DE69902054T2

DE69902054T2 - IMPROVEMENTS ON OR RELATED TO FIREPRODUCTS

Info

Publication number: DE69902054T2
Application number: DE69902054T
Authority: DE
Inventors: John Lee
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2019-11-27
Also published as: EP1133373A1; DE69902054D1; WO2000032337A1; CA2352299C; EP1133373B1; CA2352299A1; AU1967800A; GB9927467D0; GB9825986D0; ES2179694T3

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserung von oder in Bezug auf feuerfeste Produkte und im speziellen Verbesserungen von Feuerfesten Produkten die bei der Behandlung von Metallschmelzen verwendet werden, um die Zuverlässigkeit unter Hochtemperatur- Anwendungen zu verbessern.The invention relates to improvements in or relating to refractory products and in particular to improvements in refractory products used in the treatment of molten metals to improve reliability under high temperature applications.

Das Gießen von Metall und insbesondere das Gießen von Stahl beginnt üblicherweise damit, dass Metall aufgeschmolzen und in ein Gefäß überführt wird, zum Beispiel eine Pfanne oder einen Tundish. Feuerfeste Einrichtungen werden unter anderem zur Regulierung des Flusses der Metallschmelze benötigt, die aus einer am Boden des Gefäßes befestigten Düse austritt. Im Fall des Gießens von Stahl erfolgt dies üblicherweise über eine Öffnung im Boden des Gefäßes über Düsen und Rohre in eine wassergekühlte Form. Feuerfeste Einrichtungen wie Tauchrohre oder Gießdüsen werden oft zumindest teilweise über längere Zeiträume dem Angriff der Metallschmelze im Gießprozeß ausgesetzt und damit hohen Temperaturen und Spannungen während der effektiven Standzeit der Vorrichtung.Metal casting, and particularly steel casting, usually begins with metal being melted and transferred to a vessel, such as a ladle or tundish. Refractory devices are required, among other things, to regulate the flow of molten metal exiting from a nozzle attached to the bottom of the vessel. In the case of steel casting, this is usually done through an opening in the bottom of the vessel, via nozzles and tubes, into a water-cooled mold. Refractory devices such as dip tubes or pouring nozzles are often exposed, at least in part, for long periods to the attack of the molten metal in the casting process and thus to high temperatures and stresses during the effective life of the device.

Bei einem typischen Gießprozeß wird Metall in einem Ofen aufgeschmolzen, zunächst in eine Pfanne und dann in einen Tundish gefördert, von wo sie kontrolliert in eine gekühlte Form fließt. Im Tundish ist ein Kontrollventil für die Schmelze vorgesehen, welches eine Stopfenstange umfaßt, die steuerbar mit einer Auflagefläche einer Ausgußdüse in Kontakt gebracht werden kann. Der Stopfen würde normalerweise von der Auflagefläche ein bestimmtes Stück abgehoben, um eine bestimmte Ausflußrate der Metallschmelze durch das Ventil einzustellen, um letztendlich ein Produkt in einer Form zu gießen.In a typical casting process, metal is melted in a furnace, fed first into a ladle and then into a tundish, from where it flows in a controlled manner into a cooled mold. The tundish contains a control valve for the melt, which includes a plug rod that can be controllably brought into contact with a seating surface of a pouring nozzle. The plug would normally be lifted a certain distance from the seating surface to set a certain rate of flow of molten metal through the valve to ultimately cast a product in a mold.

Die Gießeinrichtung würde normalerweise eine Ausgußdüse oder ein Tauchrohr in der Nähe des Ausflußventils umfassen, wobei diese Teile während des Gießprozesses in die Schmelze eingetaucht werden.The pouring device would normally include a pouring nozzle or a dip tube near the pouring valve, these parts being immersed in the melt during the pouring process.

Bei einem Gießmechanismus mit Austauschdüse wird die Austauschdüse oder das Tauchrohr unter einer oberen Düse und einer stationären Platteneinrichtung gehalten, die zum Abdichten des Metallschmelzestromes oberhalb der Gießdüse oder des Tauchrohres dient; um die Gießdüse oder das Tauchrohr während des Gießprozesses zu wechseln.In a nozzle exchange pouring mechanism, the exchange nozzle or dip tube is held under an upper nozzle and a stationary plate means which serves to seal the molten metal flow above the pouring nozzle or dip tube in order to change the pouring nozzle or dip tube during the pouring process.

Die EP-A-0 149 164 offenbart eine feuerfeste Gießeinrichtung mit einem keramischen Körper, der ein keramisches Gießrohr und ein keramisches Trägerrohr umfaßt. Zwischen diesen beiden Elementen ist eine stoßdämpfende Zwischenzone vorgesehen, die ein Material umfaßt, das bei erhöhten Temperaturen verformbar ist.EP-A-0 149 164 discloses a refractory casting device with a ceramic body comprising a ceramic pouring tube and a ceramic carrier tube. Between these two elements there is provided a shock-absorbing intermediate zone which comprising a material which is deformable at elevated temperatures.

Die EP-A-0 346 378 beschreibt die Entwicklung sogenannter einteiliger Rohre (monotubes) und vergleicht diese mit einer zweiteiligen Platte-/Rohr-Anordnung, wie sie allgemein bekannt ist und bei Ausgußdüsen für Gießmechanismen der beschriebenen Art verwendet werden. Das Gießrohrelement verbindet einen Körper hoher Temperaturwechselbeständigkeit undEP-A-0 346 378 describes the development of so-called monotubes and compares them with a two-part plate/tube arrangement, as is generally known and used in pouring nozzles for pouring mechanisms of the type described. The pouring tube element combines a body with high thermal shock resistance and

Korrosionsbeständigkeit mit einer Schieberplattenoberfläche, die in der Lage ist, einen dichten Verschluß zwischen den stationären Komponenten der Einrichtung zu bilden.Corrosion resistance with a gate surface that is capable of forming a tight seal between the stationary components of the device.

Die Schieberplattenoberfläche umfaßt auch eine harte Kante, die es erlaubt, irgendeine Metallhaut durchzuschneiden, die sich während des Gießprozesses gebildet hat und die die freie Bewegharkeit des austauschbaren Monotubes während des Austauschvorgangs beschränkt.The slide plate surface also includes a hard edge that allows it to cut through any metal skin that has formed during the casting process and that restricts the free movement of the replaceable monotube during the replacement process.

Ein wesentlicher Vorteil der Monotube-Einrichtung gegenüber der ursprünglichen Feuerfestplatte und Rohranordnung oder gegossener Platte und Rohranordnung war die Vermeidung im wesentlichen horizontaler Verbindungen zwischen einer inneren Gießbohrung des Rohrs mit der Umgebungsatmosphäre, und damit der Vermeidung der Gefahr eines Luftzutritts oder eines Metallaustritts über diesen Verbindungsbereich.A major advantage of the Monotube arrangement over the original refractory plate and tube assembly or cast plate and tube assembly was the elimination of essentially horizontal connections between an internal casting bore of the tube and the ambient atmosphere, and thus the elimination of the risk of air ingress or metal leakage via this connection area.

Da die Gießbedingungen zunehmend schwerer und die Anforderungen an die Standzeit der feuerfesten Produkte gestiegen sind, wurden neue Anforderungen an einteilige Rohrelemente für Wechsel-Gieß-Ausgüsse gestellt.As the casting conditions have become increasingly difficult and the requirements for the service life of the refractory products have increased, new requirements have been placed on one-piece pipe elements for interchangeable pouring nozzles.

Um diesen Anforderungen zu begegnen wurden verschiedene Zusammensetzungen für das Gießrohrelement entwickelt, die es ermöglichen, die Plattenoberfläche und die Schnittkantenkonfiguration beizubehalten und gleichzeitig verbesserte Korrosions- und Erosionseigenschaften bereit zu stellen. Diese verbesserten Materialien für einteilige Gießrohre führen jedoch zu unterschiedlichen thermomechanischen Eigenschaften gegenüber den ursprünglichen Materialien, wie die folgende Tabelle zeigt: To meet these requirements, different compositions for the pouring tube element have been developed that allow the plate surface and cut edge configuration to be maintained while providing improved corrosion and erosion properties. However, these improved materials for one-piece pouring tubes result in different thermomechanical properties compared to the original materials, as shown in the following table:

Im Betrieb ist deutlich geworden, dass, während die allgemeinen Kriterien für eine Leistungsverbesserung erfüllt wurden, ein erhöhtes Risiko besteht, dass Wärmespannungen beim Angießen auftreten, die zu äußeren Mikrorissen im Bereich zwischen dem Kopf und den Hauptteilen des Gießrohres auftreten. In vielen Fällen ist dieses Mikroriß-Merkmal durch die Integrität des keramischen Hauptteils begrenzt. Dies führt zu keinen Betriebsproblemen, aber in Extremfällen ist es für die äußeren Mikrorisse möglich, sich über die keramische Rohrwand bis zur inneren Bohrung fortzusetzen. Dies führt entweder zu einem Luftzutritt oder einer Metalleckage, die beide die Beendigung des Gusses erfordern und Schäden an der Wechseldüse hervorrufen können.In operation it has become apparent that whilst the general criteria for performance improvement have been met, there is an increased risk of thermal stresses occurring during pouring leading to external microcracks in the area between the head and main parts of the pouring tube. In many cases this microcracking feature is limited by the integrity of the ceramic main part. This does not cause any operational problems, but in extreme cases it is possible for the external microcracks to propagate through the ceramic tube wall to the internal bore. This results in either air ingress or metal leakage, both of which require termination of the pour and can cause damage to the change nozzle.

Studien über das Verhalten von herkömmlichen metallischen Aufnahmen und rohrförmigen Gießelementen zeigten, dass die metallische Aufnahme, die wichtig ist, um die genaue Geometrie bereitzustellen, die für einen präzisen Sitz im Wechselausguß- Gießmechanismus notwendig ist, auch zur Wärmeübertragung vom Gießelement zum gekühlten mechanischen Mechanismus dienen könnte und dabei den thermischen Gradienten bei diesem kritischen Punkt verbessert. Bei Temperaturen, wie sie während des Vorheizens vor dem Gießstart auftreten, würde der untere Teil der Aufnahme außerdem eine Temperatur von ungefähr 900ºC erreichen, bei der der relativ einfache Stahl, aus dem die Aufnahme geformt ist, seine Festigkeit verlieren und nicht mehr die gewünschte strukturelle Unterstützung unterhalb des Wechselbereiches bietet.Studies of the behavior of conventional metallic pods and tubular casting elements showed that the metallic pod, which is important in providing the precise geometry necessary for a precise fit in the alternating spout casting mechanism, could also serve to transfer heat from the casting element to the cooled mechanical mechanism, thereby improving the thermal gradient at this critical point. In addition, at temperatures such as those encountered during preheating prior to the start of casting, the lower part of the pod would reach a temperature of approximately 900ºC, at which the relatively simple steel from which the pod is formed would lose its strength and no longer provide the desired structural support below the alternating region.

[Eine weitere Entwicklung des Einrohrkonzeptes zeigt die US 5,866,022, die die Anordnung eines co-gepreßten Rohrelementes aus unterschiedlichen Materialien beschreibt, wie in der EP-A-0 346 378 beschrieben, welches an die gewünschten Betriebsbedingungen durch Verwendung von Gießmaterialen angepaßt ist, die unmittelbar den Abstand zwischen der äußeren Oberfläche des Rohres und der inneren Oberfläche des metallischen Stützelementes ausfüllen. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.[A further development of the single tube concept is shown in US 5,866,022, which describes the arrangement of a co-pressed tube element made of different materials, as described in EP-A-0 346 378, which is adapted to the desired operating conditions by using casting materials which directly fill the gap between the outer surface of the tube and the inner surface of the metallic support element. This is shown in Fig. 4.

Während dieses Formkonzept Vorteile bezüglich einer reduzierten Mikrorißbildung gebracht hat, die zu Betriebsausfällen führen können, zeigt die Untersuchung von benutzten Teilen dass ein Risiko insoweit verbleibt, als dass ein Riß sich von dem Bereich zwischen dem Rohr und Plattenabschnitten des co-gepreßten Rohrelementes ausbreitet, wie in Fig. 5 dargestellt. Dieses Verhalten führt nicht zu so schwerwiegenden Konsequenzen wie den in Fig. 3 dargestellten Fehlern, weil es nicht notwendigerweise zu einer Leckage von geschmolzenem Stahl führt. Es ist jedoch wünschenswert, dieses Risiko zu eliminieren.While this mold concept has provided benefits in terms of reduced microcracking that can lead to operational failures, examination of used parts shows that a risk remains in that a crack will propagate from the area between the tube and plate sections of the co-pressed tube element, as shown in Fig. 5. This behavior does not lead to consequences as severe as the failures shown in Fig. 3 because it does not necessarily lead to leakage of molten steel. However, it is desirable to eliminate this risk.

Umfangreiche Computersimulationen von thermomechanischen Spannungen, die während des Vorheizens und Startens des Gießens auftreten, haben die Möglichkeit der Reduzierung der Spannungen gezeigt, die zu solcher Mikrorißbildung und -fortsetzung führen, und zwar durch Minimierung des thermischen Gradienten entlang des rohrförmigen Gießelementes, durch Bereitstellung einer kontinuierlichen Unterstützung unterhalb einer Wechselstelle und durch Verbesserungen der äußeren Geometrie des rohrförmigen Gießelementes.Extensive computer simulations of thermo-mechanical stresses occurring during preheating and casting start-up have demonstrated the possibility of reducing the stresses that lead to such microcracking initiation and propagation by minimizing the thermal gradient along the tubular casting element, by providing continuous support below a changeover point, and by improving the external geometry of the tubular casting element.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Risiken übermäßiger thermischer Spannungen in der neuen Generation von Gießrohrelementen auszuschließen oder zu reduzieren, und dies wird dadurch als erreichbar angesehen, indem sowohl die Form des Gießrohrelementes als auch die Art und Weise in der es in der Aufnahme konfektioniert ist, verändert wird. Es ist zu beachten, dass die Anordnung des Feuerfestmaterials in der Trägeraufnahme Sorgfalt erfordert um die genaue geometrische Konfiguration bereitzustellen, die eine effektive Bedienung des Rohr-Tausch- Mechanismus erlaubt und es erlaubt, das Prinzip beizubehalten, keine unmittelbare horizontale Verbindung von der Bohrung nach außen zu schaffen, ausgenommen die bearbeitete Gleitoberfläche.An object of the invention is to eliminate or reduce the risks of excessive thermal stresses in the new generation of pouring tube elements, and this is considered to be achievable by changing both the shape of the pouring tube element and the way in which it is assembled in the support. It should be noted that the arrangement of the refractory material in the support support requires care in order to achieve the exact geometric configuration which allows effective operation of the pipe exchange mechanism and allows to maintain the principle of not creating any direct horizontal connection from the bore to the outside, except for the machined sliding surface.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine feuerfeste Einrichtung zum Gießen einer Metallschmelze bereitgestellt, mit einem rohrförmigen keramischen Gießelement, welches in einer metallischen Aufnahme gehalten wird, in der ein keramischen Trägerelement eingeschlossen ist, und einer schockabsorbierenden Zwischenzone zwischen der metallischen Aufnahme und dem rohrförmigen keramischen Gießelement, wobei in dieser Zone ein Material vorgesehen ist, dessen thermische Eigenschaften so sind, dass es bei Umgebungstemperatur im wesentlichen fest ist, aber bei erhöhten Temperaturen, wie sie bei Metallguß auftreten, deformierbar wird.According to one aspect of the present invention there is provided a refractory device for casting molten metal comprising a tubular ceramic casting element held in a metallic receptacle in which a ceramic support element is enclosed and a shock absorbing intermediate zone between the metallic receptacle and the tubular ceramic casting element, in which zone there is provided a material whose thermal properties are such that it is substantially solid at ambient temperature but becomes deformable at elevated temperatures such as those encountered in metal casting.

Auf diese Weise bietet die Zwischenzone eine kontinuierliche mechanische Unterstützung des Hauptteils während des im wesentlichen festen Zustands (kühle Umgebungstemperatur) um eine strukturelle Integrität der zusammengestellten feuerfesten Einrichtung sicherzustellen, aber sie verformt sich in ausreichendem Maße, um einen Puffer gegen plötzliche Differential-Wärmespannungen zu bieten, wodurch das Risiko eines Mikrorißbruches durch den Hauptteil aufgrund von thermomechanischen Spannungen während des Aufheizens und des Starts der Gießoperation minimiert wird.In this way, the intermediate zone provides continuous mechanical support to the main part during the essentially solid state (cool ambient temperature) to ensure structural integrity of the assembled refractory, but it deforms sufficiently to provide a buffer against sudden differential thermal stresses, thus minimizing the risk of microcrack failure through the main part due to thermo-mechanical stresses during heating and start of the casting operation.

Das zur Verwendung in der Zwischenzone ausgewählte Material ist vorzugsweise bei Temperaturen bis 700ºC strukturell fest und wird ohne wesentliche chemische Zersetzung bei Temperaturen oberhalb 700ºC deformierbar. Das die Zwischenzone bildende Material umfaßt vorzugsweise ein pyroplastisches keramisches Material.The material selected for use in the intermediate zone is preferably structurally sound at temperatures up to 700ºC and becomes deformable without significant chemical decomposition at temperatures above 700ºC. The material forming the intermediate zone preferably comprises a pyroplastic ceramic material.

Vorzugsweise umfaßt die Zwischenzone ein keramisches Material wie eine Paste oder ein Bindemittel oder ein zusätzliches strukturelles, keramisches Element welches die vorgenannten Eigenschaften entfaltet.Preferably, the intermediate zone comprises a ceramic material such as a paste or a binder or an additional structural ceramic element which exhibits the aforementioned properties.

Das pyroplastische Material kann eine sinterbare Zusammensetzung sein, die über wenigstens eine der korrespondierenden Oberflächen von rohrförmigem Gießelement und metallischer Aufnahme aufgebracht wird.The pyroplastic material may be a sinterable composition applied over at least one of the corresponding surfaces of the tubular casting element and the metallic receptacle.

Das keramische Trägerelement ist im Regelfall vollständig innerhalb der metallischen Aufnahme eingeschlossen und mit und um den oberen Teil des rohrförmigen Gießelementes durch das genannte keramische Trägerelement angepaßt, welches ein inneres Profil aufweist, welches im wesentlichen dem äußeren Profil des Gießrohres entspricht. Die wechselseitigen Profile sind so, um korrespondierende Zwischenoberflächen und andere Paßformen bereitzustellen und umfassen zum Beispiel geneigte Oberflächen zum vereinfachten Zusammenbau und das Einfüllen oder Einsetzen des genannten schockabsorbierenden Zwischenzonenmaterials.The ceramic support member is typically completely enclosed within the metallic receptacle and is mated with and around the upper portion of the tubular casting member by said ceramic support member having an inner profile substantially corresponding to the outer profile of the casting tube. The mutual profiles are such as to provide corresponding intermediate surfaces and other mating features and include, for example, inclined surfaces for facilitating assembly and filling or insertion of said shock absorbing interzone material.

Das keramische Trägerelement kann aus einem keramischen Material geringer thermischer Leitfähigkeit vorgeformt sein, oder es kann in situ bei einer geeigneten Gießoperation, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, geformt werden.The ceramic support element may be preformed from a low thermal conductivity ceramic material, or it may be formed in situ in a suitable casting operation as is known in the art.

Die feuerfeste Einrichtung kann auf andere Art und Weise fertiggestellt werden, wie im Stand der Technik bekannt, um dem gewünschten Anwendungszweck zu genügen, beispielsweise hinsichtlich der Bereitstellung von flachen Oberflächen oder Augußdüsen etc..The refractory device may be finished in other ways known in the art to suit the desired application, for example, providing flat surfaces or pouring nozzles, etc.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die folgendes zeigen:Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 Einen Querschnitt einer zweiteiligen Platten- /Rohrkonfiguration gemäß Stand der Technik.Fig. 1 A cross-section of a two-part plate/tube configuration according to the prior art.

Fig. 2 Einen Querschnitt einer bekannten einteiligen Rohrkonfiguration.Fig. 2 A cross-section of a known one-piece tube configuration.

Fig. 3 Einen Querschnitt einer einteiligen Rohrkonfiguration mit einem Mikrorißbruch des Typs, der mit der Erfindung reduziert wird.Fig. 3 A cross-section of a one-piece tube configuration with a microcrack fracture of the type reduced by the invention.

Fig. 4 Ein Teilstück einer geänderten Version einer einteiligen Rohranordnung gemäß US 5,866,022.Fig. 4 A section of a modified version of a one-piece tube arrangement according to US 5,866,022.

Fig. 5 Eine Darstellung eines Rißverlaufes wie er bei Versuchen mit einer solchen Konfiguration beobachtet wurde.Fig. 5 A representation of a crack path as observed in tests with such a configuration.

Fig. 6 Einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen feuerfesten Einrichtung.Fig. 6 A cross section through a first embodiment of a fireproof device according to the invention.

Fig. 7 Einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen feuerfesten Einrichtung.Fig. 7 A cross section through a second embodiment of a fireproof device according to the invention.

Zu den Abbildungen: Die Fig. 1-3 zeigen Querschnitte feuerfester Einrichtungen gemäß Stand der Technik mit zweiteiligen Platten-/Rohr-Aufbau, wie allgemein im Stand der Technik bekannt beziehungsweise einer frühen einteiligen Rohrkonfiguration, wie sie oben beschrieben wurde.Regarding the figures: Figures 1-3 show cross sections of state-of-the-art refractory devices with a two-piece plate/tube structure as generally known in the art or an early one-piece tube configuration as described above.

Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen feuerfesten Produktes. Es zeigt eine feuerfeste Gießeinrichtung mit einem keramischen Gießrohrelement 10, beispielsweise einer Gießdüse oder einem Schattenrohr. Das Gießrohrelement wird in einer metallischen Aufnahme 11 gehalten, die die gewünschte geometrische Konfiguration des Rohres für die mechanische Integrität des Gießmechanismus sicherstellt. Ein keramisches Trägerelement 12 mit niedriger Wärmeleitfähigkeit ist innerhalb der metallischen Aufnahme eingeschlossen und paßt zum und um den oberen Teil des Gießrohrelementes aufgrund des Umstandes, dass das genannte keramische Trägerelement ein inneres Profil aufweist, welches dem äußeren Profil des Gießrohres ausreichend entspricht. Hier wird eine Anordnung mit abgestufter Schulter und Formschluß gezeigt.Fig. 6 is a cross-section through a first embodiment of a refractory product according to the invention. It shows a refractory casting device with a ceramic pouring tube element 10, for example a pouring nozzle or a shroud tube. The pouring tube element is held in a metallic holder 11, which ensures the desired geometric configuration of the tube for the mechanical integrity of the casting mechanism. A ceramic carrier element 12 with low thermal conductivity is enclosed within the metallic housing and fits to and around the upper part of the pouring tube element due to the fact that said ceramic support element has an inner profile which sufficiently corresponds to the outer profile of the pouring tube. Here, a stepped shoulder and positive locking arrangement is shown.

Die niedrige Wärmeleitfähigkeit des keramischen Trägerelementes reduziert Wärmeverluste vom Gießrohr während des Metallgießens, wodurch die durch das Gießrohr verursachten Differentialwärmespannungen minimiert werden, die zu einer Ausbreitung von Spannungs-Mikroriß-Merkmalen führen können.The low thermal conductivity of the ceramic support element reduces heat losses from the pour tube during metal pouring, thereby minimizing differential thermal stresses induced by the pour tube that can lead to propagation of stress microcrack features.

Eine schockabsorbierende Zwischenschicht 13 ist zwischen dem keramischen Trägerelement 12 mit geringer Wärmeleitfähigkeit und dem Gießrohrelement 10 ausgebildet. Die Zone wird nach einem Aspekt der Erfindung von einer Schicht aus einem pyroplastischen keramischen Zement gebildet, dessen Eigenschaften so gewählt sind, um optimale mechanische Festigkeit bei Temperaturen unterhalb 700ºC bereitzustellen, um das Gießrohr während des Vorheizens und der Behandlung zu unterstützen. Der Zement besitzt bei höheren Temperaturen, die während des Gebrauches dies Gießrohres in einem Metallgießprozeß auftreten, einen Grad an Pyroplastizität, um verbleibende Differentialspannungen zu absorbieren, die während dieses Prozesses entstehen können.A shock absorbing intermediate layer 13 is formed between the low thermal conductivity ceramic support element 12 and the pouring tube element 10. The zone is formed, according to one aspect of the invention, by a layer of a pyroplastic ceramic cement, the properties of which are selected to provide optimum mechanical strength at temperatures below 700°C to support the pouring tube during preheating and treatment. The cement has a degree of pyroplasticity at higher temperatures encountered during use of the pouring tube in a metal casting process to absorb residual differential stresses that may arise during this process.

Der pyroplastische keramische Zement kann beispielsweise aus einer Aluminiumoxid-Silikat-Mischung unter Zugabe von Fließmitteln gebildet werden, um pyroplastische Eigenschaften zu erzeugen. Eine typische Analyse eines solchen pyroplastischen Zementes ist: Aluminiumoxid: 20%, Kieselsäure: 54%, Kaliumoxid: 6%, Boroxid: 12% und Natriumoxid: 8%.The pyroplastic ceramic cement can be formed, for example, from an alumina-silicate mixture with the addition of flow agents to produce pyroplastic properties. A typical analysis of such a pyroplastic cement is: alumina: 20%, silica: 54%, potassium oxide: 6%, boric oxide: 12% and sodium oxide: 8%.

Eine solche Zusammensetzung ist für ein schrittweises Schmelzen ab 700ºC einsetzbar, um der Schicht eine Plastizität zu verleihen.Such a composition can be used for gradual melting from 700ºC in order to give the layer plasticity.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der das Gießrohrelement 20 mit einer pyroplastischen Oberflächenschicht 24 am oberen Abschnitt belegt ist, um die gewünschte Festigkeit bei niedriger Temperatur und Verformbarkeit bei hoher Temperatur bereitzustellen. Das beschichtete Rohr wird dann in die metallische Aufnahme 21 mit Hilfe des keramischen Betons 22 eingesetzt, welche dem Gießrohr während des Gießprozesses die mechanische Unterstützung gibt. Das keramische Stützelement reduziert außerdem Wärmeverluste vom Gießrohr während des Gießprozesses und minimiert dabei die Differentialthermospannungen, die beim Gießrohr auftreten und zur Ausbreitung der durch Spannungen hervorgerufenen Mikrorißmerkmale führen.Fig. 7 shows another embodiment of the invention in which the pour tube element 20 is coated with a pyroplastic surface layer 24 on the upper portion to provide the desired low temperature strength and high temperature ductility. The coated tube is then inserted into the metallic receptacle 21 by means of the ceramic concrete 22, which provides mechanical support to the pour tube during the pouring process. The ceramic support element also reduces heat losses from the pour tube during the pouring process, thereby minimizing the differential thermal stresses that occur in the pour tube and lead to the propagation of stress-induced microcrack features.

Beim Gebrauch einer der zuvor beschriebenen feuerfesten Einrichtungen wird das Gießrohr unterhalb einer Gefäßöffnung (nicht dargestellt) montiert. Geschmolzenes Metall wird durch das Gießrohr geführt, beispielsweise in eins wassergekühlte Form (nicht dargestellt). Während des metallischen Gießprozesses steigt die Außentemperatur des Gießrohres üblicherweise auf 700ºC bis 900ºC. Bei Temperaturen bis 700ºC bleibt die pyroplastische Zwischenzone 13, 24 zwischen dem Gießrohrelement 10, 20 und dem keramischen Element 12, 22 innerhalb der metallischen Aufnahme fest und schafft so eine strukturelle Kontinuität sowie zusätzliche mechanische Unterstützung für das Gießrohr. Dadurch wird die strukturelle Integrität der feuerfesten Einrichtung sichergestellt, beispielsweise während des Transportes und anfangs während des Zusammenbaus in einen Gießmechanismus und während des Vorheizens. Bei Temperaturen über 700ºC, bei denen Differentialthermospannungen zwischen dem Gießrohr und der Aufnahme früher möglich waren und einen Mikrorißbruch des Gießrohres verursachten, wird die pyroplastische Zwischenzone deformierbar, wodurch Differentialthermospannungen minimiert werden wie sie durch das Gießrohr in dem von der metallischen Aufnahme umfaßten Bereich auftreten. Auf diese Weise wird ein Mikrorißbruch durch die feuerfeste Einrichtung und ein Versagen vermieden, beziehungsweise verringert. Insoweit führt die vorliegende Erfindung zu einer verbesserten feuerfesten Einrichtung mit höherer Zuverlässigkeit und sie ist einer Beschädigung aufgrund von durch Differentialspannungen hervorgerufenen Mikrorißmerkmalen weniger ausgesetzt.When using one of the refractory devices described above, the pouring tube is mounted below a vessel opening (not shown). Molten metal is passed through the pouring tube, for example into a water-cooled mold (not shown). During the metal casting process, the external temperature of the pouring tube typically rises to 700ºC to 900ºC. At temperatures up to 700ºC, the pyroplastic intermediate zone 13, 24 between the pouring tube element 10, 20 and the ceramic element 12, 22 remains solid within the metal housing, thus providing structural continuity as well as additional mechanical support for the pouring tube. This ensures the structural integrity of the refractory device, for example during transport and initially during assembly into a casting mechanism and during preheating. At temperatures above 700°C, where differential thermal stresses between the pouring tube and the receiver were previously possible and caused microcrack failure of the pouring tube, the pyroplastic intermediate zone becomes deformable, thereby minimizing differential thermal stresses caused by the pouring tube in the area encompassed by the metallic receiver. In this way, microcrack failure through the refractory and failure is avoided or reduced. As such, the present invention results in an improved refractory with higher reliability and is less subject to damage due to microcrack features caused by differential stresses.

Claims

1. Refractory device for casting a molten metal, with a tubular ceramic casting element 10 which is held in a metallic holder 11 in which a ceramic carrier element 12 is enclosed, and a shock-absorbing intermediate zone 13 between the metallic holder 11 and the tubular ceramic casting element 10, wherein in this zone a material is provided whose thermal properties are such that it is essentially solid at ambient temperature but becomes deformable at elevated temperatures such as those which occur during metal casting.

2. A refractory device according to claim 1, wherein the material selected for use in the intermediate zone 13 is structurally sound at temperatures up to about 700°C and becomes deformable without substantial chemical decomposition at temperatures above about 700°C.

3. Refractory device according to claim 1 or 2, wherein the material forming the intermediate zone 13 comprises a pyroplastic ceramic material.

4. Ceramic device according to claim 1, wherein the intermediate zone 13 comprises a ceramic material such as a paste or a binder or an additional structural ceramic element.

5. A refractory device according to claim 3, wherein the pyroplastic material is a sinterable composition applied over at least one of the corresponding surfaces of the tubular casting element and the metallic receiver.

6. Refractory device according to one of the preceding claims, wherein the ceramic support element 12 is completely enclosed within the metallic receptacle 11 and is fitted to and around the upper part of the tubular pouring element by said ceramic support element 12 having an inner profile substantially corresponding to the outer profile of the pouring tube.

7. A refractory device according to claim 6, wherein the mutual profiles are such as to provide corresponding intermediate surfaces or other fits.

8. Refractory device according to one of the preceding claims, wherein the ceramic support element 12 is preformed from a ceramic material of low thermal conductivity or is formed in situ by casting.

9. Refractory device according to one of the preceding claims, wherein the refractory device is processed so that it satisfies the claimed purpose.