EP0438652A1 - Verfahren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht auf einen Eintauchausguss und Eintauchausguss - Google Patents
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Classifications
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
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Definitions
- the invention relates to a method for applying a thermal insulation layer made of ceramic fibers to an immersion spout made of refractory ceramic material.
- the invention further relates to such an immersion nozzle.
- Liquid metal melt is passed through an immersion spout from one melting vessel into another melting vessel.
- a considerable temperature shock occurs in the immersion nozzle, which can lead to the liquid metal melt freezing and the immersion nozzle being damaged.
- the immersion nozzle is heated up before pouring on. This can be done, for example, in an oven at around 1200 ° C or using a gas burner.
- the immersion nozzle cools down again, so that the melt in the immersion nozzle can freeze and the refractory material of the immersion nozzle is subjected to a temperature shock.
- Gluing the immersion nozzle with prefabricated ceramic fiber paper is complex.
- the ceramic fiber paper must be cut according to the shape of the immersion nozzle.
- the more complicated the shape of the immersion nozzle the more complicated it is.
- Immersion spouts have, for example, oval shapes, openings, undercuts and diameters that vary over their length. After cutting, the ceramic fiber paper must be glued to the immersion nozzle using a special adhesive. Overall, this makes the immersion nozzle more expensive.
- the object of the invention is to propose a method of the type mentioned at the outset, which simplifies the application of the thermal barrier coating to the immersion spout. It is also an object of the invention to propose an immersion nozzle on which the thermal barrier coating is easy to manufacture, and furthermore the service life of the thermal barrier coating is extended.
- the above object is achieved in that a ceramic fiber mass containing an organic binder is applied to the immersion spout in a highly viscous consistency and that the fiber mass is subsequently dried on the immersion spout.
- the thermal barrier coating can be applied evenly to the immersion spout with little time and effort, even if it is geometrically complicated, for example has oval shapes or openings and undercuts. There is no need to cut ceramic fiber paper or apply glue.
- the fiber mass is sprayed onto the immersion nozzle.
- the fiber mass can also be applied to the immersion spout by immersing it in a bath containing the fiber mass.
- An immersion spout according to the invention made of refractory, ceramic material with a thermal insulation layer made of binder and ceramic fibers is characterized in that the binder that binds the ceramic fibers also connects the thermal insulation layer with the immersion spout.
- the thermal barrier coating is evenly tight and tight on the immersion nozzle. It forms thermal insulation for the immersion nozzle, so that it cools down only slowly after heating. In addition, the thermal barrier coating also forms a protective layer against oxidation of the surface of the immersion nozzle. Another advantage is e.g. in the case of a tundish change with longer dwell times (5-15 minutes), this can be seen in the fact that the thermal insulation layer survives several uses.
- FIG. 1 shows an immersion nozzle schematically in section.
- the composition of an immersion nozzle (1) is based e.g. on alumina, or zirconium oxide (ZrO2) or magnesite (MgO) and otherwise consists of carbon.
- alumina or zirconium oxide (ZrO2) or magnesite (MgO) and otherwise consists of carbon.
- ZrO2 zirconium oxide
- MgO magnesite
- a fiber mass was used as ceramic fiber mass, as described in DE 32 25 161 C2 and known under the trade name "Pyrostop Coating".
- Such a fiber mass contains, for example, 100 parts by weight of ceramic fibers, 110 parts by weight of bentonite as a binding clay and 5 parts by weight of starch as an organic binder, as well as water and optionally colloidal SiO2.
- the fiber mass is sprayed onto the immersion spout (1) using a spray device. Several, for example four, layers are sprayed on top of one another. The multilayer spraying is favorable for the thermal insulation property, since continuous thermal bridges formed by the fibers are largely avoided.
- the sprayed-on fiber mass is then dried at about 110 ° C. to 140 ° C. Thereafter, this is firmly connected to the immersion spout (1), and thus has considerable advantages in transporting the immersion spout and in preheating it. It has been shown that the Thermal insulation layer (2) even adheres firmly to the immersion spout (1) if the outside (3) of the immersion spout (1) is glazed in order to avoid oxidation. The thermal insulation layer (2) in turn provides additional protection against the oxidation of the immersion nozzle (1) in the casting operation.
- the figure shows a simple design of the outside (3) of the immersion spout (1).
- the desired thermal insulation layer is readily obtained even if the immersion spout (1) is geometrically more complex, e.g. for thin slab etas.
- the thermal barrier coating (2) is only provided on the outside (3) of the immersion spout (1).
- the thermal barrier coating (2) is also possible to provide the thermal barrier coating (2) on the inside (4) of the immersion spout (1).
- the fiber mass is sprayed onto the inside (4). Due to its low thermal conductivity and low heat capacity, it forms an additional cast-on protection that counteracts freezing of the melt.
- the thickness of the thermal barrier coating (2) is, for example, at least 1 mm. It can be up to 4 mm.
- the immersion spout (1) is immersed in a bath containing the fiber mass and then lifted out of the bath and dried. Fiber mass adheres to the immersion nozzle (1) and forms the thermal barrier coating (2). If the inside (4) of the immersion spout (1) should remain free of fiber mass during immersion, the openings are closed with plugs.
- Both ETA'S were heated to a start temperature of 700 ° C and then the temperature was determined after certain cooling times.
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Abstract
Ein Verfahren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht (2) aus keramischen Fasern auf einen Eintauchausguß (1) aus feuerfestem, keramischem Material soll einfach durchführbar sein. Es wird hierfür eine ein organisches Bindemittel enthaltende, keramische Fasermasse in hoch-viskoser Konsistenz auf den Eintauchausguß aufgebracht. Anschließend wird die Fasermasse am Eintauchausguß getrocknet. <IMAGE>
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht aus keramischen Fasern auf einen Eintauchausguß aus feuerfestem keramischem Material. Weiterhin betrifft die Erfindung einen derartigen Eintauchausguß.
- Durch einen Eintauchausguß wird flüssige Metallschmelze aus einem Schmelzgefäß in ein weiteres Schmelzgefäß geleitet. Beim Angießen tritt im Eintauchausguß ein beträchtlicher Temperaturschock auf, der dazu führen kann, daß die flüssige Metallschmelze einfriert und der Eintauchausguß geschädigt wird. Um dies zu vermeiden, wird bekanntermaßen der Eintauchausguß vor dem Angießen aufgeheizt. Dies kann beispielsweise in einem Ofen bei etwa 1200°C oder mittels eines Gasbrenners geschehen. In der zwangzläufig zwischen dem Vorheizen des Eintauchausgusses und dem Angießen verstreichenden Zeit kühlt der Eintauchausguß wieder ab, so daß die Schmelze im Eintauchausguß einfrieren kann und das Feuerfestmaterial des Eintauchausgusses einem Temperaturschock unterworfen ist. Um die Temperatur, auf die der Eintauchausguß vorgeheizt ist, möglichst lange möglichst hoch zu halten, ist es bekannt, den Eintauchausguß mit einem wärmedämmenden Keramikfaserpapier zu bekleben.
- Das Bekleben des Eintauchausgusses mit vorgefertigtem Keramikfaserpapier ist aufwendig. Das Keramikfaserpapier muß entsprechend der Gestalt des Eintauchausgusses zugeschnitten werden. Dies ist umso aufwendiger, je komplizierter die Form des Eintauchausgusses ist. Eintauchausgüsse weisen beispielsweise ovale Formen, Öffnungen, Hinterschneidungen und über die Länge unterschiedliche Durchmesser auf. Nach dem Zuschnitt muß das Keramikfaserpapier mittels eines besonderen Klebers mit dem Eintauchausguß verklebt werden. Insgesamt verteuert dies den Eintauchausguß.
- In der DE 38 05 334 A1 ist ein Eintauchausguß beschrieben, der mit einer Innenbeschichtung aus faser- oder schaumkeramischem Material als Angießschutz versehen ist. Eine derartige Innenbeschichtung kann das Abkühlen des Eintauchausgusses zwischen dem Vorheizen und dem Gießbeginn nicht vermeiden, da der Eintauchausguß nach außen Wärme abstrahlen kann.
- In der DE 32 25 161 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von pastenförmigen keramischen Fasermassen beschrieben.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das das Anbringen der Wärmedämmschicht an dem Eintauchausguß vereinfacht. Auch ist es Aufgabe der Erfindung einen Eintauchausguß vorzuschlagen, an dem die Wärmedämmschicht einfach herstellbar ist, und weiterhin die Standzeit der Wärmedämmschicht verlängert ist.
- Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß eine ein organisches Bindemittel enthaltende, keramische Fasermasse in hoch-viskoser Konsistenz auf den Eintauchausguß aufgebracht wird und daß anschließend die Fasermasse am Eintauchausguß getrocknet wird.
- Auf diese Weise läßt sich die Wärmedämmschicht mit wenig Zeit- und Arbeitsaufwand an dem Eintauchausguß gleichmäßig anbringen, auch wenn dieser geometrisch kompliziert gestaltet ist, also beispielsweise ovale Formen oder Öffnungen und Hinterschneidungen aufweist. Es braucht weder Keramikfaserpapier zugeschnitten, noch Kleber aufgetragen zu werden.
- Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß das Bindemittel der Fasermasse zugleich auch zu einer sehr guten, festen Bindung der getrockneten Fasermasse an dem Eintauchausguß führt.
- Durch die höhere Bindungs-Festigkeit der getrockneten Masse wird z.B.auch eine exakte Positionierung bei automatischem, maschinellem ETA-Wechsel gewährleistet.
- In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Fasermasse auf den Eintauchausguß aufgespritzt. Die Fasermasse läßt sich aber auch dadurch auf den Eintauchausguß aufbringen, daß dieser in ein die Fasermasse enthaltendes Bad getaucht wird.
- Ein erfindungsgemäßer Eintauchausguß aus feuerfestem, keramischen Material mit einer Wärmedämmschicht aus Bindemittel und keramischen Fasern zeichnet sich dadurch aus, daß das Bindemittel, das die keramischen Fasern bindet, auch die Wärmedämmschicht mit dem Eintauchausguß verbindet. Die Wärmedämmschicht liegt am Eintauchausguß gleichmäßig fest und dicht an. Sie bildet für den Eintauchausguß eine Wärmedämmung, so daß dieser nach dem Aufheizen nur langsam abkühlt. Außerdem bildet die Wärmedämmschicht gleichzeitig eine Schutzschicht gegen eine Oxidation der Oberfläche des Eintauchausgusses. Ein weiterer Vorteil ist z.B. bei Tundish-Wechsel mit längeren Verweilzeiten (5-15 Min.) darin zu sehen, daß die Wärmedämmschicht mehrere Einsätze übersteht.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. Die Figur zeigt einen Eintauchausguß im Schnitt schematisch.
- Die Zusammensetzung eines Eintauchausgußes (1) basiert z.B. auf Tonerde, oder Zirkonoxid (ZrO₂) oder Magnesit (MgO) und besteht im übrigen aus Kohlenstoff. Ein solches Material ist unter der Sortenbezeichnung Grasanit, Grazettral, Gramagal der Anmelderin marktbekannt. Als keramische Fasermasse wurde eine Fasermasse verwendet, wie sie in der DE 32 25 161 C2 beschrieben ist und unter dem Handelnamen "Pyrostop Coating" bekannt ist. Eine derartige Fasermasse enthält beispielsweise 100 Gew.-Teile keramische Fasern, 110 Gew.-Teile Bentonit als Bindeton und als organisches Bindemittel 5 Gew.-Teile Stärke, sowie Wasser und gegebenenfalls kollodiales SiO₂. Dabei können, je nach Einsatzart des Eintauchausgusses und je nach den daraus gestellten Anforderungen an die Fasermasse auch Faserqualitäten mit unterschiedlichem Chemismus und unterschiedlichen Klassifikationstemperaturen Verwendung finden. Die Fasermasse wird mit einer Spritzeinrichtung außen auf den Eintauchausguß (1) aufgespritzt. Dabei werden mehrere, beispielsweise vier, Schichten übereinander gespritzt. Das mehrschichtige Aufspritzen ist für die Wärmedämmeigenschaft günstig, da dabei durchgehende, von den Fasern gebildete Wärmebrücken weitgehend vermieden werden.
- Anschließend wird die aufgespritzte Fasermasse bei etwa 110°C bis 140°C getrocknet. Danach ist diese mit dem Eintauchausguß (1) fest verbunden, und hat dadurch erhebliche Vorteile beim Transport des Eintauchausgusses und bei dessen Vorheizen. Es hat sich gezeigt, daß die Wärmedämmungsschicht (2) sogar fest an dem Eintauchausguß (1) haftet, wenn die Außenseite (3) des Eintauchausgusses (1) glasiert ist, um ein Oxidieren zu vermeiden. Die Wärmedämmungsschicht (2) ihrerseits bildet einen zusätzlichen Schutz gegen die Oxidation des Eintauchausgusses (1) im Gießbetrieb.
- In der Figur ist eine einfache Gestaltung der Außenseite (3) des Eintauchausgusses (1) gezeigt. Die gewünschte Wärmedämmungsschicht ergibt sich ohne weiteres auch dann, wenn der Eintauchausguß (1) geometrisch komplexer gestaltet ist, wie z.B. bei Dünnbrammen-Etas.
- Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur ist die Wärmedämmschicht (2) nur an der Außenseite (3) des Eintauchausgusses (1) vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, die Wärmedämmschicht (2) auch an der Innenseite (4) des Eintauchausguße (1) vorzusehen. Hierfür wird die Fasermasse auf die Innenseite (4) gespritzt. Sie bildet dort aufgrund ihrer niedrigen Wärmeleitfähigkeit und geringen Wärmekapazität einen zusätzlichen Angießschutz, der einem Einfrieren der Schmelze entgegenwirkt.
- Die Dicke der Wärmedämmschicht (2) beträgt beispielsweise mindestens 1 mm. Sie kann bis zu 4 mm betragen.
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Eintauchausguß (1) in ein die Fasermasse enthaltendes Bad getaucht und anschließend aus dem Bad gehoben und getrocknet. Dabei haftet Fasermasse an dem Eintauchausguß (1) an und bildet die Wärmedämmschicht (2). Soll beim Eintauchen die Innenseite (4) des Eintauchausgusses (1) von Fasermasse freibleiben, dann werden die Öffnungen durch Stopfen verschlossen.
- Ein Vergleich der Abkühlraten zwischen 2 außen wärmegedämmten Eintauchausgüßen (hier der sog. Typ WO60), einmal mit der erfindungsgemäßen Faserspritzmasse (A), 2 mm dick, zum anderen mit Faserpapier (B), 2 mm dick, zeigt die Vorteile der Faserspritzmasse.
- Beide ETA'S wurden dabei auf eine Starttemperatur von 700°C aufgeheizt und dann die Temperatur nach bestimmten Abkühlzeiten ermittelt.
Claims (9)
- Verfahren zum Aufbringen einer Wärmedämmschicht aus keramischen Fasern auf einen Eintauchausguß aus feuerfestem, keramischem Material,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine ein organisches Bindemittel enthaltende, keramische Fasermasse in hoch-viskoser Konsistenz auf den Eintauchausguß (1) aufgebracht wird und daß anschließend die Fasermasse am Eintauchausguß (1) getrocknet wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasermasse auf den Eintauchausguß (1) aufgespritzt wird. - Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasermasse in mehreren Schichten auf den Eintauchausguß aufgespritzt wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eintauchausguß (1) in ein die Fasermasse enthaltendes Bad getaucht wird. - Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß Öffnungen des Eintauchausgusses (1) vor dem Eintauchen in die Fasermasse verschlossen werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasermasse auch auf die Innenseite (4) des Eintauchausgusses (1) aufgebracht wird. - Eintauchausguß aus feuerfestem, keramischem Material mit einer Wärmedämmschicht aus keramischen Fasern und Bindemittel,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bindemittel, das die keramischen Fasern bindet, auch die Wärmedämmschicht (2) mit dem Eintauchausguß (1) verbindet. - Eintauchausguß nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der Wärmedämmschicht (2) etwa 1 mm bis 4 mm beträgt. - Eintauchausguß nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmedämmschicht (2) auch an der Innenseite (4) des Eintauchausgusses (1) vorgesehen ist.
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