EP0071047B1 - Verfahren zur Herstellung von Gusskörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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- 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, preferably cooling elements for a metallurgical furnace, the castings being made of cast steel and the steel pipes being cast with an overheated cast steel melt and being filled with a granular, highly heat-conductive, refractory material before the casting.
- DE-A-2 903 104 already discloses a cooling element for a metallurgical furnace, in particular a blast furnace, with cooling element-guiding pipes made of steel cast into a cast body and a refractory lining which is anchored in the furnace-side end face of the cooling element in recesses running parallel to the broad side of the cooling element is, bekar nt, wherein the cast body is made of cast steel and the superheating heat of the liquid cast steel body is arranged at a distance from the cooling pipes to be cast.
- the cooling tubes are filled with high-melting, granular material with high thermal conductivity before the encapsulation.
- Zirconium oxide, chromium oxide or a mixture with a proportion of more than 20% of these oxides is used as the granular material. If cooling elements are produced according to this known method, some of the cast-in pipes which are intended to carry the cooling liquid, as practice has shown, have leaks.
- 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 in a mixture of magnesite (sintered magnesite), corundum, sintered alumina, chromite, SiC, Si 3 N «is used as the pipe filler and the steel pipes to be poured in are full on the pipe surface overlying pipe segments or pipe shells made of steel, the steel pipe segments or steel pipe shells cover one third to one half of the steel pipe surface, the pipe segments or shells are only placed on the cast top and only a minimal air gap remains between the steel pipe surface and steel pipe segments or shells.
- 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.
- the fired magnesite ⁇ 75% MgO, preferably ⁇ 90% MgO, the chromite ⁇ 30% Cr 2 0 3 , preferably ⁇ 40% Cr 2 0 3 , the corundum and the sintered alumina ⁇ 90% A1 2 0 should preferably be used as the composition of the pipe filler 3 , preferably ⁇ 95% A1 2 0 3 contain and the materials obtained in a natural or synthetic way should be typical impurities, such.
- the granular tube filler has the most dense spherical packing possible due to its grain size composition. H. 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 and 3 mm, preferably between 0 and 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 ones high-alloy cast steel, e.g. B. can be used for heat-resistant and / or scale-resistant castings:
- ventilation bores in the steel pipe segments or shells and beveled edges cause optimal casting gas discharge and facilitate the formation of a small air gap between the pipe to be poured in and the steel pipe segments or shells placed thereon.
- 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. from A1 2 0 3 , is coated.
- the steel tube is filled with a sintered magnesite 4 with a grain size of 0-0.5 mm.
- the table shows the chemical composition and grain size distribution of the sintered magnesite.
- the cast body 1 surrounding the steel tube 2 has the following chemical composition:
- the casting temperature is approx. 1520-1550 ° C.
- the steel pipe to be poured corresponds to the material St 35.8 / 11 according to DIN 17 175.
- Fig. 2 shows in detail the steel pipe 2 to be poured in with its approximately 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 steel pipe shell 5 includes the periphery of the steel pipe 2 is about 1/3 and is located, as shown in Fig. 1 shows, at the position denoted by "a" Gußobenseite.
- the thickness of the steel tube shell 5 corresponds approximately to that of the steel tube to be cast, namely approximately 8 mm.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein 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.
- Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern mit eingegossenen Rohren aus Stahl, die z. B. als Kühlelemente für die Wände von metallurgischen Öfen, z. B. Hochöfen, Verwendung finden, sind bekannt. Für die Kühlelemente wird als Gußwerkstoff üblicherweise Grauguß mit unterschiedlichster Graphitausbildung verwendet. Der Werkstoff, aus dem die Kühlrohre hergestellt werden, weist je nach Funktion eine definierte Stahlzusammensetzung auf (vgl. DE-B1-2 719 165, DE-A-3 013 560). Aufgrund der unterschiedlichen Liquidustemperaturen von Grauguß und Stahlrohrwerkstoff treten beim Umgießen der Stahlrohre mit Grauguß in einem solchermaßen aufgebauten Kühlelement keine nennenswer ten gießtechnischen Probleme auf. Die zu umgießenden Stahlrohre benötigen normalerweise keinen Rohrfüllstoff; sie sind jedoch in jedem Falle gegen Aufkohlung auf der Außenseite durch eine geeignete Beschichtung zu schützen.
- Aus DE-A-2 903 104 ist bereits ein Kühlelement für einen metallurgischen Ofen, insbesondere Hochofen, mit in einen Gußkörper eingegossenen kühlelementführenden Rohren aus Stahl und einer feuerfesten Auskleidung, die in der ofenseitigen Stirnfläche des Kühlelementes in parallel zur Breitseite des Kühlelementes verlaufenden Ausnehmungen verankert ist, bekar nt, wobei der Gußkörper aus Stahlguß besteht und im Abstand von den zu umgießenden Kühlrohren die Überhitzungswärme des flüssigen Stahlgusses aufnehmende Körper angeordnet sind. Zur Herstellung dieser Kühlelemente werden die Kühlrohre vor dem Umgießen mit hochschmelzenden, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden körnigen Material gefüllt. Als körniges Material wird dabei Zirkonoxid, Chromoxid oder ein Gemenge mit einem Anteil von mehr als 20% dieser Oxide verwendet. Werden Kühlelemente nach diesem bekannten Verfahren hergestellt, so weist ein Teil der eingegossenen Rohre, die die Kühlflüssigkeit führen sollen, wie die Praxis gezeigt hat, 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, Si3N« als Rohrfüllstoff verwendet wird und die einzugießenden Stahlrohre mit auf der Rohroberfläche satt aufliegenden Rohrsegmenten oder Rohrschalen aus Stahl versehen werden, die Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen ein Drittel bis eine Hälfte der Stahlrohroberfläche bedecken, die Rohrsegmente oder -schalen nur auf der Gußoberseite aufgelegt werden und zwischen Stahlrohroberfläche und Stahlrohrsegmenten oder -schalen nur ein minimaler Luftspalt verbleibt. In bevorzugter Weise werden als körniges Material Mischungen aus gebranntem Magnesit mit bis zu je 30% 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 bevorzugterweise der gebrannte Magnesit ≥75% MgO, vorzugsweise ≥90% MgO, der Chromit ≥30% Cr203, vorzugsweise ≥40% Cr203, der Korund und die Sintertonerde ≥90% A1203, vorzugsweise ≥95% A1203 enthalten und die auf natürliche oder synthetische Art gewonnenen Materialien sollen als Rest typische Verunreinigungen, z. B. an Si02, AI203, CaO, MgO, Fe203/FeO 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 0 bis 3 mm, vorzugsweise zwischen 0 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, in der keramischen Industrie bekannte, chemische Mittel mit ähnlicher Wirkung zugesetzt.
- Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere darin zu sehen, daß nunmehr durchgehend dichte Kühlrohre in den Gußkörpern vorliegen, da der in die Stahlrohre 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 nachfolgend angegebenen Grenzen variieren, da neben unlegiertem auch hochlegierter Stahlguß, z. B. für warmfeste und/oder zunderbeständige Gußteile zum Einsatz gelangen kann:
- Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen
- In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens 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 Ausführungsbeispiels 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 A1203, überzogen ist. Das Stahlrohr ist mit einem Sintermagnesit 4 der Körnung 0-0,5 mm dicht verfüllt. In der Tabelle ist die chemische Zusammensetzung und Korngrößenverteilung des Sintermagnesits aufgeführt.
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- Der das Stahlrohr 2 umgebende Gußkörper 1 hat folgende chemische Zusammensetzung:
- Die Gießtemperatur beträgt ca. 1520-1550° C.
- Das einzugießende Stahlrohr entspricht dem Werkstoff St 35.8/11 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 einzugießenden Stahlrohres, nämlich etwa 8 mm.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern (1) mit eingegossenen Rohren (2) aus Stahl, vorzugsweise Kühlelemente für einen metallurgischen Ofen, wobei die Gußkörper (1) aus Stahlguß bestehen und die Stahlrohre (2) mit einer überhitzten Stahlgußschmelze umgossen und vor dem Umgießen mit einem körnigen, hochwärmeleitfähigen feuerfesten Material (4) verfüllt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als körniges Material (4) einzeln oder zu mehreren als Gemisch gebrannter Magnesit (Sintermagnesit), Korund, Sintertonerde, Chromit, SiC, Si3N4 als Rohrfüllstoff verwendet wird und die einzugießenden Stahlrohre (2) mit auf der Rohroberfläche satt aufliegenden Rohrsegmenten oder Rohrschalen (5) aus Stahl versehen werden, die Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen (5) ein Drittel bis eine Hälfte der Stahlrohroberfläche (2) bedecken, die Rohrsegmente oder -schalen (5) nur auf der Gußoberseite aufgelegt werden und zwischen Stahlrohroberfläche (2) und Stahlrohrsegmenten oder -schalen (5) nur ein minimaler Luftspalt verbleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als körniges Material Mischungen ausgebranntem 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.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gebrannte Magnesit ≥75% MgO. vorzugsweise ≥90% MgO, der Chromit 2:30% Cr203, vorzugsweise ≥40% Cr203. der Korund und die Sintertonerde ≥90% A1203, vorzugsweise ≥95% Al2O3 enthält und die auf natürliche oder synthetische Art gewonnenen Materialien als Rest typische Verunreinigungen, z. B. an SiO2. AI203, CaO, MgO, Fe203/FeO in möglichst geringer Menge aufweisen.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung des Rohrfüllstoffes zwischen 0 bis 3 mm, vorzugsweise zwischen 0 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, in der keramisehen Industrie bekannte, chemische Mittel mit ähnlicher Wirkung zugesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der aufzulegenden Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen (5) das 1/2- bis 3fache derjenigen der einzugießenden Stahlrohre (2) beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlrohrsegmente oder Stahlrohrschalen (5) mit Bohrungen (6) und Abschrägungen (7) versehen werden.
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