B e s c h r e i b u n g

Die Erfindung betrifft ein feuerfestes keramisches Bauteil zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Me allschmelzen.

Es sind verschiedene Arten derartiger feuerfester kera¬ mischer Bauteile für unterschiedliche Anwendungsbereiche bekann .

Die Metallfiltration mittels keramischer Filter ist seit längerer Zeit Stand der Technik. Insbesondere bei der Halbzeugfertigung ist ein hoher Reinheitsgrad erforder¬ lich; kleinste Einschlüsse in der Schmelze führen zu einem Ausschuß. Im Bereich der Superlegierungen werden Gußteile für die verschiedensten Anwendungen seit längerer Zeit erfolgreich mit Keramikmaterialien in Schaumstruktur fil- tπert.

Die Einschlüsse sind abhängig von der Art des zu vergießen den Werkstoffes, den damit verbundenen Ausgaπgsmaterialien und den vorhandenen Schmelz- und Fertigungseinrichtungen. Die Einschlüsse bestehen hauptsächlich aus Schlacken, Impfmittelreaktionsprodukten , nichtmetallischen Oxiden, Sandeinspülungeπ , aber auch aus Rückständen der Behandlung und Transportgefäße.

Die keramischen Filter bestehen vor allem aus offenporigen Filterkörperπ in Schaumstruktur mit einer bestimmten Poro¬ sität in einer definierten Bandbreite. Beim Durchführen der Metallschmelzen erfolgt ein physikalisches Abscheiden von feinsten Teilchen an den Wandungen innerhalb des Filte körpers, wodurch die Metallschmelze "gereinigt" wird.

Derartige keramische "Schaumfilter ¹¹ sind zum Beispiel aus den Deutschen Offenleguπgsschriften 28 05 611, 33 14 7

34 24 504, 34 25 182 und 35 27 872 bekannt.

Daneben besteht eine weitere Gattung feuerfester keramisch Bauteile zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Stahlschm zen, die insbesondere bei Verteilerrinnen (Zwischenbehäl¬ tern) in Stranggießaπlagen Anwendung finden.

Hierbei handelt es sich um sogenannte "Dämme", die vorzugs weise auf dem Boden einer Verteilerrinne angeordnet sind. Die Dämme sollen zu einer Vergleichmäßigung der Strömungsg schwindigkeit und vor allem einer Beruhigung der Metall¬ schmelze in der Verteilerrinne dienen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die in den Tundish gegebene Metall¬ schmelze über die Fläche und das Volumen des Zwischen¬ behälters auf dem Weg zu den verschiedenen Ausgüssen gleic mäßig transportiert werden kann.

Durch eine Vergleichmäßigung und Verlängerung der Verweil zeit im Tundish können nichtme allische Verunreinigungen wie Schlacketeilchen, Aluminiumpartikel oder sonstige Stahlverunreinigungen in erhöhtem Maße in der Metallschme aufsteigen und anschließend in der auf die Metallschmelze aufgebrachten Abdeckmasse gebunden werden.

Aus der EP-A-173 147 ist eine mehrstufige Dammanordnung für einen Tundisch bekannt, wobei sich der Damm in Längs¬ richtung zwischen den beiden Stirnseiten des Zwischenge¬ fäßes erstreckt. Mit dem bekannten Damm soll das "Tot¬ volumen" innerhalb des Zwischengefäßes vermindert und die Behandlung der Metallschmelze im Tundish vergleich¬ mäßigt werden.

Einen Tuπdishdamm zeigt auch die EP-A-124 667, die im übrigen vorschlägt, den Damm aus feuerfesten Materialien mit einem bestimmten Gehalt an Faserstoffen herzustellen.

Die bekannten keramischen feuerfesten Bauteile zum Abschei den von Verunreinigungen aus Metallschmelzen führen zwar zu einer Verbesserung der Qualität der- vergossenen Produkt dennoch wird eine Qualitätssteigerung insbesondere bezüg¬ lich einer erhöhten Abscheidung nichtmetallischer Verun- reinigungen angestrebt.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein feuerfestes keramisches Bauteil vorzuschlagen, mit dem der Abscheidungsgrad von Verunreinigungen aus Metall¬ schmelzen erhöht wird. Gleichzeitig soll das Bauteil vor¬ zugsweise nachrüstbar sein und eine - insbesondere gegen-

über konventionellen keramischen Filtern - erhöhte Lebens¬ dauer aufweisen.

Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß der Abschei- dungsgrad von Verunreinigungen aus Metallschmelzen erheJp- lich verbessert werden kann, wenn die Schmelze nicht nur durch "Barrieren" beruhigt und gegebenenfalls durch einen offenporigen keramischen Filter geführt wird, sondern gleichzeitig einer Iπertgasbehandlung unterworfen wird.

Die Erfindung schlägt insoweit ein feuerfestes keramisches Bauteil zum Abscheiden von Verunreinigungen aus einer Metallschmelze mit einem porösen Abschnitt zum Durchführen der Metallschmelze sowie einer Einrichtung zur Zuführung eines Inertgases im Bereich des porösen Abschnittes vor.

Die Durchleitung der Metallschmelze durch einen porösen Abschnitt (Filter) führt zunächst zu einer Beruhigung der Schmelze aufgrund einer Verlangsamung der Durchström¬ geschwindigkeit. Damit ist gleichzeitig auch eine Art "Dammwirkung" erreicht.

Durch die weitere Zuführung eines- Inertgases im Bereich dieses porösen Abschnittes wird erfindungsgemäß eine Mög- lichkeit geschaffen, die unerwünschten Verunreinigungen mit dem Inertgasstrom schneller und vollständiger aus der Metallschmelze an die Oberfläche des Schmelzbades zu führen, v/o sie entnommen oder vorzugsweise in einer bekannten Abdeckmasse gebunden v/erden.

Der poröse Abschnitt soll vorzugsweise aus einem offen- zelligen keramischen Formkörper bestehen, wobei sich die

eingangs genannten, aus dem Stand der Technik bekannten Schaumkeramiken in besonderer ^" Weise anbieten.

Bevorzugt sind hier Formkörper aus einem organischen Polyme schaum in Mischung mit einem keramischen Schlicker.

Anstelle eines derartigen Ξchaumfilters kann der poröse Abschnitt, nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, auch aus einem gegebenenfalls auf einem Stütz¬ körper aufgebrachten Filtergewebe aus einer feuerfesten Faser gestaltet sein. Ein entsprechendes Filterelement ist in der DE-OS 33 40 417 beschrieben.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der poröse Abschnitt aus mehreren, im Abstand hintereinander angeordneten Bauteilen besteht (in Durchflußrichtung der Schmelze gesehen) : Es entsteht so eine Art stufenweise Filtrierung, wodurch der Abscheidungsgrad der Verunreini¬ gungen erhöht wird.

Sowohl herstellungsmäßig als auch bei der Anwendung ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der poröse Abschnit in einem dichten keramischen Aufnahmeteil einliegt. Es entsteht so eine Art Rahmen zur Aufnahme eines Filters.

Für den hier in Rede stehenden Anwendungsbereich empfiehlt sich, den Aufnahmeteil aus einem keramischen Material hoher Temperaturwechselbeständigkeit herzustellen, zum Beispiel aus einer hochtonerdehaltigen Masse. Dabei kann der Aufnahmeteil sowohl gegossen wie gepreßt sein.

Der (dichte) Aufnahmeteil übernimmt dabei gleichzeitig die Funktion der aus dem Stand der Technik bekannten Dämme.

Die Metallschmelze wird am Aufnahmeteil zurückgehalten und kann nur durch den porösen Abschnitt abfließen.

Vorzugsweise umschließt der. Aufnahmeteil den Filter all¬ seitig, wobei letzterer eine Quaderform aufweisen und im Aufπahmeteil zum Beispiel eingemörtelt sein kann.

Bezüglich der Anordnung einer Gaszuführeinrichtung bietet die Erfindung verschiedene alternative Ausführungsformen an, die auch kumulativ in ein und demselben feuerfesten keramischen Bauteil realisiert werden können.

In ihrer allgemeinsten Form besteht die Einrichtung zur Zuführung eines Inertgases aus einer Gasleitung, die vor- zugsweise parallel zum porösen Abschnitt und mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung in Richtung auf den porösen Abschnitt verläuft.

Damit ist sichergestellt, daß die Metallschmelze unmittel- bar vor, während und/oder nach ihrem Durchtritt durch den Filter von einem Iπertgasstrom gespült wird, der für eine zusätzliche Reinigung (gegebenenfalls Vor- beziehungs¬ weise Nachreinigung) sorgt.

Dabei schlägt die Erfindung in einer vorteilhaften Aus¬ führungsform vor, die Gasleitung unterhalb des porösen Abschnittes anzuordnen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Inertgas von unten nach oben und damit praktisch durch das gesamte Schmelzbad strömt.

Alternativ oder zusätzlich kann die Gasleitung jedoch auch an einer oder beiden Seitenflächen des Filters ange-

ordnet sein, wobei die Gasaustrittöffnungen dann im wesen lichen senkrecht zur Strömungsrich ung der Me allschmelze angeordnet sein sollten. Hierdurch ergibt sich, insbe¬ sondere zusammen mit einer Gasleitung unterhalb des porös Abschnittes, eine besonders intensive Inertgasbehandlung und damit eine besonders hohe Reinigungsleistung.

Die Gasleitung beziehungsweise ihre Gasaustrittsöffnung (en können, nach verschiedenen weiteren vorteilhaften Ausfüh- rungsformen der Erfindung, sowohl vor als auch hinter dem porösen Abschnitt, und in einer weiteren Ausbildung auch zwischen einzelnen Bauteilen des porösen Abschnittes verlaufen (jeweils in Durchflußπchtuπg der Metallschmelze gesehen) .

Wird die Gasleitung vor dem Filterteil angeordnet, so erfolgt eine Art "Vorreinigung", indem große Teile der Verunreinigungen bereits vor Eintritt der Metallschmelze in den Filter mit' dem Inertgasstrom nach oben weggeführt werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß nur noch ein Teil der Verunreinigungen in den Filter geführt wird und sich dieser insoweit nicht mehr so schnell "zuset In Kombination mit der Verwendung einer Abdeckmasse auf der Oberfläche des Schmelzbades ist weiter sichergestellt, daß die Verunreinigungen nicht nur physikalisch abgeschie¬ den, sondern auch chemisch (in der Abdeckmasse) gebunden werden .

Eine ebenso effektive (gegebenenfalls zusätzliche) Reinigu erfolgt, wenn die Gasleitung so angeordnet wird, daß eine Gasströmung zwischen einzelnen, im Abstand zueinander angeordneten Bauteilen des Filters erfolgt . Das

Prinzip st dabei das gleiche, wie vorstehend beschrieben, in diesem Fall wird vor allem der - in Durchflußrichtuπg der Schmelze hintere Filterteil - vor einem "Zusetzen" geschont.

Bei dieser Ausführungsform wird der Filter vorzugsweise entweder von oben in den Aufnahmeteil eingesetzt, oder auch, nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, zum Beispiel über eine entsprechende Nut-Feder Anordnung eingeschoben, oder aber der Aufnah eteil selbst ist m entsprechenden Bereich ebenfalls nach oben offen, so daß die Verunreinigungen ohne weiteres aufsteigen und - w e vorstehend beschrieben - in einer Abdeckmasse gebunden werden können.

Die Gasaustrittsöffnung (en) können auf verschiedene Weise gestaltet sein.

In einer ersten Ausführungsform wird hierzu vorgeschlagen, eine schlitz(kanal)för ige Öffnung vorzusehen, über die das Gas v/ie ein geschlossener Vorhang austreten kann.

Ebenso ist es aber auch möglich, von der Gasleitung eine Vielzahl einzelner, m Abstand zueinander angeordneter Gaskanäle vorzusehen, über die das Gas in einer Vielzahl von säulenförmigen Einzelströmeπ durch die Metallschmelze geführt wird, wobei der Reiniguπgseffekt noch größer ist.

Die mit einem erfindungsgemäßen feuerfesten keramischen Bauteil erzielbaren Vorteile s nd offensichtlich.

Gegenüber den eingangs beschriebenen bekannten Bauteilen kann ein sehr viel höherer Abscheidungsgrad an nichtmetal¬ lischen Verunreinigungen und damit eine wesentlich verbes¬ serte und gleichmäßigere Sch elzqual tä erreicht v/erden.

Dabei ist der konstruktive Aufwand minimal, und auch be¬ kannte Anlagen zur Behandlung oder Durchfuhrung von Metall schmelzen können ohne weiteres mit einem erfindungsgemaßen Bauteil nachgerustet werden.

Der Anwendungsbereich einer erfindungsgemaßen Einrichtung ist grundsatzlich nicht beschrankt. Das Bauteil kann sowoh in Gießereien, wo Sand-, Kokillen- oder Feingußstucke für alle möglichen Anwendungen hergestellt werden, als auch in Stranggießanlagen (hier vorzugsweise in einer Verteilerrinne) eingesetzt werden.

Beim Einsatz in einer Verteilemnne einer Stranggie߬ anlage erfüllt das erfindungsgemaße Bauteil die Funktion eines "gasspulenden Tundishdamms" und damit mehrere Funkti nen gleichzeitig, wie vorstehend im einzelnen beschrieben.

Weitere Merkmale der Erfindung "ergeben sich aus den Unter- anspruchen sowie den übrigen Anmeldungsunterlagen.

Das erfindungsgemaße Bauteil ist sowohl bezüglich seiner Geometrie als auch Anordnung in einer Schmelzbehandlungs¬ anlage nicht auf die beschriebenen Ausfuhrungsformeπ be¬ grenzt. Ebenso lassen sich neben den genannten weitere, an sich bekannte Materialien für die Herstellung des Auf- πahmeteils beziehungsweise porösen Korpers verwenden. Der Fachmann wird hier - e nach Anwendungsbereich - geeig¬ nete Qualitäten auswählen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung naher beschrieben, in der ein gasspulender Tundishdamm dargestel ist. Im einzelnen zeigt

Figur 1: eine perspektivische Ansicht eines erfinduπgs- gemäßeπ feuerfesten Bauteils

Figur 2: eine Frontansicht des Bauteiles gemäß Figur 1

Figur 3: einen Schnitt entlang der Linie A - B nach Figur

Figur 4: die Anordnung eines erfindungsgemäßen Bauteils in einem Zwischenbehälter.

In der Zeichnung ist mit dem Bezugszeicheπ 10 ein erfinduπ gemäßes feuerfestes Bauteil ganz allgemein gekennzeichnet.

Es besteht aus einem rahmenförmigen Aufnahmeteil 12 aus einer hochtonerdehaltigen , gegossenen und einvibrierten Masse mit einer mittigen quadratischen Durchgangsöffnung 14.

In der Durchgangsöf nung 14 sitzt ein quaderförmiger porös Abschnitt 16 (nachfolgend Filter genannt) ein.

Der Filter 16 ist mit dem Aufπah eteil 12 über eine feuer¬ feste Mörtelfuge 18 fest verbunden.

Der Filter 16 ist ein aus einem organischen Polymerschaum in Mischung mit einem keramischen Schlicker hergestellter gesinterter Formkörper. Seine chemische Analyse (in Gewich prozent) sowie physikalischen Kenndaten sind wie folgt:

Si0 ₂ 3,0 ¹ 2°3 83,5 ^Cr 2°3 2,6 ^P 2°5 5,9 κ ₂ o 0,3

Na ₂ 0 0,2

Rest diverse Oxide 4,5

3 Rohdichte : 1,9 g/cra

Offene Porosität: 50%

Der Filter 16 ermöglicht durch seine offene Porosität das Durchfließen einer Metallschmelze von der Vorderseite 20 zur Rückseite 22.

Das Netzwerk der miteinander verbundenen Poren des Fil¬ ters 16 bewirkt eine positive Filtrierwirkung, wobei auch Partikel mit erheblich geringerem Durchmesser als die durchschnittliche Porengröße im verzweigten Filternetzwerk aufgefangen werden. Auf diese Weise können πichtmetallisch Einschlüsse im μ -Bereich abfiltriert werden.

Dadurch, daß die Metallschmelze einen "Zickzackweg" durch das Filterπetzwerk nehmen muß, wird die Strömung der Metal schmelze ausgerichtet, und die durch eine "schäumende Metallschmelze" verursachten Schäden wie Oxidfilme und nichtmetallische Einschlüsse werden sicher verhindert.

Ein geringfügiger anfänglicher Strömungswiderstand beim "Angießen" führt dazu, daß während der Durchführung der Metallschmelze durch den Filter ein weites gehend kon¬ stanter etallostatischer Druck aufrechterhalten wird.

Unterhalb des Filters 16 verläuft im unteren Rahmenteil

24 eine Gasleitung 26 von außen parallel zur Vorderseite

20 des Filters 16 und mit gleichem Abstand zu dessen Unter seite 28.

Wie insbesondere den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist,

verlaufen von der Gasleitung 26 eine Vielzahl von Gasaus¬ trittskanälen 30 nach oben und treten an einer vorstehenden Stufe 32 an der Oberfläche des unteren Rahmenteils 24 aus diesem heraus.

Die Stufe 32 wird dadurch ausgebildet, daß der Filter 1_ etwas nach hinten (in Durchflußrichtung F der (nicht darge¬ stellten) Schmelze gesehen) versetzt im Aufπahmeteil 12 angeordnet ist, wodurch die Stufe 32 allseitig umläuft.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Bauteiles ist wie folgt:

Das Bauteil wird zunächst, wie Figur 4 zeigt, in eine Verteilerrinne 34 in den Weg der Metallschmelze eingebaut. Da die Metallschmelze in der Verteilerrinne im wesentlichen horizontal strömt, ist das feuerfeste Bauteil etwa senkrech zur Strömuπgsrichtung aufgestellt.

Von einer Gießpfanne (nicht dargestellt) wird die Metall- schmelze über einen Ausguß in die Verteilerrinne 34 ge¬ gossen, wobei der Eingießbereich des Gießstrahls mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet ist.

Das Bauteil 10 wirkt zunächst als Damm, bis die Metall- schmelze durch den Filter 16 hindurchtritt.

Zuvor ist die Gasleitung 26 an eine externe Gasversorgung angeschlossen worden, so daß ein Inertgas, vorzugsweise Argon oder dergleichen, durch die Gasaustrittskanäle 30 strömt und vor der Vorderseite 20 des Filters 16 aufsteigt.

Dabei wird eine Spülung der Metallschmelze erreicht, wäh¬ rend der nichtmetallische Verunreinigungen über die einzel¬ nen Gasbläschen mitgeführt werden, die dann aufsteigen

und in einer auf der- Oberfläche des Schmelzbades angeord¬ neten Abdeckschicht (nicht dargestellt) gebunden werden.

Dabei kann die Intensität des Gasstromes dem jeweiligen Anwendungsbereich angepaßt werden.

In Erweiterung der dargestellten Ausführungsform kann die Spülleitung 26 auch seitlich neben dem Filter 16 im Aufnahmeteil 12 hochgeführt und mit entsprechenden Gas- austπttskanälen ausgebildet werden, so daß neben der Gasströmung von unten nach oben auch eine horizontale Gaseindüsung erfolgt, wodurch der Spüleffekt weiter opti¬ miert wird.

Aufgrund der Reinigung der Metallschmelze vor der Durch¬ leitung durch den Schaumfilter gelangen weniger Verunrei¬ nigungen in diesen. Hierdurch bleibt der Filter länger als aus dem Stand der Technik bek ^' annt funktionstüchtig, das heißt, er setzt s ch langsamer zu und braucht deshalb auch seltener ausgetauscht werden.

Das dem erfindungsgemäßen Bauteil zugrundeliegende Prinzip kann auch angewendet werden, wenn die Schmelze von oben nach unten einen Filter durchströmt. Es ist dann im Einzel- fall die Gaszuführrichtung so einzustellen, daß eine ent¬ sprechende Reinigung der Schmelze vor dem Eintritt in den Filter erfolgen kann.