EP1110646B1 - Stopfenstange - Google Patents

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EP1110646B1
EP1110646B1 EP00117590A EP00117590A EP1110646B1 EP 1110646 B1 EP1110646 B1 EP 1110646B1 EP 00117590 A EP00117590 A EP 00117590A EP 00117590 A EP00117590 A EP 00117590A EP 1110646 B1 EP1110646 B1 EP 1110646B1
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EP
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section
nose
stopper rod
base part
whose
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EP00117590A
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EP1110646A2 (de
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Wolfram HÖLLER
Dirk Masurat
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Veitsch Radex GmbH and Co OG
Original Assignee
Veitsch Radex GmbH and Co OG
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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
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B22D41/18—Stopper-rods therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Definitions

  • the invention relates to a so-called monobloc stopper designed plug rod for the flow control of metallurgical melting vessels.
  • plug rod consists of a cylindrical Plug rod body made of a refractory, carbon-containing Material, with the plug rod body on a base part for receiving a guide rod and on its end with a nose-like (cap-like) section is trained.
  • the monoblock plug in its axial direction from an associated orifice carried away in the metallurgical vessel as soon as the molten metal should flow out, or on the spout lowered and sealed against it, if the metal melt flow can be reduced or interrupted should.
  • GB-A-2 095 612 proposes to produce a reinforced monoblock stopper by isostatic pressing, only the nose-like section being formed from a refractory material containing zirconium.
  • EP 0 721 388 B1 a generic stopper rod in which the Plug rod body in whole or in part with one layer is covered, which contains 4 to 9 wt .-% carbon and at least one sintering aid, this surface layer compressed after a fire above 1,000 ° C and impermeable to gases should be.
  • the thickness of the layer is with specified less than 10 mm. According to an embodiment is the layer on the nasal section of the Plug rod limited.
  • Such a plug rod is difficult to manufacture, especially if it is to be pressed isostatically, such as proposed in EP 0 721 388 B1, since the aforementioned Surface layer in the area of the nose-like section difficult to assemble in a suitable mold is. It can also easily cause the chipping Layer when applied.
  • the object of the invention is therefore a plug rod of the aforementioned kind to improve that can be produced in a simple process, the aforementioned Formation is reliably prevented and a trouble-free use as a regulator in metallurgical Melting vessels enabled.
  • the basic idea of the invention is instead of only in Surface area of the nose-like portion formed Protective layer from the entire nose-like section a refractory material other than that of the base part form with an interface between the nose-shaped Section and the base part throughout Cross section of the plug rod is formed.
  • the stopper rod as a whole easy to manufacture, for example by pressing first the material of the nose-shaped section is filled into the mold and then the shape with the material of the Base part is filled before the pressing process begins. Already through the pressing process it comes over the whole Cross section of the plug rod body into one Connection of the mutual materials of the base part and nasal section.
  • Another essential idea of the invention is in making the nose-like section of a refractory Form material, the carbon content of one oxidizing fire above 900 ° C in at least one near the surface Area burns out.
  • carbonaceous material is formed after Burn different zones in the nose-like section from, namely an inner part that continues to contain carbon and an outer, the entire nose-like section covering part, which is now carbon-free.
  • a further optimization can be achieved by unglazing the nose-like portion, the Burnout of carbon in the surface area is supported becomes.
  • the nose-like section can be made of a material a carbon content ⁇ 10 wt .-% exist.
  • the goal A selection of materials serves a low thermal expansion for the nose-like section based on zirconium mullite, the zirconium mullite content being over 50% by weight is.
  • the mix of materials can be further refractory Oxides and / or sintering aids are added. So the material for the nose-like section 5 to 20 Contain wt .-% silicon nitride.
  • the Plug rod be designed so that it is after an oxidizing Fire above 900 ° C a carbon free Surface layer of the nose-like section in one Thickness of at least 4 mm, the thickness (Thickness) of this layer typically between 4 and 10 mm is based on a diameter of the cylindrical Plug rod body of at least 300 mm, the Diameter can also be significantly higher.
  • the reference numeral 10 describes a plug rod overall, consisting of a base part 12 and a nose-like (Cap-like) designed free end section 14.
  • the nose-like section 14 consists of a material based on zirconium mullite and it contains 15% by weight Silicon nitride and 5% graphite also 5% by weight sintering aid.
  • the stopper rod shown was at about 1,000 ° C fired oxidizing, with the result that one with the Reference numeral 20 shown, about 5 mm thick surface area of the nose-like section 14 is now free of carbon, while the enclosed core 22 of the nose-like section 14 is further carbon-containing.
  • the integral formation of the nose-like section 14 over the interface 18 with the base part 12 leads to an intimate connection of the jointly pressed sections 12, 14 and - after fire - to one too integral formation of a carbon-free surface layer 20 in the area of the nose-like section 14.

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Description

Die Erfindung betrifft eine als sogenannten Monoblocstopfen gestaltete Stopfenstange zur Ausflußregelung von metallurgischen Schmelzgefäßen.
Eine solche, zum Beispiel durch die EP 0 721 388 B1 bekannte Stopfenstange besteht aus einem zylindrischen Stopfenstangenkörper aus einem feuerfesten, kohlenstoffhaltigen Werkstoff, wobei der Stopfenstangenkörper an einem Basisteil zur Aufnahme einer Führungsstange und an seinem Ende mit einem nasenartigen (kappenartigen) Abschnitt ausgebildet ist.
Mit Hilfe der erwähnten Führungsstange wird der Monoblockstopfen in seiner Axialrichtung von einer zugehörigen Ausflußöffnung im metallurgischen Gefäß weggeführt, sobald die Metallschmelze ausfließen soll, beziehungsweise auf den Ausguß abgesenkt und gegen diesen abgedichtet, sofern der Metallschmelzefluß reduziert oder unterbrochen werden soll.
Zur Vermeidung von Erosion im Nasenbereich der Stopfenstange durch abfließende Schmelze schlägt die GB-A-2 095 612 vor, einen armierten Monoblock-Stopfen durch isostatisches Pressen herzustellen, wobei nur der nasenartige Abschnitt von einem Zirkon enthaltenden Feuerfestwerkstoff gebildet ist.
Dabei ist es bekannt, daß es durch chemische Reaktionen im Ausflußbereich zu einer sogenannten Ansatzbildung kommen kann, die den Auslaufbereich zusetzt und eine Schmelzfluß-Regelung erschwert bis unmöglich macht.
Zur Vermeidung dieser Probleme schlägt die EP 0 721 388 B1 eine gattungsgemäße Stopfenstange vor, bei der der Stopfenstangenkörper ganz oder teilweise mit einer Schicht bedeckt ist, die 4 bis 9 Gew.-% Kohlenstoff enthält und mindestens ein Sinterhilfsmittel, wobei diese Oberflächenschicht nach einem Brand über 1.000° C verdichtet und gasundurchlässig sein soll. Die Dicke der Schicht wird mit weniger als 10 mm angegeben. Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Schicht auf den nasenartigen Abschnitt der Stopfenstange beschränkt.
Eine solche Stopfenstange ist schwierig herzustellen, insbesondere, wenn sie isostatisch gepreßt werden soll, wie in der EP 0 721 388 B1 vorgeschlagen, da die genannte Oberflächenschicht im Bereich des nasenartigen Abschnitts nur schwer in einer entsprechenden Preßform konfektionierbar ist. Außerdem kann es leicht zu einem Abplatzen der Schicht bei der Anwendung kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Stopfenstange der vorgenannten Art dahingehend zu verbessern, daß diese in einem einfachen Verfahren herstellbar ist, die genannte Ansatzbildung zuverlässig verhindert wird und einen störungsfreien Einsatz als Regelorgan in metallurgischen Schmelzgefäßen ermöglicht.
Grundgedanke der Erfindung ist es, anstelle einer nur im Oberflächenbereich des nasenartigen Abschnitts ausgebildeten Schutzschicht den gesamten nasenartigen Abschnitt aus einem anderen feuerfesten Werkstoff als dem des Basisteils auszubilden, wobei eine Grenzfläche zwischen dem nasenförmigen Abschnitt und dem Basisteil über den gesamten Querschnitt der Stopfenstange ausgebildet wird.
Auf diese Weise läßt sich die Stopfenstange insgesamt leicht herstellen, zum Beispiel pressen, indem zunächst das Material des nasenförmigen Abschnitts in die Form eingefüllt und anschließend die Form mit dem Werkstoff des Basisteils aufgefüllt wird, bevor der Preßvorgang beginnt. Bereits durch den Preßvorgang kommt es dann über den gesamten Querschnitt des Stopfenstangenkörpers zu einer Verbindung der wechselseitigen Werkstoffe von Basisteil und nasenartigem Abschnitt.
Ein weiterer wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, den nasenartigen Abschnitt aus einem feuerfesten Werkstoff auszubilden, dessen Kohlenstoffanteil bei einem oxidierenden Brand über 900° C zumindest in einem oberflächennahen Bereich ausbrennt. Mit anderen Worten: obwohl der gesamte nasenartige Abschnitt aus ein und demselben, kohlenstoffhaltigen Material besteht, bilden sich nach dem Brand unterschiedliche Zonen im nasenartigen Abschnitt aus, nämlich ein innerer Teil, der weiter kohlenstoffhaltig ist und ein äußerer, den gesamten nasenartigen Abschnitt bedeckender Teil, der nunmehr kohlenstofffrei ist.
Dadurch, daß nasenförmiger Abschnitt und Basisteil über die gesamte Querschnittsfläche des Stopfenstangenkörpers gegeneinanderliegen, entfällt jedes Risiko eines Abplatzens der kohlenstofffreien Oberflächenschicht des nasenartigen Teils.
Eine weitere Optimierung kann dadurch erreicht werden, indem der nasenartige Abschnitt unglasiert ist, wobei der Ausbrand des Kohlenstoffs im Oberflächenbereich unterstützt wird.
Demgegenüber kann der Basisteil oberflächlich glasiert sein, wodurch dieser insgesamt eine höhere Festigkeit und chemische Resistenz erhält.
Der nasenartige Abschnitt kann aus einem Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt < 10 Gew.-% bestehen. Dem Ziel einer geringen Wärmedehnung dient eine Werkstoffauswahl für den nasenartigen Abschnitt auf Basis Zirkoniummullit, wobei der Gehalt an Zirkoniummullit über 50 Gew.-% beträgt. Der Werkstoffmischung können weitere feuerfeste Oxide und/oder Sinterhilfsmittel zugemischt werden. So kann der Werkstoff für-den nasenartigen Abschnitt 5 bis 20 Gew.-% Siliciumnitrid enthalten.
Wie ausgeführt besteht der Basisteil aus einer anderen feuerfesten Sorte, beispielsweise einem Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt > 20 Gew.-%, wobei der Kohlenstoffgehalt auch bis zu 35 Gew.-% betragen kann. Das Basismaterial dieses Werkstoffs besteht dann beispielsweise aus Tonerde und/oder Korund, also aluminiumoxidhaltigen Komponenten, denen wiederum Sinterhilfsmittel in Anteilen von üblicherweise unter 8 Gew.-% zugemischt werden können.
Die vorstehenden Angaben beziehen sich auf eine ungebrannte Stopfenstange. Nach einer Ausführungsform soll die Stopfenstange so ausgebildet sein, daß sie nach einem oxidierenden Brand oberhalb 900° C eine kohlenstofffreie Oberflächenschicht des nasenartigen Abschnitts in einer Stärke von mindestens 4 mm aufweist, wobei die Stärke (Dicke) dieser Schicht typischerweise zwischen 4 und 10 mm liegt, ausgehend von einem Durchmesser des zylinderförmigen Stopfenstangenkörpers von mindestens 300 mm, wobei der Durchmesser auch deutlich darüber liegen kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur - in schematisierter Darstellung - einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Stopfenstange.
Dabei beschreibt das Bezugszeichen 10 eine Stopfenstange insgesamt, die aus einem Basisteil 12 und einem nasenartig (kappenartig) gestalteten freien Endabschnitt 14 besteht.
Vom oberen Ende des Basisteils 12 verläuft mittig eine axiale Aussparung 16, die zur Aufnahme einer (nicht dargestellten) metallischen Führungsstange dient.
Der Werkstoff des Basisteils 12 besteht zu 95 Gew.-% aus Korund und Graphit, Rest: Sinterhilfsmittel.
Mit dem Bezugszeichen 18 ist eine kreisrunde Grenzfläche zwischen dem Basisteil 12 und dem nasenartigen Abschnitt 14 gekennzeichnet.
Der nasenartige Abschnitt 14 besteht aus einem Werkstoff auf Basis Zirkoniummullit und er enthält neben 15 Gew.-% Siliciumnitrid und 5 % Graphit ebenfalls 5 Gew.-% Sinterhilfsmittel.
Die dargestellte Stopfenstange wurde bei ca. 1.000° C oxidierend gebrannt, mit der Folge, daß ein mit dem Bezugszeichen 20 dargestellter, ca. 5 mm dicker Oberflächenbereich des nasenartigen Abschnitts 14 nunmehr frei von Kohlenstoff ist, während der umschlossene Kern 22 des nasenartigen Abschnitts 14 weiter kohlenstoffhaltig ist.
Die integrale Ausbildung des nasenartigen Abschnitts 14 über die Grenzfläche 18 mit dem Basisteil 12 führt zu einer innigen Verbindung der gemeinsam verpreßten Abschnitte 12, 14 und - nach Brand - zu einer ebenfalls integralen Ausbildung einer kohlenstofffreien Oberflächenschicht 20 im Bereich des nasenartigen Abschnitts 14.

Claims (8)

  1. Stopfenstange mit
    1.1 einem zylindrischen Stopfenstangenkörper (10) aus einem feuerfesten, kohlenstoffhaltigen Werkstoff, wobei
    1.2 der Stopfenstangenkörper (10) an einem Basisteil (12) zur Aufnahme einer Führungsstange und an seinem freien Ende mit einem nasenartigen Abschnitt (14) ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    1.3 der nasenartige Abschnitt (14) aus einem anderen feuerfesten Werkstoff als der Basisteil (12) besteht, wobei sich eine Grenzfläche (18) zwischen dem nasenförmigen Abschnitt (14) und dem Basisteil (12) über den gesamten Querschnitt des Stopfenstangenkörpers (10) erstreckt und
    1.4 der nasenartige Abschnitt (14) aus einem feuerfesten Werkstoff besteht, dessen Kohlenstoffgehalt bei einem oxidierenden Brand über 900° C zumindest in einem oberflächennahen Bereich (20) ausbrennt.
  2. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren nasenartiger Abschnitt (14) unglasiert ist.
  3. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren Basisteil (12) oberflächlich glasiert ist.
  4. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren nasenartiger Abschnitt (14) aus einem Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt < 10 Gew.-% besteht.
  5. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren nasenartiger Abschnitt (14) aus einem Werkstoff auf Basis Zirkoniummullit besteht.
  6. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren Basisteil (12) aus einem Werkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt > 20 Gew.-% besteht.
  7. Stopfenstange nach Anspruch 1, deren Basisteil (12) aus einem Werkstoff auf Basis Tonerde und/oder Korund besteht.
  8. Stopfenstange nach Anspruch 1 mit einer nach einem oxidierenden Brand oberhalb 900° C kohlenstofffreien Oberflächenschicht (20) des nasenartigen Abschnitts (14) in einer Stärke von mindestens 4 mm.
EP00117590A 1999-12-24 2000-08-16 Stopfenstange Expired - Lifetime EP1110646B1 (de)

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