DE2730753B2

DE2730753B2 - Kokillenschlichte für den Blockguß von Stahl

Info

Publication number: DE2730753B2
Application number: DE2730753A
Authority: DE
Inventors: Charles W. Wilmette Connors; Frederick V. Homewood Reven
Original assignee: Nalco Chemical Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1978-11-09
Also published as: BR7704439A; DE2730753C3; JPS5334626A; DE2730753A1; SE423601B; US4093778A; GB1547316A; IT1079965B; CA1075433A; SE7707718L; BE856526A; FR2364077B1; AU2675577A; FR2364077A1; NL7707601A; ZA773536B

Description

JO

Die Erfindung betrifft eine KokiUenschlichte für den Blockguß von Stahl auf der Basis von Eisenoxid, Wasser und organischem Bindemittel.

Verschiedene organische und anorganische Substanzen sind als Schlichten für Gießereiformen verwendet worden. Kohlenteer-Graphit Asphalt und verschiedene Gemische dieser und anderer Substanzen sind in weitem Umfange eingesetzt worden. Diese Substanzen haben sich jedoch als unbefriedigend erwiesen, da die durch die Verwendung der Schlichten herbeigeführte Verbesserung der Metalloberfläche relativ gering war im Vergleich zu dem erforderlichen Aufwand, der im Zusammenhang mit der Auftragung dieser Schlichten entsteht.

Die Entflammbarkeit dieser bekannten Substanzen ist aus Sicherheitsgründen unerwünscht Alle diese Schlichten führen bei der Entzündung zu Rauch und/oder giftigen Gasen der einen oder anderen Form. Diejenigen Schlichten, die einen höheren Prozentgehalt an Graphit enthalten, sind am wenigsten entflammbar und führen zu der geringsten Rauchentwicklung. Jedoch sind sie außerordentlich schmutzig und schwierig zu handhaben und schwierig auf die Kokillenwände v> aufzutragen.

Auch Magnetit (Fe₃O«) ist als Schlichte verwendet worden. Wird Magnetit als Schlichte eingesetzt, so werden Barren mit inneren Hohlräumen erzeugt die somit ungeeignet sind und wieder zur Gießerei m> zurückgeführt werden müssen. Das Eisenoxid als Kokillenschlichte ungeeignet ist ergibt sich aus dem Aufsatz »Effect of Mold Wall Preparation on Seams in Semikilled Steel Slabs«, von J. C. Seastone, Band 47 der »Proceedings of the Forty-Seventh National Open Hearth and Basic Oxygen Steel Conference of the Iron and Steel Division«.

Schlichten der eingangs genannten Art sind bekannt (GB-PS 7 15 727, DE-PS 53 433 und 5 43 044). Nach der DE-AS 16 08 347 ist es ferner bekannt die gleichen Schlichten sowohl für Sand- oder Keramiktiegel als auch für Graphittiegel zu verwende;].

Schließlich ist es bekannt (DE-AS 1608 347, DE-OS 2129 479), eine Mischung von Sulfit-Ablauge mit Eisenoxid unter Verwendung eines organischen Bindemittels für Schlichten zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Schlichte zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß die KokiUenschlichte aus 5 bis 30 Gew.-% Eisenoxid, 0,1 bis 25 Gew.-% Lignin-Sulfonat 0,1 bis 10 Gew.-% Ameisensäure oder einem Salz der Ameisensäure und Rest Wasser besteht

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen herausgesteUt

Anhand der Zeichnung, die ein senkrechter Aufriß einer typischen Kokille ist wird die Erfindung nunmehr näher erläutert

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 weiche mit der Nummer 14 bezeichnet ist Wie 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 größeren oberen Ende, in welche geschmolzene Eisenmetalle eingegossen werden, verwendet werden.

Die Massen, die zur Herstellung der Beschichtung verwendet werden, enthalten im weitesten Sinne von 5 bis 30 Gew.-% feinverteiltes Eisenoxid, insbesondere Fe2O3. 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 Ligninsulfonat, welches in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-% eingesetzt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist Ligninsulfonat in einer Menge von 2 bis 10 Gew.-% vorhanden.

Ein weiterer 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.-%.

Der Ausgleich der Beschichtungsmasse, welche sowohl Eisenoxid als auch Ligninsulfonat und Ameisensäure oder deren Salze enthält ist Wasser.

Zusätzlich 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 weiterer nützlicher, jedoch unbedingt notwendiger Zusatzstoff ist ein wasserlösliches oder dispergierbares Verdickungsmittel, 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 Zusammenset-

zung eingegeben werden kann in einer Menge von so wenig wie ^xh 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 feinverteilte Eisenoxid sollte relativ rein vorliegen und überwiegend aus Fe2Oj bestehen. Vom physikalischen Gesichtspunkt aus sollte das Eisenoxid eine Teilchengröße von weniger als 0,147 mm Maschenweite aufweisen.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Ligninsulfonate sind die Ammonium-, Alkalimetall- und Erdalkalimetall-Salze der Ligninsulfonsäure und die Ligninsulfonsäuren selbst Verfahren zur Handhabung der Ligninsulfonsäure und verschiedener Ligninsulfonatsalze sind dem Fachmann bekannt. Geeignete Methoden zur Herstellung von Ligninsulfonsäure und für die Isolierung verschiedener Lignirriilfonatsalze sind aus dem Buch »Chemistry of Lignin«, von Friedrich Emil Brauns, Academic Press, Ine, 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 Calciumligninsulfonate und deren Gemische.

Die Ligninsulfonate tragen zum Schutz gegen Spritzverlust des Barrens bei. Bei Kontakt mit dem geschmolzenen Stahl oder in der 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 Verteilung befinden müssen. Ein typischer Graphitstaub soll eine Maschenweite nach Tyler von etwa 0,048 mm aufweisen. Sofern Graphit in der erfindungsgemäßen Masse vorhanden ist, ist es wichtig, daß es in einer Menge von weniger als 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge vorliegt.

Ameisensäure liegt vorzugsweise in Form ihrer Alkalimetallsalze vor, wie bspw. als Natriumformiat. Die Säure kann auch als solche verwendet werden. Die Ameisensäure wird, wie bereits 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 Auftragung gerührt werden müssen, um eine einheitliche Beschichtung zu erzielen. Um die Stoffe leichter dispergiert zu halten und die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Bewegung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, daß die Beschichtungsmassen kleinerer Mengen an Verdickungsmittel 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.

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.

ίο Eine andere Gruppe von nützlichen Verdickungsmitteln oder Dispergierungsmitteln sind z. B. Guar-K.autschuk, 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 Verdickungsund Stabilisierungseffekt in den erfindungsgemäßen Massen zu erzielen.
Andere Produkte, welche für die Anwendung in dem

2i) erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind, sind bestimmte chemisch modifizierte Polysaccharide, wie bspw. die bekannten chemisch modifizierten Zelluloseäther.
Wie bereits vorstehend erwähnt, können die erfin-

2"> dungsgemäßen Formulierungen mit geringen Mengen bekannter Boicide behandelt werden, um einen biologischen Abbau dieser Substanzen unter Bedingungen langer Lagerung zu verhindern. Es können beliebige bekannte Bioeide verwendet werden, wie bspw.

ίο Formaldehyd, Natriumpentachlorphenol, bestimmte quaternäre Ammoniumsalze von Fettsäuren, Chlor-, Brom oder Jod u. ä. Die Dosierung des Bioeids varriert selbstverständlich in Abhängigkeit von dem speziell ausgewählten Bioeid.

j·; Ein weiteres wahlweise zuzugebendes Zusatzmittel, welches bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Massen eingesetzt werden kann, ist Natirumhcxametaphosphat. Diese Substanz wirkt als ein Codispergierungsmittel, wenn sie zusammen mit dem vorstehend beschriebenen Verdickungsmittel verwendet wird. Die Verwendung bringt den Vorteil mit sich, daß recht dicke Formulierungen flüssig gehalten können.

Die soweit beschriebenen Mittel können in der folgenden Tabelle dargestellt werden, welche nachste-

4^r> hend die allgemeinen Zusammensetzung angibt:

Tabelle I

Allgemeine Zusammensetzung

Bestandteil

Gew.-%

allgemeiner

Bereich

Bevorzugter
Bereich

A. Eisenoxid, feinver- 5—30 10—25
r> teilt

B. Ligninsulfonat 0,1—25 2-10

C. Graphit, feinverteilt 0—20 5—15

D. Ameisensäure oder 0,1 — 10 3—8
·>(> eines ihrer Salze

E. Bioeid 0,5-2000 ppm -

F. Hexametaphosphat 0,01—0,5 -

Beispiel

Eine spezielle Masse, welche erfolgreich bei der Beschichtung von Barrenformen zur Herstellung von

Stahl eingesetzt worden ist, wird nachfolgend beschrieben:

Bestandteile	Gew.-%
Eisenoxid (0,147mm Maschenweite)	20
Natriumligninsulfonat
(5O°/oige Lösung)	10
Graphit 0,048 mm	10
Natriumformiat	5
Natriumalginat-Polymer	0,2
Formaldehyd	100 ppm
Natriumhexametaphosphat
(2O°/oige Lösung)	0,2
Wasser	Ausgleich
	auf 100

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.

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.

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

κι Tagen wiederholt. Am Ende dieser Zeit traten 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

is 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° C bis erhitzt 260° C wird. Es wurde jedoch auch beobachtet, daß gute Ergebnisse relativ häufig erzielt wurden, wenn die Oberflächen der Formen eine Temperatur von 93° C und eine hohe Temperatur von 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 beschichte-

jo ten Formen gewonnen wurden, auftraten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kokillenschlichte für den Blockguß von Stahl auf der Basis von Eisenoxid, Wasser und organi- _ä schein Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 5 bis 30 Gew.-% Eisenoxid, 0,1 bis 25 Gew-% LJgnin-Sulfonat, 0,1 bis 10 Gew.-% Ameisensäure oder einem Salz der Ameisensäure und Rest Wasser besteht

2. Kokillenschlichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 20 Gew.-% feinverteiltes Graphit enthält

3. Kokillenschlichte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 3 bis 8 Gew.-% Ameisensäure oder eines Salzes der Ameisensäure enthält

4. KokiUenschlichte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des feinverteilten Eisenoxids (Fe₂Oa) 10 bis 25 Gew.-% und die Menge des Ligninsulfonate 2 bis 10Gew.-% ausmacht

5. KokiUenschlichte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 15 Gew.-% feinverteiltes Graphit enthält

6. KokiUenschlichte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie kleinere Mengen eines organischen Suspensionsmittels enthält