DE3904473C1 - Filler sand - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Füllsand, wie er für Abstich-
und Ausgußöffnungen metallurgischer Schmelzgefäße Verwendung
findet. Derartige Füllmassen sind seit langem bekannt
und dienen einem temporären Verschluß der genannten Abstich-
und Ausgußöffnungen. Zum Beispiel im Bereich des Bodenabstiches
eines Lichtbogenofens wird der Abstichkanal vor
dem Chargieren des Ofens mit einer Verfüllmaschine mit einem
Füllsand verfüllt. Während des Schmelzvorganges sintert
das Verfüllmaterial zur flüssigen Schmelze hin unter Ausbildung
einer meist kuppelartigen festen Glocke. Nach dem
Öffnen des Abstichloches fällt das lose Füllmaterial heraus
und die Sinterglocke bricht durch, so daß die Metallschmelze
auslaufen kann.
Aus der DE-PS 32 14 168 ist eine derartige kuppelbildende
Füllmasse für einen Schieberverschluß an einer Gießpfanne
bekannt, die aus Chromerzsand, Quarzsand und einem zur Kuppelbildung
beitragenden, feinkörnigen Hilfsstoff besteht. Eine
ähnliche Schieberfüllmasse offenbart die DE-PS 34 19 306,
bei der als kuppelbildender Hilfsstoff Eisenoxid eingesetzt
wird.
Wie sich aus dem DE-GM 86 32 176 entnehmen läßt, führt die
Sinterung der bekannten Schieberfüllmasse im Kontaktbereich
zur Metallschmelze häufig zu Problemen, weil die feste Kuppel
so stark werden kann, daß der Abstich durch zusätzliche
Maßnahmen wie Aufbrechen der Kuppel mit Stangen oder kurzes
Brennen mit Sauerstoff eingeleitet werden muß.
Um die Öffnungsrate heraufzusetzen, wird nach dem DE-GM
86 32 176 vorgeschlagen, zwischen dem Inneren der Gießpfanne
und der Gießhülse eine die Gießhülse überdeckende, siebartige
Matte anzuordnen. Der mit der Konfektionierung der Matte
verbundene Aufwand ist erheblich und löst im übrigen die
genannten Probleme kaum.
Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, einen
Füllsand der gattungsgemäßen Art anzubieten, bei dessen
Verwendung die Öffnungsrate von Abstich- beziehungsweise
Ausgußöffnungen auch unter ungünstigen Bedingungen optimiert
werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Füllsand vorgeschlagen,
dessen wesentlicher Bestandteil Olivin ist. Olivin hat zwar
im Stand der Technik neben den genannten Chromerz- und Quarzsanden
bereits Verwendung als Füllsand gefunden. Die Öffnungsrate
von Verschlußsystemen unter Verwendung von Olivin-Füllsanden
war jedoch insbesondere unter ungünstigen Bedingungen
unbefriedigend und erreichte teilweise noch nicht einmal
Werte von 50%.
Im Rahmen von Entwicklungsarbeiten wurde jetzt der Grund
hierfür gefunden. Durch einen relativ hohen Sauerstoffpartialdruck
im Füllsand kommt es bei Verwendung bekannter Füllsande
auf Olivinbasis im Kontaktbereich Füllsand-Metallschmelze
zu einer Oxidation der Metallschmelze und insbesondere zu
einer Bildung von Wüstit (FeO). Der Wüstit reagiert dann
mit den bei hohen Temperaturen im Olivin stets in kleinen
Mengen vorhandenen Schmelzphasen von Enstatit-ähnlicher
Zusammensetzung. Enstatit ist die bei Raumtemperatur stabile
Modifikation von Magnesiummetasilicat. Dabei bildet sich
ein eisenreicherer Olivin. Der Füllsand verarmt entsprechend
an Schmelzphasen und die Olivinkörner versintern untereinander
und formen so eine starre, feste Schicht (Kuppel).
Basierend auf diesen Forschungsergebnissen liegt der Erfindung
die Erkenntnis zugrunde, daß ein Gehalt an elementarem
Kohlenstoff, und hierunter wird ein nicht oxidischer Kohlenstoff
verstanden, in einem Füllsand auf Olivinbasis zu völlig
anderen Reaktionsvorgängen im Füllsand führt, die im Sinne
der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe einerseits vor
dem Chargieren des Schmelzaggregates einen sicheren Verschluß
ermöglichen und andererseits anschließend eine nahezu
hundertprozentige Öffnungsrate sicherstellen.
Durch die Kohlenstoffzugabe wird Sauerstoff unter Bildung
von Kohlenmonoxid gebunden. In entsprechendem Umfang sinkt
der Sauerstoffpartialdruck im Füllsand so weit, daß der
im Olivin neben Forsterit (Mg₂SiO₄) vorhandene Fayalit
(Fe₂SiO₄) unter Bildung von metallischem Eisen und SiO₂
zerfällt. SiO₂ reagiert mit Mg weiter zu niedrigschmelzenden
Phasen von Enstatit-ähnlicher Zusammensetzung. Diese niedrigschmelzenden
Phasen verdichten den Füllsand im Kontaktbereich
(Grenzflächenbereich) zur Metallschmelze, ohne jedoch eine
Sinterung zu bewirken. Insoweit wird zwar eine Schutzschicht
gegenüber der Metallschmelze ausgebildet, diese ist jedoch
nicht selbsttragend und bricht sofort zusammen, wenn der
darunterliegende Füllsand nach Öffnen des Ausgusses beziehungsweise
nach dem Abstich ausgelaufen ist.
Versuche, die nachstehend noch näher skizziert werden, haben
gezeigt, daß die Öffnungsrate unter Verwendung der neuartigen
Füllsande deutlich erhöht wird. Gleichzeitig kann auf zusätzliche
Maßnahmen wie die Anordnung von Netzen oder dergleichen
verzichtet werden.
Der Kohlenstoffanteil sollte zwischen 0,5 und 50 Gew.-%,
bezogen auf die Gesamtmasse, betragen. Bevorzugt sind Kohlenstoffgehalte
zwischen 1 und 10 Gew.-%. Als Kohlenstoffträger
kommen insbesondere solche Materialien in Frage, bei denen
der Kohlenstoff nur schwer ausbrennt. Grundsätzlich eignet
sich zwar auch Holz, bevorzugt sind aber Graphit, insbesondere
Elektro-Graphit, Koks (zum Beispiel Petrol- oder
Pechkoks), Anthrazit oder dergleichen.
Der Olivinanteil kann teilweise durch andere oxidische,
feuerfeste Bestandteile wie SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, ZrSiO₄,
MgO, Cr₂O₃, CaO und/oder Dolomit ersetzt werden. Auf jeden
Fall sollte der Olivingehalt jedoch mindestens 50 Gew.-%
der Gesamtmasse betragen. Er kann in natürlicher, gebrannter oder/und
ungebrannter Form vorliegen.
Bezüglich der Konfektionierung des Füllsandes haben sich
Korngrößen kleiner 10 mm als besonders vorteilhaft herausgestellt,
wobei ein Kornspektrum zwischen 1 und 6 mm bevorzugt
ist.
Der Füllsand kann für alle Arten von Abstichen beziehungsweise
Ausgußöffnungen verwendet werden. Beispielhaft seien Abstiche
von EBT-Elektrolichtbogenöfen oder Ausgüsse von
Gießpfannen genannt.
Zwei beispielhafte Rezepturen sind nachstehend angegeben:
- 1. Gebrannter Olivin (0,5 bis 6 mm) 90 Gew.-%,
Elektrographit (0,5 bis 6 mm) 10 Gew.-%; - 2. Natürlicher Olivin (0,2 bis 1 mm) 75 Gew.-%,
Zirkoniumsilikat (0,2 bis 1 mm) 20 Gew.-%,
Koks (0,2 bis 1 mm) 5 Gew.-%.
Gegenüber Olivin-Füllsanden ohne Elektrographit/Koks konnte
die Öffnungsrate im Beispiel 1 von 90 auf 98% und im Beispiel
2 von 70 auf 96% verbessert werden. Mit anderen Rezepturen
wurden zum Teil Öffnungsraten von 100% erzielt.
Wie sich aus den Beispielen bereits ergibt, kann die Kohlenstoff-Komponente
in derselben Kornfraktion zugegeben werden
wie das feuerfeste Aggregat. Ebenso ist es aber auch möglich,
den Kohlenstoff in feinverteilter Form (zum Beispiel kleiner
0,1 mm) unterzumischen. Auf jeden Fall wird eine homogene
Vermischung zumindest für den Teil des Füllsandes angestrebt,
der im Kontaktbereich zur Metallschmelze steht. Danach
könnten die Vorteile durch Verwendung des genannten Füllsandes
auch dann erreicht werden, wenn zum Beispiel eine
Ausgußöffnung zunächst mit einem konventionellen Füllsand
auf Olivinbasis gefüllt und lediglich eine gewisse Abdeckschicht
aus einem kohlenstoffhaltigen Material darauf
angeordnet wird. Aus verfahrenstechnischen Gründen wird
man jedoch in der Regel den Ausguß mit einer Qualität
füllen.
Die besten Ergebnisse werden mit hohen Olivin-Anteilen erzielt.
Mischungen, insbesondere mit hohen MgO und/oder Chromit-Anteilen
haben keine Verbesserungen oder sogar Verschlechterungen
der Öffnungsrate gezeigt. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß MgO beispielsweise die entstehenden Schmelzphasen
wieder ansteift und zu Versinterungen führt, während Chromit
aufgrund seinen Eisenoxidgehaltes niedrigen Sauerstoffpartialdrücken
entgegenwirkt.
Claims (9)
1. Füllsand für Abstich- und Ausgußöffnungen metallurgischer
Schmelzgefäße auf Basis Olivin mit einem Gehalt
an elementarem Kohlenstoff zwischen 0,5 und 50
Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse.
2. Füllsand nach Anspruch 1 mit einem Kohlenstoffgehalt
zwischen 1 und 20 Gew.-%.
3. Füllsand nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Kohlenstoffgehalt
zwischen 1 und 10 Gew.-%.
4. Füllsand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der neben
Olivin ein oder mehrere oxidische, feuerfeste Bestandteile
wie SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, ZrSiO₄, MgO, Cr₂O₃,
CaO und/oder Dolomit enthält.
5. Füllsand nach Anspruch 4, bei dem der Anteil an MgO,
Cr₂O₃, CaO und Dolomit auf insgesamt 10 Gew.-% begrenzt
ist.
6. Füllsand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem
der Kohlenstoff in Form von Graphit, Koks, Anthrazit
und/oder Holzkohle vorliegt.
7. Füllsand nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer
Kornfraktion kleiner 10 mm.
8. Füllsand nach Anspruch 7 in einer Kornfraktion zwischen
0,5 und 6 mm.
9. Füllsand nach Anspruch 8 in einer Kornfraktion zwischen
2 und 6 mm.
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