DE69902569T2

DE69902569T2 - Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von Stahl

Info

Publication number: DE69902569T2
Application number: DE69902569T
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Muroi; Kazumi Oguri
Original assignee: Akechi Ceramics Co Ltd
Current assignee: Akechi Ceramics Co Ltd
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: CA2273690A1; AU751983B2; DE69902569D1; US6283341B1; JP2000024761A; EP0970768A1; CA2273690C; EP0970768B1; JP2959632B1; ATE222520T1; AU3579799A

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von Stahl, insbesondere eine Ausgussdüse, die ermöglicht, wirksam die Verengung und Verstopfung ihrer inneren Bohrung zu verhindern, durch welche geschmolzener Stahl bei der Durchführung des kontinuierlichen Giessens von Aluminium enthaltendem geschmolzenem Stahl, wie Al-beruhigtem Stahl, läuft, wobei die Düse dafür vorgesehen ist, den geschmolzenen Stahl von einer Zwischenpfanne in eine Form zu gießen.

STAND DER TECHNIK

Eine Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl wird für die folgenden Zwecke eingesetzt.
Eine Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von Stahl hat die Funktion, geschmolzenen Stahl aus einer Zwischenpfanne in eine Form zu giessen. Beim kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl wird eine Ausgussdüse zu dem Zweck eingesetzt, zu verhindern, dass der geschmolzene Stahl durch Kontakt mit der Umgebungsluft oxidiert wird und spritzt, wenn der geschmolzene Stahl von einer Zwischenpfanne in eine Form gegossen wird, und den Fluss des Stahlgusses zu korrigieren, um zu verhindern, dass nicht-metallische Einschlüsse und Schlacken, die nahe oder auf der Formoberfläche vorhanden sind, in dem Stahlgussband eingeschlossen werden.
Ein feuerfestes Material für eine konventionelle Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl umfasst Graphit (ungefähr 30 Gew.-%), Aluminiumoxid (ungefähr 60 bis 70 Gew.-%), Siliziumoxid, Silikon, Carbid und dergleichen. Es gibt jedoch die folgenden Probleme, wenn Al-beruhigter Stahl oder dergleichen gegossen wird.
Beim Giessen von Al-beruhigtem Stahl oder dergleichen reagiert das Aluminium, das als ein Desoxidator zugegeben wird, mit dem Sauerstoff, der in dem geschmolzenen Stahl vorhanden ist, um nicht-metallische Einschlüsse, wie alpha-(α)-Aluminiumoxid, auszubilden. Wenn ferner der geschmolzene Stahl durch die Düse fließt, reagiert das Aluminium in dem geschmolzenen Stahl mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft, um weiteres Aluminiumoxid zu bilden.
Daher haftet und sammelt sich beim Giessen von Al-beruhigtem Stahl oder dergleichen der nicht-metallische Einschluss, wie α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche der inneren Bohrung der Ausgussdüse an, so dass die innere Bohrung verengt oder im schlimmsten Fall verstopft wird, was das stabile Giessen des Stahls schwierig macht. Ferner löst sich der nicht-metallische Einschluss, wie α-Aluminiumoxid, der auf der Oberfläche der inneren Bohrung anhaftet oder angesammelt ist, ab oder fällt herunter und wird in dem Stahlgussband eingeschlossen, was die Qualität des Stahlgussbandes mindert.
Um die oben erwähnte Verkleinerung oder Verstopfung der inneren Bohrung der Düse zu verhindern, welche durch den nicht-metallischen Einschluss, wie α-Aluminiumoxid, bewirkt wird, wird weit verbreitet als Verfahren zur Verhinderung des Anhaftens oder Ansammelns des in dem geschmolzenen Stahl vorhandenen nicht-metallischen Einschlusses, wie α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse das Aussprühen von Inertgas von der Innenfläche der Düsenbohrung auf den durch die innere Bohrung fließenden geschmolzenen Stahl eingesetzt (beispielsweise das in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 6-59533/1994 dargelegte Verfahren).
Es gibt allerdings Probleme bei dem oben erwähnten Verfahren, in welchem das Inertgas von der Innenfläche der inneren Bohrung der Düse ausgesprüht wird, und zwar die folgenden:
Eine große Menge des ausgestoßenen Inertgases bewirkt das Einschließen von durch das Inertgas erzeugten Gasblasen in dem Stahlgussband, was zu Nadelstichporen in dem Stahlgussband führt, wodurch die Qualität des Stahlgusses verschlechtert wird.
Auf der anderen Seite bewirkt eine geringe Menge des ausgestoßenen Inertgases das Anhaften und Ansammeln des nicht-metallischen Einschlusses, wie α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse, was zu einer Verengung oder im schlimmsten Fall Verstopfung der inneren Bohrung führt.
Zusätzlich ist es sehr schwierig, die Düse derart herzustellen, dass sie in der Lage ist, das Inertgas gleichmäßig von der Innenfläche der Düsenbohrung auf den durch die innere Bohrung fließenden geschmolzenen Stahl zu sprühen. Wenn ferner das Giessen über einen langen Zeitraum durchgeführt wird, wird es schrittweise schwierig, die Menge an ausgestoßenem Inertgas stabil zu steuern, da sich das feuerfeste Material der kontinuierlichen Ausgussdüse verschlechtert. Als Folge haftet und sammelt sich der nicht-metallische Einschluss, wie α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse derart an, dass die innere Bohrung verengt oder eventuell verstopft wird.
Das Verstopfen der Düse durch den nicht-metallischen Einschluss, insbesondere den Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;)-Einschluss wird vermutlich wie folgt bewirkt:
(1) Aluminium in dem geschmolzenen Stahl wird durch die in einem Verbindungsbereich des feuerfesten Düsenmaterials und des feuerfesten Zwischenpfannenmaterials eingeschlossene Luft und die Luft, welche sowieso durch die feuerfeste Materialstruktur strömt, oxidiert.
(2) Der Aluminiumoxideinschluss wird durch den aus dem SiO stammenden Sauerstoff erzeugt, der durch Reduktion von Siliciumoxid in einem kohlenstoffhaltigen feuerfesten Material erzeugt wird.
(3) Der Aluminiumoxideinschluss wird durch Diffusion und Kohäsion des in dem oben beschriebenen Verfahren erzeugten Aluminiumoxids hergestellt.
(4) Graphit und Kohlenstoff auf der Oberfläche der Düsenbohrung werden abgerieben und die Oberflächenbeschaffenheit der inneren Bohrung wird rau und so ist der Aluminiumoxideinschluss in der Lage, sich auf der rauen Oberfläche der Bohrung anzulagern.
Als ein Mittel zur Lösung des oben beschriebenen Problems wird eine Düse vorgeschlagen, in der ein oxidfreies Rohmaterial (SiC, Si&sub3;N&sub4;, BN, ZrB&sub2;, Sialon, etc.), das eine geringe Reaktivität mit Aluminiumoxid aufweist, dem Korund-Graphit- Schamottematerial beigemischt wird, oder es wird eine Düse eingesetzt, die selbst aus dem oben erwähnten oxidfreien Material besteht (siehe beispielsweise die Japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho 61-38152/1986).
Es ist jedoch nicht praktisch, das oben erwähnte oxidfreie Material dem weit verbreitet benutzten Korund-Graphit-Schamottematerial beizumengen, da die Hemmwirkung gegen ein Anhaften nicht zu bemerken ist, außer wenn eine große Menge des oxidfreien Materials zugegeben wird, und ferner verschlechtert sich der Korrosionswiderstand des Korund-Graphit-Schamottematerials, wenn ihm eine große Menge oxidfreies Material beigemengt wird.
Auch die Düse, die im wesentlichen aus dem oxidfreien Material besteht, ist nicht geeignet für den praktischen Gebrauch, da die Materialkosten und Herstellungskosten hoch sind, obwohl allerdings eine erhebliche Hemmwirkung gegen ein Anhaften zu erwarten ist.
Ferner wird eine Düse vorgeschlagen, deren feuerfestes Material als Rohmaterial Graphitoxid aufweist, das CaO enthält, wobei ein Oxid-Rohmaterial, das CaO enthält (CaO·ZrO&sub2;, CaO·SiO&sub2;, 2CaO·SiO&sub2; und dergleichen), durch eine Reaktion des CaO in dem Oxid-Rohmaterial mit Al&sub2;O&sub3; ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt erzeugt, und so ist das erzeugte Material mit niedrigem Schmelzpunkt in dem Stahl vorhanden (siehe beispielsweise die Japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho 62-56101/1987).
Da jedoch die Reaktivität des CaO mit Al&sub2;O&sub3; durch eine Temperaturbedingung des geschmolzenen Stahls beim Giessen beeinflusst werden kann, ist es schwierig, das Material mit niedrigem Schmelzpunkt wirksam zu erzeugen. Zusätzlich ist eine große Mengenzugabe an CaO erforderlich, wenn eine große Menge von Al&sub2;O&sub3;-Einschlüssen in dem Stahl vorhanden ist. Es ist jedoch schwierig, eine ausreichende Menge an CaO in dem feuerfesten Material der Düse zu erhalten, da dessen Temperaturwechselbeständigkeit und Korrosionsfestigkeit verschlechtert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ausgussdüse zum kontinuierlichen Griessen von Stahl bereitzustellen, welche verhindern kann, dass ein Aluminiumoxideinschluss auf der Innenfläche der Düse anhaftet und sich anlagert und so verhindern kann, dass die innere Bohrung der Düse verengt und verstopft wird, um ein stabiles Giessen zu ermöglichen, indem auf der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse eine Glasschicht ausgebildet wird, wenn die Düse eingesetzt wird, wodurch verhindert wird, dass Luft, die durch die Struktur des feuerfesten Materials strömt, eingeschlossen wird und Aluminiumoxid erzeugen kann, und wodurch zusätzlich die Oberfläche der inneren Bohrung der Düse geglättet wird.
Als erste Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl vorgeschlagen, bei welcher wenigstens eine Oberflächenschicht einer inneren Bohrung der Ausgussdüse, die mit einem geschmolzenen Stahl in Berührung kommt, aus einem feuerfesten Material hergestellt wird mit einem Aggregat, das im wesentlichen aus Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) besteht, oder einem Aggregat mit Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) als seinem Hauptinhaltsstoff, dessen Schmelzpunkt wenigstens 1750 Grad Celsius beträgt: von 15 bis 60 Gew.-%; und Roseki als Bilanzrest (d.h. der verbleibende Teil des feuerfesten Materials).
Wenn die Düse, die aus dem feuerfesten Material mit der oben beschriebenen Zusammensetzung hergestellt ist, eingesetzt wird, dient das Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) dazu, die Festigkeit des feuerfesten Materials aufrechtzuerhalten, und das Roseki bildet die Glasschicht, wenn das Roseki den geschmolzenen Stahl berührt, um zu verhindern, dass Luft in das feuerfeste Material der Düse eindringt, was dazu führt, dass der geschmolzene Stahl nicht oxidiert wird, kein Aluminiumoxid erzeugt wird und das Verstopfen der Düse wirksam verhindert werden kann.
Als zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl vorgeschlagen, bei welcher wenigstens eine Oberflächenschicht einer inneren Bohrung der Ausgussdüse, die mit einem geschmolzenen Stahl in Berührung kommt, aus einem feuerfesten Material hergestellt wird mit einem Aggregat, das im wesentlichen aus Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) besteht, oder einem Aggregat mit Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) als seinem Hauptinhaltsstoff, dessen Schmelzpunkt wenigstens 1750 Grad Celsius beträgt: von 15 bis 60 Gew.-%; und Roseki als Bilanzrest (d.h. der verbleibende Teil des feuerfesten Materials); wobei dem feuerfesten Material ein aushärtendes Harz als Bindemittel beigemischt und es dann geknetet, geformt und in einer oxidationshemmenden Atmosphäre gesintert wird. Wenn das aushärtende Harz dem feuerfesten Material mit den oben genannten Komponenten beigemischt wird und der so gebildete Düsenkörper in der oxidationshemmenden Atmosphäre gesintert wird, wird der Kohlenstoffgehalt in dem Harz nicht oxidiert, infolgedessen der hergestellte Körper ausreichend gesintert werden kann.
Es wird eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, bei weicher das Roseki als Hauptkomponente Pyrophyllit (Al&sub2;O&sub3;·4SiO&sub2;·H&sub2;O) aufweist.
In dem Roseki, das als seine Hauptkomponente Pyrophyllit (Al&sub2;O&sub3;·4SiO&sub2;·H&sub2;O) aufweist, ist das in dem Roseki enthaltene SiO&sub2; so stabil, dass es nicht zersetzt werden kann, wodurch der geschmolzene Stahl nicht oxidiert wird, infolgedessen ein Erzeugen des Aluminiumoxids, das das Verstopfen der Düsenbohrung bewirkt, wirksam verhindert werden kann.
Es wird eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, bei welcher das Roseki bei einer Temperatur von wenigstens 800ºC kalziniert wird, um Kristallwasser aus ihm zu entfernen.
Das Roseki, welches bei einer Temperatur von wenigstens 800ºC kalziniert wird, um ihm Kristallwasser zu entziehen, erzeugt kein Wasser in dem Sinterprozess der Düse, und so wird die Ausdehnung des hergestellten Körpers der Düse wirksam verhindert, um eine Düse ohne Risse herzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 zeigt schematisch einen Längsquerschnitt durch eine Düse gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher das feuerfeste Material der Erfindung an der Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse, welche mit dem geschmolzenen Stahl in Berührung kommt, ausgebildet ist.
Abb. 2 zeigt schematisch einen Längsquerschnitt durch eine Düse gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher das feuerfeste Material der Erfindung sowohl an der Oberflächenschicht der Bohrung der Düse als auch in dem unteren Bereich (ein in den geschmolzenen Stahl eingetauchter Bereich) der Düse ausgebildet ist.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGEN DER ERFINDUNG

Eine Haupteigenschaft einer Ausgussdüse zum kontinuierlichen Griessen von Stahl der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das feuerfeste Material der Oberflächenschicht der Bohrung der Düse Roseki und ein Aggregat mit Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) als seinem Hauptinhaltsstoff aufweist, dessen Schmelzpunkt mindestens 1750ºC beträgt. Genauer gesagt, ist kein Graphit in der Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse der Erfindung enthalten.
Das Aggregat, das im wesentlichen aus Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) besteht, oder das Aggregat mit Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) als seinem Hauptinhaltsstoff, dessen Schmelzpunkt mindestens 1750ºC beträgt, beispielsweise Zirkon (ZrO&sub2;·SiO&sub2;) weist eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 0,0051 (Kal/Sek./cm/ºC) auf, die geringer als diejenige von Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) oder Magnesiumoxid (MgO) ist, und es weist die Eigenschaft einer ausgezeichneten Benetzungsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl auf Da zusätzlich kein Graphit in der Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse der Erfindung enthalten ist, weist die Düse eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit auf, und verhindert wirksam, dass sich metallische oder nicht-metallische Einschlüsse, wie Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), an ihr anlagern.
In der Oberflächenschicht der inneren Bohrung liegt ein Beimischungsgewichtsverhältnis des Aggregats, das im wesentlichen aus Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) besteht, oder des Aggregats mit Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) als seinem Hauptinhaltsstoff, dessen Schmelzpunkt mindestens 1750ºC beträgt, beispielsweise Zirkon (ZrO&sub2;·SiO&sub2;), in einem Bereich von 15 bis 60 Gew.-%.
Bei einem Beimischungsgewichtsverhältnis des Aggregats von weniger als 15 Gew.-% ist die Festigkeit der Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse nicht ausreichend. Bei einem Beimischungsgewichtsverhältnis des Aggregats von mehr als 60 Gew.-% ist nicht genügend Roseki in der Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse enthalten. Das oben erwähnte Aggregat hat die Funktion, der Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verleihen.
Das in der konventionellen Düse enthaltene Graphit reagiert mit dem in der Düse enthaltenen Siliciumoxid bei Benutzung der Düse wie folgt:
SiO&sub2;(S) + C(S) = SiO(g) + CO(g)
3SiO(g) + 2Al = Al&sub2;O&sub3;(S) + 3Si
3CO(g) + 2Al = Al&sub2;O&sub3;(S) + 3C
Gemäß den oben aufgeführten Reaktionen wird das Siliciumoxid in der Düse zerlegt, um SiO(g) und CO(g) zu bilden, die zu einer Lieferquelle für Sauerstoff werden, und der so gelieferte Sauerstoff reagiert mit Aluminium in dem Stahl zu Al&sub2;O&sub3;.
Die Partikel aus Zirkon und Roseki zersetzen sich jedoch nicht, selbst wenn Sauerstoff in dem geschmolzenen Stahl mit enthalten ist. Insbesondere das SiO&sub2;, das in Pyrophyllit (Al&sub2;O&sub3;·4SiO&sub2;·H&sub2;O) enthalten ist, welches das Hauptmineral des Roseki bildet, ist stabil. Die oben dargelegte Tatsache wurde auf folgende Weise überprüft: ein Formling mit Zirkon oder Roseki, Harzpulvern und Kohlepulvern wurde hergestellt und in Kohlenklein eingebettet und bei einer Temperatur von 1500ºC über 24 Stunden wärmebehandelt, und der so behandelte Formling wurde mit einem Mikroskop untersucht, was ergab, dass sich die Partikel nicht zersetzt hatten und keine Gasblasen erzeugt worden waren.
Das konventionelle feuerfeste Material mit einem Zusatz von 10 Gew.-% Graphit weist eine Wärmeleitfähigkeit von 9,8 (kcal/m/hr/ºC) auf, wohingegen das feuerfeste Material der Erfindung ohne Graphit mit 0,7 (kcal/m/hr/ºC) eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit aufweist, was zu einer wirksamen Verhinderung von Anlagerungen oder Abscheidungen metallischer oder nicht- metallischer Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, führt.
Zusätzlich wird bei der konventionellen Düse, die Graphit enthält, bei der Oxidierung des Graphits die Glätte der Oberfläche der inneren Bohrung vermindert. Ferner erzeugt der geschmolzene Stahl, der durch die innere Bohrung der Düse fließt, Wirbelströmungen, welche bewirken, dass sich der nicht-metallische Einschluss, wie α- Aluminiumoxid, auf der Innenfläche der Düse anlagert. Da die Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse der Erfindung jedoch kein Graphit enthält, wird die Glätte der Oberfläche der inneren Bohrung nicht beeinträchtigt, d.h. es werden keine konkaven und konvexen Bereiche auf der Innenfläche der Düse ausgebildet, und somit wird kein nichtmetallischer Einschluss, wie α-Aluminiumoxid, auf der Innenfläche der Düse angelagert.
Die Halbschmelztemperatur des Roseki liegt bei ungefähr 1550ºC, so dass es an der Bohrungsoberfläche in Kontakt mit dem geschmolzenen Stahl schmilzt, um eine Glasbeschichtung in einer solchen Weise zu bilden, dass die Struktur der Oberfläche der inneren Bohrung glatt ist und verhindert wird, dass Luft durch eine Struktur des feuerfesten Material eingefangen werden kann.
Die oben erwähnte Tatsache wurde auf die folgende Weise überprüft: das feuerfeste Material mit Aluminiumoxid-Roseki mit einem Zusatz von Graphit wurde bei einer Temperatur von 1500ºC während 1 Stunde in oxidierender Atmosphäre wärmebehandelt und seine Durchlässigkeit wurde untersucht, die einen Wert von 6,5 · 10&supmin;² Darcy ergab, wohingegen das feuerfeste Material mit Aluminiumoxid-Roseki ohne Graphit bei einer Temperatur von 1500ºC während 1 Stunde in oxidierender Atmosphäre wärmebehandelt und seine Durchlässigkeit untersucht wurde, die einen Wert von 1,0 · 10&supmin;&sup4; Darcy ergab, was bedeutet, dass die Durchlässigkeit verringert war.
Das Roseki ist in dem feuerfesten Material der Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse als ein Bilanzrest, d.h. als der verbleibende Anteil, enthalten. Zur aktiven Ausbildung der Glasbeschichtung auf der Oberfläche der inneren Bohrung bei der Verwendung als Ausgussdüse liegt ein Beimischungsgewichtsanteil des Roseki in der Oberflächenschicht der inneren Bohrung der Düse vorzugsweise bei wenigstens 40 Gew.-%. Vorzugsweise liegt der Beimischungsgewichtsanteil des Roseki in der Oberflächenschicht auch bei bis zu 85 Gew.-%, wobei mit einem Beimischungsgewichtsanteil des Roseki von mehr als 85 Gew.-% der Grad an Weichverformung hoch ist.
Drei Arten von Roseki können als das oben erwähnte Roseki eingesetzt werden, nämlich Pyrophyllitroseki, Kaolinroseki und Serizitroseki. Das Pyrophyllitroseki mit einer Feuerfestigkeit von SK29 bis SK32 (SK ist ein japanischer Standard für die Feuerfestigkeit) ist am besten geeignet, da das Roseki halb geschmolzen wird, um eine Glasschicht auszubilden, wenn die Oberflächenschicht der inneren Bohrung mit dem geschmolzenen Stahl in Berührung kommt, und seine Erosionsbeständigkeit gegen den geschmolzenen Stahl ist ausgezeichnet. Andererseits weist das Kaolinroseki eine höhere Feuerfestigkeit von SK33 bis SK36 auf, und das Serizitroseki weist eine geringere Feuerfestigkeit von SK26 bis SK29 auf, welche beide nicht zu bevorzugen sind.
Es ist zu bevorzugen, das Roseki in einer bei einer Temperatur von mindestens 800ºC kalzinierten Form zu verwenden, um Kristallwasser zu eliminieren (zu entfernen). Der Grund zur Verwendung des zuvor erwähnten Roseki liegt darin, dass wenn der ausgebildete Körper der Düse, der kein kalziniertes Roseki enthält, geformt und gesintert wird, das Kristallwasser aus dem Roseki bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 800ºC durch sein Sintern freigesetzt wird, und dann der ausgebildete Körper Risse bekommen kann aufgrund eines ungewöhnlich hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Es ist zu bevorzugen, dass der Beimischungsgewichtsanteil des Roseki mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von bis zu 250 um bis zu 60 Gew.-% bezüglich des Gesamtgehaltes an Roseki beträgt, da bei einem Beimischungsgewichtsanteil des Roseki mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von bis zu 250 um von über 60 Gew.-% strukturelle Defekte, wie Schichtenrisse, beim Formen erzeugt werden können und eine Weichverformung der Rosekipartikel beim Einsatz in einer kontinuierlichen Ausgussdüse auftreten kann.
Roseki mit Pyrophyllit (Al&sub2;O&sub3;·4SiO&sub2;·H&sub2;O) als seiner Hauptkomponente kann in dem feuerfesten Material vorzugsweise in einem Bereich von 65 bis 85 Gew.-% vorhanden sein. In dem feuerfesten Material, das ein Aggregat, das im wesentlichen aus Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) besteht, oder ein Aggregat mit Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) als seinem Hauptinhaltsstoff, beispielsweise Zirkon, in einem Bereich von 15 bis 60 Gew.-% aufweist, und das Roseki als Bilanzrest vorliegt, werden die Rosekipartikel nicht zersetzt, so dass kein Sauerstoff dem geschmolzenen Stahl zugeführt wird, im Gegensatz zu SiO&sub2;.
Die Halbschmelztemperatur des Roseki liegt bei ungefähr 1550ºC, was fast der gleichen Temperatur wie der Gusstemperatur des geschmolzenen Stahls entspricht. Dementsprechend schmilzt das Roseki an der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse bei Berührung mit dem geschmolzenen Stahl, um eine Glasbeschichtung in einer derartigen Weise auszubilden, dass die Struktur der Oberfläche der Bohrung geglättet und verhindert wird, dass Luft durch eine Struktur des feuerfesten Materials eingefangen wird, wodurch verhindert wird, dass sich Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und Metall anlagen.
Als Aggregat können Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) oder Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) als sein Hauptinhaltsstoff, dessen Schmelzpunkt bei wenigstens 1750ºC liegt, beispielsweise Zirkon (ZrO&sub2;·SiO&sub2;), in der Erfindung eingesetzt werden. Das Aggregat, welches die oben erwähnte Zusammensetzung aufweist, zeigt eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl. Zusätzlich wird das Roseki nahe der Oberfläche des feuerfesten Materials, die mit dem geschmolzenen Stahl in Berührung kommt, geschmolzen (d.h. die Arbeitsfläche des feuerfesten Materials), um eine Glasschicht auszubilden, und das Aggregat reagiert mit der Glasschicht, so dass ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt kaum erzeugt wird, wodurch wirksam die Erosion des feuerfesten Materials verhindert wird. Zusätzlich weist das Aggregat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit auf, was dazu dient zu verhindern, dass sich Metall anlagert.
Wärmeaushärtendes Harz, beispielsweise Phenolharz, Furanharz oder dergleichen wird als ein Bindemittel in einem Bereich von 5 bis 15 Gew.-% dem oben erwähnten Material mit dem Roseki und dem Aggregat zugesetzt, und ein geformter Düsenkörper wird hergestellt und gesintert. Es ist vorzuziehen, dass der oben erwähnte geformte Körper durch das CIP-Verfahren (Cold Isostatic pressing = isostatisches Kaltpressen) hergestellt wird, unter Berücksichtigung, dass der geformte Körper durch das CIP- Verfahren gleichmäßig zusammengepresst wird. Die Sintertemperatur liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1000 bis 1300ºC. Eine Reduktionsatmosphäre, nämlich eine oxidationsfreie Atmosphäre, ist einer Oxidationsatmosphäre als Sinteratmosphäre vorzuziehen, da das zugesetzte wärmeaushärtende Harz in der Reduktionsatmosphäre nicht oxidiert wird.
Die Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Abb. 1 zeigt schematisch eine vertikale Querschnittsansicht der Tauchdüse zum kontinuierlichen Giessen gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Ausgussdüse 10 ist zwischen einer Zwischenpfanne und einer Form angeordnet und wird als Eintauchdüse zum Giessen des geschmolzenen Stahls aus der Zwischenpfanne in die Form eingesetzt.
Wie in Abb. 1 gezeigt, ist eine Oberflächenschicht 2 der inneren Bohrung 1 der Eintauchdüse 10, durch welche der geschmolzene Stahl fließt, von einem feuerfesten Material gebildet, welches die oben beschriebene chemische Zusammensetzung aufweist. Der restliche Teil der Düse 3 besteht aus einem konventionellen feuerfesten Aluminiumoxid-Graphit-Material mit Aluminiumoxid (ungefähr 65 Gew.-%) und Graphit (ungefähr 35 Gew.-%).
Die Abmessungen der Düse betragen ungefähr 1 m in der Gesamtlänge, ungefähr 60 mm im Durchmesser der inneren Bohrung, 160 mm im Außendurchmesser der Düse und ungefähr 50 mm in der Dicke. Die Dicke der Oberflächenschicht der inneren Bohrung, die aus dem feuerfesten Material in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung besteht, beträgt von ungefähr 2 bis ungefähr 15 mm. Die oben genannten Abmessungen sind als Beispiel gezeigt, und die Düse der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Abmessungen begrenzt. Genauer variieren die Abmessungen in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung des zu giessenden geschmolzenen Stahls und der Größe des Gussstranges.
Abb. 2 zeigt schematisch einen Längsquerschnitt einer Düse, bei welcher die Oberflächenschicht der Bohrung der Düse und der untere Bereich (ein Bereich, der in den geschmolzenen Stahl eingetaucht ist) der Düse aus dem feuerfesten Material gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind. In jedem Fall wird Aluminiumoxid, das die innere Bohrung der Düse verstopft, an dem unteren Bereich der inneren Bohrung der Düse gesammelt. Gemäß der Eintauchdüse der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass sich der nicht-metallische Einschluss, wie Aluminiumoxid, auf der Oberflächenschicht 2 der inneren Bohrung 1 anlagert und ansammelt. Die vorliegende Erfindung wird anhand von Beispielen beschrieben.

BEISPIELE

Phenolharz in pulverförmiger und flüssiger Form wurde in einer Menge in einem Bereich von 5 bis 10 Gew.-% jedem der neun Teile aus gemischten Materialien mit einer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung zugesetzt und durchgeknetet. Aus den so gekneteten Materialien wurden die folgenden geformten Körper hergestellt, nämlich:
ein erster geformter Körper (hiernach als "Formkörper 1" bezeichnet) mit den Abmessungen 30 mm · 30 mm · 230 mm zur Untersuchung auf eine Anlagerungsmenge an nicht-metallischem Einschluss, wie Aluminiumoxid, und Korrosionsbeständigkeit gegen den geschmolzenen Stahl;
ein zweiter geformter Körper (hiernach als "Formkörper 2" bezeichnet) mit den Abmessungen von 50 mm Durchmesser · 20 mm zur Untersuchung auf die Durchlässigkeit; und
ein dritter geformter Körper (hiernach als "Formkörper 3" bezeichnet) mit den Abmessungen von 100 mm im Außendurchmesser, 60 mm im Innendurchmesser und 250 mm in der Länge zur Untersuchung auf die Temperaturwechselbeständigkeit wurde jeweils hergestellt und dann wurden die jeweiligen Körper in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur in einem Bereich von 1000 bis 1200ºC gesintert, um die Muster Nr. 1 bis 9 herzustellen.
Die Muster Nr. 1 bis 5 (hiernach als "Muster der vorliegenden Erfindung" bezeichnet) weisen die chemischen Zusammensetzungen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung auf, und die Muster Nr. 6 bis 9 (hiernach als "Vergleichsmuster" bezeichnet) weisen die chemischen Zusammensetzungen auf, die außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen.
Physikalische Eigenschaften (Porosität und Schüttdichte) für jedes der oben erwähnten Muster der vorliegenden Erfindung Nr. 1 bis 5 und für die Vergleichsmuster Nr. 6 bis 9 sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Temperaturwechselbeständigkeit der Muster der vorliegenden Erfindung Nr. 1 bis 5 und der Vergleichsmuster Nr. 6 bis 9, die aus dem Formkörper 3 hergestellt wurden, wurde nach einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1500ºC für 30 Minuten in einem elektrischen Ofen und anschließender schneller Abkühlung durch Wasser untersucht. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Ein Erosionsanteil (%) und eine Anlagerungsmenge des nicht-metallischen Einschlusses, wie Aluminiumoxid, der Muster der vorliegenden Erfindung Nr. 1 bis 5 und der Vergleichsmuster Nr. 6 bis 9, die aus dem Formkörper 1 hergestellt wurden, wurden nach Eintauchen in geschmolzenen Stahl mit einer Temperatur von 1520ºC für 180 Minuten untersucht, wobei der Stahl Aluminium in einer Größenordnung von 0,02 bis 0,05 Gew.-% enthielt. Diese Ergebnisse sind auch in Tabelle 1 dargestellt.
Die Durchlässigkeit der Muster der vorliegenden Erfindung Nr. 1 bis 5 und der Vergleichsmuster Nr. 6 bis 9, die aus dem Formkörper 2 hergestellt wurden, wurde nach einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1500ºC für 60 Minuten in einem elektrischen Ofen und anschließender Abkühlung untersucht. Diese Ergebnisse sind auch in Tabelle 1 dargestellt.
Wie klar aus Tabelle 1 hervorgeht, zeigen alle Muster der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit, und der nicht-metallische Einschluss, wie Aluminiumoxid, lagert sich trotz der niedrigen Erosionsrate nicht an, wodurch eine Verengung oder Verstopfung der Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl wirksam verhindert wird.
Bei den Mustern der vorliegenden Erfindung ist es aufgrund der geringen Durchlässigkeit auch möglich zu verhindern, dass Luft, die im praktischen Gebrauch durch das feuerfeste Material strömt, eingeschlossen wird.
Auf der anderen Seite ist offensichtlich, dass die Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl der Vergleichsbeispiele Nr. 6 bis 9 erheblich geringer ist, obwohl sich eine geringe Menge von Aluminiumoxid aufgrund eines hohen Rosekigehaltes anlagert.
Bezüglich des Vergleichsbeispiels Nr. 7 ist die Anlagerungsmenge an Aluminiumoxid bemerkenswert groß, da es ZrO&sub2; und SiO&sub2; enthält, wobei sich das SiO&sub2; zersetzt unter Freisetzung von Sauerstoff in dem Stahl, und ferner weist das Vergleichsbeispiel Nr. 7 eine geringere Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem geschmolzenen Stahl auf. Das Vergleichsmuster Nr. 8 weist eine bemerkenswert niedrige Temperaturwechselbeständigkeit auf, hat eine hohe Durchlässigkeit und zeigt eine Anlagerung einer großen Menge an nicht-metallischem Einschluss, wie Aluminiumoxid, aufgrund des geringen Gehaltes an Roseki und der großen Menge an ZrO&sub2;, obwohl das Mineral, das Sauerstoff in den geschmolzenen Stahl abgibt, entfernt wurde.
Was das Vergleichsbeispiel Nr. 9 anbetrifft, welches Graphit, Roseki und ZrO&sub2; aufweist, und welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, so ist die Anlagerungsmenge an Aluminiumoxid relativ hoch und die Menge an Metallanlagerung ist groß aufgrund des Vorhandenseins des Graphits, wenn die Temperatur des geschmolzenen Stahls nur 1520 ± 10ºC beträgt.
Daher ist es unter Einsatz der Ausgussdüse zum kontinuierlichen Griessen von Stal gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein stabiles Giessen ohne Beeinträchtigung der Struktur des feuerfesten Materials durchzuführen, wobei eine Verengung oder Verstopfung der Bohrung, die durch den nicht-metallischen Einschluss, wie Aluminiumoxid, bewirkt wird, verhindert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden beim kontinuierlichen Giessen von 300 t pro Charge eines Al-beruhigten Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt durch 2 Strangbrammengiessvorrichtungen 5-7 Chargen des Stahls unter Einsatz einer einzigen Düse ohne Verstopfen gegossen.
Dahingegen war bei der konventionellen Düse nach dem Giessen von 2 bis 4 Chargen des Stahls die Düse verstopft und das Giessen musste unterbrochen werden. Wie zuvor erwähnt war die Wirkung der Erfindung bemerkenswert. Tabelle 1

Claims

1. Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl, wobei wenigstens eine Oberflächenschicht einer inneren Bohrung der Ausgussdüse, die mit einem geschmolzenen Stahl in Berührung kommt, aus einem feuerfesten Material hergestellt ist, mit:

15 bis 60 Gew.-% eines Aggregats, das im wesentlichen aus Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) besteht oder Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;) als seinen Hauptinhaltsstoff aufweist, und dessen Schmelzpunkt wenigstens 1750 Grad Celsius beträgt, und

Roseki als Bilanzrest.

2. Ausgussdüse zum kontinuierlichen Giessen von geschmolzenem Stahl, wobei wenigstens eine Oberflächenschicht einer inneren Bohrung der Ausgussdüse, die mit einem geschmolzenen Stahl in Berührung kommt, aus einem feuerfesten Material hergestellt ist, mit:

Roseki als Bilanzrest,

wobei dem feuerfesten Material ein wärmeaushärtendes Harz als Bindemittel zugesetzt wird, und es dann geknetet, geformt und in einer oxidationsfreien Atmosphäre gesintert wird.

3. Ausgussdüse zum kontinuierlichen Griessen von Stahl gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Roseki Pyrophyllit (Al&sub2;O&sub3;·4SiO&sub2;·H&sub2;O) als seine Hauptkomponente aufweist.

4. Ausgussdüse zum kontinuierlichen Griessen von Stahl gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das Roseki ein Roseki umfasst, das bei einer Temperatur von wenigstens 800ºC kalziniert wurde, um das Kristallwasser darin zu entfernen.

HN