oder anderen Zusatzstoffen in die Schmelze zum Zweck der Unter stützung des Entgasens oder zu anderen Zwecken, ein Homogenisieren der Schmelze, ein Abscheiden von störenden Stoffen aus der Schmelze, und dergl. Die für das Durchrühren der Metallschmelzen verwendeten rotierenden Rührwerkzeuge sind schweren Belastungen ausgesetzt, nämlich einerseits thermischen Belastungen und andererseits auch mechanischen und chemischen Belastungen, und es ergibt sich, daß die bislang zur Behandlung von Metallschmelzen verwendeten rotierenden Rührwerkzeuge eine verhältnismäßig geringe Lebensdauer haben. Die bislang zur Behandlung von Metallschmelzen verwendeten rotierenden Rührwerkzeuge bestehen meistens aus einem einteiligen oder mehrteiligen Graphitkörper, der in geeigneter Weise an einer Antriebswelle angebracht ist. Graphit ist zwar an sich gegen hohe Temperaturen beständig, unterliegt aber durch chemische Einflüsse und durch mechanische Einwirkungen in der Metallschmelze einem nicht unbeträchtlichen Verschleiß, und es ergeben sich auch bei solchen Rührwerkzeugen von der verhältnis mäßig niedrigen Temperaturwechselbeständigkeit her Verminderungen der Lebensdauer der Rührwerkzeuge und die Notwendigkeit rasche Temperaturänderungen möglichst zu vermeiden, was einen unerwünschten zusätzlichen Arbeitsaufwand verursacht, z. B. wenn man solche Rührwerkzeuge vor dem Eintauchen in die Schmelze einer zusätzlichen langsamen Vorerwärmung unterzieht.Modern casting technologies and also alloy technologies often see an intensive mechanical stirring of the Use of upcoming metal melts. It will include this intensive stirring causes various processes, such as e.g. B. degassing the melt, introducing gaseous or other additives in the melt for the purpose of sub support of degassing or for other purposes, a homogenization the melt, a separation of interfering substances from the Melt, and the like. The for stirring the metal melts Rotary stirring tools used are heavy loads exposed, namely on the one hand thermal loads and on the other hand also mechanical and chemical loads, and it it follows that the previously used to treat molten metal used rotating stirring tools a relatively small Have lifespan. So far for the treatment of molten metal Rotary stirring tools used mostly consist of one one-piece or multi-piece graphite body, which in a suitable Way is attached to a drive shaft. Graphite is on resists high temperatures, but is subject to chemical influences and mechanical influences in the Metal melt a not inconsiderable wear, and it The ratio also results from such stirring tools moderately low thermal shock resistance due to reductions the lifespan of the stirring tools and the need quick Avoid temperature changes as much as possible, which unwanted additional work caused z. B. if such agitator tools before immersion in the melt undergoes additional slow preheating.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein rotierendes Rührwerkzeug zur Behandlung von Metallschmelzen zu schaffen, welches gegenüber den vorerwähnten bekannten Rührwerkzeugen eine verbesserte Lebensdauer aufweist, keine besonderen, aufwands erhöhenden Maßnahmen bei seiner Verwendung erfordert und auch auf einfache Weise mit verhältnismäßig geringem Aufwand herstellbar ist. It is an object of the present invention to rotate Creating a stirring tool for treating molten metal, which is a compared to the known stirring tools mentioned above has improved lifespan, no special, complex requires increasing measures in its use and also on easy to produce with relatively little effort is.
Das erfindungsgemäße Rührwerkzeug zur Behandlung von Metall schmelzen ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug aus einem Verbundmaterial geformt ist, das aus einer anorganischen feuerfesten Masse, wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Quarz oder dergl., aus einem in der feuerfesten Masse verteilten hitzebestän digen anorganischen synthetischen Fasermaterial und aus einem anorganischen Bindemittel oder einer Kombination anorganischer und organischer Bindemittel gebildet ist. Durch diese Ausbildung kann der vorstehend angeführten Zielsetzung gut entsprochen werden. Das wie vorstehend erwähnt zusammengesetzte Verbundmaterial hat eine gute Hitzebeständigkeit und durch das in der feuerfesten Masse verteilt befindliche, hitzebeständige Fasermaterial auch eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit und weiter auch eine gute Beständigkeit gegen chemischen, insbesondere oxidierenden, und mechanisch abtragenden Angriff; es ist solcherart durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Rührwerkzeuges eine höhere Lebensdauer desselben erzielbar, und es ist das erfindungsgemäß ausgebildete Rührwerkzeug auch ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen gegenüber Temperaturänderungen einsetzbar, ohne daß dadurch eine Verkürzung der Lebensdauer verursacht wird.The stirring tool according to the invention for the treatment of metal melting is characterized in that the stirring tool a composite material is formed, which consists of an inorganic refractory mass, such as aluminum oxide, zirconium oxide, quartz or the like, from a heat-resistant material distributed in the refractory mass digen inorganic synthetic fiber material and from one inorganic binders or a combination of inorganic and organic binder is formed. This training can the above objectives are met well. The composite material as mentioned above has a good heat resistance and through that in the refractory mass distributed, heat-resistant fiber material also a very good resistance to temperature changes and also a good one Resistance to chemical, especially oxidizing, and mechanical erosive attack; it is through the training of the stirring tool according to the invention a higher Lifetime of the same achievable, and it is the invention trained stirring tool even without special precautionary measures can be used against changes in temperature without a Shortening the lifespan is caused.
Es ist vorteilhaft, wenn die Teilchen der anorganischen feuerfesten Masse eine Korngröße von weniger als 0,1 mm und eine spezifische Oberfläche von etwa 0,8 bis 1,5 m2/g haben. Es ist dabei günstig, wenn diese Masse Anteile mit unterschiedlichen mittleren Korngrößen von z. B. 2 µm, 5 µm, 20 µm, 40 µm enthält.It is advantageous if the particles of the inorganic refractory mass have a grain size of less than 0.1 mm and a specific surface area of about 0.8 to 1.5 m 2 / g. It is advantageous if this mass shares with different average grain sizes of z. B. 2 microns, 5 microns, 20 microns, 40 microns.
Das in dem Verbundmaterial, aus dem das Rührwerkzeug geformt ist, verteilt vorliegende anorganische Fasermaterial ist vorzugs weise ein keramisches Fasermaterial, wobei es vorteilhaft ist, wenn dieses Fasermaterial 35-95% Masse an Al2O3 enthält.The inorganic fiber material present in the composite material from which the stirring tool is formed is preferably a ceramic fiber material, it being advantageous if this fiber material contains 35-95% mass of Al 2 O 3 .
Es ist weiter zum Erzielen einer hohen Temperaturwechsel beständigkeit des Rührwerkzeuges vorteilhaft, wenn man vorsieht, daß das Verbundmaterial, aus dem das Rührwerkzeug geformt ist, eine Dichte von 0,5-1,2 aufweist. Es kann solcherart eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit erreicht werden, welche es ermöglicht, daß ein solches Rührwerkzeug bei seiner Verwendung unmittelbar ohne besondere Vorwärmung in die Metallschmelze eingetaucht wird, ohne daß dadurch eine Beeinträchtigung der Lebensdauer entsteht. Demgemäß kann das erfindungsgemäß ausgebildete Rührwerkzeug deutlich einfacher als bislang üblich gewesene Rührwerkzeuge gehandhabt werden. Es wirkt sich auch eine verhältnismäßig hohe offene Porosität des Verbundmaterials, aus dem das Rührwerkzeug geformt ist, vorteilhaft auf die Temperatur wechselbeständigkeit des Rührwerkzeuges aus, und es kann trotz einer relativ hohen offenen Porosität, von z. B. 50-90%, eine verhältnismäßig gute Verschleißbeständigkeit erzielt werden. Zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit kann man vorteilhaft vorsehen, daß das Rührwerkzeug an seiner Oberfläche mit einer verschleißfesten, feuerfesten Schutzschicht aus faserfreiem Material versehen ist.It is further to achieve a high temperature change resistance of the stirring tool is advantageous if you provide that the composite material from which the stirring tool is formed has a density of 0.5-1.2. It can be high Thermal shock resistance can be achieved which it allows such a stirrer tool to be used immediately without special preheating in the molten metal is immersed without affecting the Lifespan arises. Accordingly, this can be done according to the invention trained stirring tool much easier than previously common existing stirring tools are handled. It also affects one relatively high open porosity of the composite material which the stirring tool is shaped, advantageously to the temperature change resistance of the stirring tool, and it can despite a relatively high open porosity, e.g. B. 50-90%, a relatively good wear resistance can be achieved. To Increasing wear resistance can be advantageous provide that the stirrer on its surface with a wear-resistant, fire-resistant protective layer made of fiber-free Material is provided.
Das erfindungsgemäße Rührwerkzeug kann vorteilhaft in Form einer Scheibe, an welcher abstehende Flügel angeformt sind, ausgebildet sein. Man kann aber auch zur Vereinfachung der Herstellung des Rührwerkzeuges und/oder um dem Umstand Rechnung zu tragen, daß gerade im Bereich von Rührflügeln ein erhöhter Verschleiß auftritt, vorteilhaft eine Ausführungsform vorsehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß das Rührwerkzeug aus einem mit der Antriebswelle zu verbindenden Grundkörper und aus einem mit dem Grundkörper mittels eines hitzebeständigen Klebers oder einer Verschraubung verbundenen Flügelrad besteht.The stirring tool according to the invention can advantageously be in shape a disc on which protruding wings are molded, be trained. But you can also simplify Manufacture of the stirring tool and / or to take account of the fact wear that an increased especially in the area of impellers Wear occurs, advantageously provide an embodiment, which is characterized in that the stirring tool from a with the drive shaft to be connected base body and from one with the base body using a heat-resistant adhesive or a screw connected impeller.
Das erfindungsgemäße Rührwerkzeug kann in einem weiten Anwendungsbereich zum Rühren von flüssigen Metallschmelzen, und zwar sowohl zum Rühren von aus Nicht-Eisen-Metallen bestehenden Schmelzen als auch zum Rühren von geschmolzenem Eisen bis zu einer Temperatur von etwa 1600°C eingesetzt werden.The stirring tool according to the invention can be used in a wide range Area of application for stirring molten metal, and both for stirring non-ferrous metals Melting as well as stirring molten iron to one Temperature of about 1600 ° C can be used.
Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungs gemäß ausgebildeten Rührwerkzeuges ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug im Vakuumsaugverfahren durch Einbringen eines nassen Gemenges der das Verbundmaterial bildenden Komponenten in eine poröse Form und Absaugen der Flüssigkeit durch die Formwand, darauffolgendes Entformen und nachfolgendes Trocknen des so geformten Rührwerkzeuges bei über 100°C gebildet wird. Ein Arbeiten bei 160°-180°C ist günstig. An advantageous method for producing an Invention according to trained stirring tool is characterized in that the stirring tool in the vacuum suction process by introducing a wet mixture of the components forming the composite material in a porous shape and suction of the liquid through the mold wall, subsequent demolding and subsequent drying of the so formed stirring tool is formed at over 100 ° C. A Working at 160 ° -180 ° C is cheap.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf ein Ausführungs beispiel, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist, weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Ausführungs form eines erfindungsgemäß ausgebildeten Rührwerkzeuges in Seiten ansicht und Fig. 2 dieses Rührwerkzeug in Draufsicht.The invention will now be further explained with reference to an embodiment example, which is shown schematically in the drawing. In the drawing, Fig. 1 shows an embodiment form of an inventive stirring tool in side view and Fig. 2 of this stirring tool in plan view.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rührwerkzeuges 1 ist ein scheibenförmiger Körper 2 vorgesehen, an welchen abstehende Flügel 3 einstückig angeformt sind. In der Mitte des scheibenförmigen Körpers 2 ist ein Innen gewinde 4 eingeformt, welches zur Verbindung des Rührwerkzeuges 1 mit einem strichliert eingezeichneten Schaft 5 eines nicht näher dargestellten Rührwerkes dient, wobei dieser Schaft 5 das Rühr werkzeug 1 trägt und in Drehung versetzt.In the embodiment of a stirring tool 1 according to the invention shown in the drawing, a disk-shaped body 2 is provided, on which projecting blades 3 are integrally formed. In the middle of the disc-shaped body 2 , an internal thread 4 is formed, which serves to connect the stirring tool 1 with a dashed shaft 5 of an agitator, not shown, this shaft 5 carries the stirring tool 1 and rotates.
Anstelle eines solchen Innengewindes 4 kann zur Kupplung des Rührwerkzeuges 1 mit einem an einem Rührwerk vorgesehenen Schaft im scheibenförmigen Körper 2 auch eine andere Öffnung oder Vertiefung vorgesehen sein, welche zu einem an einem Schaft vorgesehenen Kupplungsteil konform ausgebildet ist. Eine weitere Möglichkeit ist das Anformen eines Kupplungsteiles am Rührwerk zeug, wobei ein solcher an das Rührwerkzeug angeformter Kupplungs teil, der z. B. die Form einer zur geometrischen Rotationsachse 6 koaxialen Hülse hat, zum Erzielen eines festen Sitzes an einem Schaft oder einem anderen Kupplungsteil eines Rührwerkes ausgebildet ist.Instead of such an internal thread 4 , another opening or recess can also be provided for coupling the stirring tool 1 to a shaft provided on an agitator in the disk-shaped body 2 , said opening or recess being designed to conform to a coupling part provided on a shaft. Another possibility is the molding of a coupling part on the stirrer, such a molded part of the stirrer coupling, the z. B. has the shape of a coaxial to the geometric axis of rotation 6 sleeve is formed to achieve a tight fit on a shaft or other coupling part of an agitator.
Die Flügel 3 des Rührwerkzeuges können auch getrennt vom scheibenförmigen Körper 2 gefertigte Teile sein, welche mit dem scheibenförmigen Körper 2 verbunden sind. Eine solche Verbindung kann z. B. mit einem feuerfesten bzw. hitzebeständigen Kleber oder durch eine Verschraubung vorgenommen werden. Man kann auch zur Erleichterung der Fertigung des Rührwerkzeuges oder wenn die Flügel 3 austauschbar vorgesehen werden sollen, z. B. in Fällen, in denen sich eine starke Abnützung dieser Flügel ergibt, die Flügel 3 in geeigneter Weise zu einem Flügelrad vereinen, welches dann seinerseits mit dem scheibenförmigen Körper 2 verbunden, z. B. feuerfest verklebt oder verschraubt wird. Eine solche Verbindung kann z. B. durch eine flache Scheibe 2a, welche in Figur strichliert eingezeichnet ist, gebildet werden, welche die Flügel 3 trägt und ihrerseits am scheibenförmigen Körper 2 befestigt wird.The blades 3 of the stirring tool can also be parts manufactured separately from the disk-shaped body 2 , which are connected to the disk-shaped body 2 . Such a connection can e.g. B. with a refractory or heat-resistant adhesive or by a screw. One can also to facilitate the manufacture of the stirring tool or if the blades 3 are to be provided interchangeably, for. B. in cases where there is a strong wear of these wings, the wings 3 combine in a suitable manner to an impeller, which in turn is then connected to the disc-shaped body 2 , for. B. fireproof glued or screwed. Such a connection can e.g. B. are formed by a flat disc 2 a, which is shown in dashed lines in the figure, which carries the wings 3 and is in turn attached to the disc-shaped body 2 .
Das Rührwerkzeug 1 ist aus einem Verbundmaterial geformt, das aus einer anorganischen feuerfesten Masse, wie z. B. pulverförmigem Aluminiumoxid, aus einem in dieser feuerfesten Masse verteilten hitzebeständigen anorganischen synthetischen Fasermaterial, z. B. Keramikfasern mit einem mittleren Durchmesser von 2 bis 5 µm und einer mittleren Länge von 3 bis 10 mm und aus einem anorganischen Bindemittel, z. B. kolloidale Kieselsäure oder Aluminiumphosphat, gebildet ist. Man kann auch eine Kombination anorganischer und organischer Bindemittel vorsehen, wobei die organischen Bindemittel, z. B. Stärke, die Verarbeitbarkeit des Gemenges, aus dem das Rührwerkzeug gebildet wird, verbessern können. Dieses Verbundmaterial, aus dem das Rührwerkzeug 1 geformt ist, hat z. B. eine Dichte von 0,8 und eine offene Porosität von 60%. Vorzugsweise ist das Rührwerkzeug 1 an seiner Oberfläche mit einer verschleißfesten, feuerfesten Schutzschicht aus faserfreiem Material versehen, wodurch die Abnützung des Rührwerkzeuges durch die Metallschmelze im Betrieb wesentlich vermindert werden kann. Eine solche Schutzschicht kann z. B. aus einer Masse gebildet sein, welche aus Zirkonoxid oder Zirkonsilikat besteht, welche nach Aufbringung gemeinsam mit feuerfestem Bindemittel, wie etwa Aluminiumphosphat, chemisch irreversibel aushärtet.The stirring tool 1 is formed from a composite material which consists of an inorganic refractory mass, such as. B. powdered aluminum oxide, from a distributed in this refractory heat-resistant inorganic synthetic fiber material, for. B. ceramic fibers with an average diameter of 2 to 5 microns and an average length of 3 to 10 mm and made of an inorganic binder, for. B. colloidal silica or aluminum phosphate is formed. A combination of inorganic and organic binders can also be provided, the organic binders, e.g. B. starch, the processability of the batch from which the stirring tool is formed, can improve. This composite material, from which the stirring tool 1 is formed, has, for. B. a density of 0.8 and an open porosity of 60%. The stirring tool 1 is preferably provided on its surface with a wear-resistant, fire-resistant protective layer made of fiber-free material, as a result of which the wear of the stirring tool by the molten metal can be significantly reduced during operation. Such a protective layer can e.g. B. be formed from a mass consisting of zirconium oxide or zirconium silicate, which cures irreversibly chemically after application together with refractory binder such as aluminum phosphate.
Ein Rührwerkzeug, wie es hier in Rede steht, kann sehr einfach mittels eines Vakuumsaugverfahrens hergestellt werden; bei einem solchen Verfahren wird ein nasses breiartiges Gemenge der das Verbundmaterial bildenden Komponenten in eine poröse Form gebracht, und es wird die Flüssigkeit (meist Wasser) durch die poröse Formwand abgesaugt; darauffolgend wird der so in der Form gebildete Körper entformt und nachfolgend getrocknet; das Trocknen wird vorzugsweise bei einer über 100°C liegenden Temperatur vorgenommen. Es ist in vielen Fällen günstig, jedoch nicht unbedingt erforderlich, das Rührwerkzeug anschließend bei Temperaturen von 800°C bis 1400°C zu tempern. Da das Rohstück, wenn es aus der porösen Form entformt wird, verhältnismäßig weich ist, kann sich durch den Entformungsvorgang eine Formveränderung ergeben. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn das nach dem Entformen vorliegende Rohstück vor dem Trocknen einer kalibrierenden Nach formung durch Einbringen in ein Formungswerkzeug unterworfen wird. Ein solcher Nachformungsvorgang kann auch vorgesehen werden, um Details zu bilden, die in der porösen Form nicht vorgesehen sind. Das Formungswerkzeug kann je nach der Gestalt des herzustellenden Rührwerkzeuges ein- oder mehrteilig ausgebildet sein und z. B. aus Kunststoff bestehen. Durch ein solches Nachformen des Rohstückes kann auch die Dichte des herzustellenden Rührwerkzeuges vergleich mäßigt werden, und es können so auch Unwuchten vermieden bzw. kleingehalten werden.A stirring tool like the one in question can do a lot easily manufactured using a vacuum suction process; at Such a method is a wet mush-like mixture of the components forming the composite material into a porous shape brought, and it is the liquid (mostly water) through the sucked off porous mold wall; subsequently it becomes like this formed body demolded and then dried; drying is preferably at a temperature above 100 ° C performed. It's cheap in many cases, but not absolutely necessary, then the stirring tool To temper temperatures from 800 ° C to 1400 ° C. Since the raw piece, when demolded from the porous form, relatively soft is a change in shape due to the demolding process surrender. It is therefore advantageous if that after demolding present blank before drying a calibrating night is subjected to molding by insertion into a molding tool. Such a post-forming process can also be provided to Form details that are not intended in the porous form. The shaping tool can, depending on the shape of the one to be manufactured Stirring tool be formed in one or more parts and z. B. from Plastic. Through such a re-shaping of the blank can also compare the density of the mixing tool to be manufactured be moderated, and unbalance can also be avoided or be kept small.
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