DE2262434C3

DE2262434C3 - Unterlagplatten für Blockformen zum fallenden Gießen von Stahl

Info

Publication number: DE2262434C3
Application number: DE19722262434
Authority: DE
Inventors: Toshimasa Narashino Chiba Kurihara (Japan)
Original assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Current assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Priority date: 1972-12-20
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2262434B2; DE2262434A1

Description

Die Erfindung betrifft Unterlagplatten für Gießformen zum fallenden Gießen von Stahl mit einem Einsatz, der in einer Ausnehmung befestigt ist, sowie Bodenpfropfen in den Kokillen für den gleichen Zweck, bei denen der Einsatz aus einem feuerfesten, Siliciumcarbid, Graphit, Siliciumdioxid und ein organisches Bindemittel, wie Teer, enthaltenden Material besteht.

In der Regel werden bei fallendem Gießen von Stahl in Blockformen gußeiserne Kokillen verwendet, die auf einer ebenen gußeisernen Unterlagsplatte stehen. Dabei neigt die ungeschützte Oberfläche der gußeisernen Unterlagsplatte infolge des starken Aufschiagens der Schmelze zu starker Erosion und wird in der Regel sehr schnell kraterförmig ausgefressen.

Diese kraterförmig ausgefressene, rauhe Oberfläche bewirkt ein Anhaften des Metalls aus dem Block an der Unterlagsplatte, wodurch mühsame Abtrennvorgänge

ίο notwendig werden. Außerdem ist die Lebensdauer der Unterlagsplatte wesentlich vermindert Ferner wird die untere Stirnfläche des Blocks unregelmäßig, so daß ein großer Teil dieser Fläche entfernt werden muß, um den Block weiter bearbeiten zu können.

Es wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, um die Unterlagsplatte vor diesen Beschädigungen zu schützen. Dabei sind im wesentlichen zwei Möglichkeiten gegeben, und zwar eine Beschichtung der Platte mit Lagen aus feuerfestem Material, z. B. Kieselsäure, oder die Verwendung von Einsätzen, die in Ausnehmungen an der Oberfläche der Unterlagsplatte befestigt sind.

Die erste Lösung hat den Nachteil, daß das feuerfeste Material in der Regel eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit hat, wobei Fehler im Block, wie Lunker oder Blasen, durch die uwgleichmäßige Abkühlung auftreten, während bei den Einsätzen aus Schamottstein, Silikatsteinen oder ähnlichen keramisch gebundenen feuerfesten Massen Probleme in bezug auf die Wärmeabführung und wegen der Festigkeits- und Absplittereigenschaften auftreten; wobei Splitter in den Stahl als nichtmetallische Einschlüsse eindringen können.

Es sind derartige Einsätze oder Kokillenstopfen bekannt (OE-PS 2 65 544 und US-PS 24 99 729), welche aus einem Werkstoff bestehen, der Siliciumcarbid und Graphit zum Schutz der Bodenplatten enthält. Dabei ist es bekannt, entweder ein Kohlenstoff enthaltendes Bindemittel zu verwenden oder aber Mischungen aus Graphit enthaltendes Siiiciummaterial und Siliciumcarbid bis zu 85% zu verwenden.

Diese bekannten Einsätze lösen jedoch nicht das Problem einer entsprechenden Wärmeleitfähigkeit des Einsatzes in Verbindung mit hoher mechanischer Festigkeit und Sicherheit gegen Absplittern.

Es könneil zwar mit hohen Siliciumcarbid- und/oder ähnlichen Siliciummaterial-Anteilen hohe mechanische Festigkeiten erreicht werden, jedoch ist ihre Wärmeleitfähigkeit sehr gering im Vergleich zu Gußeisen, aus dem die Kokille und die Unterlagplatte hergestellt ist, so daß eine ungleichförmige Abkühlung auftreten kann, wenn die Stahlschmelze in die Kokille gegossen wird, und Fehler, wie Lunker oder Blasen, im Block auftreten können.

Graphitmaterial hat zwar eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit und verhindert Fehler im Block, jedoch ist die mechanische Festigkeit extrem niedrig, und es wird außerdem zu schnell durch Oxydation abgenützt.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ein Einsatzmaterial zu schaffen, welches einerseits die notwendige Festigkeit und einen ausreichenden Widerstand gegen Absplitterung und Oxydation aufweist und andererseits eine so hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, daß Fehler im Gußblock vermieden werden.

Gemäß der Erfindung wird dies bei Unterlagsplatten der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß der Anteil an Kohlenstoff und Graphit 30-50 Gew.-%, der an Siliciumcarbid 30—50 Gew.-% und der an Siliciumdioxid 5-20 Gew.-% und die Wärmeleitfähigkeit des Materials 20-3 kcal/mh°C und die Druckfestigkeit

260-700 kg/cm² beträgt

Die mit derartigen Einsätzen ausgestatteten Unterlagsplatten weisen eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit auf, um Fehler im Gußblock zu verhindern, während • sie andererseits auch eine ausreichend hohe Festigkeit

und Splittersicherheu für eine ausreichende Betriebsdauer haben.

Vorzugsweise enthält das Material für den Einsatz

37-46 Gew.-% an Kohlenstoff und Graphit und 32-40 Gew.-% an Siliciumcarbid und 9-12 Gew.-% an Siliciumdioxid, ferner 2,0—2,5 Gew.-% Eisenoxid und

Ϊ 2,5-3.5 Gew.-⁶/o Zirkondioxid, wenn die Gießformen

j zum fallenden Gießen von Stahlblöcken mit einem

Z Gewicht von weniger als 10 Tonnen verwendet werden

sollen.

j Wenn die Gießformen zum fallenden Gießen von

■f Stahlblöcken mit einem Gewicht von 15 Tonnen und

■·;■! mehr verwendet werden sollen, beträgt das Material für

den Einsatz vorzugsweise 30-32 Gew.-% an Kohlen-

stoff und Graphit, 42 —48 Gew.-% an Siliciumcarbid und

ί 16—18 Gew.-% Siliciumdioxid und hat eine Druckfestig-

' keit von mindestens 690 kg/cm².

']· Der Einsatz kann in der Ausnehmung mit einem

Verbindungsmaterial befestigt sein, das 45 — 55 Gew.-%

Siliciumcarbid, 10-15 Gew.-% Ferrosilicium, 5-9

Gew.-% Fritte und 25-35 Gew.-% kolloidale Kiesel-Säurelösung (5-20 Gew.-% Feststoff) enthält, wobei die

t Fritte aus 20-25 Gew.-% Alkalimetalloxid, 8-15

Gew.-% Boroxid, 45—55 Gew.-% Siliciumdioxid und

\ 10—15 Gew.-% Kalziumoxid besteht. Die obere

ν Oberfläche des Einsatzes beträgt vorzugsweise

J 15-40% der Bodenfläche der Gießform, falls große.

ί Stahlblöcke mit einem Gewicht von 10 Tonnen und

; darüber hergestellt werden. Es kann wenigstens eine

! Rille ringförmig oder schraubenförmig an jeder der

einander gegenüberstehenden senkrechten Flächen der

; Ausnehmung bzw. des Einsatzes ausgebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitl durch eine Blockform gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Blockform gemäß Fig. 1.

Die Blockform 1 besteht aus einer gußeisernen Kokille 2, die auf einer gußeisernen Unterlagsplatte 3 steht. Eine kreisförmige Ausnehmung 4 ist in der Mitte der Oberfläche der Unterlagsplatte 3 ausgebildet, und ein Einsatz 5 in Form einer kreisförmigen Platte ist in diese Ausnehmung eingepaßt und mit teils einem Verbindungsmaterial 6, z. B. der obengenannten Zusammensetzung, befestigt. Eine dünne Schicht 7 aus feuerfestem Pulver, vorzugsweise aus einem Pulver der Zusammensetzung des Verbindungsmaterials, ist auf der Grundfläche der Ausnehmung 4 als Polster angeordnet. Das Verbindungsmaterial 6 sollte vollständig getrocknet werden, nachdem es aufgebracht ist.

Vorzugsweise beträgt die obere Fläche des Einsatzes 5, die dem flüssigen Metall ausgesetzt ist, etwa 15-40% der Bodenfläche der Gießform, falls große Stahlblöcke mit einem Gewicht von 10 t oder darüber hergestellt werden. Für kleine Stahlblöcke von weniger als 10 t sind 100% der Fläche besser.

Die Oberfläche des Einsatzes 5 kann niedriger als die Oberfläche der Unterlagsplatte 3 sein, z. B. etwa 30 bis 50 mm je nach der Größe des Blockes, um ein Spritzen dadurch zu verhindern, daß ein Bad unter dem fallenden flüssigen Metall zu Beginn des Gießvorganges erzeugt wird, und ebenso um einen Ansatz an der Bodenseite des Gußblocks anzubringen, der für die folgenden Arbeitsvorgänge verwendet werden kann. Um den Einsatz fester in der Ausnehmung anzubringen, sind ringförmige oder schraubenförmige Rillen 8 und 9 an den einander gegenüberstehenden senkrechten Flächen der Ausnehmung 4 bzw. des Einsatzes 5, vorzugsweise in der unteren Hälfte des Einsatzes vorgesehen. Das Verbindungsmaterial 6, das in die

to Rillen 8 und 9 eingefüllt ist kann den Einsatz 5 durch seine Keilwirkung sicher halten.

Beispiel 1

Einsätze der folgenden Zusammensetzung werden hergestellt, indem die erforderlichen Mengen von natürlichem Graphit Siliciumkarbid, Kieselsäure, Eisenoxyd, Zirkondioxyd und Fritte, alle in pulverisiertem Zustand, gemischt wurden, das Gemisch mit einer ausreichenden Menge organischem Bindemittel, wie Kohlenpech und Teer, verbunden und durch Pressen geformt wurde, und die geformten Ziegel bei einer Temperatur von etwa 1200⁰C gebrannt wurden.

Kohlenstoff und Graphit

Siliciumkarbid

Siliciumdioxid

Aluminiumoxid

Eisenoxid
Zirkondioxid

Alkalimetalloxid

Boroxid

37bis46Gew.-%

32bis40Gew.-%

9bis12Gew.-%

2,9bis3,5Gew.-%

2,0bis2.4Gew.-%

2,5 bis 3.1 Gew.-%

0,6bisl,2Gew.-%

0,3bis0.6Gew.-%

Die physikalischen Eigenschaften dieses Einsatzes waren die folgenden:

Spezifisches Gewicht der

losen Masse 1,95 bis 2,0

Scheinbares spezifisches

Gewicht 2,27 bis 2,40

Scheinbare Porosität (%) 20 bis 25

Druckfestigkeit (kg/cm²) 320 bis 360

Wärmeleitfähigkeit (kcal/mh⁰ C) 22 bis 28

Die Einsätze wurden in der Ausnehmung in der Oberfläche der Unterlagsplatten mit dem obengenannten Verbindungsmaterial befestigt. Die Unterlagplatten wurden für das Gießen von Stahlblöcken verwendet, die 10 bis 15 t wogen. Die Unterlagsplatten konnten einer mehr als 70maligen Verwendung standhalten. Die Erosin der Unterlagsplatten war extrem verringert und bemerkenswerte Fehler konnten in den Metallblöcken nicht beobachtet werden.

Beispiel 2

Einsätze der folgenden Zusammensetzung wurden

durch den gleichen Vorgang wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß EisenGxid und Zirkondioxid in diesem Beispiel nicht zugegeben wurden.

Kohlenstoff und Graphit

Siliciumkarbid

Siliciumdioxid

Aluminiumoxid

Alkalimetalloxid

Boroxid

30 bis 32 Gew.-%

42bis48Gew.-% 16 bis 18Gew.-% 1,0 bis 1.5Gew.-% 0,6bisl,2Gew.-% O,3bisO.6Gew.-%

Diese Einsätze hatten die folgenden physikalischen Eigenschaften:

Spezifisches (jewichi der	2.1 5 bis 2.21
losen Müsse
Scheinbares spezifisches	2,60 bis 2,71
Gewicht	17 bis 18
Scheinbares Porosität (%)	690 bis 700
Druckfestigkeit (kg/cm²)	20 bis 25
Wärmeleitfähigkeit (kcal/mh° C)

Diese Einsätze wurden mit den Unterlagsplatten in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 verbunden und für das Gießen von Stahlblöcken verwendet, die jeweils mehr als 15 t wogen.

Die Unlerlagsschcibcn konnten einer mehr als SOmaligen Verwendung standhalten, ohne daß irgendwelche bemerkenswerten Defekte auftraten. Auch in den Metallgußblöcken wurden keine bemerkenswerten Fehler beobachtet.

Mit den vorstehenden Beispielen wurden Vergleichsversuchc gegenüber Proben mit geringen bzw. höheren Kohlenstoff- und Graphitanteüen durchgeführt.

Die Ergebnisse dieser Vergleichsversuehe sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Tabelle

Zusammensetzung	Material gemäß der	Erfindung	Anspruch 1	Proben	C2
	Beispiel I	Beispiel 2	30-46	CI	80
Kohlenstoff und Graphit	37-46	30-32	32-48	14	7
Siliciumcarbid	32-40	42-48	9-18	24	8
Siliciumdioxid	9-12	16-18	—	40	—
Aluminiumoxid	2,9-3,5	1,0-1,5	—	17	3
Eisenoxid	2,0-2,4	—	—	3	—
Zircondioxid	2,5-3,1	—	—	—	1
Alkalimetalloxid	0,6-1,2	0,6-1,2	—	1	—
Boroxid	0,3-0,6	0,3-0,6		—	1
Andere				1
Eigenschaften			—		1,91
Spez. Gew. der losen Masse	1,95-2,00	2,15-2,22	—	1,93	2,43
Scheinbares spez. Gew.	2,27-2,40	2,60-2,71	—	2,70	18,2
Scheinbare Porosität	20-25	17-18	320	26,5	180
Druckfestigkeit, kg/cm²	320-360	690-700	20-30	320	83
Wärmeleitfähigkeit, kcal/mh°C	22-28	20-25	5,4

Die Probe Cl, die mit einem Zusatz von Graphit und Siliciumcarbid wie bei einem üblichen feuerfesten Schamottmaterial hergestellt wurde, zeigt eine ausreichend hohe Druckfestigkeit von 320 kg/cm², welche mit dem Material gemäß- der Erfindung vergleichbar ist. hat aber eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit infolge des geringen Kohlenstoff- und Graphitgehaltes und des vergleichsweise hohen Gehalts von 24% Siliciumcarbid.

Andererseits zeigt die Probe C 2, welche 80% Kohlenstoff und Graphit enthält, eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit, aber eine sehr geringe Druckfestigkeit.

Es ist wünschenswert den Kohlenstoff- und Graphitgehall so hoch als möglich zu hal'en, im Hinblick auf die Verhinderung von Fehlern im Block, aber dieser Gehall begrenzt die erforderliche Festigkeit für den Einsat? und ebenso die Oxydationseigenschaften.

Die erfindungsgemäße erreichte Druckfestigkeit vor mindestens 260 kg/cm² für den Einsatz bei kleiner Kokillen bis 700 kg/cm² für den Einsatz von großer Kokillen ergibt ausreichende Festigkeitseigenschaften während eine Wärmeleitfähigkeit von 20cal/mh°C ausreicht, um Gießfehler im Block zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Unterlagplatten für Gießformen zum fallenden Gießen von Stahl mit einem Einsatz, der in einer Ausnehmung befestigt ist, sowie Bodenpfropfen in den Kokillen für den gleichen Zweck, bei denen der Einsatz aus einem feuerfesten Siliciumcarbid, Graphit, Siliciumdioxid und ein organisches Bindemittel, wie Teer, enthaltendem Material besteht, dadurch g e k e nn ze i c h η e t, daß der Anteil an Kohlenstoff und Graphit 30 bis 50 Gew.-%, der an Siliciumcarbid 30 bis 50Gew.-% und der an Siliciumdioxid 5 bis 20 Gew.-% und die Wärmeleitfähigkeit des Materials 20 bis 30 kcal/mh°C und die Druckfestigkeit 260 -700 kg/cm² beträgt

2. Unterlagplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Einsatz 37 bis 46 Gew.-^'o an Kohlenstoff und Graphit und 32 bis 40 Gew.-% an Siliciumcarbid und 9 bis 12 Gew.-% an Siliciumdioxid enthält, ferner 2,0 bis 2,5 Gew-% Eisenoxid und 2,5 bis 3,5 Gew.-% Zirkondioxid, für Gießformen zum fallenden Gießen von Stahlblöcken mit einem Gewicht von weniger als 10 U

3. Unterlagplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für den Einsatz 30 bis 32 Gew.-% an Kohlenstoff und Graphit, 42 bis 48 Gew.-% an Siliciumcarbid und 16 bis 18 Gew.-% an Siliciumdioxid und eine Druckfestigkeit von mindestens 690 kg/cm² hat, für Gießformen zum fallenden Gießen von Stahlblöcken mit einem Gewicht von mehr als 15 t.

4. Unterlagsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (5) in der Ausnehmung (4) mit einem Verbindungsmaterial (6) befestigt ist, das 45 bis 55 Gew.-% Siliciumkarbid, 10 bis 15 Gew.-% Ferrosilicium, 5 bis 9 Gew.-% Fritte und 25 bis 35 Gew.-% kolloidale Kieselsäurelösung (5 bis 20 Gew.-% Feststoff) enthält, wobei die Fritte aus 20 bis 25 Gew.-% Alkalimetalloxid, 8 bis 15 Gew.-% Boroxid, 45 bis 55 Gew.-% Siliciumdioxid und 10 bis 15 Gew.-% Kalziumoxid besteht.

5. Unterlagsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Einsatzes (5) 15 bis 40% der Bodenfläche der Gießform (2) beträgt, falls Stahlblöcke mit einem Gewicht von 10 t oder darüber hergestellt werden.

6. Unterlagsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Rille (8a) ringförmig oder schraubenförmig an jeder der einander gegenüberstehenden senkrechten Flächen der Ausnehmung (4) bzw. des Einsatzes (5) ausgebildet ist.