DE2345921A1

DE2345921A1 - Abdeckmasse fuer metallurgische schmelzen

Info

Publication number: DE2345921A1
Application number: DE19732345921
Authority: DE
Inventors: St Dr Gebhardt
Original assignee: SOLINT CONSULTING ESTABLISHMEN
Current assignee: SOLINT CONSULTING ESTABLISHMEN
Priority date: 1973-09-12
Filing date: 1973-09-12
Publication date: 1975-03-20

Description

SOLINT CONSULTING ESTABLISHMENT Vaduz in Liechtenstein.

Abdeckmasse für metallurgische Schmelzen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdeakmasse für in einem Gießgefäß enthaltene metallurgische Schmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, welche ein wärmeisolierendes, während der Verweildauer der Schmelze in dem Gießgefäß nicht wesentlich aufschmelzendes oder sich auflösendes Material umfaßt.

Die Abdeckmassen kommen für Gießgefäße wie Gießpfannen, Zwischenpfannen, Tundishs, Gießrinnen, Kokillen und sonstige Gießformen in Betracht, in denen sich eine Schmelze während eines längeren Zeitraums befindet. Bei längeren Gießzeiten besteht nämlich ein Problem darin, die Temperatur einer-Schmelze in einem Gießgefäß nicht zu sehr absinken zu lassen. Um beispielsweise in einer Pfanne mit einer Stahlschmelze gegen Gießende noch eine ausreichende Temperatur zu haben, kann natürlich die Schmelze mit einer entsprechend hohen Temperatur in die Pfanne eingefüllt werden. Dies ist jedoch wegen der damit einhergehenden Beanspruchung der Pfannenausmauerung nicht erwünscht. Um nun die Temperatur ohne überhöhte Anfangstemperatüren möglichst lange auf einem ausreichenden Wert zu halten, ist es bereits unternommen worden, Flugaschen auf die mit Stahl gefüllten Pfannen aufzugeben. Die Aschenschicht isoliert die Oberfläche der Schmelze" gegen Wärmeabstrahlung. Der geschmolzene Anteil der Aschens.chicht bläht sich durch Reaktion mit der Schmelze etwas auf, was der Isolationswirkung noch förderlich ist.

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Ein schwerwiegender Nachteil dieser Abdeckmasse ist jedoch die erhebliche StauEntwicklung. Über der heißen Stahlschmelze herrscht eine starke Thermik , die einen bedeutenden Anteil der aufgebrachten Aschenmenge in die Luft reißt und in die Umgebung verteilt. Es muß erfahrungsgemäß damit gerechnet werden, daß etwa 10^ der aufgeworfenen Aschenmenge in die Luft gehen. Da für eine 100-Tonnen-Pfanne It Abdeckmasse benötigt wird, beduetet dies, daß bei jeder Pfanne 100 kg Asche ausgeworfen werden. Dies führt zu' einer erheblichen Belastung der Stahlwerker und auch der Umgebung des Stahlwerks.

Flugasche, wie sie aus den Feuerungen anfällt, ist auch deshalb schwierig zu verarbeiten, weil ihr Kohlenstoffgehalt stark schwankt, so daß die Aufkohlungsverhältnisse an der Oberfläche der Schmelze schwer beherrschbar sind und jedenfalls dauernd überwacht werden müssen.

Durch ihre pulvrige Ausbildung verteilt sich schließlich die Flugasche auch schlecht auf der Oberfläche der Schmelze. Der Schüttwinkel ist ziemlich stell, so daß sich eine Hügelbildung einstellt, die eine besondere Einebnung erfordert oder aber eine ungleichmäßige Schichtdicke hinterläßt.

Es ist auch bereits Blähschamotte als wärmeisolierendes hochschmelzendes Material bekannt. Die Blähschamotte wird jedoch im Schachtofen hergestellt und anschließend gebrochen. Es ergeben sich dadurch eckige zerklüftete Partikel, die sich ineinander verhaken und einen steilen Schüttwinkel bilden, so daß sich wieder eine nur schlechte Verteilung auf der Pfanne erzielen läßt.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Abdeckmasse der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich staubfrei handhaben und auf der Oberfläche der

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Schmelze ohne besonderen Aufwand gleichmäßig verteilen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe liegt die Abdeckmasse erfindungsgemäß in Form eines Granulats mit im wesentlichen kugelförmigen Partikeln von 2 bis 12 mm Durchmesser vor.

Derartige Partikel .weisen einen zu großen Durchmesser auf, um von der Thermik über der Schmelze noch emporgerissen und in die Umgebung verstreut zu werden. Die Korngröße der Partikel liegt oberhalb des Bereichs der Pulver oder Stäube. Eine derartige Abdeckmasse läßt sich also staubfrei handhaben. Außerdem rollen die Partikel wegen ihrer im wesentlichen kugeligen Außengestalt leicht auseinander, d.h. sie bilden nur eine η geringen Schüttwinkel, iv'Qs der Verteilung der Masse auf der Schmelze entgegen kommt. In der bevorzugten Ausführungsform besteht das Granulat aus einer pulvrigen Masse, die zu kugeligen Partikeln geformt und in dieser Gestalt zu Pellets verfestigt ist. Das Pelletisieren ist ein bekanntes Verfahren,mittels dessen pulvrige Massen in eine besser handhabbare körnige Form gebracht werden. Das Pulver wird mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit angefeuchtet, gegehenenfalls noch mit einem Bindemittel versehen und dann auf eine umlaufende schrägstehende Scheibe gegeben, auf der sich durch' das Abrollen des feuchten, backigen Pulvers zusammenhängende Kügelchen bilden, die anschließend durch Trocknen oder einen ähnlichen Arbeitsgang soweit verfestigt werden, so daß die Granulatmenge gehandhabt werden kann, ohne wieder zu Pulver zu verfallen*

Zur Förderung der.bei einer Abdeckmasse in erster Linie angestrebten Wärmeisolationswirkung ist es schon von Vorteil, daß die erfindungsgemäße Abdeckmasse aus kugelförmigen Partikeln, z.B. Pellets besteht, die in einer Schüttung schon durch ihre Ge- 509812/0616

stalt zwischen sich Hohlräume belassen, die die Dichte verringern und dadurch die Wärmeleitung durch die Abdeckschicht hindurch vermindern.

Zur weiteren Steigerung der Isolationswirkung empfiehlt es sich, daß das wärmeisolierende Material in den kugelförmigen Partikeln in gegenüber seinem Kompaktzustand aufgelockerter Dichte vorliegt, wobei die Zwischenräume von bei der Temperatur der Schmelze beständigem Material frei sind.

Auf diese Weise wird nicht nur der Schüttung der kugelförmigen Partikel als ganzer sondern auch bereits der einzelnen Partikel eine verbesserte Wärmedämmfähigkeit verliehen.

Die Auflockerung kann dadurch bewerkstelligt werden, daß die kugelförmigen Partikel aufgebläht sind.

Die kugelförmigen Partikel sind also hierbei bereits vor dem Aufbringen auf die Schmelze mit Hohlräumen versehen. Das Aufblähen kann dadurch geschehen, daß die Masse, aus denen die kugelförmigen Partikel gebildet werden, Stoffe enthält oder daß ihr Stoffe zugesetzt werden, die bei Temperatureinwirkung durch Brennen vergasen oder Gase abgeben und dadurch die Masse zum Blähen bringen. Das Aufblähen solcher Massen ist z.B. beim Blähton bekannt , wo die vergasenden Stoffe aus in der Tonmasse enthaltenen organischen Bestandteilen bestehen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die kugelförmigen Partikel einen auf der Schmelze sich verflüchtigenden Zuschlagstoff enthalten.

Bei dieser Ausführungsform bilden sich die Hohlräume innerhalb der kugelförmigen Partikel erst, nach dem diese auf die Schmelze aufgeworfen und durch die Sohmel2e auf hohe Temperaturen aufgeheizt worden ^slnd> 509812/0616

Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung besteht ferner darin, daß die kugelförmigen Partikel so zusammengesetzt sind, daß die beim Aufschmelzen sich ergebende Schlacke dem Material der Zustellung des Gießbehälters ähnlich ist. Der Sinn dieser Maßnahme besteht darin·, eine weitgehende Schonung der Zustellung zu. erreichen. Reaktionen können praktisch nur durch die sich bildende Schlacke stattfinden. Wenn diese der Zustellung - ähnlich ist, giebt es keine oder nur eine geringe Reaktion, so daß die Zustellung lange erhalten bleibt.

Besonders ausgeprägt wird dieser Effekt, wenn das wärmeisolierende Material aus dem Material der Zustellung des Gießbehälters besteht.

Es kann also z.B. Pfannenausbruch zerkleinert, gemahlen und zu den erfindungsgemäßen kugelförmigen Partikeln geformt werden.

Eine weitere Maßnahme zur Verringerung der Dichte des wärmeisolierenden Materials in der Abdeckmasse besteht darin, daß die kugelförmigen Partikel Körner umfassen, die bei der Temperatur auf der Schmelze einen Hohlraum belassen und mit dem wärmeisolierenden Material ummantelt sind.

Es_: kann sich dabei z.B. um Hohlkugeln aus Glas oder Kunststoff handien, die auf einem Granulierteller mit dem wärmeisolierenden Material ummantelt werden. Es ergeben sich auf diese Weise Schüttgewichte unter 0,j5 g/enr. Die Hohlkugeln aus Glas schmelzen zwar bei der Temperatur auf der Schmelze auch, doch dienen sie Ja nur als Träger für den Mantel aus wärmeisolierendem Material, der in seiner Kugelform bestehen bleibt. Die Glasmenge ist im Verhältnis zum Volumen des von der Glaskugel belassenen Hohlraums so klein, daß die Wärmeisolation dadurch nicht nennenswert beeinträchtigt

wird. Anstelle der Glaskugeln kommen auch Körner 509812/0616

aus Schaumkunststoff in Betracht, die entweder bei einem Vor.brenngang der kugelförmigen Partikel oder aber beim Aufbringen derselben auf die Schmelze vergasen und einen ihrem Volumen entsprechenden Hohlraum hinterlassen.

Ein wichtiger Gesichtspunkt ist das Zusammenwirken der Abdeckmasse mit der Schmelzoberfläche hinsichtlich des Kohlenstoffgehalts. Im allgemeinen ist weder eine übermäßige Aufkohlung noch eine Entkohlung der Badoberfläche erwünscht. Je nach der Art der gerade zu behandelnden Schmelze, deren Kohlenstoffgehalt und' deren Auf- bzw. Entkohlungsfreudigkeit werden ganz verschiedene Anforderungen an die Abdeckmasse gestellt.

Es kommt eine Ausführungsform in Betracht, bei der die kugelförmigen Partikel an der Oberfläche einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweisen als im Kern.

Insbesondere können dabei die kugelförmigen Partikel einen im wesentlichen kohlenstofffreien Kern aufweisen und mit einer kohlenstoffhaltigen Masse ummantelt sein.

Die Herstellung einer solchen Abdeckmasse gelingt dadurch, daß kugelförmige Partikel aus kohlenstoffreiem Material hergestellt und anschließend auf einem Granulierteller mit der kohlenstoffhaltigen Masse überzogen werden. Eine solche Abdeckmasse kommt besonders dörtffzur Anwendung, wenn es darum geht, einen gewissen Kohlenstoffgehalt in der Abdeckmasse bereit zu stellen, aber gleichzeitig das Haften der durch die Masse gebildeten Schlacke an den Pfannen zu vermeiden. Diese Neigung wird nämlich durch einen Kohlenstoffgehalt in der Abdeckmasse gefördert. Wenn also der an der Oberfläche der Partikel in der erforderlichen Menge vorhandene Kohlenstoff mit der Schmelze reagiert hat, enthält die Restmasse keinen Kohlen-

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stoff mehr und fließt demnach leichter von den Pfannenwänden ab.

Für andere Zwecke kommen auch kugelförmige Partikel in Betracht, die an der Oberfläche einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt aufweisen, als im Kern. Solche Partikel können beispielsweise aus einem im ganzen kohlenstoffhaltigen Material durch kurzfristiges oxydierendes Erhitzen hergestellt werden. Der Kohlenstoff am der Oberfläche wird dadurch herausgezogen, während der Kern kohlenstoffhaltig bleibt.

Als wärmeisolierendes Material kann z.B. · Flugasche zugegen sein, die erhebliche wirtschaftliche Vorteile aufweist und deren zum Teil erheblicher Kohlenstoffgehalt je nach Erfodernissen häufig durchaus erwünscht ist.

Als kohlenstofffreies wärmeisolierendes Material kommt außer vielen bekannten Feuerfestmaterialien, insbesondere Aluminiumkretze in Betracht, d.h. bei der Aluminiumherstellung anfallende Schlacke, die im wesentlichen aus .Al^ Qj besteht und zerkleinert sowie in Kugelmühlen zu Staub zermahlen wird, um dann erfindungsgemäß zu den kugelförmigen Partikeln geformt zu werden.

Beispiel 1 . · .

Für eine Stahlpfanne mit 100 t Fassungsvermögen, die mit Magnesiasteinen mit ca. 9^ Mgo zugestellt ist, wird zur Vermeidung von Reaktionen mit der Zustellung eine magnesiahaltige Abdeckmasse verwendet. Als wärmeisolierendes Material kommt Magnesiamehl zum Einsatz, welches beim Brennprozeß von Magnesiumcarbonat zu Magnesiumoxyd anfällt. Das Mehl hat eine Korngröße von 0 bis 0,5 mm und ein Schüttgewicht von 0,7 bis 0,8 kp/dnr. Dieses Mehl wird mit einem Binder aus einem Zellulosederivat mit Hilfe von Wasserzusatz granuliert. Die ent-5098 12/06 16

stehenden, im wesentlichen kugelförmigen Pellets werden anschließend getrocknet. Beim Aufwerfen der Pellets auf die Schmelze brennt das Zellulosederivat aus, wobei die Struktur der Pellets'etwas aufgelockert wird, diese aber nicht zerfallen. Nach dem Ausbrennen des Zellulosederivats entspricht die Analyse der Pellets, die je nach Qualität des Magnesiamehls zwischen 87 und 98$ MgO enthalten, im wesentlichen der der Zustellung.

Beispiel 2

Für Pfannen, deren Zustellung aus Chrommagnesiasteinen bzw. Chrommagnesiamassen besteht, wird alter. Pfannenausbruch von Pfannen, die mit Chrommagnesiasteinen zugestellt waren, verwendet. Das Material wird auf eine Korngröße von 0 bis 0,9 mm aufgemahlen. Dieses Mehl wird mit ca. 20$ Holzmehl als Ausbrennstoff und einem Bindemittel gemischt und mit Hilfe von Wasser pelletisiert. Nach dem Trocknen können die Pellets unmittelbar auf die Pfanne gegeben werden, wobei das Holzmehl verkokt bzw. ausbrennt. So wird bei Schmelzen vorgegangen, bei denen der Kohlenstoff des Holzmehls nicht schadet. Falls aber auf einer Schmelze nur eine Kohlenstofffreie Abdeckmasse eingesetzt werden kann, werden die Pellets in einem Drehrohrofen erhitzt, bis das Holzmehl ausbrennt Auf diese Weise wird der Kohlenstoff entfernt, bevor die Abdeckmasse auf die Schmelze gelangt. Durch das Ausbrennen des Holzmehls erhöht sich die Porösität der Pellets, so daß das Schüttgewicht etwa 0,6 kg/dnr beträgt.

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Beispiel 3

Bei einer Pfannenzustellung aus saurem Schamottematerial mit ca 25$ Alp⁰·* _unH 70$ SiO₂ wird als wärmeisolierendes Material Plugasche verwendet. Die Plugasche wird durch Zumischen der entsprechenden Komponenten auf das Anteilsverhältnis Al₂O.,/ SiO₂ der Zustellung eingestellt. Nach Zumischen von Bindemittel und Wasser werden Pellets hergestellt und getrocknet. Wegen des Kohlenstoffgehalts der Plugasche kommt eine solche Abdeckmasse für Schmelzen in Betracht, bei denen ein Kohlenstoffgehalt nicht schadet oder sogar erwünscht ist.

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Claims

Patentansprüche.

1. Abdeckmasse für in einem Gießgefäß enthaltene metallurgische Schmelzen, insbesondere Stahlschmelzen, welche ein wärmeisolierendes, während der Verweildauer der Schmelze in dem Gießgefäß nicht wesentlich aufghrefendes ader sich auflösendes Material umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckmasse in /Ροχτη eines Granulats mit im wesentlichen kugelförmigen Partikeln von 2 - 12 mm Durchmesser vorliegt.

2. Abdeckmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat aus einer pulvrigen Masse besteht, die zu den kugeligen Partikeln geformt und in dieser Gestalt zu Pellets verfestigt ist.

3. Abdeckmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material in den kugelförmigen Partikeln in gegenüber seinem Kompaktzustand aufgelockerter Dichte vorliegt, wobei die Zwischenräume von bei der Temperatur der Schmelze beständigen Material frei sind.

4. Abdeckmasse nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Partikel aufgebläht sind.

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5. Abdeckmasse nach Anspruch J5 oder ¹I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Partikel auf der Schmelze sich verflüchtigende Zuschlagstoffe enthalten.

6. Abdeckmasse nach einem der· Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Partikel so zusammengesetzt sind, daß die beim Aufschmelzen sich bildende Schlacke dem Material der Zustellung des Gießbehälters ähnlich ist.

7. Abdeckmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material aus dem Material der Zustellung besteht.

8. Abdeckmasse nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material aus gemahlenem Zustellungsausbruch besteht.

9. Abdeckmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförr migen Partikel Körner umfassen, die bei der Temperatur auf der Schmelze einen Hohlraum belassen und mit dem wärmeisolierenden Material ummantelt sind.

10. Abdeckmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Partikel an der Oberfläche einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweisen als im Kern.

11. Abdeckmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Partikel einen im wesentlichen kohlenstofffreien Kern aufweisen und mit einer Kohlenstoffhaltigen Masse ummantelt sind.

12. Abdeckraasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Partikel an der Oberfläche einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt aufweisen als im Kern.

IJ. Abdeckmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeisolie rendes Material Flugasche zugegen ist.

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14. Abdeckmasse nach einem der Ansprüche bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeisolierendes Material Aluminiumkretze zugegen ist,

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