DE3413216A1 - Abdeckmasse fuer metallschmelzen - Google Patents

Description

• Es müssen beide Stoffe des Gemisches eine
• annähernd gleiche Schwebegeschwindigkeit (m/sec) aufweisen,um die Entmischung bei der pneumatischen Förderung zu vermeiden.
• Es muss die Stoffauswahl aber auch das Merkmal aufweisen,dass die Schwebegeschwinkeit (/sec) beider Stoffe des Gemisches wesentlich grösser ist als die Geschwindigkeit der thermisch aufgetriebenen Luft beim Aufbringen der Abdeckmasse auf die Stahlschmelze,um ein Absetzen auf der Oberfläche der Stahlschmelze zu bewirken.
• Nur die Kombination dieser Merkmale der Stoffauswahl der Abdeckmasse führt insgesamt zur Lösung dieser Aufgabe der Eignung als Abdeckmasse.
• Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 definiert.
• Die Patentansprüche 2 bis 9 und 11 betreffen eine alternative,bevorzugtr Ausgestaltung der Abdeckmasse nach Patentanspruch 1.
• Patentanspruch 2 betrifft die Stoffauswahl nach anderen Merkmalen innerhalb der praktischen Obergrenze des nicht expandierbaren Stoffes.Durch die Variation des Mengenverhältnisses der Stoffe wird das Merkmal eingestellt,dass eine maximale Expandierung des. expandierbaren Stoffes erfolgt,jedoch mit der Begrenzung,dass gleichzeitig ein extremer Abfall der Dämmwirkung im Gleichgewichtszustand vermieden wird.
• Dieses Mengenverhältnis ist von dem Kornbereich und den Kornfraktionen abhängig.
• Die Patentansprüche 3 bis 8 betreffen die alternative Ausgestaltung der Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 und 2 durch die Stoffauswahl,sowie durch deren Kornbereiche und Kornfraktionen.
• Patentanspruch 9 betrifft das Verfahren zur Anwendung der Abdeckmasse für Nichteisenmetallschmelzen nach den Ansprüchen 1 bis 8.
• Der technische Effekt der Abdeckmasse nach Patentanspruch 1 besteht also in der Stoffauswahl nach den Schwebegeschwindigkeiten der als Mischung verwendeten Abdeckmasse.
• Die Schwebegeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Fördermediums, die notwendig ist, das zu fördernde Stoffgemisch der Stoffpartikel in der Schwebe zu halten.
• Die Schwebegeschwindigkeit (m/sec) ist durch die folgende Formel definiert: wobei W = Schwebegeschwindigkeit, (m/sec) d = Teilchendurchmesser, (m) çr F = Dichte des Festkörpers,(kg/m3) P L = Dichte des Mediums (Luft)(kg/m3) bedeuten.
• Der technische Effekt der Abdeckmasse der Erfindung nach Anspruch 1 besteht auch darin, dass eine bestimmte,definierte Menge des expandierbaren Stoffes in dem Gemisch vorhanden ist.
• Ein geringerer Anteil verhindert eine konstante Temperatur auf der Oberfläche der Abdeckmasse.Ein grösserer Mengenanteil gestattet keine sichere,optimale Expandierung.
• Dieer technische Effekt liegt auch in dem Freisein von Feinstpartikeln.
• Dieses Mischungsverhältnis ist also dadurch begrenzt,dass gleichzeitig ein extremer Abfall der Dämmwirkung im Gleichgewichtszustand vermieden werden muss.
• Die bevorzugte Auswahl der Komponenten der Abdeckmasse nach den Korngrenzen und der Verteilung der Fraktionen innerhalb dieser Grenzen gestattet diese technischen Effekte zu erzielen zur Lösung der Aufgabe der Erfindung.
• Der technische Erfolg der Abdeckmasse der Erfindung wird erzielt,wenn nichtexpandierter Vermiculit mit einem nichtexpandierbarem Schüttgut mit möglichst hoher und gleichbleibender Wärmeleitfähigkeit kombiniert wird.
• Diese Mischung führt dann eine wesentlich grössere Wärmemenge in der Zeiteinheit in die oberen Lagen der Schüttung der Abdeckmasse auf der heissen Metallschmelze.
• Es wird durch die Kombination der Stoffe des Gemisches der expandierbare, mineralische Stoff praktisch vollständig expandiert und zwar ohne den negativen Effekt des Aufsteigens der Partikel mit der Luft.
• Als bevorzugtes, nicht expandierbares Mineral wurde Quarzsand gefunden in dem Kornbereich von 0 bis 1 mm.
• Ein bevorzugtes Gemisch aus beispielsweise 30 Gew.-% Rohvermiculit des Kornbereiches von 0,125 bis 1 mm mit den Kornfraktionen mm Gew.-% 0,125-0,25 2-4 0,25-0,355 5-7 0,355-0,5 16-21 0,5-0,71 39-47 0,71-1 24-33 und aus 70 Gew.-% Quarzsand mit den Kornfraktionen mm Gew.-% 0,125-0,25 8-18 0,25-0,355 35-45 0,355-0,5 35-45 0,5-0,71 3-12 führt auf der Stahlschmelze zu einer praktisch vollständigen Expandierung des Vermiculits,die in 1 bis 2 Minuten abgeschlossen ist.
• Ein anderes, bevorzugtes Gemisch besteht beispielsweise aus 25 Gew.-% Rohperlit von 0,125 bis 1 mm mit den Kornfraktionen: mm Gew.-% o,125 - 0,25 2-5 0,25- 0,355 8-16 0,355- 0,5 10-35 0,5 - 0,71 20-55 0,71- 1,0 10-28 und aus 75 Gew.-% Quarzsand mit den'gleichen Kornfraktionen wie in dem vorstehenden Beispiel.
• Auch diese Abdeckmasse gemäss der Erfindung führt in 1 bis 2 Minuten auf einer Bleischmelze zu einer praktisch vollständigen Expandierung.
• Dieses Gemisch ist in brennbarer Verpackung in Form von Paiersäcken als loses Haufwerk auf die Stahlschmelze aufgebracht.Es umschliessen die voluminösen Partikel des expandierenden Vermiculits die wesentliche Menge der nicht expandierbaren Mineralpartikel,oder die nicht expandierbaren Partikel separieren sich teilweise von den expandierenden Vermiculit-Partikeln,die ein lockeres,durchlässiges Gefüge aufweisen.
• Durch diese Veränderungen in der aufgebrachten Abdeckmasse gemäss der Erfindung entsteht unter der thermischen Wirkung der Stahlschmelze eine zusammenhängende Struktur der Abdeckmasse mit einem erheblich verbesserten Wärmedämmeffekt.
• Dieser technische Effekt beruht also auf der Kombination der Merkmale der Stoffauswahl,sowie deren Mischungsverhältnisse und der unteren Kornbegrenzung.
• Dieser technische Effekt beruht aber vorzugsweise auch auf den Kornbereichen und den Kornfraktionen,die zu diesem überraschend optimalen Ergebnis bei der Lösung der Aufgabe der Erfindung führen.
• Die Abdeckmasse für Stahlschmelzen oder für Nichteinsenmetalle kann also pneumatisch auf die Oberfläche der flüssigen Metallmasse oder durch Aufschütten in brennbarer Verpackung aufgebracht werden.
• Es wird durch die untere Begrenzung des Kornbereiches das Mitreissen von Partikeln aus dem Stoffgemisch praktisch vermieden.
• Dieser technische Effekt beruht auch darauf,dass ein struktureller Verbund bei der Expandierung des Vermiculits in der aufgebrachten Abdeckmasse eintritt.
• Dieser überraschende Effekt basiert auch auf dem bestimmten'definierten Mischungsverhältnis der Komponenten.
• In dem definierten Verhältnis der Stoffe gemäss der Erfindung tritt mit Verringerung des Mengenanteiles an Vermiculit eine raschere,vollständige Expandierung ein,die bei etwa 20 Gew.-% einen maximalen Wert erreicht.Es tritt unterhalb des Gehaltes von 30 Gew.-% Vermiculit ein Ansteigen der Schüttdichte (Schattgewicht) in der Abdeckmasse ein.Es tritt dadurch ein Abfall der Wärmedämmwirkung ein.
• Ein höherer Mengenanteil über etwa 40 Gew.-% an expandierbarem Vermiculit ist auch aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nicht erforderlich.
• Der Bereich der Mengenverhältnisse des Gemisches nach Patentanspruch 1 bietet den Vorteil,dass nur etwa 6 kg/m2 Oberfläche der Schmelze gegenüber etwa 20 kg/m2 nach dem Stand der Technik bei gleicher Wärmedämmwirkung benötigt wird, wobei sich die Menge (kg) auf den Gehalt an Vermiculit in der Gesamtmenge der Abdeckmasse bezieht.
• Unter Wärmedämmwirkung wird der gleiche Begriff wie Wärmedämmung oder Dämmwirkung nach der Technik verstanden.
• Der Wärmedurchgang in Medien wird durch die Strahlung,Leitung und Konvektion bestimmt .Diese thermischen Vorgänge werden gemeinsam durch die Wärmedurchgangszahl k [W/m².k] ausgedrückt.
• Für den durch das Medium durchgehenden Wärmestrom besteht die Beziehung Q = k . F C t i - t a ) Jw wobei F die wärmebeaufschlagte Fläche des Mediums, tidie Temperatur in O auf der Heisseite und t a die Temperaa tur auf der Kalt seit und Q die durchgegangene Wärmemenge W darstellt.
• Wenn ein Medium wärmedämmend wirken soll, muss die Wärmedurchgangszahl möglichst niedrig liegen. Eine optimale Wärmedämmwirkung zeigt sich durch einen steilen Temperaturgradienten innerhalb des Mediums an. Der Temperaturgradient ist also ein Kriterium für die Wirkung er Wärmedämmung.
• Der folgende Versuch demonstriert die beim Aufgeben der Abdeckmasse gemäss der Erfindung sich einstellenden Schüttdichten (g/l),sowie die Dämmwirkung,ausgedrückt durch die Temperatur der Oberfläche.
• Es werden in einem Platintiegel mit einem Durchmesser von 6 cm,dessen flacher Boden konstant auf 1000 0 erhitzt ist,jeweils gleich dicke Schichten eines Gemisches von Rohvermiculit und Quarzsand mit dem bevorzugten Kornbereich von 0,125 bis 1 mm eingegeben und 10 Minuten in diesem Zustand belassen.
• Nach dieser Zeit wird die Temperatur auf der Oberfläche gemessen und danach werden die Schüttdichten (g/l) dieser Gemische sowie die der einzelnen Komponenten bestimmt.
• Für diesen Modellversuch werden die Schüttdichten durch anschliessendes Homogenisieren einheitlichen Haufwerkes bestimmt.Die Schüttdichte des Gemisches aus 40 Gew.-% Rohvermiculit und 60 Gew.-S nicht expandierbarem Quarzsand beträgt 400 g/l.
• Die Auswertung dieses Modellversuches zeigen die Kurven 1 bis 3.
• Die Kurve 1 zeigt,dass der aus dem Gemisch separierte Anteil an Vermiculit einen stetigen Abfall seiner mittleren Schüttdichte aufweist.
• Die Kurve 2 demonstriert die Ergebnisse für steigende Mengen an Quarzsand.
• Der Kurvenverlauf ergibt überraschend für einen weiten Bereich des Anteiles an nicht expandierbarem Quarzsand eine nahezu konstante Schüttdichte und erst bei einem Anteil von über 85 Gew.-% Quarzsand steigt die Schüttdichte des Gemisches steil an.
• Die Kurve 3 zeigt den Temperaturverlauf an der Oberfläche der Abdeckmasse im Gleichgewichtszustand.
• Unter der Schüttdichte,auch Schüttgewicht genannt,ist das Gewicht zu verstehen,welches ein Schüttgut beim Einschütten in ein Gefäss mit einem Hohlvolumen von 1 Liter einnimmt.
• Für die Bestimmung der Schüttdichten des Medollversuches ist das "Einlaufgerät nach Böhme" nach DIN 1060 verwendet.
• Diese Versuche zeigen also,dass der wärmeleitende Effekt des nicht expandierenden Materials gegeben ist und dadurch die gleichmässige und praktisch vollständige,rasche Expandierung des expandierbaren Stoffes bewirkt wird.
• Es wird durch die Kurve 2 der breite Bereich der praktisch gleichen Schüttdichte bei steigendem Anteil an der nicht expandierenden Komponente und durch die Kurve 3 die fast gleiche Dämmwirkung dieser unterschiedlichen Gemische dargestellt.
• Eine Abdeckmasse gemäss der Erfindung mit einem Gehalt von nur 25 bis 35 Gew.-% Vermiculit und 75 bis 65 Gew.-S Quarzsand bewirkt also den gleichen Wärmedämmeffekt wie die gleiche Gesamtmenge Rohvermiculit.
• Dieses Ergebnis mit der Abndeckmasse gemäss der Erfindung bestätigt den technischen und wirtschaftlichen Vorteil gegenüber der Verwendung von nur einer Komponente dieses Stoffgemisches.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1. Abdeckmassen für Metailschmelzen zur pneumatischen Förderung oder zur Sackaufgabe, dadurch gekennzeichnet,dass diese aus einem Gemisch eines expandierbaren, mineralischen Stoffes und eines nicht expandierbaren, mineralischen oder anorganischen Stoffes besteht, und in diesem Gemisch etwa 15 bis 40 Gew.-% des expandierbaren Stoffes enthalten sind und bei der pneumatischen Förderung beide Stoffe des Gemisches eine annähernd gleiche Schwebegeschwindigkeit (m/sec) zur Vermeidung der Entmischung aufweisen, und bei der pneumatischen Förderung und bei der automatischen oder manuellen Sackaufgabe,die Schwebegeschwindigeit beider Stoffe des Gemisches grösser ist als die Geschwindigkeit (m/sec) der thermisch aufgetriebenen Luft,sodass auch kleinere Partikel des Gemisches nicht ausgetragen werden beim Aufbringen der Abdeckmasse auf die Metallschmelze,um ein Absetzen der Masseteilchen auf der Oberfläche der Metallschmelze zu bewirken, und das Stoffgemisch keine Feinstpartikel unter 0,125 mm enthält.
2. 2.Abdeckmasse nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, das der Anteil des nicht expandierbaren mineralischen oder anorganischen Stoffes in dem Gemisch bis 85 Gew.-% beträgt und dadurch eine maximale Expandierung des expandierbaren Stoffes beim Aufbringen auf die Metallschmelze unter gleichzeitiger Vermeidung eines extremen Abfalles der Dämmwirkung im Gleichgewichtszustand eingestellt wird.
3. 3.Abdeckmasse nach den Ansprüchen-l und 2,dadurch gekennzeichnet,dass als expandierbarer Stoff Vermiculit des Kornbereiches von etwa o,125 bis 1 mm mit den Kornfraktionen: mm Gew.-% , 1,0 0-2 0,71-1,0 24-32 0,5 -0,71 39-47 0,333-0,5 16-21 0,25 -0,355 5-7 0,125-0,25 2-4 bei pneumatischer Förderung verwendet wird.
4. 4.Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet,dass als nicht expandierbarer mineralischer Stoff Quarzsand des Kornbereiches von etwa o,125 bis 1 mm mit den Kornfraktionen: mm Gew.-% , 1,0 0-1 0,71-1,0 3-12 0,5-0,71 35-45 0,355-0,5 35-45 0,25-0,355 8-18 0,125-0,25 8-18 bei pneumatischer Förderung vewendet wird.
5. 5.Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet,dass als nicht expandierbarer anorganischer Stoff gebrannter oder halbgebrannter Kalk des Kornbereiches von etwa 0,125 bis 3 mm mit den Kornfraktionen: mm Gew.-% 2-3 32-43 1-2 53-62 0,5-1 1-3 0,125-0,5 1-3 verwendet wird.
6. 6.Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 und 2,dadurch gekennzeichnet,dass bei der automatischen Sackaufgabe, insbesondere in Papiersäcken,auf die Stahlschmelze der Korngrössenbereich des expandierbaren,mineralischen Stoffes auf 0,125 bis 6 mm vergrössert und der Kornbereich des nicht expandierbaren Stoffes auf 0,125 bis 0,7 mm verringert wird.
7. 7.Abdeckmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass der Kornbereich des expandierbaren Vermiculits die folgenden Kornfraktionen aufweist: mm Gew.-% 5-6 2-9 4-5 30-39 3-4 26-35 2-3 15-23 1-2 3-7 0,125-1 1-5
8. 8.Abdeckmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass der Kornbereich des nicht expandierbaren Stoffes die folgenden Kornfraktionen aufweist: mm Gew.-% 0,5-0,7 15-21 0,3-0,5 58-69 0,2-0,3 11-19 0,125-0,2 2-6.
9. 9. Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese für Nichteisenmetallschmelzen mit einem Zusatz von C- haltigem Materialswie Kohlepulver, Kohlegruss in dem Gemisch der Stoffe versehen ist.
10. 10. Verfahren zur Anwendung der Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass diese pneumatisch in körniger Form oder zur automatischen oder manuellen Aufgabe in Sackverpackung auf die Oberfläche der Metallschmelze aufgebracht wird.
11. 11.Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kornbereich des expandierbaren Perlits die folgenden Korn-Fraktiönen-. aufweist: mm Gew.-% 0,125- 0,25 2-5 0,25 - 0,355 8-16 0,355- 0,5 10-35 0,5 - 0,71 20- 55 0,71- 1,0 10- 28 Beim Transport von Stahlschmelzen in Pfannen wird die Oberfläche der Schmelze mit Abdeckmassen beschichtet. Diese sind nach dem Stand der Technik wärmedämmenden, mineralische Schüttgüter, die eine zu rasche Abkühlung der Oberfläche verhindern.

    Nach H. Kramer, Stahl und Eisen, 73,(1953), Seite 225, ist es bekannt,thermisch expandierten Vermiculit durch Auflegen in loser Schüttung auf Zink- und Bleibäder zu verwenden.Für das expandierte Produkt wird in der Tabelle 1 die Wärmeleitzahl in kcal/mh/ °c angegeben.

    In Stahl und Eisen, 91, (1971),Nr. 17, Seite 978, wird unter "Umschau" die "Verwendung von Vermiculit im Stahlwerk" erwähnt. Auch diese Verwendung betrifft das bereits expandierte Produkt, wie aus der Tabelle hervorgeht.Diese enthält für bestimmte Körnungsbereiche die Raumgewicht in kg/ m3 zwischen 65 bis 120 kg/ m3.

    Das "Schüttgewicht" (Raumgewicht liegt für das nicht expandierte Mineral bei 3 900 bis. 1000 kg/ m Das expandierte Mineral weist bei dem niedrigen Schtttgewicht ein gutes Wärmedämmvermögen auf.

    Beim Aufgeben dieses expandierten Dämmstoffes in brennbarer Verpackung,wie in Papiersäcken, wird diese durch die hohe Temperatur der Metallschmelze, insbesondere der Stahlschmelze und der Nichteisenmetallschmelze, rasch zerstört, und der Wärmedämmstoff breitet sich gleichmässig auf der Oberfläche der Metallschmelze aus. Die Wärmedämmung dieser gleichmässigen Schicht unterbindet den thermischen Luftauftrieb so,dass praktisch keine Partikel der Dämmasse fortgerissen werden.

    Versuche, diese Abdeckmasse mittels Transportvorrichtungen technisch einfacher und wirtschaftlicher aufzugeben, wie auch durch Aufschüttung der losen Masse, brachten kein brauchbares Ergebnis. Dies liegt daran, dass der starke Luft auftrieb über der Metallschmelze, insbesondere der Stahlschmelze, die gesamte, sich noch nicht vollständig ausgebreitete Abdeckmasse mit sich fortreisst.

    Unter Metallschmelze wird die Stahlschmelze und die Schmelze von Nichteisenmetallen verstanden, und zwar die freie Oberfläche sowie diese mit Anteilen an aufgeschwommener Schlacke.

    Beim pneumatischen Transport des expandierten Vermiculits hat sich gezeigt, dass das fragile Korn durch mechanische Einwirkungen zum grösseren Teil durch Delaminierung seine Struktur und damit auch weitgehend seine Wärmedämmwirkung verliert.

    Da die Partikel des Rohvermiculits weniger flugfähig sind als die der expandierten Form, wurde ein weiterer Versuch mit nicht expandiertem Vermiculit durchgeführt.

    Vermiculit beginnt bei 280 ° C zu expandieren und erreicht den maximalen Wert der thermischen Expandierung bei 9000 bis 10000 C.

    Bei diesen Versuchen wurde festgestellt, dass zwar die unmittelbar mit der Schmelze in Berührung kommenden Mineralteilchen expandieren,dagegen die in den oberen Lagen sich befindenden Teilchen durch das starke Temperaturgefälle innerhalb des aufgebrachten Schicht nur unvollständig und in der Hauptmenge garnicht expandieren.

    Es zeigte sich,dass der Wärmedämmeffekt nicht ausreichend ist in dieser unvollkommen expandierten Masse.Es ist aus diesem Grunde auch der Materialeinsatz wegen seiner ungenügenden Ausnutzung in Bezug auf die Wärmedämmung unwirtschaftlich.

    Die älteren VcrschlSge, direkt bereits expandierten Vermiculit in loser Schüttung einzusetzen, ist in der Praxis nicht realisierbar, da der thermische Auftrieb der Partikel zu stark ist und damit die Verluste an Material und die Staubbildung zu gross ist.

    Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile beim Aufbringen des expandierbaren mineralischen Stoffes zu vermeiden und einen Lösungsweg zu finden, der gestattet auch die Partikel in den oberen Lagen der Schüttung zur Expandierung zu bringen.

    Es ist weiter die Aufgabe der Erfindung, die pneumatische Förderung der Abdeckmasse gemäss der Erfindung durch die Verwendung von expandierbarem Vermiculit und/ oder Roh-Perlit zu ermöglichen.

    Es wird durch den Einsatz des noch nicht expandiertem Minerals die getrennte Vorbehandlung als Komponente des einzusetzenden Gemisches vermieden, und es wird dadurch auch das Transportvolumen erheblich verringert.

    Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wurde überraschend gefunden, dass expandierbare mineralische Stoffe, insbesondere Rohvermiculit und/ oder Rohperlit, mit nicht expandierbaren, mineralischen und / oder anorganischen Stoffen, die sich bei der Schmelztemperatur in ihrer Struktur nicht zersetzen, als Gemisch verwendet werden.

    Dieses Stoffgemisch stellt keine blosse Assoziation der Komponenten dar, sondern eine Kombination von Merkmalen, die erst den technischen Effekt der Eignung als Abdeckmasse für Metallschmelzen ergeben.