DE3119548C1

DE3119548C1 - Verschleissschicht eines mit Dauerfutter ausgekleideten metallurgischen Gefaesses mit einer zum Dauerfutter hin nicht gesinterten Schicht

Info

Publication number: DE3119548C1
Application number: DE3119548A
Authority: DE
Inventors: Antonio Genova Cantarin
Original assignee: HAGENBURGER CHAMOTTE TON
Current assignee: HAGENBURGER CHAMOTTE TON
Priority date: 1981-05-16
Filing date: 1981-05-16
Publication date: 1982-12-09
Also published as: EP0065034A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Verschleißschicht eines mit Dauerfutter ausgekleideten metallurgischen Gefäßes mit einer zum Dauerfutter hin nicht gesinterten Schicht.

Bekanntermaßen erfolgt die Auskleidung bzw. die Zustellung von mit flüssigen Schmelzen in Berührung kommenden Aggregaten, wie z. B. Schmelzofen, Pfannen, Strangguß-Tundishen, Rinnen, Kokillen usw. durch Mauern von feuerfesten Steinen und/oder durch Stampfen, Spritzen oder Slingern von feuerfesten Massen. Beispielsweise haben sich für die Zustellung von Tundishen für das Strangguß-Verfahren drei Verfahrensweisen eingebürgert.

Anfänglich wurden auf das Dauerfutter sogenannte Schmiermassen durch Verstreichen mit der Kelle von Hand auf das abgekühlte Dauerfutter aufgebracht. Zum Auftragen wurde diese Masse, deren Rohstoffbasis Magnesit oder Chrom-Magnesit ist, mit ca. 10—30% Wasserzusatz in eine streichfähige Konsistenz gebracht. Nach einer Lufttrocken-Periode wurde der mit dieser Zustellung versehene Tundish mit Hilfe mehrerer Brenner unter höheren Temperaturen bis zur völligen Wasseraustreibung getrocknet und auf ca. 800 bis so 1200⁰C vorgeheizt. Das Vorheizen diente einmal zum Aushärten der der Masse zugegebenen Bindersysteme, die der Masse eine ausreichende mechanische Festigkeit verleihen. Andererseits wurde durch das Aufheizen vermieden, daß die zuerst eingefüllte Stahlschmelze zu stark abkühlte und dadurch Schwierigkeiten und Qualitätsmängel am erstarrten Anfangsstrangmaterial auftraten.

Später wurden in verschiedenen Stahlwerken diese Massen aus Rationalisierungsgründen gespritzt. Die anschließenden Verfahrensschritte blieben aber die gleichen.

Im Zuge der Weiterentwicklung wurde als dritte Verfahrensweise die sogenannte Kalt-Verteilerplatte entwickelt. Es handelt sich hierbei um eine vorgefertigte Isolierplatte, die als Einzelplatten in den abgekühlten Tundish eingebaut werden. Je nach Tundish-Form und -Größe sind bis zu 20 verschiedene Einzelformate für eine einzige Tundish-Zustellung notwendig. Der Vorteil dieses Zustellungsverfahrens sollte darin liegen, daß auf das Aufheizen des Tundish ganz verzichtet werden kann. Es hat sich jedoch im Laufe der Betriebspraxis herausgestellt, daß man ohne ein Aufheizen des Tundish nicht auskommt. Trotz der Isoliereigenschaften dieser Kalt-Verteiler tritt eine noch unzulässige Abkühlung der schmelzflüssigen Erstfüllung auf. Außerdem müssen Ausguß und Stopfenstange aufgeheizt werden, damit das schmelzflüssige Material beim Angießen im Auslauf nicht erstarrt.

Die Vorteile des beschriebenen herkömmlichen Schmier- und Spritzmasse-Verfahrens bei der Zustellung von abgekühlten Tundishen besteht darin, daß keine Format-Abhängigkeit besteht, d. h. es existieren keine Lagerhaltungsprobleme. Der Arbeitsaufwand beim Schmieren und Spritzen für die Tundishzustellung ist gegenüber dem Plattenverfahren geringer, was einen niedrigen Lohnkostenaufwand zur Folge hat. Die Zustellung selbst ist monolithisch und fugenlos. Der Nachteil dieses Zustellungsverfahrens besteht darin, daß ein Aufheizen notwendig ist und kein ausreichendes Isoliervermögen gewährleistet ist. Der erstarrte Restbär ist schlecht nach Gießende herauszulösen und das Dauerfutter wird häufig in Folge von Kontaktreaktionen zwischen der Schutzmasse und dem Dauerfutter bei den Betriebstemperaturen des Tundishes beschädigt.

Demgegenüber besteht der Vorteil der bekannten Kalt-Verteilerplatte in der guten Isolierwirkung, da nur noch bedingtes Aufheizen notwendig ist, und in dem schnelleren Herauslösen des Restbären. Der Nachteil der Kalt-Verteilerplatte besteht in dem wesentlich höheren Arbeitsaufwand beim Platteneinbau und dem dadurch höheren Lohnaufwand. Trotz der Isoliereigenschaften der Kalt-Verteilerplatten bestehen in den ersten 10—20 Minuten der Tundish-Füllung störende Temperaturabfälle in der Stahlschmelze, die ein Vergießen als Strang sehr störanfällig machen. Durch die verschiedenen Formate der Platten ist eine komplizierte Lagerhaltung notwendig. Der nicht zu vermeidende Plattenbruch erhöht die Lagerhaltungsprobleme. Da die Platten, um ein sattes, bruchfreies Anliegen am Dauerfutter zu ermöglichen, mit Sand hinterfüllt werden müssen, besteht eine erhebliche Staubbelästigung. Zwischen den Einzelplatten entstehen verschleißanfällige Fugen, die trotz Fugenmörtel hinterlaufen können und dadurch das Dauerfutter beschädigen. Die Staubbelästigung erfolgt dann zum zweiten Male, wenn der Tundish zum Entleeren gekippt wird.

Aus der DE-OS 19 17 505 ist eine Verschleißschicht für ein metallurgisches Gefäß, das mit einem Dauerfutter ausgekleidet ist, bekannt, die eine zum Dauerfutter hin nicht gesinterte Schicht aufweist. Es handelt sich bei dieser Schicht um eine echte Doppelschicht, bei der also zwei verschiedene Schichtlagen aufeinander angeordnet sind. Nur der zum Gefäßinnenraum zugewandten Schicht sind Sinterhilfsmittel zugemischt. Demgegenüber weist die zum Dauerfutter des Gefäßes hin gewandte Schicht keine Sinterhilfsmittel auf. Dadurch soll die Gefahr einer durch die gesamte Schicht durchtretenden Rißbildung in Folge der Temperaturunterschiede und in Folge der Temperaturwechselbeanspruchung verhindert werden. Hergestellt wird diese doppelte Verschleißschicht, in dem man beim Zustellen des Gefäßes den Raum zwischen der Schmelzschablone und der Wandung des Dauerfutters durch eine zylindrische Hilfsschablone unterteilt; in die beiden

entstehenden Zwischenräume werden dann die entsprechenden Futterstoffe in bekannter Weise eingebracht und verfestigt Das Verfahren zum Zustellen des Tiegels erfordert demnach eine zusätzliche Hilfsschablone und die getrennte Verwendung zweier verschiedener -, Futterstoffe. Es ist daher aufwendiger, als bekannte Verfahren, die nur einen einzigen Futterstoff benötigen und nur die Schmelzschablone. Außerdem wird ein Teil des Gefäßinnenraum-Volumens von der nicht sinterbaren Zwischenschicht eingenommen. Sie beansprucht ι ο also für sich zusätzlichen Raum, ohne zur sinterbaren Verschleißschicht etwas beizutragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verschleißschicht zu schaffen, die zwar auch nur zum Gefäßinnenraum hin gesintert ist, während die Außenseite auch bei Betrieb nicht gesintert wird, die aber von einheitlicher Zusammensetzung ist; dadurch kann die Verwendung einer Hilfsschablone entbehrt werden, das getrennte Einsetzen zweier verschiedener Futterstoffe umgangen werden und die Ausnutzung des Gefäßinnenraum-Volumens verbessert werden.

Zwar sind aus der DE-AS 22 59 553 besondere Platten bekannt, die schon aus feuerfesten Fasern, feuerfesten Füllstoffen und Bindemitteln bestehen; diese sind aber als Folge der Carbonisierung ihrer organisehen Bestandteile und der Sinterung ihrer anorganischen Bestandteile zerbrechlich. Dies soll behilflich sein, damit bei Beendigung eines Abgusses einer Charge Reste von der Oberfläche der Verschleißschicht leicht entfernt, also ausgebrochen werden können. Dies jo bedeutet jedoch eine hohe Verschleißrate bei dieser Verschleißschicht Außerdem weist diese Verschleißschicht die schon lange bekannten Nachteile einer Platten-Auskleidung auf. Dazu gehört insbesondere die Gefahr des Aufbrechens der Fugen zwischen den Platten.

Der Erfindung liegt demgegenüber ferner noch die Aufgabe zugrunde, eine fugenlose Verschleißschicht zu schaffen, die mangels leichter Zerbrechlichkeit nur eine geringe Verschleißrate besitzt.

Auch aus der DE-AS 28 36 953 ist ein Hinweis zur Lösung der genannten Aufgaben und zur Überwindung der Nachteile des Standes der Technik nicht zu entnehmen. Denn dort werden Stampfmassen vorgeschlagen, die nur lagenweise mit einem chemischen Feuerfest-Binder benetzt werden, während einzelne Zwischenlagen zu einer krümeligen Schicht aufgebrochen sind.

Solcherlei Lagen sind nach diesem Stand der Technik nur für die Zustellung von Roheisenabstichrinnen an Hochöfen geeignet. Die Verschleißfestigkeit einer solchen Zustellung ist jedoch schon aufgrund der krümeligen und daher brüchigen Zwischenlagen für den Innenraum eines metallurgischen Gefäßes nicht geeignet Auch ist aus diesem Stand der Technik die Zusammensetzung der Stampfmasse nicht zu entnehmen, ebenso wenig, daß eine solche Stampfmasse die für die Auskleidung eines metallurgischen Gefäßes erforderliche Isolierung sichert.

Erfindungsgemäß sind zusätzlich zu den bekannten feuerfesten Fasern, feuerfesten Füllstoffen, Bindemitteln und Hüfsstoffen organische Isolierstoffe in einer Menge von 1 bis 10% mit Bindeton in einer Menge von 1 bis 10% kombiniert.

Bevorzugterweise bestehen die organischen Isolierstoffe aus Zellulosefasern, Papier, gemahlenem Stroh und/oder Holzmehl und der anorganische Sinterbinder aus Wasserglas, Phosphaten, Bindeton und/oder Cr₂O3.

Diese Verschleißschicht wird in an sich bekannter Weise z. B. durch Spritzen, Schleudern, Slingern, Stampfen oder Gießen, gegebenenfalls hinter einer Arbeitsschablone, auf das Dauerfutter aufgebracht. Die sich unter Betriebstemperaturen selbständig bildende Trennschicht besitzt eine poröse, nicht gesinterte Textur und geht keine Reaktion mit dem darunter liegenden Dauerfutter ein, während die der flüssigen Schmelze ausgesetzte Schutzschichtseite eine errosionsbeständige Sinterschicht bildet. Damit weist die erfindungsgemäße, einheitliche Verschleißschicht im Betrieb eine zweischichtige Ausbildung auf, ohne jedoch in zwei getrennte Schichten zu zerfallen.

Die Vorteile liegen weiterhin neben der schnellen und damit rationellen Zustellung darin, daß mit sehr niedrigen Wassergehalten gearbeitet werden kann. So ist schon aus der DE-AS 23 63 776, dort in Spalte 2, in den Zeilen 41 bis 46, bekannt, daß durch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt Dampfexplosionen in der Verschleißschicht entstehen können, die nicht nur ein Abplatzen der neuen aufgebrachten Auskleidung, sondern auch eine Zerstörung bzw. Beschädigung der bereits vorhandenen Auskleidung verursachen können. Die niedrigen Wassergehalte entsprechen auch der Forderung nach möglichst niedrigen Wasserstoffgehalten im Strang, um Qualitätsfehler zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Verschleißschicht wird insbesondere folgenden Forderungen gerecht:

a) Die Masse kann gegenüber den bisherigen Schmier- und Spritzmassen bei wesentlich höheren Dauerfutter-Temperaturen aufgebracht werden. Damit erweist sich die neue Verschleißschicht als besonders energiesparend, da das vorhandene Wärmepotential des Dauerfutters ökonomisch ausgenutzt wird.

b) Es hat sich herausgestellt, daß durch Zugabe von Netzmittel der zur Verarbeitung notwendige Wassergehalt um 30 bis 50% gesenkt wird. Die Netzmittelzugabe hat zwei weitere Vorteile, die darin bestehen, daß einmal der Porenraum der eingebrachten Masse erhöht und damit die Isolierwirkung verbessert wird; und zum zweiten wurden beim Spritzen die Abprallverluste auf ein Minimum reduziert.

c) Durch die Zugabe von exotherm wirkenden Zusätzen, deren Zündung den entsprechenden Betriebsverhältnissen angepaßt ist, kann eine zusätzliche Wasseraustreibung und Härtung erreicht werden. Dadurch wird es möglich, diese Massen auch in kalten Tundishen ohne Aufheizen einzusetzen. Als exotherm wirkende Zusätze sind metallisches Aluminium, Magnesium oder Eisenlegierungen sowie Dauerstoffträger, insbesondere Natriumnitrat oder Eisenoxide hierbei geeignet. Zwar ist aus der DE-AS 23 63 776 bekannt, daß organisches Bindemittel bei höheren Temperaturen in der Verschleißschicht verbrennt und nur ein Kohlenstoff-Gerüst bildet (siehe dort Spalte 2, Zeilen 30 bis 32). Jedoch ist danach noch nicht bekannt, daß hierdurch irgendwie eine zusätzliche Wasseraustreibung und Härtung erreicht werden könnte. Es hat sich nun gezeigt, daß dies bei der erfindungsgemäßen Verschleißschicht mit den genannten, exotherm wirkenden Zusätzen möglich ist Durch diese erfindungsgemäßen Zusätze wird die Selbstsinterung der erfindungsgemäßen Verschleißschicht noch zusätzlich unterstützt.

Bei der erfindungsgemäßen Verschleißschicht mit der neuartigen Trennschicht ist eine monolithische und damit fugenlose Zustellung der Aggregate gewährleistet. Es besteht die gleiche Isolierwirkung wie mit den Kalt-Verteilerplatten und ein leichteres Herauslösen des erstarrten RestbärenS. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Verschleißschicht liegt darin, daß es möglich geworden ist, eine Schutzmasse einzubringen, die bei den hohen Anwendungstemperaturen sowohl isolierend als auch Errosionsbestandig ist. Bisher gab es keine Schmier- und Spritzmässen, die diese beiden Eigenschaften gemeinsam besaßen. Die Schmier- und Spritzmassen waren zwar errosionsbestandig, besaßen aber keine Isolierwirkung. Die Kalt-Verteilerplatten waren isolierend, konnten aber nur kurzzeitig aufgeheizt werden. Bei längeren Aufheizzeiten wird die Bindung dieser Platten zerstört. Sie sind dann nicht mehr verwendbar. Diese Aufheizempfindlichkeit der Platten ist auch die Ursache dafür, daß beim Einsatz der Platten nicht die niedrigen Wasserstoffwerte im flüssigen Stahl erhalten werden können, wie bei der erfindungsgemäßen Masse. Diese Nachteile vermeidet die erfindungsgemäße Masse. Sie läßt sich wie eine herkömmliche Spritz- oder Schmierschicht auftragen. Sie behält auch bei sehr langen Aufheizzeiten ihre gute Isolierung bei und verbessert dabei noch ihre Errosionsbeständigkeit Bs tritt keine Beschädigung des Dauerfutters auf, d.h. es wird eine längere Lebensdauer des Dauerfutters gewährleistet, wodurch die TundishOesamtkosten erheblich verringert werden.

Darüber hinaus treten bei der erfindungsgemäßen Schicht noch Vorteile auf, die bisher keine der bekannten Schichten gesaßen. Es ist ein schnellerer Masse-Qualitäts-Wechsel möglich, wenn es die Stahlqualität aus Reinheitsgründen erfordert, an Stelle einer sauren Zustellung einer höherweftigeh, basische oder neutrale Zustellung einzusetzen. Nachträglich können die Schichtdecken schnell verstärkt werden-, wenn aus Planungsgründen schnell von Einzel- auf Sequenzguß umgestellt werden soll. Ferner ist ebenfalls nachträglich eine schnelle SchichtdickervVerstärkung möglich, wenn es das Gießprogramm aus Qualitätsgründen erfordert, z.B. beim Vergießen aggressiver manganhaltiger Stähle. Weiterhin ist ein schnellerer Masse-Qualitäts-Wechsel möglich, wenn, um entschwefeln zu können, an Stelle einer sauren Zustellung eine basische Zustellung eingesetzt werden muß.

Es hat sich ferner der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Verschleißschicht darin erwiesen, daß eine mehrfache Verwendbarkeit des Tundishes möglich wird, was bisher nicht der Fall war. Die übliche Fahrweise mit Strangguß-Tundishen war, daß im ununterbrochenen Sequenzguß gegossen wurde, d.h. über den stets heiß bleibenden, gefüllten Tundish wurden nacheinander mehrere Schmelzen in der Strangguß-Anlage vergossen. Danach wurde der im Tundish erstarrte Restbär durch Auskippen ausgeleert. Anschließend mußte der Tundish nach dem Erkalten für ein neues Gießen vorbereitet werden. Diese Neuvorbereitung umfaßt: Das Saubermachen von Restbären, das Entfernen der Restmasse oder Restplatte, das Einbringen des neuen Verschleißfutters in Form von Massen oder sogenannten Kalt-Verteilerplatten, sowie das Setzen der Ausgüsse und Stopfen. Demgegenüber ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, das eingebrachte Verschleißfutter nach dem ersten Abguß und Leerlaufen des Tundishes sofort wieder zu verwenden. Nach dem Setzen des Aufgusses und des Stopfens ist der Tundish dann wieder betriebsbereit. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß ein erfindungsgemäß zugestellter Tundish mehrere Male

ίο hintereinander wieder eingesetzt werden kann. Damit ist eine bisher nicht erfüllte Forderung der Stahlwerke erreicht. Der sogenannte »ununterbrochene Sequenzguß« sowohl im Kalt- als auch im Heißverteiler-Tundish. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine wesentliche Einsparung von Zustellkosten für das Verschleißfutter, eine schnellere Verfügbarkeit des Tundishes und eine kostengünstigere Herstellung von kleinen Stranggußlosen möglich. Damit ist eine bessere Anpassung an die Marktforderung durch eine schnellere Qualitätsumstellung im Strangguß-Programm möglich geworden; ferner auch Kosteneinsparungen infolge einer kleineren Vorratshaltung infolge schnellerer Lagerdurchsatzzeiten der Strangguß-Fertigprodukte und insgesamt eine erhebliche Energieeinsparung.

Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Verschleißschicht ist die Gießpfanne. Hier hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, die erfindungsgemäße Masse mit einem Slinger oder einer rotierenden Pfannenschleuder einzubringen. Die damit erreichbaren Vorteile sind die gleichen wie ausführlich bei der Tundish-Zustellung beschrieben,

Folgender Versatz hat sich sowohl als Tundish- wie als Pfannenfutter-Schutzmasse bewährt:

Magnesit grob

Magnesit fein

organischer Isolierstoff

anorganischer Isolierstoff

Heißhaftbinder
Sinterbinder

Bindeton

Netzmittel

30 -60%
15 -50%
1 -10%
1 - 10%
0,1 - 5%
1 - 6%
ί -10%
0,1- 5%

In diesem Versatz können je nach Betriebstemperaturen und Beanspruchungsdauer Magnesit durch saure alumosilikatische, tonerde- oder zirkonhaltige, chromithaltige Rohstoffe ersetzt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, in Tundishen von kleinen Knüppel-Strangguß-Anlagen saure und alumosilikatische Rohstoffe und bei Tundishen für Brammen basische, tonerde- und/oder zirkonhaltige Rohstoffe zu verwenden.

Die erfindungsgemäße Kombination mit exotherm wirkenden Zusätzen wird insbesondere ermöglicht, wenn man dem oben angegebenen Versatz bezogen auf 100% folgende Stoffe zusetzt:

Aluminiumspäne
oder -gires und/oder
Kugelmühlenstaub
Natriumnitrat
Eisenoxid

5—35 Gewichtsteile

2— 8 Gewichtsteile

10—40 Gewichtsteile

Claims

Patentansprüche:

1. Verschleißschicht eines mit Dauerfutter ausgekleideten metallurgischen Gefäßes mit einer zum Dauerfutter hin nicht gesinterten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den bekannten feuerfesten Fasern, feuerfesten Füllstoffen, Bindemitteln und Hilfsstoffen organische Isolierstoffe in einer Menge von 1 bis 10% mit Bindeton in einer Menge von 1 bis 10% kombiniert sind.

2. Verschleißschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Isolierstoff aus Zellulosefasern, Papier, gemahlenem Stroh und/oder Holzmehl und der anorganische Sinterbinder aus Wasserglas, Phosphaten, Bindeton und/oder C^Cb bestehen.

3. Verschleißschicht nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als exotherm, wirkende Zusätze metallisches Aluminium, Magnesium oder Eisenlegierungen, sowie Sauerstoffträger, insbesondere Natriumnitrat oder Eisenoxide, enthält.