DE2730753A1

DE2730753A1 - Formbeschichtungsmasse und barrenform zur herstellung von barren

Info

Publication number: DE2730753A1
Application number: DE19772730753
Authority: DE
Inventors: Charles W Connors; Frederick V Reven
Original assignee: Nalco Chemical Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1978-03-16
Also published as: BR7704439A; DE2730753C3; JPS5334626A; DE2730753B2; SE423601B; US4093778A; GB1547316A; IT1079965B; CA1075433A; SE7707718L; BE856526A; FR2364077B1; AU2675577A; FR2364077A1; NL7707601A; ZA773536B

Description

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Nalco Chemical Company, Oak Brook, Illinois 60521, V.St.A.

FormbeSchichtungsmasse und Barrenform zur Herstellung von Barren

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Die Erfindung betrifft eine Masse zur Beschichtung von Formen, die bei der Bearbeitung von geschmolzenen Metallen verwendet werden, und Formen, die mit dieser Masse beschichtet sind.

Es war Praxis bei der Bearbeitung von geschmolzenen Metallen, eine Beschichtung auf die Oberfläche der Formen aufzutragen, bevor das Metall in die Form gegossen wurde. Diese Praxis wurde in der Stahlindustrie in weitem Ausmaße durchgeführt, wo Barrenformen normalerweise vor der Formung der Stahlbarren beschichtet werden. Der anerkannte Grund aller dieser Beschichtungen war die Verbesserung der Oberflächenqualitäten des geschmolzenen Metalls. Eine der Aufgaben, für welche die meisten Beschichtungen ausgebildet sind, ist die Abweisung von Spritzern des geschmolzenen Metalls und ein Verhindern der Verfestigung dieser Metallspritzer an den wanden der Form. Weitere bedeutende Aufgaben von FormbeSchichtungen, die bei der Bearbeitung von geschmolzenen Stahl eingesetzt werden, bestehen in der Verminderung der Formabnutzung und in der Lieferung einer guten Scheidefläche.

Die Oberfläche von verfestigtem Metall, welches aus Spritzern entsteht, welche den Formwänden anhaften, oxidiert üblicherweise außerordentlich schnell. Diese Oberflächenoxidation und die erlängte hohe Hitzekapazität aufgrund des Haftens an der Form hält das Metall, welches von den Spritzern herrührt, davon ab, in den Hauptkörper des Barrens eingefügt zu werden, nachdem die Form vollständig gefüllt worden ist.

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Das Versagen des Metalls, welches von den Spritzern herrührt, in den Hauptkörper des Metallbarrens eingefügt zu werden, führt zu Oberflächenunregelmäßigkeiten, welche durch Brennen, Flammstrahlen, Schleifen oder andere geeignete Maßnahmen vor der Verarbeitung des Barrens in 5-dimensionale Formen oder Bleche, entfernt werden müssen. Sofern diese Unregelmäßigkeiten durch eine der genannten Operationen nicht entfernt werden, führen sie zu Defekten bei den fertig bearbeiteten Metallprodukten.

Verschiedene organische und anorganische Substanzen sind in bekannten Bestrebungen getestet worden, um das Problem von Oberflächendefekten in Metallen, welche durch Spritzer, die an den Wänden der Form haften, verursacht werden, zu lösen. Kohlenteer-Graphit, Aspalt und verschiedene Kombinationen dieser und anderer Substanzen wurden in weitem Umfange verwendet. Diese Substanzen haben sich alle unbefriedigend erwiesen, da die Verbesserung in der Metalloberfläche, welche aus der Verwendung dieser Substanzen resultiert, relativ gering war im Vergleich zu den Kosten und den Schwierigkeiten, die im Zusammenhang mit der Auftragung dieser Substanzen auf Formen entstehen.

Die Entflammbarkeit dieser aus dem Stand der Technik bekannten Substanzen ist aus Sicherheitsgründen unerwünscht. Alle diese Substanzen führen zu Rauch und/oder giftigen Gasen der einen oder anderen Form. Diejenigen Substanzen, welche einen höheren Prozentgehalt an Graphit enthalten, sind an wenigsten

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entflammbar und führen zu den geringsten Mengen an Rauch. Jedoch sind sie außerordentlich schmutzig und schwierig zu handhaben und schwierig auf die Formwände aufzutragen.

Hit wechselndem Erfolg sind verschiedene anorganische Substanzen hinsichtlich ihrer Verwendung als FormbeSchichtungen getestet worden, um die Oberflächenqualitäten der Metalle zu verbessern. Keine dieser Substanzen war wirklich befriedigend oder annehmbar für die Stahlindustrie, da diese Materialien die Neigung haben, nichtmetallische Einschlüsse in das Metall einzubringen.

Eine der Substanzen, welche Inder Vergangenheit als Formbeschichtung getestet wurde, ist Magnetit (Fe^CL). Wird Manetit auf Barrenformen aufgetragen und Stahl in die Formen eingegossen, so werden fertige Barren produziert, welche Löcher unterhalb der Oberfläche aufweisen. Diese Löcher unterhalb der Oberfläche führen zu fertigen Stahlprodukten, welche unannehmbar sind und wieder in den Produktionsprozeß zurückgeführt werden müssen. Eine Sarstellung der Unfähigkeit von Eisenoxid, als Formbeschichtung verwendet «u werden, ist " bekannt aus "Effect of Mold VaIl Preparation on Seams in Semikilled Steel Slabs", von J.O. Seastone, Band 47 der "Proceedings of the Forty-Seventh National Open Hearth and Basic Oxygen Steel Conference of the Iron and Steel Division", gehalten in Buffalo, New York, vom 13 bis 15 April 1964.

Die Erfindung betrifft eine Formbeschichtungsmasse für Barren-

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formen zur Herstellung von Stahlbarren, welche feinverteiltes Eisenoxid in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%, ein Ligninsulfonat in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-# und Wasser zum Ausgleich auf 100 enthält.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine verbesserte Barrenform

zur Herstellung von Stahlbarren, bei der die inneren Formoberflächen mit einer BeSchichtungsmasse versehen sind, welche feinverteiltet Eisenoxid in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%, ein Ligninsulfonat in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-% und Vasser im Ausgleich auf 100 Gew.-% enthält.

Zum weiteren Verständnis der Erfindung soll die beiliegende Zeichnung beitragen, welche einen vertikalen Aufriß einer typischen Barrenform zur Herstellung von Stahlbarren darstellt.

In der Zeichnung ist die Barrenform mit der Nr. 10 bezeichnet. Die Form wird umfaßt von einer Basis oder einem "Gespann" 12, auf welchem eine zylindrisch ausgebildete Form ruht, welche mit der Nummer 14 bezeichnet ist. Vie aus der Zeichnung hervorgeht, sind die inneren Wände 18 des Bodens 16 der Form 14 mit der erfindungsgemäßen Beschichtung 20 beschichtet. Wenngleich die Zeichnung eine Form mit einem unteren großen Ende darstellt, so kann doch die Erfindung zur Behandlung von Formen, mit einem großen oberen Ende, in welche geschmolzene Eisenmetalle eingegossen werden, verwendet werden.

Die Massen, die zur Herstellung der Beschichtung verwendet

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werden, enthalten im weitesten Sinne von 5 bis 30 Gew.-% feinverteiltes Eisenoxid, insbesondere Fe^O,, Hesmatit. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das feinverteilte Eisenoxid in einer Menge von 10 bis 25 % vorhanden.

Der zweite Bestandteil, der in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmassen verwendet wird, ist ein Idgninsulfonat, welches in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-% eingesetzt wird. In einer

bevorzugten Ausführungsform ist Idgninsulfonat in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-% vorhanden.

Der Ausgleich der BeSchichtungsmasse, welche sowohl Eisenoxid als auch Idgninsulfonat enthält, ist Vasser.

Zusätzlich zu dem vorhandenen Eisenoxid und den Ligninsulfonaten können die Massen wahlweise zusätzliche Bestandteile enthalten, bspw. Graphit, welches in einer Menge von 5 bis 20 %, vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 15 #, vorhanden ist.

Ein anderer Wahlweise einzusetzender vorteilhafter Zusatzstoff ist Ameisensäure oder deren Salze, insbesondere deren Alkalimetallsalze. Diese Komponente soll in den erfindungsgemäßen Beschichtungsmassen in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-^ eingesetzt werden, vorzugsweise in einer Menge von 3 bis 8 Gew.-%.

Ein weiterer nützlicher, jedoch unbedingt notwendiger Zusatzstoff ist ein wasserlösliches oder dispergierbares Verdickungs-

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mittel, welches entweder ein wasserlösliches Polymer oder einen Ton darstellen kann. Diese Verbindung ist in Mengen von 0,1 bis etwa 5 Gew.-% vorhanden, vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-%.

Eine weitere wahlweise einzusetzende Zusatzverbindung zur Herstellung der erfindungsgemäßen BeSchichtungsmassen ist ein Bioeid, welches in die Zusammensetzung eingegeben werden kann in einer Menge von so wenig wie 1/2 ppm bis zu Mengen in einer Größenordnung von 2000 ppm.

Schließlich können in bestimmten Fällen, in denen die Stabilität der Zusammensetzung von Bedeutung ist, kleinere Mengen, d.h. 0,01 bis etwa 1 Gew.-% Natriumhexametaphosphat eingesetzt werden.

Das feinverteilt^ Eisenoxid sollte relativ rein vorliegen und überwiegend aus ^e₂O, bestehen. Vom physikalischen Gesichtspunkt aus sollte das Eisenoxid eine Teilchengröße von weniger als 0,147 mm Maschenweite (Tyler, 100 mesh) aufweisen. Eine ausgezeichnete Quelle für derartige Eisenoxide sind die feinen Eisenoxide, welche von den Niederschlagsanlagen basischer Sauerstoff-Brennöfen gesammelt werden.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Ligninsul fonate sind die Ammonium-, Alkalimetall- und Erdalkalimetall- Salze der Ligninsulfonaättre und dl· Ligninaulfoneäuren selbst· Verfahren zur Handhabung der Lignineulfonsäure und verschie-

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dener Ligninsulfonatsaöze sind dem Fachmann bekannt. Geeignete Methoden zur Herstellung von Ligninsulfonsäure und für die Isolierung verschiedener Ligninsulfonatsalze sind aus dem Buch "Chemistry of Lignin", von Friedrich Emil Brauns, Academic Press, Inc., New York (1952) bekannt. Ein spezielles Verfahren für die Isolierung von Ligninsulfonsäure und die Herstellung der verschiedenen Ligninsulfonatsalze ist auf den Seiten 111 bis 125 erörtert.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht begrenzt auf die Verwendung von Ligninsulfonaten, welche nach irgendeinem speziellen Verfahren hergestellt worden ■ sind.

Alle verschiedenen Ammonium-, Alkalimetall- und Erdalkalimetallsalze und die freien Säuren sind geeignet zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die bevorzugten Ligninsulfonate sind die Ammonium-, Natrium- und Oalciumligninsulfonate und deren Gemische.

Di· Ligninsulfonate tragen zum Schutz gegen Spritzverlust des Barrens bei. Bei Eontakt mit dem geschmolzenen Stahl oder in Aer Nähe des geschmolzenen Stahls verdampfen sie augenblicklich von der Beschichtung wodurch sie dazu beitragen, die fertigen Barren vor Oberflächendefekten zu schützen.

Hinsichtlich der Zusatzstoffe ist festzustellen, daß Graphit, wie auch das Eisenoxid sich im Zustand einer feinen Unterteilung befinden müssen. Ein typischer Graphitstaub soll eine

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Maschenweite nach Tyler von etwa 0,048 m (52S mesh) aufweisen. Sofern Graphit in der erfindungsgemäßen Masse vorhanden ist, ist es wichtip, daß es in einer Menpe von weniger als 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge vorliegt.

Ameisensäure, sofern sie in den erfindungsgemäßen Massen verwendet wird, liegt vorzugsweise in Form ihrer Alkalitnetallsalze vor, wie hspw. als Natriumformiat. Die Säure kann als solche verwendet werden oder andere Metallammonium oder Aminsalze können eingesetzt werden. Die Ameisensäure wird, wie bereit.s vorstehend erwähnt, in kleinen Mengen eingesetzt. Ihre Aufgabe ist es, die Wirkung der Ligninsulfonate bei deren Anwendung zu verstärken. Sie hat eine außerordentlich hohe Verkohlungstemperatur, wodurch sie sehr viel langsamer verbrennt als die Ligninsulfonate.

Die Massen des vorstehend erwähnten Typs werden durch Aufschlämmung in Wasser hergestellt, wobei relativ instabile Suspensionen gebildet werden, was zur Folge hat, daß sie während der Dauer der Auftragung gerührt werden müssen, um eine einheitliche Beschichtung zu erzielen. Um die Stoffe leichter dispergiert zu halten und die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Bewegung zu vermindern, ist es vorteilhaft, daß die Formulierung kleinerer Mengen an Verdickungsmitteln oder Dispergierungsmitteln enthalten. Diese Stoffe können aus einem weiten Bereich der in Wasser dispergierbaren organischen Polymere gewählt werden. Unter bestimmten Bedingungen kann Bentonit-Ton eingesetzt werden.

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Die wasserlöslichen Polymeren können weiter dadurch charakterisiert werden, daß sie Pol.yelektrolyte darstellen zum Zwecke der Erfindung, was bedeutet, d«ß sie eine Vielzahl von locker gebundenen polaren Gruppen oder πIf: Teil ihre Moleküls eine große Anzahl von polaren oder geladenen Gruppierungen enthalten.

Beispielhaft für derartige Substanzen sind wasserlösliche synthetische Polymere mit hohem Molekulargewicht, wie bspw. Acrylamid-Homo- und -Copolymerisate und wasserlösliche Alkalimetallsalze von hohem Molekulargewicht und Acrylsäurepolymere.

Eine andere Gruppe von nützlichen Verdickungsmitteln oder Dislergierungsmitteln sind die sogenannten natürlichen Produkt vom Kautschuktyp, wie bspw. Guar-Knutschuk, Xanthomonas-Kolloide und Produkte der Alginsäure, welche aus Algen extrahiert werden. Die Alginate bilden eine bevorzugte Gruppe der Dispergierungsmittel, da sie in sehr geringen Mengen verwendet werden können, um einen wesentlichen Verdickungs- und Stabilisierungseffekt in den erfindungsgemäßen Massen zu erzielen·

Andere Produkte, welche für die Anwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind, Bind bestimmte chemisch modifizierte Polysaccharide, wie bspw. die bekannten chemisch modifizierten Zelluloseäther.

Wie bereits vorstehend erwähnt, können die erfindungsgemäßen

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Formulierungen mit (geringen Mengen bekannter Boicide behandelt werden, um einen biologischen Abbau dieser Substanzen unter Bedingungen lanprer Lagerung zu verhindern. Es können beliebige bekannte Bioeide verwendet werden, wie bspw. Formaldehyd, Natriumpentachlorphenol, bestimmte quaternäre Ammoniumsalze von Fettsäuren, Chlor-, Brom oder Jod u.a. Die Dosierung des Bioeids varriert selbstverständlich in Abhängigkeit von dem speziell ausgewählten Bioeid.

Ein weiteres wahlweise zuzugebendes Zusatzmittel, welches bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Massen eingesetzt werden kann, ist Natriumhexaraetaphosphat. Diese Substanz wirkt als ein Oodispergierungsmittel, wenn sie zusammen mit dem vorstehend beschriebenen Verdickungsmittel verwendet wird. Die Verwendung bringt den Vorteil mit sich, daß recht dicke Formulierungen flüssig gehalten können in einem Stadium geeigneter Thixotropy.

Die soweit beschriebenen Mittel können in der folgenden Tabelle dargestellt werden, welche nachstehend die allgemeinen Zusammensetzung angibt:

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Bestandteil

A. Eisenoxid, feinverteilt

B. Ligninsulfonat

C. Graphit, feinverteilt

D. Ameisensäure oder eines ihrer Salze

E. Bioeid

F. Hexametaphosphat

- 15 Tabelle I Allgemeine Zusammensetzung

Gew.-#

allgemeiner Bereich

- 30

0,1 - 25

- 20

0,1 - 10

0,5 - 2000 ppm

0,01 - 0,5

bevorzugter Bereich

10 - 25

2-10

5-15

3-8

Beispiel

Eine spezielle Masse, welche erfolgreich bei der Beschichtimg von Barrenformen zur Herstellung von Stahl eingesetzt worden ist, wird nachfolgend beschrieben:

Bestandteile

Eisenoxid (0,147 μ Maschenweite, 100 mesh) Natriumligninsulfonat (50 %ige Lösung)

Graphit (325 mesh) 0,048 mm

Natriumformiat

Natriumalginat-Polymer

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Gew.-%

20 10 10

5 0,2

Bestandteile Gew.-%

Formaldehyd 100 ppm

Natriumhexametaphosphat (20%-ige Lösung) 0,2

Wasser Ausgleich auf

Die erfindungsgemäßen Massen liegen bequemerweise in Form einer dicken Paste vor, welche auf die Oberfläche der Form gesprüht, gebürstet oder gerollt werden kann. Die Massen können vom Hersteller in Form von Konzentraten vertrieben werden, welche mit Wasser verdünnt werden können oder sie können direkt von ihren Verladecontainern vertrieben werden.

Da keine genaue Menge hinsichtlich der Dicke der Beschichtung mit Sicherheit angegeben werden kann, ist ein typisches erfindungsgemäßes Produkt derart ausgestaltet, daß etwa 1,9 1 des Produktes ausreichen, um eine Barrenform mit einer Kapazität von 13 Tonnen zu beschichten. Die Beschichtung soll einheitlich über die ganze Formoberfläche aufgetragen sein, wo sie mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt. Sie soll aber nicht so dick sein, daß Teile der Beschichtung direkt in den geschmolzenen Stahl hineinfallen, wenn der Barren gegossen wird.

Die vorstehend genannte Masse wurde durch Aufsprühen auf die ι inneren Oberflächen einer Barrenform mit einer Kapazität von 13 Tonnen aufgetragen in einem Verhältnis von 1,9 1 pro Anwendung. Die Form wurde nach jedem Guß erneut beschichtet. Dieses Verfahren wurde über einen Zeitraum von 60 Tagen

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wiederholt. Am Ende dieser Zeit tragen keine metallurgischen Probleme auf und das "Festläufer" - Verhältnis, welches durch das Abziehen der Barrenform von den fertigen Barren hervorgerufen wird, lag bei etwa 3» 5 %· Die gleichen Formen, welche zuvor mit bekannten BarrenbeSchichtungen versehen worden waren, wiesen AnhaftVerhältnisse oberhalb von etwa 6,5 % auf.

Als Ergebnis der vorstehend genannten Tests wurde ermittelt, daß die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn die innere Oberfläche der Form vor der Beschichtung auf eine Temperatur von 204°0 bis 260°0 erhitzt wird. Es wurde jedoch auch beobachtet, daß gute Ergebnisse relativ häufig erzielt wurden, wenn die Oberflächen der Formen eine so geringe Temperatur wie 93⁰O und eine so hohe Temperatur wie 649°C aufwiesen. Es ist ferner bedeutsam, daß keine metallurgischen Probleme auftraten, bspw. in Form von unerwünschten Einschlüssen in den fertigen Stahlprodukten, welche aus den Barrengehäusen in den erfindungsgemäßen beschichteten Formen gewonnen wurden, auftraten.

Dr. Wa./ro

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4? Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Formbeschichtungsmasse für Barrenforin zur Herstellung von Stahlbarren, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt ist:

Bestandteile Gewicht sprο zent

A. Feinverteiltes Eisenoxid 5-30

B. Ein Mgninsulfonat 0,1 - 25

C. Wasser Ausgleich auf 100

2. Formbeschichtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse ferner 0,1 bis 10 Gew.-# Ameisensäure oder eines der Salze der Ameisensäure enthält.

3. Formbeschichtungsmasse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 20 Gew.-% feinverteiltes Graphit enthält.

4. Formbeschichtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Menge des feinverteilten Eisenoxids 10 bis 25 Gew.-% und die Menge des Ligninsulfonats 2 bis 10 Gew.-% beträgt.

5· Formbeschichtungsmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß sie 3 bis 8 Gew.-% Ameisensäure oder eines Salzes der Ameisensäure enthält.

6. Formbeschichtungsmasse nach einem der Ansprüche 4 oder 5»

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dadurch gekennzeichnet,daß sie 5 bis 15 Gew.-% feinverteiltes Graphit enthält.

7. Formbeschichtungsmasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie kleinere Mengen eines organischen Suspendiermittels enthält.

8. Barrenform zur Herstellung von Stahlbarren, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Oberflächen mit einer Masse beschichtet sind, die aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt ist:

Bestandteile Gewichtsprozent

A. Peinverteiltes Eisenoxid 5 -30

B. Ein Ligninsulfonat 0,1 -25

C. Wasser Ausgleich auf 100

9. Barrenform nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse 0,1 bis 10 Gew.-% Ameisensäure oder eines Salzes der Ameisensäure enthält.

10. Barrenform nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse 5 bis 20 Gew.-# feinverteiltet Graphit enthält.

11. Barrenform nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des feinverteilten Eisenoxids 10 bis 25 Gew.-% und die Menge des Ligninsulfonate 2 bis 10 Gew.-% beträgt.

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12. Barrenform nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse ferner 3 bis 8 Gew.-% Ameisensäure oder eines Salzes der Ameisensäure enthält.

13. Barrenform nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,daß die Beschichtungsmasse ferner 5 bis 15 Gew.-# feinverteiltes Graphit enthält.

14. Barrenform nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsmasse kleinere Mengen eines organischen Suspendiermittels enthält.

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