DE3004711C2 - Auskleidung für einen Converter - Google Patents

Auskleidung für einen Converter

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DE3004711C2
DE3004711C2 DE3004711A DE3004711A DE3004711C2 DE 3004711 C2 DE3004711 C2 DE 3004711C2 DE 3004711 A DE3004711 A DE 3004711A DE 3004711 A DE3004711 A DE 3004711A DE 3004711 C2 DE3004711 C2 DE 3004711C2
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Kyusyu Refractories Co Ltd Bizen Okayama
Nippon Steel Corp
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KYUSYU REFRACTORIES CO Ltd BIZEN OKAYAMA JP
Kyusyu Refractories Co Ltd Bizen Okayama
Nippon Steel Corp
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Description

Die Erfindung betrifft eine Auskleidung für einen Konverter, bei der ungebrannte kohlenstoffgebundene Steine, Magnesitklinker, 1 bis 10 Gew.-% Aluminium und ein Bindemittel, das im erhitzten Zustand Kohlenstoff liefert, wenigstens den Teil der Auskleidung bilden, der einem hohen Verschleiß ausgesetzt ist „Ί
Im allgemeinen werden in üblicher Weise gebrannte Magnesitdolomitsteine einschließlich synthetischer Magnesitdolomitklinkersteine als dauerhaftes Auskleidungsmaterial eines Konverters verwandt. Neben der Verwendung dieser Ofenbauelemente haben die Anwendung der Heißstrahlreparatur, der Schlackenüberwachung, dei Schlackenüberzugs oder der Schlackenumhüllung usw. die Lebensdauer der Konverterauskleidung merklich verlängert
In Verbindung mit der jüngsten Verschärfung der Energiesituation und des Rohstoffproblemr- ist eine weitere Herabsetzung der Stahiherstellungskosten für die Stahlindustrie wünschenswert geworden.
Die Stahlherstellung nach dem Sauerstoffblasverfahren wird in verschiedener Weise beispielsweise als Sauerstoffaufblasverfahren, als Sauerstoffdurchblasverfahren, in einer Kombination dieser Verfahren und ähnlichen Verfahren durchgeführt Das hat zur Folge, daß die thermischen Lastverhältnisse des Konverters sich geändert haben, wodurch die feuerfesten Konverterauskleidungsstoffe einer starken Belastung ausgesetzt wurden.
Es ist allgemein bekannt, daß Kohlenstoff ausgezeichnete Eigenschaften als feuerfestes Material, beispielsweise eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit, eine hohe Schlackenkorrosionsfestigkeit, eine hohe Schlackendurchdringungsfestigkeit und ähnliches aufweist.
Es wurden daher bisher nicht gebrannte Teerdolomitsteine verwandt Derartige Steine haben jedoch den Nachteil, daß ihre Struktur aufgrund einer Reaktion zwischen dem CaO im Dolomit und dem Kohlenstoff während der Verwendung bei hoher Temperatur beeinträchtigt wird.
Da die dem Teerdolomit zuzugebende Kohlenstoffmenge notwendigerweise begrenzt ist, können die Eigenschaften des Kohlenstoffes nicht in zufriedenstellender Weise ausgenutzt werden.
Die Teerdolomitsteine wurden tatsächlich durch gebrannte teerdurchdrungene Magnesitdolomitsteine ersetzt Da der durch die Teerdurchdringung erhaltene Kohlenstoffgehalt jedoch nicht ausreicht, um die Eigenschaften des Kohlenstoffes in zufriedenstellender Weise auszunutzen, konnten dadurch die Nachteile der gebrannten Steine noch nicht grundsätzlich beseitigt werden.
Ungebrannte Kohlenstoffmagnesiasteine (japanische Patentschrift Nr. 7 56 495, US-PS 36 67 974, GB-PS 12 33 646 und kanadische Patentschrift Nr. 8 96 629) wurden in weitem Umfang in elektrischen Lichtbogenofen insbesondere als Steine für die Decke und heiße Stellen mit Erfolg verwandt. Diese Steine wurden jedoch als ungeeignet für die Verwendung in einem Konverter angesehen, da sie die Gefahr mit sich bringen, daß sie aufgrund ihrer relativ geringen Bruchfestigkeit Stößen oder Schlägen ausgesetzt sind, wenn Altmetall in den Konverter geworfen wird, und daß sie eine Entkohlung zeigen, wenn sie mit geschmolzenem Stahl in Kontakt gebracht werden.
Um die Qualität nicht gebrannter Kohlenstoffmagnesiasteine zu verbessern, wurden verschiedene Weitere.nl*
' *< -{wicklungen durchgeführt, wie es beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift SHO-53-6312 dargestellt ist, bei der Silizium zugegeben wird, um die Oxidationsbeständigkeit zu verbessern, wie es beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift SHO-54-11113 dargestellt ist, bei der die Warmfestigkeit erhöht wird, indem verschiedene Probleme beim Preßvorgang überwunden werden und wie es beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. SHO-53-104292 dargestellt ist, bei der der Kohlenstoffgehalt wesentlich auf mehr als 55% erhöht wird, um dadurch die volle Ausnutzung der Eigenschaften des Kohlenstoffes zu ermöglichen und bei dem verschiedene Schv/ierigkeiten in Verbindung mit dem Preßvorgang gemildert werden.
Dieses kohlenstoffbindende Material für Kohlenstoffmagnesiasteine ist dennoch nicht derart, daß diese
gleichzeitig sowohl die Eigenschaft der Oxidationsbeständigkeit als auch einen hohen Bruchmodul zeigen.
Aus der US-PS 33 22 551 geht ein feuerfestes Material hervor, das aus Magnesit Aluminiumpulver und Pech, also einem Bindemittel, das im erhitzten Zustand Kohlenstoff liefert, gebildet wird. Das bekannte Material weist jedoch bei Einsatz in einem Konverter einen unzureichenden Widerstand gegenüber einem Abplatzen auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auskleidung für einen Konverter anzugeben, die durch eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit Schlackenkorrosionsbeständigkeit Schlackenundurchlässigkeit, Bruchmodul und Widerstand gegen Abplatzen eine lange Lebensdauer aufweist Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst
Die Menge an kohlenstoffhaltigem Material in den Steinen der erfindungsgemäßen Auskleidung beträgt 3—40 Gew.-%. vorzugsweise 5—30 Gew.-°/o. Der Bereich des Gehaltes an kohlenstoffhaltigem Material ist aus den folgenden Gründen in dieser Weise begrenzt Wenn der Gehalt weniger als 3 Gew.-% beträgt, ist es unmöglich, die Temperaturwechselbeständigkeit die Schlackenkorrosionsbeständigkeit die Schlackendurchdringungsbeständigkeit und ähnliche Eigenschaften vollständig auszunutzen, während dann, wenn der Gehalt über 40 Gew.-% beträgt, die Beständigkeit sowohl gegenüber Schlägen durch eingeworfene Altmetallteile und gegenüber der Abnutzung durch den geschmolzenen Stahl abnimmt
Aus folgenden Gründen wird Aluminium dem Auskleidungsmaterial zugegeben. Das zugegebene und mit dem j Material vermischte Aluminium verhindert eine Reaktion zwischen dem Kohlenstoff und dem Sauerstoff von
außen durch die Bildung von Aluminiumcarbid (AI4C3). Dadurch vermindert Aluminium das Volumen jeder Pore aufgrund einer läumlichen Ausdehnung, die bei der Umwandlung in Aluminiumcarbid erfolgt Die Struktur der Auskleidung ist daher kompakter und deren Festigkeit erhöhi, wodurch die Schlacke und der geschmolzene Stahl insbesondere die oberste Schicht kaum korrodieren können.
Die erhöhte Oxidationsbeständigkeit kann weiterhin eine Beeinträchtigung der Struktur aufgrund einer Entkohlung ausschließen.
Wie es oben beschrieben wurde, hat die Zugabe von Aluminium die Wirkung, daß gleichzeitig der Bruchmodul und die Oxidationsbeständigkeit der Auskleidung verbessert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Auskleidung mit 3—40 Gew.-% kohlenstoffhaltigem Material, die die obengenannten ausgezeichneten Eigenschaften zeigen können, liegt der geeignete Gehalt des Aluminiums bei 1 — 10 j^ Gew.-%, vorzugsweise bei 1 —6 uew.-%.
Wenn der Aluminiumgehalt unter 1 Gew.-% liegt ist die Zugabe nicht nur wirkungslos, sondern es wird auch
unmöglich, die s'irke Wirkung des kohlenstoffhaltigen Materials vollständig auszunutzen, da es unmöglich ist, den Kohlenstoffgehalt in der Auskleidung zu erhöhen, während dann, wenn der Aluminiumgehaft über 10 Gew.-% liegt, die Feuerfestigkeit Deeinträchtigt ist
Falls es erforderlich ist, können die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Auskleidung um den Faktor 2 verbessert werden, indem dem Material Silizium zugegeben wird.
Das heißt im einzelnen, daß das zugegebene .Aluminium in Verbindung mit dem Kohlenstoff unter den Temperaturverhältnissen eines Konverters Carbid erzeugt und daß dann, wenn dieses Carbid mit Wasser bei einer hohen Temperatur in Berührung gebracht wird, die folgende Reaktion abläuft
AL4C3 + 12 H2O — 3 CH4 + 4 Al(OH)3,
wodurch die Gefahr besteht, daß sich in der Auskleidung Risse bilden. Wenn Silizium zugegeben ist, wird eine Hydrolyse des Carbids mit Erfolg verhindert Der Siliziumanteil liegt unter 6 Gew.-% und beträgt vorzugsweise 1 —4 Gew.-%. Wenn der Anteil über 6 Gew.-% liegt, wird die Feuerfestigkeit der Auskleidung in unerwünschter Weise beeinträchtigt
Vorzugsweise wird die Siliziumzugabe konform mit der Aluminiumzugabe erhöht Das insbesondere geeignete Verhältnis der Zugabe beträgt 0,2 bis 1,0 Gew.-% Silizium zu 1 Gew.-% Aluminium.
Zusätzlich zur Verhinderung der Hydrolyse der Carbide ermöglicht es die Zugabe von Silizium, die Oxidationsbeständigkeit des Kohlenstoffs in Zusammenarbeit mit dem Aluminium zu verbessern.
Im folgenden wird im einzelnen ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen nicht gebrannter kohlenstoffgebundener Steine beschrieben, aus denen die erfindungsgemäße Auskleidung hergestellt wird.
Der Magnesitklinker umfaßt gebrannten Magnesit, Meerwassermagnesitklinker oder Elektroschmelzmagnesit, während das kohlenstoffhaltige Material Graphit künstlichen Graphit, Elektrodenreste, Petroleumkoks, Gießereikoks, Kohlenstoffruß und Pechkoks umfaßt.
Diese feuerfesten Materialien werden mit einem Bindemittel verknetet, die in erhitztem Zustand Kohlenstoff liefert, wie beispielsweise Teer, Pech, Harz und ähnliches.
Das gekenetete Gemisch wird nach einem herkömmlichen Verfahren gepreßt und erhitzt, um das fertige Produkt zu erhalten.
Die zufriedenstellendsten Ergebnisse werden dann erhalten, wenn die nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen Steine, die in dieser Weise erhalten wurden, als dauerhafte Auskleidung über den gesamten Boden, den Körper und den Konus eines Konverters verwandt werden. Ein gutes Ergebnis wird selbst dann erhalten, wenn 'nur die Beschickungsseite und/öder die Weridezapfenseite, die einer stärken Abnutzung ausgesetzt sind, ausgekleidet werden.
Im Hinblick darauf, daß der Grund und das Ausmaß der Abnutzung der einzelnen Teile eines Konverters verschieden sind, kann die Lebensdauer des Konverters weiter dadurch verlängert werden, daß er mit nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen Steinen ausgekleidet wird, die einen unterschiedlichen Gehalt an Kohlenstoff und Aluminium haben. Das heißt im einzelnen, daß es bevorzugt ist, ungebrannte kohlenstoffgebundene Steine mit 3 bis 30% kohlenstoffhaltigem Material und mehr als 2% Aluminiumpulver für den Boden, den Schmelzbadbereich und die Beschickungsseite des Konverters, Steine mit 5—35% kohlenstoffhaltigem Material
und mehr als 1% Aluminiumpulver für die Abstichseite des Konverters und die Wendezapfenseit.e und Steine mit 10—40% kohlenstoffhaltigem Material und mehr als 3% Aluminiumpulver für den konischen Teil jeweils zu verwenden.
Die erfindungsgemäße Auskleidung weist, verglichen mit einer Auskleidung aus herkömmlichen gebrannten Steinen, folgende Eigenschaften auf:
1. Aufgrund der hohen Temperaturwechselbeständigkeit bricht die Auskleidung selbst dann nicht, wenn der Konverter schnell aufgeheizt oder durch das Hereinwerfen von Altmetallstücken abgekühlt wird.
2. Die Auskleidung korrodiert kaum, da sie nicht mit der Schlacke reagiert
Verglichen mit den herkömmlichen nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen Steinen ohne Aluminiumpulver hat die erfindungsgemäße Auskleidung folgende Eigenschaften:
3. Die Struktur ist kompakter und hat eine größere Festigkeit
4. Die Struktur wird weniger aufgrund einer Entkohlung beeinträchtigt, da sie kaum oxidiert
5. Das Eindringen von Schlacke wird damit verhindert und die Auskleidung zeigt eine hohe Festigkeit gegenüber Schlagen von Altmetallstücken und eine hohe Abnutzungsbeständigkeit gegenüber dem geschmolzenen Stahl.
Die oben beschriebenen charakteristischen Eigenschaften stellen eine lange Lebensdauer gä Auskleidung des Konverters sicher.
Im folgenden wird die Erfindung im einzelnen anhand einiger Beispiele beschrieben.
Beispiele 1 bis 6
Es wurden Gemische mit den in Tabelle 1 angegebenen Mischungsverhältnissen hergestellt, gepreßt und dann bei 300° C 4 Stunden lang wärmebehandelt, um die Proben zu erbalten.
Die Vergleichsprobe 4 ist ein gebrannter Magnesitdolomitstein, der synthetischen Magnesitdolomitklinker enthält und mit Teer durchzogen ist Seine chemische Zusammensetzung ist in Tabelle 1 angegeben.
Die Proben wurden einer Messung der Werte ihrer physikalischen Eigenschaften und des Bruchmoduls sowie einem Temperaturwechseltest und einem Schlackent^st unterworfen.
Die in der beschriebenen Weise erhaltenen Steine wurden weiterhin als Auskleidung der Drehzapfenwände eines 300-Tonnen-Konverters verwandt Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Der Temperaturwechseltest, der Schlackentest und der tatsächliche Ofentest wurden nach den folgenden Verfahren durchgeführt:
1. Temperaturwechseltest
Die Proben wurden einem Kohlenstofftiegel in einem elektrischen Ofen mit einem Heizelement aus Siliziumcarbid 15 Minuten lang auf 1400°C erhitzt und dann in der Außenluft 15 Minuten lang abkühlen gelassen. Nachdem dieser Arbeitsvorgang nacheinander 5mal wiederholt wurde, wurden die Proben durchgeschnitten, um das Wachstum der Risse zu prüfen.
2. Schlackentest
Jede Probe wurde zu einem Zylinder geformt Der Zylinder wurde in die horizontale Lage gedreht und 5 Stunden lang bei 1750° C erhitzt, während die Schlacke auf den Zylinder geworfen wurde. Dann wurde die Probe durchgeschnitten, um den Abrieb oder die Abnutzung und die Stärke der entkohlten Schicht zu messen.
3. Ofentest
Die Drehzapfenwände eines 300-Tonnen-Konverters wurden mit ungebrannten Steinen nach den Beispielen ausgekleidet Nachdem der Konverter benutzt worden ist, bis die dahinterliegende Auskleidung frei lag, wurde die Auskleidung ausgebaut Die Abnutzungsgeschwindigkeit wurde ermittelt, wobei die Abnutzunssgeschr/indigkeit der Auskleidung mit den Steinen des Beispiels 3 gleich 1 gesetzt wurde.
Tabelle 1
Beispiel
] 2 3 4 5 6
Mischverhältnis (Gew.-°/o) Magnetsitklinker Graphit
65 Aluminiumpulver Siliziumpulver Harzpech wärmeaushärtendes Phenolharz
80 82 79 90 83 83
15 15 15 ,7 7 15
5 3 3 3 6 1
3 4 1
25 25 2.5 2.0 2.0 25
3.5 3.5 3.5 3.0 3.0 3.5
30 5.4 04 711 5.2 3 4.0 4 52 5 4.5 6 5.0
Tabelle 1 (Fortsetzung) 2.92 2.93 2.92 3.07 3.05 2.96
Beispiel 2.76 2.79 2.81 2.91 2.91 2.81
1 408 2 422 435 507 520 410
Wert der
physikalischen Eigenschaft
scheinbare Porosität (%)
scheinbares spezifisches Gewicht
spezifisches Schüttgewicht
Bruchfestigkeit (kg/cm2)
Bruchmodul bei 1500° C (kg/cm2)
Temperaturwechseltest Wachstum der Risse
Abbrandverlustmessung (mm) entkohlte Schicht (mm)
Abnutzungsgeschwindigkeit in einem tatsächlichen Ofen
Tabelle 1 (Fortsetzung)
115
kein
86
180
100
110
82
195 20.5 16.0 21.0 225 19.2
0 0 0 0 0 0
1.2
1.0
13
1.4
\2
Bruchmodul bei 1500° C (kg/cm2)
Temperaturwechseltest Wachstum der Risse
Schlackentest
Abrandverlustmessung (mm) entkohlte Schicht (mm)
Abnutzungsgeschwindigkeit in einem tatsächlichen Ofen
50
kein
255
3.0
1.6
60
kein
265
35
1.7
'45
kein
335
0
Zl
30
große
Risse
30
5.0
2.0
Aus der obigen Tabelle 1 ist ersichtlich, daß jedes der Beispiele gemäß der Erfindung bessere Ergebnisse als irgendein Vergleichsbeispiel bezüglich des Bruchmoduls, des Temperaturwechseltestes, des Schiackentests und des tatsächlichen Ofentestes zeigt
Yergleichstfiispiel
1 2		 93 3 68 4 ■Ά
f
Mischverhältnis (Gew.-%) 7 15 30 I
Magnesitklinker 85 15 Igioss 4.8 I
Graphit 15 2 SiO2 05 M
Aluminiumpulver 2.0 25 Al2O3 02 j
Siliziumpulver 3,0 35 Fe2O3
Harzpech 25 CaO 85 35 S
wärmeaushärtendes Phennlharz 3J 43 63 MgO 85J i
Wert der physikalischen Eigenschaft 3.07 23\ I
scheinbare Porosität (%) 4.4 235 2.73 1.0 I
scheinbares spezifisches Gewicht 2.94 530 380 323 40 I
spezifisches Schüttgewicht 2.80 3-20 I
Bruchfestigkeit (kg/cm2) 431 1100 I
Beispiel
Ungebrannte Kohlenstoffsteine mit einem Mischungsverhältnis, wie es in Tabelle 2 dargestellt ist, wurden an einem 300-Tonnen-Konverter als Auskleidung des Bodens, des Bades und des Körpers (Drehzapfenwand) verwandt
Die Abnutzungsgeschwindigkeit, bis die rückwärtige Auskleidung frei lag, wurde mit der herkömmlicher Produkte unter denselben Bedingungen verglichen, um die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse zu erhalten.
Tabelle
Ort der Verwendung herkömm Bad herkömm Drehzapfenwand herkömm
Boden liches liches liches
Material Produkt A ungebrannter Produkt B ungebrannter Produkt C
ungebrannter Kohlenstoff Kohlenstoff
Kohlenstoff stein B stein C
stein A
Mischverhältnis (%)
Magnesitklinker' 83 88 80 85 78
Graphit 12 12 15 15 18
Aluminiumpulver 3 3
Siliziumpulver 2 2
Hauptbestandteil (%)
MgO 81.8 86.2 78.8 83.3 76.8 80.4
RC. 12.0 12.0 14.6 14.6 17.2 17.2
Wert der physikalischen Eigenschaft
scheinbare Poro- 4.0 4.5 4.0 4.5 4.0
sität(%)
scheinbares 3.00 3.03 2.98 3.01 2.96 2.98
spezifisches Gewicht
spezifisches 2.88 2.89 · 2.S6 2.87 2.84 2.S5
Schüttgewicht
Bruchfestigkeit 550 540 500 480 450
(kg/cm2)
Abnutzungsverhältnis 1.0 1.6 1.0 1.6 1.0
Die herkömmlichen Produkte A, B und C sind ungebrannte Kohlenstoffsteine.
Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß die von ungebrannten kohlenstoffgebundenen Steinen gemäß der Erfindung gebildete Auskleidung eine hohe Dauerhaftigkeit bei einem geringeren Abbröckeln, einer geringeren Abnutzung durch den geschmolzenen Stahl und einer geringeren Korrosion durch die Schlacke, verglichen mit herkömmlichen Produkten, zeigt
Es hat sich somit bestätigt, daß die dauerhafte Auskleidung für einen Konverter gemäß der Erfindung eine längere Lebensdauer als die herkömmliche Auskleidung aus gewöhnlichen nicht gebrannten kohlenstoffgebundenen Steinen ohne Metallpulver, geschweige denn aus herkömmlichen gebrannten Magnesitdolomitsteinen hat, die synthetischen Magnesitdolomitklinker enthalten.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Auskleidung für einen Konverter, bei der ungebrannte kohlenstoffgebundene Steine, die Magnesitklinker, 1 bis 10 Gewichtsprozent Aluminium und ein Bindemittel, das im erhitzten Zustand Kohlenstoff liefert, wenigstens den TeQ der Auskleidung bilden, der einem hohen Verschleiß ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine zusätzlich 3 bis 40 Gewichtsprozent eines kohlenstoffhaltigen Materials enthalten.
Z Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kohlenstoffhaltige Material Graphit Elektrodenreste, Petroleumkoks, Gießereikoks, Kohlenstoffruß und Pechkoks umfaßt
ίο 3. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Anteil des kohlenstoffhaltigen Materials 5—30 Gew.-% beträgt
4. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Aluminium 1—6 Gew.-°/o beträgt
5. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steine Silizium enthalten und der Siliziumgehalt weniger als 6 Gew.-°/o beträgt
6. Auskleidung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Silizium 1 bis 4 Gew.-°/o beträgt
7. Auskleidung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der | Auskleidung, der einem hohen Verschleiß ausgesetzt ist, durch mindestens einen Konverterwandbereich, |
über den das geschmolzene Roheisen oder das Altmetall eingefüllt wird, den Konverterv/andbereich über -
den die Stahlschmelze abgelassen wird sowie die Wandbereiche, an denen die Wendezapfen des Konverters befestigt sind, gebildet wird.
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