DE4312988A1

DE4312988A1 - Feuerfestes, keramisches Formteil und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE4312988A1
Application number: DE19934312988
Authority: DE
Inventors: Hans Mielke
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: MIELKE, HANS, 65189 WIESBADEN, DE
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1994-10-27

Description

Die Erfindung betrifft ein feuerfestes, keramisches Formteil zum Einspülen von Gas in eine Metallschmelze, insbesondere Gasspülstein, wobei eine Netzstruktur von gaseintrittsseitigen Öffnungen zu gasaustrittsseitigen Öffnungen durchgehende Gaskanäle im Formteil bildet.

Ein derartiger Gasspülstein, bei dem die Gaskanäle von einem Netzwerk gebildet werden, ist in der EP 0 304 551 B1 beschrieben. Dort ist davon ausgegangen, daß der Gasspülstein aus einem vorgefertigten Innenteil und einem vorgefertigten Außenteil zusammengesetzt ist, wobei am Außenteil oder am Innenteil die Gaskanäle netzartig verlaufen. Für die Fertigung des Außenteils ist vorgeschlagen, auf einen Formkern ein Netz aufzuziehen und dieses nach Formung des Außenteils abzuziehen. Daraus ergibt sich, daß die Öffnungen der Gaskanäle an der gasaustrittsseitigen Oberfläche und der gaseintrittsseitigen Oberfläche lediglich auf einem Kreis liegen. Die Öffnungen sind also nur über einen kleinen Bereich der Oberfläche verteilt. Da bei den gasaustrittsseitigen Öffnungen ein erhöhter Verschleiß des Gasspülsteins auftritt, entsteht im Betrieb ein ungleichmäßiger Verschleiß der gasaustrittsseitigen Oberfläche des Gasspülsteins. Gleichzeitig ist durch diese Gestaltung auch die Temperaturwechselbeständigkeit nachteilig beeinflußt.

In der DE 32 46 937 A1 ist als feuerfestes Formteil eine metallurgische Lanze beschrieben. Zu deren Herstellung wird an einem Metallrohr ein etwa konisches Kunststoffgeflecht befestigt, das beim Trocknen des feuerfesten Materials schmilzt, wodurch Kanäle im Formteil entstehen. Auch hier liegen die gasaustrittsseitigen Öffnungen im wesentlichen nur auf einem Kreis.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Formteil der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die Öffnungen der Gaskanäle über einen großen Flächenbereich der gasaustrittsseitigen Oberfläche des Formteils verteilt sind. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formteils vorzuschlagen, wobei sich das Formteil einstückig mit über einen großen Bereich verteilten Gaskanälen herstellen läßt.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Formteil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Gaskanäle eine 3-dimensionale Netzstruktur bilden, in der die Gaskanäle räumlich verteilt sind, wobei die gasaustrittsseitigen Öffnungen auf einem gitterförmigen Muster liegen.

Dadurch, daß die gasaustrittsseitigen Öffnungen auf einer großen Fläche verteilt sind, ist auch der mechanische sowie chemische Verschleiß auf die Oberfläche verteilt. Daraus ergeben sich höhere Standzeiten des Formteils, insbesondere Gasspülsteins.

Durch die 3-dimensionale, räumliche Verteilung der Gaskanäle im Formteil ist auch die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert.

Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen feuerfesten, keramischen Formteils zeichnet sich dadurch aus, daß ein 3-dimensionales Netzwerk aus in ihm räumlich verteilt verlaufenden Drähten oder Fäden in eine Form eingesetzt wird, deren Gestalt dem Formteil entspricht, daß die Form und damit auch das Netzwerk mit einer feuerfesten, keramischen Masse ausgefüllt werden und daß die Drähte oder Fäden durch ein Trocknen oder Brennen der feuerfesten, keramischen Masse oder durch Herausziehen entfernt werden.

Dadurch ist erreicht, daß sich das Formteil einstückig herstellen läßt. Es muß also nicht aus einem Innenteil und einem Außenteil zusammengesetzt werden.

Ein solches Formteil kann auch ein Eintauchausguß, ein Pfannen-Verteiler-Rohr oder eine Innenhülse in einem Stahlgießbereich sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Gasspülkegel mit 3-dimensional räumlich verteilten Gaskanälen in Netzstruktur, schematisch im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Ansicht der Netzstruktur in Richtung der Pfeile II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht der Netzstruktur in Richtung der Pfeile III-III nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die gasaustrittsseitige Oberfläche des Gasspülkegels mit den dortigen Gasaustrittsöffnungen in Richtung der Pfeile II-II nach Fig. 1,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die gaseintrittsseitige Oberfläche des Gasspülkegels mit den dortigen Gaseintrittsöffnungen in Richtung der Pfeile III-III nach Fig. 1,

Fig. 6 eine Ansicht eines Netzwerks, bei dessen Herstellung,

Fig. 7 eine Aufsicht in Richtung der Pfeile VII-VII nach Fig. 6,

Fig. 8 eine Aufsicht auf ein Netzwerk, nach Fig. 6 hergestellt,

Fig. 9 eine Ansicht des Netzwerkes in Richtung des Pfeiles IX nach Fig. 8 und

Fig. 10, 11 und 12 Herstellung eines Netzwerks in verschiedenen Verfahrensschritten.

In einem Gasspülkegel (10) verläuft eine Vielzahl von Gaskanälen (11), die eine 3-dimensionale Netzstruktur (vgl. Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3) bilden. In dieser Netzstruktur sind die Gaskanäle (11) räumlich verteilt. Innerhalb der Netzstruktur bestehen Verzweigungen (12) der Gaskanäle (11). Die Gaskanäle (11) gehen von der gaseintrittsseitigen Oberfläche (13) zur gasaustrittsseitigen Oberfläche (14) des Gasspülkegels (10) durch. Sie bilden an der gaseintrittsseitigen Oberfläche (13) Öffnungen (15) und an der gasaustrittsseitigen Oberfläche (14) Öffnungen (16) (vgl. Fig. 4, Fig. 5). Die Öffnungen (15, 16) sind praktisch über die gesamte Oberfläche (13 bzw. 14) verteilt und bilden dort gitterförmige Muster. Beim Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen (15, 16) jeweils auf sechs Kreisen (1 bis 6) mit unterschiedlichen Radien verteilt.

Die Netzstruktur der Gaskanäle (11) wird dadurch hergestellt, daß ein Netzwerk mit dieser Struktur vorgefertigt wird. Dieses Netzwerk kann aus Fäden oder Drähten hergestellt sein oder ein einstückiges Kunststoffnetzwerk sein. Das Netzwerk wird in eine zur Herstellung des Gasspülsteins vorgesehene Form eingesetzt. Anschließend wird die Form mit der feuerfesten Masse gefüllt, die den Gasspülkegel (10) bilden soll. Nach einem Trocknen oder Brennen des Gasspülkegels können die Fäden oder Drähte herausgezogen werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß das Netzwerk aus einem Kunststoff besteht, der bei der Trocknungs- bzw. Brenntemperatur ausschmilzt, wobei die Gaskanäle (11) verbleiben.

Die Gaskanäle (11) verlaufen nicht senkrecht, sondern schräg auf die gasaustrittsseitigen Öffnungen (14) zu. Dies begünstigt die Wirkung der Gaseinspülung.

Ein 3-dimensionales räumliches Netzwerk läßt sich beispielsweise herstellen, wie an Hand der Fig. 6 bis 9 beschrieben.

Drähte (17) werden durch Löcher (18) einer ersten Kunststoffscheibe (19) gezogen. Anschließend werden die Drähte (17) in verschiedenen Ebenen, beispielsweise in den Ebenen a, b, c und d (vgl. Fig. 8, 9) durch Netzscheiben (20) geführt. Sodann werden alle Drähte durch eine zweite Kunststoffscheibe (21) gezogen. Die erste Kunststoffscheibe (19) und die zweite Kunststoffscheibe (21) sind durch Stützelemente (22) beabstandet gehalten.

Schließlich werden die Kunststoffscheiben (19, 21) um eine oder eineinhalb Umdrehungen um die Längsachse (L) gegeneinander gedreht, wobei sich die Drähte entsprechend verwinden. In dieser Stellung wird dann das Netzwerk in die zur Herstellung des Gasspülkegels (10) vorgesehene Form eingespannt, die dann mittels einer Schleuder oder eines Rüttelwerks mit dem feuerfesten, keramischen Material gefüllt wird. Nach dem Trocknen bzw. Brennen werden die Drähte (17) herausgezogen und die Kunststoffscheiben (19, 21) abgenommen.

In den Fig. 10 bis 12 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung des 3-dimensionalen Netzwerks schematisch dargestellt. Es wird ein Formteller (23) verwendet. Dieser bildet hochliegende Ringflächen (24), tiefliegende Ringflächen (25) und zwischen diesen Flanken (26). Auf den Formteller (23) wird ein planes Gitternetz (27) aufgelegt, das aus Kunststoff-Fäden vorgefertigt ist; die Fadenstärke liegt beispielsweise zwischen 0,2 mm und 0,9 mm. Die Maschenweite beträgt beispielsweise 10 mm bis 20 mm.

Das Gitternetz (27) wird mit einer leicht verformbaren, dünnen Folie (28) abgedeckt. Anschließend wird der Formteller (23) einem Saugdruck ausgesetzt. Dabei wird das Gitternetz (27) in Richtung der Pfeile (S) bereichsweise auf die tiefliegenden Ringflächen (25) und an die Flanken (26) gesaugt, so daß das Gitternetz (27) die Form des Formtellers annimmt. Die im Gegensatz zum Gitternetz (27) nicht luftdurchlässige Folie (28) dient dazu, unter der Wirkung des durch den Formteller (23) hindurch wirkenden Saugdrucks, das Gitternetz (27) auf die tiefliegenden Ringflächen (25) und an die Flanken (26) zu drücken.

Nach einer Formstabilisierung des Gitternetzes (27), die beispielsweise thermisch erfolgen kann, oder vor dieser Formstabilisierung wird die Folie (28) abgenommen.

Danach werden dann mehrere solcher verformten Gitternetze (27′) übereinander gelegt und an aneinander anliegenden Stellen lageweise miteinander verklebt (vgl. Klebestellen (29) in Fig. 12). In Fig. 12 sind zur Vereinfachung der Darstellung nur drei verformte Gitternetze (27′) dargestellt. Es werden so viele Gitternetze (27′) zusammengeklebt, daß ihre Gesamthöhe wenigstens der Höhe des Gasspülkegels entspricht.

Die so hergestellte Netzstruktur wird dann, wie oben beschrieben, in die der Herstellung des Gasspülsteins dienende Form eingesetzt.

Claims

1. Feuerfestes, keramisches Formteil zum Einspülen von Gas in eine Metallschmelze, insbesondere Gasspülstein, wobei eine Netzstruktur von gaseintrittsseitigen Öffnungen zu gasaustrittsseitigen Öffnungen durchgehende Gaskanäle im Formteil bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle (11) eine 3-dimenionale Netzstruktur bilden, in der die Gaskanäle (11) räumlich verteilt sind, wobei die gasaustrittsseitigen Öffnungen (16) auf einem gitterförmigen Muster liegen.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskanäle (11) in einem schrägen Verlauf auf die gasaustrittsseitigen Öffnungen (16) zulaufen.

3. Formteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Gaskanäle (11) im Formteil (10) verzweigen.

4. Verfahren zur Herstellung eines feuerfesten, keramischen Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein 3-dimensionales Netzwerk aus in ihm räumlich verteilt verlaufenden Drähten (17) oder Fäden in eine Form eingesetzt wird, deren Gestalt dem Formteil entspricht, daß die Form und damit auch das Netzwerk mit einer feuerfesten, keramischen Masse ausgefüllt werden und daß die Drähte oder Fäden durch ein Trocknen oder Brennen der feuerfesten, keramischen Masse oder durch Herausziehen entfernt werden.

5. Verfahren zur Herstellung eines Netzwerks nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (17) oder Fäden durch zwei benachbarte Scheiben (19, 21) durchgezogen werden und daß die Scheiben (19, 21) gegeneinander verdreht werden und zusammen mit den Drähten (17) oder Fäden in die Form eingesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das 3-dimensional Netzwerk aus mehreren, miteinander in Verbindung stehenden Lagen von geformten Gitternetzen (27′) hergestellt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geformten Gitternetze (27′) aus einem planen Gitternetz (27) in einem Druckverfahren hergestellt sind.