DE3545432A1 - Ausguss zum vergiessen von stahlschmelze - Google Patents
Ausguss zum vergiessen von stahlschmelzeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Ausguß zum Vergießen von Stahlschmelze, der an einem Gefäß zur Aufnahme von
Stahlschmelze, z.B. einer Gieß- oder Zwischenpfanne, angebracht ist.
Beim Stranggießen von Stahlschmelze wird beispielsweise letztere aus einer Gießpfanne in ein Zwischengefäß oder
eine Zwischenpfanne und aus letzterer über einen an deren Boden angebrachten Ausguß (nozzle) in eine unter
dem Ausguß angeordnete lotrechte Kokille vergossen, um einen Gußstrang zu bilden, der kontinuierlich in Form
eines einzigen, langen Strangs abgezogen wird.
Fig. 1 veranschaulicht schematisch im Schnitt eine Zwischenpfanne,
die mit einem (herkömmlichen) Stahlschmelze-Ausguß als Zwischenpfannen-Ausguß und einem
entsprechenden Ausguß als Tauchausguß versehen ist. Gemäß Fig. 1 ist der Zwischenpfannen-Ausguß oder Pfannenausguß
4, der eine Axialbohrung 4 zum Hindurchleiten von Stahlschmelze aufweist, im Boden 2 einer Zwischenpfanne
1 befestigt. Der Tauchausguß 5 mit einer Axialbohrung 6 zum Hindurchleiten von Stahlschmelze ist lotrecht
nach unten ragend am unteren Ende des Pfannenausgusses 3 angebracht. Der Tauchausguß 5 ist so lang, daß
sein unteres Ende im Betrieb in die nicht dargestellte (Stranggieß-)Kokille einzutauchen vermag. Die Axialbohrung
des Pfannengusses 3 kommuniziert dabei mit der Axialbohrung 6 des Tauchausgusses 5.
Die beschriebenen bisherigen Pfannen- und Tauchausgüsse 3 bzw. 5 bestehen jeweils aus einem Feuerfestmaterial
ausgezeichneter Erosionsbeständigkeit gegen den Angriff der Stahlschmelze, z.B. aus einem Zirkon-(di)oxid-,
Silizium(di)oxid-, Zirkon(di)oxid-Silizium-(di)oxid-, Aluminiumoxid-Graphit- oder Aluminiumoxid-Silizium
(di)oxid-Feuerf estmaterial .
Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine mit einem anderen bisherigen Tauchausguß versehene Zwischenpfanne.
Gemäß Fig. 2 ist der mit einer Axialbohrung 8 (für Stahlschmelzenfluß) versehene Tauchausguß 7 lotrecht
nach unten ragend am Boden 2 der Zwischenpfanne 1 angebracht. Der obere Abschnitt 7a des Tauchausgusses 7 ist
aus einem Feuerfestmaterial besonders hoher Wärmeschockbeständigkeit
ausgebildet, während der restliche Abschnitt 7c aus einem erosionsbeständigen Feuerfestmaterial
der oben angegebenen Art besteht.
Fig. 3 zeigt in ähnlicher Darstellung eine weitere Zwischenpfanne mit einem anderen bisherigen Tauchausguß.
Der eine Axialbohrung 8 aufweisende Tauchausguß 7 ist lotrecht nach unten ragend am bzw. im Boden 2 der Zwischenpfanne
1 angebracht. Der obere Abschnitt 7b des die Axialbohrung 8 festlegenden Innenflächenteils des
Tauchausgusses 7 besteht dabei aus einem Feuerfestmaterial besonders hoher Wärmeschockbeständigkeit,
während sein restlicher Abschnitt 7b aus einem erosionsbeständigen Feuerfestmaterial der oben angegebenen Art
besteht.
Beim Vergießen von Stahlschmelze aus der Zwischenpfanne
in eine Kokille über einen der angegebenen bisherigen Stahlschmelzen-Ausgüsse kann das Problem auftreten, daß
sich in der Stahlschmelze enthaltene feine Aluminiumoxidteilchen an der Innenfläche des Ausgusses ablagern
und ansammeln und dann die Axialbohrung verstopfen. Dieses Problem ergibt sich auch beim Vergießen von
Stahlschmelze aus der Gießpfanne in die Zwischenpfanne
oder in die Kokille durch den genannten, am Boden der Gießpfanne angebrachten Ausguß.
Die Ursachen für das Vorhandensein von Aluminiumoxid in der Stahlschmelze sind folgende:
1. In den Auskleidungs-Steinen eines Stahlschmelzengefäßes, z.B. einer Zwischen- oder einer Gießpfanne,
enthaltenes Aluminiumoxid wird infolge von Erosion der Steine in der Stahlschmelze im Gefäß eingeschlossen.
2. Im Fall von aluminiumberuhigtem Stahl liefert das
der Stahlschmelze zugesetzte Aluminium durch Reaktion mit dem in der Stahlschmelze enthaltenen Sauerstoff
10 Aluminiumoxid.
3. Im Fall von aluminiumberuhigtem Stahl liefert das der Stahlschmelze zugesetzte Aluminium durch Reaktion
mit Eisenoxid in der auf der Stahlschmelzenoberfläche
15 schwimmenden Schmelzschlacke Aluminiumoxid.
4. Aluminiumoxid entsteht auch durch Reaktion des in der Stahlschmelze enthaltenen Aluminiums mit dem Luftsauerstoff
.
Während ein Teil des aus den angegebenen Gründen (in
der Stahlschmelze) eingeschlossenen oder erzeugten Aluminiumoxids auf der Schmelzenoberfläche schwimmt und
von der Stahlschmelze abgetrennt wird, verbleibt der größte Teil des Aluminiumoxids in der Stahlschmelze in
Form feiner Teilchen einer Größe von einigen μπι. Wenn
die Stahlschmelze aus dem Schmelzengefäß durch den bisherigen
Ausguß in z.B. eine Kokille vergossen wird, setzt sich das in der Stahlschmelze enthaltene AIuminiumoxid
unter Ansammlung an der Innenfläche des Ausgusses ab, bis schließlich die Axialbohrung verstopft
wird.
Zur Verhinderung einer solchen Verstopfung der Axialbohrung
des Ausgusses sind folgende Verfahren bekannt:
1. Verhinderung einer Reaktion des in der Stahlschmelze enthaltenen Aluminiums mit dem Luftsauerstoff unter Er-
zeugung von Aluminiumoxid durch Verhinderung einer Kontaktierung der Stahlschmelze mit der Luft beim Vergießen
der Schmelze aus einer Gießpfanne in eine Zwischenpfanne oder aus Gießpfanne oder Zwischenpfanne in
eine Kokille.
2. Verhinderung eines Temperaturabfalls der die Axialbohrung
des Ausgusses durchströmenden Stahlschmelze durch Erwärmen des Ausgusses, um damit ein Absetzen und
Ansammeln von in der Stahlschmelze enthaltenem Aluminiumoxid an der Innenfläche des Ausgusses, d.h. der
Axialbohrung, zu verhindern.
3. Ausblasen eines Inertgases aus der Innenfläche des Ausgusses zu der die Axialbohrung durchströmenden
Stahlschmelze, um ein Absetzen und Ansammeln des in der Stahlschmelze enthaltenen Aluminiumoxids an dieser
Innenfläche zu verhindern.
Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen jeweils eine Zwischenpfanne mit einem bisherigen Pfannenausguß mit
einer solchen Inertgas-Ausblasfunktion sowie einem bisherigen Tauchausguß.
Gemäß Fig. 4 ist ein mit einer Axialbohrung 10 (für Stahlschmelze) versehener Pfannenausguß 9 im Boden 2
einer Zwischenpfanne 1 befestigt. Ein Tauchausguß 5, entsprechend demjenigen nach Fig. 1, ist lotrecht nach
unten ragend am unteren Ende des Pfannenausgusses 9 angebracht. Der Pfannenausguß 9 ist im Bereich seiner
Axialbohrung 10 mit einer ringförmigen oder umlaufenden Ausnehmung 11 zum Ausblasen von Inertgas gegen die die
Axialbohrung 10 durchströmende Stahlschmelze versehen.
Das über eine Inertgas-Speiseleitung 12 in die Ausnehmung 11 eingeführte Inertgas wird gegen die Stahlschmelze
in der Axialbohrung 10 ausgeblasen, wodurch eine Ablagerung von Aluminiumoxid an der die Axial-
bohrung 10 bildenden Innenfläche des Pfannenausgusses
9 verhindert wird.
Gemäß Fig. 5 ist ein Pfannenausguß 9 aus einem porösen
Feuerfestmaterial geformt. Das über eine Speiseleitung
12 in den Pfannenausguß 9 eingeführte Inertgas strömt
gegen die Stahlschmelze in der Axialbohrung aus und verhindert dadurch eine Ablagerung oder ein Absetzen
von Aluminiumoxid an der die Axialbohrung 10 bildenden Innenfläche des Pfannenausgusses 9.
4. Entfernen des in der Stahlschmelze enthaltenen Aluminiumoxids innerhalb der Zwischenpfanne wie folgt:
In der Zwischenpfanne wird mindestens ein lotrechtes,
feuerfestes Wehr (bzw. eine Sperrbrücke) mit mehreren waagerechten Durchgängen oder Ausgüssen für den Durchtritt
der Stahlschmelze vorgesehen; die Strömung der aus einer Gießpfanne in die Zwischenpfanne vergossenen
Stahlschmelze wird bei ihrem Durchtritt durch die waagerechten Durchgänge im Wehr gleichgerichtet bzw.
beruhigt; das in der Stahlschmelze enthaltene Aluminiumoxid wird zur Ablagerung an den Innenflächen der
waagerechten Stahlschmelzen-Durchgänge im Wehr gebracht
25 und dadurch aus der Stahlschmelze entfernt.
Beim Stranggießen von aluminiumberuhigtem Stahl mit mindestens 0,003 Gew.-% Lösungsaluminium (Sol.Al) zu
einem Stahlgußstrang eines kleinen Querschnitts mit
3Q einer Seitenlänge von bis zu 200 mm mittels eines bisherigen
Pfannenausgusses kleinen Durchmessers von 10 20 mm ist es jedoch auch mit den oben unter 1. bis 4.
aufgeführten Verfahren unmöglich, eine Ablagerung von Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze an der Innenfläche
von Pfannenausguß oder Tauchausguß und damit ein Verstopfen der Axialbohrung eines solchen Ausgusses durch
das sich an seiner Innenfläche absetzende und ansammelnde Aluminiumoxid zu verhindern. Es wurde deshalb
bisher für unmöglich gehalten, aluminiumberuhigten Stahl der angegebenen Art mittels eines bisherigen
Pfannen- oder Tauchausgusses eines kleinen (Innen-)-Durchmessers zum einem Gußstrang eines kleinen Querschnitts
zu vergießen.
Im Hinblick auf diese Gegebenheiten besteht ein großer Bedarf nach der Entwicklung eines Stahlschmelzen-Ausgusses
als Pfannenausguß oder Tauchausguß, bei dem ein Verstopfen seiner Axialbohrung durch Ablagerung von
Aluminiumoxid aus der die Axialbohrung durchströmenden Stahlschmelze auch dann verhindert wird, wenn aluminiumberuhigte
Stahlschmelze eines hohen Gehalts an Lösungsaluminium (Sol.Al) durch eine Axialbohrung
kleinen Durchmessers eines Ausgusses in eine Kokille vergossen wird. Ein solcher Ausguß ist jedoch bisher
noch nicht zur Verfügung gestellt worden.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Stahlschmelzen-Ausgusses als Pfannenausguß oder Tauchausguß,
bei dem ein Verstopfen seiner Axialbohrung durch Ablagerung von Aluminiumoxid aus der die Axialbohrung
durchströmenden Stahlschmelze auch dann verhindert wird, wenn aluminiumberuhigte Stahlschmelze
eines hohen Gehalts an Lösungsaluminium (Sol.Al) durch
eine Axialbohrung kleinen Durchmessers eines Ausgusses in eine Kokille vergossen wird.
Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines Stahlschmelzen-Ausgusses
als Durchgang(sbohrung) in einem lotrechten, feuerfesten Wehr (einer Sperrbrücke) in
einer Zwischenpfanne, wobei dieser Ausguß die Beseitigung von Aluminiumoxid aus der die Bohrung des Ausgusses
durchströmenden Stahlschmelze erlauben soll.
Die obige Aufgabe wird bei einem Ausguß zum Vergießen von Stahlschmelze, mit einer längs seiner Achse ver-
laufenden Axialbohrung, die von Stahlschmelze durchströmbar ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
mindestens ein Teil des Ausgusses aus einem Feuerfestmaterial geformt ist, das im wesentlichen aus 30 Gew.-%
Calciumoxid sowie (zumindest) Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid besteht, und das Feuerfestmaterial Magnesium-
und/oder Aluminiumoxid so (in solcher Menge) enthält, daß der Schmelzpunkt des Feuerfestmaterials im
Bereich von mindestens 22000C im CaO-MgO-Al2O3~Ternärphasendiagramm
liegt.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen lotrechten Schnitt durch eine Zwischenpfanne, die mit einem Pfannenausguß
und einem Tauchausguß gemäß dem Stand der Technik ausgestattet ist,
Fig. 2 einen schematischen lotrechten Schnitt durch
eine Zwischenpfanne mit einem anderen bisherigen
Tauchausguß,
25
25
Fig. 3 einen schematischen lotrechten Schnitt durch
eine Zwischenpfanne mit noch einem anderen bisherigen Tauchausguß,
Fig. 4 einen schematischen lotrechten Schnitt durch
eine Zwischenpfanne, die mit einem Pfannenausguß, mit Inertgas-Ausblasfunktion sowie
einem Tauchausguß gemäß dem Stand der Technik ausgestattet ist,
Fig. 5 einen schematischen lotrechten Schnitt durch eine Zwischenpfanne, die mit einem anderen
Pfannenausguß mit Inertgas-Ausblasfunktion
sowie einem Tauchausguß gemäß dem Stand der Technik ausgestattet ist,
Fig. 6 ein CaO-MgO-Al-O^-Ternärphasendiagramm zur Angabe
der chemischen Zusammensetzung des den Stahlschmelzen-Ausguß gemäß der Erfindung bildenden
Feuerfestmaterials,
Fig. 7 bis 9 schematische lotrechte Schnitte zur Darstellung verschiedener Ausführungsformen eines
Stahlschmelzen-Ausgusses als Zwischenpfannenoder Gießpfannenausguß gemäß der Erfindung,
Fig. 10 und 11 schematische lotrechte Schnittansichten einer vierten bzw. fünften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ausgusses als Tauchausguß und
Fig. 12 einen schematischen lotrechten Schnitt zur Darstellung einer sechsten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ausgusses in Form waagerechter Durchgänge in lotrechten Wehren in
einer Zwischenpfanne.
Im Hinblick auf die vorher geschilderten Gegebenheiten wurden erfindungsgemäß ausgedehnte Untersuchungen
durchgeführt mit dem Ziel der Entwicklung eines Stahlschmelzen-Ausgusses als Pfannenausguß oder Tauchausguß,
bei dem ein Verstopfen seiner Axialbohrung durch Ablagerung von Aluminiumoxid aus der die Axialbohrung
durchströmenden Stahlschmelze auch dann verhindert wird, wenn aluminiumberuhigte Stahlschmelze eines hohen
Gehalts an Lösungsaluminium (Sol.Al) durch eine Axialbohrung
kleinen Durchmessers eines Ausgusses in eine Kokille vergossen wird.
Als Ergebnis dieser Untersuchungen zeigte sich folgendes: Ein Feuerfestmaterial, das im wesentlichen aus
mindestens 30 Gew.-% Calciumoxid und (zumindest) Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid besteht und das Magnesium-
und/oder Aluminiumoxid in solcher Menge enthält, daß der Schmelzpunkt des Feuerfestmaterials im Bereich
von mindestens 22000C im CaO-MgO-A^C^-Ternärphasendiagramm
liegt, erzeugt eine Verbindung eines niedrigen Schmelzpunkt, ein eutektisches Gemisch eines niedrigen
Schmelzpunkts sowie ein Gemisch aus Verbindungen bzw. ein Verbindungsgemisch eines niedrigen Schmelzpunkts
(im folgenden als "niedrigschmelzende(s) Verbindung und Gemisch" bezeichnet) der nachstehend angegebenen Art
an der Grenzfläche zwischen dem Feuerfestmaterial und der Stahlschmelze infolge einer Reaktion mit in der
Stahlschmelze enthaltenem Aluminiumoxid:
(1) mCaO-nAl2O3-Verbindung
20 (2) Eutektisches Gemisch aus MgO und mCaO
(3) Gemisch aus MgO, CaO und mCaO^nAl3O3;
(4) Gemisch aus MgO, MgO^Al3O3 und mCaO^
(5) Gemisch aus MgO-Al3O3 und mCaO^nAl3O3;
(6) Gemisch aus CaO und InCaO^nAl3O3; sowie
(7) Gemisch aus mehreren mCa0«nAl„0, mit verschiedenen
m- und n-Werten.
In der folgenden Tabelle I sind die Molekularformel,
die chemische Zusammensetzung und der Schmelzpunkt der jeweiligen, oben angegebenen niedrigschmelzenden Verbindungen
und Gemische angeführt.
ω
ο
to
σι
σι
| Nr. | Molekülarformel | Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) |
MgO | Al2O3 | Schmelzpunkt |
| CaO | - | 64,6 | (0C) | ||
| 1 | CaO-Al2O3 | 35,4 | - | 52,2 | 1600 |
| 2 | 5CaO-3Al2O3 | 47,8 | - | 37,8 | 1455 |
| 3 | 3CaO-Al2O3 | 62,2 | 6,3 | 47,7 | 1535 |
| 4 | MgO,3CaO-Al2O3,5CaO-3Al2O3 | 46,0 | 6,7 | 51,8 | 1345 |
| 5 | MgO,5CaO-3Al2O3,CaO-Al3O3 | 41,5 | 6,2 | 42,3 | 1345 |
| 6 | MgO+CaO+3CaO-Al3O3 | 51,5 | 6,9 | 52,4 | 1450 |
| 7 | MgO+MgO-Al .,0-,+CaO-Al9O., | 45,7 | 3,5 | 63,2 | 1370 |
| 8 | MgO·Al2O3+CaO·Al2O3+3CaO·SAl2O3 | 33,3 | - | 41,0 | 1550 |
| 9 | CaO+3CaO-Al2O3 | 59,0 | - | 50,0 | 1535 |
| 10 | 3CaO-Al9O-,+5CaO- 3Al9O., | 50,0 | - | 53,0 | 1395 |
| 11 | 5CaO-3Al2O3+CaO-Al3O3 | 47,0 | - | 66,5 | 1400 |
| 12 | CaO -Al-0, + 3CaO- 5Al9O-, | 33,5 | 1590 |
CJi Oi Ca»
A*
Im CaO-MgO-Al-O,-Ternärphasendiagranvm stehen C für den
Punkt von 100 Gew.-% CaO, M für den Punkt von 100 Gew.-% MgO und A für den Punkt von 100 Gew.-% Al-O3. Der den
Punkt C einschließende Bereich ist der Kristallisationsbereich von Kalk; der den Punkt M einschließende Bereich
stellt den Kristallisationsbereich von Periklas, der den Punkt A enthaltende Bereich den Kristallisationsbereich
von Spinell dar. Die Linie G ist die eutektische Linie von Kalk und Periklas; die Linie F
ist die eutektische Linie von Periklas und Spinell. Die gestrichelten Linien stellen die in Abständen von 1000C
gezogenen isothermisehen Schmelzlinien dar.
Wie sich aus obigem ergibt, geht bei einem Stahlschmelzen-Ausguß
mit einer von der Stahlschmelze durchströmbaren Axialbohrung und aus einem Feuerfestmaterial,
das im wesentlichen aus mindestens 30 Gew.-% Calciumoxid sowie (mindestens) Magnesium- und/oder Aluminiumoxid
besteht und welches das Magnesium- und/oder AIuniniumoxid
in einer solchen Menge enthält, daß der Schmelzpunkt des Feuerfestmaterials im Bereich von
mindestens 22000C im CaO-MgO-Al2O3-Ternärphasendiagramm
liegt, auch dann, wenn sich Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze an der Innenfläche des Ausgusses bzw. der
Axialbohrung absetzt, das Feuerfestmaterial der angegebenen
chemischen Zusammensetzung eine Reaktion mit dem Aluminiumoxid unter Erzeugung der (des) niedrigschmelzenden Verbindung und Gemisches an der Grenz-
fläche zwischen Feuerfestmaterial und Stahlschmelze ein, wobei sich das abgesetzte Aluminiumoxid leicht
auflöst.
Die Erfindung wurde nun auf der Grundlage der vorstehend
geschilderten Feststellungen entwickelt. Zumindest ein Teil des erfindungsgemäßen Ausgusses ist
dabei aus einem Feuerfestmaterial hergestellt, . das im
Calciumoxid wesentlichen aus mindestens 30 Gew.^HYsowie Magnesium-
und/oder Aluminiumoxid besteht und das Magnesium- und/oder Aluminiumoxid in einer solchen Menge enthält
(contains so), daß sein Schmelzpunkt im Bereich
von mindestens 22000C im genannten Ternärphasendiagramm
liegt.
Die Gründe für die Festlegung der chemischen Zusammensetzung des den erfindungsgemäßen Ausguß bildenden
Feuerfestmaterials sind nachstehend erläutert.
Bei einem Calciumoxidgehalt von unter 30 Gew.-% kann das Feuerfestmaterial des Ausgusses nicht mit dem
Aluminiumoxid in der Stahlschmelze reagieren und auch nicht schnell die (das) niedrigschmelzende Verbindung
und Gemisch an der Grenzfläche zwischen Feuerfestmaterial und Stahlschmelze bilden.
Wenn andererseits der Gehalt an Magnesium- und/oder Aluminiumoxid außerhalb des Bereichs des CaO-MgO-Al-O,-Ternärphasendiagramms,
in welchem der Schmelzpunkt des Feuerfestmaterials mindestens 22000C beträgt, liegt,
wird das den Ausguß bildende Feuerfestmaterial durch die Berührung mit der Stahlschmelze schnell erodiert,
so daß es keine lange Betriebslebensdauer oder Standzeit gewährleistet.
Der schraffierte Abschnitt im genannten Ternärphasendiagramm nach Fig. 6 stellt den (zweckmäßigen) Bereich
gO der chemischen Zusammensetzung des den erfindungsgemäßen
Ausguß bildenden Feuerfestmaterials dar.
Tabelle II veranschaulicht Beispiele für chemische Zusammensetzungen
und Schmelzpunkte des den erfindungsgg gemäßen Ausguß bildenden Feuerfestmaterials.
| Nr. | Chemische | Zusammensetzung (Gew.-%) | Al2O3 | - | Schmelzpunkt (0C) |
| 1 | CaO | MgO | 19,0 | - | 2300 |
| 2 | 40,5 | 40,5 | 11,0 | 12,0 | 2400 |
| 3 | 44,5 | 44,5 | 14,0 | - | 2200 |
| 4 | 75,5 | 10,5 | 5,0 | 2430 | |
| 5 | 50,0 | 45,0 | 5,0 | 2480 | |
| 6 | 45,0 | 50,0 | 10,0 | 2320 | |
| 7 | 80,0 | 10,0 | 5,0 | 2420 | |
| 8 | 85,0 | 10,0 | 2480 | ||
| 9 | 84,5 | 15,5 | 2470 | ||
| 10 | 50,0 | 50,0 | 2400 | ||
| 11 | 88,0 | - | 2410 | ||
| 7 0 , 0 | 30,0 |
Die Stoffe für das den erfindungsgemäßen Ausguß bildende
Feuerfestmaterial können folgendes umfassen:
1. Ein Gemisch aus Calciumoxid sowie Magnesium- und/oder Aluminiumoxid.
(mindestens)
2. Ein Vorschmelzprodukt, erzeugt durch Schmelzen eines Gemisches aus Calciumoxid sowie Magnesium- und/oder
Aluminiumoxid, Verfestigen-oder Erstarrenlassen des geschmolzenen Produkts durch Abkühlen und anschließendes
Pulverisieren des erstarrten Gemisches.
3. Ein natürlich vorkommendes Erz, das Calciumoxid sowie Magnesium- und/oder Aluminiumoxid enthält.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Stahlschmelzen-Ausgusses
wird bevorzugt das Feuerfestmaterial aus einem (oder mehreren) der oben angegebenen Stoffe nach
einem an sich bekannten Verfahren zu einem Ausguß einer vorgeschriebenen Form geformt und anschließend der so
hergestellte Formkörper gebrannt.
Der erfindungsgemäße Ausguß ist für folgende Verwendungszwecke
geeignet:
1. Als im Boden einer (eines) Zwischenpfanne oder -gefäßes
befestigter Pfannenausguß zum Vergießen von Stahlschmelze aus der Zwischenpfanne in eine Kokille.
2. Als am unteren Ende des genannten Pfannenausgusses
lotrecht nach unten ragend angebrachter Tauchausguß zum Vergießen von Stahlschmelze aus der Zwischenpfanne
in eine Kokille.
3. Als im Boden einer Gießpfanne befestigter Pfannenausguß
zum Vergießen von Stahlschmelze aus der Gießpfanne in eine Zwischenpfanne oder eine Kokille.
4. Als waagerechte Durchgänge in lotrechten, in einer Zwischenpfanne angeordneten Wehren oder Sperrbrücken
30 zum Durchlassen von Stahlschmelze.
Im folgenden ist der erfindungsgemäße Ausguß anhand von
Figuren näher erläutert.
Fig. 7 veranschaulicht eine erste Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Ausgusses zum Vergießen von Stahlschmelze. Der Ausguß 13 gemäß Fig. 7 wird als Pfannenausguß
benutzt, der im Boden einer Zwischenpfanne oder
einer Gießpfanne festgelegt ist. Gemäß Fig. 7 besteht der gesamte, eine Axialbohrung 14 zum Hindurchleiten
von Stahlschmelze aufweisende Pfannenausguß 13 aus einem Feuerfestmaterial der vorher angegebenen Art,
welche die (das) niedrigschmelzende Verbindung und Gemisch bildet.
Beim Pfannenausguß 13 gemäß Fig. 7 setzt sich in keinem
Fall Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze an der Innenfläche der Axialbohrung 14 ab. Wenn sich die Axialbohrung
14 aufgrund der Bildung der (des) niedrigschmelzenden Verbindung und Gemisches erweitert, kann
zweckmäßig eine an sich bekannte Vorrichtung zum Regeln des Stahlschmelzendurchsatzes, z.B. ein Schieber
(sliding nozzle), am unteren Ende des Ausgusses 13 angebracht werden.
Der in Fig. 8 dargestellte Ausguß 13 gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung dient ebenfalls als Pfannenausguß für eine Gieß- oder eine Zwischenpfanne.
Der eine Axialbohrung 14 (für Stahlschmelzendurchtritt) aufweisende Pfannenausguß 13 gemäß Fig. 8 umfaßt eine
den oberen Teil 14a der Axialbohrung 14 festlegende obere Hälfte 13a und eine den unteren Teil 14b der
Axialbohrung 14 bildende untere Hälfte 13b. Die obere Hälfte 13a, in welcher Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze
sich abzusetzen bestrebt ist, besteht aus einem Feuerfestmaterial der oben angegebenen Art, welches
die (das) niedrigschmelzende Verbindung und Gemisch bildet, während die untere Hälfte 13b, an welcher
sich kaum Aluminiumoxid absetzt, aus einem an sich bekannten, gegenüber Stahlschmelze ausgezeichnet erosionsbeständigen
Feuerfestmaterial beispielsweise einer der
35 folgenden chemischen Zusammensetzungen besteht:
1. Zirkon(di)oxid-Feuerfestmaterial mit 95 Gew.-% ZrO2;
2. Silizium(di)oxid-Feuerfestmaterial mit 99 Gew.-% SiO-
3. Zirkon(di)oxid-Silizium(di)oxid-Feuerfestmaterial aus
33 Gew.-% SiO2, 1,5 Gew.-% Al3O3 und 65 Gew.-% 3
4. Aluminiumoxid-Graphit-Feuerfestmaterial aus 60 Gew.-% Al-O.und 33 Gew.-% C; und .
5. Aluminiumoxid-Siliziumoxid-Feuerfestmaterial aus
72 Gew.-% Al3O3 und 24 Gew.-% SiO3.
Beim Pfannenausguß 13 gemäß Fig. 8 kann sich in keinem
Fall Aluminiumoxid (aus der Stahlschmelze) an der Innenfläche der oberen Hälfte 13a bzw. des oberen Teils
14a der Axialbohrung 14, wo sich normalerweise Aluminiumoxid leicht absetzt, absetzen. Auch wenn sich der
obere Teil 14a der Axialbohrung 14 aufgrund der Bildung einer (eines) niedrigschmelzenden Verbindung und Gemisches
erweitert, erfährt der untere Teil 14b der Axialbohrung 14 kaum eine Erweiterung, weil er aus
einem Feuerfestmaterial mit ausgezeichneter Erosionsbeständigkeit (für Stahlschmelze) besteht; infolgedessen
kann die Durchsatzmenge der Stahlschmelze durch die Axialbohrung 14 konstantgehalten werden. Wenn der
obere Teil 14a der Axialbohrung 14 eine Trichterform gemäß Fig. 8 besitzt, sollte der untere Abschnitt des
oberen Teils 14a der Axialbohrung 14 einen ihrem unteren Teil 14b entsprechende Innendurchmesser besitzen.
Da beim Pfannenausguß 13 gemäß Fig. 8 die untere Hälfte
13b, wie erwähnt, aus einem ausgezeichnet erosionsbeständigen Feuerfestmaterial besteht, bleibt die Stahlschmelzen-Durchsatzmenge
durch die Axialbohrung 14 auch dann konstant, wenn das untere Ende des Ausgusses 13
nicht mit einer an sich bekannten Regelvorrichtung der genannten Art versehen ist.
Fig. 9 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ausgusses 13, der ebenfalls als Pfannenausguß für eine Zwischen- oder eine Gießpfanne
dient. Der eine Axialbohrung 14 aufweisende Pfannenausguß
gemäß Fig. 9 umfaßt einen oberen Teil 13c des Innenflächenabschnitts (oder Innenflächenteils) des
Pfannenausgusses 13, welcher den oberen Teil 14a der
Axialbohrung 14 festlegt, und einen weiteren (oder Haupt-) Teil 13d, welcher den unteren Teil 14b der
Axialbohrung 14 festlegt. Der obere Teil 13c, an dem sich Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze absetzen
könnte, besteht aus einem die oben angegebene chemische Zusammensetzung besitzenden, die (das) niedrigschmelzende
Verbindung und Gemisch bildenden Feuerfestmaterial, während der restliche Teil 13d, an dem sich Aluminiumoxid
vergleichsweise schlecht absetzt, aus einem bekannten, gut erosionsbeständigen Feuerfestmaterial,
der in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform beschriebenen
chemischen Zusammensetzung besteht.
Wie bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 8, kann sich beim (Gieß- oder Zwischenpfannen-)Ausguß 13 nach
Fig. 9 in keinem Fall am oberen Teil 13c des Innenflächenabschnitts
des Ausgusses 13, welcher den oberen Teil 14a der Axialbohrung 14 bildet und wo Aluminiumoxid
sich abzusetzen bestrebt ist, absetzen oder ablagern. Wenn sich zudem der obere Teil 14a der Axialbohrung
14 aufgrund der Bildung der (des) niedrigschmelzenden Verbindung und Gemisches erweitert, kann
sich der untere Teil der Axialbohrung 14 kaum erweitern, weil der restliche, vom oberen Teil 13c verschiedene
Teil 13d des Innenflächenabschnitts des Ausgusses 13 aus einem gut erosionsbeständigen Feuerfestmaterial
besteht, so daß der Stahlschmelzendurchsatz durch die Axialbohrung 14 konstant bleiben kann. Wenn gemäß Fig.9
der obere Teil 14a der Axialbohrung 14 eine Trichter-
form besitzt, sollte der untere Abschnitt des oberen Teils 14a der Axialbohrung 14 einen ihrem unteren Teil
14b entsprechenden Innendurchmesser besitzen.
5
5
Da beim Ausguß 13 gemäß Fig. 9, als Zwischen- oder Gießpfannenausguß, der vom oberen Teil 13c verschiedene
Teil 13d des Innenflächenabschnitts aus einem Feuerfestmaterial mit ausgezeichneter Erosionsbeständigkeit
gegenüber Stahlschmelze besteht, kann die Durchsatzmenge der Stahlschmelze durch die Axialbohrung 14
konstant bleiben, auch wenn das untere Ende des Ausgusses 13 nicht mit einer an sich bekannten Regelvorrichtung
der angegebenen Art versehen ist. Zudem bietet der Ausguß 13 gemäß der dritten Ausführungsform den
Vorteil, daß dann, wenn ein Bereich des Übergangs zwischen dem oberen Teil 13c des Innenflächenabschnitts
und dem restlichen Teil 13d durch Stahlschmelze erodiert wird, dieser restliche Teil 13d nicht vom oberen
20 Teil 13c herabfallen kann.
Fig. 10 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung als Tauchausguß 15, der lotrecht nach unten ragend am
unteren Ende eines Ausgusses 3, z.B. eines Zwischenpfannenausgusses
3, anbringbar ist. Der Ausguß 3 kann dabei einer der Pfannenausgüsse gemäß erster bis
dritter Ausführungsform sein. Gemäß Fig. 10 weist der
Ausguß oder Tauchausguß 15 eine längs seiner Achse verlaufende Axialbohrung 16 auf, die von Stahlschmelze
durchströmbar ist. Das stromabseitige bzw. untere Ende der Axialbohrung 16 verzweigt sich in mehrere im wesentlichen
waagerechte Auslässe 17. Der Ausguß 15 umfaßt einen oberen Teil 15a seines Innenflächenabschnitts,
welcher den oberen Teil 16a der Axialbohrung 16 festlegt, sowie einen weiteren oder Hauptteil 15c, welcher
den unteren Teil der Axialbohrung 16 festlegt. Der obere Teil 15a, an welchem Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze
sich abzusetzen bestrebt ist, besteht aus
einem die vorher angegebene chemische Zusammensetzung besitzenden Feuerfestmaterial, das die (das) niedrigschmelzende Verbindung und Gemisch bildet oder erzeugt,
während der (vom oberen Teil 15a verschiedene) Hauptteil 15c, an dem sich kein Aluminiumoxid absetzt, aus
einem an sich bekannten, ausgezeichnet erosionsbeständigen (gegenüber Stahlschmelze) Feuerfestmaterial
der in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform beschriebenen chemischen Zusammensetzung besteht.
Beim Tauchausguß 15 gemäß Fig. 10 kann sich in keinem Fall Aluminiumoxid am oberen Innenflächenteil 15a, welcher
den oberen Teil 16a der Axialbohrung 16 bildet und wo sich gewöhnlich Aluminiumoxid leicht absetzt, absetzen
oder anlagern.
Fig. 11 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform eines Stahlschmelzen-Ausgusses 15, der ebenfalls als
Tauchausguß dient und am unteren Ende z.B. eines Zwischenpfannen-Ausgusses
3 lotrecht nach unten ragend angebracht ist. Der Ausguß 3 kann dabei wiederum einem
der Ausgüsse 13 gemäß erster bis dritter Ausführungsform entsprechen. Der Ausguß bzw. Tauchausguß gemäß
Fig. 11 weist eine längs seiner Achse verlaufende, von Stahlschmelze durchströmbare Axialbohrung 16 auf. Das
stromabseitige oder untere Ende 16b der Axialbohrung 16 verzweigt sich in mehrere im wesentlichen waagerechte
Auslässe 17. Der Ausguß 15 umfaßt einen unteren Innenflächenteil 15b, welcher das stromabseitige Ende
der Axialbohrung mit den Auslässen 17 bildet, und einen restlichen oder Hauptteil 15c, welcher den oberen Teil
der Axialbohrung 16 festlegt. Der untere Teil 15b, an dem sich Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze absetzen
kann (könnte), besteht aus einem die vorher angegebene chemische Zusammensetzung besitzenden, die (das)
niedrigschmelzende Verbindung und Gemisch bildenden Feuerfestmaterial, während der restliche oder Haupt-
teil 15c, der in vergleichsweise geringem Maße einer Absetzung oder Ablagerung von Aluminiumoxid unterworfen
ist, aus einem der (genannten) an sich bekannten, gut erosionsbeständigen Feuerfestmaterialien der in
Verbindung mit der zweiten Ausführungsform beschriebenen chemischen Zusammensetzung besteht.
Beim Tauchausguß 15 gemäß der fünften Ausführungsform findet kein Absetzen oder Ablagern von Aluminiumoxid
aus der Stahlschmelze am unteren Innenflächenteil 15b im Bereich des unteren Endes 16b der Axialbohrung 16
mit den Auslassen 17, wo sich normalerweise Aluminiumoxid leicht absetzt, statt.
15
Fig. 12 zeigt eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Ausgusses 19 zum Vergießen von Stahlschmelze in Form (jeweils) eines Durchgangs (throughhole
), der in waagerechter Lage in einem von mehreren lotrechten Wehren oder Sperrbrücken 18, die in einem
gegebenen gegenseitigen Abstand in einer Zwischenpfanne angeordnet sind, vorgesehen ist. Dabei können ein Wehr
18 oder mehrere Wehre 18 vorgesehen sein. In jedes Wehr 18 sind als Durchgänge jeweils mehrere Ausgüsse 19 mit
einer längs der Achse verlaufenden Axialbohrung 2 0 waagerecht eingesetzt. Alle Ausgüsse 19 bestehen aus
dem Feuerfestmaterial mit der vorher angegebenen chemischen Zusammensetzung, welches die (das) niedrigschmelzende Verbindung und Gemisch erzeugt.
30
Beim Ausguß 19 gemäß der sechsten Ausführungsform wird die Strömung der aus einer nicht dargestellten Gießpfanne
in die Zwischenpfanne 1 vergossenen Stahlschmelze gleichgerichtet oder beruhigt (rectified), während sie
die Axialbohrungen 20 der verschiedenen, in die beiden lotrechten Wehre 18 eingesetzten Ausgüsse 19 durchströmt.
Dabei reagiert das in der Stahlschmelze enthaltene Aluminiumoxid mit dem die Ausgüsse 19 bildenden
Feuerfestmaterial unter Erzeugung der (des) niedrigschmelzenden Verbindung oder Gemisches, die dann zur
Stahlschmelzenoberfläche hochsteigen. Auf diese Weise
kann das Aluminiumoxid praktisch (weitgehend) aus der Stahlschmelze in der Zwischenpfanne 1 entfernt werden.
Da zudem die Axialbohrung 2 0 jedes Ausgusses 19 durch Aluminiumablagerung nicht verstopft (zugesetzt) wird,
kann der Stahlschmelzenstrom sicher gleichgerichtet ^q oder beruhigt werden. Neben der geradlinigen Form gemäß
Fig. 12 kann die Axialbohrung 20 des Ausgusses 19 (als Durchgang) auch einen zickzackfÖrmigen Verlauf
aufweisen.
je Im folgenden ist die Erfindung in einem Beispiel beschrieben.
2Q Es werden drei verschiedene Arten von Stahlschmelzen-Ausgüssen,
als Zwischenpfannenausgüsse, gemäß der Ausführungsform
nach Fig. 7 aus den Feuerfestmaterialien mit den chemischen Zusammensetzungen Nr. 5, 7 und 11
gemäß obiger Tabelle II und jeweils mit einer Axialbohrung im eines Durchmessers von 16 mm hergestellt.
Von jeder dieser drei verschiedenen Arten von Ausgüssen, als Zwischenpfannenausgüsse, werden sodann jeweils vier
Ausgüsse Boden einer entsprechenden Zwischenpfanne befestigt. Mit jeder der drei verschiedenen Arten der
„Q Ausgüsse wird sodann eine aluminiumberuhigte Stahlschmelze
der in der nachstehenden Tabelle III angegebenen chemischen Zusammensetzung zu vier Stahlgußsträngen
eines rechteckigen Querschnitts mit einer Seitenlänge von 14 0 mm vergossen. Das Stranggießen von
„,. 154 t der angegebenen Stahlschmelze dauert 120 min; dabei
tritt in keinem Fall ein Verstopfen der Axialbohrungen der als Zwischenpfannenausgüsse eingesetzten
Ausgüsse aufgrund eines Absetzens oder Ablagerns von
Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze auf,
| Si | Tabelle | III | S | Cu | Lösungs- Al |
|
| 0,15 Gew.-% |
0,013 Gew.-% |
0,28 Gew.-! |
0,012 i Gew.-% |
|||
| C | P | |||||
| 0,12 Gew.-% |
0,015 Gew.-% |
|||||
Zu Vergleichszwecken werden als Zwischenpfannenausgüsse
vier herkömmliche Stahlschmelzen-Ausgüsse aus Zirkon-(di)oxid-Feuerfestmaterial mit 95 Gew.-% ZrO-, die jeweils
eine Axialbohrung eines Durchmessers von 16 mm aufweisen, im Boden (je) einer Zwischenpfanne befestigt.
Aluminiumberuhigte Stahlschmelze mit 0,012 Gew.-% Lösungsaluminium (Sol.Al) wird zu vier Stahlgußsträngen
eines rechteckigen Querschnitts mit einer Seitenlänge von 140 mm vergossen. Etwa 10 min nach Beginn des
Stranggießvorgancj s beginnt die Ablagerung von Aluminiumoxid aus der Stahlschmelze deren Durchfluß durch
die Axialbohrung der jeweiligen Ausgüsse zu behindern; nach etwa 18 min ab dem Gießbeginn sind die Axialbohrungen
aller Ausgüsse praktisch verstopft (zugesetzt), so daß eine Fortsetzung des Stranggießens unmöglich
wird.
Bei dem vorstehend als Pfannen- oder Tauchausguß im einzelnen beschriebenen Stahlschmelzen-Ausguß gemäß der
Erfindung kann somit ein Verstopfen (oder Zusetzen) der Axialbohrung aufgrund eines Absetzens oder Ablagerns
von Aluminiumoxid aus der die Axialbohrung durchströmenden Stahlschmelze verhindert werden, auch
wenn aluminiumberuhigte Stahlschmelze eines hohen Gehalts an Lösungsaluminium (Sol.Al) durch einen Ausguß
20
30
mit einer Axialbohrung eines kleinen Durchmessers in eine Kokille vergossen wird. Infolgedessen ist es ohne
weiteres möglich, eine solche Stahlschmelze (kontinuierlich) zu einem Stahlgußstrang eines kleinen Querschnitts
zu vergießen. Bei der Ausführungsform des Ausgusses, der als Durchgang waagerecht in ein in der Zwischenpfanne
angeordnetes lotrechtes Wehr eingesetzt ist, kann außerdem das Aluminiumoxid aus der einen solchen
Ausguß durchströmenden Stahlschmelze beseitigt werden. Die Erfindung bietet somit einen großen industriellen
Nutzeffekt.
15
35
- Leerseite
Claims (6)
1. Ausguß zum Vergießen von Stahlschmelze, mit einer
längs seiner Achse verlaufenden Axialbohrung, die von Stahlschmelze durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß
mindestens ein Teil des Ausgusses aus einem Feuerfestmaterial geformt ist, das im wesentlichen aus 30 Gew.-% Calciumoxid sowie (zumindest) Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid besteht, und
das Feuerfestmaterial Magnesium- und/oder Aluminiumoxid so (in solcher Menge) enthält, daß der Schmelzpunkt des Feuerfestmaterials im Bereich von mindestens 22000C im CaO-MgO-Al2 O3-Ternärphasendiagramm liegt.
mindestens ein Teil des Ausgusses aus einem Feuerfestmaterial geformt ist, das im wesentlichen aus 30 Gew.-% Calciumoxid sowie (zumindest) Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid besteht, und
das Feuerfestmaterial Magnesium- und/oder Aluminiumoxid so (in solcher Menge) enthält, daß der Schmelzpunkt des Feuerfestmaterials im Bereich von mindestens 22000C im CaO-MgO-Al2 O3-Ternärphasendiagramm liegt.
2. Ausguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Ausguß aus dem genannten Feuerfestmaterial
geformt ist.
3. Ausguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine obere Hälfte und eine untere Hälfte aufweist
und daß die obere Hälfte aus dem genannten Feuerfestmaterial geformt ist.
4. Ausguß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine untere Hälfte aus einem Zirkon(di)oxid-, SiIizium(di)oxid-,
Zirkon(di)oxid-Silizium(di)oxid-, Aluminiumoxid-Graphit- und/oder Aluminiumoxid-Silizium
(di)oxid-Feuerfestmaterial geformt ist.
5. Ausguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein die Axialbohrung bildender Innenflächenteil des Ausgusses aus dem genannten Feuerfestmaterial geformt
ist.
6. Ausguß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der restliche, vom Innenflachenteil verschiedene
Teil des Ausgusses aus einem Zirkon(di)oxid-, Silizium
(di )oxid-, Zirkon(di)oxid-Silizium(di)oxid-,
Aluminiumoxid-Graphit- und/oder Aluminiumoxid-Silizium(di)oxid-Feuerfestmaterial
geformt ist.
10 15 20 25 30 35
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