EP0071047A2 - Verfahren zur Herstellung von Gusskörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl - Google Patents

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EP0071047A2 EP82106016A EP82106016A EP0071047A2 EP 0071047 A2 EP0071047 A2 EP 0071047A2 EP 82106016 A EP82106016 A EP 82106016A EP 82106016 A EP82106016 A EP 82106016A EP 0071047 A2 EP0071047 A2 EP 0071047A2
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castings
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Heinz-Ludwig Ing. grad. Bücking
Christoph Ing. Grad. Knoche
Wilhelm Sieweke
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Hoesch AG
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Hoesch Werke AG
Hoesch AG
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0072—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making objects with integrated channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of castings with cast steel pipes, the castings made of cast steel and the steel pipes cast with an overheated cast steel melt and filled with a granular, highly heat-conductive refractory material before casting.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, in which the disadvantages of the known methods are avoided and by means of which, in particular, the cooling tubes made of steel are embedded in the cast body.
  • the granular material used individually or as a mixture of magnesite (sintered magnesite), corundum, sintered alumina, chromite, SiC, Si 3 N 4 is used as the pipe filler.
  • Mixtures of fired magnesite with up to 30% each of an addition of one or more other granular materials as tube filler are preferably used as the granular material. It is also advantageous to use a mixture of technically pure SiC and Si 3 N 4 in any mixing ratio as tube filler.
  • composition of the tube filler should preferably the calcined magnesite ⁇ 75% MgO, preferably ⁇ 90% MgO, the chromite ⁇ 3 0% Cr 2 0 31, preferably ⁇ 40% Cr 2 0 3, the corundum and the sintered alumina ⁇ 90% Al 2 Contain O 3 , preferably ⁇ 95% Al 2 O 3 and the materials obtained in a natural or synthetic way are said to be typical impurities as the remainder eg on Si0 2 , Al 2 O 3 , CaO, M g O, Fe 2 0 3 / Fe0 in the smallest possible amount.
  • the granular tube filler has the most dense spherical packing possible due to its grain size composition, i.e. that a minimal void fraction is present, which would significantly reduce the otherwise high thermal conductivity of the materials used according to the invention.
  • the grain size of the pipe filler is between 0 to 3 mm, preferably between 0 to 1 mm.
  • composition of the cast steel melts to be used in the process can vary depending on the intended use within the limits specified below, since in addition to unalloyed and high-alloy cast steel, for example for heat-resistant and / or scale-resistant castings can be used.
  • the above-mentioned object is achieved in a process for the production of castings with cast-in steel pipes, the castings being made of cast steel and the steel pipes being cast with an overheated cast steel melt, so that the steel pipes to be poured in are provided with pipe segments which lie snugly on the pipe surface or Pipe shells made of steel are provided so that only a minimal air gap remains between the steel pipe surface and steel pipe segments or shells.
  • the steel pipe segments or steel pipe shells only cover 1/3 - 1/2 of the steel pipe surface and are only placed on the upper side of the casting.
  • the wall thickness of the steel pipe segments or steel pipe shells to be placed is expediently 1/2 to 3 times that of the pipes to be cast in.
  • FIG. 1 shows a cast body in section
  • FIG. 2 shows a section on an enlarged scale according to II-II in FIG. 1.
  • a steel tube 2 is inserted, which with a thin surface coating 3 (Fig. 2), for . B. made of Al 2 O 3 .
  • the steel tube is filled with a sintered magnesite 4 with a grain size of 0.5 mm.
  • the cast body 1 surrounding the steel tube 2 has the following chemical composition:
  • the casting temperature is approx. 152 0 - 155 ° C.
  • the steel pipe to be poured corresponds to material St 35.8 / II according to DIN 17 175.
  • Fig. 2 shows in detail the steel pipe 2 to be poured in with its approx. 50-200 ⁇ m thick coating 3, the pipe filler 4 and a steel pipe shell 5 placed thereon, which is provided with bores 6 and bevels on the edges 7.
  • the tubular steel shell 5 comprises approximately 1/3 of the circumference of the tubular steel 2 and, as can be seen from FIG. 1, is located on the upper side of the casting marked "a".
  • the thickness of the steel tube shell 5 corresponds approximately to that of the steel tube to be poured in, namely approximately 8 mm.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl, vorzugsweise von Kühlelementen für einen metallurgischen Ofen, wobei die Gußkörper aus Stahlguß bestehen und die Stahlrohre mit einer überhitzten Stahlgußschmelze umgossen und vor dem Umgießen mit einem körnigen, hochwärmeleitfähigen feuerfesten Material verfüllt werden, um zu vermeiden, daß Undichtigkeiten bei den eingelassenen Stahlrohren auftreten, wird als körniges Material einzeln oder zu mehreren ein Gemisch aus gebranntem Magnesit (Sintermagnesit), Korund, Sintertonerde, Chromit, SiC, Si3N4 als Rohrfüllstoff verwendet. Vorzugsweise werden ferner die einzugießenden Stahlrohre mit auf der Rohroberfläche satt aufliegenden Rohrsegmenten oder Rohrschalen aus Stahl versehen, so daß zwischen Stahlrohroberfläche und Stahlrohrsegmenten oder -schalen nur ein minimaler Luftspalt verbleibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl, wobei die Gußkörper aus Stahlguß bestehen und die Stahlrohre mit einer überhitzten Stahlgußschmelze umgossen und vor dem Umgießen mit einem körnigen, hochwärmeleitfähigen feuerfesten Material verfüllt werden.
  • Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl, die z.B. als Kühlelemente für die Wände von metallurgischen öfen, z.B. Höchöfen, Verwendung finden, sind bekannt. Für die Kühlelemente wird als Gußwerkstoff üblicherweise Grauguß mit unterschiedlichster Grafitausbildung verwendet. Der Werkstoff, aus dem die Kühlrohre hergestellt werden, weist je nach Funktion eine definierte Stahlzusammensetzung auf (vgl. DE-AS 27 19 165, DE- 3o 13 560, A 1). Aufgrund der unterschiedlichen Liquidustemperaturen von Grauguß und Stahlrohrwerkstoff treten beim Umgießen der Stahlrohre mit Grauguß in einem solchermaßen aufgebauten Kühlelement keine nennenswerten gießtechnischen Probleme auf. Die zu umgießenden Stahlrohre benötigen normaler Weise keinen Rohrfüllstoff; sie sind jedoch in jedem Fall gegen Aufkohlung auf der Außenseite durch eine geeignete Beschichtung zu schützen.
  • Wird jedoch anstelle von Grauguß Stahlguß als Gußwerkstoff verwendet, so.wie in der DE-OS 29 o3 lo4 für ein Kühlelement für einen metallurgischen Ofen beschrieben, so ergeben sich für das Umgießen von Rohren aus Stahl erhebliche gießtechnische und metallurgische Probleme. Zur Beseitigung dieser Probleme wird in der genannten DE-OS vorgeschlagen, Körper aus Stahl oder Stahlguß zwischen den Kühlrohren anzuordnen, die die Uberhitzungswärme des flüssigen Stahlgusses aufnehmen sollen. Ferner sollen die Kühlrohre nach dem Stand der Technik vor dem Umgießen mit flüssigem Stahlguß mit einem hochschmelzenden, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden körnigen Material gefüllt werden. Als körniges Material ist dabei Zirkonoxid und Chromoxid oder ein Gemenge dieser Stoffe genannt. Werden Kühlelemente nach diesem bekannten Verfahren hergestellt, so weist ein Teil der eingegossenen Rohre, die die Kühlflüssigkeit führen sollen, Undichtigkeiten auf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden und mittels dessen insbesondere die in die Gußkörper eingelassenen Kühlrohre aus Stahl dicht sind.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß als körniges Material einzeln oder zu mehreren als Gemisch gebrannter Magnesit (Sintermagnesit), Korund, Sintertonerde, Chromit, SiC, Si3N4 als Rohrfüllstoff verwendet wird. In bevorzugter Weise werden als körniges Material Mischungen aus gebranntem Magnesit mit bis zu je 3o% eines Zusatzes eines oder mehrerer anderer körniger Materialien als Rohrfüllstoff verwendet. Mit Vorteil ist ferner eine Mischung von technisch reinem SiC und Si3N4 in beliebigem Mischungsverhältnis als Rohrfüllstoff zu verwenden. Als Zusammensetzung des Rohrfüllstoffes soll bevorzugter Weise der gebrannte Magnesit ≥ 75% MgO, vorzugsweise ≥ 90% MgO, der Chromit ≥ 30% Cr2031 vorzugsweise ≥ 40% Cr203, der Korund und die Sintertonerde ≥ 90% Al2O3, vorzugsweise ≥ 95% Al2O3 enthalten und die auf natürliche oder synthetische Art gewonnenen Materialien sollen als Rest typische Verunreinigunge z.B. an Si02, Al2O3, CaO, MgO, Fe203/Fe0 in möglichst geringer Menge aufweisen.
  • Mit Vorteil weist ferner der körnige Rohrfüllstoff von seiner Korngrößenzusammensetzung her eine möglichst dichte Kugelpackung auf, d.h. daß ein minimaler Hohlraumanteil vorhanden ist, der die ansonsten hohe Wärmeleitung der erfindungsgemäß eingesetzten Materialien deutlich erniedrigen würde. Zu diesem Zweck liegt die Körnung des Rohrfüllstoffes zwischen o bis 3 mm, vorzugsweise zwischen o bis 1 mm.
  • Zur Erzielung einer guten Verdichtung des Rohrfüllstoffes innerhalb der einzugießenden Stahlrohre im trockenen oder feucht bis flüssigen Zustand ist neben den zu treffenden körnungstechnischen Maßnahmen der Zusatz von die Fließfähigkeit positiv beeinflussenden Mitteln, wie sie.z.B. auch in der grob- und feinkeramischen Industrie zum Einsatz gelangen, angezeigt. In weiterer Ausbildung der Erfindung werden daher dem Rohrfüllstoff organische und/oder anorganische Dispergier-, Verflüssigungs-, Plastifizierungsmittel, Binder sowie andere chemische Mittel mit ähnlicher Wirkung in entsprechender Dosierung zugesetzt.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere darin zu sehen, daß nunmehr durchgehend dichte Kühlrohre in den Gußkörpern vorliegen, da der in die Stahlrohr eingefüllte Rohrfüllstoff bei der herrschenden Gießtemperatur für unlegierten bis hochlegierten Stahlguß, die üblicherweise 20 - 100°C oberhalb der Liquidustemperatur liegt, kaum schwindet oder sintert, der Kornaufbau eine gute Verdichtung ermöglicht und nicht oder nur unwesentlich zur Auf- oder Entkohlung des Stahlrohrwerkstoffes führt.
  • Die Zusammensetzung der bei dem Verfahren einzusetzenden Stahlgußschmelzen kann je nach Verwendungszweck in den unten angegebenen Grenzen variieren, da neben unlegiertem auch hochlegierter Stahlguß, z.B. für warmfeste und/oder zunderbeständige Gußteile zum Einsatz gelangen kann.
    Figure imgb0001
  • In gleicher Weise dient zur Lösung der vorgenannten Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl, wobei die Gußkörper aus Stahlguß bestehen und die Stahlrohre mit einer überhitzten Stahlgußschmelze umgossen werden, daß die einzugießenden Stahlrohre mit auf der Rohroberfläche satt aufliegenden Rohrsegmenten oder Rohrschalen aus Stahl versehen werden, so daß zwischen Stahlrohroberfläche und Stahlrohrsegmenten oder -schalen nur ein minimaler Luftspalt verbleibt. In bevorzugter Weise bedecken die Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen nur 1/3 - 1/2 der Stahlrohroberfläche und werden nur auf der Gußoberseite aufgelegt. Zweckmäßiger Weise beträgt die Wandstärke der aufzulegenden Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen das 1/2 bis 3-fache derjenigen der einzugießenden Rohre. Die Werkstoffqualität der Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen spielt dabei eine untergeordnete Bedeutung. Schließlich bewirken Entlüftungsbohrungen in den Stahlrohrsegmenten oder -schalen sowie Kantenabschrägungen eine optimale Gießgasableitung und erleichtern die Bildung eines geringen Luftspaltes zwischen einzugießendem Rohr und aufgelegten Stahlrohrsegmenten oder -schalen.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Gußkörper im Schnitt und Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab nach II - II in Fig. 1 zeigen.
  • In eine Gießform, die zum Abguß des in Fig. 1 dargestellten Gußkörpers 1 bestimmt ist, wird ein Stahlrohr 2 eingelegt, das mit einer dünnen Oberflächenbeschichtung 3 (Fig. 2), z.B. aus Al2O3, überzogen ist. Das Stahlrohr ist mit einem Sintermagnesit 4 der Körnung o - o,5 mm dicht verfüllt.
  • In derTabelle ist die chemische Zusammensetzung und Korngrößenverteilung des Sintermagnesites aufgeführt.
    • Chemische Zusammensetzung
  • SiO2 0,8 %; Al2O3: 0,3% Fe203: 0,2 %; CaO: 2,3 %; MgO: 96 %
    • Korngrößenverteilung
  • o,5 - 0,25 mm 23 % o,25 - o,12 mm 27 % 0,12 - o mm 50 %
  • Der das Stahlrohr 2 umgebende Gußkörper 1 hat folgende chemische Zusammensetzung:
    Figure imgb0002
  • - Die Gießtemperatur beträgt ca. 1520 - 155°C.
  • Das einzugießende Stahlrohr entspricht dem Werkstoff St 35.8/II gemäß DIN 17 175.
  • Fig. 2 zeigt im Detail das einzugießende Stahlrohr 2 mit seiner ca. 50 - 200 µm starken Beschichtung 3, dem Rohrfüllstoff 4 und einer aufgelegten Stahlrohrschale 5, die mit Bohrungen 6 und Abschrägungen an den Kanten 7 versehen ist. Die Stahlrohrschale 5 umfaßt etwa 1/3 des Umfanges des Stahlrohres 2 und befindet sich, wie aus Fig. 1 hervorgeht, auf der mit "a" bezeichneten Gußobenseite. Die Stärke der Stahlrohrschale 5 entspricht im bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa der des einzugeießenden Stahlrohres, nämlich etwa 8 mm.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl, vorzugsweise Kühlelemente für einen metallurgischen Ofen, wobei die Gußkörper aus Stahlguß bestehen und die Stahlrohre mit einer überhitzten Stahlgußschmelze umgossen und vor dem Umgießen mit einem körnigen, hochwärmeleitfähigen feuerfesten Material verfüllt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als körniges Material einzeln oder zu mehreren als Gemisch gebrannter Magnesit (Sintermagnesit), Korund, Sintertonerde, Chromit, SiC, Si3N4 als Rohrfüllstoff verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als körniges Material Mischungen aus gebranntem Magnesit bis zu je 30% eines Zusatzes eines oder mehrerer körniger Materialien als Rohrfüllstoff verwendet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von technisch reinem SiC und Si3N4 in beliebigem Mischungsverhältnis als Rohrfüllstoff verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn- Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gebrannte Magnesit ≥ 75% MgO, vorzugsweise ≥ 90% MgO, der Chromit ≥ 30% Cr203, vorzugsweise ≥ 40% Cr2O3' der Korund und die Sintertonerde ≥ 90% Al2O3' vorzugsweise ≥ 95% Al203 enthält und die auf natürliche oder synthetische Art gewonnenen Materialien als Rest typische Verunreinigungen, z.B. an SiO2' Al2O3' CaO, MgO, Fe2O3/FeO in möglichst geringer Menge aufweisen.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung des Rohrfüllstoffes zwischen o bis 3 mm, vorzugsweise zwischen o bis 1 mm liegt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß organische und/oder anorganische Dispergier-, Verflüssigungs-, Plastifizierungsmittel, Binder sowie andere chemische Mittel mit ähnlicher Wirkung zugesetzt werden.
7. Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl, vorzugsweise Kühlelemente für einen metallurgischen Ofen, wobei die Gußkörper aus Stahlguß bestehen und die Stahlrohre mit einer überhitzten Stahlgußschmelze umgossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzugießenden Stahlrohre mit auf der Rohroberfläche satt aufliegenden Rohrsegmenten oder Rohrschalen aus Stahl verseheri werden, so daß zwischen Stahlrohroberfläche und Stahlrohrsegmenten oder -schalen nur ein minimaler Luftspalt verbleibt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen nur 1/3 - 1/2 der Stahlrohroberfläche bedecken.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrsegmente oder Rohrschalen nur auf der Gußoberseite aufgelegt werden.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der aufzulegenden Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen das 1/2- bis 3-fache derjenigen der einzugießenden Rohre beträgt.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen mit Bohrungen und Abschrägungen versehen werden.
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