DE2727896B1 - Verwendung von Siliciumkarbid-Presslingen als Kupolofenzusatz - Google Patents
Verwendung von Siliciumkarbid-Presslingen als KupolofenzusatzInfo
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Description
Es ist bekannt, daß eine gezielte Aufsilizierung von Gußeisen im Kupolofen bei Verwendung von Gattierungen
hohen Stahlschrottanteils erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Immer wieder müssen zum Teil erhebliche
Si-Abbrände in Kauf genommen werden, wobei, abgesehen von den wirtschaftlichen Nachteilen,
der Umstand, daß die Si-Abbrände zudem stark schwanken, besonders lästig ist. Eine gezielte reproduzierbare
Aufsilizierung war danach schwerlich möglich. Es war zwar schon mit schwankenden Ergebnissen
in den 30er Jahren versucht worden Siliciumkarbid üblichen Gußeisenschmelzen im Kupolofen
mit dem Ziel der Beeinflussung der Schmelze und der Eigenschaften des Gußeisens zuzusetzen (US-PS
2119521; Gießerei, 1962, 368, 376). Erst in der
zweiten Hälfte der 60iger Jahre gelang es aber, Siliciumkarbid-Formlinge zur Verfügung zu stellen, welche
die erwünschte günstige Beeinflussung der Zusammensetzung, des Schmelzvorganges und der Eigenschaften
des Gußeisens in gezielter Weise ermöglichten (Deutsche Patentschrift 1583262).
Jedoch zeigten sich bei Verwendung dieser sonst voll befriedigenden Siliciumkarbid-Formlinge bisweilen
unerwartete und nicht vorhersehbare Abweichungen. Es wurde nun erkannt, daß solche an sich unerklärlichen
Vorgänge offenbar dann eintreten können, wenn, namentlich in futterlosen Kupolofen, die Gattierung
erhebliche Mengen Stahlschrott enthält. In diesen Sonderfällen scheinen auch die sonst voll befriedigenden
vorgenannten Siliciumkarbid-Formlinge
nicht mehr einwandfrei zu funktionieren.
Eine der Aufgaben der Erfindung besteht nun darin, auch bei Gußeisenschmelzen hohen Stahlschrottanteils
in futterlosen Kupolofen eine zuverlässige Steuerbarkeit des Si-Ausbringens, d. h. unter
möglichster Vermeidung eines Si-Abbrands zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe ist die günstige Beeinflussung
der Schmelze, insbesondere der Schlacke und eine Reproduktion der Eigenschaften des Gußeisens
in engen Toleranzen zu ermöglichen. Die Lösung der gestellten Aufgaben gelingt durch die Verwendung
von Siliciumkarbid-Preßlingen mit
25-60 Gew.% SiC
20-50 Gew.% Al2O3, SiO2 und CaO
25-60 Gew.% SiC
20-50 Gew.% Al2O3, SiO2 und CaO
(einschließlich Zement als Bindemittel
in Mengen von 10-25 Gew. %), mit Gehalten, berechnet als Oxide, von
2-30 Gew.% Al2O3
7-30 Gew.% SiO2
2-30 Gew.% Al2O3
7-30 Gew.% SiO2
5-25 Gew.% CaO
3-35 Gew.% Graphit
3-35 Gew.% Graphit
Rest Kristallwasser und übliche Verunreinigungen (die Gew.% jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht
des Preßlings), als Zusätze zu futterlosen Kupolofen zum Einschmelzen von Gußeisen mit hohem Stahlschrottanteil
von etwa 40 Gew. % und mehr, bezogen auf die Gesamt-Eisengattierung. Es können beispielsweise
bis zu 10 Gew.% Kristallwasser enthalten sein. Es ist zwar schon versucht worden, durch Zugabe
von Koksgrus zu Siliciumkarbid-Preßlingen das Si-Ausbringen zu verbessern. Befriedigende Ergebnisse
konnten damit jedoch nicht erzielt werden. Möglicherweise ist dies darauf zurückzuführen, daß, in Abhängigkeit
von den Bedingungen, unter denen der je-
J5 weilige Kupolofen gefahren wird, ein mehr oder
weniger großer Anteil Koksgrus bereits im Schacht verbrennt. Es wäre dann verständlich, daß, wegen des
schwankenden Kohlenstoffgehalts des Siliciumkarbid-Preßlings, schwankendes Si-Ausbringen eintritt.
Demgegenüber ist erfindungsgemäß der Eintritt eines hinsichtlich seiner Zusammensetzung, insbesondere
des Kohlenstoffgehalts praktisch unveränderten SiIiciumkarbid-Preßlings
in der Schmelzzone gewährleistet. Auf dem erfindungsgemäßen Wege gelingt die Lösung der gestellten Aufgaben, insbesondere eine
sichere Steuerung des Si-Ausbringens auf sehr hohem Niveau, und die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften
des Gußeisens. Von ganz besonderer Bedeutung ist aber, daß die Ergebnisse bei hohen Stahlschrottanteilen
auch bei in weiten Bereichen schwankender Zusammensetzung der Eisengattierung erzielbar sind. Es
sind zwar Preßlinge, die neben Graphit auch Siliciumkarbid enthalten können bereits bekannt (US-Patentschrift
2540 173). Dort ist aber keinerlei Hinweis auf die hier gestellte Aufgabe enthalten, noch irgendeine
Andeutung, daß die Probleme bei Gattierungen hohen Stahlschrottanteils in Gußeisenschmelzen in der
erfindungsgemäßen Weise gelöst werden könnte. Niemand vermochte auch in rund einem Vierteljahr-
bo hundert der Entgegenhaltung eine Andeutung in dieser Richtung zu entnehmen.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der Verwendung von Siliciumkarbid-Preßlingen mit
45-55 Gew.% SiC
45-55 Gew.% SiC
25-35 Gew.% Al2O3, SiO2 und CaO
(einschließlich Zement als Bindemittel in Mengen von 10-25 Gew. %), mit Gehalten,
berechnet als Oxide von
2-30 Gew. % Al2O3
7-30 Gew. % SiO2
5-25 Gew.% CaO
5-25 Gew. % Graphit
Rest Kristallwasser und üblichen Verunreinigungen.
Unter Graphit werden hier jene Graphitformen verstanden, deren Kristalle für das Auge oder für das
Lichtmikroskop sichtbar sind, also die klassischen Formen des Graphits. Graphit unterscheidet sich von
Kohle schon durch seine außerordentlich hohe Tem- ι ο peratur- und Oxidationsbeständigkeit; Graphit brennt
praktisch nicht. Es kann sowohl synthetischer Graphit, wie er beispielsweise durch Erhitzen fein kristallinen
Kohlenstoffs oder aus Koksen hergestellt werden kann (Graphitierung), als auch natürlicher Graphit,
ζ. B. Madagaskargraphit, Ceylongraphit, koreanischer oder mexikanischer Graphit) verwendet werden.
Auch Graphitabfälle, wie sie auf den Gebieten der Elektrotechnik und Chemietechnik anfallen, können
verwendet werden. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäß verwendeten Siliciumkarbid-Preßlinge
Elektrodengraphit, wie er entweder bei der Herstellung von Graphitelektroden oder als nicht verbrauchter
Elektrodenrest anfällt. Die besondere Eignung gerade des Elektrodengraphits erklärt sich
möglicherweise aus dem geringen Gehalt an störenden Beimengungen, der meist unter 2 oder sogar unter
1 % liegt, sowie aus dem Umstand, daß zur Herstellung der Elektroden regelmäßig Peche und Teere, insbesondere
Steinkohlenpeche und Teere verwendet werden, also wiederum hochkohlenstoffhaltige, beimengungsarme
Binder.
Der in den erfindungsgemäß verwendeten Siliciumkarbid-Preßlingen
enthaltene Graphit dürfte in erster Linie zur Desoxidation oxydischer Bestandteile,
wie FeO, Fe2O3, MnO zur Verfügung stehen, so daß
eine Entfremdung des zur Aufsilizierung zugesetzten Siliciumkarbids, etwa unter Bildung von SiO2 und
Übergang in Schlacke, vermieden wird. Darüber hinaus wird eine gute Aufkohlung bewirkt; die Satzkoksmenge
kann verringert werden. Der Graphit trägt für thermische Zwecke wenig bei, wenn auch die erfindungsgemäß
verwendeten Siliciumkarbid-Preßlinge grundsätzlich noch Koksgrus, meist dann in untergeordneten
Mengen oder Gemische von Graphit mit anderen Kohlenstoff-Formen enthalten können. Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß die Bildung aggressiver Schlackert vermieden wird.
Der in den erfindungsgemäß verwendeten Siliciumkarbid-Preßlingen enthaltene Graphit kann unterschiedliche
Teilchengrößen aufweisen. Häufig besitzt der überwiegende Teil des Graphits eine Teilchengröße
im Bereich von 0,1 bis 15 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 2 mm.
Art und Menge der in den erfindungsgemäßen SiIiciumkarbid-Preßlingen
enthaltenen weiteren Bestandteilen sollten so sein, daß sie keine nachteiligen Wirkungen auf die Schmelze oder die Eigenschaften
des Gußeisens ausüben. Von den als Oxiden definierten weiteren Stoffen Al2O3, SiO2, CaO, die auch in
Form ihrer Verbindungen enthalten sein können, liegt insbesondere Calcium ganz überwiegend in einer als
Bindemittel wirksamen Form, nämlich in Form von Zement vor, wenn auch die Gegenwart als Karbonat
nicht ausgeschlossen ist. Auch wenn Al2O3 und SiO2
innerhalb des Zementanteils, also in gebundener Form, enthalten sind, ist noch die Gegenwart weiterer
Anteile von Al2O3 und insbesondere von SiO2 erwünscht.
Vorzugsweise liegen diese Anteile dann zumindest teilweise in Form keramischer Scherben vor.
Es hat sich gezeigt, daß diese in den erfindungsgemäß verwendeten Siliciumkarbid-Preßlingen enthaltenen
weiteren Stoffe als wirksame Kupolofenzusätze das Si-Ausbringen günstig beeinflussen, was möglicherweise
zum Teil auf einen Umhüllungs- und Verdünnungseffekt für das Siliciumkarbid zurückgeht. Diese
weiteren, in den Siliciumkarbid-Preßlingen enthaltenen Zusatzstoffe haben aber darüber hinaus auch eine
schlackenbeeinflussende Wirkung. Insbesondere kann hierdurch der Bildung zu stark basischer und
zähflüssiger Schlacken entgegengewirkt werden. Die Siliciumkarbid-Preßlinge enthalten, berechnet in
Form ihrer Oxide 2 bis 30 Gew.% Al2O3, 7 bis 30
Gew.% SiO2 und 5 bis 25 Gew.% CaO, bezogen auf das Gesamtgewicht des Preßlings. Das Zementbindemittel
ist in Mengen von etwa 10 bis 25 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Preßlings enthalten.
Eisenportlandzement oder Portlandzement sind bevorzugt, wenn auch die Verwendung von Hochofenzement
und anderer weniger gängigen Zementsorten nicht ausgeschlossen ist.
Als Siliciumkarbid hohen SiC-Gehalts kann beispielsweise
metallurgisches SiC enthalten sein. Bevorzugt sind jedoch Siliciumkarbid-Ausgangsmaterialien
geringeren SiC-Gehalts, wie beispielsweise die verschiedenen Arten des Kapselbruchs. In aller Regel
sind hier bereits gewisse Mengen Al2O3 und SiO2 enthalten,
so daß durch Zugabe von Al2O3 und SiO2
und/oder Zement, die gewünschten Gehalte an diesen weiteren Zusatzstoffen eingestellt werden können.
Dabei kann Al2O3 bzw. SiO2 in Form von Abfällen
und Brennhilfsmitteln aus der Porzellanindustrie, als Korund, insbesondere Bruch anorganisch gebundener
Korundschleifscheiben bzw. als Sand, Quarz u. dgl. zugesetzt werden. Es ist auch der Zusatz von weiteren
Materialien, die sowohl Al2O3 als auch SiO3 enthalten,
wie beispielsweise Basalt, möglich.
Die Formgebung der erfindungsgemäß verwendeten Preßlinge kann in der Weise erfolgen, daß die verschiedenen
Ausgangsmaterialien, nach vorangehender Zerkleinerung, in der zur Einstellung der
gewünschten Gehalte erforderlichen Menge gemischt, homogenisiert, mit Wasser angemacht und dann in
Formen gebracht werden, von denen sie nach Verfestigung befreit werden. Dabei ist es auch möglich, die
Zerkleinerung der einzelnen Bestandteile erst in der Misch- und Homogenisierungsstufe vorzunehmen.
Gattierungen mit einem Stahlschrottanteil von beispielsweise 50 Gew.% oder mehr, wie 50 bis 80
Gew.%, bezogen auf die Gesamtgattierung, können verwendet werden, ohne daß das Si-Ausbringen nachteilig
beeinflußt würde. Selbst mit derartig extrem hohen Stahlschrottanteilen gelingt noch ein sicheres und
gezieltes Si-Ausbringen. Sinngemäß das gleiche gilt für die Verwendung eines stark-rostigen Stahlschrottes,
beispielsweise einer Gattierung mit einem Stahlschrottanteil hohen Rostgehaltes. Unter futterlosen
Kupolofen sind auch solche öfen zu verstehen, bei denen, bei zunächst gefütterten Kupolofen nach
mehrtägigen Ofenreisen ein weitgehender oder völliger Futterabbrand, eingetreten ist. Voraussetzung ist
natürlich das Vorhandensein einer Mantelkühlung. In den nachfolgenden Beispielen ist die Zusammensetzung
verschiedener erfindungsgemäß verwendeter Siliciumkarbid-Preßlinge und deren Einsatz beschrieben.
45 bis 55% SiC
15% Zement
10 bis 20% Graphit
10 bis 20% Graphit
20% CaO, SiO, Al3O3
Für futterlose Kupolofen mit einem Stahlschrottanteil
von 40% in der Gattierung, die Eisen für mittleren Grauguß, GG25 oder hochgekohltes Gußeisen
mit Kugelgraphit herstellen.
bis 45% SiC
20% Zement
10 bis 30% Graphit
10 bis 30% Graphit
15% CaO, SiO2,
Für futterlose Kupolofen mit einem Stahlschrottanteil
bis zu 80% in der Gattierung, die Eisen für mittleren bis schweren Grauguß, GG25 bis GG30, oder
hochgekohltes Gußeisen mit Kugelgraphit herstellen.
Al2O3
Claims (2)
1. Verwendung von Siliciumkarbid-Preßlingen mit
25-60 Gew.% SiC
20-50 Gew.% Al2O3, SiO2 und CaO
(einschließlich Zement als Bindemittel in Mengen von 10-25 Gew.%), mit Gehalten, berechnet
als Oxide, von
2-30 Gew.% AUO3
7-30 Gew.% SiO2
5-25 Gew.% CaO
3-35 Gew.% Graphit
2-30 Gew.% AUO3
7-30 Gew.% SiO2
5-25 Gew.% CaO
3-35 Gew.% Graphit
Rest Kristallwasser und übliche Verunreinigungen, als Zusätze zu futterlosen Kupolofen zum
Einschmelzen von Gußeisen mit hohem Stahlschrottanteil von etwa 40 Gew. % und mehr, bezogen
auf die Gesamt-Eisengattierung.
2. Verwendung gemäß Patentanspruch 1 mit 45-55 Gew.% SiC
25-35 Gew.% Al2O3, SiO2 und CaO
(einschließlich Zement als Bindemittel in Mengen von 10-25 Gew.%), mit Gehalten, berechnet
als Oxide, von
2-30 Gew.% Al2O3
7-30 Gew.% SiO2
5-25 Gew.% CaO
5-25 Gew.% Graphit
2-30 Gew.% Al2O3
7-30 Gew.% SiO2
5-25 Gew.% CaO
5-25 Gew.% Graphit
Rest Kristallwasser und übliche Verunreinigungen.
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