Keramischer Lochstein und mit einem solchen angeordneten Lochstein metallurgisches Gefäss

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen keramischen Lochstein zum Einsatz in oder an einem metallurgischen Gefäß zur Aufnahme von Metallschmelzen und besteht darin, dass er ganz oder teilweise aus keramischen Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik oder dass er ganz oder teilweise aus mindestens 95 % reinem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, vorzugsweise stabilisiertes, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Spinell gebildet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen keramischen Lochstein zum Einsatz in oder an einem metallurgischen Gefäß zur Aufnahme von Metallschmelze. Des weiteren betrifft die Erfindung ein metallurgisches Gefäß mit einem solchen keramischen Lochstein.

[0002] Derartige Anordnungen werden insbesondere in Verbindung mit hochschmelzenden Metallen, wie Stahl-, Eisen- oder Gusseisenschmelzen verwendet. Hier werden solche Bauteile als Gefäßauskleidungen, als sogenannter Lochstein, oder als Bestandteile des Ausgusses verwendet. Ein Lochstein ist an einer Abflussöffnung eines Schmelzengefäßes angeordnet, in den Lochstein mündet das Oberteil eines metallurgischen Ausgusses.

[0003] Bekannte Einrichtungen sind beispielsweise in US 5,858,260 A oder in DE 101 50 032 C2 beschrieben. Lochsteine sind weiterhin aus EP 653 261 A1 oder aus EP 916 436 A1 bekannt. Lochsteine mit einer geringen, offenen Porosität sind zudem in DE 28 07 123 A1 beschrieben.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Materialien bekannter Bauteile zu optimieren, beispielsweise um eine geringere Dichte bei gleichzeitig hoher Isolationswirkung zu erreichen.

[0005] Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0006] Ein keramischer Lochstein, welches ganz oder teilweise aus keramischen Fasern, Hohlkugeln oder aus Schaumkeramik gebildet ist, weist eine geringe Dichte, verglichen mit kompakten Materialien, auf bei gleichzeitig verbesserter thermischer Isolationswirkung. Dabei ist zweckmäßigerweise mindestens eine zum Kontakt mit Metallschmelze vorgesehene Oberfläche des Lochsteins aus keramischen Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik gebildet. Die Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik sind vorzugsweise aus mindestens 95 %, insbesondere mindestens 99,5 % reinem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, vorzugsweise stabilisiertes, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, als Spinell gebildet. Das Material weist vorzugsweise eine geschlossene Porosität auf bei einer relativen Porosität von vorzugsweise mehr als 25 %. Der keramische Lochstein weist zweckmäßigerweise eine Dichte von höchstens 80 % der theoretischen Dichte auf, sowie eine Wärmleitfähigkeit von idealerweise höchstens 1 W/mK. Eine solch geringe Wärmeleitfähigkeit hat sich unter den obigen Bedingungen als vorteilhaft erwiesen.

[0007] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe auch durch einen keramischen Lochstein gelöst, der ganz oder teilweise aus mindestens 95 % reinem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, vorzugsweise stabilisiertes Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, als Spinell gebildet ist. Es sollte mindestens eine zum Kontakt mit Metallschmelze vorgesehene Oberfläche des Bauteils aus mindestens 95 % reinem Material gebildet sein, wobei eine Reinheit von mindestens 99,5 % vorteilhaft ist. Das Material ist vorzugsweise aus Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik ausgebildet.

[0008] Der Außendurchmesser des Lochsteins ist vorzugsweise mindestens 2 mal, insbesondere mindestens 3 mal, so groß ist wie sein in gleicher Richtung gemessener Innendurchmesser.

[0009] Der vorstehend beschriebene Lochstein ist Teil eines erfindungsgemäßen metallurgischen Gefäßes, welches einen Ausguß oder eine Ausflußöffnung mit einer Ausgußdüse aufweist, wobei der Lochstein am oberen Rand oder im oberen Bereich der Ausgußdüse angeordnet ist und wobei ein Außendurchmesser des Lochsteins mindestens 4 mal, vorzugsweise mindestens 6 mal, so groß ist wie ein in gleicher Richtung gemessener Innendurchmesser der Ausgußdüse. Das Gefäß ist insbesondere mit einer Auskleidung aus keramischen Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik ausgebildet, wobei die Auskleidung vorzugsweise aus mindestens 95 %, insbesondere mindestens 99,5 % reinem Material gebildet ist.

[0010] Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigt

Figur 1

einen Querschnitt durch einen Lochstein,

Figur 2

eine perspektivische Ansicht eines Lochsteins,

Figur 3

einen Querschnitt durch einen Ausguss eines metallurgischen Gefäßes.

[0011] Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Lochstein 1 besteht im wesentlichen aus 99,5 % reinem Aluminiumoxid, als Hohlkugeln ausgebildet. Das Material weist eine Porosität von > 25 % und eine Dichte von weniger als 80 % der theoretischen Dichte des Materials auf. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt weniger als ein 1 W/mK. Das Verhältnis zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser beträgt etwa 2,3.

[0012] Figur 3 zeigt einen Bodenausguss eines metallurgischen Gefäßes, der sich an einen Lochstein 1 anschließt. Der Lochstein 1 ist in der Wand 2 des metallurgischen Gefäßes angeordnet. Das Gefäß ist ein Verteiler für Stahlschmelze. Der Bodenausguss weist eine obere Düse 3 auf. In dieser sind Elektroden 4 zur Erzeugung eines elektrochemischen Effektes oder als Heizer angeordnet. Die Wand 2 selbst weist verschiedene Schichten aus feuerfestem Material und an ihrer Außenseite ein Stahlgehäuse 5 auf. Unterhalb der oberen Düse 3 ist ein Schieberventil 6 angeordnet zur Regelung des Stahlschmelzflusses. Darunter ist eine untere Düse 7 angeordnet, die bis in den Metallschmelzbehälter 8 hineinragt. Dieser gehört beispielsweise zu einer Stranggussanlage für den Stahl. Der unmittelbar in den Metallschmelzebehälter 8 hineinragende Teil 9 der unteren Düse 7 besteht im wesentlichen aus Zirkoniumdioxid. Das Verhältnis zwischen Außendurchmesser des Lochsteins 1 und Innendurchmesser der Düse 3 beträgt etwa 4,5.

[0013] Das für das erfindungsgemäße keramische Bauteil, eingesetzte Material weist eine gute Isolationsfähigkeit auf bei geschlossener Porosität, so dass das Eindringen von Stahlschmelze verhindert wird. Es weist gleichzeitig eine relativ niedrige Dichte auf und es reagiert nicht mit der Stahlschmelze. Dadurch hat es eine relativ große Lebensdauer und bietet gleichzeitig vorteilhafte Eigenschaften bei der Berührung mit der flüssigen Stahlschmelze insoweit auf, dass diese bzw. ihre Bestandteile nicht oder nur sehr geringfügig an dem Material anhaften. Das Material kann also in direktem Kontakt mit der Stahlschmelze, wie gemäß Figur 3 benutzt werden.

Ansprüche

1. Keramischer Lochstein zum Einsatz in oder an einem metallurgischen Gefäß zur Aufnahme von Metallschmelze, dadurch gekennzeichnet, dass er ganz oder teilweise aus keramischen Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik gebildet ist.

2. Keramischer Lochstein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zum Kontakt mit Metallschmelze vorgesehene Oberfläche des Lochsteins aus keramischen Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik gebildet ist.

3. Keramischer Lochstein nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern, Hohlkugeln oder die Schaumkeramik aus mindestens 95 % reinem, vorzugsweise mindestens 99,5 % reinem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Spinell gebildet sind.

4. Keramischer Lochstein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sein Außendurchmesser mindestens 2 mal, vorzugsweise mindestens 3 mal, so groß ist wie sein in gleicher Richtung gemessener Innendurchmesser.

5. Keramischer Lochstein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er eine geschlossene Porosität aufweist.

6. Keramischer Lochstein nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Porosität von mehr als 25% aufweist.

7. Keramischer Lochstein nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Dichte von höchstens 80% der theoretischen Dichte aufweist.

8. Keramischer Lochstein nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Wärmeleitfähigkeit von höchstens 1 W/mK aufweist.

9. Keramischer Lochstein zum Einsatz in einem metallurgischen Gefäß zur Aufnahme von Metallschmelze, dadurch gekennzeichnet, dass er ganz oder teilweise aus mindestens 95 % reinem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, vorzugsweise stabilisiertes, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Spinell gebildet ist.

10. Keramischer Lochstein nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zum Kontakt mit Metallschmelze vorgesehene Oberfläche des Lochsteins aus mindestens 95 % reinem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Spinell gebildet ist.

11. Keramischer Lochstein nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Spinell eine Reinheit von mindestens 99,5 % aufweist.

12. Keramischer Lochstein nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Spinell als Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik ausgebildet ist.

13. Keramischer Lochstein nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sein Außendurchmesser mindestens 2 mal, vorzugsweise mindestens 3 mal, so groß ist wie sein in gleicher Richtung gemessener Innendurchmesser.

14. Metallurgisches Gefäß mit einer Ausgußdüse und mit einem am oberen Rand der Ausgußdüse angeordneten Lochstein nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Außendurchmesser des Lochsteins mindestens 4 mal so groß ist wie ein in gleicher Richtung gemessener Innendurchmesser der Ausgußdüse.

15. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Auskleidung aus keramischen Fasern, Hohlkugeln oder Schaumkeramik ausweist.

16. Metallurgisches Gefäß nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Auskleidung aus mindestens 95 % reinem, vorzugsweise mindestens 99,5 % reinem Material aus der Gruppe Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Magnesiumoxid, Kalziumoxid, Spinell aufweist.

17. Metallurgisches Gefäß nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen Außendurchmesser des Lochsteins und Innendurchmesser der Ausgußdüse mindestens 6 ist.

Zeichnung