DE1811513A1 - Feuerfestes Futter fuer metallurgische OEfen - Google Patents

Description

• Feuerfestes Futter für metallurgische Ofen Die vorliegenae Erfindung betrifft ein feuerfestes Futter für metallurgische basische Sauerstoffaufblasungsöfen (zum Beispiel Linz-Donawitz-, Kaldo- oder Stora-Kaldo-Öfen), bestehend aus kristallinem feuerfestem Material.
• Die bisher bekannten Futter für me-tallurgische basische Sauerstoffaufblasungsöfen waren aus basischem feuerfestem Material konstruiert, weil man der Meinung W?Ar daß dieses Material in Gegenwart basischer Schlacken die längste Lebensdauer aufweisen würde. Diese Praxis wurde beibehalben, obwohl im US-Patent No. 628 288 vorgeschlagen wurde, Siliziumkarbid ftIr die Futter der früheren basischen metallurgischen Öfen wie .3. der basischen Bessemer oder Thomas Konverter zu verwenden. Trotz der vorgeschlagenen Verwendbarkeit von Siliziumkarbid in den früheren metallurgischen Öfen kann Siliziumkarbid praktisch nicht als feuerfestes Material für metallurgische basische Sauerstoffaufblasungsöfen verwendet werden, weil durch die sehr viel höheren Temperaturen und stärker korrodierenden basischen eisenhaltigen Schlacken und Atmosphären in diesen Öfen die Siliziumkarbid-Ziegel schneller als die besseren basischen feuerfesten Ma-terialien, die derzeit in diesen Ofen Verwendung finden, korrodiert und erodiert werden.
• Er scheint, daß man nie daran gedacht hat, feuerfeste Materialien, die in der Hauptsache aus Karbiden, Boriden oder Nitriden, z.B. des Titans oder Zirkons, bestehen, sis Futter für metallurgische Öfen zu verwenden, da sie eine sehr geringe Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation und ihre Oxide eine sehr niedere Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Erosion durch basische eisenhaltiGe metallurgische Schlacken au weisen. So werden z.B. TiO2, ZrO2 und B2O3 jeweils außerordentlich schnell in solchen Schlacken elöst.
• Erfindungsgemäß wurde jedoch nun überraschend gefunden, daß wesentlich bessere Futter für metallurgische basische Sauerstoffaufblasungsöfen erhalten werden, wenn die Futter aus Karbiden, Boriden und/oder Nitriden des Titans und/oder Zirkons, aus Borkarbid oder aus festen Lösungen oder Mischungen dieser Bestandteile hergestellt werden. Ein Grund für die Verwendbarkeit dieser Materialien liegt in den Umweltsbedingungen innerhalb der metallurgischen basischen Sauerstoffaufblasungsöfen, in denen ein niederer Sauerstoffpartialdruck herrscht, ganz im Gegensatz zu den hohen Sauerstoffpartialdrucken in den herkömmlichen metallurgischen Öfen, wie etw-t der offenen ilerdöfen oder einigen elektrischen Öfen. Aufgrund der niederen Sauerstoffpartialdrucke bilden sich die Oxide des Titans, Zirkons und/cder Bors nicht, während die Karbide, Borde und/oder Nitride dieser Elemente in den basischen eisenhaltigen Schlaicken und Schlackendämpfen außerordentlich schwer löslich sind.
• Weiterhin wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen Materialien sogar kaum von diesen Schlacken benetzt werden.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Bebensdauer des feuerfesten Futters wesentlich erhöht werden kann.
• Dies wird dadurch erreicht, daß Karbide, Boride oder Nitride des Titans oder Zirkons, Borkarbid oder feste Lösungen oder Mischungen dieser Bestandteile verwendet werden, die zusätzlich bis zu 25 GewichtsprozentSiliziumkarbid und/oder Karbide, Boride oder Nitride des Ha@fniuns, Vanadins, Niobs, Tantals, Chroms Molybdäns, Wolframs, Mangans oder. Einsens 0 bis 5 Gewichtsprozente Oxide dieser Metalle und des Bors und Nischungen diese Bestandteile enthalten.
• Da diese Materialien sehr feuerfest sind, erlauben sie höhere Betriebstemperaturen, was sich wiederum günstig g auf die Betrieb dauer pro Charge auswirkt. Da diese Materialien eine nohe Verschleißfestikeit aufweisen, erlauben sie die verwendung von für die Stahl erzeugung notwendigen Zusätzen, die zwar abreibender wirken, ar-er billiger sind. Weiterhin weisen diese Materialien eine größere Widerstandsfähigkeit gegen plötzliche Temperaturveränderung als die herkömmlichen oxidischen feuerfesten Materialien auf. Die letztgenannte Eigenschaft der erfindungsgemäßen feuerfesten Materialien erlaubt bei der Stahlherstellung größere Temperaturschwankungen ohne daß das Futter springt oder absplittert.
• Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Futters ist seine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion oder Erosion durch geschmolzenes eisenhattiges Metall und basische eisenhaltee schlacke unter den gewöhnlich vorherrschenden reduzierenden Bedingungen im Vergleich zu vielen derzeit verwendeten basischen feuerfesten Futtern.
• Weitere merkmale und Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung zusammen mit der Zeichnung, die einen metallurgischen basischen Sauerstoffaufblasungsofen im Längsschnitt zeigt, zu ersehen.
• Ein metallurgischer basischer Sauerstoffaufblasungsofen ist im allgemeinen tonnenförmig und besteht gewöhnlich aus einem Metall-(z.B. Stahl)-Mantel 10, einem den Mantel isolierenden Diegeleutter 12, einer feuerfesten Stampfzwischenschicht 14, einem Betriebsfutter aus Ziegeln 16 und einem Schlauchendstück 18, das zur Einleitung des Sauerstoffs dient. Die Ziegel des Ziegelfutters 12 können aus den üblichen hierfür benutzbaren Materialien z.B. gebranntem Magnesit oder aus Kohlepulver und einem Bindemittel hergestellten Kohleblöcken bestehen. Die Stampfzwischenchicht 14 kann aus basischem feuerfestem Materie: oder aus Stampfmischungen, wie z.B. Freier, Dolomit oderMagnesitmischungen bestehen. Weitere geeignete Mischungen für die Stampfzwischenschicht 14 sind z.B. Kohlepulver oder Materialien die für das Betriebs futter 16 verwendet werden, gemischt mit 4 bis 20 Gewichtsprozenten (vorzugsweise 5 bis 10 Gewichtsprozente) kohlenstoffhaltigen Bindematerialien. Unter den Bindematerialien sind Teere und Peche vorzuziehen.
• Das Betriebsfutter 16 kann als Monolit aus einer Stampfmischung aus den erfindungsgemäßen Materialien geformt werden. Es ist aber vorzuziehen, das Betriebsfutter 16 aus Ziegeln aufzubauen.
• Die Ziegel können durch irgendein geeignetes Verfahren hergestellt werden: z.B. können durch Schmelzgießen von vollständig geschmolzenem Material einzelne monolitische Ziegel oder Barren, von welchen die Ziegel abgeschnitten werden können, hergestellt werden; eine weitere Möglichkeit ist das Preßformen von gekörntem Material mit einem gewöhnlichen Bindemittel.
• Letztgenannte Bindemittel können entweder keramischer Natur sein (Sintern des geformten Ziegels), anorganischer Natur sein (Zumischung von z.B. Chromat, Aluminat, Phosphat).oder organischer Natur sein (Verwendung eines verkohlbaren kohlenstoffhaltigen Bindematerials, wie etwa Teer oder Pech). Das Kornmaterial für die gebundenen Ziegel kann entweder aus feinzerteilten Körnern üblicher Korngröße bestehen oder kann in zwei oder mehrere verschiedene Korngrößen gesiebt werden, wobei, wenn gewünscht, eine Magerkornfraktion gebildet werden kann, was die bekannten Vorteile, wie z.B. dichtere Packung, festere Ziegel, kleine Brennschwindung,weniger Brechen etc nach sich zieht.
• Die Herstellung der Carbide, Boride und Nitride, die das wesentliche Kennzeichen der Erfindung darstellen, ist bereits beschrieben und soll hier nicht detailliert wiederholt werden.
• Es soll jedoch hervorgehoben werden, daß die gewählten Rohmaterialien, (z.B. Kohlenstoff, Bor, Borate, Metalle, Metalloxide oder Karbonate oder Karbide oder Boride oder Nitride) rein sein und in definierter Zusammensetzung verwendet werden Auf jeden Fall muß darauf geachtet werden, daß das Material möglichst wenig Metalloxide und Siliziumkarbid enthält, weil dieee Bestandteile die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Erosion erheblich erniedrigen. Labortests haben gezeigt, daß Siliziumkarbidgehalte von nur 40 Gewichtsprozenten die Korrosions-Erosions-Widerstandsfähigkeit gegen basische eisenhaltige Schlacke um das zwei- bis dreifache gegenüber ähnliche Materialien ohne Siliziumkarbidgehlt erniedrigt Weiterhin ist erwähnenswert, daßdie erfindungsgemäßen feuerfesten Material lien eine zehnmal größere Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Erosion durch basische eisenhaltige Schlacken -als Silizium karbid zeigen.
• Von 'Wichtigkeit ist weiterhin die tatsache, daß das erfindungs gemäße feuerfeste Material den derzeit im Handel erhältlichen feuerfesten Materialien, wie etwa gebrannten Magnesit mit und ohne Teerinprägnierung, gebrannten oder geschmolzenen Nagnesia Chromerz-Zusammensetzungen oder teergebundenen Dolomiten bezüg lich der Korrosions- und Erosionswiderstandsfähigkeit weit überlegen ist.
• Vorteilhaft ist weiterhin daß beim Schmelzgußformen von feuerfesten iegeln mit dem erfindungsgemäßen Material die bei der Verfestigung sich bildenden Kristalle ineinanderwachsen und ineinandergreifen, und so eine äußerst feste interkristalline Bindung und eine optimale Dichte erreicht wird, was sich wiederum in einer optimalen Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und-Erosion durch-geschmolzene Schlacken und Metalle auswirkt.
• Besonders deutlich werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Materials durch die im folgenden beschriebenen Vergleichsversuche aufgezeigt. Die Vergleichsversuche wurden in einm Testofen ausgeführt, dessen CO-Atmosphäre annähernd der eines basischen Sauerstoffaufblasungsofens entsprach. Die Testproben wiesen Maße von 2,5 - 3,0 cm X 2,5 cm X 1,3 cm auf. Die Proben wurden ca. 2 1/2 bis 3 Stunden lang bei 1700° C mit ihrer größten Oberfläche nacn oben zeigend durch einen abwärts gerich teten Strom von geschmolzenen basischen Schlackentröpfchen mit fast gleichförmiger Geschwindigkeit ca. 60 mal in der Stunde bewegt, bis 2 kg Schlacke verbraucht worden war. Die Schlacke entsprach der bei der Stahlherstellung in einem basischen Sauer stoffaufblasungsofen anfallenden Schlacke und hatte eine Zusammensetzung von 73,75 Gewichtsprozenten Fe2C3, 25,94 Gewichtsprozenten SiO2, 40,36 Gewichtsprozenten CaO, 6,25 Gewichtsprozenten MgO und 3,20 Gewichtsprozenten Al2O3. Am Ende des Testes wurde die Dicke der Proben gemessen und mit der ursprünglichen Dicke von 1,3 cm verglichen. Das Ergebnis wurde als prozentuale Dickenänderung ausgedrückt und "%-Abrieb" genannt.
• Die in der folgenden Tabelle unter "%-Abrieb" angegebenen Werte sind Durchschnittswerte, die auf den Ercebnissen vieic-r Korrosions-Erosions-Tests basieren. Die aus der Schmelze erstarrten Proben wurden aus vollständig geschmolzenen Mengen aus Metall, Bor und Kohlenstoff, bzw. in Stickstoffatmosphäre nitilertem Metall und Metall und Bor hergestellt. Die in geschmolzenem Zustand reagierten Proben wurden in situ, das heißt im Ofen, wo sie geschmolzen wurden, zu monolitischen Proben verfestigt.
• Die Körmer, die in den gesinterten und teergebundenen TiC-Probe verwendet wurden, wurden durch Brechen flammenbogengeschmolzener ad wieder verfestigter TiC-Massen hergestellt. In allen Proben au Karbiden, Boriden und Nitriden des Titans und Zirkons machten diese Bindungen über 95 Gewichtsprozente der Gesamtmasse aus; der Rest bestand aus freiem Kohlenstoff und Verunreinigungen, die aus den Rohmaterialien stammten.
• FEUERFESTES MATERIAL "%-ABRIEB" geschmolzenes TiC 5 - 10 esintertez (19000C) TiC Korn ungefähr 30 Teergebundenes (6-10 Gew.% Teer) TiC Korn 50 - 65 geschmolzenes ZrC 10 - 20 geschmolzenes TiB2 ungefähr 20 geschmolzenes ZrB2 ungefähr 15 geschmolzenes TiN ungefähr 20 geschmolzenes r. ungefähr 25 geschmolzenes B4C ungefähr gesintertes SiC Korn 70 - 100 gesintertes (1650°C) MgC 40 - 70 gesintertes und teerimprägniertes MgC 70 - 100 geschmolzene Magnesia (55 Gew.%)-Transvasl-Chromerz (45 Gew.%) 40 - 100 Es ergibt sich also eindeutig, daß, ausgenommen das teergebundene TiC, alle erfindungsgemäßen Proben wesentliche Verbesserungen gegenüber dem handelerhältlichen gesinterten SiC-Ziegeln und anderen basischen feuerfesten Materialien darstellen. Jedoch auch im Fall der teergebundenen TiC-Probe zeigen die Resultate eine Verbesserung gegenüber teerimprägniertem Magnesit und geschmolzenem Magnesia-Chromerz, die als Futter für metallurgische basische Sauerstoffaufblasungsöfen VerwendunO finden.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Feuerfestes Fut er für metallurgische basische Sauerstoffaufblasungsöfen bestehend aus Kristallinem feuerfestem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Material Karbide, Boride oder Nitride des Titans oder Zirkons, Borkarbid oder feste Lösungen oder Mischungen dieser Bestandteile enthält.

2. Feuerfestes Futter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnest, daß dieses bis zu 25 Gew. % Siliziumkarbid enthält.

3. Feuerfestes Futter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zusätzliche Karbide, Boride und/oder Nitride des Hf, V, Nb, Fe, Cr, Mo, W, Mn und Fe, O bis 5 Gew.% Uxide dieser Metalle und des Bors und Mischungen dieser Bestandteile enthält:

4. Feuerfestes Futter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses zu wenigstens 75 Gew.% aus den in den Ansprüchen , bis 3 genannten Bestandteilen beseht.

5. Feuerfeste Ziegel zur Herstellung eines Futters nsch den Ansprüchen 1 bi.- 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses aus Gußziegeln, die au einer Schmelze gegossen sind, Ziegeln aus gebundenen Körnern, Ziegeln aus keramisch gebundenen Körnern oder teerdurchtränkten Ziegeln besteht