DE2322063A1 - Giesszuschlag von stahlschmelzen - Google Patents
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Description
PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90 ? *·} ? ? Π R 3
Köln, den 3o. April 1973 Ha/Me
Foseco International Limited, Long Acre, Nechells, Birmingham/England
Giesszuschlag von Stahlschmelzen
Die Erfindung betrifft Giesszuschläge, die geschmolzenen
Metallen beim dessen, insbesondere beim kontinuierlichen Giessen von Stahl, zugesetzt werden.
Wenn geschmolzene Metalle in eine Form gegossen werden, so wird im allgemeinen auf die Oberfläche des in der Form
befindlichen geschmolzenen Metalls ein Giesszuschlag gegeben. Dieser Giesszuschlag verhindert die Oxydation der
Schmelze, isoliert die Schmelze, sorgt für eine "Schmierung" zwischen dem geschmolzenen Metall und der Wand der Giessform
und entfernt in der Schmelze eingeschlossenes Aluminiumoxid.
Herkömmliche Giesszuschläge enthalten im allgemeinen Flugasche als Hauptbestandteil und andere Komponente, wie z.B.
Zement. Jedoch ist es schwierig, eine gleichbleibende Qualität bei derartigen Zuschlägen zu erreichen, da sie von
der Qualität der Flugasche abhängig ist. Flugasche wird aus Kohlenstaub gewonnen, der beim Verbrennen von Kohle anfällt.
Die Qualität der Flugasche hängt somit nicht nur von der Art der Kohle ab, sondern auch von den Verbrennungsbedingungen.
Eine gleichbleibende Qualität des Giesszuschlags ist jedoch erstrebenswert, um die Giessprozesse zu vereinheitlichen.
309846/05Ot
Es ist nun überraschenderweise gefunden worden, dass eine Mischung spezieller Zusammensetzung als Giesszuschlag verwendet
werden kann.
Demzufolge betrifft die vorliegende Erfindung einen Giesszuschlag,
der dadurch gekennzeichnet ist, dass er mindestens 3o Gewichtsprozent einer Mischung aus Wollastonit und mindestens
einem niedrig schmelzenden Flusszusatz enthält.
Das Wollastonit besteht im wesentlichen aus reinem synthetischem oder natürlichem Calciumsilikat CaO.SiO3. Im allgemeinen
enthält es sehr kleine MengaiEisenoxid und Aluminium.
Das CaO.SiO2 kann in Form eines Mischkristalls zusammen mit
mindestens einer der Verbindungen SiO3, CaO und Al3O3 vorliegen, z.B. in Form eines Mischkristalls, der Pseudo-Wollastonit
oder Rankinit enthält. Vorzugsweise hat ein derartiger Mischkristall die durch die folgenden Molprozente
wiedergegebene Zusammensetzung:
| 45 | < | SiO2 ^ | 64 |
| 36 | CaO ^ | 55 | |
| O | Al2O3 ^ | ίο, | |
| insbesondere: | |||
| 48 | < | SiO2 ^ | 55 |
| 45 | CaO ^ | 52 | |
| 0 | Al2O ^ | 7 | |
Vorzugsweise beträgt der Aluminiumgehalt eines derartigen Mischkristalls weniger als 5 Mol-%.
309846/0501
Der erfindungsgemässe Zuschlag enthält im allgemeinen 4o bis
80 Gewichtsprozent einer Mischung aus Wollastonit und mindestens einer niedrig schmelzenden Flussubstanz. Es ist
wünschenswert, wenn diese Komponenten zu 95 % in einer Korngrösse von weniger als 25o jxm. vorliegen.
rDie in dem erfindungsgemässen Zuschlag enthaltende niedrig
schmelzende Plussubstanz kann bis zu 45 Gewichtsprozent des Zuschlags ausmachen und einen Schmelzpunkt zwischen 7oo
und 13oo C haben. Im allgemeinen enthält sie Natriumcarbonat, Kal-iumcarbonat, Natriumfluoride, Aluminiumfluorid, Kaliumfluorid,
Lithiumfluorid, Cryolith, Fluorit, Borsäure und Borate. Diese niedrig schmelzenden Flussubstanzen erniedrigen
den Schmelzpun-kt des endgültigen Zuschlags und können der Regulierung der temperaturabhängigen Viskosität des Zuschlags
dienen.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Giessen von geschmolzenem Metall in Formen, das sich dadurch auszeichnet,
dass der Form vor, während oder nach dem Kokillengiessen ein Giesszuschlag zugefügt wird, der aus Wollastonit und
mindestens einer niedrig schmelzenden Flussubstanz besteht. Insbesondere betrifft die Erfindung das kontinuierliche
Giessen von Stahl. Im allgemeinen wird das Flussmittel in einer Menge von o,5 bis 1,5 kg pro looo kg eingesetzt.
Synthetischer Wollastonit kann z.B. durch hydrothermale Behandlung einer wässrigen Suspension von Calciumoxid und
Siliciumdioxid in einem Autoklav hergestellt werden, wobei das zuerst entstehende Hydrat des Calciumsilikats anschliessend
einer Dehydratisation unterliegt. Natürlicher Wollastonit wird im allgemeinen in solchen Gebieten gefunden,
wo Granit und Kalkstein vorkommen.
309846/0501
Da das Wollastonit des erfindungsgemässen Flussmittels eine
Zusammensetzung hat, die bei gegebener Charge im wesentlichen gleich und bei anderen Chargen reproduzierbar ist,
lassen sich die Eigenschaften des Flussmittels leicht steuern. Darüberhinaus ist gefunden worden, dass der erfindungsgemässe
Giesszuschlag imstande ist, ohne bedeutende Veränderung seiner Viskosität oder seines Schmelzpunktes
bis zu 3o Gewichtsprozent Aluminiumoxid oder andere im gegossenen Metall vorkommende Verbindungen aufzunehmen. Dieser
überraschende Vorteil ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Zusammensetzung des Wollastonits bei Gebrauch des
Giesszuschlags nahe dem eut-ektischen Tal-System EFGH des Phasendiagramms der Figur 1 liegt. Wenn z.B. die Aufnahme
von Aluminiumoxid aus der Schmelze die Anfangszusammensetzung
des Wollastonits ändert, führt die Zusammensetzung im wesentlichen dem System EFGH entlang. Die eut-ektischen
Schmelztemperaturen an den Punkten FGH sind in dem Phasendiagramm wiedergegeben. Es ist ersichtlich, dass sie sich
nicht wesentlich unterscheiden und somit eine bedeutende Viskositätsveränderung des Zuschlags unwahrscheinlich ist.
Darüberhinaus hat das erfindungsgemässe Flussmittel gute
"Schmiereigenschaften", und es können somit bei seiner Verwendung Metalle mit guter Oberfläche erhalten werden. Dies
wird weiter unterstützt durch die Verwendung von erfindungsgemässen Flussmitteln, die einen engen Schmelzbereich aufweisen.
Dadurch wird die Bildung einer Kruste entlang der Kante des erstarrenden Metalls verhindert. Eine derartige
Krust^fcann zwischen der Form und den durch das Metall
entstehenden "Ausbrüchen" ("break-outs") eingeschlossen sein. In dieser Hinsicht ist Wollastonit besonders nützlich,
sogar wenn relativ grosse Mengen von eingeschlossenem Material absorbiert werden. Sein Schmelzpunkt bleibt im
wesentlichen konstant.
309846/0S01
Im Gegensatz zu den Zuschlägen, die auf Flugasche basieren, enthält der erfindungsgemässe GLesszuschlag keinen hohen
Anteil an Kohlenstoff. Entsprechend lassen sich erfindungsgemässe Zuschläge besonders vorteilhaft beim Giessen von
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt einsetzen.
Feuerfeste Materialien geringen Gewichts, z.B. Aluminiumsilikate niedriger Dichte, können ebenfalls in dem neuen
Flussmittel enthalten sein, im allgemeinen in einer Menge bis zu 15 Gewichtsprozent. Diese Materialien sorgen für
eine Verringerung der Dichte und eine Verbesserung des Fliessverhaltens des endgültigen Zuschlags. Geeignete
Materialien enthalten z.B. geblähten Vermiculit, Perlit und Pumice.
Um die Schmelzgeschwindigkeit des Zuschlags zu kontrollieren, kann es erstrebenswert sein, ein kohlenstoffhaltxges Pulver
in Mengen bis zu 2o Gewichtsprozent zuzufügen. Die Aufnahme von kohlenstoffhaltigem Pulver vermindert die Schmelzgeschwindigkeit
des Zuschlags. Typische kohlenstoffhaltige Pulver sind z.B. Holzkohlenpulver, Kokspulver, Anthrazitpulver
und Graphit. Vorzugsweise besteht das kohlenstoffhaltige Pulver aus Kokspulver.
Im allgemeinen weist der erfindungsgemässe Giesszuschlag
folgende Zusammensetzung auf:
3o - 9o Gew.-% Wollastonit, ο - 45 Gew.-% niedrig schmelzende Flussubstanzen,
ο - 15 Gew.-% . feuerfestes MateriaH^geringen Gewichts,
ο - 2o Gew.-% kohlenstoffhaltige Pulver.
309846/0SG1
Besonders bevorzugt wird ein Zuschlag folgender Zusammensetzung :
5o - 75 Gew.-% Wollastonit,
4 - 2o Gew.-% Perlit
1-12 Gew.-% Natriumcarbonat.
Die tatsächliche Zusammensetzung des erfindungsgemässen
Zuschlags hängt im übrigen von den Bedingungen des vorgesehenen
Zwecks ab.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
Ein Giesszuschlag der folgenden Zusammensetzung wurde auf die Oberfläche eines geschmolzenen KohlenstoffStahls bei
kontinuierlichem Giessen des Stahls gegeben:
7o Gew.-% Wollastonit
Io Gew.-% Cryolith
Io Gew.-% Natriumcarbonat
5 Gew.-% Perlit
5 Gew.~% Kokspulver.
of5 kg dieses Giesszuschlages wurde auf eine Menge von
looo kg Kohlenstoffstahl angewendet. Die Oberfläche des
gegossenen Stahls war sauber und frei von Rissen. Im Gegensatz dazu resultierte aus der Verwendung von Flugasche
als Zuschlag häufig das Auftreten von winzigen Rissen unterhalb der Oscillationsmarke der Gussoberfläche.
309846/0501
Ein Giesszuschlag der folgenden Zusammensetzung wurde auf
die Oberfläche von geschmolzen-em rostfreiem Stahl niedrigen
Kohlenstoffgehalts bei kontinuierlicher Führung des Giessens gebracht:
74 Gew.-% Wollastonit,
Io Gew.-% Cryolith,
Io Gew.-% Natriumcarbonat,
6 Gew.-% Perlit.
ο,8 kg dieses Giesszuschlags wurden pro looo kg des rostfreien
Stahls niedrigen Kohlenstoffgehalts verwendet. Der Stahlguss war frei von Oberflächenrissen.
Ein Giesszuschlag der folgenden Zusammensetzung wurde bei
kontinuierlichem Giessen eines Tiefziehstahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der mit Aluminium behandelt
war ("Aluminium killed") verwendet:
54.ο Gew.-% Wollstonit,
5.ο Gew.-% Perlit
7.2 Gew.-% Natriumcarbonat,
Io,8 Gew.-% Borax,
7.2 Gew.-% Fluss-Spat,
6.3 Gew.-% Walzzünder,
9,5 Gew.-% Graphit.
9,5 Gew.-% Graphit.
o,65 kg dieses Giesszuschlags wurden pro looo kg des
Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet.
3098A6/0S01
Ein Giesszuschlag der folgenden Zusammensetzung wurde bei kontinuierlichem Giessen eines Tiefziehstahls
mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet, der mit Aluminium
behandelt war:
63,7 Gew.-% Wollastonit,
11,7 Gew.-% Perlit,
2,3 Gew.-% Natriumcarbonat,
9.7 Gew.-% Borax,
4,9 Gew.-% Fluss-Spat,
4.8 Gew.-% Walzzünder,
2.9 Gew.-% Graphit.
o,65 kg dieses Giesszuschlags wurden pro looo kg Stahl
niedrigen Kohlenstoffgehalts verwendet.
309846/0 5
Claims (13)
1. Giesszuschlag, dadurch gekennzeichnet, dass er 3o Gew.-%
einer/iischung aus Wollastonit und mindestens einer niedrig schmelzenden Flussubstanz enthält.
2. Giesszuschlag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wollastonit im wesentlichen synthetisches
oder natürliches Calciumsilikat CaO.SiO2 ist.
3. Giesszuschlag nach Anpsruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wollastonit CaO.SiO2 zusammen mit
mindestens einer der Verbindungen SiO2, CaO und Al3O3
in einem Mischkristall vorliegt.
4. Giesszuschlag nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall Pseudo-Wollastonit oder
Rankinit enthält.
5. Giesszuschlag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall eine Zusammensetzung hat, die
innerhalb des durch die Verbindungslinie ABCDEA umrissenen Fadenbereichs in Figur 1 oder auf der Verbindungslinie
liegt.
6. Giesszuschlag nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkristall folgende Zusammensetzung, bezogen
auf Mol-% hat:
309846/0501
- Io -
7. Giesszuschlag nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass er folgende Zusammensetzung bezogen auf Mol-%
aufweist:
48 ^ SiO2 ^ 55
45 ^ CaO =£ 52
0 < A12°3 - 7·
45 ^ CaO =£ 52
0 < A12°3 - 7·
8. Giesszuschlag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wollastonit weniger
als 5 Mol-% Al3O3 enthält.
9. Giesszuschlag nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die niedrig s.chmelzenden
Flussubstanzen bis zu 45 Gew.-% des Giesszuschlags ausmachen und einen Schmelzpunkt zwischen 7oo und
13oo C aufweisen.
10. Giesszuschlag nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die niedrig schmelzenden Flussubstanzen Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumfluorid, Aluminiumfluorid,
Kaliumfluorid, Lithiumfluorid, Cryolith,
Fluorit, Borsäure oder ein Borat enthalten.
11. Verfahren zum Giessen von geschmolzenen Metallen in Formen, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Guss vor,
während oder nach dem Kokillengxessen ein Giesszuschlag gegeben wird, der Wollastonit und mindestens
eine niedrig schmelzende Flussubstanz enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Giessen des Stahls kontinuierlich durchgeführt
wird.
/ 309846/0501
13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Giesszuschlag durch einen der
Ansprüche 2 bis Io definiert ist.
309846/0S01
Leerseite
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