Verfahren zur Verbesserung der Haltbarkeit der feuerfesten Auskleidung von metallurgischen Öfen oder Gefässen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der Haltbarkeit der feuerfesten Aus kleidung von metallurgischen Öfen wie z. B. Trom mel- oder Wannenöfen, von Kupolöfen, von Pfannen oder von sonstigen Gefässen zur Aufnahme von Schlacke bzw. Schlackenbildner aufweisenden Metall schmelzen.
Bekanntlich unterliegt das feuerfeste Material solcher Auskleidungen einem chemischen Angriff durch die Schlacke bzw. die Schlackenbildner wie z. B. Ca0 (Kalziumoxyd), Cu0 (Kupferoxyd), Fe0 (Eisenoxyd) oder MnO (Manganoxyd) usw., welcher zu einer Auflösung und Zerstörung der Auskleidung führt. Dadurch wird die Haltbarkeit und Lebensdauer der feuerfesten Auskleidungen stark herabgesetzt. Dies hat zur Folge, dass die Auskleidungen in ver hältnismässig kurzen Zeitabständen, z.
B. bei sauer zugestellten Kupolöfen täglich, ausgebessert und oft vollständig erneuert werden müssen. Dadurch ent stehen nicht nur hohe Kosten, sondern auch erheb liche Ausfälle an Betriebszeit. Durch die Erfindung wird bezweckt, diese Nachteile so weit wie möglich zu beseitigen, ohne dadurch die günstigen metallurgi schen Einflüsse und Wirkungen der Schlacke wäh rend und nach dem Schmelzprozess zu beeinträchti gen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass dem Schmelzgut entweder vor oder während oder nach der Bildung der Schlacke solche schlackenregulierende Stoffe zugesetzt werden, die zusammen mit der Schlacke bzw. den Schlacken bildnern eine sich der feuerfesten Auskleidung gegen über mindestens annähernd indifferent verhaltende Schlacke ergeben. Als schlackenregulierende Stoffe, im folgenden kurz als Regulatorstoffe bezeichnet, werden insbesondere CaCOg (Kalkstein), Si02 (Quarz) und A120, (Tonerde) verwendet.
Gegebenenfalls wer den den Regulatorstoffen Zusatzstoffe wie Mg0 (Magnesiumoxyd), CaF2 (Flussspat), CaC2 (Kalzium- karbid), Na2COg (Soda) zugegeben. Vorzugsweise wird eine Regulatorstoffmischung verwendet, die aus wenigstens zwei der erstgenannten Stoffe (CaCO3, Si02 und A1201) zusammengesetzt ist.
Dabei ist es vorteilhaft, diese Stoffe und gegebenenfalls auch die Zusatzstoffe in möglichst feinkörniger oder pulveri sierter Form zu vermischen und zu Presslingen zu verarbeiten, die dann dem Schmelzgut zugesetzt wer den. Die Regulatorstoffe können ohne weiteres mit ihren natürlichen Verunreinigungen (d. h. mit ge störtem Kristallgitteraufbau) verwendet werden.
Durch die Erfindung wird vor allem erreicht, dass eine niedrigschmelzende Schlacke entsteht, welche die feuerfeste Auskleidung der Öfen, Pfannen oder sonstigen Gefässe sehr viel weniger angreift als die bisher bei solchen Schmelzprozessen gebildeten Schlacken. Dadurch wird die Haltbarkeit und Le bensdauer der Auskleidungen ganz erheblich, z. B.
um das Zwei- bis Dreifache oder mehr erhöht. Ausser- dem wird gegebenenfalls erreicht, dass bestimmte Gattierungsträger wie Si (Silizium), Ti (Titan) und S (Schwefel) oder dgl. eingespart werden, weil sich eine saure Schlacke gemäss der Erfindung auch gegenüber derartigen Stoffen mehr oder weniger indifferent vor Oxydation verhält.
Ferner wird durch das Verfahren gemäss der Erfindung bei Schmelz- oder Umschmelz öfen eine nicht unerhebliche Ersparnis an Brennstof fen oder entsprechenden Energieträgern erzielt, weil die Bildungswärme der Schlacke geringer als bei den bisherigen Verfahren ist.
Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung liegt bei sauer zugestellten, d. h. mit sauren Auskleidungen versehenen metallurgischen Öfen, Pfannen oder son- stigen Gefässen. Die Zusammensetzung der Regula- torstoffe richtet sich im wesentlichen nach der Art und Zusammensetzung des Auskleidungsmaterials so wie nach der Art und Menge der Zuschlagstoffe,
welche ausser dem metallischen Schmelzgut in dem jeweiligen Schmelzprozess verwendet werden. Dabei kann man praktisch in jedem Einzelfalle von einer Analyse der angefallenen Schlacke ausgehen und da nach die erforderliche Zusammensetzung der Regu- latorstoffe mit der Zusammensetzung des Ausklei- dungsmaterials derart abstimmen,
dass chemische Reaktionen zwischen Schlacke und Auskleidungs- material so weit wie möglich verhindert werden.
Beispielsweise kann bei einer Kupolofen-Schmel- zung, bei der ausser dem metallischen Schmelzgut Koks und Kalkstein (CaC03) eingesetzt werden, in dem Regulatorstoffgemisch der Anteil an CaCO3 ent sprechend verringert werden oder sogar ganz in Fort fall kommen.
So wurden bei einem Kupolofen mit einer sauren Auskleidung gute Ergebnisse mit einem Regulator- stoffgemisch-erzielt, welches eine Schlacke mit 45 bis 60 % SiO2, 4 bis 15 % A1203 und 20 bis 35 % Ca0, Rest Metalloxyde, ergab.
Dem Regulatorstoffgemisch können auch Koks- grus, Kalziumkarbid (CaC2) und andere exotherme Stoffe, Entphosphorungs- und/oder Entschwefelungs- mittel wie Flussspat und Soda und Legierungsträger wie Eisen-Mangan, Eisen-Phosphor, Kalzium-Silizium, Eisen-Titan, Eisen-Nickel, Magnesium-Nickel,
Eisen- Chrom-Nickel-Molybdän, Metalloxyde und Metall abfallprodukte wie z. B. Metallspäne oder dgl. zuge setzt werden.
Das Regulatorstoffgemisch kann auch vor seiner Zugabe mit Bindemitteln wie Sulfitlauge, Wasserglas, Zement oder dgl. vermischt werden. Das Gemisch kann in Form von Presslingen zugesetzt werden, ent weder allein oder zusammen mit den nichtmetalli- schen Zuschlägen.
In diesen Presslingen können ge gebenenfalls Hohlräume vorgesehen sein, in die Stoffe wie Koksgrus und andere exotherme Zusätze, Ent- phosphorungs- und Entschwefelungsmittel und Le gierungsträger der vorstehend genannten Art einzeln oder zu mehreren eingebracht werden können. Hygro skopische Stoffe wie z.
B. Kalziumkarbid (CaC2) können vorteilhaft in luftdicht verschlossenen Hülsen oder ähnlichen Umhüllungen eingebracht werden.
Das Regulatorstoffgemisch kann auch insgesamt in Behältern oder Beuteln aus Eisenblech, Kunststoff oder Papier zugesetzt werden, wobei in diese Behälter gegebenenfalls auch Zuschlagstoffe der vorstehend genannten Art eingebracht werden können.
Das Regulatorstoffgemisch kann aus Naturpro dukten und/oder Abfallprodukten bestehen.
Je nach den vorliegenden Verhältnissen und Be dingungen kann das Regulatorstoffgemisch auf ver schiedene Weise und in verschiedenen Phasen des Schmelzprozesses, des Transportes des Schmelzgutes oder der weiteren Behandlung des Schmelzgutes zu gesetzt werden. Vorzugsweise wird das Gemisch in brikettierter Form vor Bildung einer Schlacke im Ofen oder vor dem Einfüllen des Schmelzgutes in eine Pfanne oder ein sonstiges Gefäss eingesetzt.
Bei spielsweise wird das Regulatorstoffgemisch in einen Kupol- oder Trommelofen zusammen mit dem metal lischen Beschickungsgut eingeführt. Bei einer Pfanne kann man zweckmässig das Regulatorstoffgemisch an der Randzone, wo normalerweise die Reaktion zwischen der Schlacke und der feuerfesten Ausklei dung erfolgt,
konzentrierter aufgeben als in der Pfannenmitte. Das Regulatorstoffgemisch kann auch beim Abstich des Ofens der Ofenschlacke in der Giessrinne zugesetzt werden. Ferner könnte das Re gulatorstoffgemisch durch mechanische Vorrichtun- gen in die Schlacke eingerührt werden.
<I>Beispiel 1</I> In einem sauer zugestellten Trommelofen, der zur Erschmelzung von ferritischem Temperguss dient, hat die aus einer Stampfmasse bestehende feuerfeste Aus kleidung z. B. folgende Zusammensetzung: ca. 88-95 % Si02 ca. 11- 4 % A120, Rest Fremdoxyde Neben Roheisen, Stahlschrott, Ferrosilizium, Ferro- mangan, wurde bisher Kalkstein als Schlackenbildner verwendet.
Die metallische Schmelze hat in diesem Falle die übliche Zusammensetzung des amerikani schen Tempergusses, während die Schlacke neben ca. 30-40 % Ca0, ca. 45-55 % Si02 und ca. 5-10 % A1203 sowie einige Anteile Metalloxyde enthält.
Der prozentuale Gehalt an SiO2 und Al2O3 stammt im wesentlichen aus der feuerfesten Auskleidung, ein weiterer Teil der Kieselsäure kommt von der Oxyda tion Si-reicher Gattierungsträger. Daraus ist ersicht lich, dass der bisher zur Schlackenbildung verwen dete Kalkstein eine auflösende Wirkung auf die feuer feste Auskleidung hatte.
Ausserdem bindet das durch Dissoziation entstehende CaO die Oxyde der Eisen begleiter, vor allem Silizium. Die bisherige Chargen zahl oder Erschmelzungsmenge betrug 45-60 Char gen bzw. 600-750 Tonnen Temperguss.
Wenn nun anstelle des bisherigen Kalksteinzu- satzes ein Regulatorstoffgemisch gemäss der Erfin dung mit 45-65 % CaCO3 <B>6-12</B> % A1202 50-35 % SiO2 in feinkörniger Mischung und in Brikettform zugege ben wurde, bei gleichbleibendem metallischem Ein satz, konnten nachstehende Erfolge erzielt werden: 1.
Das indifferente Verhalten der Schlacke ermög lichte eine Chargenzahl von 140-150 und eine Er schmelzungsmenge von 1900-2000 Tonnen.
2. 40-60 % an Ferrosilizium konnten im Einsatz eingespart werden.
<I>Beispiel 2</I> In einem sauer zugestellten Elektro-Kohlenstab- ofen hat die verwendete Ofenauskleidung folgende Zusammensetzung: 92-96 % Si02 7- 3 % A1203 Rest Fremdoxyde In diesem Ofen wird eine Ferrosiliziumschmelze mit einem Si-Gehalt von 18 % hergestellt. <RTI
ID="0003.0014"> Bisher wurde kein Schlackenbildner zugesetzt, und durch die Re aktion des Luftsauerstoffes mit der Schmelzbadober- fläche entstand eine Fe-reiche, natürliche Schlacke.
Die Analyse sagt aus, dass neben ca. 50 % Fe0 etwa 50 % SiO2,
A1203 usw. vorliegen. In diesem Falle übernimmt das Eisenoxyd die Aufgaben des Kalzium- oxydes und neutralisiert sich mit den sauren Bestand teilen der Ofenauskleidung und zum Teil der Gattie- rungsträger. Dementsprechend wird die Ofenausklei dung teilweise aufgelöst und zerstört.
Erfindungsgemäss wird ein Regulatorstoffgemisch mit 35-50 % CaCO3, 8-15 % A1203 und 35-60 % SiO2 in feinkörniger oder brikettierter Form vor oder während der Schmelzung zugesetzt.
Dadurch wird die Verflüssigung des Ofenfutters verhindert, und wäh rend früher etwa 15 Chargen mit einer einmaligen Ofenauskleidung erzielt wurden, so liegt erfindungs- gemäss die Chargenzahl in einem Bereich von 50-60 Schmelzungen. Weitere Vorteile ergeben sich durch geringere Abbrände des metallischen Einsatzes, vor allem der Siliziumträger. Das Ausbringen an flüssigem Metall steigt ebenfalls an.
<I>Beispiel 3</I> In einem sauer zugestellten Kupolofen, der bisher ebenfalls neben den Gattierungsträgern, wie im Bei spiel 1, mit Kalkstein gefahren wurde, konnten durch Zusatz eines Regulatorstoffgemisches mit der Zu sammensetzung 45-65 % CaCO3 6-12 % A12O3 50-35 % Si02 zum Beschickungsgut folgende Vorteile erzielt wer den:
1. An feuerfestem Material wurden 30-70 % der vorher benötigten Materialmenge erspart.
2. Die Brennstoffersparnis betrug bei Kokskoh- lenstoff 10-20 %, bei zusätzlicher Verwendung von Kalziumkarbid (CaC2) 20-80 % an CaC2.
3. Es wurde eine beachtliche Verringerung des Si-Abbrandes erzielt. <I>Beispiel 4</I> Bei einem sauer zugestellten Kupolofen, bei wel chem dem Beschickungsgut ein Regulatorstoffgemisch mit der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 3 zugesetzt wurde, konnten ausserdem metallurgische Vorteile erreicht werden a) durch eine Beeinflussung des Schwefelgehaltes, wobei in der im Beispiel 3 angegebenen Zusammen setzung des Regulatorstoffgemisches ein Anteil von 10-15 % CaCO3 (Kalkstein)
durch eine äquivalente Menge des Zusatzstoffes CaF2 (Flussspat) oder an derer Kalziumträger ersetzt wurde. In diesem Falle wird das indifferente Verhalten des Regulatorstoff- gemisches gegenüber der Ofenauskleidung zwar etwas beeinträchtigt, aber dafür die Löslichkeit des Schwe fels in der Schlacke wesentlich erhöht;
b) durch eine höhere Aufnahme von Fe0 in der Schlacke, wenn das im Beispiel 3 angegebene Regu- latorstoffgemisch durch Erhöhung der Si03 und A1203 Gehalte bei entsprechender Verringerung der basischen Komponente CaCO3 verändert wurde.
<I>Beispiel 5</I> Aus einem basisch zugestellten Siemens-Martin- Ofen wird eine Stahlschmelze mit einer Schlacke, die ca. 50 % Ca0, 10 % Fe0, 2 bis 8 % MnO + Mg0,
8-22 % SiO2 und 1-3 % A1203 neben anderen Oxy- den enthält, in eine sauer zugestellte Pfanne einge füllt.
Bevor das Schmelzgut mit Schlacke in die Pfanne eingefüllt wird, wird auf den Pfannenboden ein Regulatorstoffgemisch (in körniger oder briket tierter Form) eingesetzt, welches folgende Zusammen setzung hat: 0-30 % CaCO3 50-90 % Si02 3-18 % A1203 Es zeigt sich, dass die Auskleidung der Pfanne da durch erheblich weniger angegriffen wird und eine mehrfache Haltbarkeit als bisher erhält.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann auch bei Öfen und Gefässen mit andersartig aufgebauten Auskleidungen wie z. B. solchen aus Chrom magnesit, Dolomit, Korund, Sillimanit, Chromoxyd, Zirkonoxyd, Spinell oder Forsterit, Anwendung fin den, wobei die Zusammensetzung des Regulator- stoffgemisches diesen Auskleidungen und den even tuell verwendeten Schlackenbildnern wie z.
B. Dolo- mit oder Kalkstein so angepasst wird, dass eine sich der Auskleidung gegenüber möglichst indifferent ver haltende Schlacke gebildet wird.
In jedem Falle ist die gewünschte Wirkung des Regulatorstoffgemisches auf die feuerfeste Ausklei dung am günstigsten, wenn die Bestandteile des Re gulatorstoffgemisches in möglichst feinkörniger oder pulverisierter Form und in möglichst homogener Ver teilung angewendet werden, um eine möglichst grosse Oberflächenreaktion zu erhalten. Ein durch natür liche Verunreinigungen etwas verminderter Reinheits grad der Bestandteile (gestörter Kristallgitteraufbau durch Einbau fremder Ionen) ist für die Wirkung des Verfahrens nicht schädlich, sondern sogar vorteilhaft, weil dann eine starke Beschleunigung der Reaktionen in dem Regulatorstoffgemisch eintritt.
Beispielsweise reagiert amorphe Kieselsäure (Si02) leichter als kri- stallinische Kieselsäure (Quarz) mit basischen Oxyden wie z. B. CaO (Kaliumoxyd). Die angestrebte Bildung einer Schlacke, die sich der Ofenauskleidung gegen über neutral verhält, wird dadurch entsprechend be schleunigt.