DE2553420A1

DE2553420A1 - Verfahren zur herstellung einer immersionsduese (eintauchduese) und eines langen spunds zum kontinuierlichen giessen von stahl

Info

Publication number: DE2553420A1
Application number: DE19752553420
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Murakami; Takashi Natori
Original assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Current assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Priority date: 1974-11-30
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1976-06-10
Also published as: BR7507902A; US4059662A; AU8698475A; FR2292542B1; GB1519339A; JPS583992B2; JPS5164423A; SU664556A3; FR2292542A1; ZA757402B; IT1052439B

Description

Verfahren zur Herstellung einer Immersionsdüse (Eintauchdüse) und eines langen Spunds zum kontinuierlichen Giessen von Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Immersionsdüse und eines langen Spunds, die beim kontinuierlichen Giessen von Stahl zu verwenden sind,und insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Immersionsdüse und eines langen Spunds, die hauptsächlich aus einem natürlichen Flockengraphit und Zirkon bestehen und mit denen sich besonders gute Ergebnisse beim kontinuierlichen Giessen von Stahl mit einem hohen Mangangehalt erzielen lassen.

Eine Immersions-(Eintauch-)düse wird beim Giessen von geschmolzenem

B U a ö 2 U IU 9 2 4

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Stahl in eine Form aus einenGefass, wie einem Behälter, verwendet. Bei der Anwendung wird das niedere Ende der Düse in den geschmolzenen Stahl in der Form eingetaucht, um den geschmolzenen Stahl von Luft abzuschirmen und die Temperatur des flüssigen, geschmolzenen Stahles beizubehalten, und diesen vor Oxidation, vor Störung des geschmolzenen Stahles oder vor Einschlüssen von pulverförmigen Überzugsmitteln zu schützen, die auf die äussere Oberfläche des geschmolzenen Stahls innerhalb der Form aufgesprüht werden. Deshalb ist dies eine wichtige Vorrichtung, die sehr wirkungsvoll bei der Erhöhung der Qualität des vergossenen Produktes ist. Da diese (Eintauchdüse) unter sehr harten Bedingungen verwendet wird, und diese gegenüber Korrosion oder dem Abplatzen bei der Verwendung geeignet sein muss, die durch die hohen Temperaturen des geschmolznenen Stahles oder der Schlacke verursacht werden, wurden verschiedene Refraktormaterialien zur Verwendung als Materialien für Eintauchdüsen vorgeschlagen, wie beispielsweise Eintauchdüsen mit hohem Siliciumgehalt, und neuerdings geschmolzenes Silicium, Graphit-Aluminiumoxid oder Zirkon-Eintauchdüsen.

Ein Bottich wird mit einem langen Spund versehen, der zur Kontrolle der Fliessgeschwindigkeit des geschmolzenen Stahls aus dem Bottich während längerer Zeit dient. Deshalb werden die gleichen Eigenschaften verlangt wie für die Eintauchdüse.

Die vorbekannten Silicium-Eintauchdüsen haben den Nachteil, dass sie gegenüber Korrosion durch den geschmolzenen Stahl empfindlich sind und sich die Düsendurchmesser während des Gebrauches erhöhen. Die verschmolzenen Silicium-Eintauchdüsen haben den Vorteil hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Abplatzen und der Korrosion durch das pulverförmige überzugsmittel. Doch sind sie empfindlich gegenüber der Korrosion des geschmolzenen

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6U9824 AUH 2 4

Stahls, der einen hohen Mangangehalt aufweist,und bei Verwendung von mit Aluminium beruhigtem Stahl bilden sich Aluminiumoxidablagerungen auf der inneren Oberfläche der Düse, die dazu neigen, die Düse zu blockieren. Die bekannten Graphit/Aluminiumoxid-Immersionsdüsen weisen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion durch den geschmolzenen Stahl auf, sie zeigen jedoch hohe Korrosion gegenüber dem pulverförmigen überzugsmittel und der Schlacke. Die bekannten Zirkon-Immersionsdüsen weisen eine hohe Korrosionswiderstandsfähigkeit gegenüber dem pulverförmigen Überzugsmittel und der Schlacke auf, sie weisen jedoch keine Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Aufplatzen auf. Wenn darüber hinaus eine derartige Zirkon-Immersionsdüse für durch Aluminium beruhigten Stahl verwendet wird, so wird diese durch Ablagerung von Aluminiumoxid verstopft. Aus diesem Grunde hat sich keine der üblichen Immersionsdüsen (Eintauchdüsen) als vollkommen befriedigend erwiesen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Immersionsdüse oder eines langen Spunds zum kontinuierlichen Giessen von Stahl, insbesondere von hoch manganhaltigem Stahl, zu schaffen, wobei diese aus natürlichem Flockengraphit und Zirkon bestehen, das durch Kohlenstoff mit metallischem Silicium gebunden ist, und wobei die verbundenen Anteile verstärkt werden, die ihre Widerstandsfähigkeit bei Korrosion oder durch Schlacke beibehalten und die durch übliche Zirkon-Immersionsdüsen gekennzeichnet sind, bei denen jedoch die mechanische Festigkeit im Vergleich zu üblichen Zirkon-Immersionsdüsen erhöht ist, und die frei von den Nachteilen üblicher Zirkon-Immersionsdüsen sind, wie einer geringen Widerstandsfähigkeit gegenüber Abplatzen und der Ablagerung von Aluminiumoxid sind.

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6üaö24/0924

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Immersions- (Eintauch-)düse oder eines langen Spunds, das dadurch gekennzeichnet ist, dass 3 bis 15 Gew.-% eines Binders, der sich zur Bildung von gebundenem Kohlenstoff eignet, wobei der Binder in reduzierender Atmosphäre sich beim Brennen zersetzt, mit einem körnigen Material verknetet wird, das aus 48 bis 82 Gew.-% Zirkonsand, 1o bis 35 Gew.-% natürlichem Flockengraphit und 1 bis 18 Gew.-% metallischem Silicium besteht, man das verknetete Gemisch verpresst und das verpresste Produkt in reduzierender Atmosphäre bei einem Druck von 5oo bis 15oo kg/cm und einer Temperatur von 9oo bis 12oo°C unter Anwendung eines isostatischen Druckes brennt, und einen glasigen Überzug auf der äusseren Oberfläche des gebrannten Produktes anbringt.

Die beigefügte Zeichnung zeigt schematisch das Prinzip des kontinuierlichen Giessens. Unter 1 in dieser Zeichnung ist eine Giesspfanne dargestellt, deren äussere Oberfläche aus Stahl besteht, und deren Innenauskleidung aus einem Refraktormaterial (feuerfestes Material) besteht; unter 2 wird ein Bottich gezeigt, der eine Stahloberfläche und feuerfestes Material als Innenauskleidung enthält; 3 stellt eine Giessform dar; 4 eine Eintauch- (Immersions-)düse; 5 ist ein langer Spund und 6 ist das pulverförmige Überzugsmaterial.

Bei der Formgebung verursacht der Druck der seitlichen Oberflächen des Materials die hauptsächliche koaxiale Anordnung des natürlichen Flockengraphits zu der Achse der Düse und der diese umgebenden Richtung. Als Ergebnis wird die Stärke der Düse, insbesondere deren Biegefestigkeit längs deren axialer Richtung erheblich erhöht. Das Graphitmaterial dient weiterhin der Verhinderung der Durchdringung des geschmolzenen Stahles oder der Schlacke oder des pulverförmigen Überzugmaterials und verhindert die Ablagerung von Aluminiumoxid. Da weiterhin der Graphit der Düse eine günstige

Hitzeleitfähigkeit verleiht, wird deren Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Abspalten erhöht.

Die Rohmaterialien für die erfindungsgemässe Eintauchdüse oder den langen Spund werden im folgenden beschrieben.

Das Zirkonmaterial ist natürlich vorkommender Zirkonsand, der vorzugsweise mindestens 95 Gew.-% Zirkon (ZrSiO-) enthält. Die Menge an Zirkonsand beträgt 48 bis 82 Gew.-%. Wenn die Menge an Zirkonsand weniger als 48 Gew.-% beträgt, weist die so erhaltene · Eintauchdüse eine schlechte Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion durch ein pulverförmiges Überzugsmittel auf, und wenn diese Menge über 82 % beträgt, so wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Abplatzen' . schlecht. Vorzugsweise wird der Zirkonsand als Gemisch von Partikeln einer Grosse von 59o bis 44 Micron und Partikeln mit einer Grosse von weniger als 44 Micron in einem Gewichtsverhältnis von 35-55 : 45-65 verwendet.

Der natürliche Plockengraphit weist vorzugsweise einen Aschegehalt in einer Menge von weniger als 15 % auf. Die Menge an natürlichem Flockengraphit beträgt 1o bis 35 Gew.-%. Ist diese Gewichtsmenge weniger als 1o %, so wird keine geeignete Hitzeleitfähigkeit erhalten, und das so erhaltene Produkt weist eine schlechte Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Abplatzen auf. Auch kann dann die Ablagerung von Aluminiumoxid nicht verhindert werden. Wenn auf der anderen Seite diese Menge über 35 % beträgt, wird die Festigkeit des gebrannten Produktes ungenügend. Wenn die thermische Leitfähigkeit des Produktes zu hoch wird, neigt die Temperatur des geschmolzenen Stahles zum Absinken. Daraus ergibt sich eine Ablagerung von Stahl oder Aluminiumoxid. Es ist notwendig, dass der natürliche Graphit mindestens 7o % an Partikeln enthält, die eine Grosse von 5oo bis 74 Micron

aufweisen. Wenn dieser grossere Mengen an körnigen Teilchen einer Grosse von über Soo Micron enthält, wird die Dispergierbarkeit des Graphits schlecht und dessen Wirkung wird vermindert. Wenn andererseits der Graphit eine grosse Menge an feinem Pulver einer Teilchengrösse von weniger aL· 74 Micron enthält _f wird das Produkt im Hinblick auf die Äbplatabarkeit schlecht, -..

Wenn metallisches Siliciumpulver zu einerm feurerfesten Material gegeben wird, das durch Kohlenstoff gebunden ist, reagiert dieses mit Kohlenstoff bei einer relativ niederen Temperatur, d.h. bei etwa 115o C, und es bildet sich Siliciumcarbid, wobei die Festigkeit des feuerfester Materials erhöht wird. Das erfindungsgemäss verwendete metallische Silicium weist einen Siliciumgehalt von mindestens 9o % und einen Teiichendurchmesser von nicht mehr als 74 Micron auf. Sein Anteil beträgt 1 bis 8 Gew.-%,bezogen auf das körnige Material. Ist diese Menge weniger als 1 %, so wird keine Erhöhung der Festigkeit erhalten, und wenn diese über 8 % beträgt, so bleibt das metallische Silicium in einem teilweise nicht umgesetzten Zustand und die Hitzefestigkeit des Produktes wird so herabgesetzt.

Die körnigen Materialien müssen durch eine Kohlenstoffbindung gebunden werden, um die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Korrosion durch Schlacke und das pulverförmige Überzugsmittel zu erhöhen. Sofern der Binder (Bindemittel) Aluminiumoxid enthält, wie Ton, so reagieren das Siliciumdioxid im Zirkonsand und das Aluminiumoxid im Ton miteinander unter Bildung von Mullit, das die gebundenen Teile stark angreift. Es kann jeder Binder verwendet werden, der in reduzierender Atmosphäre beim Brennen Kohlenstoff bildet und so die Kohlenstoffbindung bewirkt. Vorzugsweise bewirkt der Binder die gewünschte Fliessfähigkeit des pulverigen Materials während des Verpressens. Beispiele für

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derartige Binder sind Kohle- oder Petroleumteer und -pech.-phenolische Harze und Furanharze. Eine geeignete Menge des Binders beträgt 3 bis 15 Gew.-%. Ist diese Menge geringer als 3 %, so ist die Formbeständigkeit des Produktes nach dem Verpressen ungenügend, und wenn diese 15 % übersteigt, so treten Brüche während dem Verpressen ein.

Das obige körnige Material wird gründlich vermischt und mit dem Binder in flüssiger und/oder pulverförmiger Form verknetet. Das verknetete Gemisch wird in eine Kautschukform gegeben und mittels isostatischem Druck druckverformt. Diese Druckverformung bewirkt, dass der natürliche Flockengraphit hauptsächlich in koaxialer Richtung zu der Achse des zylindrischen Produktes und in dessen umgebende Richtung angeordnet wird.

Das geformte Produkt wird in ein Gefäss aus feuerfestem Material gegeben und anschliessend wird dieses mit Koksteilchen umgeben, und in reduzierender Atmosphäre gebrannt, wobei sich diese reduzierende Atmosphäre aus dem brennenden Koks ergibt.

Es ist wünschenswert, ein Überzugsmittel, wie ein glasartiges Überzugsmittel, anzuwenden, um die Oxidation und die Zerstörung des Graphits jener Teile des erhaltenen Produktes zu verhindern, die der Atmosphäre ausgesetzt sind. Es lässt sich jegliches glasartiges Überzugsmaterial verwenden, das bei einer Temperatur von 7oo C bis 11oo°C erweicht und schmilzt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

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Beispiel 1

8o % Zirkonsand, 13 % natürlicher Flockengraphit und 2 % metallisches Silicium werden gründlich vermischt und dieses Gemisch mit 5 % eines phenolischen Harzes gründlich verknetet. Das verknetete Gemisch wird in eine Kautschukform einer vorbestimmten Grosse und

Form gefüllt und bei 15oo kg/cm unter Verwendung eines isostatischen Druckes in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Plan um die Eintauchdüse einer Grosse von 15o mm (äusserer Durchmesser) χ 5o mm (innerer Durchmesser) χ 9oo mm (Länge) zu bilden. Das geformte Produkt wird in reduzierender Atmosphäre gebrannt, nachdem es in ein Gefäss aus feuerfestem Material gebracht und rundum mit Koksteilen aufgefüllt wurde.

Beispiel 2

7o % Zirkonsand, 16 % natürlicher Flockengraphit und 5 % metallisches Silicium werden gründlich vermischt und das Gemisch mit 9 % eines phenolischen Harzes gut verknetet. Das verknetete Gemisch wird in eine Kautschukform einer vorbestimmten Grosse und Form gebracht und bei einem Druck von 1ooo kg/cm unter Verwendung eines isostatischen Druckes in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Plan geformt, wobei sich eine Eintauchdüse der in Beispiel 1 genannten Grosse ergibt. Das geformte Produkt wird in reduzierender Atmosphäre in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise gebrannt.

Beispiel 3

5o % Zirkonsand, 31 % natürlicher Flockengraphit und 7 % metallisches Silicium werden gründlich vermischt, und das Gemisch wird mit 12 % eines phenolischen Harzes gründlich verknetet. Das

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verknetete Gemisch wird in eine Kautschukform vorbestimmter

2 Grosse und Form gegeben und bei einem Druck von 7oo kg/cm in Übereinstimmung mit dem Plan geformt, wobei sich ein länglicher Spund einer Grosse von 13o mm (äusserer Durchmesser ) χ 7oo mm (länge) bildet. Das geformte Produkt wird in reduzierender Atmosphäre, entsprechend Beispiel 1_;gebrannt.

Die Eintauchdüsen und die langen Spunde, die entsprechend Beispiel 1,2 und 3 erhalten werden, und eine Graphit-Aluminiumoxideintauchdüse zum Verlgeich werden jeweils entsprechend den Eigenschaften untersucht, die in der folgenden Tabelle angegeben sind. Die Korrosion wird folgendermassen untersucht: Rundeisen-Versuchsstücke mit einem trapezartigen Querschnitt, die ein Gussgefäss mit einem vieleckigen, zylindrischen Querschnitt aufweisen, werden durch diese gebildet. Es wird ein Manganstahl und ein pulveriges Überzugsmittel eingefüllt, erhitzt und in einem Hochfrequenzschmelzofen geschmolzen. Währenddessen die Teststücke während einer vorbestimmten Zeit gehalten werden, wird die Korrosion der Teststücke an den Teilen bestimmt, die mit dem geschmolzenen Stahl und mit dem Überzugsmittel in Berührung gebracht werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1

Eigenschaften Beispiel 1 Beispiel 3 Beispiel 3 Vergleich (Graphit-

Aluminiumoxid)

Scheinbare Dichte (g/cm³) 3.6o 3,55 3,o2 2,97

Schüttgewicht (g/cm³) 3,16 2,94 2,77 2,43 Porosität (%) 15,4 16,5 17,8 18,4

Druckfestigkeit (kg/cm²) 225 23o 2o5 2oo

Biegefestigkeit (kg/cm ,

ö3 bei Raumtemperatur) 8o 97 86 69

c 2

<c Biegefestigkeit (kg/cm , _{

cc bei 14oo°C) . 92 1o3 95 57

^ Anteil der Korrosion

·%, der Teile, die mit ge- '

σ schmolzenem Stahl in

to Berührung kommen (mm) 1,o o,9 o,6 0,8

χ> Anteil der Korrosion
der Teile, die mit dem
Überzugsmittel in Berührung kommen (mm) 3,8 4,2 5,8 13,4

ro cn cn

Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, sind die erfindungsgemäss hergestellten Eintauchdüsen und langen Spunde im Hinblick auf die Korrosion im Vergleich mit der Graphig-Aluminiumoxid-Eintauchdüse verursacht durch die Korrosion eines hoch manganhaltigen Stahles gleich, jedoch im Hinblick auf den Korrosionsverlust durch das pulverförmige Überzugsmittel zeigen diese eine Korrosionsverlust von etwa 1/3 bis 1/2 des Verlustes der Graphit-Aluminiumoxid-Eintauchdüse.

Beim Vergiessen eines hoch manganhaltigen Stahles unter Verwendung der erfindungsgemäss hergestellten Eintauchdüsen war der Korrosionsverlust durch das pulverförmige überzugsmittel herabgesetzt und die Eintauchdüsen brachen an den Teilen nicht ein, die mit dem pulverförmigen Überzugsmittel in Kontakt kamen. Die erfindungsgemäss hergestellten Eintauchdüsen waren wesentlich langer gebrauchsfähig als die übliche Graphit-Aluminiumoxideintauchdüse.

609824/0924

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Immersions- (Eintauch-) düse oder eines langen Spunds,dadurch gekennzeichnet, dass 3 bis 15 Gew.-% eines Binders, der sich zur Bildung von gebundenem Kohlenstoff eignet, wobei der Binder (Bindemittel) in reduzierender Atmosphäre sich beim Brennen zersetzt, mit einem körnigen Material verknetet wird, das aus 48 bis 82 Gew.-% Zirkonsand, 1o bis 35 Gew.,-% natürlichem Flockengraphit und 1 bis 8 Gew.-% metallischem Silicium besteht, man das verknetete Gemisch verpresst und das verpresste Produkt in reduzierender Atmosphäre bei einem Druck von 5oo bis 15oo kg/ cm und einer Temperatur von 9oo bis 12oo°C unter Anwendung eines isostatischen Druckes brennt und einen glasigen Überzug auf der äusseren Oberfläche des gebrannten Produktes anbringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Zirkonsand mindestens 95 % Zirkon (ZrSiO₂) enthält und in einem Gemisch von Teilchen einer Grosse von 59o bis 44 Micron und Teilchen einer Grosse von weniger als 44 Micron im Gewichtsverhältnis von 35 bis 55 : 45 bis vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der natürliche Flockengraphit einen Aschegehalt von weniger als 15 % aufweist und mindestens 7o % Flocken enthält, die eine Grosse von 5oo bis 74 Micron aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das metallische Silicium mindestens

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9ο % Silicium enthält und eine Teilchengrösse von nicht mehr als 74 Micron aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Binder (Bindemittel) zur Bildung einer Kohlenstoffbindung beim Brennen in reduzierender Atmosphäre Kohle oder Petroleum, Teer oder Pech, ein phenolisches Harz oer ein Furanharz ist.

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