PL189510B1

PL189510B1 - Kompozycja do formowania tulei na poziomie żużla,kształtka wylewowa do wylewania stopionego metalu, oraz sposób jej otrzymywania

Info

Publication number: PL189510B1
Application number: PL97331214A
Authority: PL
Inventors: Donald B. Hoover; Franklin A. Renda; Donald J. Griffin; Colin Richmond
Original assignee: Baker Refractories
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 2005-08-31
Also published as: CA2259916A1; IL127837A; CA2259916C; EP0958259A1; US20020177517A1; IL127837A0; JP4094672B2; JP2000514394A; AU3581197A; AU720837B2; ZA976060B; WO1998003444A1; TW362053B; KR100489483B1; TR199900027T2; EA199900094A1; ATE269281T1; ES2224258T3; DE69729581D1; US6586355B2

Abstract

1. Kompozycja do formowania tulei na poziomie zuzla, zawierajaca tlenek cyrkonu, grafit i spo- iwo zywiczne tworzace rezit podczas reakcji utwardzania zachodzacej z wydzieleniem wody, przy czym tlenek cyrkonu wewnatrz swojej struktury krystalicznej ewentualnie zawiera stabilizujaca ilosc CaO lub MgO, znamienna tym, ze zawiera proszek zawierajacy CaO, wybrany sposród wapna przepalonego i dolomitu spieczonego, przy czym zawartosc CaO w tym proszku wynosi od 0,25 do 10% wagowych w odniesieniu do ilosci tlenku cyrkonu i grafitu zawartego w kompozycji, zas proszek zawierajacy CaO posiada strukture odrebna i rózna od struktury krystalicznej tlenku cyrkonu. 9. Ksztaltka wylewowa do wylewania stopionego metalu, która sklada sie z czesci stanowiacej korpus i z polaczonej z nim czesci w postaci tulei na poziomie zuzla, przy czym ksztalt czesci stanowia- cej korpus obejmuje obszar powierzchni zewnetrznej i obszar powierzchni wewnetrznej, który to obszar powierzchni wewnetrznej wyznacza granice otworu rozciagajacego sie w tej czesci dla przeplywu sto- pionego metalu oraz czesc na poziomie zuzla umieszczona jest wokól co najmniej czesci obwodowej powierzchni zewnetrznej dla kontaktu z warstwa zuzla w formie do odlewania ciaglego, znamienna tym, ze czesc stanowiaca korpus zawiera grafit i czastki ogniotrwalego dolomitu spieczonego, zas czesc w postaci tulei (2) na poziomie zuzla zawiera kompozycje do formowania tulei na poziomie zuzla, za- wierajaca tlenek cyrkonu, grafit i spoiwo zywiczne tworzace rezit podczas reakcji utwardzania zacho- dzacej z wydzieleniem wody, przy czym tlenek cyrkonu wewnatrz swojej struktury krystalicznej ewen- tualnie zawiera stabilizujaca ilosc CaO lub MgO, która to kompozycja zawiera proszek zawierajacy CaO, wybrany sposród wapna przepalonego i dolomitu spieczonego, przy czym zawartosc CaO w tym proszku wynosi od 0,25 do 10% wagowych w odniesieniu do ilosci tlenku cyrkonu i grafitu zawartego w kompozycji, zas proszek zawierajacy CaO posiada strukture odrebna i rózna od struktury krystalicznej tlenku cyrkonu. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zatem kompozycja do formowania tulei na poziomie żużla, zawierająca tlenek cyrkonu, grafit i spoiwo żywiczne tworzące rezit podczas reakcji utwardzania zachodzącej z wydzieleniem wody, przy czym tlenek cyrkonu wewnątrz swojej struktury krystalicznej ewentualnie zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO, cechującą się tym, że zawiera proszek zawierający CaO wybrany spośród wapna przepalonego i dolomitu spieczonego, przy czym zawartość CaO w tym proszku wynosi od 0,25 do 10% wagowych w odniesieniu do ilości tlenku cyrkonu i grafitu zawartego w kompozycji, CaO zawarty w tym proszku reaguje z wodą uwalnianą podczas reakcji utwardzania z utworzeniem uwodnionego tlenku wapnia, zaś struktura proszku zawierającego CaO jest odrębna i różna od struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.

W korzystnym wariancie realizacji kompozycja według wynalazku zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO wewnątrz struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.

W kolejnym korzystnym wariancie realizacji kompozycja według wynalazku zawiera mieszankę substancji stałych zmieszaną z roztworem żywicy, przy czym mieszanka substancji stałych zawiera 12%o wagowych grafitu, 83% wagowe tlenku cyrkonu i 5% wagowych dolomitu spieczonego, w odniesieniu do ciężaru mieszanki substancji stałych, roztwór żywicy jest roztworem żywicy fenolowej w furfuralu, który to roztwór zawiera 50% wagowych żywicy fenolowej rozpuszczonej w furfuralu, w odniesieniu do ciężaru roztworu żywicy, zaś zawartość roztworu żywicy fenolowej w kompozycji stanowi 11% wagowych ciężaru mieszanki substancji stałych.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób otrzymywania kształtki wylewowej do wylewania stopionego metalu, która składa się z części stanowiącej korpus i z połączonej z nim części w postaci tulei na poziomie żużla, przy czym kształt części stanowiącej korpus obejmuje obszar .powierzchni zewnętrznej i obszar powierzchni wewnętrznej, który to obszar powierzchni wewnętrznej wyznacza granicę otworu rozciągającego się w tej części dla przepływu stopionego metalu, oraz część na poziomie żużla umieszczona jest wokół co najmniej części obwodowej powierzchni zewnętrznej dla kontaktu z warstwą żużla w formie do odlewania ciągłego, cechujący się tym, że formuje się część stanowiącą korpus przez prasowanie pierwszej mieszaniny zawierającej spoiwo żywiczne, grafit i cząstki ogniotrwałego dolomitu spieczonego w kształt części stanowiącej korpus i następnie utwardza się żywicę w tej pierwszej mieszaninie oraz formuje się drugą mieszaninę zawierającą tlenek cyrkonu, grafit i spoiwo żywiczne tworzące rezit podczas reakcji utwardzania zachodzącej z wydzieleniem wody, pokrywa się tą drugą mieszaniną co najmniej część obwodowej powierzchni zewnętrznej i następnie utwardza się żywicę w drugiej mieszaninie, przy czym tlenek cyrkonu wewnątrz swojej struktury krystalicznej ewentualnie zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO i ponadto, wprowadza się do drugiej mieszaniny proszek zawierający CaO wybrany spośród wapna przepalonego i dolomitu spieczonego, przy czym zawartość CaO w tym proszku wynosi od 0,25 do 10% wagowych w odniesieniu do ilości tlenku cyrkonu i grafitu zawartego w tej drugiej mieszaninie, CaO zawarty w tym proszku reaguje z wodą uwalnianą podczas reakcji utwardzania z utworzeniem uwodnionego tlenku wapnia, zaś struktura proszku zawierającego CaO jest odrębna i różna od struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.

W korzystnym wariancie realizacji sposób według wynalazku cechuje się tym, że druga mieszanina zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO wewnątrz struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.

W kolejnym korzystnym wariancie realizacji sposób według wynalazku cechuje się tym, że pierwsza mieszanina zawiera dolomit spieczony, grafit i spoiwo żywiczne.

W następnym korzystnym wariancie realizacji sposób według wynalazku cechuje się tym, że druga mieszanina zawiera mieszankę substancji stałych zmieszaną z roztworem żywicy, przy czym mieszanka substancji stałych zawiera 12% wagowych grafitu, 83% wagowe tlenku cyrkonu i 5% wagowych dolomitu spieczonego, w odniesieniu do ciężaru mieszanki substancji stałych, roztwór żywicy jest roztworem żywicy fenolowej w furfuralu, który to roztwór zawiera 50% wagowych żywicy fenolowej rozpuszczonej w furfuralu, w odniesieniu do ciężaru roztworu żywicy, zaś zawartość roztworu żywicy fenolowej w kompozycji stanowi 11% wagowych ciężaru mieszanki substancji stałych.

189 510

W dalszym korzystnym wariancie realizacji sposób według wynalazku cechuje się tym, że kształtkę wylewową poddaje się działaniu warunków zwęglania, przez co żywica mieszaniny pierwszej i drugiej ulega zwęgleniu w części stanowiącej korpus oraz w części w postaci tulei na poziomie żużla.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto kształtka wylewowa do wylewania stopionego metalu, która składa się z części stanowiącej korpus i z połączonej z nim części w postaci tulei na poziomie żużla, przy czym kształt części stanowiącej korpus obejmuje obszar powierzchni zewnętrznej i obszar powierzchni wewnętrznej, który to obszar powierzchni wewnętrznej wyznacza granicę otworu rozciągającego się w tej części dla przepływu stopionego metalu oraz część na poziomie żużla umieszczona jest wokół co najmniej części obwodowej powierzchni zewnętrznej dla kontaktu z warstwą żużla w formie do odlewania ciągłego, cechująca się tym, że część stanowiąca korpus zawiera grafit i cząstki ogniotrwałego dolomitu spieczonego, zaś część w postaci tulei na poziomie żużla zawiera kompozycję według wynalazku.

Na rysunku przedstawiono typową kształtkę wylewową. Figura 1 przedstawia przekrój typowej zanurzonej kształtki wylewowej, pokazujący umiejscowienie tulei na poziomie żużla.

Figura 1 pokazuje kształt typowej zanurzonej kształtki wylewowej 1. Kształtka wylewowa zawiera tuleję 2 wykonaną z kompozycji tlenek cyrkonu-grafit. Otwór 3 rozciąga się wzdłuż kształtki wylewowej dla przepływu przez nią stopionej stali. Tuleja 2 jest korzystnie ograniczona do części kształtki wylewowej na poziomie żużla. Jednakże, jak to wskazano powyżej, nie jest istotnym ograniczenie tulei do wąskiej strefy wokół poziomu żużla. W rzeczywistości, tuleja może rozciągać się wzdłuż całej długości albo dowolnej jej części, tak długiej, aby znajdowała się na co najmniej tej części kształtki wylewowej, która kontaktuje się ze stopionym żużlem proszku formierskiego pływającym wewnątrz formy na powierzchni stopionego metalu.

Kształtka wylewowa z kompozycji dolomit spieczony-grafit związanej osnową węglową, dla którego tuleja według obecnego wynalazku jest szczególnie przydatna, wykonany jest z mieszanki związanej żywicą zawierającej ogniotrwały dolomit spieczony i grafit. Dolomit spieczony, żywicę i grafit miesza się i formuje w żądaną postać kształtki wylewowej, utwardza się żywicę i następnie uformowaną kształtkę wylewową ogrzewa się w warunkach powodujących zwęglanie w celu przekształcenia spoiwa w postaci żywicy w osnowę węglową. Tak więc, kształtka wylewowa zawiera grafit i dolomit spieczony wewnątrz siatki lub osnowy węglowej, pochodzące z żywicy wiążącej w wyniku jej ogrzewania w warunkach powodujących zwęglanie. Prażony i spiekany dolomit, znany jako dolomit spieczony jest dobrze znanym, dostępnym w handlu materiałem ogniotrwałym, który obecnie stosuje się w różnych zastosowaniach wymagających właściwości ogniotrwałych, dzięki jego odporności na ciepło. Otrzymuje się go przez prażenie dolomitu (CaCC>3 • MgCOs), w celu przekształcenia MgCOs w MgO oraz CaCO3 w CaO. Następnie przeprowadza się spiekanie prażonego dolomitu w celu zagęszczenia ziaren.

Kształtkę wylewową z połączonej węglem kompozycji dolomit spieczony-grafit otrzymuje się przez zmieszanie dolomitu spieczonego w postaci sproszkowanej z grafitem, korzystnie z grafitem płatkowym z odpowiednim, ciekłym spoiwem w postaci żywicy, w celu utworzenia aglomeratów. Do utworzenia aglomeratów w trakcie mieszania wystarcza zwykle od 9% do 13% wagowych, korzystnie od 9,5% do 10,5% wagowych ciekłego spoiwa w postaci żywicy (w stosunku do ciężaru składników stałych mieszanki).

Aglomeraty prasuje się izostatycznie w formie, w temperaturze otoczenia, w celu uformowania materiału w żądany kształt. Uformowana masę wypala się w piecu utwardzającym, gdzie stopniowo podnosi się temperaturę w celu stwardnienia (utwardzenia) żywicy. Następnie, ukształtowaną masę poddaje się zwęglaniu (koksowaniu) w piecu w temperaturze zwęglania powyżej 850°C (na przykład od 1800°F do 2400F, to jest od 982°C do 1316°C), w atmosferze gazu obojętnego, który nie reaguje z żywicą (na przykład argonu lub azotu), w celu pełnego zwęglenia żywicy w postać siatki lub osnowy węglowej, które łączy razem dolomit spieczony i grafit.

Żywice, które mają odpowiednią wytrzymałość na wilgotno dla wiązania materiałów ogniotrwałych i które można poddawać zwęglaniu dla utworzenia osnowy węglowej są dobrze znane specjalistom. Znanych jest wiele żywic syntetycznych, które są przydatne do formowa8

189 510 nia materiałów ogniotrwałych, takich jak kształtki wylewowe i mogą być stosowane w sposobie według obecnego wynalazku. Wiadomo, że żywice te tworzą osnowę węglową po etapie zwęglania lub koksowania. Osnowa węglowa utrzymuje materiały razem, tak, że są odporne na pękanie. Tak więc, ilość żywicy powinna być wystarczająca w celu dostarczenia odpowiedniej ilości osnowy węglowej dla osiągnięcia tego dobrze znanego celu. Należy unikać nadmiernej ilości osnowy węglowej. Dlatego korzystnie jest, aby ilość osnowy węgłowej była nie większa od ilości wymaganej do utrzymania końcowego wyrobu razem tak, aby był odporny na pękanie. Zazwyczaj osnowa węglowa stanowi od 4% do 7% wagowych gotowej kształtki wylewowej, korzystnie od 5% do 6% (na przykład 6%).

Jeżeli stosuje się żywicę w postaci stałej, powinna ona być rozpuszczona w rozpuszczalniku w celu utworzenia ciekłej kompozycji wiążącej na bazie żywicy. Zwykle znane żywice do stosowania w formowaniu kształtek wylewowych posiadają wysoką wartość koksowania w zakresie od około 45% do 50%, dając po zwęgleniu odpowiednią osnowę węglową. Także w procesie utwardzania żywicy powinno się unikać reakcji kondensacji, ponieważ woda wytworzona w trakcie tej reakcji jak należy się spodziewać będzie reagować z tlenkiem wapnia zawartym w dolomicie spieczonym, dając w wyniku odpowiedni wodorotlenek, który zajmuje większą objętość powodując, że struktura rozpada się. Dlatego można stosować żywice znane z zastosowań do innych materiałów ogniotrwałych zawierających tlenek wapnia. Żywica wiążącą będzie wytwarzała osnowę węglową po etapie zwęglania lub koksowania, która powoduje, że kształtka wylewowa jest odporna na pękanie. Wiadomo, że podczas zwęglania ma miejsce pewien ubytek ciężaru żywicy. Wynikiem tego ubytku ciężaru jest niewielka, otwarta porowatość. W warunkach idealnych ubytek ciężaru, który towarzyszy obróbkom termicznym nie powinien powodować większej otwartej porowatości niż 16%.

Korzystną żywicą jest żywica fenolowo-fomaldehydowa. Tego typu żywice są dobrze znane i wytwarza się je w reakcji fenolu i formaldehydu. Korzystnie, żywica zawiera formaldehyd i fenol w stosunku 0,85 formaldehydu do fenolu. Reakcja pomiędzy formaldehydem i fenolem jest zwykle katalizowana kwasem tak, że utworzona żywica musi być buforowana, odwodniona i musi posiadać odpowiednią zawartość wolnego fenolu. Korzystny poziom pH wynosi około 7,0, zawartość wody wynosi poniżej 0,1% oraz zawartość wolnego fenolu jest w zakresie od 0,2% do 0,9%. Następnie żywicę przeprowadza się w roztwór przy pomocy rozpuszczalnika.

Do odpowiednich rozpuszczalników zalicza się takie alkohole jak metanol, etanol, izopropanol i alkohol fńrfńrylowy; glikol, taki jak glikol etylenowy; ketony, takie jak keton etylowo-metylowy oraz keton metylowo-izobutylowy; aldehydy, takie jak fńroaldehyd i acetaldehyd; estry dwuzasadowe, takie jak dimetyloformamid. Korzystnie rozpuszczalnikiem jest związek furanu, korzystnie fńroaldehyd lub roztwór alkoholu furfurylowego i furoaldehydu.

W praktyce, roztwór żywicy zawiera zasadowy współregent, taki jak trietylenotetraamina, dietylenotetraamina, etylenodiamina lub tetraetylenopentaamina. Do innych, odpowiednich współreagentów zalicza się diaminy o liczbie aminowej 1000 ± 100 i równoważnym ciężarze cząsteczkowym wynoszącym 30 ± 2.

Jako alternatywę dla roztworu fenolowej żywicy nowolakowej stopnia B - furoaldehydu, zgodnie z wynalazkiem można stosować fenolową żywicę nowolakową rozpuszczoną w glikolu i metanolu, lecz żywica ta jest mniej pożądana.

Inny, odmienny układ wiążący obejmuje stosowanie furoaldehydu i sproszkowanej żywicy fenolowo-formaldehydowej, mieszanych do czasu, aż fńroaldehyd pokryje całkowicie stałą, sproszkowana żywicę i otrzymana w wyniku uplastyczniona żywica powoduje następnie powstanie aglomeratów z surowców. Z kolei do zagęszczenia aglomeratów stosuje się suszarnię bębnową. W wyniku tego procesu otrzymuje się aglomeraty o doskonałych właściwościach.

Stosowany grafit jest korzystnie naturalnym grafitem płatkowym o zawartości węgla nie mniejszej od około 94%. Korzystnie, wymiar płatka powinien być opisany przez krzywą rozkładu normalnego o wartości przeciętnej wynoszącej 250 μπι. Jakkolwiek w graficie można tolerować mniejsze ilości zanieczyszczeń, korzystne jest ich minimalizowanie. Korzystnie, grafit powinien być wolny od zanieczyszczeń i pozostałości związków pochodzących z flotacji oraz zawartość w nim wody powinna być mniejsza od 0,5%. Wynik analizy korzystnego grafitu płatkowego przedstawiono w tabeli 1.

189 510

Tabela 1

Składnik	% wagowy
Węgiel	95 ± 1
CaO	0,15
MgO	0,06
AI₂O₃	0,87
SiO₂	2,70
Fe₂O₃	1,00
Inne	0,22

Grafit jest w postaci proszku, dzięki czemu może tworzyć aglomeraty z proszkiem dolomitu spieczonego i żywicą i następnie aglomeraty te można formować w określony kształt dla następującego po tym zwęglania. Korzystnie, średnica cząstek wynosi od 0,044 mm do 0,3 mm.

Dolomit spieczony jest także w postaci proszku, z którego można formować aglomeraty z grafitem i żywicą. Korzystnie dolomit spieczony jest wystarczająco małych wymiarów, aby mógł przejść przez sito o wymiarach 14 mesh (numer sita) i wystarczająco dużych wymiarów, aby mógł zatrzymać się na sicie o wymiarach 100 mesh (mesh według standardu USA). Jednakże, gdy przesiewa się dolomit spieczony dla otrzymania odpowiedniego zakresu wymiarowego, nie jest absolutnie niezbędne usunięcie całego materiału, który przeszedł przez sito o wymiarze 100 mesh. Na przykład, dopuszczalne jest włączenie do około 10% wagowych materiału miałkiego, który ewentualnie przejdzie przez sito o wymiarach 100 mesh, jeżeli przesiewanie było prowadzone przez bardzo długi okres czasu. Ponadto, włączyć można także materiał miałki z młyna kulowego. Materiał miałki z młyna kulowego ma wystarczająco małe cząstki, aby przejść przez sito 325 mesh według standardu USA i można go zdefiniować jako cząstki, których stosunek pola powierzchni do ciężaru wynosi od 2300 cm²/g do 2800 cm²/g. Odpowiednią postacią dolomitu spieczonego jest proszek o wymiarach średnicy cząstek od 0,15 mm do 1,4 mm, który może ponadto obejmować dolomit spieczony miałki z młyna kulowego. Korzystne jest jednakże minimalizowanie takich zanieczyszczeń. Korzystnie, dolomit spieczony powinien zawierać minimum 56,5% CaO, 41,5% MgO oraz maksimum 2% innych zanieczyszczeń, w tym maksymalnie 1% Fe2O3. Wynik analizy korzystnego dolomitu spieczonego przedstawiono poniżej w tabeli 2.

Tabela 2

Składnik	% wagowy
CaO	56,7
MgO	41,2
^AI2^O3	0,5
S1O2	0,4
Fe₂O3	1,2

3

Korzystnie, gęstość dolomitu spieczonego wynosi od 3,25 g/cm do 3,28 g/cm . Dlatego też, dolomit spieczony powinien być spiekany do momentu, aż gęstość nasypowa ziarna będzie wynosić minimum 3,25 g/cm³. Całkowita porowatość, otwarta i zamknięta, nie powinna korzystnie przekraczać 5%. Korzystny rozkład wymiaru cząstek frakcji dolomitu spieczonego zawartej w kształtce wylewowej wynosi od 150 pm do 1300 pm, z materiałem miałkim z mły10

189 510 na kulowego, którego średnia statystyczna średnica cząstki wynosi 7,2 μιη. W innej korzystnej odmianie, dolomit spieczony obejmuje frakcję, której wymiar średnicy cząstek zawiera się w granicach od 0,15 mm do 1,4 mm (frakcja gruba) oraz frakcję materiału miałkiego z młyna kulowego. W tej korzystnej odmianie, ilość frakcji grubej dolomitu spieczonego powinna wynosić od około 32% wagowych do około 43% wagowych, w stosunku do ilości mieszanki ciał stałych. Mieszanka ciał stałych obejmuje cały materiał stały (na przykład grafit i dolomit spieczony), z wyłączeniem żywicy, rozpuszczalnika i współreagenta żywicy. W tej korzystnej odmianie, frakcja materiału miałkiego z młyna kulowego może wynosić od 20% do 25% w stosunku do ilości mieszanki ciał stałych.

Mieszanka ciał stałych może ponadto obejmować inne tlenki zgodne z CaO oraz MgO. Tego typu tlenki obejmują krzemionkę (S1O2), tlenek cyrkonu (Ζ1Ό2), tlenek hafnu (HfOi), tlenek ceru (CeCF), tlenek tytanu (T1O2) i tlenek magnezu (MgO). Zawartość tych tlenków w mieszance ciał stałych powinna wynosić poniżej 25% wagowych, korzystnie nie więcej niż 10% wagowych i najkorzystniej nie więcej niż 5% wagowych. Ilość MgO może przekraczać 1% (na przykład powyżej 1% aż do 10% lub powyżej 1% aż do 5%). Ponadto, mieszanka ciał stałych może zawierać skuteczne ilości znanych przeciwutleniaczy stosowanych w ogniotrwałych kształtkach wylewowych.

Do odpowiednich przeciwutleniaczy można zaliczyć proszki metaliczne glinu, krzemu, boru, wapnia i magnezu lub węgliki krzemu, wapnia, cyrkonu, boru, tantalu i tytanu. Pewne tlenki o niskiej temperaturze topnienia, takie jak tlenek boru, boran sodu lub dowolne połączenie substancji szkłotwórczych, to jest tlenków glinu, krzemu, boru, fosforu i cyrkonu, można dodać do korpusu w celu utworzenia warstwy zabezpieczającej na powierzchni, stanowiącej barierę dla przenikania tlenu do korpusu. Tlen może zniszczyć wiązanie węglowe i dlatego trzeba się zabezpieczyć przed jego działaniem przez stworzenie pewnej warstwy barierowej. Realizuje się to przez dodatki metali lub tlenków szkłotwórczych albo węglików. Materiały te dodaje się w ilościach skutecznie przeciwdziałających utlenianiu, w celu zabezpieczenia kształtki wylewowej przed utlenieniem, szczególnie gdy jest ona gorąca.

Kształtki wylewowe i wyroby pokrewne wykonuje się tradycyjnymi technikami prasowania. Najpierw miesza się mieszankę ciał stałych zawierającą dolomit spieczony, grafit i ewentualne dodatki w postaci tlenków metali oraz ewentualne dodatki w postaci antyutleniaczy. Następnie, do suchej mieszanki ciał stałych dodaje się żywicę i miesza się składniki w mieszalniku spiekalniczym w celu utworzenia aglomeratów. Korzystnie, wartość przeciętna rozkładu normalnego wymiaru aglomeratu wynosi 400 pm, bez aglomeratów o wymiarach większych od około 2000 pm, przy czym bez aglomeratów o wymiarach mniejszych od 150 pm. Aglomeraty tworzą się w trakcie operacji mieszania, gdy mieszanka ciał stałych jest mieszana na mokro z żywicą. Na przykład, w korzystnej odmianie aglomeraty tworzy się w operacji mieszania na mokro mieszanki ciał stałych z roztworem żywicy łącznie ze współreagentem. Podczas operacji mieszania następuje zagęszczanie aglomeratów dzięki zwiększeniu lepkości żywicy, które następuje w wyniku odparowania lotnych cieczy i reakcji pomiędzy żywicą i współreagentem. Korzystnie, gęstość nasypowa aglomeratów powinna być nie mniejsza od 1,65 g/cm , korzystniej od 1,9 g/cm³ do 2,1 g/cm³. Takie aglomeraty, gdy są prasowane pod ciśnieniem 70 MPa (100000 psi) dają w wyniku wyroby o gęstości nasypowej od 2,37 g/cm³do 2,45 g/cm³.

Najlepiej aglomerację wykonuje się w temperaturze otoczenia, wyłącznie ze stopniowym i ograniczonym ogrzewaniem spowodowanym mieszaniem i lekką reakcją egzotermiczną występującą w trakcie utwardzania żywicy. Korzystnie, materiał poddawany aglomeracji nie powinien ogrzewać się do temperatury wyższej od około 60°C (140°F), przy czym szybkość wzrostu temperatury nie powinna przekraczać 1,67°C (3°F) na minutę.

Aglomeraty umieszcza się w formie (na przykład w formie z kauczuku) i prasuje pod wysokim ciśnieniem, na przykład od 59 MPa do 172 MPa [8500 psi (580 barów) do 25000 psi (1700 barów)], w celu utworzenia ukształtowanej struktury, której gęstość nasypowa zawiera się w granicach od 2,35 g/cm³ do 2,45 g/cm³, która to gęstość jest preferowana przy odlewaniu metali. W operacji prasowania można stosować ciśnienie izostatyczne z oprzyrządowaniem kauczukowym. Po sprasowaniu, ukształtowaną strukturę ogrzewa się w atmosferze beztlenowej (na przykład w atmosferze azotu lub argonu), w wysokiej temperaturze (na przykład

189 510 od 975°C do 1375°C), aż wiązanie żywicowe zostanie przekształcone w wiązanie węglowe. Wyroby w stanie skoksowanym będą miały wymagane właściwości fizyczne, umożliwiające ich właściwe użycie jako kształtki wylewowe lub tym podobne wyroby do odlewania stopionego metalu.

Istnieje wiele odmian polegających na zmianie ilości i proporcji materiałów stałych użytych do formowania kształtek wylewowych i podobnych wyrobów według wynalazku. Zwykle, ilość dolomitu spieczonego (wliczając w to materiały miałkie z młyna kulowego) może zmieniać się w granicach od 30% do 70% w stosunku do ciężaru ciał stałych zawartych w mieszance. Jeżeli nie określono inaczej, wszystkie wartości procentowe podane w niniejszym opisie są procentami wagowymi.

W mieszance ciał stałych powinno być co najmniej 25% wagowych grafitu. Nie istnieje górna granica ilości grafitu, tak długo dopóki dolomit spieczony jest w ilości wystarczającej dla uniknięcia problemu zatykania. Jednakże, granica korzystnej ilości grafitu nie może przekraczać 45%, w celu uniknięcia nadmiernej erozji, która występuje w przypadku kształtek wylewowych zawierających duże ilości grafitu. Dlatego w korzystnej odmianie ilość grafitu zawiera się w granicach od około 25% wagowych do około 45% wagowych w stosunku do ciężaru mieszanki ciał stałych, korzystniej od około 30% wagowych do około 45% wagowych. Jednakże, w celu połączenia korzyści związanych z przeciwdziałaniem zatykaniu się z żądaną odpornością na szok termiczny wymaganą do prawidłowego działania, zawartość grafitu powinna być większa od 33% (na przykład od 35%) do około 43%, korzystnie powinna wynosić od około 37% do 43% i najkorzystniej około 38% oraz zawartość dolomitu spieczonego powinna wynosić w granicach od 37% do 63% wagowych, w stosunku do ciężaru mieszanki ciał stałych.

Odpowiednie, przykładowe kształtki wylewowe z kompozycji dolomit spieczony/grafit zawierającej wiązania węglowe można otrzymać z kompozycji, których skład jest podany w tabeli 3, w której wszystkie stosowane składniki podane są w częściach wagowych.

Tabela 3

	Przykład 1	Przykład 2	Przykład 3	Przykład 4	Przykład 5	Przykład 6
Grafit 0,3-0,15 mm	38	30	38	30	45	38
Grafit 0,15-0,044 mm	0	8	0	8	0	7
Dolomit spieczony 0,42-0,15 mm	7	7	37	37	0	12
Dolomit spieczony 1,4-0,15 mm	30	30	0	0	37	25
Dolomit spieczony (materiał miałki z młyna kulowego)	25	25	25	25	25	25
Ciekła żywica	10	10	10	10	10	10
Współreagent zasadowy	1	1	1	1	1	1

W przykładach od 1do 6 składniki suche (grafit, dolomit spieczony oraz materiał miałki z młyna kulowego) mieszano na sucho w celu wytworzenia mieszanki, którą następnie mieszano na mokro z żywicą i ze współreagentem zasadowym. Mieszanie kontynuowano w celu utworzenia aglomeratów utwardzonej żywicy i stałych cząstek. Aglomeraty te umieszczono w formie kauczukowej i formowano pod wysokim ciśnieniem [na przykład od 59 MPa do 172 MPa (8500 psi do 25000 psi)]. Następnie części te ogrzewano w warunkach beztlenowych, do momentu aż żywica została przekształcona w strukturę węglową. Otrzymane części w tym

189 510 stanie skoksowanym posiadały pożądane właściwości fizyczne, które z powodzeniem pozwalały na ich stosowanie jako rur wylewowych lub kształtek wylewowych.

Jakkolwiek żywica zastosowana do łączenia kompozycji dolomit spieczony-grafit została tak dobrana, aby minimalizować uwalnianie wody podczas reakcji utwardzania, tym nie mniej ilość wody jest wystarczająca dla spowodowania tendencji rozkurczowych w kompozycji dolomit spieczony-grafit związanej żywicą. Do typowych żywic stosowanych w kształtce wylewowej z kompozycji dolomit spieczony-grafit, które są także używane w tulei z kompozycji tlenek cyrkonu-grafit zalicza się nowolakową żywicę fenolową rozpuszczoną w furoaldehydzie lub alkoholu furfurylowym. Do innych odpowiednich rozpuszczalników dla nowolakowej żywicy fenolowej zalicza się metanol, etanol i glikol etylenowy. Można także stosować tradycyjne, rezolowe żywice fenolowe.

W korzystnej odmianie, częściowo stabilizowany tlenek cyrkonu od 80% do 90% (stabilizowany albo CaO, albo MgO), grafit od 10% do 20%, przeciwutleniacz, taki jak Si, SiC i tym podobne od 5% do 10%, CaO lub dolomit spieczony od 5% do 15% oraz roztwór żywicy fenolowej od 10% do 20%, mieszano razem tworząc aglomeraty. Roztwór żywicy fenolowej zawierał zwykle od 40% do 60% wagowych żywicy. Można zastosować dowolny, tradycyjny rodzaj mieszalnika aglomerującego, taki jak mieszalnik typu Eirich R lub typu Littleford F. Gęstość nasypowa aglomeratu do prasowania na mokro powinna wynosić od 3,5 g/cm³ do 3,8 g/cm³. Następnie, aglomeraty prasowano razem z kompozycją dolomit spieczony-grafit, w celu uformowania struktury w postaci kształtki wylewowej posiadającej tuleję, jak to przedstawiono na fig. 1. Kształtkę wylewową poddano następnie obróbce termicznej w celu przekształcenia żywicy w rezit, bez jakichkolwiek pęknięć strefy wzmocnionej kompozycją tlenek cyrkonu-grafit (tulei).

Jakkolwiek odmiana opisana powyżej obejmuje stosowanie przeciwutleniaczy, nie jest istotne, jaki przeciwutleniacz zawiera materiał użyty do wykonania tulei.

Wyroby w stanie skoksowanym będą miały wymagane właściwości fizyczne, umożliwiające ich właściwe użycie jako kształtki wylewowe lub tym podobne wyroby do odlewania stopionego metalu.

Przykład 7. Kompozycja do formowania tulei

Skład kompozycji:

Składnik Zawartość składnika [części wagowej grafit 12,0 tlenek cyrkonu 83.0 dolomit spieczony 5,0 nowolakowa żywica fenolowa 5,5 furfural 5.5

Razem; 111.0

Przykład 8. Otrzymywanie kształtki wylewowej do wylewania stopionego metalu

Najpierw sporządza się mieszankę składników stałych, zawierającą 30 części wagowych grafitu o średnicy ziaren wynoszącej 0,3-0,15 mm, 8 części wagowych grafitu o średnicy ziaren wynoszącej 0,15-0,044 mm, 37 części wagowych dolomitu spieczonego średnicy ziaren wynoszącej 0,42-0,15 mm oraz części wagowych dolomitu spieczonego w postaci miałkiego materiału z młyna kulowego. Następnie, do suchej mieszanki składników stałych dodaje się 10 części wagowych ciekłej nowolakowej żywicy fenolowej i 1 część wagową trietylenotetraaminy i miesza się składniki w mieszalniku spiekalniczym w celu utworzenia aglomeratów, przy czym wielkość aglomeratów mieści się w zakresie od około 150 pm do około 2000 pm z wartością średnią rozkładu normalnego wynoszącą 400 pm. Mieszanie prowadzi się bez dodatkowego ogrzewania do uzyskania gęstości nasypowej aglomeratu od 1,9 g/cm³ do 2,1 g/cm. Otrzymany aglomerat umieszcza się w kauczukowej formie korpusu kształtki i prasuje pod ciśnieniem z zakresu od 59 MPa do 172 MPa. Po sprasowaniu, ukształtowaną strukturę ogrzewa się w atmosferze azotu, w temperaturze z zakresu od 975°C do 1375°C, aż do osiągnięcia pełnego zwęglenia żywicy.

189 510

Następnie sporządza się mieszaninę 12 części wagowych grafitu, 83 części wagowych tlenku cyrkonu, 5 części wagowych dolomitu spieczonego, 5,5 części wagowej nowolakowej żywicy fenolowej i 5,5 części wagowej furfuralu, po czym pokrywa się tą mieszaniną ustaloną uprzednio część obwodowej powierzchni zewnętrznej korpusu kształtki. Kształtkę ogrzewa się następnie w atmosferze azotu w temperaturze z zakresu od 975°C do 1375°C, aż do osiągnięcia pełnego zwęglenia żywicy.

Przykład 9. Kształtka wylewowa do wylewania stopionego metalu

Kształtka wylewowa otrzymana w przykładzie 8, przedstawiona na fig. 1 rysunku, na której: 1 oznacza kształtkę wylewową do wylewania stopionego metalu, 2 oznacza tuleję na poziomie żużla, zaś 3 oznacza otwór dla przepływu stopionego metalu.

Jakkolwiek wynalazek obecny został opisany w świetle pewnych korzystnych odmian, dla specjalisty będzie oczywiste, że można dokonać różnych modyfikacji, zmian, pominięć i podstawień, bez odejścia od ducha wynalazku. Dlatego, obecny wynalazek może być ograniczony wyłącznie przez zakres następujących zastrzeżeń.

189 510

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kompozycja do formowania tulei na poziomie żużla, zawierająca tlenek cyrkonu, grafit i spoiwo żywiczne tworzące rezit podczas reakcji utwardzania zachodzącej z wydzieleniem wody, przy czym tlenek cyrkonu wewnątrz swojej struktury krystalicznej ewentualnie zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO, znamienna tym, że zawiera proszek zawierający CaO, wybrany spośród wapna przepalonego i dolomitu spieczonego, przy czym zawartość CaO w tym proszku wynosi od 0,25 do 10% wagowych w odniesieniu do ilości tlenku cyrkonu i grafitu zawartego w kompozycji, zaś proszek zawierający CaO posiada strukturę odrębną i różną od struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.
2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO wewnątrz struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.
3. Kompozycja według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera mieszankę substancji stałych zmieszaną z roztworem żywicy, przy czym mieszanka substancji stałych zawiera 12% wagowych grafitu, 83% wagowe tlenku cyrkonu i 5% wagowych dolomitu spieczonego, w odniesieniu do ciężaru mieszanki substancji stałych, roztwór żywicy jest roztworem żywicy fenolowej w furfiiralu, który to roztwór zawiera 50% wagowych żywicy fenolowej rozpuszczonej w furfuralu, w odniesieniu do ciężaru roztworu żywicy, zaś zawartość roztworu żywicy fenolowej w kompozycji stanowi 11 % wagowych ciężaru mieszanki substancji stałych.
4. Sposób otrzymywania kształtki wylewowej do wylewania stopionego metalu, która składa się z części stanowiącej korpus i z połączonej z nim części w postaci tulei na poziomie żużla, przy czym kształt części stanowiącej korpus obejmuje obszar powierzchni zewnętrznej i obszar powierzchni wewnętrznej, który to obszar powierzchni wewnętrznej wyznacza granicę otworu rozciągającego się w tej części dla przepływu stopionego metalu oraz część na poziomie żużla umieszczona jest wokół co najmniej części obwodowej powierzchni zewnętrznej dla kontaktu z warstwą żużla w formie do odlewania ciągłego, znamienny tym, że formuje się część stanowiącą korpus przez prasowanie pierwszej mieszaniny zawierającej spoiwo żywiczne, grafit i cząstki ogniotrwałego dolomitu spieczonego w kształt części stanowiącej korpus i następnie utwardza się żywicę w tej pierwszej mieszaninie oraz formuje się drugą mieszaninę zawierającą tlenek cyrkonu, grafit i spoiwo żywiczne tworzące rezit podczas reakcji utwardzania zachodzącej z wydzieleniem wody, pokrywa się tą drugą mieszaniną co najmniej część obwodowej powierzchni zewnętrznej i następnie utwardza się żywicę w drugiej mieszaninie, przy czym tlenek cyrkonu wewnątrz swojej struktury krystalicznej ewentualnie zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO i ponadto wprowadza się do drugiej mieszaniny proszek zawierający CaO, wybrany spośród wapna przepalonego i dolomitu spieczonego, przy czym zawartość CaO w tym proszku wynosi od 0,25 do 10% wagowych w odniesieniu do ilości tlenku cyrkonu i grafitu zawartego w tej drugiej mieszaninie, CaO zawarty w tym proszku reaguje z wodą uwalnianą podczas reakcji utwardzania z utworzeniem uwodnionego tlenku wapnia, zaś struktura proszku zawierającego CaO jest odrębna i różna od struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że druga mieszanina zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO wewnątrz struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.
6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że pierwsza mieszanina zawiera dolomit spieczony, grafit i spoiwo żywiczne.
7. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że druga mieszanina zawiera mieszankę substancji stałych zmieszaną z roztworem żywicy, przy czym mieszanka substancji stałych zawiera 12% wagowych grafitu, 83% wagowe tlenku cyrkonu i 5% wagowych dolomitu spieczonego, w odniesieniu do ciężaru mieszanki substancji stałych, roztwór żywicy jest

189 510 roztworem żywicy fenolowej w furfuralu, który to roztwór zawiera 50% wagowych żywicy fenolowej rozpuszczonej w furfuralu, w odniesieniu do ciężaru roztworu żywicy, zaś zawartość roztworu żywicy fenolowej w kompozycji stanowi 11% wagowych ciężaru mieszanki substancji stałych.
8. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że kształtkę wylewową poddaje się działaniu warunków zwęglania, przez co żywica mieszaniny pierwszej i drugiej ulega zwęgleniu w części stanowiącej korpus oraz w części w postaci tulei na poziomie żużla.
9. Kształtka wylewowa do wylewania stopionego metalu, która składa się z części stanowiącej korpus i z połączonej z nim części w postaci tulei na poziomie żużla, przy czym kształt części stanowiącej korpus obejmuje obszar powierzchni zewnętrznej i obszar powierzchni wewnętrznej, który to obszar powierzchni wewnętrznej wyznacza granicę otworu rozciągającego się w tej części dla przepływu stopionego metalu oraz część na poziomie żużla umieszczona jest wokół co najmniej części obwodowej powierzchni zewnętrznej dla kontaktu z warstwą żużla w formie do odlewania ciągłego, znamienna tym, że część stanowiąca korpus zawiera grafit i cząstki ogniotrwałego dolomitu spieczonego, zaś część w postaci tulei (2) na poziomie żużla zawiera kompozycję do formowania tulei na poziomie żużla, zawierającą tlenek cyrkonu, grafit i spoiwo żywiczne tworzące rezit podczas reakcji utwardzania zachodzącej z wydzieleniem wody, przy czym tlenek cyrkonu wewnątrz swojej struktury krystalicznej ewentualnie zawiera stabilizującą ilość CaO lub MgO, która to kompozycja zawiera proszek zawierający CaO, wybrany spośród wapna przepalonego i dolomitu spieczonego, przy czym zawartość CaO w tym proszku wynosi od 0,25 do 10% wagowych w odniesieniu do ilości tlenku cyrkonu i grafitu zawartego w kompozycji, zaś proszek zawierający CaO posiada strukturę odrębną i różną od struktury krystalicznej tlenku cyrkonu.

Niniejszy wynalazek dotyczy ogniotrwałych, zanurzonych kształtek wylewowych, które stosuje się do ciągłego odlewania stopionej stali uspokojonej glinem. Dokładniej, wynalazek dotyczy ulepszonej tulei albo pierścienia, który otacza część zewnętrzną kształtki wylewowej i zabezpiecza ją przed korozyjnym oddziaływaniem proszku formierskiego, pływającego na powierzchni znajdującego się w formie do odlewania ciągłego stopionego metalu, w którym kształtka wylewowa jest częściowo zanurzona. Wynalazek dotyczy także kompozycji ogniotrwałej, którą stosuje się do wytworzenia ulepszonej tulei lub pierścienia.

W przypadku operacji ciągłego odlewania powszechną praktyką jest wykorzystywanie warstwy proszku formierskiego znajdującego się w formie ponad powierzchnią metalu do wychwyywania i zapobiegania wprowadzenia inkluzji niemetalicznych do stopionego metalu. Ponadto, proszek formierski służy jako smar i stanowi zabezpieczenie powierzchni wlewku zestalonego metalu, gdy opuszcza on formę w trakcie prowadzenia ciągłego odlewania.

Powszechnie stosowane proszki formierskie stanowią mieszaninę tlenków, które mają względnie niską temperaturę topnienia i które tworzą warstwę stopionego żużla, pływającego na powierzchni stopionego metalu wewnątrz formy. W trakcie prowadzenia odlewania ciągłego, kształtka wylewowa, przez którą przepływa stopiony metal jest zazwyczaj nieznacznie zanurzona w warstwie górnej stopionego metalu znajdującego się w formie. Tak więc, część kształtki wylewowej wchodzi w kontakt z warstwą żużla proszku formierskiego, który pływa na powierzchni stopionego metalu. Obszar kształtki wylewowej, który wchodzi w kontakt z pływającym proszkiem formierskim jest zwykle określany jako poziom żużla albo obszar linii proszku. Strefa kształtki wylewowej, która wchodzi w kontakt z proszkiem formierskim, ulega intensywnej korozji chemicznej, spowodowanej silnie korozyjnymi właściwościami proszku formierskiego. Dlatego też, w celu zabezpieczenia części kształtki wylewowej, która kontaktuje się z powodującym silną korozję proszkiem formierskim, typowo przewiduje się tuleję lub pierścień z materiału odpornego na korozję, wokół części kształtki wylewowej, która kontaktuje się z powodującym korozję proszkiem formierskim.

189 510

Tego typu kształtki wylewowe opisane są w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr US 5 185 300, US 5 083 687, US 5 348 202, US 5 198 126 oraz US 5 046 647, które to opisy niniejszym włącza się jako odnośniki.

Typowe tuleje lub pierścienie są zwykle ograniczone do części kształtki wylewowej na poziomie żużla. Tuleja jest zwykle ograniczona do tej określonej części kształtki wylewowej w celu zredukowania kosztów jej wytwarzania. Tak więc, jakkolwiek korzystne jest ograniczenie tulei do tej wąskiej strefy, ograniczenie to nie jest zasadnicze dla obecnego wynalazku i tuleja może rozciągać się wzdłuż całej długości lub jej dowolnej części tak długiej, jak co najmniej ta część kształtki wylewowej, która wchodzi w kontakt ze stopionym żużlem proszku formierskiego pływającym na powierzchni stopionego metalu znajdującego się w formie.

Kształtki wylewowe, do których odnosi się ten wynalazek, są w tej dziedzinie określane czasami jako rury lub tarcze ogniotrwałe i tym podobnie. Dlatego też, użyte w tym opisie określenie „kształtka wylewowa” odnosi się do kształtek wylewowych, rur, tarcz i tym podobnych, które są stosowane w procesie odlewania ciągłego. Tak więc, użyte w niniejszym określenie „kształtka wylewowa” obejmuje typowe rury i tarcze ogniotrwałe oraz tym podobne, które są zwykle używane w ciągłym odlewaniu stopionej stali.

Takie kształtki wylewowe oraz ich zastosowanie jest normalne w dziedzinie wynalazku i jest zilustrowane w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 5 046 647, US 4 568 007, US 5 244 130 oraz US 4 682 718, które to opisy niniejszym włącza się jako odnośniki.

Dobrze wiadomo w tej dziedzinie, że stale uspokojone glinem mają tendencję do tworzenia przeszkód w tradycyjnych rurach odlewniczych i kształtkach wylewowych na bazie kompozycji tlenek glinu-grafit.

Rozwiązanie tego problemu jest opisane w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 5 885 520, który to dokument niniejszym włącza się jako odnośnik. W wyżej wspomnianym zgłoszeniu patentowym, kształtka wylewowa lub rura odlewnicza wykonane są z kompozycji dolomit spieczony-grafit, co zapobiega niepożądanemu zatykaniu. Jednakże kompozycja dolomit spieczony-grafit, z którego to materiału wykonana jest kształtka wylewowa, ulega łatwo korozji z powodu omówionych powyżej właściwości korozyjnych proszku formierskiego. Tym niemniej, tego typu proszki formierskie są uważane za istotne, ponieważ pełnią one szereg użytecznych funkcji w procesie odlewania ciągłego. W szczególności proszek formierski działa jako izolacja, która minimalizuje ubytki ciepła przez promieniowanie i konwekcję oraz jako smar towarzyszący ruchowi stali w formie, jak również jako bariera zapobiegająca utlenianiu, przez uniemożliwianie dostępu tlenu. Ponadto, proszek formierski spełnia pewne funkcje w oczyszczaniu metalurgicznym.

Działanie korozyjne powoduje erozje, dolomitu spieczonego w kompozycji dolomit spieczony-grafit rury odlewniczej lub kształtki wylewowej. Dlatego, rury odlewnicze z kompozycji dolomit spieczony-grafit są także wytwarzane z tulejami lub pierścieniami, jak to omówiono powyżej.

Takie tuleje lub pierścienie są zwykłe wykonane z materiałów odpornych na korodujące działanie proszku formierskiego. Jednym z najużyteczniejszych materiałów do wytworzenia takich tulei jest materiał ogniotrwały zawierający tlenek cyrkonu. Takie tuleje wykonane z materiału ogniotrwałego zawierającego tlenek cyrkonu, przedstawione są w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 5 198 126, US 5 348 202, US 5 083 687 oraz US 5 185 300. Zazwyczaj, tuleje te wykonane są z materiału ogniotrwałego odpornego na ścieranie, którym jest kompozycja tlenek cyrkonu-grafit. Kompozycja tlenek cyrkonu-grafit jest zwykle łączona za pomocą żywicy wiążącej (na przykład żywicy fenolowej) i wspólnie prasowana na zewnętrznej części kształtki wylewowej w wąskiej strefie tak, aby uformować tuleję. Żywicę utwardza się w celu jej przekształcenia w rezit.

Sposób wykonania typowych tulei na poziomie żużla na zanurzonych kształtkach wylewowych (na przykład kształtkach wylewowych wykonanych z kompozycji tlenek glinu-grafit) ujawniono w artykule Sugie'a i in., zatytułowanym „Submerged Nozzles for Continuous Casting of Steel”, opublikowanym w Taikabutsu Overseas, tom 1, numer 2, str. 78. Jak wskazano w tym artykule, warstwa tlenku cyrkonu i grafitu związana żywicą fenolową jest wspólnie prasowana na rurze z kompozycji tlenek glinu-grafit, w celu utworzenia tulei.

189 510

Gdy stosowany jest taki sposób z użyciem rur wykonanych z kompozycji dolomit spieczony-grafit, siły wytworzone podczas przemiany żywicy w rezit działają rozszerzające w korpusie z kompozycji dolomit spieczony-grafit i kurczliwie w części korpusu w postaci tulei z kompozycji tlenek cyrkonu-grafit.

Ponieważ korpus z kompozycji dolomit spieczony-grafit jest elementem wewnętrznym w stosunku do części w postaci tulei wykonanej z kompozycji tlenek cyrkonu-grafit, powstałe naprężenia powodują pękanie w tulei z kompozycji tlenek cyrkonu-grafit i wokół niej. Takie pękanie jest oczywiście szkodliwe dla strukturalnej spójności kształtki wylewowej i szczególnie szkodliwe dla strukturalnej spójności tulei. Dlatego też, istnieje w tej dziedzinie potrzeba zapobiegania pękaniu, które jest wywołane przez siły powodujące skurcz, które powstają podczas utwardzania żywicy w tulei z kompozycji tlenek cyrkonu-grafit i siły działające rozszerzająco, które powstają podczas utwardzania żywicy w kształtce wylewowej z kompozycji dolomit spieczony-grafit.

Celem obecnego wynalazku jest zapobieganie pęknięciom wywołanym przez naprężenia, które występują, gdy żywica w korpusie z kompozycji dolomit spieczony-grafit zanurzonej kształtki wylewowej i żywica w części korpusu w postaci tulei z kompozycji tlenek cyrkonugrafit, umieszczonej wokół zewnętrznej części kształtki wylewowej, ulegają przekształceniu w rezit podczas procesu utwardzania stosowanego w trakcie wytwarzania kształtki wylewowej.

Celem wynalazku jest także dostarczenie zanurzonej kształtki wylewowej z kompozycji dolomit spieczony-grafit, posiadającej tuleję na poziomie żużla z kompozycji tlenek cyrkonu-grafit, który jest odporny na pękanie spowodowane naprężeniem, wywołanym podczas utwardzania żywicy zawartej w kształtce wylewowej z kompozycji dolomit spieczony-grafit i w tulei z kompozycji tlenek cyrkonu-grafit.

Żywicą łączącą kompozycję, tlenek cyrkonu-grafit, jest żywica wiążąca, która ma obniżoną tendencję do kurczenia się, gdy jest utwardzana i przekształcana z żywicy w rezit.

Te oraz inne cele osiąga się przez dodanie skutecznej ilości tlenku wapnia (CaO) do kompozycji tlenek cynku-grafit stosowanej do utworzenia tulei. Tlenek wapnia ma postać wapna przepalonego lub dolomitu spieczonego (prażony dolomit spiekany). Stwierdzono, że żywica wiążąca użyta z kompozycją tlenek cyrkonu-grafit uwalnia podczas utwardzania małe ilości wody, która wydzielając się powoduje zmniejszenie objętości żywicy, gdy jest ona przekształcana w rezit. W przeciwieństwie do tego, gdy ta sama żywica uwalnia małe ilości wody w obecności dolomitu spieczonego zawartego w głównym korpusie kształtki wylewowej, dolomit spieczony tworzy hydrat, który ma większą objętość.

Tlenek wapnia w postaci wapna przepalonego albo dolomitu spieczonego wprowadza się do mieszaniny żywica-tlenek cyrkonu-grafit, którą używa się do uformowania tulei. Stwierdzono, że włączenie tlenku wapnia do mieszaniny żywica-tlenek cyrkonu-grafit jest odpowiednie dla przeciwdziałania tendencji kurczenia się, ponieważ woda uwalniana podczas utwardzania żywicy powoduje hydratację dodanego tlenku wapnia, który z kolei powoduje zwiększenie się objętości tlenku wapnia.

Uwodniony tlenek wapnia, który tworzy się podczas utwardzania żywicy ma większą objętość i tym samym przeciwdziała tendencji kurczenia się. Tak więc, ilość tlenku wapnia, którą dodaje się do mieszaniny żywica-tlenek cyrkonu-grafit, powinna być odpowiednia do tego, aby ilość uwodnionego tlenku wapnia utworzonego podczas utwardzania była wystarczająca dla przeciwdziałania tendencji kurczenia się kompozycji utwardzona żywica-tlenek cyrkonu-grafit. Korzystnie, tlenek wapnia w postaci wapna przepalonego albo dolomitu spieczonego dodaje się w ilości od 0,25% wagowego do 10% wagowych, w stosunku do ilości tlenku cyrkonu i grafitu, które zostały użyte do formowania tulei.

Zazwyczaj tlenek cyrkonu stosowany do formowania tulei jest stabilizowany tlenkiem wapnia lub tlenkiem magnezu. Tlenek wapnia lub tlenek magnezu użyty do stabilizowania tlenku cyrkonu staje się częścią struktury krystalicznej tlenku cyrkonu. Tlenek wapnia użyty zgodnie z obecnym wynalazkiem jest odmienny od stabilizującego tlenku wapnia, który staje się częścią struktury krystalicznej tlenku cyrkonu. Tlenek wapnia użyty zgodnie z obecnym wynalazkiem dla przeciwdziałania kurczeniu się żywicy wiążącej kompozycje tlenek cyrkonu-grafit, dodaje się w postaci oddzielnego proszku i tym samym istnieje w postaci cząstek, które są oddzielne lub odmienne od tlenku wapnia stabilizującego tlenek cyrkonu.

189 510