DE2502464B2 - Feuerfestes fuellmaterial und verfahren zum fuellen einer kokillenbodenplatte unter verwendung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von Löchern in Gicßplatten, die derart gefüllten oder reparierten Gießplatten sowie ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes feuerfestes Füllmaterial.

Vvenn Su.hi in ! ormen gegossen wird wird die aus ν iußeisen hesteheiHtt' KokilienbodenrilaHe. auf der die liMni stein, durch och auiliefiendcn Stahl erodiert. Hierbei biids.·! sicii in ' oiue des thermischen Schocks m ocr Kukiller.nodennii'.uc eu;e Höhlung bzw. ein · i." ■ ' IS^- ! '■'" nck'HüM. hcisP'r'lsWClS? IHIS d'.T Offenlegungsschrift 22 23 263, derartige Löcher oder Höhlungen mit einem feuerfesten Füllmaterial zu füllen Diese Füllmaterialien müssen einerseits rißbeständig sein, andererseits muß insbesondere ihre Haftung an der Kokillenbodenplatte gut sein.

Andererseits darf die Füllung nicht an dem Flußstahl hängen bleiben. In den beiden genannten Druckschriften wird voreeschlagen, in dem Loch bzw. der Ausnehmung der'Kokillenbodcnplatte vor dem Einfüllen des feuerfesten Füllmateriais Verankerungselemente vorzusehen. Durch diese Verankerungselemente sollte das Herausziehen des Füllmaterials aus der Kokillenbodenplatte verhindert werden. Wenn nun das Füllmaterial so stark abgenutzt ist, daß die Verankerungselemente über die Oberfläche der Füllung hinausragen wird die Kokillenbodenplatte unbrauchbar, da der Stahl an den Versnkerungselementen haften bleibt.

Erfindungsgemäß wird dagegen der Mechanismus des Haftenbleibens an Stahl, insbesondere der Einfluß einer Benetzung des Füllmaterials bzw. der Füllung mit flüssigem Stahl in Betracht gezogen. Im Laufe umfangreicher Untersuchungen konnten die für gegebene Arbeitsbedingungen notwendigen Erfordernisse für die Korngröße des Feuerfestmaterials einerseits und das zuzusetzende Bindemittel andererseits festgelegt werden. Bezüglich des körnisen Anteils des Feuerfes? materials ergaben sich hierbei folgende zweckmäßige Eigenschaften:

1 Es soiite Temperaturen von 1650 C aushalten;
2. es" sollte fest sein und eine hohe Abnutzungsbeständigkeit aufweisen;

3 es sollte durch Stahl nicht benetzbar sein;

4 der Ausdehnungskoeffizient sollte in derselben Größenordnung liegen wie der Ausdehnungskoeffizient der Kokillenbodenplatte.

5. die thermische Leitfähigkeit sollte möglichst hoch sein.

Unter Beachtung dieser Erfordernisse wurden folgende Feuerfestmaterialien untersucht:

Magnesit mit Chromat, Magnesit mit einem Silikatbindemittel, Kohlenstoff, Siliziumcarbid, Korund (Al₂O₃), sogenanntes Termit (Al₂O₃ [CaO · MgO) Spinel) und Bauxit.

Die hierbei erzielten Ergebnisse werden später noch eingehender beschrieben.

Bei der Wahl des Bindemittels sollte in erster Linie folgenden wünschenswerten Eigenschaften Beachtung geschenkt werden:

1. Das Bindemittel sollte dem Feuerfestmaterial über einen Temperaturbereich von 20 bis 1600 C eine ausreichende Festigkeit verleihen;

2. es sollte die Benetzbarkeit des Feuerfestmaterials durch flüssigen Stahl nicht beeinträchtigen;

3. es sollte das Feuerfestmaterial so fest wie möglich an der Kokillenbodenplatte fixieren.

Es wurden folgende Bindemittel untersucht: Chromate, Wasserglas (Natrium oder Kalium), Metasilikatc.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein feuerfestes Füllmaterial, insbesondere für Kokillenbodenplatten. auf der Basis eines Al.,O_;rhaltigen Feuerfcstmatcrials und eines Metasilikates als Bindemittel, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Feuerfestiruneriai aus Termit besteht.

Gegenstand der Erfindung ist ferner rip Verfall: ;■■ 7111:1 :ii!iidoiu-:is teilweise!! i-üücii (n;¹ Lochen, >

Kokillenbodenplatten mit einem f.-uer^cn Füllmaterial auf der Basis eines ΛΐΧι.,-hain — n Feuerfe_stnaterials und eines Metasilikats ab Bindemittel. v.dches dadurch gekennzeichnet ist, dal·; man ein Füllmaterial verwendet, dessen Feuerfestmaterml aus Termit besteht.

Im Hinblick auf optimale Ergebnisse sollte eine vorgegebene Korngrößenverteilung eingehalten werden. Vorzugsweise sollte die Korngrößenverteilung, wie später noch ausgeführt wird, der Fulie!-Verte-^;lun« folgen.

Es hat sich gezeigt, daß di<s Füllmaterial gemäß der Erfindung bei Verwendung in einer Kokiilenbodenpiatte während des Gießvorgangs. wenn überhaupt nur höchstens geringfügig angegriffen wird. Ferner besitzt das Füllmaterial gemäß der Erfindung einen günstigen Benetzungswinke! mit Stahl. Schließlich ist seine Haftung an der Kokillenboüenpiatte gut.

Zur Verbesserung des Aufarbeiten, ^besondere lur Erniedrigung der Einsaekneiguna. und zur weitestgehenden Vermeidung des Siedens in der heißen Kokillenbodenplatte hat es sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, in der Termitmasse 0.5 bis 1 Geivichtsprozent Bentonit fein zu verteilen.

Zur Erhöhung der Festigkeit der Masse bei Temperaturen von 600 bis ICOO C und zur Verhinderung einer Pulverbildung können der gesamten Termitmasse ! bis 3 Gewichtsprozent Glas, beispielsweise Fensterglas, das vorzugsweise auf eine Tc:idiengrö'k unterhalb 100 μ. vermählen worden ist, zugesetzt werden.

Vorzugsweise sollte der Metasilikatgehah 10'¹,. nicht übersteigen. Ein bevorzugtes feuerfestes Füllmaterial gemäß der Erfindung enthält 6'¹,, Natriummeiasilikai. Neben dem Bindemittel kann das Füllmaterial praktisch vollständig aus Termit beziehen.

Aus der französischen Patentschrift 9 K2 079 ist ein Füllmaterial für Kokillenbodenplauen bekannt, welches aus einem aluminiumoxidhahigen Feuerfestmaterial und einem silikatartigen Bindemittel, z. B. einem Metasilikat, besteht. Die in der französischen Patentschrift 9 82 079 beispielsweise genannten Feuerfestmaterialien eignen sich aus den verschiedensten Gründen (z. B. ungünstiger Ber.e'zungsuinkel mit Stahl, so daß das Füllmaterial am Stahl haften bleibt) «5 nicht besonders gut zur Verwendung in Fülimaterialien für Kokillenbodenpla'.ien. Demgegenüber kann man mit erfindungsgemäßen Füilmaterialien mit Termit als Feuerfestmateria! und einem Metasilikat als Bindemittel dauerhaft die Löcher von Kokiilenbodenplauen füllen, wobei der in die Kokille gegossene Stahl keine Verunreinigung durch das Füllmaterial der Bodenplatte erfährt. Diese beiden Voneile und einerseits auf die günstige thermische Ausdehnung des Terrnits relativ zu der Ausdehnung der Koküler.bodenplaitc und andererseits die Ausbildung einer haitungsvermittelnden Acmiteschicht zwischen Füllmaterial und Kokiüenbodenplaue zurückzuführen.

im folgenden wird nu~ au! du. -"Λζτ-ν, · :-cn k·:'■-:",·:- gen Materialien uno BinJcnr.iitei näher e;i geg^:·>;·:;;. "^c Materialien mit e;:v;-r· ■'-. us.'ie'· ■ " ^k · -■'■ / er".·:■■. r X¹IeIIn auMc-iehend feuerfeste und abnutzungsbesiändige o\iäisd;e Materialien verwirndet werden, wird der Üene'./ungswinkel 7 /wischen Stahl und dem Feuerfeatmaterial jrolk-r und folglich weniger günstig. Die thermische Leitiahigkeii ist hierbei niedriger. Ungeachtet dessen können aus oxidischen Materialien gu' geeignete feuerfeste Massen hergestellt werden.

Das ein Chrumat als Bindemitte! enthaltende Mkgnesitniaterial ist mi! verschiedenen Nachteilen behaltet:

1. Stahl benetzt den Magnesit, so daß der Magnesit beim Abstreifen eines Blocks von der !Matte aus der Platte herausgezogen wird;

2. wahrend des Gic'ivorgangs können lose Magneiitteilchen in den Block eingeschlossen werden, wodurch dessen Qualität beeinträchtigt wird:

3. der Unterschied im Ausdehnungskoeffizienten zwischen Magnesit und dem Material der Kokilienbodenplatte ist so grob, daß der Magnesit wegen seiner größeren Schrumpfung von der Kokillenbodenplatte abfällt;

4. das Bindemittel kann die Haut beeinträchtigen;

5. der Preis des Feuerfestmateriais ist hoch.

Bauxit besitzt eine niedrige Abriebsbeständigkeit uimj eine niedrige thermische Leitfähigkeit, so daß er bereits aus diesen Gründen nicht in Frage kommt

Obwohl Korund im Prinzip ein geeignetes i cuerfeMmateria! darstellt, zeigte es sich während der \ ersuche, daß es als Füllmaterial für Koi :iicnhodenplatten ungeeignet ist.

Der sogenannte Termit. d h. ein ALCMCaO ■ MgOi-Spinei spezieller Zusammensetzung einer chemischen Anahse von 75 Gewichtsprozent Al₂O;,. 15 Gewichuprozem CaO und IO Gewichtsprozent MgO. hat sich als sehr gutes Feuerfestmateria! erwiesen Auch seine Abnutzungsbeständigkeit, thermische Leitfähigkeit unü Benetzungseigenschaften durch Stahl haben sich '■■.'·-, brauchbar erwiesen.

Chromate besitzen als Bindemittel folgende Nachteile:

1. Bei der L»;h>diatisierung von Chromaten kommt es bei einer T-smperatur von etwa SOO C /u einer schwerwiegenden Schwächung der Bindefestigkeit:

2. die Chromate können die Haut beeinträchtigen, wobei es zu einer Blasen- oder Naiiihlduna kommt.

Aus diesen beiden Gründen müssen also Chromate außer Betracht bleiben.

Natriumwasserjiias 1Na₂O · 3 bis 5 SiO₂) oder K;.-Humwasserelas kennen sowohl als Bindemittel '■.,· Magnesitkörnchen als auch für TermiU.örnchen verwendet wtrncr Meide 'A'asserglassorten besitzen der: N ortei). dais 'letztlich eine Bindung entsteht, d^e he: ikr Dehvdratisierung nur ge rind Lg: υ an Festigken ■.·..: -ν.-Nachteilig ist jedc'ci . oai;· oiimals keine v/ilstäriG.:-.· Durchhärtuns erreic'r.t Airc. sondern Sk^-; '·:ύ\ζ^. e:ne dünne hane <'ibm,:hkh· ^u:'de· (-»y' Ntdra>- -v ■ •!!,•./e'^ei-'.i'.cl-^ir Bet· · ■ .· Hc: \ ■„'ν. e'_:J ,^y ·. :■

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killenbodcnplattc und dem feuerfesten Material. Während des Gießvorgangs kann sich, da der Stahl kein Fe₂O₃ enthält, auf der Gießfläche des Materials kein Acmite bilden.

Natriummetasilikat (NaSiO.,, · 9 Fl₂O) besitzt dieselben Vorteile wie Wasserglas, jedoch nicht die Nachteile der Bildung lediglich eines harten Films. Mciasilikate härten, selbst wenn sie lediglich auf eine Temperatur von 50'C erwärmt werden, vollständig durch. Die Metasilikate sollten jedoch wegen ihrer hygroskopischen Eigenschaften trocken und kühl gelagert werden. Die Metasilikate bilden, ebenso wie Wasserglas, auf der Oberfläche der Kokillenbodenplatte mit Eisenoxiden Acmite, so daß bei Verwendung eines Metasilikats eine gute Verankerung erreicht wird.

Das folgende Beispiel, bei welchem erfindungsgemäß verwendete und außerhalb der Erfindung liegende Materialien miteinander verglichen werden, soll die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel

Die folgenden Füllmaterialien wurden untersucht und mit einem handelsüblichen Magnesit mit einem Chromatbindemittel (Vergleichsmaterial V) verglichen:

A) handelsübliche Magnesitmasse mit einem Silikatbindemittel,

B) Termit mit 10 Gewichtsprozent Wasserglas und Na₂SiF₆,

C) Termit mit 10 Gewichtsprozent Natriummetasilikat.

Der maximale Korndurchmesser betrug 8 mm. Um eine möglichst gute Kornpackung zu erreichen, wurde weitestgehend die Fuller-Verteilung eingehalten.

Fuller-Verteilung:

D bis 0,5 D == 30 Gewichtsprozent.

0,5 D bis 0,1 D = 40 Gewichtsprozent.

0,1 D bis 0,01 D = 20 Gewichtsprozent,

<0,01 D=IO Gewichtsprozent.

Die drei Materialien A), B) und C) wurden in identischer Weise aufgearbeitet. Hierbei wurde in jedem Falle 15% Wasser zugegeben, um das bindemittel zu lösen und um die Masse verarbeitbar zu machen. Hierauf winden die einzelnen Materialien in die noch heißen kokillenbodenpiatlen gefüllt. Die Temperatur der jeweiligen Kokillcnhodcüplatie sollte über 11X1 C liegen.

Hierauf wurden die verschinkneii ' iiünvitei'!alien A). B) und C) bei wiederholten Ciicßvcrsuehen mitStahl einer Temperatur von 1600 C getestet. Das Füllmaleria! Λ) \erhielt sich etwas besser als das aus dem handelsüblichen Magnesit mit einem Chromatbindemittel bestehende Vergleichsmaterial V. Selbst nach lediglich einmaligem Gicikn zeigte das Füllmaterial B) eine unregelmäßige Oberfläche, so daß ein zweiter Gießvorgang unterblieb und keine weitere Prüfung mehr durchgeführt wurde. Das Füllmaterial C) zeigte

¹S nach einmaligem Gießvorgang keine Beschädigung. Nach dem zweiten Gießvorgang war lediglich uaf einem kleinen Teil der Füllung eine dünne Schicht abgeplatzt.

Im Hinblick auf die Ergebnisse der Gießversuche

so wurden die Eigenschaften der Materialien A) und C) unter Bezugnahme auf das Vergleichsmaterial V weiter untersucht. Die Feuerfestigkeit unter Druck des Füllmaterials C) war besser, die des Materials A) schlechter als die Feuerfestigkeit unter Druck des Vergleichsmaterials V. Die Kaltdruckfestigkeit nach dem Glühen war bei dem Füllmaterial C) höher als bei dem Vergleichsmaterial V und im Bereich von 20 bis 1400"C nicht besonders temperaturabhängig. Der entsprechende Wert nahm beim Füllmaterial A) mit derTcmperatür zu. Die Heißbiegefestigkeit und die damit einhergehende Biegung waren bei den Füllmaterialien A) und C größer als bei dem Vergleichsmaterial V.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 der Benetzungswinkel q zwischen einem Stahltropfen 1 und einer Unterlage 2 dargestellt. Für Termit beträgt dieser Winkel etwa 90 , was ausreichend niedrig ist.

!n Fig. 2 ist die Ausdehnung von Termit als Funktion der Temperatur dargestellt, und zwar für eine nicht-geglühte Probe Cl und für dieselbe Probe nach dem Glühen bei einer Temperatur von 1300"C Cl.

Es läßt sich deutlich feststellen, daß das Material während des ersten Erhitzens von selbst festwerden soll und daß da„ Bindemittel noch entwässern soll, während die Masse leicht verformt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

25 464 J> Patentansprüche:

1. Feuerfestes Füllmaterial, insbesondere für Kokillenbodenplatten, auf der Basis eines Al₂O₃- S haltigen Feuerfestmaterials und eines Metasilikates als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Feuerfestmaterial aus Termit besteht.

2. Füllmaterial nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß das Bindemittel aus Natriummetasilikat besteht.

3. Füllmaterial nach Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößenverteilung des Termits der Fuller-Verteilung folgt.

4. Füllmaterial nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel 6 Gewichtsprozent Natriummetasilikat und 1 bis 3 Gewichtsprozent gemahlenes Glas sowie 0,5 bis I Gewichtsprozent ao Bentonit vorhanden sind.

5. Verfahren zum mindestens teilweisen Füllen von Löchern in Kokillenbodenplatten mit einem feuerfesten Füllmaterial auf der Basis eines Al₂O₃-haltigen Feuerfestmaterials und eines Metasilikats als Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Füllmaterial verwendet, dessen Feuerfestmateri.il aus Termit besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial als Bindemittel Natriummetasilikat enthält.

7. Verfahren nach Ansprüchen 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößenverteilung des Termits in dem Füllmaterial der Fuller-Verteilung folgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das f-immaterial als Bindemittel 6 Gewichtsprozent N'atriummctasilikat und 1 bis 3 Gewichtsprozent gemahlenes Glas sowie 0,5 bis 1 Gewichtsprozent Bentonit enthält.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit Wasser vermischte Füllmaterial in die Kokillenbodenplatte in heißem Zustand einführt.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das Füllmaterial mit etwa 15% Wasser mischt.

11. Verfahren nach Ansprüchen 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das Füllmaterial in die mindestens 100 C heiße Kokillenbodenplatte einführt.