WO2009106061A2 - Druckschlicker-giessvorrichtung bzw. verfahren zum giessen eines formteils - Google Patents

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Christos Aneziris
Steffen Dudczig
Uwe Klippel
Uwe Heinold
Josef Spensberger
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Dorst Technologies Gmbh & Co. Kg
Tu Bergakademie Freiberg
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    • C04B2235/6027—Slip casting

Definitions

  • the invention relates to a Druckschlicker- pouring device with the Oberbegriffliehen features according to claim 1 or to a method for casting a molding with the Oberbegriffliehen features according to claim 12.
  • Slip pouring equipment as known e.g. are described in DE 298 01 196 Ul and DE 197 45 232 Cl.
  • Pressure slip casting technology is a proven primary forming process for the cost-efficient production of complex and large-volume moldings in the field of sanitary ceramics.
  • Slip casting is accomplished by pouring slurry as a flowable and pumpable dispersion into a mold such as toilet bowls, water boxes, sinks and bidets.
  • a mold such as toilet bowls, water boxes, sinks and bidets.
  • dishes and vases are made by slip casting.
  • DE 12 99 546 A describes a method for preventing sticking of cast moldings to mold walls of a mold by a water feed into the porous mold. Subsequently, ceramic slurry is introduced under pressure into a closed mold or the casting mold received therein and dewatered through the casting mold. The thereby solidifying article can be finally removed after opening the mold with the help of a special suction device.
  • Molds are preferably made of permeable or porous plastic or synthetic resin and offer good abrasion resistance.
  • the casting molds provide a consistently consistent contour sharpness of cast molded parts over cast molds and improved dimensional stability of the articles even after many casts. In the die casting process, the cleaning effort is significantly reduced, the process can be easily automated and offers maximum production flexibility.
  • a slip S is provided in the interior 2 thereof.
  • the slip S essentially consists of clay and a dispersing agent, other constituents usually being feldspar and quartz.
  • the dispersant is a chemical component which serves as a liquefying agent to make the slurry S pumpable.
  • the grain size of the solid constituents of the slip S is usually very fine for producing ceramic shaped parts and has a substantially monomodal grain distribution.
  • the slip S is conveyed from the slip container by means of a pump 3 through a slip line 4 into a pressure vessel 5, the slip line 4 usually having a diameter of 1.5 to 2 inches. Due to the correspondingly narrow cross-section Q of the Schlicker Koch 4 results in a flow in which in the edge region of the Slurry line 4 conveyed grains of the slurry S flow at a lower speed than grains of the slurry S, which flow in the middle of the cross section Q of the slip line.
  • the slip S flowing into an interior space 6 of the pressure vessel 5 is conveyed on directly through an outlet line 7 of the pressure vessel 5, which flows into a mold interior 8 of a casting mold 9.
  • the outlet line 7 also usually has a cross-section Q of 1.5-2 inches, so that an edge slip speed va of the slip S is less than a center slip speed vi in the line center of the outlet line 7 or va ⁇ vi.
  • the mold 9 is usually formed from two or more mold parts 10, 11, which are assembled for casting a molded part to form the casting chamber 8.
  • the slip line 7 passes into a mold filling line 12, which preferably passes as a channel through a molding part wall at least one of the two mold parts 10 in the casting chamber 8.
  • a pouring-room inlet 13 as a transition of the mold filling line 12 into the pouring space 8 is preferably located in a lower-side region of the pouring space 8 in order to be able to fill the slip S from below into the pouring space 8.
  • the casting chamber 8 is preferably through at least one of
  • the slurry S is pumped out of the collecting container by means of the pump 3 at a low and continuous speed through the pressure vessel 5 into the pouring space 8. This is due to the slip on a relatively low pumping pressure.
  • valves 15, 16 are closed in the slip line 4 and in the vent line 14, respectively. Thereafter, another valve is opened to a pressure source 18, wherein the
  • Pressure source 18 provides a gaseous pressure medium G, which flows into the pressure vessel 5.
  • a pressure p is applied to the slip S via the pressure vessel 5 or its interior 6 and the outlet line 7, which is still located in the outlet line 7 and possibly as the remaining slip proportion in the interior of the pressure vessel 5.
  • an optionally further provided valve 19 in the outlet conduit 7 can be closed in order to maintain the pressure p in the casting mold 9.
  • the mold 9 is compressed during the process by means of press stamping a press 20 with an applied pressing force F.
  • the mold 9 consists of porous and permeable mold parts 10, 11, which can leak a liquid content of the slurry S through the molding walls, so that in the casting chamber 8 at the surface of the mold parts 10, 11 forms a piece.
  • the press 20 is moved back to open the mold parts 10, 11 and to be able to remove a molding formed therein.
  • the molding is subsequently sintered to provide a dishwashing or sanitary ware product.
  • a control device C which is controlled by a suitable control algorithm or control program.
  • Essential steps in such a method are thus a relatively slow and continuous, constant filling of the casting chamber 8 with slurry S using a low-pressure pump, which allows a large volume flow, then closing the Schlickertechnisch 4, so that no pressure can escape through this in the reverse direction and then applying the actual pressure p, which acts as a casting pressure in the mold 9 on the slip S.
  • the pressure p When the pressure p is applied, no volume flow of the slurry S takes place more from the pressure vessel 5 or the outlet line 7 into the casting chamber 8.
  • a fine-grained and preferably monomodal ceramic material for producing the slip can be used in slip casting.
  • a material with grains which is not particularly clay-containing with coarse grains a material with grains over a larger range of grain diameters or even a non-monomodal material lead to shearing forces during slip casting when transporting the slurry from a pressure vessel for providing the slurry into the casting mold.
  • a segregation would occur in particular in valves or other uneven pipe sections.
  • non-clay-containing slip deposits in the pipes or tubes, so that after several casting operations through the remaining cross section only the carrier medium of the slurry is transported. Each of these influences leads to unusable uneven moldings.
  • ceramic products are favored with a softening temperature above 1500 0 C, which are generally and especially in the context of this description referred to as refractory products. These are subdivided into shaped and unshaped products. As refractory materials with
  • Refractory grains are predominantly oxides such as SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, CaO, ZrO 2 and Cr 2 Os. Other constituents of refractory products are carbon and SiC. Also so-called refractory metals such as molybdenum and tungsten and
  • platinum group metals as precious metals and their alloys generally belong to refractory materials.
  • Refractory shaped products are widely used as liners in metallurgical vessels, e.g. as carbon-bonded magnesia stones in a converter, or as key components, e.g. Immersion spouts, slide plates, plugs or runners in the continuous casting area. Refractory products continue to be used in the blast furnace area, in transport vessels, e.g. Pans, or in the chemical industry or in the
  • Incineration industry as temperature resistant pipes, or used in the cement industry as a lining material.
  • Unshaped refractory materials have gained considerable importance over the last 30 years. With a share of almost 45% of the total production of refractory building materials, they are an essential group of refractory ceramics.
  • the unshaped refractory materials today are largely high quality, defined materials that are in no way inferior in quality to the molded products.
  • Unformed refractory products consist of a mixture of granular refractory raw materials with a generally defined, targeted particle size distribution and binders.
  • the processing or shaping and the temperature treatment are carried out at the place of use or under the conditions of use. Processing takes place directly in the delivery state or after adding a necessary amount of liquid.
  • carbonaceous castables due to the excellent mechanical thermal and chemical properties of the carbon, including non-wettability to metals and slags, and excellent thermal shock resistance.
  • carbon or carbon-containing binder further oxidic and / or non-oxidic grains are optionally mixed with other special additives that ensure good oxidation resistance.
  • These carbonaceous castables or plasticized masses are either used as unshaped products, eg as a monolithic refractory lining, or formed into products via casting or via plastic molding.
  • hydraulic binders When hydraulic binders are used, addition of water results in solidification and curing in the room temperature range due to the formation of more water Minerals.
  • unshaped products on the one hand drying takes a very long time, on the other hand drying harbors the risk of drying cracks and the pre-damage of lining or prefabricated components.
  • the object of the invention is to be able to manufacture fireproof products of different geometry quickly, efficiently, inexpensively and, if possible, free of cracks and stress via the use of an improved casting method.
  • a pressure-slip casting apparatus for carrying out such a method is to be further developed.
  • the starting point is a pressure-slump casting device comprising a multi-part casting mold with a casting space for casting a molded part by means of slip introduced into the casting space under pressure, a pressure vessel for providing the slip, an outlet line from the pressure vessel for passing the slip from the pressure vessel into the casting space , a source of pressure for the Providing a pressure medium for displacing the slip provided in the pressure vessel is formed under pressure, and a control device for controlling processes and components for molding the molded part.
  • Such a modified embodiment with a large-sized outlet line and drive, a high pressure allow a shot-like transport of the slurry from the pressure vessel into the mold.
  • slip casting is also used in comparison with sanitary ceramics relatively tough slurry for refractory moldings with a hitherto only for ceramic slip casting
  • the outlet duct and a mold filling duct which leads through a mold wall into the casting space may even have the width or a diameter of the casting space.
  • a dimensioning of the outlet line, in particular a cross section of the outlet line, from the pressure vessel and / or a control of the provision of the pressure medium chosen such that when conveying the slurry through the outlet line an edge Schlicker economically the slurry near a line inner wall of the outlet equal or negligible, in particular at most 10% lower, preferably 20% lower than a center Schlicker economically the slip in a line center of the outlet is.
  • a dimensioning of the outlet line, in particular a cross section of the outlet line, is preferred
  • the pressure vessel preferably has a receiving volume which is dimensioned for receiving a quantity of the slip corresponding to a quantity of the slip required for casting the molded part.
  • the pressure source for providing the pressure medium is preferably designed as a gaseous pressure medium.
  • a gaseous pressure medium is advantageously fast under high Pressure in the pressure vessel can be introduced to allow a shot-like transport of the slip from this into the mold.
  • a gaseous medium also has the advantage that it does not interact with the slurry to a degree such as fluid or liquid
  • Printing medium whose use is not excluded.
  • the pressure vessel is preferably a slide, which is arranged adjustable with the pressure of the pressure source in the direction of the slip for conveying the slurry into the mold. While a gaseous pressure medium in unfavorable cases penetrates into the slurry, the use of a slide is indeed structurally complex, but causes a uniform pushing out of the slip from the pressure vessel, the slider can e.g. be designed as a punch or diaphragm.
  • a device is preferred in which the pressure vessel is preceded by a mixing vessel with a mixer for mixing and / or mixing preparation of the slip and which material vessel with refractory granular materials for feeding the refractory granular materials into the mixing vessel.
  • the device is preferably configured with a slip line for feeding the slurry into the pressure vessel when a mixing vessel outlet valve is controllably arranged in the slip line for blocking backflow of the slip from the pressure vessel through the slip line.
  • a valve is preferably controllably arranged to block a flow of the slip from the pressure vessel into the mold prior to application of the pressure to the slurry in the pressure vessel.
  • a pressure valve may be controllably arranged for abrupt application of pressure to the sludge contained in the pressure vessel, in particular for applying the pressure to the sludge contained in the pressure vessel in a period of shorter one second.
  • the outlet conduit from the pressure vessel and / or a slurry conduit into the pressure vessel preferably has a diameter of at least 3 inches, more preferably at least 5 inches, to reduce shear forces within the slurry.
  • the method is based on a method for casting a molded part by slip casting, in which a flowable and pumpable slurry of a granular material, a dispersing medium and a binder is provided and introduced under pressure into a liquid or liquid-permeable mold of a die casting plant so that the molded part of the granular material on an inside surface of a casting chamber of the casting mold by discharging contained in the slurry
  • Liquid is formed by casting mold.
  • the method is characterized in that the granular material refractory material with fines with first grains in the range of 0.01 microns to 100 microns and coarse particles with second grits in the range 100 microns to 10 mm.
  • the refractory fines do not allow sufficient flowability. Not with sanitary ceramic slip used coarse fractions cause a fire resistance of the molded and finished molding.
  • such a method for the production of shaped refractory components, in which refractory grains are converted by means of a dispersing medium and a binder with the aid of inorganic and / or organic auxiliaries to a liquid slip.
  • the slurry preferably has a tixotropic consistency.
  • the slurry is pressurized into a porous or permeable
  • Die casting mold of a die casting plant is introduced in order to form a shaped part of the refractory grain on the inner surface of the die casting mold by removing the liquid of the slip into or through the porous die casting mold.
  • the body formation takes place via pressure, which acts on the slip in the casting mold, or negative pressure, which bears against the outside of the casting mold and acts on the slip through the wall of the casting mold.
  • the molding can be removed from the mold after casting in the mold, dried, sintered and transferred to a refractory component.
  • the mold is formed as such, the liquid contained in the slurry and a specially formulated slip is required.
  • the fines having the first grains and the coarse fractions having the second grains so that the first grains plot a grain of the first grains and the second grains plot a grain of the second grains as two Gaussian curves with respect to each other offset maxima for the fines and coarse fractions.
  • the fines and coarse fractions are preferably provided selected so that the Gaussian curves of the first grits and the second grits do not overlap one another.
  • preliminary observations have shown that particularly good results can be achieved if the two grain curves are only marginally or not at all superimposed. It is thus preferred that the constituents with refractory grains have at least one grain region which does not overlap with respect to grain size, or at least the maxima of the two Gaussian curves are clearly spaced from one another.
  • the fines and coarse fractions are preferably selected so that the slurry is composed of at least 10% fines and at least 10% coarse fractions.
  • water, alcohol and / or resin in particular liquid resin
  • Resin and / or alcohol advantageously form carbon sources at the same time. Liquid resin transforms into a carbon compound upon preconsolidation during the casting process.
  • a dispersing medium with organic solvent and / or as the binder in particular a binder with organic solvent can be used as the dispersing medium, whereby a suitable viscosity of the slurry is adjustable.
  • first grains from the range 100 ⁇ m to 1 mm are used as the coarse fractions.
  • the slip comprises the refractory material in the form of refractory oxides.
  • the slurry also comprises non-oxide and / or carbon-containing material.
  • a carbon-containing material is additionally introduced into the slurry.
  • the refractory oxides are in particular Al 2 O 3 , MgO, MgAl 2 O 4 , CaO, ZrO 2 , Cr 2 O 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 , bauxite, andalusite, dolomite, Schammotte and / or such containing raw materials used.
  • SiC, Si 3 N 4 , BN and / or B 4 C are used as non-oxides.
  • the refractory granular material may preferably be combined with graphite, carbon black or other types of carbon.
  • the binder is selected such that a first solidification of the molded part takes place already in the casting mold.
  • Hardening is thus understood to mean not only a denser deposition of the grains due to dewatering but also active, in particular adhesive solidification.
  • a suitable binder of inorganic and / or organic base for producing the slip can be added.
  • the first solidification is advantageous because the molding otherwise Unlike moldings made of ceramic slip can be easily damaged during demolding. In comparison to sanitary ceramic moldings, in which actively combine the included sound parts, thereby also larger-sized refractory moldings can be poured.
  • cementitious, phosphate-containing or aluminum hydroxide-containing materials may be used.
  • the attraction forces of the grains of refractory materials are only small. Therefore, the use of such materials as the binder is advantageous to be able to achieve a higher strength of the molding and also easier mold release from the material conversion resulting from initial solidification in the mold.
  • SiO 2 sols or gels, lignosulfonates or water glass can also be used as the binder.
  • CO 2 can be introduced into the mold.
  • slip which contains, in particular, water glass or is phosphate-containing as the binder
  • CO 2 advantageously brings about rapid solidification of the material
  • Material layer that has formed on the inside surface of the mold is preferably carried out only after the actual casting process has been completed and the material layer has been formed.
  • resin novolak or resole based resin, pitch, articular pitch or bitumen
  • carbons are introduced into the slurry by means of the binder.
  • esters or an ester-containing compound may also be used.
  • Metallic additives, refractory metals, or metallic fibers may be added to the slurry. This leads to an improvement in the thermomechanical properties of the refractory components.
  • the slurry can be preheated to adjust specific rheological properties in combination with the appropriate binder.
  • a plurality of differently composed slips can be introduced successively into the casting mold and / or at specific locations of the casting mold.
  • a layer structure or graded structures can be produced in the molded part.
  • a die cast slip for producing refractory products as the molded article by means of such a device and / or by such a process, wherein the slurry bimodal is composed of granular and refractory material with fines with first grains in the range of 0.01 microns up to 100 microns and with coarse particles with second grits in the range 100 microns to 10 mm.
  • the slurry is preferably composed of constituents of at least one refractory oxide and at least one carbon source.
  • An injection-molded and sintered molded article which is bimodally composed of granular and refractory material with fines having first grains in the range of 0.01 ⁇ m to 100 ⁇ m and coarse particles having second grain sizes in the range of 100 ⁇ m to 10 mm, is also advantageous and in particular produced by means of such a device and / or by means of such a method.
  • the molding is preferably formed as a refractory member as a lining component or lining stone or lining ring of metallurgical vessels or the cement industry, as a continuous casting area component, in particular outlet nozzle, immersion nozzle, slide plate, plug, flushing cone or runner, as a blast furnace component, as a transport vessel component, in particular ladle , or as a temperature resistant tube.
  • the device has a memory with at least one program or algorithm for performing the control of components and / or the method steps.
  • the pressure slip casting apparatus and method are advantageously usable for the production of refractory products by pressure slip casting molding.
  • the production of refractory products with or without carbon additives is made possible by those for applications in metallurgy, in the chemical industry, in the cement industry and in the waste incineration industry.
  • refractory materials with Feuerfestkörnungen serve mainly oxides such as Al 2 O 3 , MgO, MgAl 2 O 4 , CaO, ZrO 2 , Cr 2 O 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 or raw materials containing these oxides, such as eg bauxite, andalusite, dolomite, lambs.
  • non-oxides such as SiC, Si 3 N 4, BN, B 4 C.
  • carbon in the form of graphite or in the form of soot plays an extraordinary role due to the non-wettability to slags and metals and gives fireproof
  • dense products are preferred in which only closed porosity is present.
  • Metallic, inorganic or organic fibers can further improve the thermomechanical properties.
  • the binders used are on the one hand hydraulically setting calcium aluminate cements rich in calcium, phosphates or nanoscale additives based on aluminum hydroxide.
  • phenolic resins such as resole (s) or novolac (s)
  • art pitches such as carbores, coal pitches, bitumen, or combinations thereof.
  • metallic additives such as Al or Mg
  • semi-metallic additives such as Si
  • FIG. 1 shows components of a pressure-slip casting apparatus in a sectional view according to a particularly preferred embodiment for producing a refractory molded part
  • FIG. 2 shows schematically components of an arrangement according to Fig. 1 for the purpose of illustrating three different ones
  • Fig. 3 is a diagram illustrating a body thickness of a molded part depending on a pressure casting time and a casting pressure when casting a refractory molding by means of slip casting and
  • Fig. 4 is a Druckschlicker G optvotechnisch according to the prior art for casting sanitary ceramic moldings.
  • Fig. 1 shows substantially only preferred components of a pressure slip casting apparatus of a pressure slip casting equipment to an extent in which this is required for the understanding of the use of Druckschlickergusstechnologie for the production of refractory products. With regard to further components and processes, reference is made to the pressurized slip casting technology known per se in the field of sanitary ware.
  • Fig. 1 shows a mixing container 1, in whose interior 2 a slip S is mixed and provided.
  • first feed device 21 By means of a first feed device 21 is a first granular material in the form of a refractory material with Fines Kl provided with first grains kl and led as needed in the mixing container 1.
  • second feed device 22 By means of a second feed device 22 is provided as a further granular refractory material, a refractory material with coarse particles K2 with a second grain size k2 and filled as needed in the mixing container 1.
  • the refractory materials are preferably oxides x ⁇ i. As can be seen from the sketched set diagram, in which a quantity m of refractory granular
  • a bimodal mixture is understood to mean that the quantities of the first grains k1 and of the second grains k2 applied over the grain size ⁇ each form an individual maximum ⁇ 1 or ⁇ 2, the two maxima ⁇ 1, ⁇ 2 being spaced apart from one another. In this case, it is particularly preferred if the region of the first grain sizes k1 and the region of the second grain sizes k2 do not overlap one another or overlap only slightly. To produce refractory moldings, a range of 0.01 ⁇ m to 100 ⁇ m is used for the first grains. The area of the second
  • Grits k2 is preferably in the range of 100 ⁇ m to 1 mm or even 10 mm.
  • the slip S is produced by feeding a dispersing agent D from a dispersant supply device 23 to the fine fractions K1 and the coarse fractions K2.
  • a binder B is fed into the mixing container 1 from a binder supply means 24.
  • a mixer 31 with a mixer drive 25, which via a mixer shaft 26, a mixer rotor 27 in rotation ⁇ offset, is then mixed from the filled into the mixing container 1 components of the slurry S.
  • the mixer 31 is preferably continuously stirred in order to keep the slip S always in a flowable and pumpable consistency to keep.
  • the mixing vessel additionally has a heater 28, by means of which the slip S can be heated to an advantageous casting temperature. According to first experiments, temperatures of 20 ° C., in particular 50 ° C. and more, are particularly preferred.
  • a slip line 4 is dimensioned such that the slip S is conveyed through the slip line 4 without or with only shearing forces acting negligibly on the slip S.
  • particles or grains which are transported near a wall of the slurry line 4 are transported at approximately the same speed as grains which are transported in the line center of the slurry line 4.
  • a preferred slurry conduit 4 preferably has a diameter of 5 inches and more.
  • an outlet line 7 leads to a mold filling line 12 of a casting mold 9.
  • the mold filling line 12 leads through a casting mold wall of the casting mold 9 into an inside casting chamber 8 of the casting mold 9.
  • the mold filling line 12 can be here to a pouring chamber inlet 13 of the casting chamber 8 taper.
  • it is particularly preferred that such a rejuvenation does not occur or only to the smallest possible extent.
  • both the outlet line 7 and the mold filling line 12 are dimensioned such that the slip S passed through them is not demixed, as is sketched on the basis of a speed diagram.
  • Grains in a conduit center 33 of the outlet conduit 7 are carried at a center slip velocity vi equal to or approximately equal to an edge slip velocity va near a conduit inner wall 34 of the outlet conduit 7.
  • such outlet conduit 7 preferably has a very large diameter of, for example, 5 inches and more.
  • a vent line 14 is preferably led out of the casting space 8. This can be closed to build up a sufficient pressure after venting by means of a vent valve 16.
  • the mold 9 consists in a manner known per se of several mold parts 10, 11, which in combination enclose the casting chamber 8.
  • the mold parts 10, 11 or at least one of the casting chamber 8 facing layer are so porous and permeable designed that a befindaji in the casting chamber 8 slip S pressure on its liquid components through the mold parts 10, 11 escape, while the granular refractory materials, ie the fines Kl and the coarse fractions K2 form a cullet on the inside of the mold parts 10, 11.
  • the mold parts 10, 11 are by means of a Press 20 compressed to build a back pressure to the casting pressure within the casting chamber 8.
  • the outlet duct 7 is formed with a large diameter.
  • a pressure p can be applied, which is chosen so large that the slurry S is conveyed by means of the applied pressure p through the outlet conduit 7 like a weft into the casting chamber 8.
  • a pressure source 18 for example, a pressure source, which can create a gaseous pressure medium G via a corresponding pressure line 32 and a preferably provided pressure valve 17. After opening the pressure valve 17, the gaseous medium G can be introduced directly into the pressure vessel interior 6 in order to interact directly with the slip S.
  • a mixing vessel outlet valve 15 is preferably arranged in the slip line 4, which optionally can also be designed only as a check valve. However, in view of a separation of the slurry S from the mixing container 1 into the pressure vessel 5 that is as free of entrainment as possible, the mixing vessel outlet valve 15 is preferably configured as a slide for completely opening or closing the slip line 4.
  • the gaseous pressure medium G of the pressure source 18 is not used for direct loading of the slurry S with the pressure p, but a slider 29 interposed, which is acted upon at the back with the gaseous pressure medium G to the slurry S from Push out the pressure vessel interior 6 as fast as possible and like a wagon.
  • a slider 29 may be configured as a rigid component, which is arranged uniformly displaceable within the pressure vessel interior 6. But it is also possible to use an elastic diaphragm, which is pressed by the gaseous medium G against the slip S.
  • a further valve 19 is preferably used in the outlet line 7 in front of the casting mold 9 in order to keep the outlet pipe 7 closed until immediately before the opening of the pressure valve 17 or application of the pressure p.
  • the valve 19 in the outlet 7 is preferably designed like a slide to release the cross section of the outlet 7 as undisturbed as possible, so that a segregation of valve components is at least largely avoided.
  • slips S are preferably used which have carbonaceous components yC k in the dispersant D and / or in the binder B.
  • a carbon source for example a CO 2 source 30, which introduces carbon dioxide or another carbon-containing medium into the casting space 8 via, for example, the lines for venting the casting space 8.
  • the system has a suitably configured and / or controlled control device C in a manner known per se.
  • the controller C is a memory for storing a
  • slip line 4 leads from a lateral direction into the pressure vessel interior 6, so that above the inlet of the slip line 4 space remains for arranging the slide 29 during the filling of the pressure vessel 5.
  • slip lines 4 are provided which lead, for example, through an upper side of the pressure vessel 5 into the pressure vessel interior 6.
  • a pressure source 18 is sketched by way of example, which presses a gaseous pressure medium G into the pressure vessel interior ⁇ .
  • a gaseous pressure medium G is not absolutely necessary.
  • fluids or liquid pressure media can be used from the basic idea, as long as they do not lead to segregation or other change of the slip S.
  • a different type of adjusting drive for the slide 29 can also be provided.
  • these may also be motor-driven, for example electromotive, or hydraulic drives for moving the slide 29.
  • the pressure vessel 5 While in the illustration of the pressure vessel 5 is arranged laterally adjacent to the mold, which offers the advantage that the slurry S can be transported from below into the casting chamber 8, in principle, other arrangements can be selected.
  • the pressure vessel can also be arranged above the casting mold, in which case the outlet conduit can optionally even be guided from the side or from above into the casting mold 9 and the casting space 8.
  • the volume of the pressure vessel 5 and the outlet line 7 and optionally also the mold filling line 12 in the outlet line 7 in the absence of the valve 19 are so large in relation to the amount of the slip S filled therein that the filled slip S is sufficient in order to convey the slurry S in the casting chamber 8 like a gun when the pressure p is applied by means of the pressure source 18. In this case, so much slip S should be conveyed into the casting chamber 8, that after the preferably shot-like filling no additional slip S is additionally transported into the casting chamber 8.
  • FIG. 2 shows by way of example three states of such a pressure-slip casting arrangement corresponding to three temporally successive process steps.
  • the reference numerals correspond to the reference numerals of FIG. 1, so that reference is made to the description of FIG. 1 with regard to the components.
  • the slurry S is in the mixing container 1.
  • the mixing container outlet valve 15 is closed so that no slip flow sf into the pressure container 5 takes place.
  • Both the pressure vessel interior 6 of the pressure vessel 5 and the casting chamber 8 of the casting mold 9 are correspondingly empty and without slip.
  • the other valves that is to say the valve 19 in front of the casting mold 9 in the outlet line 7 and the pressure valve 17 for applying the pressure p are closed, so that neither the slip S from the pressure vessel 5 can flow into the casting mold 9 nor the gaseous medium from the pressure source 18 can flow into the pressure vessel 5.
  • next step outlined next step the mixing vessel outlet valve 15 has been opened, so that the slurry S is conveyed from the mixing container 1 into the pressure vessel 5.
  • the mixing vessel outlet valve 15 is closed to prevent both a further flow of the slurry S from the mixing vessel 1 into the pressure vessel 5 and a backflow of Schlicker S or the gaseous medium into the mixing container 1 to prevent.
  • the pressure valve 17 is opened to the pressure p in preferably the shortest possible time to the located in the pressure vessel interior 6 slip S to apply.
  • the vent valve 16 With sufficient filling of the casting chamber 8 or sufficient ventilation of the casting chamber 8, the vent valve 16 is closed to allow sufficient pressure build-up in the casting chamber 8.
  • liquid w flows from the slurry S through the wall of the molded parts.
  • FIG. 3 shows, by way of example, a body thickness m of a cullet of a molded part to be formed in the casting space on the inside surfaces of the first and second casting mold parts with respect to the die casting time, that is to say compared with the residence time in the casting space
  • Pressured sludge By way of example, for forming a refractory shaped part, an Al 2 O 3 -C casting compound is considered for a submersible nozzle.
  • An exemplary slip temperature is 22 0 C for a slurry with a liter weight of 1800 g.
  • the ratio of soda to water glass is 1: 130%. Shown is the building up body thickness in mm compared to the Druckgtigzeit in minutes for four different casting pressures or for four different applied by the pressure source pressures of 5 bar, 10 bar, 20 bar and 40 bar.
  • two or more complementary die-cast mold parts are mounted on press plates in a die casting plant.
  • the mold parts are moved to a closed position and the slip S is under pressure p introduced into the mold.
  • the casting mold consists at least on the inside of a permeable filter layer through which the liquid of the slurry S can pass. On the surface of the filter layer is thereby formed from the refractory components of the slurry a body, which forms the ceramic refractory construction or molding after removal and sintering.
  • the granulations used are mixtures of coarse and fine fractions of refractory oxides and / or non-oxides and / or carbon in combination with dispersing media, temporary organic and / or inorganic auxiliaries, e.g. Condenser, stabilizer, flocculant and the like. Used. Coarse-grained fractions from the range 0.1 to 30 mm of refractory grain size are combined with fine-grained fractions from the range 10 nm-0.1 mm of the refractory grain size. For slip casting in particular only fine-grained fractions from the range 10 nm - 0.1 mm can be used for the construction of the refractory grain to produce sufficiently dense refractory products with only closed porosity.
  • Refractory grains are in particular the oxides Al 2 O 3 , MgO, MgAl 2 O 5 , CaO, ZrO 2 , Cr 2 O 3 , CeO 2 , Y 2 O 3 , TiO 2 or raw materials containing them, such as bauxite, andalusite, dolomite, Schammotte, and non-oxides such as SiC, Si 3 N 4 , BN, B 4 C used.
  • the refractory grains may be combined with carbon species, including graphite and / or carbon black.
  • metallic additives such as Al, Mg, B, Fe, semimetals, such as Si, or refractory metals, eg
  • Tungsten carbide, or inorganic, organic or metallic fibers are used to improve the thermomechanical properties.
  • Binders of inorganic and / or organic base are preferably added, which, inter alia, cause a first solidification of the components already in the casting mold.
  • Such preferred binders may be cementitious, phosphate-containing and / or aluminum hydroxide-containing binders and / or resins, for example resins based on novolac (s) or resole (s) with or without esters, pitches, artificial pitches, eg based on "carbores", and bitumen, eg based on "Thermocarbon".
  • SiO 2 sols, lignosulfonates or other auxiliaries based on water glass can be used for solidification in the casting mold or after leaving the casting mold.
  • Nanoscale additives for example based on Al 2 O 3 , SiO 2 or TiO 2, can be used according to the invention for adjusting the rheological properties.
  • CO 2 can be introduced into the mold.
  • suitable binders for the production of the slip S are selected, which can be solidified under CO 2 ⁇ action.
  • the pitting can be done by applying the slurry S to the inner wall of the mold via pressure or vacuum.
  • a layer structure can be produced or graded micro and macrostructures can be realized.
  • liquid resin or alcohol As the sole liquid component of the slurry serves as a dispersing medium only water, liquid resin or alcohol or mixtures of water, liquid resin and alcohol. optional As an additional liquid, organic solvent can be added.
  • plastics, ceramics, metals or combinations thereof are preferably used as molding materials.
  • the volume of the open pores and the permeability must be such that the pressure loss in the mold with respect to its filter resistance is negligible compared to the pressure loss in the growing cullet or its cullet resistance.
  • the filtration rate becomes material independent. Due to the variations of the permeability, the pore size distribution, the pore shape and the pore volume, the casting material can be largely adapted to the needs of the present slurry S.
  • a closing pressure is applied by applying the pressing force F during the molding process, so that a correspondingly close concern of the casting mold forming mold parts is guaranteed.
  • Schlickerinnendruck and closing pressure are reduced and the mold parts open.
  • the corresponding mold part is preferably subjected to compressed air.
  • Such a method may e.g. be used for the production of outlet nozzles, immersion nozzles, gutters, oven parts, distributor components, stones or rings, slide plate or Spülkegeln.
  • the slip S has the carbon supplier graphite in preferably powder or flake form, soot and / or the carbon suppliers pitch or other carbon sources, such as modified products based on coal tar pitch or bitumen-derived products of this kind.
  • suitable fractions of the carbon sources graphite, soot, coke and / or the carbon suppliers modified coal tar pitch or modified bitumen-derived products are used.
  • thermocarbon a modified bitumen-based product
  • this bitumen-based product can be replaced by Carbores P from Rütgers, a modified coal tar pitch product.
  • this slip S consists largely of casting material in the form of fused alumina in the form of fused corundum with, for example, 40% by weight and sintered corundum with, for example, 60% by weight, of the oxide component coordinated in the granulation strip for casting compounds.
  • fractions of the various carbon carriers graphite (thermocarbon), petroleum coke (CarboresP) are used. Wetting agents and condenser are used to set the required rheological properties.
  • these are liquid preparations based on a carboxylic acid preparation (Dolapix PC67) and / or ammonium polymethacrylate (Darvan7).
  • magnesium lignosulfonate is added in powder form, which acts in the dried state as a temporary binder in the mass.
  • metallic silicon and boron carbide are also added to the slip S.
  • the following table shows an example composition of a pressure slip casting compound. After coking at 800 0 C in a packed bed of coke, the offsets produced by the illustrated composition have open porosities of 14% (DIN EN 993-1), and cold bending strength of 8.5 MPa (DIN EN 993-6).
  • the components marked with a "* N ⁇ are quantitatively related to 100% of the granulation with 0.02 - 1 mm.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckschlicker-Gießvorrichtung bzw. ein Verfahren zum Gießen eines Formteils, welche ausgelegt sind mittels Schlickergusses ein Formteil herzustellen, das bimodal zusammengesetzt ist aus körnigem und feuerfestem Material mit Feinanteilen (K1) mit ersten Körnungen (k1) in dem Bereich von 0,01 μm bis zu 100 μm und mit Grobanteilen (K2) mit zweiten Körnungen (k2) in dem Bereich 100 μm bis 10 mm. Nach dem Sintern des Formteils kann so ein feuerfestes Formteil auf einfache Art und Weise bereitgestellt werden. Vorrichtungsgemäß wird dazu ein in einem Druckbehälter (5) bereitgestellter Schlicker (S) mittels eines Druckmediums (G) aus dem Druckbehälter (5) durch die Auslassleitung (7) in den Gießraum (8) befördert. Dabei werden vorzugsweise eine Auslassleitung (7) so dimensioniert oder der Druck so stark gewählt, dass der Schlicker (S) mit allenfalls vernachlässigbar auf diesen einwirkenden Scherkräften durch die Auslassleitung (7) befördert wird.

Description

Beschreibung
Druckschlicker-Gießvorrichtung bzw. Verfahren zum Gießen eines Formteils
Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckschlicker- Gießvorrichtung mit den Oberbegriffliehen Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bzw. auf ein Verfahren zum Gießen eines Formteils mit den Oberbegriffliehen Merkmalen gemäß Patentanspruch 12.
Allgemein bekannt sind Schlickergießanlagen, wie sie z.B. beschrieben sind in DE 298 01 196 Ul und DE 197 45 232 Cl. Druckschlickergusstechnologie ist ein bewährtes Urformverfahren für eine kosteneffiziente Herstellung von komplexen und großvolumigen Formteilen im Bereich der Sanitärkeramik. Gefertigt werden mittels Schlickerguss durch Gießen von Schlicker als einer fließ- und pumpfähigen Dispersion in eine Gießform zum Beispiel Toilettenbecken, Wasserkästen, Waschbecken und Bidets. Im Bereich Feinkeramik werden beispielsweise Geschirr und Vasen mittels Schlickerguss gefertigt. Durch Einführung der Schlickerdruckgusstechnik konnte die Herstellungsdauer von derartigen Keramikartikeln auf 5% der bis dahin erforderlichen Gießzeit reduziert werden.
DE 12 99 546 A beschreibt ein Verfahren zum Verhindern eines Anklebens von gegossenen Formteilen an Formwandungen einer Gießform durch eine Wasserzuführung in die poröse Gießform. Anschließend wird keramischer Schlicker unter Druck in ein geschlossenes Werkzeug bzw. die darin aufgenommene Gießform eingebracht und durch die Gießform entwässert. Der sich dabei verfestigende Artikel kann abschließend nach dem Öffnen der Gießform mit Hilfe einer speziellen Saugvorrichtung entnommen werden. Gegenüber zuvor eingesetzten Gipsformen, welche zum Gießen nur weniger Formteile einsetzbar waren, ergibt sich durch den Schlickerguss eine enorme Zeitersparnis, ein Wegfall von platzraubenden Gipsformenlagern und ein Wegfall einer aufwendigen Formenrücktrocknung. Gießformen bestehen vorzugsweise aus permeablem bzw. porösem Kunststoff oder Kunstharz und bieten eine gute Abrasionsbeständigkeit. Außerdem gewährleisten die Gießformen gegenüber Gießformen aus Gips eine völlig gleichbleibende Konturenschärfe der gegossenen Formteile und eine verbesserte Maßhaltigkeit der Artikel selbst nach vielen Abgüssen. Beim Druckgussverfahren wird außerdem der Putzaufwand erheblich reduziert, der Prozess kann leicht automatisiert werden und bietet höchste Produktionsflexibilität.
Allgemein bekannt ist eine Druckgießanlage gemäß Fig. 4. In einem Schlickerbehälter, der gegebenenfalls auch als ein Mischbehälter 1 ausgestaltet sein kann, wird in dessen Innenraum 2 ein Schlicker S bereitgestellt. Der Schlicker S besteht im Wesentlichen aus Ton und einem Dispersionsmittel, wobei weitere Bestandteile üblicherweise Feldspat und Quarz sind. Das Dispersionsmittel ist eine chemische Komponente, welche als Verflüssigungsmittel dient, um den Schlicker S pumpfähig zu machen. Die Körnung der festen Bestandteile des Schlickers S ist zum Herstellen keramischer Formteile üblicherweise sehr fein und weist eine im wesentlichen monomodale Körnungsverteilung auf.
Der Schlicker S wird aus dem Schlickerbehälter mittels einer Pumpe 3 durch eine Schlickerleitung 4 in einen Druckbehälter 5 befördert, wobei die Schlickerleitung 4 üblicherweise einen Durchmesser von 1,5 bis 2 inch aufweist. Bedingt durch den entsprechend engen Querschnitt Q der Schlickerleitung 4 entsteht darin eine Strömung, bei welcher im Randbereich der Schlickerleitung 4 beförderte Körner des Schlickers S mit einer geringeren Geschwindigkeit strömen als Körner des Schlickers S, welche in der Mitte des Querschnitts Q der Schlickerleitung strömen.
Der in einen Innenraum 6 des Druckbehälters 5 strömende Schlicker S wird direkt weiterbefördert durch eine Auslassleitung 7 des Druckbehälters 5, welche in einen Forminnenraum 8 einer Gießform 9 strömt. Auch die Auslassleitung 7 weist üblicherweise einen Querschnitt Q von 1,5 - 2 inch auf, so dass eine Rand-Schlickergeschwindigkeit va des Schlickers S geringer ist als eine Mitten- Schlickergeschwindigkeit vi in der Leitungsmitte der Auslassleitung 7 bzw. va < vi gilt.
Die Gießform 9 ist üblicherweise aus zwei oder mehr Gießformteilen 10, 11 ausgebildet, welche zum Gießen eines Formteils unter Ausbildung des Gießraums 8 zusammengesetzt werden. Die Schlickerleitung 7 geht in eine Formbefüllungsleitung 12 über, welche vorzugsweise als ein Kanal durch eine Formteilwandung zumindest eines der beiden Formteile 10 in den Gießraum 8 hindurchführt. Ein Gießraum- Einlass 13 als Übergang der Formbefüllungsleitung 12 in den Gießraum 8 befindet sich vorzugsweise in einem unterseitigen Bereich des Gießraums 8, um den Schlicker S von unten her in den Gießraum 8 einfüllen zu können.
Um während des Befüllens des Gießraums 8 mit dem Schlicker S in dem Gießraum 8 befindliche Luft auslassen zu können, ist der Gießraum 8 bevorzugt durch zumindest eines der
Gießformteile 11 oder durch einen Übergangsbereich zwischen den zusammengesetzten Gießformteilen 10, 11 mit einer Entlüftungsleitung 14 verbunden. In einem ersten Verfahrensschritt nach dem Schließen der Gießformteile 10, 11 wird der Schlicker S aus dem Sammelbehälter mittels der Pumpe 3 mit einer niedrigen und kontinuierlichen Geschwindigkeit durch den Druckbehälter 5 hindurch in den Gießraum 8 gepumpt. Dabei liegt an dem Schlicker ein relativ geringer Pumpdruck an. Nachdem der Gießraum 8 vollständig mit dem Schlicker S befüllt ist, werden Ventile 15, 16 in der Schlickerleitung 4 bzw. in der Entlüftungsleitung 14 geschlossen. Danach wird ein weiteres Ventil zu einer Druckquelle 18 geöffnet, wobei die
Druckquelle 18 ein gasförmiges Druckmedium G bereitstellt, welches in den Druckbehälter 5 einströmt. Dadurch wird über den Druckbehälter 5 bzw. dessen Innenraum 6 und die Auslassleitung 7 ein Druck p an den Schlicker S angelegt, welcher noch in der Auslassleitung 7 und gegebenenfalls als restlicher Schlickeranteil im Innenraum des Druckbehälters 5 befindlich ist. Nach dem Aufbauen eines ausreichenden Drucks p in dem Gießraum 8 der Gießform 9 kann ein optional weiter vorgesehenes Ventil 19 in der Auslassleitung 7 geschlossen werden, um den Druck p in der Gießform 9 aufrechtzuerhalten.
Die Gießform 9 wird während des Vorgangs mittels Pressstempeln einer Presse 20 mit einer angelegten Presskraft F zusammengepresst . Die Gießform 9 besteht aus porösen und permeablen Gießformteilen 10, 11, welche einen Flüssigkeitsgehalt des Schlickers S durch die Formteilwandungen austreten lässt, so dass sich in dem Gießraum 8 an der Oberfläche der Gießformteile 10, 11 ein Scherben ausbildet. Abschließend wird die Presse 20 zurückgefahren, um die Gießformteile 10, 11 öffnen zu können und ein darin gebildetes Formteil entnehmen zu können. Das Formteil wird nachfolgend gesintert, um ein geschirrkeramisches oder sanitärkeramisches Erzeugnis bereitstellen zu können. Um die einzelnen Verfahrensschritte anzusteuern, weist eine solche Anlage üblicherweise auch eine Steuereinrichtung C auf, welche mit einem geeigneten Steueralgorithmus oder Steuerprogramm angesteuert wird.
Wesentliche Schritte bei einem solchen Verfahren sind somit ein relativ langsames und kontinuierliches, konstantes Befüllen des Gießraums 8 mit Schlicker S mit Hilfe einer Niederdruckpumpe, welche einen großen Volumenstrom ermöglicht, nachfolgend das Schließen der Schlickerleitung 4, so dass durch diese in Rückwärtsrichtung kein Druck entweichen kann und danach das Anlegen des eigentlichen Drucks p, welcher als Gießdruck in der Gießform 9 auf den Schlicker S einwirkt. Beim Anlegen des Drucks p findet kein Volumenstrom des Schlickers S mehr aus dem Druckbehälter 5 oder der Auslassleitung 7 in den Gießraum 8 statt.
Alternative Lösungen aus dem Bereich der Sanitärkeramik sehen z.B. vor, den Schlicker mittels einer Exzenter-Schneckenpumpe aus einem Schlickerbehälter in die Gießform zu pumpen oder mittels einer Pumpe mit Druckübersetzung in den Gießraum zu befördern.
Einsetzbar ist beim Schlickerguss jedoch nur ein feinkörniges und möglichst monomodales keramisches Material zum Herstellen des Schlickers. Ein insbesondere nicht Ton-haltiges Material mit groben Körnern, ein Material mit Körnern über eine größere Spanne von Korndurchmessern oder gar ein nicht monomodales Material führen hingegen beim Schlickerguss zu Scherkräften beim Befördern des Schlickers aus einem Druckbehälter zum Bereitstellen des Schlickers in die Gießform. Eine Entmischung würde insbesondere auch in Ventilen oder sonstigen ungleichmäßigen Rohrabschnitten auftreten. Außerdem bewirken nicht-Ton-haltige Schlicker Ablagerungen in den Leitungen bzw. Rohren, so dass nach mehreren Gießvorgängen durch den verbleibenden Querschnitt nur noch das Trägermedium des Schlickers befördert wird. Jeder einzelne dieser Einflüsse führt zu unbrauchbar ungleichmäßigen Formteilen.
Für Anwendungen im Hochtemperaturbereich werden keramische Erzeugnisse mit einer Erweichungstemperatur oberhalb 1500 0C favorisiert, welche allgemein und insbesondere im Rahmen dieser Beschreibung als feuerfeste Erzeugnisse bezeichnet werden. Diese unterteilen sich in geformte und ungeformte Erzeugnisse. Als feuerfeste Materialien mit
Feuerfestkörnungen dienen überwiegend Oxide wie SiO2, AI2O3, MgO, CaO, ZrO2 und Cr2Os. Weitere Bestandteile feuerfester Erzeugnisse sind Kohlenstoff und SiC. Auch sogenannte Refraktärmetalle wie Molybdän und Wolfram und
Platingruppenmetalle als Edelmetalle und deren Legierungen zählen je nach Einsatzgebiet allgemein zu feuerfesten Werkstoffen.
Feuerfeste geformte Erzeugnisse finden einen breiten Einsatz als Auskleidung in metallurgischen Gefäßen, z.B. als kohlenstoffgebundene Magnesiasteine in einem Konverter, oder als Schlüsselbauteile, wie z.B. Tauchausgüsse, Schieberplatten, Stopfen oder Gießrinnen im Stranggussbereich. Feuerfeste Erzeugnisse werden weiterhin im Hochofenbereich, in Transportgefäßen, wie z.B. Pfannen, oder in der chemischen Industrie oder in der
Müllverbrennungsindustrie als temperaturfeste Rohre, oder in der Zementindustrie als Auskleidungsmaterial eingesetzt.
Als Verfahren zur Herstellung von Feuerfestteilen dienen überwiegend sogenanntes uniaxiales Pressen, ein kalt isostatisches Pressverfahren oder eine Strangpressformgebung von bildsamen Massen. Mit Hilfe solcher Verfahren können komplexe Geometrien jedoch nicht erzeugt werden. Für komplexe Geometrien und/oder großvolumige Bauteile und insbesondere bei ungeformten feuerfesten Baustoffen werden überwiegend Gießverfahren eingesetzt. Gießverfahren werden mittels eines druckfreien Gießens in eine Gießform durchgeführt.
Die ungeformten feuerfesten Baustoffe haben in den letzten 30 Jahren eine erhebliche Bedeutung erlangt. Mit einem Anteil von fast 45% der Gesamtproduktion feuerfester Baustoffe sind sie eine wesentliche Gruppe der Feuerfestkeramik. Die ungeformten feuerfesten Baustoffe sind heute weitgehend hochwertige, definierte Materialien, die qualitativ den geformten Erzeugnissen in keiner Weise unterlegen sind. Ungeformte feuerfeste Erzeugnisse bestehen aus einem Gemenge von körnigen feuerfesten Rohstoffen mit einer in der Regel definierten, gezielten Kornverteilung und Bindemitteln. Die Verarbeitung bzw. Formgebung und die Temperaturbehandlung erfolgen am Einsatzort bzw. unter den Einsatzbedingungen. Eine Verarbeitung erfolgt direkt im Anlieferungszustand oder nach Zugabe einer notwendigen Flüssigkeitsmenge. Von großer Bedeutung sind dabei kohlenstoffhaltige Gießmassen aufgrund der hervorragenden mechanischen thermischen und chemischen Eigenschaften des Kohlenstoffs, u.a. der Nicht-Benetzbarkeit gegenüber Metallen und Schlacken und der exzellenten Thermoschockbeständigkeit . Außer Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigem Bindemittel werden weitere oxidische und/oder nicht oxidische Körnungen gegebenenfalls mit weiteren speziellen Zusätzen zugemischt, die eine gute Oxidationsbeständigkeit gewährleisten. Diese kohlenstoffhaltigen Gießmassen oder bildsamen Massen werden entweder als ungeformte Erzeugnisse, z.B. als monolithische Feuerfestausmauerung, eingesetzt oder zu Erzeugnissen über die Gießformgebung oder über die bildsame Formgebung geformt. Bei Einsatz hydraulischer Bindemittel erfolgt durch Wasserzugabe ein Verfestigen und Aushärten im Raumtemperaturbereich durch eine Ausbildung wasserhaltiger Minerale. Bei den ungeformten Erzeugnissen dauert einerseits die Trocknung sehr lange, andererseits verbirgt die Trocknung die Gefahr von Trocknungsrissen und die Vorbeschädigung von Ausmauerung oder von vorgefertigten Bauteilen.
Bei Refraktärwerkstoffe besteht das Problem, dass sie trotz einer relativ hohen Unempfindlichkeit gegenüber Einsatzbedingungen im Bereich heißer, flüssiger Metallschmelzen oder chemisch aggressiver Umgebung in vielen Einsatzbereichen stark verschleißen und daher häufig auszutauschen sind. Insbesondere als Auskleidungskomponenten eines Konvertors ist dies mit zudem besonders hohen Montagekosten verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, über den Einsatz eines verbesserten Gießverfahrens Feuerfesterzeugnisse verschiedener Geometrie schnell, effizient, kostengünstig und möglichst riss- und spannungsfrei fertigen zu können. Außerdem soll eine Druckschlicker-Gießvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens weiterentwickelt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Druckschlicker-Gießvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zum Gießen eines Formteils mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Ausgegangen wird von einer Druckschlicker-Gießvorrichtung, aufweisend eine mehrteilige Gießform mit einem Gießraum zum Gießen eines Formteils mittels unter Druck in den Gießraum eingebrachten Schlickers, einen Druckbehälter zum Bereitstellen des Schlickers, eine Auslassleitung aus dem Druckbehälter zum Durchleiten des Schlickers aus dem Druckbehälter in den Gießraum, eine Druckquelle, die zum Bereitstellen eines Druckmediums zum Versetzen des im Druckbehälter bereitgestellten Schlickers unter Druck ausgebildet ist, und eine Steuereinrichtung zum Steuern von Verfahrensabläufen und Komponenten zum Gießen des Formteils. Diese wird vorteilhaft durch eine Ausgestaltung der Auslassleitung aus dem Druckbehälter und/oder eine Ausgestaltung und Ansteuerung des Bereitsteilens des Druckmediums derart, dass der zum Gießen im Druckbehälter bereitgestellte Schlicker mittels des Druckmediums aus dem Druckbehälter durch die Auslassleitung in den Gießraum befördert wird, wobei der Schlicker zum Gießen des Formteils als ein Feuerfesterzeugnis zusammengesetzt ist.
Eine derart modifizierte Ausgestaltung mit einer groß dimensionierten Auslassleitung und Ansteuerung, eines hohen Drucks ermöglichen eine schussartige Beförderung des Schlickers aus dem Druckbehälter in die Gießform. Dadurch wird Schlickergießen auch mit im Vergleich zu Sanitärkeramik relativ zähem Schlicker für feuerfeste Formteile mit einer bislang nur für keramischen Schlickerguss einsetzbaren
Druckschlicker-Gießvorrichtung ermöglicht. Optional können die Auslassleitung und eine Formbefüllungsleitung, welche durch eine Formwandung in den Gießraum führt sogar die Breite oder einen Durchmesser des Gießraums aufweisen.
Bevorzugt ist eine Dimensionierung der Auslassleitung, insbesondere ein Querschnitt der Auslassleitung, aus dem Druckbehälter und/oder eine Ansteuerung des Bereitstellens des Druckmediums derart gewählt, dass beim Befördern des Schlickers durch die Auslassleitung eine Rand- Schlickergeschwindigkeit des Schlickers nahe einer Leitungsinnenwand der Auslassleitung gleich wie oder vernachlässigbar geringer, insbesondere maximal 10 % geringer, vorzugsweise 20% geringer als eine Mitten- Schlickergeschwindigkeit des Schlickers in einer Leitungsmitte der Auslassleitung ist.
Bevorzugt ist eine Dimensionierung der Auslassleitung, insbesondere ein Querschnitt der Auslassleitung, aus dem
Druckbehälter und/oder einer Ansteuerung des Bereitsteilens des Druckmediums mit dem Druck derart gewählt, dass der Schlicker ohne auf diesen einwirkende Scherkräfte oder mit vernachlässigbar auf diesen einwirkenden Scherkräften durch die Auslassleitung beförderbar ist.
Abgestellt werden gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltungen die Dimension und der Druck derart auf das Fließverhalten des Schlickers, dass in diesem keine oder allenfalls vernachlässigbare Scherkräfte wirken. Dies ist vorteilhaft, da Schlicker für feuerfeste Formteile sehr zäh ist mit Viskositäten von 50 mPa-sec bis 1200 mPa-sec und außerdem durch eine bimodale Zusammensetzung bei Einwirkung von Scherkräften leicht zu einer Entmischung der einzelnen Komponenten neigt.
Der Druckbehälter weist bevorzugt ein Aufnahmevolumen auf, welches zum Aufnehmen einer Menge des Schlickers entsprechend einer zum Gießen des Formteils erforderlichen Menge des Schlickers dimensioniert ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein schussartiges Befördern des Schlickers in die Gießform und ist vorteilhaft, da ein langsames kontinuierliches und im wesentlichen druckfreies Befüllen, wie dies bei der Herstellung von sanitärkeramischen Formteilen durchgeführt wird, in der Auslassleitung zu einer Entmischung des bimodalen Schlickers für feuerfeste Formteile führen würde.
Die Druckquelle zum Bereitstellen des Druckmediums ist vorzugsweise als ein gasförmiges Druckmedium ausgebildet. Ein gasförmiges Druckmedium ist vorteilhaft schnell unter hohem Druck in den Druckbehälter einleitbar, um ein schussartiges Befördern des Schlickers aus diesem in die Gießform zu ermöglichen. Ein gasförmiges Medium bietet außerdem den Vorteil, dass es mit dem Schlicker nicht in einem Maße in Wechselwirkung tritt, wie ein fluides oder flüssiges
Druckmedium, deren Einsatz jedoch nicht ausgeschlossen ist.
Im Druckbehälter befindet sich vorzugsweise ein Schieber, der mit dem Druck der Druckquelle in Richtung des Schlickers verstellbar angeordnet ist zum Befördern des Schlickers in die Gießform. Während ein gasförmiges Druckmedium in ungünstigen Fällen in den Schlicker eindringt, ist der Einsatz eines Schiebers zwar konstruktiv aufwendig, bewirkt aber ein gleichmäßiges Herausschieben des Schlickers aus dem Druckbehälter, Der Schieber kann z.B. als Stempel oder Diaphragma ausgebildet sein.
Bevorzugt wird eine Vorrichtung, bei welcher dem Druckbehälter ein Mischbehälter mit einem Mischer vorgeschaltet ist zum Mischen und/oder mischenden Ansetzen des Schlickers und welche Materialbehälter mit feuerfesten körnigen Materialien zum Zuführen der feuerfesten körnigen Materialien in den Mischbehälter aufweist.
Die Vorrichtung ist bevorzugt mit einer Schlickerleitung zum Zuführen des Schlickers in den Druckbehälter ausgestaltet, wenn in der Schlickerleitung ein Mischbehälter-Auslassventil ansteuerbar angeordnet ist zum Versperren eines Rückflusses des Schlickers aus dem Druckbehälter durch die Schlickerleitung.
In einer bzw. der Druckbehälter-Auslassleitung zum Befördern des Schlickers aus dem Druckbehälter in die Form ist bevorzugt ein Ventil ansteuerbar angeordnet ist zum Versperren eines Flusses des Schlickers aus dem Druckbehälter in die Gießform vor einem Anlegen des Drucks an den in dem Druckbehälter befindlichen Schlicker.
In einer Druckleitung zwischen der Druckquelle und dem Druckbehälter kann ein Druckventil ansteuerbar angeordnet sein zum schlagartigen Anlegen des Drucks an den in dem Druckbehälter befindlichen Schlicker, insbesondere zum Anlegen des Drucks an den in dem Druckbehälter befindlichen Schlicker in einem Zeitraum kürzer einer Sekunde.
Die Auslassleitung aus dem Druckbehälter und/oder eine/die Schlickerleitung in den Druckbehälter weist bevorzugt einen Durchmesser von zumindest 3 inch, insbesondere zumindest 5 inch auf, um Scherkräfte innerhalb des Schlickers zu reduzieren.
Verfahrensgemäß wird ausgegangen von einem Verfahren zum Gießen eines Formteils mittels Schlickerguss, bei dem ein fließ- und pumpfähiger Schlicker aus einem körnigen Material, einem Dispergiermedium und einem Bindemittel bereitgestellt und unter Druck in eine Flüssigkeit aufnehmende oder für Flüssigkeit durchlässige Gießform einer Druckgießanlage so eingebracht wird, dass das Formteil aus dem körnigen Material auf einer innenseitigen Oberfläche eines Gießraums der Gießform durch Abführen von im Schlicker enthaltener
Flüssigkeit durch Gießform ausgebildet wird. Vorteilhaft wird das Verfahren dadurch, dass das körnige Material feuerfestes Material mit Feinanteilen mit ersten Körnungen in dem Bereich von 0,01 μm bis zu 100 μm und mit Grobanteilen mit zweiten Körnungen in dem Bereich 100 μm bis 10 mm aufweist.
Bei einer solchen Zusammensetzung ermöglichen die eine Feuerfestigkeit nicht bietenden Feinanteile eine ausreichende Fließfähigkeit. Die bei sanitärkeramischen Schlickern nicht verwendeten Grobanteile bewirken eine Feuerfestigkeit des gegossenen und endgefertigten Formteils.
Im Gegensatz zur Herstellung sanitärkeramischer Formteile wird somit ein bimodaler Schlicker verwendet. Dies ermöglicht überraschenderweise eine trotz der Grobanteile ausreichende Fließfähigkeit. Das Bindemittel verhindert dabei eine Entmischung der Feinanteile und der Grobanteile und somit eine ausreichende Materialstabilität, um ein Schlickergussverfahren mit feuerfesten Materialien ohne eine Entmischung während des Beförderns des Schlickers anwenden zu können .
Mit anderen Worten wird so ein Verfahren zur Herstellung von geformten Feuerfestbauteilen bereitgestellt, bei welchem feuerfeste Körnungen anhand eines Dispergiermediums und eines Bindemittels mit Hilfe von anorganischen und/oder organischen Hilfsstoffen zu einem flüssigen Schlicker überführt wird. Der Schlicker hat vorzugsweise eine tixotrope Konsistenz. Der Schlicker wird unter Druck in eine poröse bzw. permeable
Druckgussform einer Druckgießanlage eingebracht wird, um ein Formteil aus der feuerfesten Körnung auf der Innenoberfläche der Druckgussform durch Entfernung der Flüssigkeit des Schlickers in bzw. durch die poröse Druckgussform entstehen zu lassen. Die Scherbenbildung erfolgt über Druck, welcher auf den in der Gießform befindlichen Schlicker einwirkt, oder Unterdruck, welcher von außen an der Gießform anliegt und durch die Wandung der Gießform auf den Schlicker einwirkt. In für sich bekannter Art und Weise kann das Formteil nach dem Gießen in der Gießform entformt, getrocknet, gesintert und zu einem feuerfesten Bauteil überführt werden. Als neben weiteren Unterschieden hervorzuhebende Unterschiede gegenüber bekanntem Gießen feuerfester Formteile wirkt somit auf den Schlicker in der Gießform Druck ein, die Gießform als solche ist ausgebildet die im Schlicker enthaltene Flüssigkeit aufzunehmen und es ist ein speziell zusammengesetzter Schlicker erforderlich.
Zum Erzeugen des Schlickers werden bevorzugt die Feinanteile mit den ersten Körnungen und die Grobanteile mit den zweiten Körnungen so ausgewählt bereitgestellt, dass aufgetragen über einen Körnungsdurchmesser die ersten Körnungen eine Kurve der ersten Körnungen und die zweiten Körnungen eine Kurve der zweiten Körnungen als zwei Gaußkurven mit zueinander versetzten Maxima für die Feinanteile und die Grobanteile ausbilden.
Die Feinanteile und die Grobanteile werden bevorzugt so ausgewählt bereitgestellt, dass die Gaußkurven der ersten Körnungen und der zweiten Körnungen einander nicht überlagern. Überaschenderweise ergaben erste Betrachtungen, dass besonders gute Ergebnisse erzielbar sind, wenn sich die beiden Körnungskurven nur geringfügig oder besser gar nicht überlagern. Bevorzugt wird somit, dass die Bestandteile mit feuerfesten Körnungen zumindest einen sich nicht hinsichtlich der Körnung überlappenden Körnungsbereich aufweisen oder zumindest die Maxima der beiden Gaußkurven deutlich voneinander beabstandet sind.
Zum Erzeugen des Schlickers werden bevorzugt die Feinanteile und die Grobanteile so ausgewählt bereitgestellt, dass der Schlicker aus zumindest 10 % Feinanteilen und aus zumindest 10 % Grobanteilen zusammengesetzt wird.
Als das Dispergiermedium kann insbesondere Wasser, Alkohol und/oder Harz, insbesondere flüssiges Harz, verwendet werden. Dabei bilden Harz und/oder Alkohol vorteilhaft zugleich Kohlenstoffquellen aus. Flüssiges Harz wandelt sich bei einer Vorverfestigung während des Gießprozesses in eine Kohlenstoffverbindung um. Als das Dispergiermedium kann insbesondere ein Dispergiermedium mit organischem Lösungsmittel und/oder als das Bindemittel kann insbesondere ein Bindemittel mit organischem Lösungsmittel verwendet werden, wodurch eine geeignete Viskosität des Schlickers einstellbar ist.
Zum Erzeugen des Schlickers werden als die Grobanteile bevorzugt nur erste Körnungen aus dem Bereich 100 μm bis 1 mm verwendet.
Der Schlicker weist insbesondere das feuerfeste Material in Form von feuerfesten Oxiden auf. Vorzugsweise weist der Schlicker auch Nicht-Oxide und/oder Kohlenstoff enthaltendes Material auf. Im Vergleich zu sanitärkeramischen Formteilen aus Oxide enthaltendem Material wird zusätzlich ein Kohlenstoff-haltiges Material in den Schlicker eingebracht. Als die feuerfesten Oxide werden insbesondere AI2O3, MgO, MgAl2O4, CaO, ZrO2, Cr2O3, CeO2, Y2O3, TiO2, Bauxit, Andalusit, Dolomit, Schammotte und/oder solche enthaltende Rohstoffe verwendet. Als Nicht-Oxide werden insbesondere SiC, Si3N4, BN und/oder B4C verwendet. Das feuerfeste körnige Material kann bevorzugt mit Graphit, Ruß oder anderen Kohlenstoffarten kombiniert werden.
Bevorzugt wird das Bindemittel derart ausgewählt wird, dass eine erste Verfestigung des Formteils bereits in der Gießform erfolgt. Unter Verfestigung wird somit nicht nur eine dichtere Anlagerung der Körner aufgrund einer Entwässerung verstanden, sondern eine aktive, insbesondere adhäsive Verfestigung. Dazu kann je nach gewählten feuerfesten Materialien und nach gewähltem Dispergiermedium ein geeignetes Bindemittel anorganischer und/oder organischer Basis zum Herstellen des Schlickers zugegeben werden. Die erste Verfestigung ist vorteilhaft, da das Formteil ansonsten im Gegensatz zu Formteilen aus keramischem Schlicker beim Entformen leicht beschädigt werden kann. Im Vergleich zu sanitärkeramischen Formteilen, bei welchen sich die enthaltenen Tonteile aktiv verbinden, können dadurch außerdem größer dimensionierte feuerfeste Formteile gegossen werden.
Als das Bindemittel können zementhaltige, phosphathaltige oder aluminiumhydroxidhaltige Materialien verwendet. Im Gegensatz zu sanitärkeramischen Materialien, welche hohe Anziehungskräfte zwischen den einzelnen Körnern haben, sind die Anziehungskräfte der Körner feuerfester Materialien nur gering. Daher ist die Verwendung solcher Materialien als das Bindemittel vorteilhaft, um durch die aus einer die Anfangsverfestigung in der Gießform bewirkenden Materialumwandlung eine höhere Festigkeit des Formteils und außerdem eine leichtere Entformbarkeit aus der Gießform erzielen zu können. Als das Bindemittel können insbesondere auch Siθ2-Sole oder -Gele, Ligninsulfonate oder Wasserglas verwendet werden.
Zum Verfestigen des in die Gießform gegossenen Schlickers kann CO2 in die Gießform eingeleitet werden. Vorteilhaft bewirkt CO2 bei Verwendung von Schlicker, welcher als Bindemittel insbesondere Wasserglas enthält oder phosphathaltig ist, eine schnelle Verfestigung der
Materialschicht, die sich an der innenseitigen Oberfläche der Gießform ausgebildet hat. Das Einleiten des CO2 in die Gießform erfolgt entsprechend bevorzugt erst nachdem der eigentliche Gießvorgang abgeschlossen ist und sich die Materialschicht ausgebildet hat.
Bevorzugt wird, wenn als das Bindemittel oder dem Bindemittel zugegeben Harz, Harz auf Novolak- oder Resol-Basis, Pech, Kunstpech oder Bitumen verwendet wird. Dadurch werden mittels des Bindemittels Kohlenstoffe in den Schlicker eingebracht. Als das Bindemittel oder dem Bindemittel zugegeben können auch Ester oder eine esterhaltige Verbindung verwendet werden.
Dem Schlicker können metallische Zusätze, refraktäre Metalle, oder metallische Fasern zugegeben werden. Dies führt zu einer Verbesserung der thermomechanischen Eigenschaften der feuerfesten Bauteile.
Der Schlicker kann zur Einstellung von spezifischen rheologischen Eigenschaften in Kombination mit dem geeigneten Bindemittel vorgewärmt werden.
Optional können auch mehrere unterschiedlich zusammengesetzte Schlicker nacheinander in die Gießform und/oder an bestimmte Stellen der Gießform eingebracht werden. Dadurch können ein Schichtaufbau oder gradierte Strukturen im Formteil erzeugt werden.
Eigenständig beansprucht wird ein Druckguss-Schlicker zum Herstellen von Feuerfesterzeugnissen als das Formteil mittels einer solchen Vorrichtung und/oder mittels eines solchen Verfahrens, wobei der Schlicker bimodal zusammengesetzt ist aus körnigem und feuerfestem Material mit Feinanteilen mit ersten Körnungen in dem Bereich von 0,01 μm bis zu 100 μm und mit Grobanteilen mit zweiten Körnungen in dem Bereich 100 μm bis 10 mm. Der Schlicker ist bevorzugt zusammengesetzt aus Bestandteilen zumindest eines feuerfesten Oxids und zumindest einer Kohlenstoffquelle .
Eigenständig vorteilhaft ist auch eine Verwendung einer solchen Vorrichtung zum Gießen eines Formteils mit einem solchen Verfahren und/oder mit einem derart zusammengesetzten Schlicker. Eigenständig vorteilhaft ist auch ein spritzgegossenes und gesintertes Formteil, das bimodal zusammengesetzt ist aus körnigem und feuerfestem Material mit Feinanteilen mit ersten Körnungen in dem Bereich von 0,01 μm bis zu 100 μm und mit Grobanteilen mit zweiten Körnungen in dem Bereich 100 μm bis 10 mm und das insbesondere hergestellt ist mittels einer solchen Vorrichtung und/oder mittels eines solchen Verfahrens.
Das Formteil ist bevorzugt als ein Feuerfestbauteil ausgebildet als eine Auskleidungskomponente oder Auskleidungs-Stein oder Auskleidungsring metallurgischer Gefäße oder der Zementindustrie, als eine Stranggussbereichkomponente, insbesondere Auslaufdüse, Tauchausguss, Schieberplatte, Stopfen, Spülkegel oder Gießrinne, als eine Hochofenkomponente, als eine Transportgefäßkomponente, insbesondere Pfanne, oder als ein temperaturfestes Rohr.
Soweit der Ablauf eines teil- oder voll-automatisierten Programms oder Algorithmus für das Verfahren oder die Vorrichtung erforderlich ist, weist die Vorrichtung einen Speicher mit zumindest einem Programm oder Algorithmus zum Durchführen der Ansteuerung von Komponenten und/oder der Verfahrensschritte auf.
Die Druckschlicker-Gießvorrichtung und das Verfahren sind für die Herstellung von Feuerfesterzeugnissen durch Druckschlickerguss-Formgebung vorteilhaft einsetzbar. Ermöglicht wird insbesondere die Herstellung von Feuerfesterzeugnissen mit oder ohne KohlenstoffZusätzen durch die für Anwendungen in der Metallurgie, in der chemischen Industrie, in der Zementindustrie und in der Müllverbrennungsindustrie. Als feuerfeste Materialien mit Feuerfestkörnungen dienen überwiegend Oxide wie Al2O3, MgO, MgAl2O4, CaO, ZrO2, Cr2O3, CeO2, Y2O3, TiO2 oder Rohstoffe, welche diese Oxide enthalten, wie z.B. Bauxit, Andalusit, Dolomit, Schammotte. Als feuerfeste Materialien mit Feuerfestkörnungen dienen außerdem Nicht-Oxide, wie z.B. SiC, Si3N4, BN, B4C. Dabei spielt Kohlenstoff in Form von Graphit oder in Form von Ruß eine außerordentliche Rolle aufgrund der Nicht-Benetzbarkeit gegenüber Schlacken und Metallen und verleiht feuerfesten
Verbundsystemen in Kombination mit derartigen Oxiden und/oder Nicht-Oxiden eine hervorragende Thermoschockbeständigkeit .
Bei den feuerfesten Erzeugnissen werden aufgrund der hohen Oberflächenaktivität von feinkeramischen Pulvern im
Mikrometerbereich grobkörnige Anteile von 0,1 bis 30 mm mit feinkörnigen Anteilen von 10 nm - 0,1 mm kombiniert. Alternativ dazu werden im Falle von nur feinkörnigen Anteilen dichte Erzeugnisse bevorzugt, bei welchen eine nur geschlossene Porosität vorhanden ist. Metallische, anorganische oder organische Fasern können die thermomechanischen Eigenschaften weiter verbessern.
Als Bindemittel dienen einerseits hydraulisch abbindende tonerdereiche Calciumaluminatzemente, Phosphate oder nanoskalige Zusätze auf Basis Aluminiumhydroxid. Bei kohlenstoffgebundenen Erzeugnissen werden vorzugsweise Phenolharze, wie z.B. Resol (en) oder Novolak(en), Kunstpeche, wie z.B. Carbores, Steinkohlepeche, Bitumen oder Kombinationen von denen favorisiert eingesetzt. Zur Optimierung der Oxidationsbeständigkeit von kohlenstoffhaltigen Erzeugnissen werden überwiegend metallische Additive, wie z.B. Al oder Mg, oder halbmetallische Additive, wie z.B. Si, eingesetzt. Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Komponenten einer Druckschlicker-Gießvorrichtung in Schnittansicht gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung zum Herstellen eines feuerfesten Formteils,
Fig. 2 schematisch Komponenten einer Anordnung gemäß Fig. 1 zur Veranschaulichung von drei verschiedenen
Verfahrensschritten beim Druckschlickerguss eines feuerfesten Formteils,
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Scherbenstärke eines Formteils abhängig von einer Druck- Gießzeit und einem Gießdruck beim Gießen eines feuerfesten Formteils mittels Schlickerguss und
Fig. 4 eine Druckschlicker-Gießvorichtung gemäß dem Stand der Technik zum Gießen sanitärkeramischer Formteile.
Fig. 1 zeigt im wesentlichen nur bevorzugte Komponenten einer Druckschlicker-Gießvorrichtung einer Druckschlickergießanlage in einem Umfang, in welchem dies für das Verständnis für den Einsatz der Druckschlickergusstechnologie zur Herstellung von Feuerfesterzeugnissen erforderlich ist. Bezüglich weiterer Komponenten und Verfahrensabläufe wird auf die im Bereich der Sanitärkeramik für sich genommen bekannte Druckschlickergusstechnologie verwiesen .
Fig. 1 zeigt einen Mischbehälter 1, in dessen Innenraum 2 ein Schlicker S gemischt und bereitgestellt wird.
Mittels einer ersten Zuführungseinrichtung 21 wird ein erstes körniges Material in Form eines feuerfesten Materials mit Feinanteilen Kl mit ersten Körnungen kl bereitgestellt und nach Bedarf in den Mischbehälter 1 geführt. Mittels einer zweiten Zuführungseinrichtung 22 wird als weiteres körniges feuerfestes Material ein feuerfestes Material mit Grobanteilen K2 mit einer zweiten Körnungen k2 bereitgestellt und nach Bedarf in den Mischbehälter 1 eingefüllt.
Bei den feuerfesten Materialien handelt es sich vorzugsweise um Oxide xθi. Wie dem skizzierten Mengendiagramm entnehmbar ist, in welchem eine Menge m der feuerfesten körnigen
Materialien über einem Körnungsdurchmesser bzw. einer Körnung Φ abgebildet ist, werden die Feinanteile Kl und die Grobanteile K2 so ausgewählt, dass ein bimodales bzw. im Falle noch weiterer Materialien ggfs. ein mehr-modales Gemisch aus feuerfesten Materialien entsteht. Unter einem bimodalen Gemisch ist wie skizziert zu verstehen, dass die Mengen der ersten Körnungen kl und der zweiten Körnungen k2 über der Körnung Φ aufgetragen jeweils ein individuelles Maximum Φl bzw. Φ2 ausbilden, wobei die beiden Maxima Φl, Φ2 voneinander beabstandet sind. Besonders bevorzugt wird dabei, wenn der Bereich der ersten Körnungen kl und der Bereich der zweiten Körnungen k2 einander nicht überlappen oder nur geringfügig überlappen. Zur Erzeugung feuerfester Formteile wird dabei für die ersten Körnungen kl ein Bereich von 0,01 μm bis zu 100 μm verwendet wird. Der Bereich der zweiten
Körnungen k2 liegt vorzugsweise in dem Bereich von 100 μm bis 1 mm oder sogar 10 mm.
Der Schlicker S wird dadurch erzeugt, dass den Feinanteilen Kl und den Grobanteilen K2 ein Dispergiermittel D aus einer Dispergiermittel-Zuführungseinrichtung 23 zugeführt wird. Außerdem wird aus einer Bindemittel-Zuführungseinrichtung 24 ein Bindemittel B in den Mischbehälter 1 zugeführt. Mittels eines Mischers 31 mit einem Mischerantrieb 25, welcher über eine Mischerwelle 26 einen Mischerrotor 27 in Rotation ω versetzt, wird dann aus den in den Mischbehälter 1 eingefüllten Komponenten der Schlicker S gemischt. Da es sich bei einem Schlicker zur Herstellung feuerfester Formteile um einen sehr zähen und üblicherweise tixotrophen Schlicker handelt, welcher hinsichtlich seiner festen Bestandteile bimodal zusammengesetzt ist, wird mit dem Mischer 31 vorzugsweise kontinuierlich gerührt, um den Schlicker S stets in einer fließ- und pumpfähigen Konsistenz zu halten. Vorzugsweise weist der Mischbehälter zusätzlich eine Heizung 28 auf, mittels welcher der Schlicker S auf eine vorteilhafte Gießtemperatur erwärmt werden kann. Besonders bevorzugt werden gemäß erster Versuche Temperaturen von 200C, insbesondere 500C und mehr.
Aus dem Schlickerbehälter 1 wird der Schlicker S über eine Schlickerleitung 4 in einen Druckbehälter-Innenraum 6 eines Druckbehälters 5 geführt. Die Schlickerleitung 4 ist dabei so dimensioniert, dass der Schlicker S ohne oder mit nur vernachlässigbar auf den Schlicker S einwirkenden Scherkräften durch die Schlickerleitung 4 befördert wird. Wie dies anhand eines Diagramms skizziert ist, werden dabei Partikel bzw. Körner, welche nahe einer Wandung der Schlickerleitung 4 transportiert werden, mit etwa der gleichen Geschwindigkeit transportiert, wie Körner, welche in der Leitungsmitte der Schlickerleitung 4 transportiert werden. Dadurch wird ein Entmischen des Schlickers S vermieden. Um dies zu erzielen, weist eine bevorzugte Schlickerleitung 4 gemäß erster Betrachtungen vorzugsweise einen Durchmesser von 5 inch und mehr auf.
Von dem Druckbehälter 5 führt eine Auslassleitung 7 zu einer Formbefüllungsleitung 12 einer Gießform 9. Die Formbefüllungsleitung 12 führt durch eine Gießformwandung der Gießform 9 in einen innenseitigen Gießraum 8 der Gießform 9. Wie dargestellt, kann sich dabei die Formbefüllungsleitung 12 zu einem Gießraum-Einlass 13 des Gießraums 8 verjüngen. Besonders bevorzugt wird jedoch, dass eine solche Verjüngung nicht oder nur in möglichst geringem Maße erfolgt.
Vorzugsweise sind sowohl die Auslassleitung 7 als auch die Formbefüllungsleitung 12 so dimensioniert, dass der durch diese hindurchgeführte Schlicker S nicht entmischt wird, wie dies anhand eines Geschwindigkeitsdiagramms skizziert ist. Körnungen in einer Leitungsmitte 33 der Auslassleitung 7 werden mit einer Mitten-Schlickergeschwindigkeit vi transportiert bzw. befördert, welche gleich oder ungefähr gleich einer Rand-Schlickergeschwindigkeit va in der Nähe einer Leitungsinnenwand 34 der Auslassleitung 7 ist. Um dies zu erzielen, weist eine solche Auslassleitung 7 vorzugsweise einen sehr großen Durchmesser von beispielsweise 5 inch und mehr auf.
Um den Gießraum 8 beim Befüllen mit dem Schlicker S entlüften zu können, ist aus dem Gießraum 8 vorzugsweise eine Entlüftungsleitung 14 herausgeführt. Diese kann zum Aufbauen eines ausreichenden Drucks nach dem Entlüften mittels eines Entlüftungsventils 16 geschlossen werden.
Die Gießform 9 besteht in für sich bekannter Art und Weise aus mehreren Gießformteilen 10, 11, welche zusammengesetzt den Gießraum 8 umschließen. Die Gießformteile 10, 11 oder zumindest eine dem Gießraum 8 zugewandte Schicht sind derart porös und permeabel ausgestaltet, dass ein in dem Gießraum 8 befindlicher Schlicker S bei Druckeinwirkung seine Flüssigkeitsbestandteile durch die Gießformteile 10, 11 entweichen lässt, während die körnigen feuerfesten Materialien, das heißt die Feinanteile Kl und die Grobanteile K2 einen Scherben an der Innenseite der Gießformteile 10, 11 ausbilden. Die Gießformteile 10, 11 werden mittels einer Presse 20 zusammengepresst, um einen Gegendruck zu dem Gießdruck innerhalb des Gießraums 8 aufzubauen.
Um eine Entmischung während des Transports des Schlickers S aus dem Druckbehälter 5 in den Gießraum 8 zu verhindern bzw. in einem vernachlässigbarem Maße zu halten, hat sich besonders vorteilhaft herausgestellt, den Schlicker S aus dem Druckbehälter-Innenraum 6 schussartig innerhalb einer möglichst kurzen Zeit heraus und in den Gießraum 8 zu befördern. Um dies zu ermöglichen, ist die Auslassleitung 7 mit großem Durchmesser ausgebildet. Außerdem ist an den Innenraum 6 des Druckbehälters 5 ein Druck p anlegbar, welcher so groß gewählt wird, dass der Schlicker S mittels des anliegenden Drucks p durch die Auslassleitung 7 schussartig in den Gießraum 8 befördert wird.
Gemäß der beispielhaft dargestellten Ausführungsform dient als eine Druckquelle 18 beispielsweise eine Druckquelle, welche ein gasförmiges Druckmedium G über eine entsprechende Druckleitung 32 und ein vorzugsweise vorgesehenes Druckventil 17 anlegen lässt. Das gasförmige Medium G kann dabei nach Öffnen des Druckventils 17 direkt in den Druckbehälter- Innenraum 6 eingelassen werden, um mit dem Schlicker S in direkte Wechselwirkung zu treten.
Damit durch die Schlickerleitung 4 kein Druck p entweichen kann, ist in der Schlickerleitung 4 vorzugsweise ein Mischbehälter-Auslassventil 15 angeordnet, welches optional auch nur als ein Rückschlagventil ausgestaltet sein kann. Mit Blick auf einen möglichst entmischungsfreien Transport des Schlickers S aus dem Mischbehälter 1 in den Druckbehälter 5 ist das Mischbehälter-Auslassventil 15 jedoch vorzugsweise als ein Schieber zum vollständigen Öffnen bzw. Schließen der Schlickerleitung 4 ausgestaltet. Gemäß der durch gestrichelte Linien skizzierten Ausgestaltung wird jedoch das gasförmige Druckmedium G der Druckquelle 18 nicht zum direkten Beaufschlagen des Schlickers S mit dem Druck p verwendet, sondern ein Schieber 29 zwischengeschaltet, welcher rückseitig mit dem gasförmigen Druckmedium G beaufschlagt wird, um den Schlicker S aus dem Druckbehälter-Innenraum 6 möglichst schnell und schussartig herauszuschieben. Ein solcher Schieber 29 kann als starre Komponente ausgestaltet sein, welche gleichmäßig verschiebbar innerhalb des Druckbehälter-Innenraums 6 angeordnet ist. Möglich ist aber auch der Einsatz eines elastischen Diaphragmas, welches von dem gasförmigen Medium G gegen den Schlicker S gedrückt wird.
Sofern der Schlicker S ohne den Druck p fließfähig ist, wird vorzugsweise ein weiteres Ventil 19 in der Auslassleitung 7 vor der Gießform 9 eingesetzt, um die Auslassleitung 7 bis unmittelbar vor dem Öffnen des Druckventils 17 bzw. Anlegen des Drucks p geschlossen zu halten. Auch das Ventil 19 in der Auslassleitung 7 ist vorzugsweise schieberartig ausgestaltet, um den Querschnitt der Auslassleitung 7 möglichst ungestört freizugeben, so dass ein Entmischungsvorgang an Ventilkomponenten zumindest weitestgehend vermieden wird.
Zur Erzeugung feuerfester Formteile in der Gießform 9 werden vorzugsweise Schlicker S eingesetzt, welche in dem Dispergiermittel D und/oder in dem Bindemittel B kohlenstoffhaltige Komponenten yCk aufweisen. Optional kann jedoch auch eine Kohlenstoffquelle, beispielsweise eine CO2- Quelle 30 vorgesehen sein, welche über beispielsweise die Leitungen zur Entlüftung des Gießraums 8 Kohlendioxid oder ein sonstiges kohlenstoffhaltiges Medium in den Gießraum 8 einlässt. Eine solche Anordnung ermöglicht, Kohlenstoff nach dem eigentlichen Gießvorgang und Ausbilden eines Scherbens in dem Gießraum 8 einzuleiten, um mittels des Kohlenstoffs und einer entsprechenden Reaktion mit weiteren Komponenten des Dispergiermittels D und/oder des Bindemittels B eine schnelle Vorverfestigung des Scherbens vor dessen Entformen aus der Gießform 9 zu erzielen.
Zur Steuerung der verschiedenen Verfahrensabläufe und Komponenten weist die Anlage in für sich bekannter Art und Weise eine geeignet eingerichtete und/oder angesteuerte Steuereinrichtung C auf. Insbesondere ist der Steuereinrichtung C ein Speicher zum Speichern eines
Algorithmus und/oder Steuerprogramms zugeordnet, welche zum Durchführen der Verfahrensabläufe erforderlich sind.
Bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 1 führt die Schlickerleitung 4 von einer seitlichen Richtung in den Druckbehälter- Innenraum 6, so dass oberhalb des Einlasses der Schlickerleitung 4 Raum zum Anordnen des Schiebers 29 während des Befüllens des Druckbehälters 5 verbleibt. Jedoch können gemäß alternativer Ausgestaltungen, insbesondere dann, wenn kein solcher Schieber 29 oder ein Diaphragma vorgesehen wird, auch Schlickerleitungen 4 vorgesehen werden, welche beispielsweise durch eine Oberseite des Druckbehälters 5 in den Druckbehälter-Innenraum 6 hineinführen.
Zum Anlegen des Drucks p an den im Druckbehälter 5 befindlichen Schlicker S ist beispielhaft eine Druckquelle 18 skizziert, welche ein gasförmiges Druckmedium G in den Druckbehälter-Innenraum β drückt. Jedoch ist nicht zwingend der Einsatz eines gasförmigen Druckmediums G erforderlich. Insbesondere können auch Fluide oder flüssige Druckmedien vom Grundgedanken her eingesetzt werden, solange diese nicht zu einer Entmischung oder sonstigen Veränderung des Schlickers S führen. Besonders bei einer Ausgestaltung mit einem Schieber 29 kann anstelle einer Druckquelle 18 zum Eindrücken des gasförmigen Mediums G zum Bewegen des Schiebers 29 auch ein andersartiger Verstellantrieb für den Schieber 29 bereitgestellt sein. Insbesondere kann es sich dabei auch um motorische, beispielsweise elektromotorische, oder hydraulische Antriebe zum Bewegen des Schiebers 29 handeln.
Neben dem besonders vorteilhaften Aspekt eines sehr großen Leitungsquerschnitts Q der Schlickerleitung 4 und vor allem der Auslassleitung 7 ist von besonderem Vorteil, wenn diese Schlickerleitung 4 und besonders die Auslassleitung 7 eine möglichst geringe Länge aufweisen. Dadurch wird die Beförderungsstrecke für den Schlicker S und somit das Entmischungsrisiko reduziert.
Während in der Darstellung der Druckbehälter 5 seitlich neben der Gießform angeordnet ist, was den Vorteil bietet, dass der Schlicker S von unten her in den Gießraum 8 befördert werden kann, können prinzipiell auch andere Anordnungen gewählt werden. Beispielsweise kann der Druckbehälter auch oberhalb der Gießform angeordnet sein, wobei dann die Auslassleitung optional sogar von der Seite oder von oben her in die Gießform 9 und den Gießraum 8 geführt sein kann.
In jedem Fall wird bevorzugt, wenn das Volumen des Druckbehälters 5 und der Auslassleitung 7 sowie gegebenenfalls bei fehlendem Ventil 19 auch der Formbefüllungsleitung 12 in der Auslassleitung 7 im Verhältnis zu der Menge des darin eingefüllten Schlickers S so groß sind, dass der eingefüllte Schlicker S ausreicht, um beim Anlegen des Drucks p mittels der Druckquelle 18 den Schlicker S schussartig in den Gießraum 8 zu befördern. Dabei sollte so viel Schlicker S in den Gießraum 8 befördert werden, dass nach dem vorzugsweise schussartigen Einfüllen kein weiterer Schlicker S mehr zusätzlich in den Gießraum 8 zu befördern ist.
Fig. 2 zeigt beispielhaft drei Zustände einer solchen Druckschlicker-Gießanordnung entsprechend dreier zeitlich aufeinander folgender Verfahrensschritte. Die Bezugszeichen entsprechen dabei den Bezugszeichen aus Fig. 1, so dass bezüglich der Komponenten auf die Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen wird.
In einem ersten Verfahrensschritt befindet sich der Schlicker S in dem Mischbehälter 1. Das Mischbehälter-Auslassventil 15 ist geschlossen, so dass kein Schlickerfluss sf in den Druckbehälter 5 erfolgt. Sowohl der Druckbehälter-Innenraum 6 des Druckbehälters 5 als auch der Gießraum 8 der Gießform 9 sind entsprechend leer und ohne Schlicker. Außerdem sind die weiteren Ventile, das heißt das Ventil 19 vor der Gießform 9 in der Auslassleitung 7 und das Druckventil 17 zum Anlegen des Drucks p geschlossen, so dass weder der Schlicker S von dem Druckbehälter 5 in die Gießform 9 fließen kann noch das gasförmige Medium aus der Druckguelle 18 in den Druckbehälter 5 strömen kann.
In einem daneben skizzierten nachfolgenden Verfahrensschritt wurde das Mischbehälter-Auslassventil 15 geöffnet, so dass der Schlicker S aus dem Mischbehälter 1 in den Druckbehälter 5 befördert wird.
Nachdem ausreichend Schlicker S in den Druckbehälter 5 eingefüllt ist, wird, wie in der dritten Abbildung skizziert, das Mischbehälter-Auslassventil 15 geschlossen, um sowohl einen weiteren Fluss des Schlickers S aus dem Mischbehälter 1 in den Druckbehälter 5 zu unterbinden als auch ein Rückströmen von Schlicker S oder dem gasförmigen Medium in den Mischbehälter 1 zu verhindern. Nach dem Öffnen des Entlüftungsventils 16 zum Entlüften e = 1 des Gießraums 8 und, sofern vorhanden, dem Öffnen des Ventils 19 in der Auslassleitung 7 wird das Druckventil 17 geöffnet, um den Druck p in vorzugsweise kürzest möglicher Zeit an den in dem Druckbehälter-Innenraum 6 befindlichen Schlicker S anzulegen. Dadurch wird der Schlicker S aus dem Druckbehälter 5 in den Gießraum 8 befördert und zugleich ein Druck p = 1 in der Strecke von dem Druckbehälter-Innenraum 6 über die Auslassleitung 7 bis in den Gießraum 8 aufgebaut. Mit ausreichender Befüllung des Gießraums 8 bzw. ausreichender Entlüftung des Gießraums 8 wird das Entlüftungsventil 16 geschlossen, um einen ausreichenden Druckaufbau in dem Gießraum 8 zu ermöglichen. Dadurch fließt dann Flüssigkeit w aus dem Schlicker S durch die Wandung der Formteile ab.
Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Scherbenstärke m eines sich in dem Gießraum an den innenseitigen Oberflächen des ersten bzw. des zweiten Gießformteils ausbildenden Scherbens eines auszubildenden Formteils gegenüber der Druckgießzeit, das heißt gegenüber der Verweildauer des in dem Gießraum unter
Druck gesetzten Schlickers. Beispielhaft zum Ausbilden eines feuerfesten Formteils ist eine Al2O3-C-Gießmasse für einen Tauchausguss betrachtet. Eine beispielhafte Schlickertemperatur beträgt 220C bei einem Schlicker mit einem Liter-Gewicht von 1800 g. Das Verhältnis von Soda zu Wasserglas beträgt 1:130%. Dargestellt ist die sich aufbauende Scherbenstärke in mm gegenüber der Druckgießzeit in Minuten für vier verschiedene Gießdrücke bzw. für vier verschiedene durch die Druckquelle angelegte Drücke mit 5 bar, 10 bar, 20 bar bzw. 40 bar.
Verfahrensgemäß werden in einer Druckgießanlage auf Pressplatten zwei oder mehr komplementäre Druckguss- Gießformteile montiert. Die Gießformteile werden in eine Schließstellung gefahren und der Schlicker S wird unter Druck p in die Gießform eingebracht. Die Gießform besteht zumindest innenseitig aus einer permeablen Filterschicht, durch welche die Flüssigkeit des Schlickers S hindurchtreten kann. Auf der Oberfläche der Filterschicht bildet sich dadurch aus den feuerfesten Bestandteilen des Schlickers ein Scherben, welcher nach Entnahme und Sintern das keramische feuerfeste Bau- bzw. Formteil bildet.
Zum Bereitstellen des Schlickers werden als Körnungen Mischungen aus Grob- und feinkörnigen Anteilen aus feuerfesten Oxiden und/oder Nicht-Oxiden und/oder Kohlenstoff in Kombination mit Dispergiermedien, temporären organischen und/oder anorganischen Hilfsstoffen wie z.B. Verflüssiger, Stabilisator, Verflockungsmittel und dgl. verwendet. Dabei werden grobkörnige Anteile aus dem Bereich 0,1 bis 30 mm der feuerfesten Körnung mit feinkörnigen Anteilen aus dem Bereich 10 nm - 0,1 mm der feuerfesten Körnung kombiniert. Für den Schlickerguss können insbesondere nur feinkörnige Anteile aus dem Bereich 10 nm - 0,1 mm für den Aufbau der feuerfesten Körnung dienen, um ausreichend dichte feuerfeste Erzeugnisse mit nur geschlossener Porosität herzustellen.
Als Feuerfestkörnungen werden insbesondere die Oxide AI2O3, MgO, MgAl2O5, CaO, ZrO2, Cr2O3, CeO2, Y2O3, TiO2 oder Rohstoffe, die diese enthalten, wie z.B. Bauxit, Andalusit, Dolomit, Schammotte, und Nicht-Oxide, wie z.B. SiC, Si3N4, BN, B4C, verwendet. Die Feuerfestkörnungen können mit Kohlenstoffarten, u.a. Graphit und/oder Ruß, kombiniert werden. Außerdem können metallische Zusätze, z.B. Al, Mg, B, Fe, Halbmetalle, wie Si, oder refraktäre Metalle, z.B.
Wolframkarbid, oder anorganische, organische oder metallische Fasern zur Verbesserung der thermomechanischen Eigenschaften eingesetzt werden. Bevorzugt werden Bindemittel anorganischer und oder organischer Basis zugegeben, die unter anderem eine erste Verfestigung der Bauteile bereits in der Gießform hervorrufen. Solche bevorzugte Bindemittel können zementhaltige, phosphathaltige und/oder aluminiumhydroxidhaltige Bindemittel sein und/oder Harze, z.B. Harze auf Basis Novolak(en) oder Resol(en) mit oder ohne Ester, Peche, Kunstpeche, z.B. auf Basis „Carbores", und Bitumen, z.B. auf Basis „Thermocarbon" . Schließlich können SiO2-SoIe, Ligninsulfonate oder weitere Hilfsmittel auf Basis Wasserglas zur Verfestigung in der Gießform oder nach Verlassen der Gießform eingesetzt werden. Nanoskalige Zusätze z.B. auf Basis AI2O3, SiO2 oder TiÖ2 können zur Einstellung der rheologischen Eigenschaften erfindungsgemäß eingesetzt werden.
Zum Erzielen einer schnellen- Verfestigung kann CO2 in die Gießform eingeleitet werden. Dazu werden insbesondere geeignete Bindemittel für die Herstellung des Schlickers S ausgewählt, die sich unter Cθ2~Einwirkung verfestigen lassen.
Vorteilhaft ist, den Schlicker S zur Einstellung von spezifischen rheologischen Eigenschaften in Kombination mit dem geeigneten Bindemittel vorzuwärmen.
Die Scherbenbildung kann durch Anlegen des Schlickers S an die Innenwandung der Gießform über Druck oder Unterdruck erfolgen. Bei einer Einführung von mehreren Schlickern S nacheinander oder an bestimmten Stellen der Form kann ein Schichtaufbau erzeugt werden oder gradierte Mikro- und Makrogefüge können realisiert werden.
Als alleinige flüssige Komponente des Schlickers dient als Dispergiermedium nur Wasser, flüssiges Harz oder Alkohol oder Gemische aus Wasser, flüssigem Harz und Alkohol. Optional kann als weitere Flüssigkeit organisches Lösungsmittel hinzugefügt werden.
Für einen Dauerbetrieb der Schlickergießanlage dienen als Formwerkstoffe bevorzugt Kunststoffe, Keramiken, Metalle oder Kombinationen daraus . Das Volumen der offenen Poren und die Permeabilität muss so beschaffen sein, dass der Druckverlust in der Gießform mit Blick auf deren Filterwiderstand vernachlässigbar klein gegenüber dem Druckverlust im wachsenden Scherben bzw. dessen Scherbenwiderstand ist. Damit wird die Filtrationsgeschwindigkeit formenmaterialunabhängig. Durch die Variationsmöglichkeiten der Permeabilität, der Porengrößenverteilung, der Porenform sowie des Porenvolumens kann das Gießformmaterial weitgehend an die Bedürfnisse des vorliegenden Schlickers S angepasst werden.
Zur Kompensation des sich in der Gießform aufbauenden Innendrucks des Schlickers S wird während des Formvorgangs ein Schließdruck durch Anlegen der Presskraft F aufgebracht, so dass ein entsprechend dichtes Anliegen der die Gießform bildenden Gießformteile gewährleistet ist. Nach Abschluss des insbesondere zeitgesteuerten Gießprozesses werden Schlickerinnendruck und Schließdruck abgebaut und die Gießformteile geöffnet. Zum Ablösen des Formteils wird das entsprechende Gießformteil bevorzugt mit Druckluft beaufschlagt .
Eines solches Verfahren kann z.B. für die Herstellung von Auslaufdüsen, Tauchausgüssen, Rinnen, Ofenteilen, Verteilerkomponenten, Steinen oder Ringen, Schieberplatte oder Spülkegeln eingesetzt werden.
Nachfolgend wird als ein Ausführungsbeispiel einer Al2O3-C- Druckschlickergussmasse als der Schlicker S für ein Tauchausgussbauteil mit einer Länge von 400 mm und einer Wandstärke von 10 mm beschrieben.
Bevorzugt besteht die Zusammensetzungen des kohlenstoffhaltigen Schlickers S als Gießmasse aus AI2O3- Fein- und Al2C>3-Grobkörnungen mit einem für Gießmassen abgestimmten Körnungsband. Außerdem weist der Schlicker S den Kohlenstofflieferanten Graphit in bevorzugt Pulver- oder Flockenform, Russ und/oder den Kohlenstofflieferanten Pech bzw. anderen Kohlenstoffquellen, wie z.B. modifizierte Produkte auf Basis von Steinkohlenteerpech bzw. bitumenstämmiger Produkte dieser Art, auf. Zur Ausfüllung des Feinkornbereichs werden geeignete Fraktionen der Kohlenstoffquellen Graphit, Russ, Koks und/oder der Kohlenstofflieferanten modifiziertes Steinkohleteerpech bzw. modifizierter bitumenstämmiger Produkte eingesetzt.
Als Beispiel für einen Versatz einer Druckschlickergießmasse ist im Weiteren ein Masseversatz mit Thermocarbon, einem modifizierten bitumenstämmigen Produkt, dargestellt.
Äquivalent dazu kann dieses auf Bitumen basierende Produkt durch Carbores P der Fa. Rütgers, ein modifiziertes Steinkohlenteerpecherzeugnis, ersetzt werden.
Mengenmäßig besteht dieser Schlicker S als Gießmasse zum größten Teil aus der im Körnungsband für Gießmassen abgestimmten oxidischen Komponente Aluminiumoxid in Form von Schmelzkorund mit z.B. 40 Gew.-% und Sinterkorund mit z.B. 60 Gew.-%. Im unteren Kornbereich werden Fraktionen der verschiedenen Kohlenstoffträger Graphit (Thermocarbon) , Petrolkoks (CarboresP) eingesetzt. Zur Einstellung der benötigten rheologischen Eigenschaften werden Netzmittel und Verflüssiger eingesetzt. Dabei handelt es sich einerseits um flüssige Präparate auf der Basis einer Carbonsäurezubereitung (Dolapix PC67) und/oder Ammoniumpolymethacrylat (Darvan7) . Des Weiteren wird Magnesium-Ligninsulfonat in Pulverform zugesetzt, welches im getrockneten Zustand als temporärer Binder in der Masse fungiert. Schließlich werden dem Schlicker S auch metallisches Silizium und Borkarbid zugesetzt .
In der nachfolgenden Tabelle ist eine Beispielzusammensetzung einer Druckschlickergussmasse dargestellt. Nach dem Verkoken bei 8000C in einer Koksschüttung weisen die nach der dargestellten Zusammensetzung hergestellten Versätze offene Porositäten von 14% (DIN EN 993-1) sowie Kaltbiegefestigkeiten von 8,5 MPa (DIN EN 993-6) auf.
Tabelle: Beispielhafte Zusammensetzung des Schlickers S
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Die mit einem „*Nλ gekennzeichneten Komponenten sind mengenmäßig bezogen auf 100% der Körnung mit 0,02 - 1 mm.
Fig. 4 zeigt eine Scherbenstärke eines beispielhaften derart spritzgegossenen Formteils in Abhängigkeit von einer Druckgießzeit und vom Gießdruck p. Deutlich zu erkennen ist der starke Einfluss des Gießdrucks p auf die Scherbenbildungsgeschwindigkeit. So werden bei 5 bar Gießdruck p für ca. 8 mm Scherbenstärke 20 min benötigt, während bei 40 bar 8 mm bereits nach ca. 4 min erreicht werden. Bei 20 bar werden ca. 8 min benötigt.

Claims

Patentansprüche
1. Druckschlicker-Gießvorrichtung, aufweisend
- eine mehrteilige Gießform (9) mit einem Gießraum (8) zum Gießen eines Formteils mittels unter Druck in den Gießraum
(8) eingebrachten Schlickers (S),
- einem Druckbehälter (5) zum Bereitstellen des Schlickers (S),
- eine Auslassleitung (7) aus dem Druckbehälter (5) zum Durchleiten des Schlickers (S) aus dem Druckbehälter (5) in den Gießraum (8),
- eine Druckquelle (18), die zum Bereitstellen eines Druckmediums (G) zum Versetzen des im Druckbehälter (5) bereitgestellten Schlickers (S) unter Druck (p) ausgebildet ist, und
- eine Steuereinrichtung zum Steuern von Verfahrensabläufen und Komponenten zum Gießen des Formteils, g e k e n n z e i c h n e t durch
- eine Ausgestaltung der Auslassleitung (7) aus dem Druckbehälter (5) und/oder eine Ausgestaltung und Ansteuerung des Bereitsteilens des Druckmediums (G) derart, dass der zum Gießen im Druckbehälter (5) bereitgestellte Schlicker (S) mittels des Druckmediums (G) aus dem Druckbehälter (5) durch die Auslassleitung (7) in den Gießraum (8) befördert wird, - wobei der Schlicker (S) zum Gießen des Formteils als ein Feuerfesterzeugnis zusammengesetzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Dimensionierung der Auslassleitung, insbesondere einem Querschnitt (Q) der Auslassleitung (7), aus dem Druckbehälter (5) und/oder einer Ansteuerung des Bereitsteilens des Druckmediums (G) derart, dass beim Befördern des Schlickers (S) durch die Auslassleitung (7) eine Rand-Schlickergeschwindigkeit (va) des Schlickers (S) nahe einer Leitungsinnenwand (34) der Auslassleitung (7) gleich wie oder vernachlässigbar geringer, insbesondere maximal 10 % geringer, vorzugsweise 20% geringer als eine Mitten-Schlickergeschwindigkeit (vi) des Schlickers (S) in einer Leitungsmitte (33) der Auslassleitung (7) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer
Dimensionierung der Auslassleitung (7), insbesondere einem Querschnitt (Q) der Auslassleitung (7), aus dem Druckbehälter (5) und/oder einer Ansteuerung des Bereitsteilens des Druckmediums (G) mit dem Druck (p) derart, dass der Schlicker (S) ohne auf diesen einwirkende Scherkräfte oder mit vernachlässigbar auf diesen einwirkenden Scherkräften durch die Auslassleitung (7) beförderbar ist.
4. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher der Druckbehälter (5) ein Aufnahmevolumen aufweist, welches zum Aufnehmen einer Menge des Schlickers (S) entsprechend einer zum Gießen des Formteils erforderlichen Menge des Schlickers (S) dimensioniert ist.
5. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher die Druckquelle (18) zum Bereitstellen des Druckmediums (G) als ein gasförmiges Druckmedium (G) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher sich im Druckbehälter (5) ein Schieber (29) befindet, der mit dem Druck (p) der Druckquelle (18) in Richtung des Schlickers (S) verstellbar angeordnet ist zum Befördern des Schlickers (S) in die Gießform (9) .
7. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher
- dem Druckbehälter (5) ein Mischbehälter (1) mit einem Mischer (31) vorgeschaltet ist zum Mischen und/oder mischenden Ansetzen des Schlickers (S) und
- welche Materialbehälter (21, 22) mit feuerfesten körnigen Materialien (Kl, K2) zum Zuführen der feuerfesten körnigen Materialien (Kl, K2) in den Mischbehälter aufweist.
8. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch mit einer Schlickerleitung (4) zum Zuführen des Schlickers (S) in den Druckbehälter (5), wobei in der Schlickerleitung (4) ein Mischbehälter-Auslassventil (15) ansteuerbar angeordnet ist zum Versperren eines Rückflusses des Schlickers (S) aus dem Druckbehälter (5) durch die Schlickerleitung (4) .
9. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher in einer/der Druckbehälter-Auslassleitung (7) zum Befördern des Schlickers aus dem Druckbehälter (5) in die Gießform (9) ein Ventil (19) ansteuerbar angeordnet ist zum Versperren eines Flusses des Schlickers (S) aus dem Druckbehälter (5) in die Gießform (9) vor einem Anlegen des Drucks (p) an den in dem Druckbehälter (5) befindlichen Schlicker (S) .
10. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher in einer Druckleitung (32) zwischen der Drύckquelle (18) und dem Druckbehälter (5) ein Druckventil (17) ansteuerbar angeordnet ist zum schlagartigen Anlegen des Drucks (p) an den in dem Druckbehälter (5) befindlichen Schlicker (S), insbesondere zum Anlegen des Drucks (p) an den in dem Druckbehälter (5) befindlichen Schlicker (S) in einem Zeitraum kürzer einer Sekunde.
11. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher die Auslassleitung (7) aus dem Druckbehälter (5) und/oder eine/die Schlickerleitung (4) in den Druckbehälter (5) einen Durchmesser (d) von zumindest 3 inch, insbesondere zumindest 5 inch aufweist.
12. Verfahren zum Gießen eines Formteils mittels Schlickerguss, bei dem ein fließ- und pumpfähiger Schlicker (S) aus einem körnigen Material, einem Dispergiermedium (D) und einem Bindemittel (B) bereitgestellt und unter Druck in eine Flüssigkeit aufnehmende oder für Flüssigkeit durchlässige Gießform einer Druckgießanlage so eingebracht wird, dass das Formteil aus dem körnigen Material auf einer innenseitigen Oberfläche eines Gießraums (8) der Gießform (9) durch Abführen von im Schlicker (S) enthaltener Flüssigkeit (w) durch Gießform (9) ausgebildet wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass - das körnige Material feuerfestes Material mit Feinanteilen (Kl) mit ersten Körnungen (kl) in dem Bereich von 0,01 μm bis zu 100 μm und mit Grobanteilen (K2) mit zweiten Körnungen (k2) in dem Bereich 100 μm bis 10 mm aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zum Erzeugen des
Schlickers (S) die Feinanteile (Kl) mit den ersten Körnungen (kl) und die Grobanteile (K2) mit den zweiten Körnungen (k2) so ausgewählt bereitgestellt werden, dass aufgetragen über einen Körnungsdurchmesser (Φ) die ersten Körnungen (kl) eine Kurve der ersten Körnungen (kl) und die zweiten Körnungen (k2) eine Kurve der zweiten Körnungen (k2) als zwei Gaußkurven mit zueinander versetzten Maxima für die Feinanteile und die Grobanteile ausbilden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Feinanteile (Kl) und die Grobanteile (K2) so ausgewählt bereitgestellt werden, dass die Gaußkurven der ersten Körnungen (kl) und der zweiten Körnungen (k2) einander nicht überlagern.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem zum Erzeugen des Schlickers (S) die Feinanteile (Kl) und die Grobanteile (K2) so ausgewählt bereitgestellt werden, dass der Schlicker (S) aus zumindest 10 % Feinanteilen (Kl) und aus zumindest 10 % Grobanteilen (K2) zusammengesetzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem als das Dispergiermedium (D) Wasser, Alkohol und/oder Harz, insbesondere flüssiges Harz, verwendet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem als das Dispergiermedium (D) ein Dispergiermedium (D) mit organischem Lösungsmittel und/oder als das Bindemittel (B) ein Bindemittel (B) mit organischem Lösungsmittel verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem zum Erzeugen des Schlickers (S) als die Grobanteile (K2) nur erste Körnungen (kl) aus dem Bereich 100 μm bis 1 mm verwendet werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem der Schlicker (S) das feuerfeste Material in Form von feuerfesten Oxiden aufweist und bei dem der Schlicker (S) Nicht-Oxide und/oder Kohlenstoff (C) enthaltendes Material aufweist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem als die feuerfesten Oxide Al2O3, MgO, MgAl2O4, CaO, ZrO2, Cr2O3, CeO2, Y2O3, TiO2, Bauxit, Andalusit, Dolomit, Schammotte und/oder solche enthaltende Rohstoffe verwendet werden.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem als NichtOxide SiC, Si3N4, BN und/oder B4C verwendet werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem das feuerfeste körnige Material mit Graphit, Ruß oder anderen Kohlenstoffarten kombiniert wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, bei dem das Bindemittel (B) derart ausgewählt wird, dass eine erste Verfestigung des Formteils bereits in der Gießform erfolgt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, bei dem als das Bindemittel (B) zementhaltige, phosphathaltige oder aluminiumhydroxidhaltige Materialien verwendet werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24, bei dem als das Bindemittel (B) SiO2-SoIe oder -Gele, Ligninsulfonate oder Wasserglas verwendet wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 25, bei dem zum Verfestigen des in die Gießform (9) gegossenen Schlickers (S) CO2 in die Gießform (9) eingeleitet wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 26, bei dem als das Bindemittel (B) oder dem Bindemittel (B) zugegeben Harz, Harz auf Novolak- oder Resol-Basis, Pech, Kunstpech oder Bitumen verwendet wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 27, bei dem als das Bindemittel (B) oder dem Bindemittel (B) zugegeben Ester oder eine esterhaltige Verbindung verwendet wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 28, bei welchem dem Schlicker (S) metallische Zusätze, refraktäre Metalle, oder metallische Fasern zugegeben werden.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 29, bei welchem der Schlicker (S) zur Einstellung von spezifischen rheologischen Eigenschaften in Kombination mit dem geeigneten Bindemittel (B) vorgewärmt wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 30, bei welchem mehrere unterschiedlich zusammengesetzte Schlicker
(S) nacheinander in die Gießform (9) und/oder an bestimmte Stellen der Gießform (9) eingebracht werden.
32. Druckguss-Schlicker (S) zum Herstellen von Feuerfesterzeugnissen als das Formteil mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 30, wobei der Schlicker (S) bimodal zusammengesetzt ist aus körnigem und feuerfestem Material mit Feinanteilen (Kl) mit ersten Körnungen (kl) in dem Bereich von 0,01 μm bis zu 100 μm und mit Grobanteilen (K2) mit zweiten Körnungen (k2) in dem Bereich 100 μm bis 10 mm.
33. Schlicker nach Anspruch 32, wobei der Schlicker (S) zusammengesetzt ist aus Bestandteilen zumindest eines feuerfesten Oxids (xθi) und zumindest einer Kohlenstoffquelle
(yck) .
34. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Gießen eines Formteils mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 31 und/oder mit einem Schlicker (S) nach Anspruch 32 oder 33.
35. Spritzgegossenes und gesintertes Formteil, das bimodal zusammengesetzt ist aus körnigem und feuerfestem Material mit Feinanteilen (Kl) mit ersten Körnungen (kl) in dem Bereich von 0,01 μm bis zu 100 μm und mit Grobanteilen (K2) mit zweiten Körnungen (k2) in dem Bereich 100 μm bis 10 mm und das insbesondere hergestellt ist mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 30.
36. Formteil nach Anspruch 35, das als ein Feuerfestbauteil ausgebildet ist als eine Auskleidungskomponente oder Auskleidungs-Stein oder Auskleidungsring metallurgischer Gefäße oder der Zementindustrie, als eine Stranggussbereichkomponente, insbesondere Auslaufdüse, Tauchausguss, Schieberplatte, Stopfen, Spülkegel oder Gießrinne, als eine Hochofenkomponente, als eine Transportgefäßkomponente, insbesondere Pfanne, oder als ein temperaturfestes Rohr.
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