EP0215789A1 - Keramischer ausguss. - Google Patents

Keramischer ausguss.

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EP0215789A1
EP0215789A1 EP85902956A EP85902956A EP0215789A1 EP 0215789 A1 EP0215789 A1 EP 0215789A1 EP 85902956 A EP85902956 A EP 85902956A EP 85902956 A EP85902956 A EP 85902956A EP 0215789 A1 EP0215789 A1 EP 0215789A1
Authority
EP
European Patent Office
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insert
spout
casing
spout according
space
Prior art date
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Granted
Application number
EP85902956A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0215789B1 (de
Inventor
Klaus Hagenburger
Ernst Mueller
Werner Schattner
Hans Georg Rosenstock
Peter Walter Valentin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hagenburger Feuerfeste Produkte fur Giessereien U
Original Assignee
CHAMOTTE- und TONWERK KURT HAGENBURGER
HAGENBURGER CHAMOTTE TON
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by CHAMOTTE- und TONWERK KURT HAGENBURGER, HAGENBURGER CHAMOTTE TON filed Critical CHAMOTTE- und TONWERK KURT HAGENBURGER
Priority to AT85902956T priority Critical patent/ATE32668T1/de
Publication of EP0215789A1 publication Critical patent/EP0215789A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0215789B1 publication Critical patent/EP0215789B1/de
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-nozzles

Definitions

  • the invention relates to a ceramic spout for casting a molten metal.
  • the idea of the invention described in the German Offenlegungsschrift was based on the idea of offering a spout which does not lead to an enlargement of the spout cross-sections, which would have the following disadvantages: on the one hand, the casting speed is changed largely uncontrollably, and on the other hand, wear the tear-off edge at the spout has the disadvantage that there is a so-called "flutter" of the pouring jet, combined with an undesirable surface enlargement, which favors the 0 2 absorption.
  • the casing consists of inexpensive refractory materials, for example chamotte, while the more wear-resistant sleeves are made of zirconium oxide and high-alumina materials.
  • the invention is based on the object of proposing a ceramic spout or a spout device for carrying out a metal melt in which erosions of the refractory material and / or formation of solid, oxidic phases is prevented.
  • the spout or the complete spout device should both be sufficiently wear-resistant to be used in multiple sequence casting, but it should also be easy to manufacture and use.
  • the invention provides a ceramic spout for casting a molten metal with an at least partial outer covering made of a temperature-resistant material and an inner insert made of an erosion-resistant refractory material, the covering and insert being arranged at a distance from one another and the distance between the surfaces delimiting the space on both sides the covering or the insert is greater than or equal to the maximum thermal expansion of the corresponding materials of the covering and insert during use.
  • the space between the inner wall of the casing and the outer wall of the insert is preferably at least partially filled with one or more materials which are combustible at temperatures below those achievable in the room with a reduction in volume.
  • the different thermal parameters of the refractory materials used are taken into account.
  • the inventive design of the spout can cause mechanical stresses in use or at contact points or at contact surfaces between Wrapping and insert are avoided by allowing the insert material to expand freely, filling the space between the cover and insert more and more.
  • the invention provides that the space between the inner wall of the casing and the outer wall of the insert is at least partially filled with a material.
  • This material should meet the condition that it is at temperatures below that in this
  • Range is combustible.
  • combustible is understood to mean any type of change in state involving volume reduction, so that, for example, gasifiable, coking, evaporable or volatilizing materials can be used. This ensures that the refractory materials can expand without hindrance after the start of casting, since the filler material burns out at an appropriate time. The filling material can no longer provide mechanical resistance, so that strength-reducing tensions can be avoided.
  • the material is a combustible material that is largely free of residues, preferably an ash-free combustible material.
  • Ashless materials are understood to mean, in particular, those which have an ash content of less than 0.5 percent by weight, based on the original material weight.
  • the distance between the surfaces of the casing or the insert delimiting the space on both sides can be greater than or equal to the maximum thermal expansion of the corresponding materials.
  • the outer wall of the insert in extreme cases rests against the inner wall of the casing. It is then not only advantageous if an ash-free combustible filling material is used, but also the corresponding surfaces of the insert and casing are as smooth as possible in order to avoid stresses caused by uneven surface coverings.
  • the insert is preferably stabilized in its position by the filler material in the casing.
  • the generic term "ceramic spout” is understood to mean any spout that can be carried out serves a molten metal.
  • An example of this is a dip spout for continuous casting plants.
  • Both the so-called shadow pipe between the ladle and the tundish and the pure immersion pipe, and finally the inlet part adjoining the tundish, can be designed in the manner according to the invention.
  • the inlet part and the immersion tube can be designed as a one-piece component which is at least partially surrounded by the covering.
  • the term “ceramic spout” refers to individual parts and any combination of parts of such spouts.
  • the invention provides various embodiments for the arrangement of the insert in the casing.
  • the insert can be connected to the casing via one or more support elements and / or holding elements. These can be arranged as a flange at the end of the insert or the casing and can engage in corresponding receptacles of the corresponding part of the spout or rest there.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the insert is provided with an outer flange at the end, by means of which it is suspended in the casing. Such an embodiment will be particularly suitable for tubular spouts (immersion spouts).
  • Wrapping and / or insert can also be designed conically tapered downwards, so that there is automatically a guide for use in the wrapper.
  • An alternative embodiment provides that the casing is divided in the longitudinal direction and surrounds the insert provided with an outer flange on both free end faces.
  • the erosion-resistant refractory material of the insert is preferably selected from the refractory products whose free Gibbs enthalpy has a high negative value in the chemical formation reaction, so that stable compounds are available. These include CaO, MgO, BeO and ZrO 2 ; however, soaked refractory products which prevent oxidation or synthetic resin-bonded materials can also be used, preferably those which give a stable carbon compound when used.
  • the covering for example chamotte, alumina graphite, amorphous silica, mullite, mullite graphite or zirconium silicate.
  • the covering is also preferably made from the materials specified above for use.
  • Pore-rich and foamed materials are preferred, which on the one hand guarantee an exact fit of the insert in the casing, but on the other hand also have lower ash contents due to their lower solids content, for example foamed plastics, epoxy resins etc.
  • formaldehyde resins or various waxes can also be used.
  • formaldehyde resins or various waxes can also be used.
  • the filling material is produced as a finished part, for example in the form of rings or sleeves, and is pushed, inserted, glued or stapled onto the insert before the insert and the casing are put together.
  • the invention also proposes a spout-stopper combination, with a spout according to the invention of the type described above and an associated stopper, the Stopper at least on the surface that comes into contact with the spout (the sealing area) is made of the same material as the spout in the corresponding inlet area, preferably therefore of the materials mentioned CaO, MgO, ZrO 2 or BeO.
  • the stopper can either be provided with a corresponding coating on the surface, but the stopper can also be constructed in its entire head region from this material, while the upper part of the stopper consists of conventional refractory qualities, for example an alumina graphite.
  • the entire stopper with stopper head can consist entirely of the refractories mentioned.
  • a connection by gluing, screwing or the like is possible.
  • sintering by firing together is also possible.
  • the invention also proposes to design the stopper at least in the part that comes into contact with the spout to correspond to the spout according to the invention.
  • the stopper then has a covering made of an erosion-resistant refractory material and an insert made of a temperature-resistant material which is spaced therein (inside). The advantages described for the spout then apply accordingly to the stopper.
  • FIG. 1 shows a ceramic spout according to the invention as a dip spout for continuous casting plants in longitudinal section 2 shows a further embodiment of a diving spout according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of an immersion tube according to FIG. 1
  • FIG. 4 Another embodiment of an immersion tube according to the invention in longitudinal section
  • FIG. 6 A spout according to the invention with a ball head inlet part
  • FIG. 7 A spout-stopper combination according to the invention with a mono-dip spout and an associated stopper in a schematic representation in longitudinal section
  • the immersion spout according to FIG. 1 consists of an outer, cylindrical casing 10 and a likewise cylindrical insert 11 arranged therein.
  • the casing 10 and the insert 11 face the inlet part 14 of the tundish, while their lower free end regions 15 and 16 face the mold arranged underneath.
  • the upper free end of the envelope 10 is designed in an outwardly angled step shape, wherein in addition to an end-side support surface 17, two further stepped steps 18, 19 with two substantially perpendicular to the
  • Support surfaces 18a, 19a extending longitudinally of the envelope 10 are provided. With the exception of the stepped upper end region 12, the remaining part of the envelope 10 is formed over its entire length as a cylindrical body with a constant wall thickness.
  • one or more outer surfaces can be slightly conical in order to be able to pull the covering 10 off the tool more easily.
  • the insert 11 of the immersion spout is placed or suspended on the support surface 19a formed by the step 19 of the casing 10.
  • the upper free end 13 of the insert 11 is provided with an outwardly directed annular flange 23.
  • the ring flange 23 is selected so that the outer surface 21 of the insert 11 is everywhere at the same distance from the inner surface 20 of the casing 10 after it has been suspended in the casing 10.
  • a material 25 is filled in the area of the step 19 in the space between the casing 10 and the insert 11, which material burns at temperatures below those achievable in this area.
  • a light, compressible, fireproof cotton wool can also be used as material 25.
  • a corresponding material strip 25a is also placed on the end-side support surface 23a of the ring flange 23, as will be described in more detail below.
  • both the material strip 25a in the region of the flange 23 and the material strip 27 in the lower region of the space 26 are placed on the insert 11 as prefabricated parts before the insert 11 is inserted into the casing 10 , which simplifies the assembly of the entire diving spout.
  • One variant provides for the outside of the lower part of the casing 10, which lies in the molten steel, to be reinforced with a refractory material such as zirconium oxide in order to prevent erosion, in particular in the contact area between the casing and casting powder.
  • a refractory material such as zirconium oxide
  • Both the casing 10 and the insert 11 are made of refractory materials.
  • refractory materials For example, while chamotte qualities, alumina-graphite mixtures or amorphous silica can be used for the casing 10 in addition to zirconium silicate or mullite, the erosion and corrosion-resistant refractory feedstock is preferably selected from the group of substances whose free Gibbs enthalpy in the chemical formation reaction has the highest possible negative value. These materials have proven to be particularly favorable in terms of erosion resistance and the avoidance of build-up, since the connections are very stable. In addition to MgO, ZrO 2 and BeO or CaO, for example, are suitable materials. These materials have a high surface tension in »solid condition, which should also be responsible for the good behavior in the casting operation.
  • the thermal expansion of the materials used can be easily determined in order to subsequently calculate the necessary gap width of the room 26. This is to ensure that there is no pressing of the outer wall 21 of the insert 11 and the inner wall 20 of the sheath 10 even at maximum thermal expansion of the insert or wrapping material, so that tension problems in this area can be reliably avoided.
  • the gap width of the space 26 is preferably selected so that even after maximum thermal expansion in this area there remains a remaining distance between the insert 11 and the casing 10.
  • Ash-free burning substances are preferably used for the filling material 25, 27, for example paper and cardboard qualities, polyvinyl chlorides, formaldehyde resins or waxes which can be burned largely without residues.
  • the immersion nozzle is attached to the tundish nozzle forming the inlet part 14 by placing it on holding pins 33 below the stepped end 12 and additionally connecting it to the inlet part 14 via a refractory cement 30.
  • the lower free end of the inlet part 14 is designed in a step-like manner corresponding to the design of the immersion spout.
  • the refractory cement 30 is filled between the corresponding contact surfaces 29, 28 of the immersion nozzle or the inlet part 14, with the exception of the area above the ring flange 23 of the insert 11, in which, as described, the combustible material is inserted. Due to the material layers 25, 25a between insert 11 and casing 10, their free mobility is secured against each other. Plastic putty that has good adhesive properties is preferably used. The putty 30 also enables an airtight connection between the immersion tube and the inlet part.
  • the putty has the property of curing during the preheating of the entire device.
  • the particular advantageous effects of a spout produced according to the invention then appear.
  • the insert 11 could no longer expand freely if the space 26 according to the invention between the insert 11 and the casing 10 or the special attachment to the inlet part 14 had not been provided.
  • the insert 11 can now expand in the direction of the casing 10 or in the direction of the mold, the space 26 being continuously reduced.
  • the filling material 25, 25a, 27 burns out due to the temperatures prevailing during the preheating and thus enables the unimpeded expansion of the insert or wrapping material.
  • the material layer 25a In the connection area to the inlet part 14, the material layer 25a likewise ensures unimpeded expansion of the ring flange 23 in the direction of the inlet part 14 and perpendicularly thereto.
  • the filling material 25, 27 burns out largely without residue so that punctiform or planar bridges are not formed in the space 26.
  • the walls 21, 31 of the insert 11 and the inner wall 20 of the casing 10 are designed with a particularly high surface quality. This can be achieved through various manufacturing processes.
  • the components can be manufactured using the "wet matrix process”.
  • a rubber mold is filled with the respective powder, sealed and then placed under pressure in a container filled with a specific liquid (for example oil or oil-water mixture). Since the rubber mold is surrounded on all sides by the press liquid, the compression takes place evenly; the pressure applied is the same in all directions.
  • the powder is pressed onto centrally mounted metal mandrels that determine the internal passage of the pipes. During compaction, the powders are subject to a compression shrinkage, which can vary depending on the material and grain structure, but can be calculated in advance.
  • Point or area contact points between insert 11 and casing 10 can be excluded.
  • the surfaces 20, 21, 31 should preferably be as smooth as that of the metal surfaces after a roughing treatment. There are no limits to the fineness of the surface quality.
  • the components can also be produced by pressing a flexible inner mold onto a rigid outer mold, the pressure being applied from the inside to the outside.
  • the tundish spout (inlet part 14) can also be constructed from an inner insert and an outer casing.
  • FIG. 2 is again the representation of a multi-part immersion nozzle made of different materials.
  • the envelope 10 is provided at its lower end 15 with an inner flange 35 on which the insert 11 is seated.
  • the area between the flange 35 and the lower free end of the insert 11 is underlaid with a filling material 27 of the type according to the invention, so that even after the heating
  • the refractory material can expand freely in all directions, as the filling material burns out in a timed manner.
  • the upper free ends 12, 13 of the casing 10 or of the insert 11 are again glued to the inlet part 14 via a refractory cement 30.
  • the space 26 is again filled at its upper free end with the filling material 25 according to the invention. This can be pushed over the insert 11 as a prefabricated ring, which considerably simplifies handling and assembly.
  • FIG. 3 differs from those previously described in particular in that the sheath 10 is divided lengthways. This is necessary here because the insert 11 is provided with outer flanges 39 which are integrally formed on both sides, so that the casing 10 can no longer be pushed onto the insert 11 and must be placed laterally.
  • the filling material 27 according to the invention is in turn introduced between the flange edges of the flanges 39 and the casing 10.
  • the inlet part 14 is again glued to the outer surface 39a of the ring flange 39 via a refractory cement 30. Otherwise, it can be designed in exactly the same way as the immersion spout with a circumferential covering.
  • the casing 10 and the insert 11 are connected to one another via an interposed plate 40. While the basic structure of the casing corresponds to that according to the exemplary embodiment in FIG. 1, the insert 11 differs from that according to FIG. 1 insofar as it is designed in the form of a simple tube without an end flange.
  • the end face of the insert 11 is glued to the lower surface of the plate 40.
  • the plate 40 lies on the rest on the contact surface formed by the step 41 of the envelope 10 and is also glued to this.
  • the dimensions of the annular plate 40 are selected so that it sits well on the step 41 and the inner surface of its central bore 43 is flush with the inner surface 31 of the insert 11.
  • the plate 40 is made of graphite, for example.
  • the remaining contact surfaces between plate 40 and casing 10 can be sealed with a refractory putty.
  • the inlet part adjoins in the manner shown in Figure 1 upwards.
  • FIGS. 5a-c each show a spout in which the casing of an immersion tube is formed integrally with the inlet part 14, specifically in terms of construction (FIGS. 5a, c) and / or in terms of material (FIGS. 5a-c).
  • the inlet part 14 is formed in one piece with the casing 10, the casing 10 and insert 11 being terminated at the same height at their lower ends.
  • the number of components can be reduced from 3 to 2.
  • the inlet part 14 is funnel-shaped and convex in the area of the passage opening 44 for the molten metal. At the lower end of the funnel-shaped part, the inlet part 14 is designed on its inner wall with a recess 46, which is followed by a cylindrical recess 47 up to the lower free end.
  • the insert 11 is seated in the recess 47 and has a cylindrical shape and a wall thickness that is smaller than the width of the recess 46.
  • the inner diameter of the insert 11 corresponds to the inner diameter of the through opening 44 at its lower end, so that the insert 11 can be inserted into the recess 47 such that its inner wall 31 is flush with the lower wall section of the through opening 44 in the region of the recess 46 and between the The outer wall 21 of the insert 11 and the inner wall 45 of the casing 10 remain the space 26 described with reference to the preceding figures.
  • the insert 11 is glued to the inlet part 14 with a refractory adhesive, and in the area of the space 26 two strips 27 of the combustible material described are designed as spacers at a distance from one another. These are preferably pushed back onto the insert 11 as prefabricated rings, so that the insert 11 with the material strips 27 only needs to be inserted into the casing 10 from below when the spout is being assembled, and the upper end face needs to be glued against the recess 46. Since the casing 10 and the inlet part 14 are in one piece and the inlet part 14 comes into direct contact with the molten metal, the entire pouring part is preferably made of an erosion-resistant refractory material. For this purpose, the invention preferably proposes the materials that are also proposed for insert 11.
  • the insert 11 similar to that in FIG. 1, is held in the casing 10 via an upper, end-side ring flange 23.
  • the lower part 10 largely corresponds to the casing according to FIGS. 1 to 4, with a tongue and groove connection 50 at the level of the support 23a of the ring flange 23 makes it possible to connect the casing 10 to the inlet part 14.
  • the components 10, 14 are made from one and the same material, for example magnesium oxide or a similar erosion-resistant refractory material.
  • the casing 10 of the spout has a step 51 on the inside at its upper end 12, on which, as shown in FIG. 1, the insert 11 rests over the ring flange 23.
  • the other structure largely corresponds to that described with reference to FIGS. 1-5a.
  • the functioning and effect of the individual components also corresponds to that described for the preceding figures.
  • FIG. 5c in the case of a spout with an insert 11 with flange 23 on the end, an embodiment is available, as is shown in FIG. 5c.
  • the inlet part 14, as in FIG. 5a is again made in one piece with the covering 10 around the insert 11.
  • the area of the passage opening 44 is funnel-shaped, but the inner surface is not or only partially convex. After a slightly convex part extending from the upper edge 44a, the passage opening 44 continues with a cylindrical section 44b in the direction of the lower free end 16 of the insert 11, namely in the area of a step 52 which extends inwards runs.
  • Another cylindrical recess 47 extends downward from the front end of the step.
  • the diameter of the cylindrical recess 47 is smaller than that of the cylindrical section 44b of the passage opening 44.
  • the insert 11 has an annular flange 23 hooked back into the inlet part or the casing, whereby it can be inserted from above through the passage opening 44 during assembly.
  • Insert 11 is designed such that the outer diameter of the ring flange 23 is selected to be somewhat smaller than the diameter of the lower part 44b of the passage opening 44.
  • a strip 25a of the combustible material is again inserted in the area of step 52.
  • Such a strip 27 is also at a distance from the ring flange 23 around the insert 11 and fills the space 26 between the insert 11 and the casing 10.
  • An insert 53 extends from the upper end face 23a of the ring flange 23.
  • the insert 53 has a shape which, after installation, gives the upper part of the inlet part 14 a shape as in FIG. 5b.
  • the insert 53 has a cylindrical shape, with a somewhat smaller diameter than the passage opening 44b, while the inner part is also convex in extension of the convex curvature of the passage opening 44 and is aligned at its lower end with the inner wall 31 of the insert 11 .
  • the insert 53 can be glued into the inlet part 14 with the putty 30.
  • the insert 53 is preferably made of the same material as the insert 11, from which the inlet part 14 and the casing 10 connected to it can also be made.
  • the spout shown in FIG. 6 shows a spherical head part with a dip tube connected at the end and therefore has its name.
  • the construction of the spout largely corresponds to that in FIG. 5c, ie the insert 11 lies on a step 52 of the casing.
  • the ring flange 23 of the insert 11 is formed with a concave curvature corresponding to the upper part 24 of the spout in the area of the passage opening 44, so that the corresponding surfaces of the ball head inlet 45 and the ring flange 23 or part 24 run parallel to one another.
  • FIG. 7 shows a spout according to the invention, namely as a so-called “mono-diving spout", in which the insert 11 is molded in one piece with the inlet part 14. To avoid repetition, reference is made to the description of FIG. 5b.
  • the embodiment according to FIG. 7 differs from this in that the insert 11 is designed without an annular flange 23 and integrally merges into the inlet part 14 (which runs in the tundish bottom).
  • the casing 10 is arranged analogously around the insert part 11 and connected via a tongue and groove connection 50 to the inlet part 14 via a refractory cement 30.
  • the inlet part 14 represents a part of the insert 11.
  • the casing 10 can therefore of course also be carried out in the scope of the invention up to the area of the inlet part 14 and encompass it.
  • the best embodiment usually depends on the local conditions.
  • a plug 60 is assigned to the spout and is arranged in a known manner above the opening 44 in the through-hole.
  • the spout-stopper combination according to the invention is now characterized in that the stopper 60 on its surface 62 which comes into contact with the spout (or the inlet area 14) is made of the same material as the spout in the corresponding inlet area 14, preferably CaO, MgO, ZrO 2 or BeO.
  • the area from the lower vertex 63 to the line 64 shown in broken lines in FIG. 7 can be produced from magnesite.
  • This part is then glued, screwed or the like to the upper part 65, which consists for example of alumina graphite.
  • both can also be fired together.
  • the insert part 53 of the spout according to FIG. 5c can not only be designed as a prefabricated component, but rather this area can also be filled, for example, by a known injection molding compound, preferably from the same material as the inlet part 14.

Description

B e s c h r e i b u n g
Keramischer Ausguß
Die Erfindung betrifft einen keramischen Ausguß zum Vergießen einer Metallschmelze.
Aus der DE-A 21 65 537 ist ein derartiger Ausguß mit einer äußeren Umhüllung aus einem temperaturbeständigen Material und einem inneren Einsatz aus einem erosionsbeständigen feuerfesten Material bekannt. Der dort beschriebene Ausguß dient zum Vergießen einer Metallschmelze vom Zwischengefäß (tundish) einer Strangguß-Anlage in eine Gießkokille. Dabei lag dem in der deutschen Offenlegungsschrift beschriebenen Erfindungsgedanken die Überlegung zugrunde, einen Ausguß anzubieten, bei dem es nicht zu einer Erweiterung der Querschnitte des Ausgusses kommt, womit folgende Nachteile verbunden wären: Zum einen wird die Gießgeschwindigkeit weitgehend unkontrollierbar verändert, zum anderen bringt ein Verschleiß der Abrißkante am Ausguß den Nachteil mit sich, daß es zu einer sogenannten "Flattern" des Gießstrahles kommt, verbunden mit einer unerwünschten Oberflächen Vergrößerung, die die 02-Aufnahme begünstigt. Nach der DE-A-21 65 537 besteht die Umhüllung aus preisgünstigen feuerfesten Materialien, beispielsweise Schamotte, während die verschleißfesteren Hülsen aus Zirkonoxid und hochtonerdehaltigen Materialien bestehen sollen.
Beispielsweise beim Stranggießen von Stahl weisen derartige Ausgußsysteme jedoch erhebliche Nachteile auf.
Wie im Aufsatz von Hauck et.al. (Arch. Eisenhüttenwesen 53 (1982) 127 ff.) beschrieben, werden bei Tauchausgüssen aus Tonerde, Graphit, Siliciumdioxid und Silicium- carbid nach gewisser Gießdauer Ablagerungen auf der inneren Oberfläche des Ausgußmaterials beobachtet. Sie führen zu einer Verringerung des gießtechnisch wirksamen Querschnitts des Tauchausgusses, wodurch die in einer Zeiteinheit hindurchströmende Stahlmenge zunehmend kleiner wird.
Gleiche Beobachtungen werden auch an Zweikomponenten-Tauch- rohren der in der DE-A 21 65 537 beschriebenen Art gemacht.
Aus der DE-A-27 31 367 ist es bekannt, Ca- oder CaSi- Legierungen dem flüssigen Stahl zuzugeben, um die erwähnten Ablagerungen auf der Oberfläche des Tauchausgußmaterials zu verhindern. Das dort beschriebene Verfahren ist jedoch umständlich und das Ziel, die Bildung von Ablagerungen vollständig zu vermeiden, wird nicht immer erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Ausguß beziehungsweise eine Ausguß-Einrichtung zum Durchführen einer Metallschmelze vorzuschlagen, bei denen Erosionen des Feuerfestmaterials und/oder eine Ansatz- bildung fester, oxidischer Phasen verhindert wird. Der Ausguß beziehungsweise die komplette Ausguß-Einrichtung soll sowohl ausreichend verschleißfest sein, um im Mehrfach-Sequenzguß verwendet zu werden, sie soll aber auch leicht herstellbar und einsetzbar sein.
Dazu sieht die Erfindung einen keramischen Ausguß zum Vergießen einer Metallschmelze mit einer zumindest teilweisen äußeren Umhüllung aus einem temperaturbeständigen Material und einem inneren Einsatz aus einem erosionsbeständigen feuerfesten Material vor, wobei Umhüllung und Einsatz im Abstand zueinander angeordnet sind und der Abstand der den Raum zweiseitig begrenzenden Flächen der Umhüllung beziehungsweise des Einsatzes größer oder gleich der maximalen Wärmeausdehnung der korrespondierenden Materialien von Umhüllung und Einsatz bei der Anwendung ist.
Vorzugsweise ist der Raum zwischen Innenwandung der Umhüllun und Außenwandung des Einsatzes zumindest teilweise mit einem oder mehreren Materialien gefüllt, das oder die bei Temperaturen unterhalb der im Raum erreichbaren unter Volumenreduzierung brennbar ist (sind).
Durch die Anordnung von Umhüllung und Einsatz im Abstand zueinander, das heißt, durch die Ausbildung eines Raumes zwischen den beiden Teilen, wird den unterschiedlichen thermischen Parametern der verwendeten feuerfesten Materialien, insbesondere den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der feuerfesten Materialien der Umhüllung beziehungsweise des Einsatzes Rechnung getragen.
Wird nämlich beispielsweise der Einsatz aus einem feuerfesten Material mit höherer Wärmeausdehnung gewählt, so können durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Ausgusses mechanische Spannungen im Einsatz beziehungsweise an Kontaktpunkten beziehungsweise an Kontaktflächen zwischen Umhüllung und Einsatz vermieden werden, indem sich das Einsatzmaterial frei ausdehnen kann, wobei es den Raum zwischen Umhüllung und Einsatz immer mehr ausfüllt.
Damit der Einsatz bei der Montage und während des Gießvorgangs optimal in der Umhüllung einsitzt, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Raum zwischen Innenwandung der Umhüllung und Außenwandung des Einsatzes zumindest teilweise mit einem Material ausgefüllt ist. Dieses Material soll die Bedingung erfüllen, daß es bei Temperaturen unterhalb der in diesem
Bereich erreichbaren brennbar ist. Unter dem Begriff brennbar wird erfindungsgemäß jede Art der Zustandsänderung unter Volumenreduzierung verstanden, so daß beispielsweise vergasbare, verkokbare, verdampfbare oder verflüchtigende Materialien eingesetzt werden können. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich die feuerfesten Materialien nach dem Gießbeginn behin- derungsfrei ausdehnen können, da zeitlich abgestimmt das Füllmaterial ausbrennt. Das Füllmaterial kann so keinen mechanischen Widerstand mehr entgegensetzen, so daß festigkeitsschwächende Spannungen vermieden werden können.
Aus diesem Grunde sieht eine erfindungsgemäße vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß das Material ein weitestgehend rückstandsfrei brennbares Material ist, vorzugsweise ein aschefrei brennbares Material. Unter aschefreien Materialien werden insbesondere solche verstanden, die einen Aschegehalt von weniger als 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das ursprüngliche Materialgewicht, aufweisen. Es eignet sich aber auch feuerfeste Watte, die leicht komprimierbar ist, z.B. aus Al2O3 oder SiO2- reichen Materialien.
In diesem Fall steht nach dem Ausbrennen praktisch das gesamte Raumvolumen zwischen Umhüllung und Einsatz für die Ausdehnung der feuerfesten Materialien zur Verfügung und durch die im wesentlichen aschefreie Verbrennung wird zusätzlich vermieden, daß punktförmige oder flächige Zonen in dem genannten Raum entstehen, die unter Umständen der Ausdehnung der feuerfesten Materialien störend entgegenwirken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abstand zwischen Außenwandung des Einsatzes und Innenwandung der Umhüllung sowie deren Wandstärke über den gesamten Ausgußbereich konstant ist. Dann können die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Wirkungen des aschefrei ausbrennenden Füllmaterials besonders genutzt werden. Sowohl beim Einbau des Ausgusses als auch während des Gießbetriebes wird dann ein gleichmäßiger Abstand zwischen Einsatz und Umhüllung gewährleistet. Hierdurch werden sowohl die Homogenität der thermischen Bedingungen im Ausgußbereich und damit die Gießbedingungen verbessert, es werden aber auch mögliche thermische Spannungen, die zur Beschädigung des Einsatzes oder der Umhüllung führen können, eliminiert.
Erfindungsgemäß kann der Abstand der den Raum zweiseitig begrenzenden Flächen der Umhüllung beziehungsweise des Einsatzes größer oder gleich der maximalen Wärmeausdehnung der entsprechenden Materialien sein. In ersterem Fall verbleibt dann auch bei maximaler Temperaturbeanspruchung ein Restspalt zwischen Umhüllung und Einsatz, während bei der zuletzt genannten Variante die Außenwandung des Einsatzes im Extremfall an der Innenwandung der Umhüllung anliegt. Es ist dann nicht nur vorteilhaft, wenn ein aschefrei brennbares Füllmaterial eingesetzt wird, sondern auch die korrespondierenden Oberflächen von Einsatz und Umhüllung möglichst glatt sind, um Spannungen durch eine ungleichmäßige Flächenaufläge zu vermeiden.
Vorzugsweise wird der Einsatz durch das Füllmaterial in der Umhüllung in seiner Lage stabilisiert.
Erfindunggemäß wird unter dem Gattungsbegriff "Keramischer Ausguß" jeder Ausguß verstanden, der zum Durchführen einer Metallschmelze dient. Beispielhaft sei ein Tauchausguß für Stranggießanlagen genannt. Dabei kann sowohl das sogenannte Schattenrohr zwischen Gießpfanne und Zwischengefäß als auch das reine Tauchrαhr, schließlich auch der sich zum Zwischengefäß hin anschließende Einlaufteil in der erfindungsgemäßen Art und Weise ausgebildet sein. Ferner können Einlaufteil und Tauchrohr als einstückiges Bauteil gestaltet werden, das von der Umhüllung zumindest teilweise umgeben ist. Insoweit bezieht sich der Begriff "Keramischer Ausguß" auf Einzelteile und beliebige Kombinationen von Teilen derartiger Ausgüsse.
Für die Anordnung des Einsatzes in der Umhüllung sieht die Erfindung verschiedene Ausführungsformen vor.
In verschiedenen Anwendungsbereichen kann es ausreichen, die Haftreibung zwischen Füllmaterial und Umhüllung beziehungsweise Einsatz zu nutzen, um den Einsatz ausgerichtet in der Umhüllung zu halten.
Vorzugsweise werden jedoch besondere Maßnahmen getroffen, um den Einsatz in der Umhüllung sicher zu halten. So kann der Einsatz über einen oder mehrere Stützelemente und/oder Halteelemente mit der Umhüllung verbunden sein. Diese können als Flansch am Ende des Einsatzes beziehungsweise der Umhüllung angeordnet sein und dabei in entsprechende Aufnahmen des korrespondierenden Teils des Ausgusses eingreifen beziehungsweise dort aufliegen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Einsatz mit einem endseitigen Außenflansch versehen wird, über den er in die Umhüllung eingehängt wird. Eine solche Ausführungsform wird sich insbesondere bei rohrförmigen Ausgüssen (Tauchausgüssen) anbieten.
Umhüllung und/oder Einsatz können aber auch konisch nach unten verjüngt ausgebildet sein, so daß sich automatisch eine Führung für den Einsatz in der Umhüllung ergibt . Eine alternative Ausführungsform sieht vor, daß die Umhüllung in Längsrichtung geteilt ausgebildet ist, und den mit an beiden freien Endflächen mit einem Außenflansch versehenen Einsatz umgibt.
Das erosionsbeständige feuerfeste Material des Einsatzes wird vorzugsweise aus den feuerfesten Produkten ausgewählt, deren freie Gibbs'sche Enthalpie bei der chemischen Bildungsreaktion einen hohen negativen Wert besitzt, so daß stabile Verbindungen zur Verfügung stehen. Hierzu zählen CaO,MgO, BeO und ZrO2 ; es können aber auch teergetränkte feuerfeste Produkte, die eine Aufoxidation verhindern, oder kunstharzgebundene Materialien Anwendung finden, und zwar vorzugsweise solche, die bei der Anwendung eine stabile KohlenstoffVerbindung ergeben.
Als Material für die Umhüllung bieten sich einfache und billige Feuerfestqualitäten an, beispielsweise Schamotte, Tonerde-Graphit, amorphe Kieselsäure, Mullit, Mullit-Graphit oder Zirkonsilikat. Falls die Umhüllung jedoch mit anderen Teilen des Ausgusses, die mit der Metallschmelze unmittelbar in Berührung kommen, einstückig ausgebildet ist, wird auch die Umhüllung vorzugsweise aus den Materialien herstellt, die vorstehend für den Einsatz angegeben sind.
Als Füllmaterial können verschiedene Papier- und Pappequalitäten ebenso Einsatz finden, wie weitestgehend rückstandsfrei brennbare Kunststoffe. Dabei sind poren- reiche und geschäumte Materialien bevorzugt, die einerseits eine exakte Einpassung des Einsatzes in die Umhüllung gewährleisten, andererseits aber auch aufgrund ihres geringeren Feststoffgehaltes geringere Aschegehalte aufweisen, zum Beispiel geschäumte Kunststoffe, Epoxidharze etc.
Daneben können aber auch beispielsweise Formaldehydharze oder verschiedene Wachse Anwendung finden. Im Rahmen der Erfindung kann es, wie anhand der Zeichnung noch beschrieben wird, vorteilhaft sein, auch unterschiedliche Materialien neben- oder aufeinander zu verwenden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Füllmaterial als Fertigteil, beispielsweise in Form von Ringen oder Hülsen hergestellt und vor dem Zusammenfügen des Einsatzes und der Umhüllung auf den Einsatz geschoben, gesteckt, geklebt oder geheftet wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich bei einem Ausguß an einem Zwischengefäß (Tundish) herausgestellt, den Einlaufteil, in den nachfolgenden Figuren mit dem Bezugszeichen 14 versehen, in der erfindungsgemäßen Weise zu gestalten, insbesondere auch den Einlaufteil mit Einsatz und Umhüllung auszubilden. Ebenso ist es möglich, dann den Einsatz des Einlaufteils und den Einsatz des Tauchrohres einstöckig zu gestalten. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der gemeinsame Einsatz dieses "Monotauchausgusses" aus Magnesit besteht. Bei dieser Form ergibt sich der weitere Vorteil, daß keine störenden Nähte oder Anschlüsse mehr im Durchflußbereich der Metallschmelze liegen.
Um die beschriebenen Probleme der Verhinderung von Erosionen und/oder Ansatzbildung fester, oxidischer Phasen noch weiter vermindern zu können, schlägt die Erfindung außerdem eine Ausguß-Stopfen-Kombination vor, mit einem erfindungsgemäßen Ausguß der vorstehend beschriebenen Art sowie einem diesem zugeordneten Stopfen, wobei der Stopfen zumindest an der Fläche, die mit dem Ausguß in Berührung tritt (dem Oichtungsbereich) aus dem gleichen Material wie der Ausguß im entsprechenden korrespondierenden Einlaufbereich besteht, vorzugsweise also aus den genannten Werkstoffen CaO, MgO, ZrO2 oder BeO. Der Stopfen kann dabei entweder oberflächlich mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sein, der Stopfen kann aber auch in seinem gesamten Kopfbereich aus diesem Material aufgebaut sein, während der obere Teil des Stopfens aus konventionellen feuerfesten Qualitäten besteht, beispielsweise einem Tonerde-Graphit. Es kann aber auch der gesamte Stopfen mit Stopfenkαpf komplett aus den genannten Feuerfeststoffen bestehen. Bei geteilter Form mit unterschiedlichen Materialien ist eine Verbindung durch Kleben, Schrauben oder dergleichen möglich. Es ist aber auch ein Versintern durch gemeinsames Brennen möglich.
Schließlich schlägt die Erfindung auch vor, den Stopfen zumindest in dem mit dem Ausguß in Berührung tretenden Teil korrespondierend zum erfindungsgemäßen Ausguß auszubilden. Der Stopfen weist dann also eine Umhüllung aus einem erosionsbeständigen feuerfesten Material und einem darin (innen) im Abstand angeordneten Einsatz aus einem temperaturbeständigen Material auf. Die für den Ausguß beschriebenen Vorteile gelten dann entsprechend für den Stopfen.
Es hat sich überraschend herausgestellt, daß gerade durch die Kombination eines erfindungsgemäßen Ausgusses mit dem speziellen Stopfen die Ansatzbildung und/oder Erosion (was unter anderem von den jeweiligen Metallqualitäten, die durchgeführt werden, abhängt) noch weiter vermindert werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 Einen erfindungsgemäßen keramischen Ausguß als Tauchausguß für Stranggießanlagen im Längsschnitt Figur 2 Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Tauchausgusses gemäß Figur 1
Figur 3 Ein drittes Ausführungsbeispiel eines Tauchrohres gemäß Figur 1
Figur 4 Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs- gemäßen Tauchrohres im Längsschnitt
Figur Drei weitere Ausführungsformen eines erfindungs- 5a, b, c gemäßen Ausgusses im Längsschnitt
Figur 6 Einen erfindungsgemäßen Ausguß mit einem KugelkopfEinlaufteil
Figur 7 Eine erfindungsgemäße Ausguß-Stopfen-Kombination mit einem Monotauchausguß und einem zugeordneten Stopfen in schematischer Darstellung im Längsschnitt
Der Tauchausguß gemäß Figur 1 besteht aus einer äußeren, zylinderförmigen Umhüllung 10 und einem darin angeordneten, gleichfalls zylinderförmigen Einsatz 11.
Mit ihren oberen freien Enden 12 beziehungsweise 13 sind die Umhüllung 10 beziehungsweise der Einsatz 11 dem Einlaufteil 14 des Zwischengefäßes (Tundish) zugewandt, während ihre unteren freien Endbereiche 15 beziehungs- weise 16 der darunter angeordneten Kokille zugewandt sind.
Das obere freie Ende der Umhüllung 10 ist in einer nach außen abgewinkelten Stufenform gestaltet, wobei neben einer endseitigen Auflagefläche 17 zwei weitere abgesetzte Stufen 18,19 mit zwei im wesentlichen senkrecht zur
Längserstreckung der Umhüllung 10 verlaufenden Auflageflächen 18a, 19a vorgesehen sind. Mit Ausnahme des stufenförmigen oberen Endbereiches 12 ist der übrige Teil der Umhüllung 10 über seine gesamte Länge als zylinderförmiger Körper mit konstanter Wanddicke ausgebildet.
Aus herstellungstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein, eine oder mehrere Außenflächen leicht konisch auszubilden, um die Umhüllung 10 leichter vom Werkzeug abziehen zu können.
Auf die durch die Stufe 19 der Umhüllung 10 gebildete Auflagefläche 19a ist der Einsatz 11 des Tauchausgusses aufgelegt beziehungsweise eingehängt. Dazu ist das obere freie Ende 13 des Einsatzes 11 mit einem nach außen gerichteten Ringflansch 23 versehen. Die Breite des
Ringflansches 23 ist dabei so gewählt, daß die Außenfläche 21 des Einsatzes 11 nach seinem Einhängen in die Umhüllung 10 überall in gleichem Abstand zur Innenfläche 20 der Umhüllung 10 steht.
Dazu ist im Bereich der Stufe 19 in den Raum zwischen Umhüllung 10 und Einsatz 11 ein Material 25 gefüllt, das bei Temperaturen unterhalb der in diesem Bereich erreichbaren brennt. Es kann aber auch eine leichte, kompressible feuerfeste Watte als Material 25 eingesetzt werden.
Ein entsprechender Materialstreifen 25a ist auch auf die endseitige Auflagefläche 23a des Ringflansches 23 aufgelegt, wie nachstehend noch näher beschrieben wird.
Um die Anordnung des Einsatzes 11 in der Umhüllung 10 weiter zu optimieren, das heißt sicherzustellen, daß über die gesamte Länge des Einsatzes 11 ein konstanter Abstand zur Umhüllung 10 vorhanden ist, kann, vorzugsweise im unteren, der Kokille zugewandten Bereich des Raumes 26, zwischen Umhüllung 10. und Einsatz 11 ein weiterer, den Raum ausfüllender Materialstreifen 27 eingelegt sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß sowohl der Materialstreifen 25a im Bereich des Flansches 23, als auch der Materialstreifen 27 im unteren Bereich des Raumes 26 vor dem Einsetzen des Einsatzes 11 in die Umhüllung 10 auf den Einsatz 11 als vorgefertigte Teile aufgesetzt sind, was den Zusammenbau des gesamten Tauchausgusses vereinfacht.
Mit den unteren freien Endbereichen 15 beziehungsweise 16 ragen die Umhüllung 10 beziehungsweise der Einsatz 11 in die Kokille hinein, wobei die Stahlbadhöhe durch eine wellenförmige Linie dargestellt ist.
Eine (nicht dargestellte) Variante sieht vor, den unteren Teil der Umhüllung 10, der in der Stahlschmelze einliegt, außen mit einem feuerfesten Material wie Zirkonoxid zu verstärken, um Erosionen zu verhindern, insbesondere im Kontaktbereich Umhüllung-Gießpulver.
Sowohl die Umhüllung 10 als auch der Einsatz 11 sind aus feuerfesten Materialien hergestellt. Während für die Umhüllung 10 beispielsweise Schamottequalitäten, Tonerde-Graphit-Mischungen oder amorphe Kieselsäure neben Zirkonsilikat oder Mullit Anwendung finden können, wird das erosions- und korrosionsbeständige feuerfeste Einsatzmaterial vorzugsweise aus der Gruppe der Stoffe ausgewählt, deren freie Gibbs'sche Enthalpie bei der chemischen Bildungsreaktion einen möglichst hohen negativen Wert hat. Diese Stoffe haben sich in bezug auf die Erosions- beständigkeit und die Vermeidung der Ansatzbildung als besonders günstig herausgestellt, da die Verbindungen sehr stabil sind. Neben MgO kommen dabei beispielsweise ZrO2 und BeO oder CaO als geeignete Materialien in Frage. Diese Materialien weisen eine hohe Oberflächenspannung in» festen Zustand auf, die auch für das gute Verhalten im Gießbetrieb mit verantwortlich sein dürfte. In Versuchen kann die Wärmeausdehnung der eingesetzten Materialien ohne weiteres ermittelt werden, um daraus anschließend die notwendige Spaltbreite des Raumes 26 zu berechnen. Damit soll sichergestellt werden, daß auch bei maximaler Wärmeausdehnung des Einsatz- beziehungsweise Umhüllungsmaterials es zu keinem Aufeinanderpressen der Außenwandung 21 des Einsatzes 11 und der Innenwandung 20 der Umhüllung 10 kommt, so daß Spannungsprobleme in diesem Bereich zuverlässig vermieden werden können.
Vorzugsweise wird die Spaltbreite des Raumes 26 so gewählt, daß auch nach maximaler Wärmeausdehnung in diesem Bereich ein Restabstand zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 verbleibt.
Für das Füllmaterial 25,27 werden vorzugsweise aschefrei verbrennende Stoffe verwendet, zum Beispiel Papier- und Pappequalitäten, Polyvinylchloride, Formaldehydharze oder weitestgehend rückstandsfrei verbrennbare Wachse.
Der Tauchausguß ist an dem den Einlaufteil 14 bildenden Tundish-Ausguß befestigt, indem er auf Haltestifte 33 unterhalb des stufenförmigen Endes 12 aufgelegt und zusätzlich über einen feuerfesten Kitt 30 mit dem Einlaufteil 14 verbunden ist. Dazu ist das untere freie Ende des Einlaufteils 14 korrespondierend zur Gestaltung des Tauchausgusses stufenförmig ausgebildet. Zwischen den korrespondierenden Kontaktflächen 29,28 des Tauch- ausgusses beziehungsweise des Einlaufteils 14 ist die feuerfeste Kittmasse 30 mit Ausnahme des Bereiches oberhalb des Ringflansches 23 des Einsatzes 11, in dem, wie beschrieben, das brennbare Material eingelegt ist, gefüllt. Durch die Materialschichten 25,25a zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 ist deren freie Beweglichkeit gegeneinander gesichert. Vorzugsweise wird plastischer Kitt verwendet, der gute Hafteigenschaften aufweist. Der Kitt 30 ermöglicht auch eine luftdichte Verbindung zwischen Tauchrohr und Einlaufteil.
Die Kittmasse hat die Eigenschaft, während des Vorheizens der gesamten Einrichtung auszuhärten. Dabei treten dann die besonderen vorteilhaften Wirkungen eines erfindungs- gemäß hergestellten Ausgusses in Erscheinung.
Während und nach dem Aushärten des Kittes 30 könnte sich der Einsatz 11 nicht mehr frei ausdehnen, wenn nicht der erfindungsgemäße Raum 26 zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 beziehungsweise die besondere Befestigung am Einlaufteil 14 vorgesehen wäre.
Nach dem Aushärten des Kittes 30 kann sich nämlich jetzt der Einsatz 11 in Richtung auf die Umhüllung 10 beziehungsweise in Richtung auf die Kokille ausdehnen, wobei der Raum 26 kontinuierlich verkleinert wird. Gleichzeitig brennt aufgrund der während des Vorheizens herrschenden Temperaturen das Füllmaterial 25, 25a, 27 aus und ermöglicht so die ungehinderte Ausdehnung des Einsatz- beziehungsweise Umhüllungsmaterials. Im Anschlußbereich an den Einlaufteil 14 gewährleistet die Materialschicht 25a ebenso ein ungehindertes Ausdehnen des Ringflansches 23 in Richtung auf den Einlaufteil 14 und senkrecht dazu.
Je nach vorgewählter Spaltbreite des Raumes 26 ist zumindest besonders vorteilhaft, wenn das Füllmaterial 25, 27 weitestgehend rückstandsfrei ausbrennt, damit es nicht zu punkt- oder flächenförmigen Brückenbildungen im Raum 26 kommt .
Um sowohl die Spaltbreite des Raumes 26 über den gesamten Einsatzbereich des Tauchausgusses konstant zu halten, als auch die Angriffsfläche für die durchströmende Metallschmelze an der Innenwandung 31 des Einsatzes 11 möglichst gering zu halten, sind die Wandungen 21,31 des Einsatzes 11 und die Innenwandung 20 der Umhüllung 10 mit besonders hoher Oberflächengüte gestaltet. Dies kann durch verschiedene Herstellungsverfahren erreicht werden.
Beispielsweise können die Bauteile im "Naßmatrizenverfahren" hergestellt werden. Dabei wird eine Gummiform mit dem jeweiligen Pulver gefüllt, abgedichtet und anschließend in einen mit einer bestimmten Flüssigkeit (zum Beispiel Öl oder Öl-Wassergemisch) gefüllten Behälter unter Druck gebracht. Da die Gummiform allseitig von der Preßflüssigkeit umgeben wird, erfolgt die Verdichtung gleichmäßig; der aufgebrachte Druck überträgt sich in allen Richtungen gleich. Das Pulver wird auf zentrisch angebrachte Metalldorne aufgepreßt, die den Innendurchlauf der Rohre vorgeben. Die Pulver unterliegen während der Verdichtung einer Preßschwindung, die je nach Material- und Kornaufbau unterschiedlich sein kann, aber vorberechenbar ist.
Nach einem derartigen Verfahren hergestellte Elemente erfüllen die gestellten Kriterien. Punkt- oder flächenförmige Berührungsstellen zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 können ausgeschlossen werden. Die Oberflächen 20, 21, 31 sollen vorzugsweise so glatt sein wie die von den Metallflächen nach einer spanenden Schruppbehandlung. In der Oberflächengüte sind hinsichtlich der Feinheit keine Grenzen gesetzt.
Die Bauteile können auch durch Aufpressen einer flexiblen Innenform auf eine starre Außenform hergestellt werden, wobei der Druck von innen nach außen aufgebracht wird.
Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, daß die
Durchgangsöffnungen der Bauteile 10, 11 für die Metallschmelze durch Ausbohren aus Blöcken geformt werden. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Anordnung noch einen weiteren Vorteil mit sich bringt. Durch die Ausgestaltung eines Abstandes (Raum 26) zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 und/oder durch die Verwendung eines wärmeisolierenden Materials als Füllmaterial in diesem Raum 26, wird die Wärmeübertragung beim Durchleiten der heißen Metallschmelze an die Umgebung deutlich vermindert, wodurch die Arbeitsbedingungen für das Bedienungspersonal verbessert werden. Durch die Isolierwirkung ist außerdem die Reaktionsbereitschaft des feuerfesten Materials mit dem Gießpulver, das auf das Stahlbad der Kokille aufgelegt ist, geringer.
Beim Einsatz eines in Figur 1 dargestellten erfindungs- gemäßen Tauchausgusses können nicht nur die unerwünschten Ansatzbildungen vermieden werden, vielmehr ermöglicht ein derartiger Tauchausguß auch ein Gießen mit hoher Pfannenseqüenzzahl.
In gleicher Weise wie vorstehend anhand des Tauchausgusses beschrieben, kann erfindungsgemäß auch der Tundish-Ausguß (Einlaufteil 14) aus einem inneren Einsatz und einer äußeren Umhüllung aufgebaut sein. Bezüglich der verwendeten Materialien und der sich aus einer solchen Anordnung ergebenden Vorteile gilt das gleiche, was vorstehend bezüglich der Bauteile 10, 11 beschrieben wurde.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich wiederum um die Darstellung eines erfindungsgemäßen mehrteiligen Tauchausgusses aus verschiedenen Materialien. Dabei ist jedoch die Umhüllung 10 an ihrem unteren Ende 15 mit einem Innenflansch 35 versehen, auf dem der Einsatz 11 aufsitzt. Ähnlich, wie auch anhand des Ausführungsbeispieles gemäß Figur 1 beschrieben, ist hier der Bereich zwischen Flansch 35 und dem unteren freien Ende des Einsatzes 11 mit einem Füllmaterial 27 der erfindungsgemäßen Art unterlegt, so daß auch nach Erwärmung der Einrichtung sich das feuerfeste Material frei in alle Richtungen ausdehnen kann, da zeitlich abgestimmt das Füllmaterial ausbrennt.
Die oberen freien Enden 12,13 der Umhüllung 10 beziehungsweise des Einsatzes 11 sind wieder über einen feuerfesten Kitt 30 an den Einlaufteil 14 geklebt.
Damit der plastische Kitt 30 nicht in den Raum 26 eindringt, ist der Raum 26 an seinem oberen freien Ende wieder mit dem erfindungsgemäßen Füllmaterial 25 ausgefüllt. Dieses kann hier als vorgefertigter Ring über den Einsatz 11 geschoben werden, wodurch die Handhabung und Montage wesentlich erleichtert wird.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von den vorher beschriebenen insbesondere dadurch, daß die Umhüllung 10 längsgeteilt ist. Dies ist hier notwendig, weil der Einsatz 11 mit beidseitig einstückig ausgebildeten Außenflanschen 39 versehen ist, so daß die Umhüllung 10 nicht mehr auf den Einsatz 11 aufgeschoben werden kann, sσndern seitlich aufgesetzt werden muß.
Zwischen den Flanschrändern der Flansche 39 und der Umhüllung 10 ist wiederum das erfindungsgemäße Füllmaterial 27 eingebracht.
Der Einlaufteil 14 ist wieder über einen feuerfesten Kitt 30 gegen die Außenfläche 39a des Ringflansches 39 geklebt. Er kann im übrigen genauso wie der Tauchausguß mit einer im Abstand umlaufenden Umhüllung gestaltet sein.
In Figur 4 sind die Umhüllung 10 und der Einsatz 11 über ein zwischengelegtes Plättchen 40 miteinander verbunden. Während der grundsätzliche Aufbau der Umhüllung der gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 entspricht, unterscheidet sich der Einsatz 11 von dem gemäß Figur 1 insoweit, als dieser in Form eines einfachen Rohres ohne Endflansch gestaltet ist.
An seinem oberen freien Ende 13 ist der Einsatz 11 mit seiner Stirnfläche gegen die untere Fläche des Plättchens 40 verklebt. Das Plättchen 40 liegt im übrigen auf der durch die Stufe 41 der Umhüllung 10 gebildeten Auflagefläche und ist mit dieser ebenfalls verklebt. Die Maße des ringförmigen Plättchens 40 sind so gewählt, daß es auf der Stufe 41 gut aufsitzt und die Innenfläche seiner Mittenbαhrung 43 mit der Innenfläche 31 des Einsatzes 11 fluchtet.
Das Plättchen 40 besteht beispielsweise aus Graphit. Die übrigen Kontaktflächen zwischen Plättchen 40 und Umhüllung 10 können mit einem feuerfesten Kitt abgedichtet werden. Der Einlaufteil schließt sich in der in Figur 1 dargestellten Weise nach oben an.
In den Figuren 5a-c ist jeweils ein Ausguß dargestellt, bei dem die Umhüllung eines Tauchrohres integral mit dem Einlaufteil 14 ausgebildet ist, und zwar konstruktiv (Figuren 5a, c) und/oder materialmäßig (Figuren 5a-c).
Gemäß Figur 5a ist der Einlaufteil 14 mit der Umhüllung 10 einstückig ausgebildet, wobei Umhüllung 10 und Einsatz 11 an ihren unteren Enden auf gleicher Höhe abschließen. Bei dieser Ausführungsform kann die Zahl der Bauteile von 3 auf 2 verringert werden.
Der Einlaufteil 14 ist im Bereich der Durchgangsöffnung 44 für die Metallschmelze trichterförmig und konvex gewölbt ausgebildet. Am unteren Ende des trichterförmigen Teils ist der Einlaufteil 14 an seiner Innenwandung mit einem Rücksprung 46 gestaltet, an den sich bis zum unteren freien Ende eine zylinderf örmige Ausnehmung 47 anschließt. In der Ausnehmung 47 sitzt der Einsatz 11 ein, der eine Zylinderform und eine Wandstärke aufweist, die kleiner als die Breite des Rücksprungs 46 ist. Der Innendurchmesser des Einsatzes 11 entspricht dem Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 44 an ihrem unteren Ende, so daß der Einsatz 11 in die Ausnehmung 47 so eingesetzt werden kann, daß seine Innenwandung 31 mit dem unteren Wandabschnitt der Durchgangsöffnung 44 im Bereich des Rücksprungs 46 fluchtet und zwischen der Außenwandung 21 des Einsatzes 11 und der Innenwandung 45 der Umhüllung 10 der anhand der vorstehenden Figuren beschriebene Raum 26 verbleibt.
Im Bereich des Rücksprungs 46 ist der Einsatz 11 an den Einlaufteil 14 mit einem feuerfesten Kleber angeklebt, und im Bereich des Raumes 26 sind im Abstand zueinander zwei als Ringe gestaltete Streifen 27 des beschriebenen verbrennbaren Materials als Distanzhalter angebracht. Diese sind vorzugsweise wieder als vorgefertigte Ringe auf den Einsatz 11 aufgeschoben, so daß der Einsatz 11 mit den Materialstreifen 27 bei der Montage des Ausgusses nur noch von unten in die Umhüllung 10 eingeschoben und mit der oberen Stirnfläche gegen den Rücksprung 46 geklebt werden braucht. Da Umhüllung 10 und Einlaufteil 14 einstückig sind und der Einlaufteil 14 mit der flüssigen Metallschmelze unmittelbar in Berührung kommt, wird der gesamte Ausgußteil vorzugsweise aus einem erosionsbeständigen feuerfesten Material hergestellt. Die Erfindung schlägt hierzu vorzugsweise die Materialien vor, die auch für den Einsatz 11 vorgeschlagen werden.
Beim Beispiel gemäß Figur 5b wird der Einsatz 11, ähnlich wie in Figur 1, über einen oberen, endseitigen Ringflansch 23 in der Umhüllung 10 gehalten.
Der untere Teil 10 entspricht weitestgehend der Umhüllung gemäß den Figuren 1 bis 4, wobei eine Nut-Feder-Verbindung 50 in Höhe der Auflage 23a des Ringflansches 23 es ermöglicht, die Umhüllung 10 mit dem Einlaufteil 14 zu verbinden .
Im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1-4 sind jedoch hier die Bauteile 10, 14 aus ein und demselben Material hergestellt, zum Beispiel Magnesiumoxid oder einem ähnlichen erosionsbeständigen feuerfesten Material.
Die Umhüllung 10 des Ausgusses weist an ihrem oberen Ende 12 innenseitig eine Stufe 51 auf, auf der wie in Figur 1 dargestellt, der Einsatz 11 über den Ringflansch 23 aufliegt. Der sonstige Aufbau entspricht weitestgehend dem, wie er anhand der Figuren 1-5a beschrieben wurde. Auch die Funktionsweise und Wirkung der einzelnen Bauteile entspricht der zu den vorstehenden Figuren beschriebenen.
Alternativ zur Ausführungsform 5b bietet sich bei einem Ausguß mit einem Einsatz 11 mit endseitigem Flansch 23 eine Ausführungsform an, wie sie in Figur 5c dargestellt ist. Hierbei ist der Einlaufteil 14, wie in Figur 5a, wieder einstückig mit der Umhüllung 10 um den Einsatz 11 gestaltet. Um den Einsatz 11 aber mit dem Einlaufteil 14 verbinden zu können, ist der Bereich der Durchtrittsöffnung 44 zwar trichterförmig ausgebildet, jedoch ist die Innenfläche nicht beziehungsweise nur teilweise konvex gewölbt gestaltet. Nach einem leicht konvex gewölbten, vom oberen Rand 44a aus verlaufenden Teil, setzt sich die Durchtrittsöffnung 44 mit einem zylinderförmigen Abschnitt 44b in Richtung auf das untere freien Ende 16 des Einsatzes 11 fort, und zwar bis in den Bereich einer Stufe 52, die nach innen verläuft. Von deren vorderem Stufenende erstreckt sich eine weitere zylinderförmige Ausnehmung 47 nach unten. Der Durchmesser der zylinderförmigen Ausnehmung 47 ist geringer als der des zylinderförmigen Abschnitts 44b der Durchtrittsöffnung 44. In der zu den Figuren 1 und 5b beschriebenen Weise ist der Einsatz 11 mit einem Ringflansch 23 wieder in den Einlaufteil beziehungsweise die Umhüllung eingehängt, wobei er bei der Montage von oben durch die Durchtrittsöffnung 44 eingesetzt werden kann. Der
Einsatz 11 ist so gestaltet, daß der Außendurchmesser des Ringflansches 23 etwas geringer gewählt ist als der Durchmesser des unteren Teils 44b der Durchtrittsöffnung 44.
Im Bereich der Stufe 52 ist wieder ein Streifen 25a des brennbaren Materials eingelegt. Ein solcher Streifen 27 befindet sich auch im Abstand zum Ringflansch 23 um den Einsatz 11 und füllt den Raum 26 zwischen Einsatz 11 und Umhüllung 10 aus.
Von der oberen Stirnfläche 23a des Ringflansches 23 erstreckt sich ein Einsatz 53. Der Einsatz 53 hat eine Form, die dem oberen Teil des Einlaufteils 14 nach dem Einbau eine Form wie in Figur 5b gibt. Dazu weist der Einsatz 53 eine Zylinderform auf, mit einem etwas kleineren Durchmesser als die Durchtrittsöffnung 44b, während der innere Teil in Verlängerung der konvexen Wölbung der Durchtrittöffnung 44 ebenfalls konvex gewölbt ist und an seinem unteren Ende fluchtend mit der Innenwandung 31 des Einsatzes 11 eingerichtet ist.
Der Einsatz 53 kann in den Einlaufteil 14 mit der Kittmasse 30 eingeklebt werden. Der Einsatz 53 ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Einsatz 11 hergestellt, aus dem auch dar Einlaufteil 14 und die daran angeschlossene Umhüllung 10 bestehen können.
Der in Figur 6 dargestellte Ausguß zeigt ein Kugelkopfoberteil mit endseitig angeschlossenem Tauchrohr und besitzt daher seinen Namen. Der Ausguß entspricht in seinem Aufbau weitestgehend dem in Figur 5c, d.h. der Einsatz 11 liegt auf einer Stufe 52 der Umhüllung auf. Der Ringflansch 23 des Einsatzes 11 ist jedoch entsprechend dem oberen Teil 24 des Ausgusses im Bereich der Durchtrittsöffnung 44 mit einer konkaven Krümmung ausgebildet, so daß die korrespondierenden Flächen des Kugelkopf- Einlaufes 45 und des Ringflansches 23 bzw. Teils 24 parallel zueinander verlaufen.
In Figur 7 ist ein erfindungsgemäßer Ausguß dargestellt, und zwar als sogenannter "Monotauchausguß", bei dem der Einsatz 11 mit dem Einlaufteil 14 einstückig ausgebilet ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zu Figur 5b verwiesen. Das Ausführungs- beispiel gemäß Figur 7 unterscheidet sich davon dadurch, daß der Einsatz 11 ohne Ringflansch 23 ausgebildet ist und integral in den Einlaufteil 14 (der im Tundish-Boden verläuft) übergeht. Die Umhüllung 10 ist analog um den Einsatzteil 11 angeordnet und über eine Nut-Feder-Verbindung 50 mit dem Einlaufteil 14 über einen feuerfesten Kitt 30 verbunden.
Bei dieser Form stellt der Einlaufteil 14 quasi einen Teil des Einsatzes 11 dar. Die Umhüllung 10 kann deshalb im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch bis in den Bereich des Einlaufteils 14 hoch geführt werden und diesen umgreifen. Die beste Ausführungsform hängt in der Regel von den lokalen Gegebenheiten ab.
Bei der Ausbildung gemäß Figur 7 entfallen sämtliche Nähte oder Anschlußstücke in dem Bereich, den die Metallschmelze durchläuft, was besonders vorteilhaft ist. Dem Ausguß ist ein Stopfen 60 zugeordnet, der in bekannter Weise oberhalb der Durchgangsö f fnung 44 angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Ausguß-Stopfen-Kombination ist nun dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen 60 an seiner mit dem Ausguß (bzw. dem Einlaufbereich 14) in Berührung tretenden Fläche 62 aus dem gleichen Material wie der Ausguß im korrespondierenden Einlau fbereich 14 besteht, und zwar vorzugsweise CaO, MgO, ZrO2 oder BeO.
Es hat sich gezeigt, daß gerade dann, wenn Ausguß und Stopfen aus dem gleichen erosionsbeständigen, feuerfesten Material bestehen, die unerwünschten Ansatzbildungen oder Erosionen (je nach Stahlqualität) verhindert werden können.
Anstelle einer Beschichtung kann aber auch vorgesehen werden, einen mehr oder weniger großen Bereich am unteren Ende des Stopfens aus dem genannten Material herzustellen. Beispielsweise kann der Bereich vom unteren Scheitelpunkt 63 bis zu der in Figur 7 strichpunktierten Linie 64 aus Magnesit hergestellt werden. Dieser Teil wird dann mit dem oberen Teil 65, der beispielsweise aus Tonerdegraphit besteht, verklebt, verschraubt oder dergleichen. Je nachdem, aus welchen Materialien die Teile 60, 65 hergestellt werden, können auch beide miteinander gebrannt werden.
Weitere Aus fuhrungs formen eines er findungsgemäßen Ausgusses sind im Rahmen des Erfindungsgedankens möglich. Beispielsweise kann der Einsatzteil 53 des Ausgusses gemäß Figur 5c nicht nur als vorgefertigtes Bauteil gestaltet sein, vielmehr kann dieser Bereich auch beispielsweise durch eine bekannte Spritzmasse ausgefüllt werden, vorzugsweise aus demselben Material wie der Einlaufteil 14.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Keramischer Ausguß zum Vergießen einer Metallschmelze mit einer zumindest teilweisen äußeren Umhüllung (10) aus einem temperaturbeständigen Material und einem inneren Einsatz (11) aus einem erosionsbeständigen feuerfesten Material, dadurch gekennzeichnet, daß Umhüllung (10, 14) und Einsatz (11, 14, 53) im Abstand zueinander angeordnet sind, und der Abstand der den Raum (26) zweiseitig begrenzenden Flächen (20, 21) der Umhüllung (10, 14) beziehungsweise des Einsatzes (11, 14, 53) größer oder gleich der maximalen Wärmeausdehnung der korrespondierenden Materialien von Umhüllung (10,14) und Einsatz (11, 14, 53) bei der Anwendung ist.
2. Ausguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (26) zwischen Innerwandung (20) der Umhüllung (10, 14) und Außenwandung (21) des Einsatzes (11, 14, 53) zumindest teilweise mit einem oder mehreren Materialie (25,27) gefüllt ist, das oder die bei Temperaturen unterhalb der im Raum (26) erreichbaren unter Volumenreduzierung brennbar und/oder stark konpressible ist (sind).
3. Ausguß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (25,27) ein aschefrei verbrennbares Material ist.
4. Ausguß nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (26) zumindest teilweise mit einem wärmeisolierenden Material (25, 27) ausgefüllt ist.
5. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11, 14) über ein oder mehrere Stütz- und/oder Halteelemente (23) mit der Umhüllung (10, 14) verbunden ist.
6. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11) in die Umhüllung (10) über einen Flansch (23) eingehängt ist.
7. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Einsatz (11, 14, 53) und/oder die Umhüllung (10, 14) nach dem isostatischen Preßverfahren hergestellt ist (sind).
8. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (10, 14) aus einem feuerfesten keramischen Material besteht, insbesondere Schamotte, Tonerde, Tonerde-Graphit, amorpher Kieselsäure, Mullit, Mullit-Graphit oder Zirkonsilikat.
9. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11, 14, 53) aus einem Material besteht, dessen freie Gibbs'sche Enthalpie bei der chemischen Bildungsreaktion einen hohen negativen Wert besitzt, insbesondere CaO, MgO, BeO oder ZrO2.
10. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß seine Bauteile (10, 11, 14, 53) zumindest teilweise teergetränkt sind.
11. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (11, 14, 53) und Umhüllung (10,14) aus dem gleichen feuerfesten Material bestehen.
12. Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Einsatz (11, 14, 53) und/oder Umhüllung (10, 14) über ihre Länge geteilt ausgebildet sind.
13. Ausguß-Stopfen-Kombination, gekennzeichnet durch einen Ausguß nach einem der Ansprüche 1 bis 12, sowie einen diesem zugeordneten Stopfen (60), der zumindest an seiner mit dem Ausguß in Berührung tretenden Fläche (62) aus dem gleichen Material wie der Ausguß im korrespondierenden Einlaufbereich (14) besteht, vorzugsweise MgO, ZrO2, BeO oder CaO.
14. Ausguß-Stopfen-Kombination nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen vollständig aus einem Material besteht.
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