DE3342000C1

DE3342000C1 - Formling für die Beschickung von Kupolöfen

Info

Publication number: DE3342000C1
Application number: DE3342000A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 4300 Essen Schramm
Original assignee: Frank and Schulte GmbH
Current assignee: Frank and Schulte GmbH
Priority date: 1983-11-22
Filing date: 1983-11-22
Publication date: 1985-06-13

Description

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von einem Formling der eingangs genannten Art vor, daß der freie Kohlenstoff ein calcinierter Petrol-, Pech- oder Nadelkoks ist und daß das Verhältnis von SiO2 zu freiem Kohlenstoff zwischen 2 und 4 und die Basizität des schlackenbildenden Materials im Formling zwischen 0,2 und 1,4 liegen.
Petrol- und Nadelkokse, die durch eine schonende, verzögerte Verkokung und eine anschließende Calcinierung bei 1200-1400"C hergestellt werden, und Pechkokse, die durch Verkokung von thermisch behandelten oder verblasenen Steinkohlenteerpechen entstehen, sind um 50-80% billiger als Graphit. Sie sind im Vergleich zu Graphit nicht chemoresistent, weisen auch nicht die Kristallstruktur des Graphits auf und sind aufgrund der optischen Anisotropie und Morphologie im polarisierten Licht ohne weiteres vom Graphit und von Zechenkoksen zu unterscheiden. Zudem haben Zechenkokse einen zehn- bis zwanzigfachen höheren Aschegehalt Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß man mit diesem im Vergleich zu Graphit billigen und chemisch wenig resistenten Kohlenstoffmaterial im Formling im Hinblick auf das Silicium-Ausbringen die gleichen guten Ergebnisse wie mit Graphit erzielen kann, wenn man gleichzeitig dafür Sorge trägt, daß in dem Formling mindestens doppelt soviel bis viermal soviel SiO2 wie freier Kohlenstoff vorhanden ist und außerdem die Basizität des schlackenbildenden Materials im Formling, d. h. das Verhältnis von CaO zu SiO2, auf Werte zwischen 0,2 und 1,4 eingestellt ist. Die relativ hohen SiO2-Gehalte können auf einfache Weise durch Zugabe von Quarzit oder Sand eingestellt werden. Der genaue Wirkungsmechanismus beim Niedergehen des Formlinges im Kupolofen ist nicht bekannt. Wahrscheinlich brennt der calcinierte Petrol-, Pech- oder Nadelkoks bei den hohen Temperaturen (über 2000°C) in der Düsenebene des Kupolofens nicht vorzeitig ab, weil er im Vergleich zu Koksgrus aus Zechenkoks extrem niedrige Aschegehalte hat, so daß das zunächst von einer SiO2-Schutzschicht umhüllte Korn bei der starken Erwärmung in der Düsenebene des Kupolofens im Randbereich eine angraphitierte Schutzzone ohne durch Ascheeinschlüsse verursachte Fehlstellen ausbilden kann, die das Korn bis zum Erreichen der Schlank; kenzone schützt. Der Petrol-Pech- oder Nadelkoks zeigt also aufgrund der niedrigen Ascheanteile keine Verschlackungstendenz. Aufgrund dieser Eigenschaften steht der Kohlenstoff aus dem Petrol-, Pech- oder Nadelkoks in der Schlackenzone an der Oberfläche der Schmelze zur Desoxidation von oxidischen Bestandteilen zur Verfügung und verhindert so den Abbrand von Silicium aus dem Siliciumträger.
Außerdem trägt dieser Kohlenstoff zur Aufkohlung der Schmelze bei.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der als Siliciumträger SiC verwendet wird, hat der Formling die im Patentanspruch 2 angegebene Zusammensetzung. Dieser Formling zeichnet sich durch ein relativ hohes Verhältnis von SiO2 zu freiem Kohlenstoff aus. Die Basizität ist der Ofenfahrweise - sauer bis neutral - angepaßt Die relativ hohen Al2O3-Gehalte, die durch eine entsprechende Zugabe von Diabas, Basalt oder keramischen Scherben eingestellt werden können, dienen dazu, die in Petrolkoksen gelegentlich vorhandenen Schwefelgehalte zu neutralisieren. Bekanntlich wird der Schwefel zum größten Teil in der Schlacke gehalten, wenn diese einen ausreichenden Anteil Al2O3 enthält Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der als Siliciumträger FeSi verwendet wird, hat der Formling die im Patentanspruch 3 angegebene Zusammensetzung. Dieser Formling zeichnet sich durch niedrigere Gehalte an freiem Kohlenstoff und SiO2 aus. Die Basizität ist auch hier der Ofenfahrweise angepaßt. Mit niedrigeren Kohlenstoff- und SiO2-Gehalten kommt man hier aus, weil Silicium aus FeSi bereits zwischen 1300 und 1400"C schmilzt und dementsprechend schnell in die Schmelze gelangt. Demgegenüber dissoziert Siliciumcarbid erst bei 2200"C und löst sich nur langsam im Gußeisen.
Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bei der als Siliciumträger sowohl SiC als auch FeSi verwendet werden, hat der Formling die im Patentanspruch 4 angegebene Zusammensetzung. Dieser Formling liegt im Hinblick auf die Kohlenstoff- und SiO2-Gehalte etwa in der Mitte und trägt somit den Besonderheiten der beiden angegebenen Siliciumträger Rechnung.
Ganz besondere Vorteile ergeben sich bei der Verwendung von Formlingen nach den Ansprüchen 1 bis 4 als Zusatz zu futterlosen, sauer bis neutral betriebenen Heißwindkupolöfen zum Erschmelzen von Gußeisen mit hohen und/oder wechselnden Stahlschrottanteilen von über 30% in der Gattierung, die zudem mit starken Rostanhaftungen versehen sein können. Gerade im futterlosen, sauer bis neutral betriebenen Heißwindkupolofen bei Stahlschrottanteilen von über 30% in der Gattierung ist bei hohen Rostanhaftungen die Gefahr von Siliciumabbrand besonders hoch, weil nur geringe Schlackenmengen gebildet werden und ein großer Teil der Schlacke erst beim Aufschmelzen der Formlinge entsteht.
Im folgenden sind Beispiele für die Zusammensetzung von Formlingen gemäß der Erfindung zusammengestellt: Beispiel 1 45-60% SiC SiO2 = 3 2-5%Al2O3 C 10% CaO B CaO B = SiO2 = 0,83 12% SiO2 SiO2 4% Kohlenstoff in Form von Pech-, Petrol- und Nadelkoksen für futterlose Heißwindkupolöfen mit neutral betriebener Fahrweise für Stahlschrottanteile von 40-60%. Die Stahlschrottanteile können rostig sein.
Beispiel 2 30-45% SiC SiO2 = 3,18 5-14% A1203 C 8% CaO CaO 35% SiO2 SiO2 = 0,23 11% Kohlenstoff in Form von Pech-, Petrol- und Nadelkoksen für futterlose Heißwindkupolöfen mit sauer betriebener Fahrweise für Stahlschrottanteile bis 80%. Die Stahlschrottanteile können stark rostig sein. Die im Formling verwendeten Petrol-, Pech- und Nadelkokse können Schwefelgehalte bis 1,5% aufweisen.
Beispiel 3 40-55% Si aus FeSi SiO2 = 2 0,5--2% Al203 C 10% CaO CaO = 1,25 8% SiO2 SiO2 4% Kohlenstoff in Form von Pech-, Petrol- und Nadelkoksen für futterlose Heißwindkupolöfen mit neutral betriebener Fahrweise für Stahlschrottanteile von 40-60%. Die Stahlschrottanteile sollten einen hohen Anteil an Kernschrott enthalten.
Beispiel 4 25--50% Si aus FeSi siO2 0,5-3% Al20s = 2,78 8% CaO CaO 25% SiO2 SiO2 = 0,32 9% Kohlenstoff in Form von Pech-, Petrol- und Nadelkokseri ' für futterlose Heißwindkupofen mit sauer betriebener Fahrweise für Stahlschrottanteil bis 80%. Die Stahlschrottanteile sollten einen hohen Anteil an Kernschrott enthalten.
Beispiel ¢5 25-40% SiC 15-30% Si aus FeSi SiO2 2,4 c 3-6% Al203 12% CaO CaO 120/0SiO2 SiO2 = 1 5% Kohlenstoff in Form von Pech-, Petrol- und Nadelkoksen für futterlose Heißwindkupolöfen mit neutral betriebener Fahrweise für Stahlschrottanteile von 40-60%.
Der Stahlschrottanteil kann stark rostig sein. Der im Formling verwendete Pech-, Petrol- und Nadelkoks kann Schwefelgehalte bis 1,5% aufweisen.
Beispiel 6 30-40% SiC 15--30% Si aus FeSi SiO2 c 1-3% Al203 6% CaO CaO 0,2 30% SiO2 SiO2 = 10% C in Form von Pech-, Petrol- und Nadelkoksen für futterlose Heißwindkupolöfen mit sauer betriebener Fahrweise für Stahlschrottanteile bis 80%.
Die Formlinge gemäß der Erfindung erbringen außerdem besondere Vorteile-beim Einsatz in Heißwindkupolöfen mit Sekundärwindbetrieb. bei denen bekanntlich die Gefahr eines Abbrandes von Silicium und Kohlenstoff besonders hoch ist. Diese Abbrände können bei Verwendung von Formlingen gemäß der Erfindung in Heißwindkupolöfen mit Sekundärwindbetrieb in jedem Falle zuverlässig vermieden werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Formling für die Beschickung von Kupolöfen bei der Erschmelzung von Gußeisen, der als Legierungsmaterial einen Siliciumträger in Form von SiC und/oder FeSi, als schlackenbildendes Material SiO2, A1203 und CaO sowie außerdem freien Kohlenstoff enthält, da durch gekennzeichnet, daß der freie Kohlenstoff ein calcinierter Petrol-, Pech- oder Nadelkoks ist und daß das Verhältnis von SiO2 zu freiem Kohlenstoff zwischen 2 und 4 und die Basizität des schlackenbildenden Materials im Formling zwischen 0,2 und 1,4 liegen.
2.FormlingnachAnspruch 1,gekennzeichnetdurch 25 bis 60% SiC, 7,5 bis 40% SiO2 2 bis 14% Al203, 6 bis 15% CaO, 10 bis 20% Zement 2,5 bis 20% freien Kohlenstoff in Form von calciniertem Petrol-, Pech- oder Nadelkoks, Rest Kristallwasser und übliche Verunreinigungen, wobei das Verhältnis von SiO2 zu freiem Kohlenstoff zwischen 3 und 4 und die Basizität des schlackenbildenden Materials im Formling zwischen 0,2 und 0,9 liegen.
3.FormlingnachAnspruch 1,gekennzeichnetdurch 20 bis 60% Si aus FeSi 7 bis 25% SiO2 0,5 bis 5% Al2O3 6bis15%CaO 10 bis 20% Zement 2,5 bis 12% freien Kohlenstoff in Form von Petrol-, Pech- oder Nadelkoks, Rest Fe aus FeSi, Kristallwasser und übliche Verunreinigungen, wobei. das Verhältnis von SiO2 zu freiem Kohlenstoff zwischen 2 und 3 und die Basizität des schlackenbildenden Materials im Formling zwischen 0,3 und 1,4 liegen.
4. Formlingnach Anspruch l gekennzeichnet durch 25 bis 40% SiC 15 bis 40% Si aus FeSi 6 bis 30% SiO2 1 bis 6% Al203 6 bis 15% CaO 10 bis 20% Zement 2,5 bis 15% freien Kohlenstoff in Form von Petrol-, Pech- oder Nadelkoks, Rest Fe aus FeSi, Kristallwasser und übliche Verunreinigungen, wobei das Verhältnis von SiO2 zu freiem Kohlenstoff zwischen 2 und 4 und die Basizität des schlackenbildenden Materials im Formling zwischen 0,2 und 1 liegen.
5. Verwendung von Formlingen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Zusatz beim Erschmelzen von Gußeisen mit hohen und/oder wechselnden Stahlschrottanteilen von über 30% in der Gattierung, in futterlosen, sauer bis neutral betriebenen Heißwindkupolöfen.

Die Erfindung betrifft einen Formling für die Beschikkung von Kupolöfen bei der Erschmelzung von Gußeisen, der als Legierungsmaterial einen Siliciumträger in Form von SiC und/oder FeSi, als schlackenbildendes Material SiO2, Al203 und CaO sowie außerdem freien Kohlenstoff enthält.

Nach dem Stande der Technik ist es bekannt. daß die gezielte Aufsilizierung von Gußeisen im Kupolofen mit hohen und wechselnden Strahlschrottanteilen in der Gattierung außerordentlich schwierig ist. Durch Abbrand (Oxidationsverluste) des Siliciums in unterschiedlicher Höhe wird das Siliciumausbringen häufig derart beeinflußt, daß reproduzierbare Ergebnisse nur selten erzielt werden können.

Zur Verringerung der Abbrandverluste ist bekannt, das Legierungsmaterial in brikettierter Form, vorzugsweise in Form von zementgebundenen Formlingen, einzusetzen. Durch eine besondere Zusammensetzung dieser Formlinge ist auch versucht worden, die Kupolofenschlacke günstig zu beeinflussen (US-PS 2119 521) oder die Bearbeitbarkeit des Gußeisens sowie das Gießen dünner Teile ohne Kantenhärten und spröde Stellen zu ermöglichen (US-PS 25 27 829). Zu diesem Zweck wurden dem Legierungsformling neben Siliciumcarbid Graphit und amorpher Kohlenstoff beigegeben.

Nach dem Stande der Technik (DE-AS 15 83 262) ist es auch bekannt, das Dreistoffsystem SiO2-Al2O3-CaO im Formling auf bestimmte Werte einzustellen, um hierdurch ein gleichmäßiges Si-Ausbringen auf hohem Niveau zu erzielen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auch mit diesem Formling ein gleichmäßiges Ausbringen nicht erzielt werden kann, wenn die Gattierung hohe Stahlschrottanteile enthält, was im modernen Kupolofenbetrieb unabwendbar der Fall ist.

Um diesen Mangel zu beheben, ist es schließlich bekannt geworden (DE-AS 27 27 896), in dem Formling das oben erwähnte Dreistoffsystem SiO2-AL2O3-CaO auf bestimmte Werte einzustellen und außerdem dem Formling temperatur- und oxidationsbeständigen Graphit beizugeben, und zwar Graphit in der klassischen Form, bei dem die Kristalle für das Auge oder das Lichtmikroskop sichtbar sind. Der Einsatz von Graphit im Formling ist jedoch außerordentlich teuer, unter Umständen sogar teurer als die eigentlichen Legierungsträger.

Dem zuletzt diskutierten Vorschlag waren Versuche vorausgegangen, dem Formling mit einem in bestimmter Art und Weise eingestellten Dreistoffsystem SiO2-Al2O3-CaO freien Kohlenstoff in Form von Koksgrus hinzuzufügen (Vortrag Böhl auf der 4. Arbeitstagung der Firma Werner Keßl, 8481 Bärnwinkel am 4. 10. 1974). Aber auch diese Versuche haben zu keinem in allen Fällen befriedigenden Si-Ausbringen geführt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Formling der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ohne den Zusatz von teurem Graphit in allen Einsatzfällen Siliciumabbrände vermieden werden und ein zuverlässig steuerbares Siliciumausbringen sichergestellt wird. Insbesondere soll der Formling im futterlosen Heißwindkupolofen bei Stahlschrottanteilen von über 30% in der Gattierung zuverlässig arbeiten. Insgesamt soll durch die Erfindung weiterhin ohne teure Zusatzstoffe eine Reproduktion der Eigenschaften des Gußeisens in engen Grenzen ermöglicht werden.