DE69920709T2

DE69920709T2 - Stranggiessdüse

Info

Publication number: DE69920709T2
Application number: DE69920709T
Authority: DE
Inventors: Mituru Ena-gun ANDO; Kazumi Mizunami-shi OGURI; Toshiyuki Mizunami-shi MUROI; Toshikazu Mizunami-shi TAKASU
Original assignee: Akechi Ceramics Co Ltd; TYK Corp
Current assignee: Akechi Ceramics Co Ltd; TYK Corp
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 1999-04-05
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2019-04-06
Also published as: AU3055899A; DE69920709D1; EP1097763A1; WO2000059657A1; KR100367647B1; ATE277704T1; CA2312482C; EP1097763A4; AU746450B2; CA2312482A1; KR20010040299A; EP1097763B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stranggießdüse, insbesondere eine Stranggießdüse, welche eine effektive Verhinderung eines Verengens und Verstopfens der inneren Bohrung verhindert, durch welche beim Stranggießen von Aluminium enthaltenden geschmolzenem Stahl, wie beispielsweise aluminiumgeimpften Stahl, der geschmolzene Stahl strömt.
Stand der Technik
Eine Stranggießdüse zum Gießen von geschmolzenen Stahl wird für die im nachfolgenden aufgeführten Zwecke genutzt.
Eine Stranggießdüse dient einem Ausgießen von geschmolzenen Stahl aus einer Gießpfanne in eine Form. Beim Stranggießen von geschmolzenen Stahl wird eine Stranggießdüse genutzt, um zu verhindern, daß der geschmolzene Stahl durch Kontakt mit der Umgebungsluft oxidiert wird und spritzt, wenn er aus einer Gießpfanne in eine Form abgegossen wird, und um den Strom des ausgegossenen geschmolzenen Stahls zu recken, wodurch verhindert wird, daß nichtmetallische Einschlüsse und Schlacke, welche in der Nähe oder auf der Oberfläche der Schmelze vorliegen, im Stranggießstrang eingeschlossen werden.
Ein feuerfestes Material für eine herkömmliche Stranggießdüse für geschmolzenen Stahl weist beispielsweise Graphit, Aluminiumoxid, Silika, Siliciumcarbid und dergleichen auf. Allerdings treten beim Gießen von aluminiumberuhigten Stahl oder dergleichen mit einer herkömmlichen Stranggießdüse die folgenden Probleme auf.
Beim Gießen des aluminiumberuhigten Stahls oder dergleichen, reagiert das Aluminium, welches als Entoxidierungsmittel zugegeben wurde, mit dem im geschmolzenen Stahl vorliegenden Sauerstoff, wodurch nichtmetallische Einschlüsse wie beispielsweise α-Aluminiumoxid oder dergleichen ausgebildet werden. Zusätzlich reagiert das Aluminium in dem geschmolzenen Stahl beim Strömen des geschmolzenen Stahls durch die Düse mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft, wodurch zusätzlich Aluminiumoxid erzeugt wird.
Die nichtmetallischen Einschlüsse wie beispielsweise α-Aluminiumoxid haften und sammeln sich daher beim Gießen von aluminiumberuhigten Stahl oder dergleichen an der Oberfläche der inneren Bohrung der Stranggießdüse an, so daß die innere Bohrung verengt und im schlimmsten Fall verstopft wird, wodurch ein stabiles Gießen erschwert wird. Darüber hinaus werden die nichtmetallischen Einschlüsse, wie beispielsweise das an der Oberfläche der Bohrung anhaftende α-Aluminiumoxid abgelöst oder fallen herunter und verbleiben in dem Stranggießstrang, wodurch dessen Qualität vermindert wird.
Um das zuvor erläuterte Verengen oder Verstopfen der Bohrung, welches durch die nichtmetallischen Einschlüsse wie beispielsweise α-Aluminiumoxid verursacht wird, zu verhindern, wird im allgemeinen ein Verfahren genutzt, in welchem ein inertes Gas von der inneren Oberfläche der Düsenbohrung in Richtung des durch die innere Bohrung strömenden geschmolzenen Stahls ausgebracht wird, um so zu verhindern, daß die in dem geschmolzenen Stahl vorliegenden nichtmetallischen Einschlüsse wie α-Aluminiumoxid sich an der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse ablagern oder ansammeln (beispielsweise das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 6-59533/1994 offenbarte Verfahren).
Allerdings existieren bei dem zuvor beschriebenen Verfahren, bei dem das inerte Gas von einer inneren Oberfläche der Düsenbohrung ausgebracht wird, die im nachfolgenden beschriebenen Probleme:
Bei Ausbringen einer großen Menge des inerten Gases werden durch ein Einschließen von durch das inerte Gas hervorgerufenen Blasen in dem Stranggießstrang Poren verursacht, wodurch die Qualität des gegossenen Stahls vermindert wird. Auf der anderen Seite kann eine geringe Menge des ausgebrachten inerten Gases dazu führen, daß der Einfluß des inerten Gases nicht in ausreichender Weise erhalten wird und nichtmetallische Einschlüsse wie α-Aluminiumoxid an der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse anhaften und angesammelt werden. Dadurch wird ein Verengen oder im schlimmsten Fall Verstopfen der inneren Bohrung verursacht.
Zusätzlich ist es insbesondere schwierig eine Düse herzustellen, welche ein einheitliches Ausbringen des inerten Gases von der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse in Richtung des durch die innere Bohrung strömenden geschmolzenen Stahls ermöglicht. Darüber hinaus wird bei einem über eine lange Zeitdauer durchgeführten Gießen eine stabile Steuerung der Menge des ausgebrachten Gases allmählich schwieriger, da sich das feuerfeste Material der Stranggießdüse zersetzt. Im Ergebnis haftet und sammelt sich der nicht metallische Einschluß wie α-Aluminiumoxid an der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse derart an, daß die innere Bohrung verengt oder eventuell verstopft wird.
Es wird angenommen, daß das Verstopfen der Düse durch den nichtmetallischen Einschluß, insbesondere durch einen Aluminiumoxideinschluß (Al₂O₃), wie im nachfolgenden beschrieben verursacht wird:

1. Das Aluminium in dem geschmolzenen Stahl wird entweder durch eingeschlossene Luft oxidiert, welche durch einen Verbindungsbereich der feuerfesten Düse und die feuerfeste Struktur an sich gelangt, wodurch Aluminiumoxid erzeugt, oder durch Sauerstoff oxidiert, der aus SiO stammt, das durch Reduzierung von Silika in dem Kohlenstoff enthaltenden feuerfesten Material erzeugt wird.
2. Ein Aluminiumoxideinschluß wird durch Diffusion und Kohäsion des in dem zuvor beschriebenen Prozeß entstandenem Alumiumoxids erzeugt.
3. Graphit und Kohlenstoff werden von der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse in einer solchen Weise entfernt, daß die Beschaffenheit der Oberfläche der inneren Bohrung rauh wird und daher der Aluminiumoxideinschluß dazu neigt, sich an der rauhen Oberfläche der inneren Bohrung zu sammeln.

Um das zuvor beschriebene Problem zu lösen, wird als Gegenmaßnahme eine Düse vorgeschlagen, in welcher ein nichtoxidierendes Rohmaterial (SiC, Si₃N₃, BN, ZrB₂, Sialon, etc.), mit einer geringen Reaktivität zu Aluminiumoxid dem Aluminiumoxid-Graphit feuerfesten Material zugeführt wird, oder daß eine Düse selbst aus dem oben beschriebenen nicht oxidierenden Material besteht (beispielsweise mit Bezug auf die japanische Veröffentlichung Nr. Sho 61-38152/1986).
Es ist allerdings nicht praktikabel, das zuvor genannte nichtoxidierende Material zu dem gebräuchlicherweise verwendeten Aluminiumoxid-Graphit-Feuerfestmaterial zuzufügen. Es wird kein Effekt einer Verhinderung der Adhäsion festgestellt, wenn nicht eine große Menge des nichtoxidierenden Materials zugeführt wird. Darüber hinaus wird die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumoxid-Graphit-Feuerfestmaterials vermindert, wenn eine große Menge des nichtoxidierenden Materials zugefügt wird.
Ebenfalls ist die im wesentlichen aus dem nichtoxidierenden Material bestehende Düse zum praktischen Gebrauch in Anbetracht der hohen Material- und Herstellungskosten ungeeignet, obwohl ein wesentlicher Effekt einer Verhinderung von Adhäsion erwartet werden kann.
Es wird des weiteren eine Düse vorgeschlagen, deren feuerfestes Material ein Graphit-Oxid-Rohmaterial aufweist, welches CaO enthält. Das CaO enthaltende Oxid-Rohmaterial (CaO·ZrO₂, CaO·SiO₂, 2CaO·SiO₂, und dergleichen) erzeugt durch eine Reaktion des CaO mit Al₂O₃ ein niedrig schmelzendes Material, welches auf einfache Weise von dem geschmolzenen Stahl getrennt werden kann (beispielsweise mit Bezug auf die japanische Patentveröffentlichung No. Sho 62-56101 /1987).
Da allerdings die Reaktivität des CaO mit dem Al₂O₃ durch die beim Gießen des geschmolzenen Stahls vorliegende Temperatur schnell beeinflußt wird, ist es schwierig, dieses niedrig schmelzende Material effektiv zu erzeugen. Zusätzlich ist die Lieferung einer großen Menge des CaO erforderlich, wenn eine große Menge von Al₂O₃-Einschlüssen im Stahl enthalten sind. Es ist allerdings schwierig, daß das feuerfeste Material der Düse in ausreichender Menge CaO enthält, da dessen Abblätter- und Korrosionsbeständigkeit vermindert werden. Darüber hinaus ist die Trennung von Zirkonoxid (ZrO₂) von dem geschmolzenen Stahl schwierig, da das von dem feuerfesten Material in den geschmolzenen Stahl fließende Zirkonoxid eine hohe spezifische Dichte aufweist, so daß das Zirkonoxid in dem geschmolzenen Stahl verbleibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung eine Stranggießdüse vorzusehen, welche verhindern kann, daß Aluminiumoxideinschlüsse an der inneren Oberfläche der Düse anhaften und sich ansammeln, und verhindert, daß die innere Bohrung der Düse verengt und verstopft wird, um so mittels einer Ausbildung einer Glasschicht auf der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse beim Gebrauch der Düse ein stabiles Gießen zu ermöglichen, wodurch verhindert wird, daß Luft durch die feuerfeste Struktur eingeschlossen wird, wodurch kein Aluminiumoxid erzeugt wird und wodurch zusätzlich die Oberfläche der inneren Bohrung der Düse geglättet wird. Diese Stranggießdüse gemäß der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 6 definiert.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Stranggießdüse zum Gießen von geschmolzenem Stahl, wobei wenigstens eine oberflächliche Schicht einer inneren Bohrung der Stranggießdüse, welche mit geschmolzenem Stahl in Berührung gelangt, aus einem feuerfesten Material gebildet ist, welches aufweist: Ein Aggregat, welches im wesentlichen aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) besteht oder ein Aggregat, welches Aluminiumoxid (AL₂O₃) also Hauptinhaltsstoff aufweist und dessen Schmelzpunkt wenigstens 1800°C beträgt, in einem Gewichtsanteil von 15 bis 60 Gew.-% und Wachsstein als Ausgleich.
Die zweite Ausführungsform ist eine Stranggießdüse zum Gießen von geschmolzenem Stahl, wobei wenigstens eine oberflächliche Schicht einer inneren Bohrung der Stranggießdüse, welche mit geschmolzenen Stahl in Berührung gelangt, in einem Verfahren ausgebildet ist, in welchem ein Bindemittel zu einem feuerfesten Material hinzugegeben wird, welches 15 bis 60 Gew.-% eines im wesentlichen aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) bestehenden Aggregates oder eines Aggregates, welches als Hauptbestandteil Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufweist, und dessen Schmelzpunkt wenigstens 1800°C beträgt und welches Wachsstein als Ausgleich aufweist, und daß dann das feuerfeste Material mit dem zugegebenen Bindemittel geknetet, geformt und in einer nichtoxidierenden Atmosphäre gesintert wird.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Stranggießdüse, wobei ein Mischgewichtsverhältnis des Wachssteins mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser bis zu 250 μm bis zu 60 Gew.-% bezüglich des Gesamtgehaltes des Wachssteins beträgt.
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine kontinuierliche Stranggießdüse zum Gießen von geschmolzenen Stahl, wobei der Wachsstein Pyrophylit (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O) als dessen Hauptkomponent aufweist.
Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine kontinuierliche Stranggießdüse zum Gießen von geschmolzenem Stahl, wobei der Wachsstein Wachsstein aufweist, welcher bei einer Temperatur von wenigstens 800°C kalziniert ist, um das darin enthaltene Kristallwasser zu entfernen.
Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine kontinuierliche Stranggießdüse zum Gießen von geschmolzenem Stahl, wobei der Binder ein hitzeaushärtendes Harz aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Düse, in welcher das feuerfeste Material der Erfindung an der oberflächlichen Schicht der inneren Bohrung der Düse, die den geschmolzenen Stahl kontaktiert, ausgebildet ist.
2 zeigt schematisch einen Längsquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Düse, in welcher das feuerfeste Material der Erfindung sowohl an der oberflächlichen Schicht der inneren Bohrung der Düse als auch in einem unteren Bereich (einem in dem geschmolzenen Stahl eingetauchten Bereich) der Düse aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Das wichtigste Merkmal der erfindungsgemäßen Stranggießdüse besteht darin, daß Roseki als Hauptinhaltsstoff des feuerfesten Materials der Düse verwendet wird und Graphit, welches oftmals in herkömmmlichen Düsen verwendet wird, nicht enthalten ist.
In einer herkömmlichen Düse enthaltenes Graphit reagiert beim Gebrauch der Düse während des Gießens mit dem in der Düse enthaltenen Silika gemäß der folgenden Reaktionen:
SiO₂(S) + C(S) = SiO(g) + CO(g)
3Si(O) + 2Al = Al₂O₃(S) + 3Si
3CO(g) + 2Al = Al₂O₃(S) + 3C
Nach den obigen Reaktionen wird das Silika in der Düse zu SiO(g) und CO(g) zersetzt, welche zu einer Sauerstoffquelle in dem geschmolzenen Stahl werden. Der auf diese Weise gelieferte Sauerstoff reagiert mit dem Aluminium in dem geschmolzenen Stahl zu AL₂O₃.
Allerdings zersetzen sich die Rosekipartikel nicht, auch wenn Kohlenstoff in dem geschmolzenen Stahl koexistiert. Insbesondere das SiO₂ im Pyrophylit (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O) oder dergleichen, welches das Hauptmineral des Roseki ist, ist stabil. Diese zuvor genannte Tatsache wurde auf folgende Weise herausgefunden: Ein Brikett, welches Roseki, Harzpulver und Kohlenstoffpulver aufweist, wurde geformt und in einer Lösche eingegraben und für 24 Stunden bei einer Temperatur von 1500°C hitzebehandelt. Das auf diese Weise hergestellte Brikett wurde mit einem Mikroskop untersucht, um festzustellen, daß sich die Partikel nicht zersetzen und keine Blasen erzeugt worden sind.
Das herkömmliche feuerfeste Material mit einer Zugabe von 10 Gew.-% Graphit weist eine thermische Leitfähigkeit von 9,8 kcal/m/hr/°C auf, wobei das feuerfeste Material gemäß der Erfindung, welches kein Graphit enthält, eine geringere thermische Leitfähigkeit wie 2,4 kcal/m/hr/°C und eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweist. Im Ergebnis zeigt das feuerfeste Material nach der Erfindung eine effektive Verhinderung eines Ansammelns von Metall oder eines Ausscheidens von nicht metallischen Einschlüssen wie α-Aluminiumoxid (Al₂O₃).
In einer herkömmlichen, Graphit enthaltenden Düse wird bei einer Oxidation des Graphits zusätzlich die Glattheit der Oberfläche der inneren Bohrung verringert. Darüber hinaus erzeugt der geschmolzene Stahl, der durch die innere Bohrung der Düse strömt, Turbulenzen und verursacht so, daß die nichtmetallischen Einschlüsse wie α-Aluminiumoxid sich an der inneren Oberfläche der Düse ansammeln. Da allerdings die oberflächliche Schicht der inneren Bohrung der Düse gemäß der Erfindung kein Graphit enthält, wird die Glattheit der Oberfläche der inneren Bohrung nicht verringert. Anders ausgedrückt werden auf der inneren Oberfläche der Düse gemäß der Erfindung keine konkaven und konvexen Bereiche ausgebildet, wodurch die nichtmetallischen Einschlüsse wie α-Aluminiumoxid nicht auf der inneren Oberfläche der erfindungsgemäßen Düse angesammelt werden.
Die Halbschmelztemperatur des Roseki beträgt ca. 1500°C, so daß es auf der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse, welche mit dem geschmolzenen Stahl in Kontakt gelangt, schmilzt und eine Glasschicht derart ausbildet, daß die Struktur der Oberfläche der inneren Bohrung glatt wird und verhindert wird, daß Luft durch eine feuerfeste Struktur eingeschlossen wird.
Die zuvor beschriebene Tatsache wurde auf die folgende Weise festgestellt: Das feuerfeste Material, welches Aluminumoxid-Roseki mit zugefügten Graphit aufweist, wird bei einer Temperatur von 1500°C für eine Stunde in der oxidierenden Atmosphäre hitzebehandelt. Nachfolgend wurde dessen Permeabilität untersucht um herauszufinden, daß sie ungefähr 6,5×10^–4 Darcy beträgt. Dagegen wurde das feuerfeste Material, welches Aluminiumoxid-Roseki ohne Graphit aufweist, bei einer Temperatur von 1500°C für eine Stunde in der oxidierenden Atmosphäre hitzebehandelt und dessen Permeabilität untersucht, um herauszufinden, daß diese ungefähr bei 1.0×10^–4 Darcy liegt. Die Permeabilität wurde daher verringert.
Das Roseki ist in dem feuerfesten Material der oberflächlichen Schicht der inneren Bohrung der Düse gemäß der Erfindung als Ausgleich, d. h. als verbleibender Stoff des feuerfesten Materials, enthalten. Um aktiv die Glasschicht auf der Oberfläche der inneren Bohrung beim Gebrauch als Stranggießdüse auszubilden, beträgt ein Mischgewichtsverhältnis des Roseki in der oberflächlichen Schicht der inneren Bohrung der Düse vorzugsweise wenigstens 40 Gew.-%. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß das Mischgewichtsverhältnis des Roseki in der oberflächlichen Schicht bis zu 85 Gew.-% beträgt, da mit dem Mischgewichtsverhältnis des Roseki von über 85 Gew.-% das Maß einer aufweichenden Deformation groß ist und sich die Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Stahl verschlechtert.
In der erfindungsgemäßen Stranggießdüse weist das feuerfeste Material der oberflächlichen Schicht der Bohrung der Düse Roseki und 15 bis 60 Gew.-% eines im wesentlichen aus Al₂O₃ bestehenden Aggregates oder eines Aggregates, welches Al₂O₃ als dessen Hauptinhaltsstoff aufweist und dessen Schmelzpunkt bei wenigstens 18000 liegt, auf. Als Al₂O₃ als dessen Hauptinhaltsstoff aufweisende Komponente wird Spinel (MgO·Al₂O₃) genutzt, welches dazu dient, die oberflächliche Schicht der inneren Bohrung der Düse mit Stärke und Korrosionsbeständigkeit zu versehen.
Als zuvor erwähntes Roseki können drei Arten von Roseki genutzt werden. Dieses sind pyrolytisches Roseki, kaolinisches Roseki und serizitisches Roseki. Am besten geeignet ist der pyrolytische Roseki mit einer Feuerfestigkeit von SK29 bis SK 32 (SK ist ein japanischer Standard für die Feuerfestigkeit), da der Roseki halbgeschmolzen ist, wenn die oberflächliche Schicht der inneren Bohrung mit dem geschmolzenen Stahl in Kontakt gelangt, um eine Glasschicht auszubilden, deren Erosionsbeständigkeit gegenüber dem geschmolzenen Stahl ausgezeichnet ist. Andererseits weist der kaolinische Roseki eine größere Feuerfestigkeit von SK 33 bis SK 36 und der serizitische Roseki eine geringere Feuerfestigkeit von SK 26 bis SK 29 auf, weshalb beide nicht bevorzugt werden.
Der Gebrauch des bei einer Temperatur von wenigstens 800°C zum Entfernen von Kristallwasser kalzinierten Rosekis ist bevorzugt. Der Grund zum Gebrauch des obigen Rosekis ist, daß beim Formen und Sintern einer nicht kalziniertes Roseki enthaltenden Düse das Kristallwasser von dem Roseki bei einer Temperatur innerhalb eines Bereiches zwischen 500 und 800°C bei dessen Sinterung entfernt wird und dann der geformte Körper aufgrund des ungewöhnlich großen thermischen Expansionskoeffizienten brechen kann.
Vorzugsweise sollte ein Mischgewichtsverhältnis des Roseki mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von bis zu 250 μm bis zu 60 Gew.-% relativ zum Gesamtgehalt des Roseki betragen. Falls ein Mischgewichtsverhältnis des Roseki mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von bis zu 250 μm oberhalb 60 Gew.-% vorliegt, besteht eine Neigung zu Strukturdefekten wie einer Schichtung in der Schmelze und zu einer Deformation durch ein Aufweichen der Rosekipartikel während des kontinuierlichen Gießens.
Roseki, welches Pyrophylit (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O) als Hauptkomponente aufweist, kann bevorzugt in dem feuerfesten Material innerhalb eines Bereiches von 65 bis 85 Gew.-% enthalten sein. In dem feuerfesten Material, welches ein im wesentlichen aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) bestehendes Aggregat oder ein Aggregat aufweist, welches Aluminiumoxid (Al₂O₃) als dessen Hauptkomponente aufweist und dessen Schmelzpunkt wenigstens 1800°C beträgt, beispielsweise Spinel, innerhalb eines Bereiches von 15 bis 60 Gew.-%, und Roseki als Balance, werden die Rosekipartikel nicht zersetzt, so daß im Gegensatz zu SiO₂ kein Sauerstoff in den geschmolzenen Stahl geliefert wird.
Die Halbschmelztemperatur des Roseki beträgt ungefähr 1500°C, was nahezu die gleiche Temperatur wie die Gießtemperatur des geschmolzenen Stahls ist. Folglich schmelzt der Roseki an der Oberfläche der inneren Bohrung der Düse, welche mit dem geschmolzenen Stahl in Kontakt gelangt und bildet eine Glasbeschichtung derart aus, daß die Struktur der Oberfläche der inneren Bohrung geglättet wird und verhindert wird, daß Luft durch eine feuerfeste Struktur eingeschlossen wird, wodurch ein Anhaften von Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Metall daran verhindert wird.
Hitzeaushärtende Harze, beispielsweise Phenolharz, Furanharz oder dergleichen werden als Bindemittel in einem Bereich von 5 bis 15 Gew.-% zu dem zuvor erwähnten Material, welches den Roseki und das Aggregat aufweist, zugegeben. Nachfolgend wird ein geformter Körper einer Düse vorbereitet und gesintert. Es wird bevorzugt, daß der zuvor erwähnte geformte Körper durch das CIP Verfahren (Cold Isostatic Pressing process) hergestellt wird, wobei beachtet wird, daß der geformte Körper durch den CIP Prozeß einheitlich verdichtet wird. Die Sintertemperatur liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1000 bis 1300°C. Als Sinteratmosphäre wird eine reduzierende Atmosphäre, insbesondere eine antioxidierende Atmosphäre im Gegensatz zu einer oxidierenden Atmosphäre bevorzugt, da das zugefügte hitzeaushärtende Harz in der reduzierenden Atmosphäre nicht oxidiert wird.
Die Stranggießdüse für geschmolzenen Stahl gemäß der Erfindung wird detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt schematisch einen vertikalen Teilschnitt einer Tauchstranggießdüse gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Stranggießdüse 10 wird zwischen einer Gießwanne und einer Form plaziert und im Betrieb als Tauchdüse zum Abgießen des geschmolzenen Stahls von der Gießwanne in die Form genutzt.
Wie in 1 dargestellt ist, ist eine oberflächliche Schicht 2 der inneren Bohrung 1 der Tauchdüse 10, durch welche der geschmolzene Stahl strömt, durch ein feuerfestes Material ausgebildet, welches die zuvor beschriebene chemische Zusammensetzung aufweist. Der verbleibende Bereich der Düse 3 ist durch ein herkömmliches Aluminiumoxid-Graphit-Feuerfestmaterial ausgebildet.
Die Abmessungen der Düse betragen ungefähr 1 m in der Gesamtlänge, ungefähr 60 mm im Durchmesser der inneren Bohrung, 160 mm im äußeren Durchmesser der Düse und ungefähr 50 mm in der Stärke. Die Stärke der oberflächlichen Schicht der inneren Bohrung, die aus dem feuerfesten Material gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, liegt zwischen 2 mm und ungefähr 15 mm. Die zuvor beschriebenen Abmessungen dienen als Beispiel. Die erfindungsgemäße Düse ist nicht auf diese Abmessungen beschränkt. Insbesondere variieren die Abmessungen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des zu gießenden geschmolzenen Stahls und der Größe des gegossenen Strangs.
2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Düse, in welcher die oberflächliche Schicht der Bohrung der Düse und der untere Bereich (ein Bereich, welcher in den geschmolzenen Stahl eintaucht) der Düse aus dem erfindungsgemäßen feuerfesten Material hergestellt sind. In jedem Fall wird Aluminiumoxid, welches die innere Bohrung der Düse verstopft, an der inneren Bohrung im unteren Bereich der Düse gesammelt. Bei der Tauchdüse gemäß der vorliegenden Erfindung wird folglich verhindert, daß nichtmetallische Einschlüsse wie Aluminiumoxid oder dergleichen am Bereich der oberflächlichen Schicht 2 der inneren Bohrung 1 anhaften und sich ansammeln. Die vorliegende Erfindung wird durch die Beispiele beschrieben.
Beispiele
Zu neun Teilen gemischter Materialien mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung wurde jeweils Phenolharz in pulverförmigen und flüssigen Zustand in einer Menge in einem Bereich von 5 bis 10 Gew.-% zugegeben und geknetet. Aus den so gekneteten Materialien wurde ein erster Formkörper (im nachhinein als Formkörper 1 bezeichnet) mit den Abmessungen 30 mm × 30 mm × 230 mm zur Untersuchung der Adhäsionsneigung von nichtmetallischen Einschlüssen wie Aluminiumoxid und der Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem geschmolzenen Stahl, ein zweiter Formkörper (im nachhinein als Formkörper 2 bezeichnet) mit einem Durchmesser der Abmessungen 50 mm × 20 mm zur Untersuchung der Permeabilität und ein dritter Formkörper (im nachhinein als Formkörper 3 bezeichnet) mit einem äußeren Durchmesser von 100 mm, einem inneren Durchmesser von 60 mm und einer Länge von 250 mm zur Untersuchung der Abplatzbeständigkeit entsprechend vorbereitet und dann in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer Temperatur innerhalb eines Bereiches von 1000 bis 1200°C gesintert, um die Proben Nr. 1 bis 9 vorzubereiten.
Die Proben Nr. 1 bis 5 (im nachfolgenden als „erfindungsgemäße Proben" bezeichnet) besitzen die chemischen Zusammensetzungen innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung und die Proben Nr. 6 bis 9 (im nachfolgenden als „Vergleichsproben" bezeichnet) besitzen die chemischen Zusammensetzungen außerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung.
Die physikalischen Eigenschaften (die Porosität und Schüttdichte) jeder der zuvor genannten erfindungsgemäßen Proben Nr. 1 bis 5 und der Vergleichsproben Nr. 6 bis 9 sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Abplatzbeständigkeit der durch den Formkörper 3 vorbereiteten erfindungsgemäßen Proben Nr. 1 bis 5 und Vergleichsproben Nr. 6 bis 9 wurden nach einem Aufheizen auf eine Temperatur von 1500°C für 30 Minuten in einem elektrischen Ofen und nachfolgendes schnelles Kühlen durch Wasser untersucht. Die daraus resultierenden Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Ein Erosionsverhältnis (%) und eine Adhäsionsneigung nichtmetallischer Einschlüsse wie beispielsweise Aluminiumoxid wurden durch die durch den Formkörper 1 vorbereiteten erfindungsgemäßen Proben Nr. 1 bis 5 und Vergleichsproben Nr. 6 bis 9 nach einem Eintauchen in geschmolzenen Stahl mit einer Temperatur von 1520°C für 180 Minuten und einem Aluminiumgehalt in einem Bereich zwischen 0,02 bis 0,05 Gew.-% untersucht. Die daraus resultierenden Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt.
Die Permeabilität der durch den Formkörper 2 vorbereiteten erfindungsgemäßen Proben Nr. 1 bis 5 und Vergleichsproben Nr. 6 bis 9 wurden nach einem Aufheizen auf eine Temperatur von 1500°C für 60 Minuten in einem elektrischen Ofen und nachfolgendes Kühlen untersucht. Die daraus resultierenden Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt.
Wie aus Tabelle 1 klar wird zeigen sämtliche erfindungsgemäßen Proben eine ausgezeichnete Abplatzbeständigkeit und die nichtmetallischen Einschlüsse wie beispielsweise Aluminiumoxid hafteten trotz der geringen Erosionsrate nicht an, wodurch ein Verengen oder Verstopfen der Stranggießdüse für geschmolzenen Stahl effektiv verhindert wird.
Bei den erfindungsgemäßen Proben ist es ebenfalls möglich, ein Einschließen von Luft durch das feuerfeste Material beim praktischen Gebrauch aufgrund der geringen Permeabilität zu verhindern.
Auf der anderen Seite ist es offensichtlich, daß die Vergleichsprobe Nr. 6 bezüglich der Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem geschmolzenen Stahl bemerkenswert geringwertig ist, obwohl eine geringe Menge Aluminiumoxid aufgrund des hohen Roseki-Gehaltes anhaftet.
Bei der Vergleichsprobe Nr. 7 ist die Adhäsionsneigung des Aluminiumoxid bemerkenswert groß, da diese einfaches Aluminiumoxid (Al₂O₃) und einfaches Silika (SiO₂) enthält, wobei das SiO₂ zersetzt wird und Sauerstoff in den Stahl liefert. Die Vergleichsprobe Nr. 8 ist bezüglich der Abplatzbeständigkeit bemerkenswert niederwertig, weist eine hohe Permeabilität auf und zeigt aufgrund des geringen Roseki-Gehaltes und des großen Aluminiumoxid-Gehaltes (Al₂O₃) ein Anziehen einer großen Menge nicht metallischer Einschlüsse wie Aluminiumoxid, obwohl das Mineral, welches Sauerstoff in den geschmolzenen Stahl liefert, entfernt wurde.
Bei der Vergleichsprobe Nr. 9, welche Graphit, Roseki und Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufweist, ist aufgrund des Graphitanteils die Aluminiumoxidanhaftung verhältnismäßig groß und die Metallanhaftung groß, wenn die Temperatur des geschmolzenen Stahls so niedrig ist wie 1520 ± 10°C.
Durch Nutzen der Stranggießdüse gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, ein stabiles Gießen ohne Zerstörung der feuerfesten Struktur durchzuführen, während ein Verengen oder Verstopfen der Bohrung, welches durch nicht metallischer Einschlüsse wie beispielsweise Aluminiumoxid verursacht wird, verhindert wird.
Mit der vorliegenden Erfindung wurden fünf bis sieben Chargen Stahl unter Nutzen einer einzigen Düse ohne Verstopfen gegossen, wobei 300 Tonnen eines niedrigkohlenstoffaluminiumgeimpften Stahls pro Charge durch einen Zweistrangrahmengießer stranggegossen wurden.
Währenddessen verstopfte die Düse bei einem Gießen von 2 bis 4 Chargen des Stahls mit einer herkömmlichen Düse und das Gießen mußte unterbrochen werden. Wie bereits zuvor erwähnt, war der Effekt dieser Erfindung bemerkenswert.

Claims

Stranggießdüse zum Gießen von geschmolzenem Stahl, wobei wenigstens eine oberflächliche Schicht einer inneren Bohrung der Stranggießdüse, welche mit geschmolzenem Stahl in Berührung gelangt, aus einem feuerfesten Material gebildet ist, welches aufweist: ein Aggregat, welches im wesentlichen aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) besteht oder ein Aggregat, welches Aluminiumoxid (Al₂O₃) als Hauptinhaltsstoff aufweist und dessen Schmelzpunkt wenigstens 1800° C beträgt in einem Gewichtsanteil von 15 bis 60 Gew.-% und Wachsstein als Ausgleich von 40 bis 85 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat kein Graphit enthält.
Stranggießdüse zum Gießen von geschmolzenem Stahl gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine oberflächliche Schicht einer inneren Bohrung der Stranggießdüse, welche mit geschmolzenem Stahl in Berührung gelangt, in einem Verfahren ausgebildet ist, in welchem ein Bindemittel zu einem feuerfesten Material hinzugegeben wird, welches 15 bis 60 Gew.-% eines im wesentlichen aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) bestehenden Aggregates oder eines Aggregates, welches als Hauptbestandteil Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufweist und dessen Schmelzpunkt wenigstens 1800° C beträgt, und Wachsstein als Ausgleich aufweist und daß das feuerfeste Material mit dem zugegebenen Bindemittel geknetet, geformt und in einer nicht oxidierenden Atmosphäre gesintert wird.
Stranggießdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischgewichtsverhältnis des Wachssteins mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser bis zu 250 μm bis zu 60 Gew.-% bezüglich des Gesamtgehaltes des Wachssteins beträgt.
Stranggießdüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wachsstein Pyrophyllit (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O) als dessen Hauptkomponente aufweist.
Stranggießdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wachsstein Wachsstein aufweist, welcher bei einer Temperatur von wenigstens 800° C kalziniert ist, um das darin enthaltene Kristallwasser zu entfernen.
Stranggießdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder ein hitzeaushärtendes Harz aufweist.