Eintauchausguss und Verfahren zu seiner Herstellung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Eintauchausguß zum Gießen von flüssigen Metallen, insbesondere flüssigem Eisen oder Stahl, der Zirkoniumoxid, kohlenstofhaltiges Material, Bornitrid und übliche Zusätze enthält sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Eintauchausgüsse.

[0002] Bei Eintauchausgüssen zum Gießen von flüssigen Metallen treten zwei Probleme auf, nämlich einmal der Verschleiß eines solchen Eintauchausgusses und das andere Mal das sogenannte Zuschmieren, d.h. das Zuwachsen der inneren Durchflußöffnung eines solchen Eintauchausgusses. Es ist bekannt, daß bei hoher Dichte des Materials eines solchen Eintauchausgusses zwar der Verschleiß herabgesetzt werden kann, daß jedoch wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit ein Zuschmieren auftritt, während bei niedriger Dichte des Materials eines solchen Eintauchausgusses eine geringere Neigung zum Zuschmieren durch die niedrigere Wärmeleitfähigkeit, jedoch ein hoher Verschleiß auftritt.

[0003] Bei der Verwendung eines Eintauchausgusses beim Abgießen von flüssigen Metallen ist insbesondere das sogenannte Zuschmieren des Gießkanalquerschnittes oder auch das Einfrieren des Gießstrahls (clogging) gefürchtet, da dann der Gießprozeß unterbrochen werden muß. Um das Auftreten eines solchen Zuschmierens und die Bildung von Ansätzen zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, in den Durchlaufkanal eines Eintauchausgusses Rohre aus feinkörnigem Quarzgut einzukitten, da Quarzgut eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt. Die Herstellung solcher Eintauchausgüsse, d.h. das Einsetzen eines getrennten Rohres aus porösem Quarzgut, das eine Mindestwandstärke in Jer Größenordnung von 9 mm besitzen muß, ist jedoch sehr aufwendig, ferner zeigte sich im Betrieb ein ungleichmäßiger, fortschreitender Verschleiß.

[0004] In dem DE-GM 81 00 896 ist bereits angegeben, daß durch eine Bornitridbeigabe die Verschleißfestigkeit von Eintauchausgüssen verbessert werden kann, ferner ist es aus dieser Druckschrift auch bekannt, die Hülse eines Eintauchausgusses aus einem Zirkoniumoxidwerkstoff herzustellen. Weiterhin wird gemäß der DE-PS 35 05 422 ein Eintauchausguß aus zwei verschiedenen Stoffgemischen hergestellt, wobei eines dieser Stoffgemische 60 Gew.-% stabilisiertes Zirkoniumoxid enthält.

[0005] Aus der DE-OS 30 03 046 sind weiterhin Massen zur Herstellung von Eintauchausgüssen bekannt, welche aus 60 % Zirkoniumoxid, 25 % Graphit, 10 % Ferrosilizium und 5 % Bindemittel bestehen.

[0006] Das bei diesen vorbekannten Eintauchausgüssen verwendete Zirkoniumoxid, Zr0₂, das gegebenenfalls stabilisiert sein kann, war übliches, durch Elektroschmelzen hergestelltes Zirkoniumoxid. Weiterhin enthalten solche vorbekannten Eintauchausgüsse im allgemeinen immer mehr als 20 Gew.-% kohlenstoffhaltiges Material, um eine entsprechende Verschleißfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit zu erreichen. Dieser Kohlenstoff wurde entweder durch gegebenenfalls zugesetzten Graphit oder nur über die kohlenstoffhaltige Bindemittelkomponente durch Verkoken dieser Komponente beim Brennen eingeführt.

[0007] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Eintauchausgusses, bei welchem sowohl ein geringer Verschleiß als auch die weitgehende Vermeidung eines Zuschmierens oder der Ansatzbildung und des Verstopfens vermieden wird, wobei der weitere Vorteil gegeben ist, daß auch Eintauchausgüsse mit einer Wandstärke von beispielsweise nur 10 mm hergestellt werden können. Die Herstellung von Eintauchausgüssen mit einer Wandstärke von 10 mm kann bei zweiteiligen Eintauchausgüssen, die aus einem inneren Verschleißrohr und einem äußeren Hülsenrohr bestehen, wegen der unzureichenden mechanischen Festigkeit der Einzelt^pile nicht erreicht werden.

[0008] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Eintauchausguß der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art gelöst, wobei dieser dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest der Eintauchbereich des Eintauchausgusses aus:

a) 5 bis 15 Gew.-% kohlenstoffhaltigem Material

b) 2 bis 12 Gew.-% Bornitrid

c) 0 bis 6 Gew.-% üblichen Zusätzen

d) als Rest auf 100 Gew.-% gesintertem, porösem teil stabilisiertem Zirkoniumoxid

besteht.

[0009] Unter dem Eintauchbereich des Eintauchausgusses ist der Bereich zu verstehen, welcher in die Schmelze eintaucht bzw. von der Außenseite durch ein Abdeckpulver auf der Schmelze berührt wird. Gemäß der Erfindung besteht der Eintauchausguß zumindest in diesem Eintauchbereich bzw. bis zu einer Länge etwa 5 cm oberhalb dieses Eintauchbereiches aus den genannten Materialien. Dies bedeutet, daß der obere Teil des Eintauchausgusses, welcher nur mit dem inneren rohrförmigen Teil mit dem flüssigen Metall in Berührung kommt, aus einem beliebigen anderen geeigneten Material aufgebaut sein kann. Es ist jedoch auch möglich, den gesamten Eintauchausguß, d.h. sowohl sein Oberteil wie auch den Eintauchbereich, der den unteren Abschnitt des Eintauchausgusses darstellt, aus den gemäß der Erfindung eingesetzten Materialien herzustellen. Bei der Herstellung eines Eintauchausgusses, bei welchem nur der Eintauchbereich aus den gemäß der Erfindung verwendeten Materialien besteht, werden in den entsprechenden Teil der Form diese Materialien eingefüllt, und in den Teil der Form, welche dem oberen Abschnitt entspricht, wird das andere Material eingefüllt und dann der Grünling des Eintauchausgusses hergestellt.

[0010] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Eintauchausguß 3 bis 6 Gew.-% Bornitrid. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da hier eine Einsparung des relativ teuren Bornitrids erreicht wird, ohne daß die Eigenschaften des Eintauchausgusses verschlechtert werden.

[0011] Bei dem erfindungsgemäßen Eintauchausguß kann das kohlenstoffhaltige Material entweder nur in Form von kohlenstoffhaltigem Bindemittel, z.B. Kunstharzbindemittel wie Phenolformaldehydharzen, eingeführt werden, die dann beim Brennen des Eintauchausgusses verkoken, es ist jedoch auch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform möglich, bis zu 10 Gew.-% an Graphit, insbesondere Flockengraphit, zu verwenden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält ein fertiggestellter, d.h. gebrannter Eintauchausguß gemäß der Erfindung zumindest im Eintauchbereich 6 bis 12 Gew.-% kohlenstoffhaltiges Material.

[0012] Der erfindungsgemäße Eintauchausguß besitzt vorteilhafterweise eine Rohdichte von 3,1 bis 3,4 g/cm3.

[0013] Das bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Eintauchausgusses verwendete Zirkoniumoxid ist ein speziell ausgewähltes Zirkoniumoxid, das ein gesintertes, poröses, in üblicher Weise mit CaO, Mg0 oder Y₂0₃, teilstabilisiertes Zirkoniumoxid ist. Ein solches Zirkoniumoxid kann beispielsweise aus Baddeylit hergestellt werden, und weist eine offene Porosität von bis zu 20 Vol.-% auf. Vorteilhafterweise besitzt das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Zirkoniumoxid eine Porosität von 8 bis 15 Vol.-%.

[0014] Die Korngröße des verwendeten teil stabilisierten Zirkoniumoxids ist nicht kritisch, vorteilhafterweise wird jedoch eine maximale Korngröße von 3 mm und besonders bevorzugt von 2 mm eingesetzt, was jedoch in gewissem Ausmaß von der Wandstärke des herzustellenden Eintauchausgusses abhängt. Bei Herstellung von Eintauchausgüssen mit einer Wandstärke von nur 10 mm wird vorteilhafterweise ein Zirkoniumoxid mit einer maximalen Korngröße von 2 _mm und bevorzugt von 1 mm eingesetzt. Ebenso soll das verwendete Bornitrid möglichst feinkörnig sein. Als eventuell eingesetzter Graphit wird vorzugsweise Flockengraphit verwendet.

[0015] Neben den genannten drei Bestandteilen a), b) und d), d.h. kohlenstoffhaltigem Material, Bornitrid und gesintertem, porösem, teilstabilisiertem Zirkoniumoxid, können bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Eintauchausgüsse auch noch andere Bestandteile in geringer Menge enthalten sein, beispielsweise elementares feinkörniges Silizium und Glasfritte, wobei diese Bestandteile üblicherweise in Mengen von jeweils bis zu 5 Gew.-% zugesetzt werden können. Ebenfalls ist es möglich, als Bindemittel noch bis zu 2 Gew.-% Borax einzusetzen.

[0016] Der erfindungsgemäße Eintauchausguß weist den besonderen Vorteil auf, daß hiermit auch relativ dünnwandige Eintauchausgüsse mit geringem Querschnitt hergestellt werden können, bei denen die Gefahr eines Zuschmierens oder Verstopfens bzw. einer Ansatzbildung besonders groß ist. Weiterhin zeichnen sich die erfindungsgemäßen Eintauchausgüsse durch eine erstaunlich hohe Verschleißfestigkeit aus.

[0017] Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

[0018] Es wurde eine Ausgangsmischung aus 86 Gew.-Teilen gesintertem, porösem, mittels Mg0 teilstabilisiertem Zirkoniumoxid mit einer maximalen Korngröße von 2 mm, 5 Gew.-Teilen Flockengraphit mit einer maximalen Korngröße von 0,5 mm, 4 Gew.-Teilen Bornitrid mit einer maximalen Korngröße von 0,04 mm, 0,5 Gew.-Teilen feinteiligem elementarem Silizium mit einer maximalen Korngröße von 0,4 mm sowie 7,5 Gew.-Teilen eines Phenolformaldehydharzes hergestellt. Das verwendete Zirkoniumoxid besaß eine offene Porosität von 14 Vol.-%.

[0019] Aus dieser Mischung wurde in an sich bekannter Weise durch Formpressen ein Eintauchausguß mit einem lichten inneren Durchmesser von 30 mm und einer Wandstärke von 12 mm hergestellt. Dieser Eintauchausguß wurde in reduzierender Atmosphäre bei Temperaturen bis 920 °C gebrannt. Er zeigte beim Einsatz in einer Stranggußanlage ausgezeichnete Verschleißeigenschaften mit einer Standzeit oberhalb von 5 Stunden.

Beispiel 2

[0020] Es wurden aus 78 Gew.-Teilen des in Beispiel 1 verwendeten gesinterten, porösen Zirkoniumoxids, 11 Gew.-Teilen Borntrid, 10 Gew.-Teilen Flockengraphit und 7 Gew.-Teilen eines Phenolformaldehydharzes eine Mischung hergestellt und gemäß der Arbeitsweise von Beispiel 1 zu einem Eintauchausguß verarbeitet. Der Eintauchausguß wies eine Standzeit von mehr als 6 Stunden auf.

Ansprüche

1. Eintauchausguß zum Gießen von flüssigen Metallen, insbesondere flüssigem Eisen oder Stahl, enthaltend Zirkoniumoxid, kohlenstofhaltiges Material, Bornitrid und übliche Zusätze, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Eintauchbereich des Eintauchausgusses besteht aus:

a) 5 bis 15 Gew.-% kohlenstoffhaltigem Material

b) 2 bis 12 Gew.-% Bornitrid

c) 0 bis 6 Gew.-% üblichen Zusätzen

d) als Rest auf 100 Gew.-% gesintertem, porösem teilstabilisiertem Zirkoniumoxid.

2. Eintauchausguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Bestandteil b) 3 bis 6 Gew.-% Bornitrid enthält.

3. Eintauchausguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Bestandteil a) 6 bis 12 Gew.-% kohlenstoffhaltiges Material enthält.

4. Eintauchausguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Rohdichte von 3,1 bis 3,4 g/cm³ besitzt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Eintauchausgusses nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem Zirkoniumoxid, gegebenenfalls Graphit, ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel und Bornitrid miteinander vermischt werden, aus der Mischung durch Formpressen ein Rohling hergestellt und dieser gebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Zirkoniumoxid ein gesintertes, poröses teilstabilisiertes Zirkoniumoxid mit einer offenen Porosität von 5 bis 20 Vol.-% und einer maximalen Korngröße von 3 mm verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Mischung Kunstharz als Bindemittel verwendet wird,

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 10 Gew.-% Graphit bei der Herstellung der Ausgangsmischung verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Zirkoniumoxid mit einer offenen Porosität von 8 bis 15 Vol.-% bei der Herstellung der Ausgangsmischung verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Zirkoniumoxid mit einer maximalen Korngröße von 2 mm verwendet wird.