EP0312549A1 - Feuerfestes keramisches bauteil. - Google Patents

Feuerfestes keramisches bauteil.

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EP0312549A1
EP0312549A1 EP87907419A EP87907419A EP0312549A1 EP 0312549 A1 EP0312549 A1 EP 0312549A1 EP 87907419 A EP87907419 A EP 87907419A EP 87907419 A EP87907419 A EP 87907419A EP 0312549 A1 EP0312549 A1 EP 0312549A1
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EP
European Patent Office
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component according
porous section
gas
ceramic
molten metal
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EP87907419A
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English (en)
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EP0312549B1 (de
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Lorenz Dotsch
Peter Schrader
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RADEX DEUTSCHLAND AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE
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RADEX DEUTSCHLAND AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE
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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
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10—Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11—Treating the molten metal
    • B22D11/116—Refining the metal
    • B22D11/119—Refining the metal by filtering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/086—Filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/066—Treatment of circulating aluminium, e.g. by filtration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
    • C22B9/055—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ while the metal is circulating, e.g. combined with filtration

Definitions

  • the invention relates to a refractory ceramic component for separating contaminants from molten metals.
  • the ceramic filters mainly consist of open-pored filter bodies in foam structure with a certain porosity in a defined range.
  • the finest particles are physically deposited on the walls within the filter body, as a result of which the metal melt is “cleaned”.
  • Such ceramic "filter filters” are, for example, from German Offenlegungsschriften 28 05 611, 33 14 796,
  • refractory ceramic component for separating contaminants from molten steel, which is used in particular in distribution channels (intermediate containers) in continuous casting plants.
  • dams which are preferably arranged on the bottom of a distribution channel.
  • the dams should serve to even out the flow velocity and above all to calm the molten metal in the distribution channel. In this way it is achieved that the metal melt given in the tundish can be transported evenly over the area and the volume of the intermediate container on the way to the different spouts.
  • non-metallic contaminants such as slag particles, aluminum particles or other steel contaminants can rise to an increased extent in the molten metal and then be bound in the covering compound applied to the molten metal.
  • EP-A-173 147 discloses a multi-stage dam arrangement for a tundish, the dam extending in the longitudinal direction between the two end faces of the tundish. With the known dam, the "dead volume" within the tundish is to be reduced and the treatment of the molten metal in the tundish is to be evened out.
  • a tundish dam is also shown in EP-A-124 667, which also suggests that the dam be made from refractory materials with a certain fiber content.
  • the known ceramic refractory components for separating contaminants from molten metals lead to an improvement in the quality of the cast products; nevertheless, an improvement in quality is sought in particular with regard to an increased separation of non-metallic impurities.
  • the object of the invention is to propose a refractory ceramic component with which the degree of separation of impurities from molten metals is increased.
  • the component should preferably be retrofittable and one - in particular against over conventional ceramic filters - have increased service life.
  • the invention is based on the knowledge that the degree of separation of impurities from molten metals can be improved considerably if the melt is not only calmed by "barriers" and optionally passed through an open-pore ceramic filter, but is simultaneously subjected to an inert gas treatment.
  • the invention proposes a refractory ceramic component for separating contaminants from a metal melt with a porous section for carrying out the metal melt and a device for supplying an inert gas in the area of the porous section.
  • the porous section should preferably consist of an open-cell ceramic molded body, the offer foam ceramics mentioned at the outset, known from the prior art, in a special way.
  • Shaped bodies made of an organic polymer foam mixed with a ceramic slip are preferred here.
  • the porous section can, according to an alternative embodiment of the invention, also be made of a filter fabric made of a refractory fiber, optionally applied to a support body.
  • a corresponding filter element is described in DE-OS 33 40 417.
  • the porous section consists of several components arranged one behind the other at a distance (viewed in the direction of flow of the melt): a kind of step-by-step filtration arises, which increases the degree of separation of the impurities.
  • porous section lies in a dense ceramic receiving part is preferred both in terms of production and in use. This creates a kind of frame for holding a filter.
  • the receiving part For the application area in question, it is advisable to manufacture the receiving part from a ceramic material with high resistance to temperature changes, for example from a high-alumina mass.
  • the receiving part can be both cast and pressed.
  • the (dense) receiving part also takes on the function of the dams known from the prior art.
  • the molten metal is retained on the receiving part and can only flow off through the porous section.
  • the filter Preferably encloses the.
  • Receiving part of the filter on all sides, the latter having a cuboid shape and can be mortared in the receiving part, for example.
  • the invention offers various alternative embodiments, which can also be implemented cumulatively in one and the same refractory ceramic component.
  • the device for supplying an inert gas consists of a gas line which preferably runs parallel to the porous section and with at least one gas outlet opening in the direction of the porous section.
  • the invention proposes to arrange the gas line below the porous section. This ensures that the inert gas flows from bottom to top and thus practically through the entire weld pool.
  • the gas line can also be arranged on one or both side surfaces of the filter be arranged, the gas outlet openings should then be arranged substantially perpendicular to the direction of flow of the molten metal. This results, particularly together with a gas line below the porous section, in a particularly intensive inert gas treatment and thus a particularly high cleaning performance.
  • the gas line or its gas outlet opening (s) can run both in front of and behind the porous section and, in a further embodiment, also between individual components of the porous section (in each case viewed in the flow direction of the molten metal).
  • the filter is preferably either inserted from above into the receiving part, or, according to a further advantageous embodiment, for example, inserted via a corresponding tongue and groove arrangement, or else the receiving part itself is also open at the top in the corresponding area, so that the impurities rise easily and - as described above - can be bound in a covering compound.
  • the gas outlet opening (s) can be designed in different ways.
  • a slit (channel) opening through which the gas can exit like a closed curtain.
  • the area of application of a device according to the invention is fundamentally not restricted.
  • the component can be used both in foundries, where sand, mold or investment castings are manufactured for all possible applications, as well as in continuous casting plants (here preferably in a distribution channel).
  • the component according to the invention fulfills the function of a "gas-spouting tundish dam" and thus several functions simultaneously, as described in detail above.
  • the component according to the invention is not limited to the described embodiments either with regard to its geometry or its arrangement in a melt treatment plant.
  • other known materials can also be used for the production of the receiving part or porous body.
  • the specialist will select suitable qualities here.
  • FIG. 1 is a perspective view of a refractory component according to the invention
  • FIG. 2 a front view of the component according to FIG. 1
  • Figure 4 the arrangement of a component according to the invention in an intermediate container.
  • a refractory component according to the invention is generally identified by reference number 10.
  • It consists of a frame-shaped receiving part 12 made of a high-alumina, cast and vibrated mass with a central square passage opening 14.
  • a cuboid porous section 16 (hereinafter referred to as filter) sits in the through opening 14.
  • the filter 16 is fixedly connected to the receiving part 12 via a refractory mortar joint 18.
  • the filter 16 is a sintered molded body produced from an organic polymer foam in a mixture with a ceramic slip. Its chemical analysis (in percent by weight) and physical characteristics are as follows:
  • the filter 16 Due to its open porosity, the filter 16 enables a metal melt to flow through from the front 20 to the rear 22.
  • the network of interconnected pores of the filter 16 has a positive filtering effect, particles with a diameter that is considerably smaller than the average pore size also being collected in the branched filter network. In this way, non-metallic inclusions in the ⁇ m range can be filtered off.
  • the molten metal has to "zigzag” through the filter network, the flow of the molten metal is aligned and the damage caused by a "foaming molten metal" such as oxide films and non-metallic inclusions are reliably prevented.
  • a slight initial flow resistance during "casting" means that a largely constant metallostatic pressure is maintained during the passage of the molten metal through the filter.
  • a plurality of gas outlet channels 30 run upward from the gas line 26 and emerge from the latter at a projecting step 32 on the surface of the lower frame part 24.
  • the stage 32 is formed in that the filter 10 is arranged somewhat to the rear (in the direction of flow F of the melt (not shown)) in the receiving part 12, as a result of which the stage 32 rotates on all sides.
  • the component is first installed in a distributor channel 34 in the path of the molten metal. Since the molten metal flows essentially horizontally in the distribution channel, the refractory component is set up approximately perpendicular to the direction of flow.
  • the molten metal is poured from a pouring ladle (not shown) into the distribution channel 34 via a spout, the pouring region of the pouring jet being identified by reference number 36.
  • the component 10 initially acts as a dam until the molten metal passes through the filter 16.
  • the gas line 26 has previously been connected to an external gas supply, so that an inert gas, preferably argon or the like, flows through the gas outlet channels 30 and rises in front of the front side 20 of the filter 16.
  • an inert gas preferably argon or the like
  • the intensity of the gas flow can be adapted to the respective area of application.
  • the flushing line 26 can also be raised laterally next to the filter 16 in the receiving part 12 and formed with corresponding gas outlet channels, so that in addition to the gas flow from the bottom up, there is also a horizontal gas injection, which further optimizes the flushing effect.
  • the filter Due to the cleaning of the molten metal before it is passed through the foam filter, fewer contaminants get into it. As a result, the filter remains functional for longer than is known from the prior art, that is to say it clogs more slowly and therefore also needs to be replaced less frequently.
  • the principle on which the component according to the invention is based can also be applied if the melt flows through a filter from top to bottom. In individual cases, the gas supply direction must then be set so that the melt can be cleaned appropriately before it enters the filter.

Description

Feuerfestes keramisches Bauteil
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein feuerfestes keramisches Bauteil zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Metallschmelzen.
Es sind verschiedene Arten derartiger feuerfester keramischer Bauteile für unterschiedliche Anwendungsbereiche bekannt.
Die Metallfiltration mittels keramischer Filter ist seit längerer Zeit Stand der Technik. Insbesondere bei der Halbzeugfertigung ist ein hoher Reinheitsgrad erforderlich; kleinste Einschlüsse in der Schmelze führen zu einem Ausschuß. Im Bereich der Superlegierungen werden Gußteile für die verschiedensten Anwendungen seit längerer Zeit erfolgreich mit Keramikmaterialien in Schaumstruktur filtriert. Die Einschlüsse sind abhängig von der Art des zu vergießenden Werkstoffes, den damit verbundenen Ausgangsmaterialien und den vorhandenen Schmelz- und Fertigungseinrichtungen. Die Einschlüsse bestehen hauptsächlich aus Schlacken, Impfmittelreaktionsprodukten, nichtmetallischen Oxiden, Sandeinspülungen, aber auch aus Rückständen der Behandlungsund Transportgefäße.
Die keramischen Filter bestehen vor allem aus offenporigen Filterkörpern in Schaumstruktur mit einer bestimmten Porosität in einer definierten Bandbreite. Beim Durchführen der Metallschmelzen erfolgt ein physikalisches Abscheiden von feinsten Teilchen an den Wandungen innerhalb des Filterkörpers, wodurch die Metallschmelze "gereinigt" wird.
Derartig e k eramis che " Scha umfilter" sind zum Beispiel aus den Deutschen Offenlegungsschriften 28 05 611, 33 14 796,
34 24 504, 34 25 182 und 35 27 872 bekannt.
Daneben besteht eine weitere Gattung feuerfester keramischer Bauteile zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Stahlschmolzen, die insbesondere bei Verteilerrinnen (Zwischenbehältern) in Stranggießanlagen Anwendung finden.
Hierbei handelt es sich um sogenannte "Dämme", die vorzugs weise auf dem Boden einer Verteilerrinne angeordnet sind. Die Dämme sollen zu einer Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit und vor allem einer Beruhigung der Metallschmelze in der Verteilerrinne dienen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die in den Tundish gegebene Metallschmelze über die Fläche und das Volumen des Zwischenbehälters auf dem Weg zu den verschiedenen Ausgüssen gleichmäßig transportiert werden kann. Durch eine Vergleichmäßigung und Verlängerung der Verweilzeit im Tundish können nichtmetallische Verunreinigungen wie Schlacketeilchen, Aluminiumpartikel oder sonstige Stahlverunreinigungen in erhöhtem Maße in der Metallschmelze aufsteigen und anschließend in der auf die Metallschmelze aufgebrachten Abdeckmasse gebunden werden.
Aus der EP-A-173 147 ist eine mehrstufige Dammanordnung für einen Tundisch bekannt, wobei sich der Damm in Längsrichtung zwischen den beiden Stirnseiten des Zwischengefäßes erstreckt. Mit dem bekannten Damm soll das "Totvolumen" innerhalb des Zwischengefäßes vermindert und die Behandlung der Metallschmelze im Tundish vergleichmäßigt werden.
Einen Tundishdamm zeigt auch die EP-A-124 667, die im übrigen vorschlägt, den Damm aus feuerfesten Materialien mit einem bestimmten Gehalt an Faserstoffen herzustellen.
Die bekannten keramischen feuerfesten Bauteile zum Abschei- den von Verunreinigungen aus Metallschmelzen führen zwar zu einer Verbesserung der Qualität der vergossenen Produkte; dennoch wird eine Qualitätssteigerung insbesondere bezüglich einer erhöhten Abscheidung nichtmetallischer Verunreinigungen angestrebt.
Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein feuerfestes keramisches Bauteil vorzuschlagen, mit dem der Abscheidungsgrad von Verunreinigungen aus Metallschmelzen erhöht wird. Gleichzeitig soll das Bauteil vorzugsweise nachrüstbar sein und eine - insbesondere gegen über konventionellen keramischen Filtern - erhöhte Lebensdauer aufweisen .
Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß der Abscheidungsgrad von Verunreinigungen aus Metallschmelzen erhe blich verbessert werden kann, wenn die Schmelze nicht nur durch "Barrieren" beruhigt und gegebenenfalls durch einen offenporigen keramischen Filter geführt wird, sondern gleichzeitig einer Inertgasbehandlung unterworfen wird.
Die Erfindung schlägt insoweit ein feuerfestes keramisches Bauteil zum Abscheiden von Verunreinigungen aus einer Metallschmelze mit einem porösen Abschnitt zum Durchführen der Metallschmelze sowie einer Einrichtung zur Zuführung eines Inertgases im Bereich des porösen Abschnittes vor.
Die Durchleitung der Metallschmelze durch einen porösen Abschnitt (Filter) führt zunächst zu einer Beruhigung der Schmelze aufgrund einer Verlangsamung der Durchströmgeschwindigkeit. Damit ist gleichzeitig auch eine Art "Dammwirkung" erreicht.
Durch die weitere Zuführung eines Inertgases im Bereich dieses porösen Abschnittes wird erfindungsgemäß eine Möglichkeit geschaffen, die unerwünschten Verunreinigungen mit dem Inertgasstrom schneller und vollständiger aus der Metallschmelze an die Oberfläche des Schmelzbades zu führen, wo sie entnommen oder vorzugsweise in einer bekannten Abdeckmasse gebunden werden.
Der poröse Abschnitt soll vorzugsweise aus einem offenzelligen keramischen Formkörper bestehen, wobei sich die eingangs genannten, aus dem Stand der Technik bekannten Schaumkeramiken in besonderer Weise anbieten.
Bevorzugt sind hier Formkörper aus einem organischen Polyme schaum in Mischung mit einem keramischen Schlicker.
Anstelle eines derartigen Schaumfilt ers kann der poröse Abschnitt, nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, auch aus einem gegebenenfalls auf einem Stützkörper aufgebrachten Filtergewebe aus einer feuerfesten Faser gestaltet sein. Ein entsprechendes Filterelement ist in der DE-OS 33 40 417 beschrieben.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der poröse Abschnitt aus mehreren, im Abstand hintereinander angeordneten Bauteilen besteht (in Durchflußrichtung der Schmelze gesehen): Es entsteht so eine Art stufenweise Filtrierung, wodurch der Abscheidungsgrad der Verunreinigungen erhöht wird.
Sowohl herstellungsmäßig als auch bei der Anwendung ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der poröse Abschnit in einem dichten keramischen Aufnahmeteil einliegt. Es entsteht so eine Art Rahmen zur Aufnahme eines Filters.
Für den hier in Rede stehenden Anwendungsbereich empfiehlt sich, den Aufnahmeteil aus einem keramischen Material hoher Temperaturwechselbeständigkeit herzustellen, zum Beispiel aus einer hochtonerdehalt igen Masse. Dabei kann der Aufnahmeteil sowohl gegossen wie gepreßt sein.
Der (dichte) Aufnahmeteil übernimmt dabei gleichzeitig die Funktion der aus dem Stand der Technik bekannten Dämme. Die Metallschmelze wird am Aufnahmeteil zurückgehalten und kann nur durch den porösen Abschnitt abfließen.
Vorzugsweise umschließt der. Aufnahmeteil den Filter allseitig, wobei letzterer eine Quaderform aufweisen und im Aufπahmeteil zum Beispiel eingemörtelt sein kann.
Bezüglich der Anordnung einer Gaszuführeinrichtung bietet die Erfindung verschiedene alternative Ausführungsformen an, die auch kumulativ in ein und demselben feuerfesten keramischen Bauteil realisiert werden können.
In ihrer allgemeinsten Form besteht die Einrichtung zur Zuführung eines Inertgases aus einer Gasleitung, die vorzugsweise parallel zum porösen Abschnitt und mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung in Richtung auf den porösen Abschnitt verläuft.
Damit ist sichergestellt, daß die Metallschmelze unmittelbar vor, während und/oder nach ihrem Durchtritt durch den Filter von einem Inertgasstrom gespült wird, der für eine zusätzliche Reinigung (gegebenenfalls Vor- beziehungsweise Nachreinigung) sorgt.
Dabei schlägt die Erfindung in einer vorteilhaften Ausführungsform vor, die Gasleitung unterhalb des porösen Abschnittes anzuordnen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Inertgas von unten nach oben und damit praktisch durch das gesamte Schmelzbad strömt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Gasleitung jedoch auch an einer oder beiden Seitenflächen des Filters ange ordnet sein, wobei die Gasaustrittöffnungen dann im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der Metallschmelze angeordnet sein sollten. Hierdurch ergibt sich, insbesondere zusammen mit einer Gasleitung unterhalb des porösen Abschnittes, eine besonders intensive Inertgasbehandlung und damit eine besonders hohe Reinigungsleistung.
Die Gasleitung beziehungsweise ihre Gasaustrittsöffnung (en) können, nach verschiedenen weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung, sowohl vor als auch hinter dem porösen Abschnitt, und in einer weiteren Ausbildung auch zwischen einzelnen Bauteilen des porösen Abschnittes verlaufen (jeweils in Durchflußrichtung der Metallschmelze gesehen).
Wird die Gasleitung vor dem Filterteil angeordnet, so erfolgt eine Art "Vorreinigung", indem große Teile der Verunreinigungen bereits vor Eintritt der Metallschmelze in den Filter mit' dem Inertgasstrom nach oben weggeführt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß nur noch ein Teil der Verunreinigungen in den Filter geführt wird und sich dieser insoweit nicht mehr so schnell "zusetzt". In Kombination mit der Verwendung einer Abdeckmasse auf der Oberfläche des Schmelzbades ist weiter sichergestellt, daß die Verunreinigungen nicht nur physikalisch abgeschieden, sondern auch chemisch (in der Abdeckmasse) gebunden werden.
Eine ebenso effektive (gegebenenfalls zusätzliche) Reinigung erfolgt, wenn die Gasleitung so angeordnet wird, daß eine Gasströmung zwischen einzelnen, im Abstand zueinander angeordneten Bauteilen des Filters erfolgt Das Prinzip ist dabei das gleiche, wie vorstehend beschrieben, in diesem Fall wird vor allem der - in Durchflußrichtung der Schmelze hintere Filterteil - vor einem "Zusetzen" geschont.
Bei dieser Ausführungsform wird der Filter vorzugsweise entweder von oben in den Aufnahmeteil eingesetzt, oder auch, nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, zum Beispiel über eine entsprechende Nut-Feder Anordnung eingeschoben, oder aber der Aufnahmeteil selbst ist im entsprechenden Bereich ebenfalls nach oben offen, so daß die Verunreinigungen ohne weiteres aufsteigen und - wie vorstehend beschrieben - in einer Abdeckmasse gebunden werden können.
Die Gasaustrittsöffnung (en) können auf verschiedene Weise gestaltet sein.
In einer ersten Ausführungsform wird hierzu vorgeschlagen, eine schlitz (kanal) förmige Öffnung vorzusehen, über die das Gas wie ein geschlossener Vorhang austreten kann.
Ebenso ist es aber auch möglich, von der Gasleitung eine Vielzahl einzelner, im Abstand zueinander angeordneter Gaskanäle vorzusehen, über die das Gas in einer Vielzahl von säulenförmigen Einzelströmen durch die Metallschmelze geführt wird, wobei der Reinigungseffekt noch größer ist.
Die mit einem erfindungsgemäßen feuerfesten keramischen Bauteil erzielbaren Vorteile sind offens ichtlich .
Gegenüber den eingangs beschriebenen bekannten Bauteilen kann ein sehr viel höherer Abscheidungsgrad an nichtmetallischen Verunreinigungen und damit eine wesentlich verbesserte und gleichmäßigere Schmelzqualitär erreicht werden. Dabei ist der konstruktive Aufwand minimal, und auch bekannte Anlagen zur Behandlung oder Durchfuhrung von Metallschmelzen können ohne weiteres mit einem erfindungsgemaßen Bauteil nachgerustet werden.
Der Anwendungsbereich einer erfindungsgemaßen Einrichtung ist grundsatzlich nicht beschrankt. Das Bauteil kann sowohl in Gießereien, wo Sand-, Kokillen- oder Feingußstucke für alle möglichen Anwendungen hergestellt werden, als auch in Stranggießanlagen (hier vorzugsweise in einer Verteilerrinne) eingesetzt werden.
Beim Einsatz in einer Vert eilemnne einer Stranggießanlage erfüllt das erfindungsgemaße Bauteil die Funktion eines "gasspulenden Tundishdamms" und damit mehrere Funktionen gleichzeitig, wie vorstehend im einzelnen beschrieben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen sowie den übrigen Anmeldungsunterlagen.
Das erfindungsgemaße Bauteil ist sowohl bezüglich seiner Geometrie als auch Anordnung in einer Schmelzbehandlungsanlage nicht auf die beschriebenen Ausfuhrungsformen begrenzt. Ebenso lassen sich neben den genannten weitere, an sich bekannte Materialien für die Herstellung des Aufnahmeteils beziehungsweise porösen Korpers verwenden. Der Fachmann wird hier - je nach Anwendungsbereich - geeignete Qualitäten auswählen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung naher beschrieben, in der ein gasspulender Tundishdamm dargestellt ist. Im einzelnen zeigt Figur 1: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen feuerfesten Bauteils
Figur 2: eine Frontansicht des Bauteiles gemäß Figur 1
Figur 3: einen Schnitt entlang der Linie A - B nach Figur 2
Figur 4: die Anordnung eines erfindungsgemäßen Bauteils in einem Zwischenbehälter.
In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeichen 10 ein erfindungsgemäßes feuerfestes Bauteil ganz allgemein gekennzeichnet.
Es besteht aus einem rahmenförmigen Aufnahmeteil 12 aus einer hochtonerdehaltigen, gegossenen und einvibrierten Masse mit einer mittigen quadratischen Durchgangsöffnung 14.
In der Durchgangsöffnung 14 sitzt ein quaderförmiger poröser Abschnitt 16 (nachfolgend Filter genannt) ein.
Der Filter 16 ist mit dem Aufnahmeteil 12 über eine feuerfeste Mörtelfuge 18 fest verbunden.
Der Filter 16 ist ein aus einem organischen Polymerschaum in Mischung mit einem keramischen Schlicker hergestellter gesinterter Formkörper. Seine chemische Analyse (in Gewichtsprozent) sowie physikalischen Kenndaten sind wie folgt:
SiO2 3,0
Al2O3 83,5 Cr2O3 2,6 P2O5 5,9
K2O 0,3
Na2O 0,2
Rest diverse Oxide 4,5 Rohdichte: 1,9 g/cm3
Offene Porosität: 50%
Der Filter 16 ermöglicht durch seine offene Porosität das Durchfließen einer Metallschmelze von der Vorderseite 20 zur Rückseite 22.
Das Netzwerk der miteinander verbundenen Poren des Filters 16 bewirkt eine positive Filtrierwirkung, wobei auch Partikel mit erheblich geringerem Durchmesser als die durchschnittliche Porengröße im verzweigten Filternetzwerk aufgefangen werden. Auf diese Weise können nichtmetallische Einschlüsse im μm-Bereich abfiltriert werden.
Dadurch, daß die Metallschmelze einen "Zickzackweg" durch das Filternetzwerk nehmen muß, wird die Strömung der Metallschmelze ausgerichtet, und die durch eine "schäumende Metallschmelze" verursachten Schäden wie Oxidfilme und nichtmetallische Einschlüsse werden sicher verhindert.
Ein geringfügiger anfänglicher Strömungswiderstand beim "Angießen" führt dazu, daß während der Durchführung der Metallschmelze durch den Filter ein weit est gehend konstanter metallostatischer Druck aufrechterhalten wird.
Unterhalb des Filters 16 verläuft im unteren Rahmenteil
24 eine Gasleitung 26 von außen parallel zur Vorderseite
20 des Filters 16 und mit gleichem Abstand zu dessen Unterseite 28.
Wie insbesondere den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, verlaufen von der Gasleitung 26 eine Vielzahl von Gasaustrittskanälen 30 nach oben und treten an einer vorstehenden Stufe 32 an der Oberfläche des unteren Rahmenteils 24 aus diesem heraus.
Die Stufe 32 wird dadurch ausgebildet, daß der Filter 10 etwas nach hinten (in Durchflußrichtung F der (nicht dargestellten) Schmelze gesehen) versetzt im Aufnahmeteil 12 angeordnet ist, wodurch die Stufe 32 allseitig umläuft.
Die Funktion des erfindungsgemäßen Bauteiles ist wie folgt:
Das Bauteil wird zunächst, wie Figur 4 zeigt, in eine Verteilerrinne 34 in den Weg der Metallschmelze eingebaut. Da die Metallschmelze in der Verteilerrinne im wesentlichen horizontal strömt, ist das feuerfeste Bauteil etwa senkrecht zur Strömungsrichtung aufgestellt.
Von einer Gießpfanne (nicht dargestellt) wird die Metallschmelze über einen Ausguß in die Verteilerrinne 34 gegossen, wobei der Eingießbereich des Gießstrahls mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet ist.
Das Bauteil 10 wirkt zunächst als Damm, bis die Metallschmelze durch den Filter 16 hindurchtritt.
Zuvor ist die Gasleitung 26 an eine externe Gasversorgung angeschlossen worden, so daß ein Inertgas, vorzugsweise Argon oder dergleichen, durch die Gasaustrittskanäle 30 strömt und vor der Vorderseite 20 des Filters 16 aufsteigt.
Dabei wird eine Spülung der Metallschmelze erreicht, während der nichtmetallische Verunreinigungen über die einzelnen Gasbläschen mitgeführt werden, die dann aufsteigen und in einer auf der Oberfläche des Schmelzbades angeordneten Abdeckschicht (nicht dargestellt) gebunden werden.
Dabei kann die Intensität des Gasstromes dem jeweiligen Anwendungsbereich angepaßt werden.
In Erweiterung der dargestellten Ausführungsform kann die Spülleitung 26 auch seitlich neben dem Filter 16 im Aufnahmeteil 12 hochgeführt und mit entsprechenden Gasaustrittskanälen ausgebildet werden, so daß neben der Gasströmung von unten nach oben auch eine horizontale Gaseindüsung erfolgt, wodurch der Spüleffekt weiter optimiert wird.
Aufgrund der Reinigung der Metallschmelze vor der Durchleitung durch den Schaumfilter gelangen weniger Verunreinigungen in diesen. Hierdurch bleibt der Filter länger als aus dem Stand der Technik bekannt funktionstüchtig, das heißt, er setzt sich langsamer zu und braucht deshalb auch seltener ausgetauscht werden.
Das dem erfindungsgemäßen Bauteil zugrundeliegende Prinzip kann auch angewendet werden, wenn die Schmelze von oben nach unten einen Filter durchströmt. Es ist dann im Einzelfall die Gaszuführrichtung so einzustellen, daß eine entsprechende Reinigung der Schmelze vor dem Eintritt in den Filter erfolgen kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Feuerfestes keramisches Bauteil zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Metallschmelzen mit a) einem porösen Abschnitt (16) zum Durchführen der Metallschmelze sowie b) einer Einrichtung (26,30) zur Zuführung eines Inertgases im Bereich des porösen Abschnittes (16).
2. Bauteil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der poröse Abschnitt aus einem offenzelligen, keramischen Formkörper (16) besteht.
3. Bauteil nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Formkörper (16) aus Schaumkeramik besteht .
4. Bauteil nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Formkörper (16) ein aus einem organischen Polymerschaum in Mischung mit einem keramischen Schlick hergestellter gesinterter Formkörper ist.
5. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der poröse Abschnitt ein gegebenenfalls auf einem Stützkörper angeordnetes Filtergewebe aus einer feuerfesten Faser ist.
6. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der poröse Abschnitt aus mehreren, im Abstand hintereinander, in Durchflußrichtung der Schmelze gesehen, angeordneten Bauteilen besteht.
7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der poröse Abschnitt (16) in einem Gichten, keramischen Aufnahmeteil (12) einliegt.
8. Bauteil nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Aufnahmeteil (12) aus einem keramischen Material hoher Temperat urwechselbest ändigkeit besteht.
9. Bauteil nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Aufnahmeteil (12) aus einer hochtonerdehaltigen Masse besteht.
10. Bauteil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der poröse Abschnitt (16) eine Quaderform aufweist und im Aufnahmeteil (12) ortsfest einsitzt.
11. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einrichtung zur Zuführung eines Inertgases aus einer Gasleitung (26) besteht, die vorzugsweise parallel zum porösen Abschnitt (16) und mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (30) in Richtung auf den porösen Abschnitt (16) verläuft.
12. Bauteil nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gasleitung (26) unterhalb des porösen Abschnittes (16) verläuft.
13. Bauteil nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gasleitung (26) seitlich des porösen Abschnittes verläuft.
14. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gasleitung (26), in Durchflußrichtung der Metallschmelze gesehen, vor und/oder hinter dem porösen Abschnitt (16) verläuft.
15. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gasleitung (26), in Durchflußrichtung der Metallschmelze gesehen, zwischen den einzelnen Bauteilen des porösen Abschnitts (16) verläuft.
16. Bauteil noch einem der Ansprüche 11 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gasaustrittsöffnung als von der Gasleitung (26) verlaufender Düsenspalt ausgebildet ist.
17. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gasaustrittsöffnung aus einer Vielzahl kleiner Durchgangskanäle (30) gestaltet ist.
18. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gasleitung (26) und/oder die Gasaustrittsöffnung(en) (30) im Aufnahmeteil (12) ausgebildet sind.
19. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 18 zur Verwendung als gasspülender Filter in einem metallurgischen Gefäß.
20. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Verwendung als gasspülender Damm (10) in einem Zwischenbshälter einer Stranggießanlage.
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