DE10128699B4

DE10128699B4 - Kuppelbildende Schieberfüllmasse

Info

Publication number: DE10128699B4
Application number: DE2001128699
Authority: DE
Inventors: Frank Prechtel; Margrit Dr. Toma-Dislich; Michael Neeb
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: DE10128699A1

Abstract

Kuppelbildende Schieberfüllmasse, insbesondere für Stahlgießpfannen, die als Komponenten Chromerz, eine überwiegend Siliziumdioxid (SiO₂) enthaltende Komponente und gegebenenfalls einen zur Kuppelbildung und/oder Rieselfähigkeit beitragenden feinkörnigen Hilfsstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die überwiegend SiO₂ enthaltende Komponente einerseits aus einem Quarzsand hoher Reinheit und andererseits aus einer ein Flussmittel enthaltenden Komponente zusammengesetzt ist, wobei das Flussmittel ein Feldspatvertreter ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine kuppelbildende Schieberfüllmasse, insbesondere für Stahlgießpfannen, die als Komponenten Chromerz, eine überwiegend Siliziumdioxid (SiO₂) enthaltende Komponente und gegebenenfalls einen zur Kuppelbildung und/oder Rieselfähigkeit der Masse beitragenden feinkörnigen Hilfsstoff enthält. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zu deren Herstellung.
Gießpfannen für Metall- und/oder Stahlguss haben im Allgemeinen an der Unterseite einen rohrartig verlängerten Gießstutzen, der an seinem Ende durch einen Schieber verschließbar ist. Beim Beschicken der Gießpfanne mit einer neuen Schmelzcharge bei geschlossenem Schieber würde das flüssige Metall zuerst in den Gießauslauf und zum Schieber gelangen, würde dort zuerst erkalten und den Schieber für eine weitere Betätigung blockieren. Daher wird der Gießstutzen über dem geschlossenen Schieber mit einem rieselfähigen Material gefüllt, welches bei geschlossenem Schieber die Schmelze vom Schieber fernhält, nach Öffnen des Schiebers aber aus dem Gießstutzen hinausrieselt und diesen für den Schmelzdurchfluss freigibt. Die als Material verwendeten sog. kuppelbildenden Schieberfüllmassen haben die Eigenschaft, dass sie im Berührungsbereich mit der Schmelze zu einer Art Kruste zusammensintern oder zusammenbacken, die das Eindringen der Schmelze in den Rest der Schieberfüllmasse verhindert. Daher wird angestrebt, dass sich diese Kruste gegenüber der Schmelze in Form einer konvexen Kuppel ausbildet, die den hydrostatischen Druck der Schmelze besser aufnimmt.

Eine derartige Schieberfüllmasse ist aus der EP 0 428 964 B1 bekannt. Die bekannte kuppelbildende Schieberfüllmasse für Gießpfannen besteht aus einem Chromerzsand, einem Quarzsand als überwiegend SiO₂ enthaltende Komponente und einem die Kuppelbildung und die Rieselfähigkeit der Masse verbessernden feinkörnigen Hilfsstoff und unvermeidlichen Verunreinigungen. Als Hilfsstoff wird im bekannten Fall ein Ruß der Masse zugegeben. Im betrieblichen Einsatz hat sich jedoch gezeigt, dass die Rate der erfolgreichen Schieberöffnungen noch steigerbar ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Schieberfüllmasse bereitzustellen, die spezieller auf den Anwendungsfall einstellbar ist, um dadurch eine optimierte Öffnungsrate des Schiebers zu erreichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die überwiegend SiO₂ enthaltene Komponente einerseits aus einem Quarzsand hoher Reinheit und andererseits aus einer ein Flussmittel enthaltenen Komponente zusammengesetzt ist, wobei das Flussmittel ein Feldspatvertreter ist. Zu den Feldspatvertretern gehören Mineralien, die in kieselsäurearmen, basischen Erstarrungsgesteinen häufig auftreten, in denen sich Feldspate nicht bilden können. Die wichtigsten Feldspatvertreter sind Leucit und Nephelin.

Der Quarzsand soll möglichst frei von Verunreinigungen sein, da die kuppelbildende Eigenschaft mit Hilfe der das Flussmittel enthaltenen Komponente gezielt eingestellt werden soll. Der hohe Reinheitsgrad des Quarzsandes von vorzugsweise > 99,5 % SiO₂ wird mittels einer Nassaufbereitung mit Hydrozyklonen erreicht.
Der eingesetzte Quarzsand weist ferner vorteilhafterweise eine maximale Korngröße ≤ 1,2 mm auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die das Flussmittel enthaltene Komponente als Flussmittel Alkali- und/oder Erdalkali-Oxide. Mit Hilfe der Alkali- und/oder Erdalkali-Oxide kann die Schmelzphase in der Sinterkuppel gezielt eingestellt werden.
Vorzugsweise weist die das Flussmittel enthaltene Komponente ein SiO₂-haltiges Mineral auf. In diesem Fall kann das SiO₂-haltige Mineral 5-30 % Flussmitteloxide enthalten. Aufgrund von Lagerstättengegebenheiten ist das Flussmittel mit Quarz vergesellschaftet.
Vorteilhafterweise beträgt der Chromerzanteil der Schieberfüllmasse zwischen 30 und 85 Masse%. In diesem Bereich lässt sich eine optimierte Feuerfestigkeit des Schieberfüllsandes realisieren. Der konkrete Chromerzanteil der Schieberfüllmasse ist unter anderem von der Temperatur und Verweildauer der Stahlschmelze in der Gießpfanne abhängig.
Günstig ist eine Ausführungsform, bei welcher der durchschnittliche Cr₂O₃-Gehalt im Chromerz zwischen 40 und 50 Masse% beträgt. Die Höhe des Cr₂O₃-Gehaltes im Chromerz ist durch die Qualität der Lagerstätten vorgegeben.
Vorzugsweise überschreitet das eingesetzte Chromerz, aufgeteilt in die Korngrößenfraktion von > 250 μm, 125 bis 250 μm und < 125 μm eine Differenz im Cr₂O₃-Gehalt zwischen jeweils zwei der Fraktionen von maximal 2 Masse% absolut nicht und der CaO-Gehalt jeder der Fraktionen liegt unterhalb 0,3 Masse%. Die gleichmäßige Verteilung des Cr₂O₃-Gehaltes innerhalb der Kornfraktionen wird durch eine Nassaufbereitung des Roherzes möglich. Hierdurch gelingt es, Verunreinigungen, die in großem Maße in den feinkörnigen Fraktionen vorhanden sind, zu entfernen. Der Vorteil der geringen Abweichungen des Cr₂O₃-Gehaltes zwischen den einzelnen Fraktionen liegt in dem genauer bestimmbaren Anteil des Cr₂O₃-Gehaltes im Gesamtgemisch der Schieberfüllmasse. Eine möglichst hohe Konstanz des Cr₂O₃-Gehaltes über die Korngrößenverteilung ist ein Indiz für eine von der Korngröße weitgehend unabhängige gleichmäßige Zusammensetzung des Materials. Die oben genannte aufbereiterische Maßnahme macht sich insbesondere auch im CaO-Gehalt von < 0,3 Masse% bemerkbar. Der CaO-Gehalt soll möglichst niedrig gehalten werden, da die Schmelzphase mit Hilfe von Flussmitteln, die in der überwiegend Siliziumdioxid (SiO₂) enthaltenen Komponente enthalten sind, gezielt eingestellt werden soll und nicht über den undefinierten CaO-Gehalt des Chromerzes. Darüber hinaus ist der CaO-Gehalt ein Indikator für in Kalziumhydroxiden chemisch gebundenes Wasser, welches bei den Schiebermassen nicht erwünscht ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die maximale Differenz im Cr₂O₃-Gehalt zwischen jeweils zwei der Fraktionen weniger als 1 Masse % absolut. Dieses führt zu einer noch definierteren Einstellbarkeit des Cr₂O₃-Gehaltes in der Schieberfüllmasse.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der CaO-Gehalt jeder der Fraktionen unterhalb 0,15 Masse%.
Der gegebenenfalls in der Schieberfüllmasse enthaltene Hilfsstoff kann ein Ruß, ein Kohlenstoff oder Eisenoxid sein, vorzugsweise wird ein Flammruß verwendet.
Alternativ zu der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der das Chromerz, aufgeteilt in die Korngrößenfraktion von > 250 μm 125 bis 250 μm und < 125 μm, eine Differenz im Cr₂O₃-Gehalt zwischen jeweils zwei der Fraktionen von maximal 2 Masse% absolut nicht überschreitet, kann das eingesetzte Chromerz auch keine Korngröße < 125 μm aufweisen und der CaO-Gehalt unterhalb 0,3 Masse% liegen. Wie oben bereits beschrieben, sind die Verunreinigungen im Wesentlichen in den feinen Fraktionen < 125 μm vorhanden, so dass durch eine Klassierung und anschließende Auswahl der Fraktionen oberhalb einer Korngröße von 125 μm in großem Maße die Verunreinigungen aus dem Chromerz beseitigt sind. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der Verringerung des Aufwandes, da sich die aufbereiterischen Maßnahmen auf ein Klassieren beschränken und die aufwendige Nassaufbereitung der Sortierung in Nutzmineral und Verunreinigung entfällt.
Schieberfüllmassen der hier betroffenen Art werden im Allgemeinen hergestellt, indem die einzelnen Komponenten, die in gewünschten Korngrößenverteilungen zur Verfügung gestellt werden, zusammengemischt werden. Erfindungsgemäß besteht ein Verfahren zum Herstellen einer Schieberfüllmasse darin, dass beim Zusammenmischen die überwiegend SiO₂ enthaltende Komponente(n) einerseits aus einem Quarzsand hoher Reinheit und andererseits aus einer ein Flussmittel enthaltenen Komponente zusammengesetzt ist, wobei das Flussmittel ein Feldspatvertreter ist. Bevorzugt wird ein Quarzsand verwendet, der einen SiO₂-Anteil > 99,5 % und eine maximale Korngröße < 1,2 mm aufweist.
In einer besonderen Ausführungsform wird ein Chromerz verwendet, dass aufgeteilt in die Korngrößenfraktion von > 250 μm, 125 bis 250 μm und < 125 μm eine maximale Differenz im Cr₂O₃-Gehalt zwischen jeweils zwei der Fraktionen von 2 Masse% absolut nicht überschreitet und der CaO-Gehalt jeder der Fraktionen unterhalb 0,3 Masse% liegt.
In der nachfolgenden Tabelle 1 ist die qualitative Verteilung wichtiger chemischer Bestandteile der erfindungsgemäßen Schieberfüllmasse beispielhaft in der Mischung und den einzelnen Komponenten Quarzsand, Flussmittelsand und Chromerzsand aufgeführt. Der Flussmittelsand beinhaltet einen Feldspatvertreter als Flussmittel.
Tab. 1: Qualitative Verteilung der wichtigsten Bestandteile
Darüber hinaus sind die Massenanteile der Komponenten in der Mischung gegenübergestellt. Der wesentliche Anteil von 70 Massen% an der Mischung entfällt dabei auf den Chromerzsand. Einen geringen Anteil von 25 Masse% weist der Quarzsand und den geringsten Anteil von 5 Masse% der als Flussmittel eingesetzte Flussmittelsand auf.
Die Bestandteile der einzelnen Komponenten Quarzsand, Flussmittelsand und Chromerzsand addieren sich nicht zu 100 %, da einige weitere Metalloxide, die in den Komponenten nur in sehr geringen Bestandteilen enthalten sind, nicht umfassend im einzelnen aufgeführt sind.
Aus der Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass die Komponente Quarzsand einen SiO₂-Anteil von 99,6 Masse% aufweist, wodurch der hohe Reinheitsgrad des Quarzsandes dokumentiert wird. Die anderen Bestandteile wie Al₂O₃, Fe₂O₃ und TiO₂ sind nur als Spuren, teilweise im Bereich der Nachweisgrenze, enthalten.
Die Komponente Flussmittelsand umfasst zu einem überwiegenden Bestandteil von 86 Masse% SiO₂. Die weiteren Metalloxide Fe₂O₃, K₂O, Na₂O und CaO bilden zusammen mit einem Anteil von ca. 6 Masse% die als Flussbildner wirkenden Bestandteile.
Die wesentlichen Bestandteile des Chromerzsandes umfassen mit 46,6 Masse% das Cr₂O₃ und mit 26,9 Masse% das Fe₂O₃. Zwei wesentliche Bestandteile sind außerdem das Al₂O₃ mit 14,7 Masse% und das MgO mit 11,2 Masse%. Die weiteren Bestandteile sind nur in Spuren vorhanden und machen insgesamt zusammen ca. 1 Masse% im Chromerzsand aus. Dieses ist auf die besondere Aufbereitung des Chromerzsandes zurückzuführen, der im vorliegenden Beispiel keine Anteile mit einer Korngröße < 125 μm aufweist In den Feinstfraktionen jedoch sind im Wesentlichen die Verunreinigungen vorhanden.
Die quantitative Verteilung der Komponenten Quarzsand, Flussmittelsand und Chromerzsand gibt Tabelle 2 wieder.
Tab. 2: Quantitative Verteilung der Komponenten
Der bereits erwähnte Chromerzsand hat zu ca. 64 Masse% einen Anteil in einem Kornband von 500 bis 1000 μm und zu ca. 25 Masse% einen Anteil in einem feineren Kornband von 250 bis 500 μm. In Korngrößen unter 250 μm kommen nur vernachlässigbare Massenanteile vor.
Der Quarzsand weist einen maximalen Anteil von ca. 57 Masse% in einem Kornband von 125 bis 250 μm auf, 40 Masse% haben eine Korngröße zwischen 250 und 500 μm. Die weiteren Kornfraktionen haben hinsichtlich ihres Massenanteils an Quarzsand keine Bedeutung.
Der Flussmittelsand besitzt im Kornband von 250 bis 500 μm einen Anteil von ca. 51 Masse% und im Kornband von 125 bis 250 μm einen Anteil von ca. 39 Masse%. Abgesehen von knapp 7 Masse% in einem Kornband zwischen 500 und 1000 μm sind kaum andere Korngrößen in relevanter Masse enthalten.

Claims

Kuppelbildende Schieberfüllmasse, insbesondere für Stahlgießpfannen, die als Komponenten Chromerz, eine überwiegend Siliziumdioxid (SiO₂) enthaltende Komponente und gegebenenfalls einen zur Kuppelbildung und/oder Rieselfähigkeit beitragenden feinkörnigen Hilfsstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die überwiegend SiO₂ enthaltende Komponente einerseits aus einem Quarzsand hoher Reinheit und andererseits aus einer ein Flussmittel enthaltenden Komponente zusammengesetzt ist, wobei das Flussmittel ein Feldspatvertreter ist.
Schieberfüllmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzsand einen SiO₂-Anteil > 99,5 % aufweist.
Schieberfüllmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzsand eine maximale Korngröße von < 1,2 mm aufweist.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die das Flussmittel enthaltene Komponente 5-30 % Flussmitteloxide enthält.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die das Flussmittel enthaltende Komponente ein SiO₂-haltiges Mineral ist.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Chromerzanteil der Schieberfüllmasse zwischen 30 und 85 Masse% beträgt.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der durchschnittliche Cr₂O₃-Gehalt des Chromerzes zwischen 40 und 50 Masse% beträgt.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Chromerz, aufgeteilt in die Korngrößenfraktion von > 250 μm, 125 bis 250 μm und < 125 μm, eine maximale Differenz im Cr₂O₃-Gehalt zwischen jeweils zwei der Fraktionen von 2 Masse% absolut nicht überschreitet und der CaO-Gehalt jeder der Fraktionen unterhalb 0,3 Masse% liegt.
Schieberfüllmasse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Differenz im Cr₂O₃-Gehalt zwischen jeweils zwei der Fraktionen weniger als 1 Masse% absolut beträgt.
Schieberfüllmasse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der CaO-Gehalt jeder der Fraktionen unterhalb 0,15 Masse% liegt.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Chromerz keinen wesentlichen Korngrößenanteil < 125 μm aufweist und der CaO-Gehalt unterhalb 0,3 Masse% liegt.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff einen Ruß umfasst.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff einen Kohlenstoff umfasst.
Schieberfüllmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsstoff ein Eisenoxid umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer kuppelbildenden Schieberfüllmasse, insbesondere für Stahlgießpfannen, bei dem ein Chromerzsand, überwiegend Siliziumdioxid (SiO₂) enthaltende Komponente(n) und gegebenenfalls zur Kuppelbildung und/oder Rieselfähigkeit der Masse beitragende(r), feinkömige(r) Hilfsstoff(e) zusammengemischt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die überwiegend SiO₂ enthaltende Komponente(n) einerseits aus einem Quarzsand hoher Reinheit und andererseits aus einer ein Flussmittel enthaltenden Komponente zusammengesetzt ist, wobei das Flussmittel ein Feldspatvertreter ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quarzsand verwendet wird, der einen SiO₂-Anteil > 99,5 % aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quarzsand verwendet wird, der eine maximale Korngröße < 1,2 mm aufweist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Chromerz verwendet wird, das aufgeteilt in die Korngrößenfraktion von > 250 μm, 125 bis 250 μm und < 125 μm eine maximale Differenz im Cr₂O₃-Gehalt zwischen jeweils zwei der Fraktionen von 2 Masse% absolut nicht überschreitet und der CaO-Gehalt jeder der Fraktionen unterhalb 0,3 Masse% liegt.