EP1412306A2 - Keramischer formkörper - Google Patents

Keramischer formkörper

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EP1412306A2
EP1412306A2 EP02758405A EP02758405A EP1412306A2 EP 1412306 A2 EP1412306 A2 EP 1412306A2 EP 02758405 A EP02758405 A EP 02758405A EP 02758405 A EP02758405 A EP 02758405A EP 1412306 A2 EP1412306 A2 EP 1412306A2
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EP
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molded body
ceramic molded
steel cladding
scale
ceramic
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EP02758405A
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Stefan Pischek
Manfred Winkelmann
Peter Meier
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Refractory Intellectual Property GmbH and Co KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50—Pouring-nozzles

Definitions

  • the invention relates to a ceramic molded body, in particular a molded body made of a refractory ceramic material. Because of their refractory properties, ceramic molded articles made from a refractory ceramic material can be used for applications in which they are exposed to high temperatures, for example above 500 ° C. and also far above.
  • ceramic moldings are used in metal casting, for example as a spout in slide closure systems, for example in continuous metal casting.
  • the invention is not limited to the use of ceramic shaped bodies as a spout in slide closure systems, it is described below by way of example for such an application.
  • spouts in the slide closure system are used to introduce melt, for example steel melt, from the ladle into the intermediate container (tundish) or from the tundish into the mold.
  • the spouts can be made up in the form of tophats (plate with integrated spout) or as an exchangeable spout. With the interchangeable spout, the spout can be removed as a separate part from the slide closure system and can therefore be replaced.
  • Ceramic moldings in the form of spouts are usually surrounded on their outer circumferential surface with a sheet metal jacket made of steel. This can improve the mechanical properties as well as the chemical resistance of the spout.
  • oxides scale
  • This so-called scaling is based on the reaction of the metal sheet jacket with the oxygen in the air.
  • the oxidation begins above approximately 400 ° C and becomes particularly strong at temperatures above approximately 600 ° C.
  • the thickness of the scale layer increases with time and temperature. If the scale layer flakes off, is removed by mechanical attack or, as is usually the case with thermal cycling, becomes cracked, the scaling of the sheet metal shell increases considerably.
  • the sheet metal jacket can scale to such an extent that it can no longer perform its task of improving the mechanical and chemical properties of the spout.
  • the rate of scaling could be reduced by adding special alloy elements in the steel sheet jacket, which lead to the formation of firmly adhering, dense layers of scale.
  • scale layers have only a low mechanical strength, they can be easily removed from the sheet metal jacket, as a result of which the layers of the sheet metal jacket underneath are now exposed to scaling without protection.
  • the argon gassing cannot always completely prevent the scaling of the sheet metal jacket.
  • the invention has for its object to provide a ceramic molded body, the surface of which is at least partially covered by a steel cladding, which can be used economically and in which the steel cladding is subject to reduced scaling even at high temperatures.
  • the invention achieves the object by a ceramic molded body, the surface of which is covered at least in sections by a steel cladding, the steel cladding being covered at least in sections with a scale-inhibiting material on its surface which does not cover the molded body.
  • scale-inhibiting substances are understood to mean substances which, owing to their composition, have an increased resistance to scaling compared to the steel cladding.
  • the steel cladding can also be coated, for example, with a scale-inhibiting substance by first applying metallic chrome or aluminum to the steel cladding and then allowing it to be passivated.
  • the scale-inhibiting material can, for example, be placed in a solid form and, in the case of a metallic material, for example as a sheet or plate on the steel cladding. If sheets are used, these and the steel cladding can be welded or glued to one another for their connection, for example. It can also be provided that the sheet made of a scale-inhibiting material is shrunk onto the steel cladding. In particular, provision can be made to cover the steel cladding with the scale-inhibiting material in such a way that the steel cladding at its sections occupied by the scale-inhibiting material cannot come into contact with the surrounding gas atmosphere. The coating / coating should therefore be gas-tight.
  • the mutually facing surfaces of scale-inhibiting sheet and steel cladding can correspond to one another so that the scale-cladding sheet completely covers the steel cladding. It may also be sufficient for the scale-inhibiting sheet to be gas-tightly connected to the steel cladding, for example welded. According to an alternative embodiment, it can be provided that the scale-inhibiting substance is first applied in liquid form to the steel cladding, for example brushed on or sprayed on (for example by flame spraying or plasma spraying) or the steel cladding is soaked with the liquid, and then the liquid on the steel cladding is converted into a solid form that adheres to the steel cladding.
  • the scale-inhibiting substance is first applied in powder form to the steel cladding and then firmly bonded to the steel cladding there.
  • the scale-inhibiting material it is usually sufficient to apply the scale-inhibiting material to the steel cladding in a thickness of up to 1 mm, for example in a thickness between 0.1 and 0.7 mm or 0.2 and 0.5 mm.
  • the ceramic molded body can in particular be a ceramic spout for the metal continuous casting, such as an interchangeable spout, and is to be described below by way of example with such a spout.
  • the surface of the steel cladding facing the ceramic spout can rest directly on the surface of the ceramic spout and the steel cladding can be applied, for example, by shrink-fitting a previously heated sheet.
  • the steel cladding surrounds the spout on its outer circumferential surface.
  • the steel cladding can be placed in the form of a sleeve around the spout.
  • the mutually facing surfaces of the steel cladding and ceramic spout can be designed to correspond to one another in such a way that they come to lie on one another over the entire surface.
  • the sections of the surface of the spout which are covered by the steel cladding are directly occupied by the surface of the steel cladding facing the spout.
  • the mechanical strength of the ceramic spout can be increased by prestressing the steel cladding on the spout, for example by shrinking it.
  • it can be provided that the steel cladding is only in contact with the ceramic spout at its edge.
  • the contact area between the steel cladding and the ceramic spout can be made gas-tight.
  • Figure 1 shows a ceramic molded body in the form of a spout for continuous metal casting in a sectional side view.
  • the spout 1 consists of a ceramic molded body 3, which is partially covered by a steel cladding 5.
  • the steel cladding 5 is partially covered with a scale-inhibiting material 7.
  • the ceramic molded body 3 runs in a rotationally symmetrical manner about its longitudinal axis L. Likewise, in a rotationally symmetrical manner about its longitudinal axis L, it has an inner channel 2 in its interior for the flow of molten metal.
  • An upper, cylindrical section A of the ceramic molded body 3 is adjoined at the bottom by a conically tapering section B, then another cylindrical section C and finally a conically tapering section D.
  • the ceramic molded body 3 consists of a conventional, refractory ceramic material.
  • An upper end face 9 of the ceramic molded body 3 has a recess 11.
  • the ceramic molded body 3 is partially covered by the tubular steel cladding 5, which consists of a steel sheet.
  • the steel cladding 5 lies flat on the outer circumferential surface 13. It begins at the upper edge 13o of the outer circumferential surface 13 and ends at a distance from the lower edge 13u of the outer circumferential surface 13 in the region of the section D.
  • the region of the circumferential surface 13 which extends in the region of the section D from the lower end of the steel cladding 5 to the lower edge 13u extends identified by reference numeral 13f; it is the only section of the outer circumferential surface 13 that is not covered by the steel cladding 5.
  • the upper end face 9 and a lower end face 15 of the ceramic molded body 3 are also not covered by the steel cladding 5.
  • the section of the steel cladding 5 that covers section D of the ceramic molded body is covered with a scale-inhibiting aluminum layer 7.
  • This aluminum layer 7 is placed in the form of a sleeve on the steel cladding 5 (shrunk) and firmly connected to it. This area represents the contact area to a shadow pipe or immersion nozzle and is exposed to the strongest oxidation. Accordingly, in the exemplary embodiment explained above, only this section of the steel cladding 5 is covered with a scale-inhibiting material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen keramischen Formkörper, dessen Oberfläche zumindest abschnittsweise von einer Stahlverkleidung verdeckt ist, wobei die Stahlverkleidung auf ihrer den Formkörper nicht verdeckenden Fläche zumindest abschnittsweise mit einem zunderhemmenden Stoff belegt ist.

Description

Keramischer Formkörper
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft einen keramischen Formkörper, insbesondere einen Formkörper aus einem feuerfesten keramischen Material. Aufgrund ihrer feuerfesten Eigenschaften können keramische Formkörper aus einem feuerfesten keramischen Material für Einsatzzwecke verwendet werden, bei denen sie hohen Temperaturen, beispielsweise über 500° C und auch weit darüber ausgesetzt sind.
Beispielsweise werden keramische Formkörper im Metallguß eingesetzt, etwa als Ausguß in Schieberverschlußsystemen, zum Beispiel beim Metallstrangguß. Wenngleich die Erfindung nicht auf eine Verwendung von keramischen Formkörpern als Ausguß in Schieberverschlußsystemen beschränkt ist, wird sie nachfolgend anhand eines solchen Einsatzzweckes beispielhaft beschrieben. Beim Metallgießen dienen Ausgusse m Schieberverschluß- syste en zum Einleiten von Schmelze, beispielsweise Stahlschmelze, aus der Gießpfanne in den Zwischenbehalter (tundish) oder aus dem tundish in die Kokille. Zum Fuhren (Einschnüren) des Metallstrahls m diesen Schieberverschlußsystemen können dabei die Ausgusse m Form von tophats (Platte mit integriertem Ausguß) oder als Wechselausguß konfektioniert sein. Beim Wechselausguß ist der Ausguß als separates Teil vom Schieberverschlußsystem abnehmbar und somit auswechselbar.
Keramische Formkorper m Form von Ausgüssen werden an ihrer äußeren Umfangsflache üblicherweise mit einem Blechmantel aus Stahl umgeben. Durch diesen können die mechanischen Eigenschaften sowie die chemische Widerstandsfähigkeit des Ausgusses verbessert werden. Bei den mit dem Gießvorgang einhergehenden hohen Temperaturen kommt es m der oxidierenden Luftatmosphare zur Bildung von Oxiden (Zunder) auf der Oberflache des Blechmantels. Diese sogenannte Verzunderung beruht auf der Reaktion des metallischen Blechmantels mit dem Sauerstoff der Luft. Bei Eisenwerkstoffen beginnt die Oxidation oberhalb etwa 400° C und sie wird besonders stark bei Temperaturen über etwa 600° C. Die Dicke der Zunderschicht nimmt mit Zeit und Temperatur zu. Falls die Zunderschicht abplatzt, durch mechanischen Angriff entfernt wird oder, wie es bei den Temperaturwechselbeanspruchungen gewöhnlich der Fall ist, rissig wird, nimmt die Verzunderung des Blechmantels erheblich zu. Schließlich kann der Blechmantel so weit verzundern, dass er seine Aufgabe zur Verbesserung der mechanischen und chemischen Eigenschaften des Ausgusses nicht mehr wahrnehmen kann.
Durch die Zugabe spezieller Legierungselemente im Stahl- Blechmantel, die zur Bildung fest haftender, dichter Zunderschichten führen, ließe sich die Geschwindigkeit der Verzunderung zwar herabsetzen. Jedoch weisen solche Zunderschichten nur eine geringe mechanische Festigkeit auf, sie lassen sich leicht vom Blechmantel entfernen, wodurch die darunterliegenden Schichten des Blechmantels nunmehr ungeschützt einer Verzunderung ausgesetzt sind.
In der Praxis wurde der Verzunderung daher bisher meist durch die Verwendung von Schutzgasen, insbesondere Argon, bei hohen Temperaturen begegnet. Eine solche Argon- Begasung des Blechmantels ist jedoch aufwendig, teuer und damit äußerst unwirtschaftlich.
Auch kann die Argon-Begasung die Verzunderung des Blechmantels nicht immer gänzlich verhindern.
Folge ist, dass auch bei Argon-Begasung eine Verzunderung des Blechmantels vonstatten geht.
Ist die Verzunderung des Blechmantels zu weit fortgeschritten, und kann er den darunterliegenden, keramischen Formkörper damit nicht mehr wirksam schützen, mußte der Ausguß samt Blechmantel ausgetauscht werden, obgleich das keramische Formteil längere Standzeiten erlauben wurde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Formkorper, dessen Oberflache zumindest abschnittsweise von einer Stahlverkleidung verdeckt ist, zur Verfugung zu stellen, der wirtschaftlich eingesetzt werden kann und bei dem die Stahlverkleidung auch bei hohen Temperaturen einer verminderten Verzunderung unterliegt.
Die Erfindung lost die Aufgabe durch einen keramischen Formkorper, dessen Oberflache zumindest abschnittsweise von einer Stahlverkleidung verdeckt ist, wobei die Stahlverkleidung auf ihrer den Formkorper nicht verdeckenden Flache zumindest abschnittsweise mit einem zunderhemmenden Stoff belegt ist.
Die Verringerung oder Vermeidung der Verzunderung fuhrt dazu, dass die mechanische Funktion der Metallabdeckung langer erhalten bleibt. Damit ergeben sich auch längere Standzeiten/Haltbarkeiten für die keramischen Formkorper.
Es hat sich herausgestellt, dass die Oxidation (Verzunderung) der Stahlverkleidung eines keramischen Formkorpers an den Stellen, an denen sie hohen Temperaturen in einer oxidierenden Atmosphäre (beispielsweise Luft) ausgesetzt ist, wirksam gehemmt werden kann, wenn die Stahlverkleidung an diesen Stellen mit einem zunderhemmenden Stoff belegt wird. Unter „zunderhemmenden" Stoffen werden in diesem Zusammenhang Stoffe verstanden, die aufgrund ihrer Zusammensetzung eine gegen ber der Stahlverkleidung erhöhte Beständigkeit gegen Verzunderung aufweisen. Als zunderhemmende Stoffe können beispielsweise metallisches Aluminium, Chrom oder Silicium oder dessen Oxide (Al03, SiO oder sonstige Legierungen oder Verbindungen daraus, einzeln oder m Kombination verwendet werden .
Die Stahlverkleidung kann beispielsweise auch in der Art mit einem zunderhemmenden Stoff belegt werden, indem zunächst metallisches Chrom oder Aluminium auf die Stahlverkleidung aufgebracht werden, und man sie anschließend passivieren laßt.
Der zunderhemmende Stoff kann beispielsweise m fester Form und im Falle eines metallischen Stoffes beispielsweise als Blech oder Platte auf die Stahlverkleidung aufgelegt werden. Bei Verwendung von Blechen können diese und die Stahlverkleidung zu ihrer Verbindung beispielsweise miteinander verschweißt oder verklebt werden. Es kann auch vorgesehen sein, das Blech aus einem zunderhemmenden Stoff auf die Stahlverkleidung aufzuscnrumpfen. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Stahlverkleidung derart mit dem zunderhemmenden Stoff zu belegen, dass die Stahlverkleidung an ihren von dem zunderhemmenden Stoff belegten Abschnitten nicht in Kontakt mit der umgebenden Gasatmosphare treten kann. Der Uberzug/die Beschichtung soll also gasdicht sein.
Bei Verwendung eines zunderhemmenden Stoffes m Form eines Bleches können die einander zugewandten Flachen von zunderhemmendem Blech und Stahlverkleidung dazu paßgenau miteinander korrespondieren, so dass das zunderhemmende Blech die Stahlverkleidung vollflachig belegt. Es kann auch ausreichend sein, dass das zunderhemmende Blech allein randseitig gasdicht mit der Stahlverkleidung verbunden, etwa verschweißt wird. Nach einer alternativen Ausfuhrungsform kann vorgesehen sein, dass der zunderhemmende Stoff zunächst in flussiger Form auf die Stahlverkleidung aufgetragen wird, beispielsweise aufgestrichen oder aufgespritzt (z.B. durch Flammspritzen oder Plasmaspritzen) wird oder die Stahlverkleidung mit der Flüssigkeit getrankt wird, und die Flüssigkeit auf der Stahlverkleidung anschließend in eine feste Form übergeführt wird, die die Stahlverkleidung festhaftend belegt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der zunderhemmende Stoff zunächst pulverformig auf die Stahlverkleidung aufgebracht wird und dort anschließend festhaftend mit der Stahlverkleidung verbunden wird.
Es genügt meist, den zunderhemmenden Stoff auf die Stahlverkleidung m einer Dicke von bis zu 1 mm aufzubringen, beispielsweise in einer Dicke zwischen 0,1 und 0,7 mm oder 0, 2 und 0, 5 mm.
Wie eingangs bereits ausgeführt, kann der keramische Formkorper insbesondere ein keramischer Ausguß für den Metallstrangguß, etwa ein Wechselausguß, sein und soll anhand eines solchen Ausgusses nachfolgend beispielhaft beschrieben werden.
Die dem keramischen Ausguß zugewandte Flache der Stahlverkleidung kann unmittelbar auf der Oberflache des keramischen Ausgusses aufliegen und die Stahlverkleidung kann zum Beispiel durch Aufschrumpfen eines zuvor erwärmten Blechs aufgebracht werden. Nach einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Stahlverkleidung den Ausguß an seiner äußeren U fangs- flache umfängt. Eine solche Ausführungsform ist aus dem Stand der Technik bekannt. Da die äußere Umfangsfl che (Oberfläche) des Ausgusses üblicherweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann die Stahlverkleidung in diesem Fall in Form einer Hülse um den Ausguß gelegt sein.
Die einander zugewandten Flächen von Stahlverkleidung und keramischem Ausguß können derart miteinander korrespondierend ausgebildet sein, dass sie vollflächig aufeinander zu liegen kommen. In diesem Fall werden die von der Stahlverkleidung verdeckten Abschnitte der Oberfläche des Ausgusses unmittelbar von der dem Ausguß zugewandten Fläche der Stahlverkleidung belegt. Die mechanische Festigkeit des keramischen Ausgusses kann dadurch erhöht werden, dass die Stahlverkleidung unter Vorspannung auf dem Ausguß aufliegt, zum Beispiel aufgeschrumpft ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Stahlverkleidung nur an deren Rand mit dem keramischen Ausguß in Kontakt steht. Dabei kann der Kontaktbereich zwischen Stahlverkleidung und keramischem .Ausguß gasdicht ausgebildet sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
Ein Ausführungsbeispiel eines anmeldungsgemäßen keramischen Formkörpers soll anhand der nachfolgenden, stark schematisierten Figur näher erläutert werden.
Dabei zeigt
Figur 1 einen keramischen Formkörper in Form eines Ausgusses für den Metallstrangguß in seitlicher Schnittansicht . Der Ausguß 1 besteht aus einem keramischen Formkorper 3, der abschnittsweise von einer Stahlverkleidung 5 verdeckt ist. Die Stahlverkleidung 5 ist abschnittsweise mit einem zunderhemmenden Stoff 7 belegt.
Der keramische Formkorper 3 verlauft rotationssymmetrisch um seine Langsachse L. Ebenfalls rotationssymmetrisch um seine Langsachse L weist er m seinem Inneren einen inneren Kanal 2 zum Durchfluß von Metallschmelze auf. An einen oberen, zylindrischen Abschnitt A des keramischen Formkorpers 3 schließen sich nach unten zunächst ein sich konisch verjungender Abschnitt B, daran ein weiterer, zylindrischer Abschnitt C und schließlich ein sich konisch verjungender Abschnitt D an. Der keramische Formkorper 3 besteht aus einem üblichen, feuerfesten keramischen Material. Eine obere Stirnflache 9 des keramischen Formkorpers 3 weist eine Ausnehmung 11 auf.
An seiner äußeren Umfangsflache 13 ist der keramische Formkorper 3 abschnittsweise von der hulsenformigen Stahlverkleidung 5, die aus einem Stahlblech besteht, verdeckt. Die Stahlverkleidung 5 liegt vollflachig auf der äußeren Umfangsflache 13 auf. Sie beginnt am oberen Rand 13o der äußeren Umfangsflache 13 und endet beabstandet zum unteren Rand 13u der äußeren Umfangsflache 13 im Bereich des Abschnitts D. Der Bereich der Umfangsflache 13, der sich im Bereich des Abschnitts D vom unteren Ende der Stahlverkleidung 5 bis zum unteren Rand 13u erstreckt, ist mit dem Bezugszeichen 13f gekennzeichnet; er ist der einzige Abschnitt der äußeren Umfangsflache 13, der nicht von der Stahlverkleidung 5 verdeckt ist.
Auch die obere Stirnflache 9 und eine untere Stirnflache 15 des keramischen Formkorpers 3 sind nicht von der Stahlverkleidung 5 verdeckt.
Der Abschnitt der Stahlverkleidung 5, die den Abschnitt D des keramischen Formkorpers verdeckt, ist mit einer zunderhemmenden Aluminium-Schicht 7 belegt. Diese Aluminiumschicht 7 ist m Form einer Hülse auf die Stahlverkleidung 5 aufgesetzt (aufgeschrumpft) und fest mit dieser verbunden. Dieser Bereich stellt die Kontaktflache zu einem Schattenrohr oder Eintauchausguß dar und ist der stärksten Oxidation ausgesetzt. Entsprechend ist bei dem vorstehend erläuterten Ausfuhrungsbeispiel allein dieser Abschnitt der Stahlverkleidung 5 mit einem zunderhemmenden Stoff belegt.

Claims

Keramischer FormkörperP a t e n t a n s p r ü c h e
1. Keramischer Formkörper (1), dessen Oberfläche (9, 13, 15) zumindest abschnittsweise von einer Stahlverkleidung (5) verdeckt ist, wobei die Stahlverkleidung
(5) auf ihrer den Formkörper (1) nicht verdeckenden Fläche zumindest abschnittsweise mit einem zunderhemmenden Stoff (7) belegt ist.
2. Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1 als Ausguß für den Metallguß.
3. Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 2 als Wechselausguß .
4. Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1 für ein Schieberverschlußsystem.
. Keramischer Formkorper (1) nach Anspruch 1, bei dem die Stahlverkleidung (5) unmittelbar auf der Oberflache (13) des keramischen Formkorpers (1) aufliegt.
6. Keramischer Formkorper (1) nach Anspruch 1, bei dem die Stahlverkleidung (5) ein Stahlblech ist.
7. Keramischer Formkorper (1) nach Anspruch 1, bei dem die Stahlverkleidung (5) den keramischen Formkorper
(1) an seiner äußeren Umfangsflache (13) umfangt.
8. Keramischer Formkorper (1) nach Anspruch 6, bei dem die Stahlverkleidung (5) den keramischen Formkorper (1) unter Vorspannung umfangt.
9. Keramischer Formkorper (1) nach Anspruch 1, bei dem der zunderhemmende Stoff ein Metall oder eine Metallverbindung ist.
10. Keramischer Formkorper (1) nach Anspruch 1 mit einem zunderhemmenden Stoff in Form eines Blechs (7) oder einer auf die Stahlverkleidung (5) aufgetragenen Schicht .
11. Keramischer Formkorper (1) nach Anspruch 1, bei dem der zunderhemmende Stoff aus Aluminium oder einer Aluminiumverbindung besteht.
12. Keramischer Formkorper (1) nach Anspruch 1, bei dem der zunderhemmende Stoff (7) auf die Stahlverkleidung
(5) aufgespritzt ist.
3. Keramischer Formkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem der zunderhemmende Stoff (7) einen gasdichten Abschluss gegenüber den verdeckten Flächen der Stahlverkleidung (5) bildet.
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