DE602005003968T2

DE602005003968T2 - Stopfenstange zur zufuhr von gas in eine metallschmelze

Info

Publication number: DE602005003968T2
Application number: DE602005003968T
Authority: DE
Inventors: Philippe Guillo
Original assignee: Vesuvius Crucible Co
Current assignee: Vesuvius Crucible Co
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2025-07-16
Also published as: TWI357837B; WO2006007672A2; CA2572497C; WO2006007672A3; JP4933430B2; DE602005003968D1; CA2572497A1; KR20070030913A; RU2375150C2; TW200615062A; AU2005263118A1; KR101128610B1; PL1789220T3; CN1988972A; EP1789220A2; BRPI0513258A; EP1789220B1; RU2007100205A; MX2007000764A; ES2299056T3

Description

Diese Erfindung betrifft eine Monoblock-Stopfenstange, welche beim Metallgießen zum Steuern des Flusses einer Metallschmelze aus einer Auslassdüse in einen Aufnahmebehälter verwendet wird.
Bei Stranggießprozessen hat die Anwendung durch den Stopfen hinab injizierter Gase zu deutlichen Verbesserungen der Qualität des gegossenen Metalls geführt. Beispielsweise können inerte Gase, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff, injiziert werden, um die Probleme infolge der Anbackung von bzw. der Verstopfung durch Aluminiumoxid zu vermindern oder um die Entfernung von Verfestigungsprodukten aus der Umgebung der Auslassdüse zu fördern. Reaktive Gase können ebenfalls eingesetzt werden, wenn die Zusammensetzung der Schmelze modifiziert werden soll. Herkömmlicherweise ist der Stopfen – im Allgemeinen hergestellt aus einer feuerfesten Aluminiumoxid-Kohlenstoff-Zusammensetzung – mit einer inneren Kammer versehen.
Es sind verschiedene Systeme entwickelt worden, um sicherzustellen, dass ein genau bemessener Gasstrom dem Stopfen zugeführt wird. Im Zusammenhang mit der Abdichtung solcher Systeme sowie bei der Sicherstellung, dass das Gas seiner gewollten Bahn folgt und nicht verunreinigt wird, sind Probleme aufgetreten. Stopfen, die sich bei der Erfüllung vieler dieser Anforderungen als erfolgreich erwiesen haben, sind in EP-A2-358.535 , WO-A1-00/30785 und WO-A1-00/30786 sowie erst kürzlich in WO-A1-02/100579 beschrieben worden.
Infolge ihrer Entwicklungsarbeiten auf diesem Fachgebiet hat die Anmelderin nunmehr feststellen müssen, dass das durch den Stopfen hindurch in die Metallschmelze injizierte Gas beim Passieren des Stopfens verunreinigt werden könnte.
Insbesondere ist zu erwarten, dass der Kohlenstoff in der Zusammensetzung, welche den Stopfenkörper bildet, einige der ebenfalls in der Zusammensetzung vorkommenden Metalloxide reduzieren könnte, wobei diese Reduktion von der Bildung von Kohlenmonoxid begleitet ist. Das in die Metallschmelze injizierte Kohlenmonoxid wird seinerseits das Aluminium oxidieren, welches der Stahlschmelze zur Beruhigung zugesetzt wurde, so dass beträchtliche Mengen an Aluminiumoxid entstehen, welche zur Anbackung von bzw. zur Verstopfung durch Aluminiumoxid beitragen.
Es wäre daher von Vorteil, eine Stopfenstange zu schaffen, welche das sie passierende Gas nicht verunreinigt.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem für eine Stopfenstange gelöst, welche zur Zufuhr von Gas beim Gießen einer Metallschmelze geeignet ist und einen Stopfenkörper mit einer inneren Kammer und einer Gasaustrittsöffnung umfasst, wobei eine Bohrung die innere Kammer mit der Gasaustrittsöffnung verbindet sowie die innere Kammer und die Bohrung einen Gasdurchlass begrenzen. Erfindungsgemäß sind die Wandungen des Gasdurchlasses mit einer Schicht eines Materials versehen, welches bei der Arbeitstemperatur kein Kohlenmonoxid freisetzt.
Es muss angemerkt werden, dass es nach Kenntnis der Anmelderin das erste Mal ist, dass vorgeschlagen wird, ein Feuerfesterzeugnis auf einem Bereich dieses Erzeugnisses, der niemals mit der Metallschmelze in Kontakt kommt, mit einer solchen Schicht zu versehen. Im Gegensatz dazu ist beim Stand der Technik, wie er beispielsweise durch die Dokumente USA-A1-5.691.061 oder USA-A1-5.681.499 belegt wird, eine solche Schicht einzig auf Bereichen vorgesehen, welche ständig mit dem Metall Kontakt haben.
Die Schicht kann nach der Herstellung der Stopfenstange als eine Beschichtung auf den Wandungen des Gasdurchlasses gebildet werden. Eine solche Beschichtung kann durch Sprühen einer Flüssigkeit, einer feuchten oder halbfeuchten Zusammensetzung oder einfach durch Füllen der inneren Kammer mit der geeigneten Zusammensetzung aufgebracht werden. Wenn die Beschichtung getrocknet ist, kann die Stopfenstange dann ausgehärtet werden. Als Alternative kann das Aushärten der Stopfenstange auch vor dem Beschichtungsschritt erfolgen. Vorteilhafterweise ist die Schicht eine Auskleidung, welche gemeinsam mit dem Stopfenstangenkörper gepresst wird. In diesem Falle ist tatsächlich möglich, die Anzahl der Herstellungsschritte zur vermindern. Nach einer anderen Variante erstreckt sich die Schicht im Wesentlichen über die gesamte Dicke der Wandungen des Gaskanals.
Das die Schicht bildende Material, welches bei der Arbeitstemperatur kein Kohlenmonoxid freisetzt, kann aus drei verschiedenen Kategorien von Materialien ausgewählt werden:

a) Materialien, welche keinen Kohlenstoff enthalten;
b) Materialien, welche im Wesentlichen aus nicht reduzierbaren Feuerfestoxiden bestehen oder
c) Materialien, welche Elemente umfassen, die mit dem entstandenen Kohlenmonoxid reagieren.

Vorzugsweise wird das gewählte Material zwei oder drei der oben aufgeführten Eigenschaften. aufweisen.
Beispiele geeigneter Materialien der ersten Kategorie sind Siliciumoxid (beispielsweise Kieselglas), Aluminiumoxid, Mullit oder Materialien auf Basis von Magnesiumoxid (Spinell). In bestimmten Fällen können diese Materialien jedoch ein wenig Schwierigkeiten beim Aufbringen einer Auskleidung oder Beschichtung bereiten (Das Fehlen von Kohlenstoff in der Schicht kann einige Probleme hinsichtlich des Temperaturschockverhaltens hervorrufen), und sie bilden keine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Geeignete Materialien der zweiten Kategorie sind beispielsweise Aluminiumoxid-Kohlenstoff-Zusammensetzungen. Speziell sollten diese Zusammensetzungen einen sehr geringen Gehalt an Siliciumoxid oder an herkömmlichen Verunreinigungen, wie sie üblicherweise in Siliciumoxid gefunden werden (Natrium- oder Kaliumoxid), enthalten. Speziell sollten Siliciumoxid und dessen übliche Verunreinigungen unter 2 Masse-%, vorzugsweise unter 1 Masse-% gehalten werden.
Geeignete Materialien der dritten Kategorie umfassen beispielsweise ein freies Metall, das mit Kohlenmonoxid in der Weise zu reagieren vermag, dass ein Metalloxid und freier Kohlenstoff entstehen. Silicium und Aluminium sind für diese Anwendung geeignet. Diese Materialien können daneben oder altemativ Carbide und Nitride umfassen, welche mit Kohlenmonoxid zu reagieren vermögen (beispielsweise Silicium- oder Bornitrid).
Vorzugsweise wird das ausgewählte Material zur zweiten oder zur dritten Kategorie gehören, und besonders bevorzugt wird es zur zweiten und zur dritten Kategorie gehören.
Ein geeignetes Material zur Bildung einer Schicht, welche bei der Arbeitstemperatur kein Kohlenmonoxid freisetzt, kann 60 Masse-% bis 88 Masse-% Aluminiumoxid, 10 Masse-% bis 20 Masse-% Grafit und 2 Masse-% bis 10 Masse-% Siliciumcarbid umfassen. Ein solches Material wird im Wesentlichen aus nicht oxidischen Stoffen oder aus nicht reduzierbaren Oxiden gebildet und umfasst Siliciumcarbid, welches mit dem Kohlenmonoxid reagieren kann, wenn bei Arbeitsbedingungen ein wenig davon entsteht.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in weicher 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Stopfenstange zeigt, beschrieben werden. Die Bezugszahl 1 bezeichnet die innere Kammer bzw. eine Gasaustrittsöffnung der Stopfenstange. Eine Bohrung 3 verbindet die innere Kammer 1 mit der Gasaustrittsöffnung 2. Die Bohrung 3 und die innere Kammer 1 begrenzen einen Gaskanal. Die 1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Schicht 4 als Auskleidung gemeinsam mit dem Stopfenkörper gepresst worden ist. In sehr praktischer Weise kann die Auskleidung 4 auch durch mehrere vorgeformte Rohrstücke 41, 42 und 43 gebildet werden, welche mit dem Stopfenkörper gemeinsam gepresst werden. Ein Teil einer Metallstange 5 verbindet die Stopfenstange mit der Aufhängevorrichtung (nicht dargestellt) und ist in Arbeitsstellung dargestellt. Vorzugsweise erstreckt sich die Metallstange 5 über den höchsten Punkt der Schicht 4 hinaus. In ganz besonders bevorzugter Weise ist eine Dichtung 6 rund um das untere Ende der Metallstange 5 eingesetzt.

Claims

Stopfenstange, welche zur Zufuhr von Gas beim Gießen einer Metallschmelze geeignet ist und einen Stopfenkörper mit einer inneren Kammer (1) und einer Gasaustrittsöffnung (2) umfasst, wobei eine Bohrung (3) die innere Kammer (1) mit der Gasaustrittsöffnung (2) verbindet sowie die innere Kammer (1) und die Bohrung (3) einen Gasdurchlass begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen des Gasdurchlasses mit einer Schicht (4) versehen sind, welche bei der Arbeitstemperatur kein Kohlenmonoxid produziert.
Stopfenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (4) eine Auskleidung ist, welche mit dem Körper gemeinsam gepresst ist.
Stopfenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (4) eine Beschichtung ist, welche auf den Wandungen des Gasdurchlasses aufgebracht ist.
Stopfenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schicht (4) im Wesentlichen über die ganze Wandungsdicke des Gasdurchlasses erstreckt.
Stopfenstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schicht (4) nach oben über den untersten Punkt, welcher von einer zur Anbringung des Stopfens an einer Aufhängevorrichtung benutzten Metallstange (5) erreicht wird, hinaus erstreckt.
Stopfenstange nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schicht (4) bildende Material ausgewählt ist aus den Gruppen von a) Materialien, welche keinen Kohlenstoff enthalten; b) Materialien, welche im Wesentlichen aus nicht reduzierbaren Feuerfestoxiden bestehen und/oder c) Materialien, welche Elemente umfassen, die mit dem entstandenen Kohlenmonoxid oder Gemischen desselben reagieren.
Stopfenstange nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (4) 60 Masse-% bis 88 Masse-% Aluminiumoxid, 10 Masse-% bis 20 Masse-% Grafit und 2 Masse-% bis 10 Masse-% Siliciumcarbid umfasst.
Stopfenstangenbaugruppe nach einem der bisherigen Ansprüche mit einer zur Anbringung des Stopfens an einer Aufhängevorrichtung benutzten Metallstange (5), wobei sich diese Metallstange (5) über den höchsten Punkt der Schicht (4) hinaus erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 8, bei welcher rund um das untere Ende der Metallstange (5) eine Dichtung (6) eingefügt ist.