DE4319393C1

DE4319393C1 - Verfahren zum Herstellen von feuerfesten Tiegeln für Stahlbehandlungspfannen

Info

Publication number: DE4319393C1
Application number: DE4319393A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ferdinand Middeldorf
Original assignee: CHEMIKALIEN GES HANS LUNGMUS M
Current assignee: CHEMIKALIEN GES HANS LUNGMUS M
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2013-06-12
Also published as: AU7122794A; ZA944091B; WO1994029052A3; CA2164873A1; WO1994029052A2; US5686029A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von feuerfesten Tiegeln für Stahlbehandlungspfannen, in de nen eine Aluminium-Desoxidation zur Vollberuhigung von flüs sigem Stahl durchgeführt wird, entsprechend den Gattungs merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die nach solchen bekannten Verfahren hergestellten Tiegel aus Bauxit-Feuerfestmassen bilden im Betrieb auf der Heiß seite eine stark versinterte Oberflächenschicht, die auf dem metallurgischen Verfahrensablauf der Aluminium-Desoxidation zur Erzeugung vollberuhigter Stähle beruht, wie sie insbe sondere für den Brammenstrangguß benötigt werden. Die grund legende chemische Reaktion hierfür lautet:

4Al_met + 3 SiO_2fest = 2Al₂O_3fest + 3Si_met.

Das metallische Aluminium befindet sich im flüssigen Stahl, während das Siliziumdioxid aus der Bauxit-Feuerfestmasse stammt. Auf der Heißseite des Bauxit-Futters entsteht die hochtonerde-(Al₂O₃-)haltige Schicht, die im Fachjargon "Verpelzung" genannt wird, sowie eine dahinter liegende stark versinterte Schicht hoher Härte.

Nachteilig bei derart hergestellten und beanspruchten Tie geln ist die mit jeder Charge zunehmende Verpelzung, die zu einer laufenden Verringerung des Aufnahmevolumens der Stahl behandlungspfanne führt. Wird das untere Grenzvolumen der Stahlbehandlungspfanne erreicht, muß der gesamte feuerfeste Tiegel ausgebrochen werden, was aufgrund der Härte der Ver sinterung erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Man hat bis lang vergeblich versucht, mittels Schrämmwerkzeugen oder dergleichen lediglich die Verpelzung auf der Tiegelinnen seite abzutragen, das gelingt deshalb nicht, weil beim An bruch der Versinterung der Tiegel zumindest rissig wird und in der Regel ganz zusammenfällt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsbildenden zu schaffen, welches die Bildung der hochtonerdehaltigen Schicht und der dahinter liegenden stark versinterten Schicht an der Tiegelinnenseite nutzt, um die Wiedererstellung der feuerfesten Zustellung bei Erreichen der Nutzungsgrenze zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß die Verpelzung des äußeren Sicherheitstiegels mit der stark versinterten Schicht den Ausbruch des Verschleißtiegels ermöglicht, ohne selbst beschädigt zu werden. Denn es unterbleibt eine Ver sinterung des feuerfesten Materials des Verschleißtiegels mit dem des Sicherheitstiegels, so daß die versinterte Schicht des Sicherheitstiegels eine Grenzschicht bildet, bis zu der man sich beim Ausbruch des Verschleißtiegels vorar beiten kann.

Es ist nicht erforderlich, die Anzahl der Chargen, die ge fahren werden müssen, um den Sicherheitstiegel mit einer genügenden Verpelzung zu bilden, exakt festzulegen. Man muß im Einzelfalle das Entstehen der Verpelzung im Auge behal ten, wobei man davon ausgehen kann, daß bis zum Einbringen des Verschleißtiegels mit dem ersten Tiegel 10 bis 50 Char gen gefahren werden sollten.

Von besonderem Vorteil ist, wenn die Keramik des Ver schleißtiegels und entsprechend die hierfür verwendete Feuerfestmasse so eingestellt ist, daß im Betrieb über die Wandstärke des Verschleißtiegels keine volle Durchsinterung erfolgt. Dann nämlich hat der Verschleißtiegel benachbart der Verpelzung des äußeren Sicherheitstiegels eine solche Grenzschicht, die eine wesentlich geringere Festigkeit als die benachbarte, versinterte Grenzschicht des Sicherheitstiegels hat, womit ein nachfolgendes Abschälen bzw. Ausbrechen des inneren Verschleißtiegels weiter er leichtert wird und hierbei Beschädigungen des Sicherheits tiegels so gut wie ausgeschlossen sind. Somit kann die Wie dererstellung der den Verschleißtiegel bildenden inneren Zu stellung vielfach durchgeführt werden und zwar solange, bis aus Sicherheitsgründen auch die Erstauskleidung, also der Sicherheitstiegel, ausgebrochen und gegen eine neue ersetzt werden muß.

Zum einen kann für den Verschleißtiegel eine Feuerfestmasse mit gleicher oder ähnlicher Rohstoffbasis sowie gleichem oder ähnlichem Bindesystem wie bei dem Sicherheitstiegel verwendet werden, damit in der entsprechenden Stahlbehand lungspfanne weiterhin eine Aluminium-Desoxidation zur Voll beruhigung des flüssigen Stahls durchgeführt werden kann. Die Nutzungsgrenze wird hier erreicht, wenn infolge Verpel zung des Verschleißtiegels das Aufnahmevolumen der Pfanne das vorgegebene Minimum unterschreitet. Ebenso ist es aber auch möglich, für den Verschleißtiegel eine basische, sili ziumoxidfreie oder -arme Feuerfestmasse zu verwenden. Ein solch basischer Verschleißtiegel aus Magnesiumoxid bzw. aus einer Mischung von Tonerde und Magnesiumoxid oder Dolomit und Magnesiumoxid verschleißt ratierlich. An ihm bildet sich keine Verpelzung wegen seiner siliziumoxidarmen chemischen Zusammensetzung. Man hat die Möglichkeit, den basischen Verschleißtiegel entweder ganz zu verbrauchen oder je nach den Betriebsbedingungen oder nach dem Verschleißbild ihn nach einigen Chargen auszuschälen bzw. auszubrechen, wonach man dann wahlweise auch wieder einen neutralen Verschleiß tiegel in den Sicherheitstiegel einbringen kann. Zweckmäßig stellt man auch die Keramik der basischen Feuerfestmasse für den basischen Verschleißtiegel so ein, daß sie im gesinter ten Zustand weicher als der Sicherheitstiegel ist, um den Ausbruch des Verschleißtiegels ohne Beschädigung des Sicher heitstiegels sicherzustellen.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die Zeich nung noch näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch den Wandungsquerschnitt einer Stahlbehandlungspfanne mit feuerfester Zustellung.

Die Stahlbehandlungspfanne weist einen Stahlpanzer 1 auf, vor den innenseitig gegebenenfalls unter Zwischenfügung einer Isoliermatte ein Isolier- und Dauerfutter 2 einge bracht wird. Insgesamt ergibt sich damit ein hochisolie rendes Dauerfutter an der Innenseite des Stahlpanzers 1 der Pfanne, das der Wärmeisolation dient.

Als nächstes wird eine in der Zeichnung nicht gezeigte wie derverwendbare Stahlschablone in die Pfanne eingesetzt, die rundum eine Spaltbreite von etwa 8 bis 12 cm zum Dauerfutter läßt. Die Stahlschablone ist die erste benötigte Schablone, die einen größeren Durchmesser als die zweite zu verwendende Stahlschablone hat, auf die nachstehend noch eingegangen wird.

In den Spalt zwischen der Stahlschablone und dem Isolier- und Dauerfutter 2 wird eine Bauxitmasse mit geringem Ze mentgehalt und zusätzlichem chemischen Binder mit konven tionellem oder exothermem Bindesystem eingefüllt. Hierfür gilt die nachfolgende chemische Richtanalyse, wobei die Angaben in Gewichtsprozent gemacht sind:

Al₂O₃\|ca. 78-88%
SiO₂	ca. 4-8%
TiO₂	ca. 1-3%
Fe₂O₃	ca. 1-1,5%
CaO	ca. 0,5-1%
Rest:	Alkalien und andere Oxide.

Nach Abbindung dieser Feuerfestzustellung ergibt sich hier durch der äußere feuerfeste Tiegel der Stahlbehandlungspfan ne, der später den Sicherheitstiegel bildet.

Sobald die erste feuerfeste Zustellung genügend abgebunden hat, wird die wiederverwendbare, erste Stahlschablone aus der Pfanne herausgezogen. Danach erfolgt das Trocknen und das Aufheizen des ersten Tiegels, damit wird die Stahlbehand lungspfanne im Stahlwerk eingesetzt, und es werden darin etwa 10 bis 50 Chargen von aluminiumdesoxidiertem Stahl ge fahren.

Der erste Tiegel ist nun gesintert und weist eine sehr dünne Verpelzung auf, die fest auf der inneren Oberfläche des Tie gels haftet. Unmittelbar darunter findet sich eine Masse schicht, die eine Stärke von etwa 0,1 bis 5 cm hat, welche eine starke Versinterung mit hoher Härte aufweist. Tiefer im Feuerfestmaterial zum Stahlpanzer 1 liegt noch nahezu un verändertes Bauxitfutter 3 ohne Infiltration vor, darauf be findet sich die stark versinterte Schicht 4 von hoher Härte, die nach außen hin durch einen Tonerdepelz 5 aus Aluminium desoxidationsprodukten abgedeckt ist.

Nach dem Abkühlen der Pfanne wird eine zweite wiederver wendbare Stahlschablone mit entsprechend geringerem Durch messer gegenüber der zuvor verwendeten Schablone in den nun mehr durch den ersten Tiegel gebildeten Sicherheitstiegel 3 bis 5 so eingesetzt, daß ein Spalt geeigneter Dicke zwischen der Schablonenoberfläche und dem Tonerdepelz 5 besteht. In der Praxis wird man hier eine Spaltweite von 5 bis 6 cm oder mehr vorsehen, jedenfalls sollte eine Spaltweite von 4 cm nicht unterschritten werden.

In diesen Spalt wird wiederum eine Feuerfestmasse einge bracht, um ein sogenanntes Arbeitsfutter zu bilden, welches auch als Arbeitstiegel oder Verschleißtiegel bezeichnet werden kann. Nach dem Abbinden dieses Arbeitsfutters wird die wiederverwendbare zweite Schablone aus der Pfanne he rausgezogen, und es wird das Arbeitsfutter getrocknet und aufgeheizt. Danach wird die Pfanne erneut im Stahlwerk schmelzbetrieb eingesetzt und nach Aussinterung erhält man einen Verschleißtiegel, der wiederum eine Schicht 6 aus einem nahezu ursprünglichen, weitgehend unversinterten Feuerfestmaterial, eine stark versinterte Schicht 7 von hoher Härte und einen Tonerdepelz 8 aus Aluminium-Desoxida tionsprodukten aufweist. Mit diesem Verschleißtiegel 6 bis 8 können bis zu 100 Chargen und mehr gefahren werden, und bei Erreichen der Nutzungsgrenze wird der Verschleißtiegel aus gebrochen. Hierbei ist es leicht, sich an der mit dem Tonerdepelz 5 abgedeckten harten Sinterschicht 4 des Sicherheitstiegels zu orientieren, vor der sich eine relativ weiche, entsprechend leicht abzubrechende Schicht 6 aus nahezu ursprünglichem Feuerfestmaterial befindet. Somit dient die relativ weiche Schicht 6 als Sollbruchstelle beim Ausschälen des abgenutzten Verschleißtiegels.

Der in der Zeichnung dargestellte Verschleißtiegel 6-8 besteht aus einer Feuerfestmasse mit gleicher oder ähnlicher Rohstoffbasis sowie gleichem oder ähnlichem Bindesystem, wie es der Sicherheitstiegel 3-5 aufweist. Grundsätzlich kann anstelle eines solchen Verschleißtiegel auch ein basischer Verschleißtiegel vorgesehen werden, der wegen seiner silizi umoxidarmen chemischen Zusammensetzung eine Verpelzung nicht bildet. Ein solcher Verschleißtiegel trägt sich ratierlich ab, er kann im Betrieb entweder ganz abgefahren werden, wo bei auch hier wieder die harten, versinterten Schichten 4 und 5 des Sicherheitstiegels die Entfernung der Reste des Verschleißtiegels erleichtern. Des weiteren besteht die Mög lichkeit, den basischen Verschleißtiegel schon vor Erreichen seiner Verschleißgrenze wieder auszubrechen, wenn die Stahl behandlungspfanne für anderweitige Zwecke mit einer neuen feuerfesten Zustellung zur Bildung eines anderen, z. B. neu tralen Verschleißtiegels ausgestattet werden soll.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von feuerfesten Tiegeln für Stahlbehandlungspfannen, in denen eine Aluminium- Desoxidation zur Vollberuhigung von flüssigem Stahl durchgeführt wird, bei dem zwischen der Innenwand der Pfanne und einer darin eingebrachten, wiederver wendbaren Schablone eine hochtonerdehaltige, monoli thisch aushärtende Feuerfestmasse mit einem Anteil von Siliziumdioxid eingefüllt wird, wonach nach Ent fernen der Schablone die Pfanne in Betrieb genommen wird, wobei sich an der Heißseite des feuerfesten Tiegels eine hochtonerdehaltige Schicht anlagert, hinter der sich eine stark versinterte Schicht hoher Härte bildet, dadurch gekennzeichnet, daß nach mehreren Chargen mit Hilfe einer entspre chend kleineren Schablone in den ersten, nunmehr ei nen Sicherheitstiegel bildenden Tiegel ein zweiter Tiegel als Verschleißtiegel eingebracht wird, der bei Erreichen seiner Nutzungsgrenze ausgebrochen und wieder neu eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis zum Einbringen des Verschleißtiegels mit dem ersten Tiegel 10-50 Chargen gefahren werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik des Verschleißtiegels so eingestellt ist, daß im Betrieb über dessen Wandstärke keine volle Durchsinterung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Verschleißtiegel eine Feuerfestmasse mit gleicher oder ähnlicher Rohstoffbasis sowie gleichem oder ähnlichem Bindesystem wie bei dem Sicherheits tiegel verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Verschleißtiegel eine basische, silizi umdioxidfreie oder -arme Feuerfestmasse verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik der basischen Feuerfestmasse so ein gestellt ist, daß sie im gesinterten Zustand weicher als der Sicherheitstiegel ist.