DE4443554C1 - Feuerfestes keramisches Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein feuerfestes keramisches Bauteil, welches beispielsweise als Schattenrohr, Tauchrohr, Lanze, Monoblockstopfen oder dergleichen gestaltet ist, wobei das feuerfeste keramische Bauteil zumindest abschnittweise aus bandageartig gewickelten Abschnitten besteht.

Ein solches Bauteil ist unter anderem aus der DE 29 33 143 C2 als Lanzenrohr für das Einblasen von Sauerstoff, Stick­ stoff und/oder Argon bekannt. Dabei wird ein Stahlrohr mit einer oder mehreren Schichten aus feuerfester Faserschnur beziehungsweise Netz, Band oder Tuch umwickelt und sodann mit einer schlamm- oder pastenartigen Mischung aus Feuer­ festmaterial und Wasserglaslösung getränkt. Nach dem Trock­ nen der ersten Schicht wird eine zweite Schicht aus Feuer­ festmaterial und Bindemittel aufgetragen, die in das feuer­ feste faserige Netz einzieht.

Auf diese Weise soll eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit und Thermoschockfestigkeit an derartigen Lanzenrohren erfolgen.

Der zumindest partielle bandageartig gewickelte Aufbau eines feuerfesten keramischen Bauteils hat den Vorteil, daß mit Hilfe des Trägermaterials (zum Beispiel eines feuerfesten Fasernetzes) eine hohe mechanische Stabilität erreicht wird. Zum Beispiel bei einem Lanzenrohr wirkt das Trägermaterial wie eine Armierung innerhalb der feuerfesten Bekleidung.

Aus der DE 40 39 232 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gasspülsteins bekannt, bei dem zunächst ein Außenteil aus Feuerfestmasse gegossen wird. In einem nächsten Schritt werden mehrere aneinanderliegende schlauchförmige Netze eingesetzt. Anschließend wird der Innenteil des Gasspül­ steins aus feuerfester Masse unter Einschluß der Netze ge­ gossen. Nach Ausbrennen oder Ausschmelzen der Netze wird im Gasspülstein die gewünschte gerichtete Porosität erreicht.

Ein ähnliches Verfahren beschreibt auch die DE 43 12 988 A1, bei dem zunächst eine Netzstruktur aus Fäden, Drähten oder einem einstückigen Kunststoffnetzwerk hergestellt wird. Das Netzwerk wird danach in eine zur Herstellung des Gasspül­ steins vorgesehene Form eingesetzt. Anschließend wird die Form mit feuerfester Masse ausgefüllt, die den Gasspülstein bilden soll. Nach dem Trocknen oder Brennen des Gasspül­ steins können die Fäden oder Drähte herausgezogen oder aus­ geschmolzen werden, wodurch entsprechende Gaskanäle im Spül­ stein verbleiben.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannte Technologie weiterzuentwickeln und neuen Anwendungsbereichen zugänglich zu machen.

Dabei geht die Erfindung von folgender Überlegung aus: Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsbereichen, bei denen eine objektive oder subjektive Dichtigkeit des Feuerfestmaterials zumindest in bestimmten Abschnitten gewünscht wird. Hierzu gehören beispielsweise Schattenrohre, bei denen der Zutritt von Sauerstoff in den Gießstrahl hinein verhindert werden muß. Nach der DE 93 18 726 U1 und der EP 0 065 514 B1 werden die Schattenrohre dazu mit einem äußeren gasdichten Metall­ rohr versehen. Dieses erfüllt gleichzeitig die Funktion, daß auch im Fall von Rissen der inneren feuerfesten Auskleidung das Schattenrohr nicht auseinanderfällt.

Bei anderen Anwendungen, zum Beispiel Gasspülsteinen, wird eine Dichtigkeit des Feuerfestmaterials insoweit gefordert, als das durch den Gasspülstein strömende Behandlungsgas nicht seitlich diffundieren soll.

Die Erfindung hat erkannt, daß die beiden vorgenannten, völlig unterschiedlichen Aufgabenstellungen von einem feuer­ festen keramischen Bauteil erfüllt werden können, das zumin­ dest abschnittweise aus bandageartig gewickelten Abschnitten besteht und folgende Merkmale aufweist:

• - Die bandageartig gewickelten Abschnitte weisen innerhalb des Feuerfestmaterials verlaufende Hohlräume auf, die durch Verdampfen oder Verbrennen eines entsprechenden Trägermaterials oder eine auf dem Trägermaterial aufge­ brachte Beschichtung nach Trocknung, Temperung oder Brennen des Bauteils ausgebildet wurden.

Mit anderen Worten: bei der Herstellung eines erfindungs­ gemäßen feuerfesten keramischen Bauteils wird dieses zumin­ dest teilweise von bandageartig gewickelten Abschnitten ge­ bildet. Die "Bandage" weist dabei ein Trägermaterial auf, welches - ähnlich wie eine Gipsbinde mit Gips - mit einer feuerfesten Masse ein- oder beidseitig belegt ist. Die ent­ sprechenden Abschnitte werden nun mit der Bandage durch ent­ sprechende Wicklungen hergestellt und das Bauteil anschließend getrocknet, getempert oder gebrannt.

Wird ein bei diesen Temperaturen ausbrennbares Träger­ material verwendet, so entfällt zwar die vorgenannte Armierungsfunktion; gleichzeitig werden aber in-situ Hohl­ räume zur Verfügung gestellt, die anschließend an eine externe Gaszuführleitung anschließbar sind und über die ein Behandlungsgas, zum Beispiel ein Inertgas, zugeführt werden kann.

Eine alternative Ausführungsform sieht vor, daß das Träger­ material aus einem feuerfesten Werkstoff besteht, beispiels­ weise keramischen Fasern, und mit einer bei der Trocknung, Temperung oder dem Brennen des Bauteils verdampfenden oder verbrennenden Beschichtung ausgebildet ist, um die herum wieder eine feuerfeste Paste, ein feuerfester Mörtel oder dergleichen konfektioniert ist. Gegebenenfalls kann die Be­ schichtung auch von der feuerfesten Paste oder dem Mörtel selbst gebildet werden. In diesen Fällen bleibt das Trägermaterial bei der Trocknung, Temperung oder beim Brennen des Bauteils erhalten; die genannte Beschichtung schrumpft aber, dampft oder brennt aus, so daß um das Trägermaterial herum rohrartige Hohlräume im Feuerfestmaterial ausgebildet werden, die - analog wie vorstehend beschrieben - wiederum an eine externe Gasquelle anschließbar sind.

Bei der zuletzt genannten Ausführungsform besteht der Vor­ teil, daß das Trägermaterial seine Armierungsfunktion weiter behält und das Bauteil insgesamt thermisch und mechanisch auch unter Anwendungstemperaturen stabilisiert.

Für den Fall eines Schattenrohrs, wie dies vorstehend beschrieben wurde, hat die erfindungsgemäße Gestaltung den Vorteil, daß auf ein äußeres Metallrohr verzichtet werden kann. Die mechanische Stabilisierung übernimmt das Träger­ material. Eine Sauerstoffinfiltration wird dadurch ver­ hindert, daß die beschriebenen Hohlräume an eine Inertgas­ quelle angeschlossen werden, die bei der Anwendung einen Inertgasstrom durch die Hohlräume führt und eine Ansaugung von Sauerstoff zum Gießstrahl hin verhindert.

Während die beschriebenen Hohlräume bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel eine "passive" Funktion aufweisen, läßt sich dasselbe Prinzip zum Beispiel auch bei einem Gasspül­ stein einsetzen, wo die Hohlräume dann eine "aktive" Funktion haben, nämlich der Zuführung eines Behandlungsgases in eine Metallschmelze.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Werkstoff für das Trägermaterial, die Art und Größe des Trägermaterials beziehungsweise die Beschichtung in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung auszuwählen.

Für zahlreiche Anwendungsbereiche erscheint es zweckmäßig, das Trägermaterial netzartig (zwei- oder dreidimensional) zu gestalten, so daß im Endeffekt auch ein netzartiges Porensystem im Bauteil ausgebildet wird, und zwar entweder durch Ausbrennen des Trägermaterials oder Schrumpfen, Verdampfen beziehungsweise Verbrennen der auf dem Trägermaterial aufgebrachten Beschichtung. Letztere kann zum Beispiel aus einem Kunstharz oder aus Wachs bestehen.

Aber auch ein Trägermaterial in Form von Schnüren, Wendeln oder dergleichen kann je nach Anwendungsfall zweckmäßig sein. Insoweit unterliegt die Erfindung keinerlei Beschränkungen.

Entscheidend ist, daß die Hohlräume durch oder um das Trägermaterial im feuerfesten Werkstoff ausgebildet werden und in Abschnitten des Bauteils verlaufen, die auf die beschriebene Art und Weise bandageartig gewickelt wurden.

Zum Beispiel bei einem Schattenrohr kann es zweckmäßig sein, den inneren Teil des Schattenrohrs konventionell durch Gießen oder Pressen herzustellen und auf den Innenteil einen bandageartig gewickelten Abschnitt aufzubringen. Dieser Abschnitt erhöht die Betriebssicherheit des Schattenrohrs insgesamt, und zwar auch dann, wenn zum Beispiel im inneren Teil Risse entstehen, die an einer Fortpflanzung nach außen durch die Bandage gehindert werden, wodurch ein unerwünsch­ ter Luftzutritt von außen zusätzlich behindert wird.

Die durch Wickeln entstehende Laminat-Bauweise ermöglicht das Einbinden frei wählbarer Feuerfestkomponenten, welche dem Beanspruchungsprofil angepaßt werden können. Die Auswahl des feuerfesten Werkstoffs orientiert sich wiederum an der je­ weiligen Anwendung. Feuerfeste Oxide wie Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid oder Magnesiumoxid gehören zu typischen Sorten feuerfester Werkstoffe, die erfindungsgemäß Anwendung finden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Herstellung eines Schattenrohrs näher erläutert.

Dabei wird zunächst auf konventionelle Weise, durch Gießen oder Pressen, ein innerer Abschnitt des Schattenrohrs her­ gestellt. Auf diesen inneren Teil wird anschließend eine Bandage aufgewickelt, die wie folgt ausgebildet ist: sie weist ein netzartiges Trägermaterial aus Aluminiumoxid- Fasern auf, die mit einem Wachs beschichtet sind, wobei das Trägermaterial in einer feuerfesten Aluminiumoxid-Schlämme einliegt. Die Bandage wird kreuzweise auf den inneren Teil aufgewickelt und das so hergestellte Bauteil anschließend getrocknet, getempert und/oder gebrannt, wobei es zu einem Ausdampfen der Wachsbeschichtung und damit zur Ausbildung kanalartiger Hohlräume um die Netzstruktur des Träger­ materials kommt. Es wird schließlich, vorzugsweise am ein­ laufseitigen Ende des Schattenrohrs, eine zentrale Gaszu­ führleitung an die Porenkanäle angeschlossen, durch die bei der Anwendung ein Inertgas wie Argon geführt wird.

In der beiliegenden schematischen Zeichnung ist ein solches Schattenrohr dargestellt, dessen innerer, gegossener Ab­ schnitt das Bezugszeichen 10 und dessen äußerer, gewickelter Abschnitt das Bezugszeichen 20 trägt, wobei die netzartig verlaufenden Porenkanäle schematisch durch das Bezugszeichen 30 und der zentrale Inertgasanschluß mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet sind.

Claims (6)

1. Feuerfestes keramisches Bauteil, das zumindest abschnittweise aus bandageartig gewickelten Abschnitten (20) besteht, mit folgenden Merkmalen:
Die bandageartig gewickelten Abschnitte (20) weisen innerhalb des Feuerfestmaterials verlaufende Hohlräume (30) auf, die durch Verdampfen oder Verbrennen eines entsprechenden Trägermaterials oder eine auf dem Trägermaterial aufgebrachte Beschichtung nach Trock­ nung, Temperung oder Brennen des Bauteils ausgebildet wurden.

2. Bauteil nach Anspruch 1, bei dem die Hohlräume an eine Gaszuführleitung (40) anschließbar sind.

3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Träger­ material oder die Hohlräume (30) die Form von Schnüren, Ringkanälen oder Netzen aufweisen.

4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Trägermaterial aus einem feuerfesten Werkstoff besteht.

5. Bauteil nach Anspruch 4, bei dem das Trägermaterial aus feuerfesten Fasern besteht.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die bandageartig gewickelten Abschnitte (20) auf einem gegossenen oder gepreßten feuerfesten Abschnitt (10) verlaufen.