DE4105065A1

DE4105065A1 - Waermedaemmende, temperaturstabile abdeckmasse fuer metallschmelzen

Info

Publication number: DE4105065A1
Application number: DE19914105065
Authority: DE
Inventors: Ralf Dabrowski; Ilse John
Original assignee: Kramer & Co KG Hans GmbH
Current assignee: Kramer & Co KG Hans GmbH
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1991-06-13
Also published as: DE4105065C2

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine wärmedämmende, temperaturbeständige Abdeckmasse für Metallschmelzen.

Die deutsche Patentschrift 38 23 410 beschreibt eine wärmedämmende Abdeckmasse für Metallschmelzen aus expandiertem Vermiculit und/oder expandiertem Perlit als Trägerstoff mit inkorporiertem feinstteiligem Kalk und/oder Dolomit in maximaler Aufnahmekapazität der Trägerstoffpartikel. Der Kalkgehalt beträgt 60 bis 80 Gew.-% auf das Gesamtgewicht der Masse. In diesen Massen ist der feinstteilige Kalk zwischen den Lamellen des expandierten Vermiculit oder in den offenen Poren des expandierten Perlit inkorporiert. Diese Abdeckmassen sind besonders für Gießvorgänge geeignet, bei denen die im Laufe des Prozesses an den Kontaktstellen aufgeschmolzene Masse in die Schlacke übergeht, die sich auf dem Metallbad befindet. Es geht dadurch ein Teil der wärmedämmenden Wirkung verloren. Durch die Aufnahme der Masse in die Schlacke wird diese chemisch verändert und kann damit durch Berührung mit der Schmelze eine Qualitätsänderung bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wärmedämmende Abdeckmasse für Metallschmelzen zu entwickeln, die auf ihrem Transportweg im Transportgefäß während prozeßablauf-bedingter längerer Wartezeiten bis zur Endphase des Gießprozesses ohne Aufschmelzen ihre Wirksamkeit behält und damit die Nachteile der Abdeckmasse nach dem Stand der Technik vermeidet. Die Lösung der Aufgabe der Erfindung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 definiert.

Die Ausgestaltung der Abdeckmasse der Erfindung ist alternativ und bevorzugt in den Unteransprüchen definiert.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß diese aus Reisschalenasche als Trägerstoff und feinteiligem, gebranntem Kalk (CaO) besteht.

Diese ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Mengenverhältnis in Gew.-% von 10 bis 50%, vorzugsweise von 15 bis 20%, Reisschalenasche zu 90 bis 50%, vorzugsweise zu 85 bis 80%, gebranntem Kalk aufweist.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Reisschalenasche praktisch frei ist von Quarz, Tridimit, Christobalit. Weiter ist die Lösung der Aufgabe der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Reisschalenasche eine maximale Korngröße von 2 mm mit den folgenden Kornfraktionen aufweist:

mm
Gew.%
1,0
5,7
0,63	18,7
0,31	51,0
0,16	78,9

Die Abdeckmasse der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß der feinstteilige, gebrannte Kalk folgende Korngrößen aufweist:

Schüttgewicht

Die Abdeckmasse der Erfindung ist auch noch dadurch gekennzeichnet, daß diese auf ein Schüttgewicht (g/l) von 400 bis 1000, vorzugsweise von 500 bis 700, eingestellt ist.

Diese ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebegeschwindigkeit der groben Partikel des gebrannten Kalk nicht die der größten Partikel der Gesamtmischung überschreitet. Diese ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von gebranntem Kalk als basischer Stoff gebrannter Dolomit, CaO · MgO, eingesetzt wird. Ferner ist die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß Reisschalenasche teilweise durch expandierten Vermuculit ersetzt wird.

Die Abdeckmasse der Erfindung ist auch durch ein Verfahren zu seiner Herstellung dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch so lange gemischt wird, bis die basische Komponente an der rauhen Oberfläche der Asche ausreichend fixiert ist und dadurch bei der Handhabung der Masse praktisch keine Entmischung stattfindet.

Die Abdeckmasse der Erfindung besteht beispielsweise aus folgendem Gemisch:

Die Herstellung der Abdeckmasse der Erfindung erfolgte im Labormaßstab in der Menge von 1 kg.

Die Vermischung der Komponenten erfolgt in einem Mischgerät, Hersteller SCHÖTTLE GmbH & Co KG, D-7313 Reichenbach/Fils, Typ M×500, mit einer Rührgeschwindigkeit von 500 U/min.

Es wurde in der Mischzeit von 1 min eine homogene Mischung mit einem Schüttgewicht von 720 g/l hergestellt. Es wurde auch eine technische Charge in kontinuierlicher Arbeitsweise in einer Förderschnecke, Hersteller Fa. Segler, D-4570 Quakenbrück, mit einer Tourenzahl von 350 U/min bei einer Verweilzeit der Mischung von etwa 20 sec in der Vorrichtung mit der gleichen Zusammensetzung hergestellt.

Die Haftfähigkeit des Trägerstoffes der wärmedämmenden Abdeckmasse der Erfindung ergibt sich aus dem folgenden Vergleichsversuch:

Versuch 1:
Abdeckmasse der Erfindung,
Versuch 2:
Abdeckmasse nach der Patentschrift 38 23 419,
Versuch 3:
Abdeckmasse aus nicht expandiertem Vermiculit als Trägerstoff.

Versuch 1:
Zusammensetzung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
Versuch 2:
Zusammensetzung: 300 g expandierter Vermiculit Handelsprodukt Typ VEP, vermischt mit 700 g Branntkalk,
Versuch 3:
Zusammensetzung: 300 g nicht expandierter Vermiculit, 700 g Branntkalk.

Bei dem thermisch unbehandelten, nicht expandiertem Vermiculit ist die äußere Oberfläche geschlossen und damit "dicht". Die Korngrößenverteilung dieses Schüttgutes ist die gleiche wie die des expandierten Vermiculit.

Versuch 1:
Herstellung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Versuch 2 und 3:
Herstellung dieser Mischungen analog zu der des Versuches 1.
Rührwerk, Hersteller SCHÖTTLE GmbH & Co KG, D-7313 Reichenbach/Fils.
Typ 500,
n=500 U/min,
Mischdauer: 20 sec. Menge 1 kg

Die Feststellung der Haftfestigkeit (Haftvermögen) erfolgte unter den gleichen Bedingungen für die Abdeckmasse der Herstellung für die Versuche 1-3. Die Vergleichsversuche wurden wie folgt durchgeführt:
20 g jeder Mischung gemäß der Versuche 1-3, bestehend aus 30 Gew.-% Trägerstoff und 70 Gew.-% Feinkalk wurden auf einem Analysensieb mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Maschenweite von 0,10 mm aufgegeben.

Nach leichtem Klopfen (l/sec) und Schwenken des Siebes wurde nach 60 sec der am Trägerstoff verbliebene Kalkanteil gewichtsmäßig festgestellt.

In einer weiteren Versuchsreihe wurde das Volumenverhältnis Trägerstoff : Kalk=1 : 1 konstant gehalten.

Bei diesen Varianten der Versuche sollte der Einfluß der Schüttdichte des jeweiligen Trägerstoffes weitgehend eliminiert werden. Es wurden jeweils 20 ml der Mischung in gleicher Weise wie in der Versuchsreihe 1-3 gesiebt.

Diese Versuche führen zu folgenden Ergebnissen:

Dieser Vergleichsversuch zeigt überraschend das unerwartete Ergebnis, daß die Abdeckmasse der Erfindung, Versuche 1 und 4, praktisch das gleiche Ergebnis aufweist, wie die Abdeckmasse nach der Patentschrift 38 23 410, Versuche 2 und 5.

Dies liegt offenbar daran, daß Reisschalenasche eine rauhe Oberfläche mit einer amorphen Struktur aufweist. Diese bietet die Möglichkeit, daß sich der Feinkalk daran adsorptiv bindet.

Dagegen führen die Vergleichsversuche 3 und 6 mit nicht expandiertem Vermiculit als Trägerstoff zu erheblich geringerem Haftvermögen von Feinkalk.

Die unterschiedlichen Strukturen der Oberflächen dieser Trägerstoffe für Feinkalk zeigen die Fig. 1 bis 3 als Abbildungen mit der Vergrößerung 1 : 100/1 : 50.

Es zeigen die Figuren:

1, 1a Reisschalenasche
2, 2a expandierter Vermiculit
3, 3a nicht expandierter Vermiculit.

Die hohe Haftfestigkeit von Feinkalk an Reisschalenasche beruht offenbar auch auf der Noppenstruktur der Oberfläche dieses Trägerstoffes, die auf der Fig. 1, 1a in der Vergrößerung zu erkennen ist.

Fig. 2, 2a zeigt für expandierten Vermiculit eine Beschaffenheit mit hoher Porosität, gegeben durch die Lamellenstruktur dieses Schichtminerals. Beide Strukturen führen überraschend zu dem praktisch gleichen Haftvermögen von Feinkalk an diesen Trägerstoffen.

Fig. 3, 3a zeigt für nicht expandierten Rohvermiculit eine dichte Struktur. Die Vergrößerungen sind mit dem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt.

Unter Haftfestigkeit und Haftvermögen wird die adhäsive Bindekraft des feinteiligen, basischen Kalk an dem Trägerstoff verstanden.

Unter adhäsiver Bindung wird ein gewisser Klebeeffekt des Feinkalkes an dem Trägerstoff verstanden.

Diese technischen Effekte werden durch die Vergleichsversuche als Modellversuche nachgewiesen.

Es beträgt die Schmelztemperatur von expandiertem Vermiculit etwa 1315°C. Dieser kommt also durch die Temperatur von flüssigem Stahl an den Kontaktstellen zum Schmelzen, die 1400 bis 1600°C beträgt.

Reisschalenasche besitzt eine wesentlich höhere Schmelztemperatur von 1600°C.

Durch diese hohe Schmelztemperatur von Reisschalenasche, die also oberhalb der Temperatur von flüssigem Stahl liegt, kommt diese als Trägerstoff für feinteiligen, gebrannten Kalk nicht zum Aufschmelzen.

Es ergibt sich der technische Effekt bei der Anwendung der Abdeckmasse der Erfindung, daß die aufgebrachte Schicht in ihrer Struktur bis zum Endpunkt der Gießphase erhalten bleibt.

Die Abdeckmasse der Erfindung ist durch diese Verlängerung ihrer Haltbarkeit über die Gießperiode für die Lösung der Aufgabe der Erfindung erstmalig geeignet.

Die Abdeckmasse der Erfindung bietet dazu den Vorteil, daß diese ebenso wie die Abdeckmasse nach der Patentschrift 38 23 410 wegen des verringerten Gehaltes an saurem Anteil (SiO₂) durch ihren hohen Kalkanteil für basisch ausgekleidete Gießpfannen vorzugsweise geeignet ist.

Claims

1. Wärmedämmende, temperaturstabile Abdeckmasse für Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus Reisschalenasche als Trägerstoff und feinteiligem, gebranntem Kalk (CaO) besteht.

2. Abdeckmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese ein Mengenverhältnis in Gew.-% von 10 bis 50%, vorzugsweise von 15 bis 20%, Reisschalenasche zu 90 bis 50%, vorzugsweise zu 85 bis 80%, gebrannten Kalk aufweist.

3. Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reisschalenasche praktisch frei ist von Quarz, Tridimit, Christobalit.

4. Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reisschalenasche eine maximale Korngröße von 2 mm mit folgenden Kornfraktionen aufweist: mm Gew.-% 1,0 5,7 0,63 18,7 0,31 51,0 0,16 78,9

5. Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feinstteilige, gebrannte Kalk folgende Korngrößen aufweist:

Schüttgewicht

6. Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese auf ein Schüttgewicht (g/l) von 400 bis 1000, vorzugsweise von 500 bis 700, eingestellt ist.

7. Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwebegeschwindigkeit der groben Partikel des gebrannten Kalk nicht die der größten Partikel der Gesamtmischung überschreitet.

8. Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von gebranntem Kalk als basischer Stoff gebrannter Dolomit, CaO-MgO, eingesetzt wird.

9. Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Reisschalenasche teilweise durch expandierten Vermiculit ersetzt wird.

10. Verfahren zur Herstellung der Abdeckmasse nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoffgemisch so lange gemischt wird, bis die basische Komponente an der rauhen Oberfläche der Asche ausreichend fixiert ist und dadurch bei der Handhabung der Masse praktisch keine Entmischung stattfindet.