DE2727896C2

DE2727896C2 - Verwendung von Siliciumkarbid-Preßlingen als Kupolofenzusatz

Info

Publication number: DE2727896C2
Application number: DE2727896A
Authority: DE
Inventors: Werner 8481 Baernwinkel Kessl
Original assignee: Kessl Werner 8481 Baernwinkel
Current assignee: Werner Kessl Giessereibedarf 92690 Pressath GmbH
Priority date: 1977-06-21
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1984-08-23
Also published as: GB2000194B; SE443578B; IT7824386A0; PL114057B1; IT1096537B; SE7806163L; NL7806359A; AT380698B; ATA449278A; DE2727896B1; LU79845A1; FR2395318B1; BE868268A; GB2000194A; PL207757A1; FR2395318A1; DD137249A5; CH636129A5; CS209895B2; US4171219A

Description

Es ist bekannt, daß eine gezielte Aufsilizierung von Gußeisen im Kupolofen bei Verwendung von Gattierungen hohen Stahlschrottanieils 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 Gußeisenschmclzen im Kupolofen mi*, dem Ziel der Beeinflussung der Schmelze und der Eigenschaften des Gußeisens zuzusetzen (US-PS 2119521; Gießerei, 1962, 36S. 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).

Aus der US-Patentschrift 2 527 829 sind für die Desoxidation und Erhöhung des Kohlenstoff- und Siliciumgehalts, auch für Stahlschrott-Gattierung verwendbare Kupolofen-Zusätze, bekannt, die Kohlenstoff umhüllte Siliziumkarbid- und Kohlenstoff-Teilchen neben Ton oder Portlandzement enthalten. In dem vorveröffentlichten Bericht über den Vortrag von Bohl, 4. Arbeitstagung, 4. Oktober 1974 der Firma Werner Keßl, 8481 Bärnwinkel, ist ein Siliciumkarbid-Preßling mit 10% freiem Kohlenstoff beschrieben, wobei Angaben über das Bindemittel völlig fehlen. Weiter fehlt jeder Hinweis auf die Verwendung der dort ohnehin nicht genannten erfindungsgemäß eingesetzten Preßlinge für futterlose Kupolöfen bei hoher Stahlschrottgattierung von ca.

■j 40% und mehr.

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 uner-

klärlichen 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

'5 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

-0 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.% Al₂O,, SiO₂ und CaO

(einschließlich Zement als Bindemittel

JO in Mengen von 10-25Gew.%),mitGe-

halten. berechnet als Oxide, von
2-30 Gew.% Al₂O₃
7-30 Gew.% SiO₂
5-25 Gew.% CaO

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 jeweilige 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

W) 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 Stahhchrottantcilen auch bei in weiten Bereichen schwankender Zu-

b·} sammensctzungderEisengattierung erzielbar sind. Es sind zwar Preßlinge, die neben Graphit auch Siliciumkarbid enthalten können bereits bekannt (US-Patentschrift 2 540 173). 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 Vierteljahrhundert der Entgegenhaltung eine Andeutung in dieser Richtung zu entnehmen.

Eine bevorzugte Ausführungsiorm besteht in der Verwendung von Siliciumkarbid-Preßlingen 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 Ge*.% Graphit

Rest Kristallwasser und üblichen Verunreinigungen. Unter Graphit werden hier jene Graphitformen verstanden, deren Kristalle für das Auge odet für das Lichtmikroskop sichtbar sind, also die klassischen Formen des Graphits. Graphit unterscheidet sich von Kohle schon durch seine außerordentlich hohe Temperatur- 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, z. 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 Verfugung stehen, so daß eine Entfremdung des zur Aufsilizicrung 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. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Bildung aggressiver Schlacken 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 Siliciumkarbid-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 SlO₂ innerhalb des Zementanteils, also in gebundener Form, enthalten sind, ist noch die Gegenwart weiterer Anteile von A1,O, und insbesondere von SiO₇ er- ■ ·> wünscht. 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 i". 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 bein vorzugt, 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. Bevor-J-) zugt sind jedoch Siliciumkarbid-Ausgangsmaterialien geringeren SiC-Gehalts, wie beispielsweise die verschiedenen Arten des Kapselbruchs. In aller Regel sind hier bereits gewisse Mengen AIiO₃ und SiO₁ enthalten, so daß durch Zugabe von Al₂O₃ und SiO₂ und/oder Zement, die gewünschten Gehalte an diesen weiteren Zusatzstoffen eingestellt werden können. Dabei kann AI₂O₃ 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 AI₂O₃ 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 Stahischrottanteil von bei_b0 spielsweise 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 _b5 gezieltes Si-Ausbringen. Sinngemäß das gleiche gilt für die Verwendung eines stark-rostigen Stahlschrottes, beispielsweise einer Gattierung mit einem Stahlschrottanteil hohen Rostgehaltes.

In den nachfolgenden Beispielen ist die Zusammensetzung verschiedener erfindungsgemäß verwendeter Siliciumkarbid-Preßlinge und deren Einsatz beschrieben.

Beispiel 1

45 bis 55% SiC

15% Zement
10 bis 20% Graphit ¹^

.70% CaO₅SiO₁Al₂O₃

Für futterlose Kupolofen mit einem Stahlschrottanteil von 40% in der Gattierung, die Eisen für mittleren Grauguß, GG25 oder hochgekohltes Gußeisen mit Kugelgraphit herstellen. ^

Beispiel 2

35 bis 45% SiC

20% Zement

10 bis 30% Graphit

15% CaO, SiO₂, AI₂O₃

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.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Silidumkarbid-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.% AKO₃
7-30 Gew.% SiO,
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 etwa40 Gew.% und mehr, bezogen auf die Gesamt-Eisengattierung.

2. Verwendung gemäß Patentanspruch 1 mit 45-55 Gew.% SiC

25-35 Gew.% Al₂O,, 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.% SiO_:
5-25 Gew.% CaO
5-25 Gew.% Graphit

Rest Kristallwasser und übliche Verunreinigungen.