DE3247259C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine feuerfeste, wärmeisolierende
Auskleidung eines Gefäßes zum Handhaben oder Behandeln
von Metallschmelzen, insbesondere eines
Zwischenbehälters zum Stranggießen, sowie auf ein derartiges Gefäß.
Bei der Behandlung und Handhabung von Metallschmelzen wird
eine Vielzahl verschiedenartiger Gefäße verwendet. Beispiele für
solche Gefäße umfassen Zwischengefäße, Pfannen und Rinnen oder
Kanäle für die Überführung oder den Transport von Metallschmelzen,
z. B. Ofenausgußrinnen und Gießrinnen.
Beim Stranggießen von Metallen, z. B. Stahl, wird die Metallschmelze
aus einer Pfanne in eine Stranggußform über ein Zwischengefäß
gegossen, welches als konstantes Kopfreservoir
wirkt und als "Tundish" oder "Zwischenwanne" bezeichnet wird. Das
Zwischengefäß hat einen Metallboden und -seitenwände sowie
eine oder mehrere Auslaßdüsen, welche in dem Boden oder einer
Seitenwand vorgesehen sind. Um den Metallboden und die Metallwände
des Zwischengefäßes vor den Wirkungen und den Einflüssen
der Metallschmelze zu schützen, ist es üblich, das Innere des
Zwischengefäßes mit einer relativ dauerhaften Auskleidung, häufig
aus Steinen oder Ziegeln hergestellt, auszukleiden. Das
Zwischengefäß kann zusätzlich mit einer verlorenen Innenauskleidung
aus feuerfesten, wärmeisolierenden Platten ausgestattet
sein. Dies ist in der GB-PS 13 64 665 beschrieben und besonders
vorteilhaft.
Obgleich die vorgenannte verlorene Innenauskleidung
für einen Verschleiß vorgesehen ist, muß sie jedoch
die Dauer eines Gusses zufriedenstellend überstehen,
und dies kann den Durchgang von mehr als nur
einer Pfannenfüllung von Metall durch das Zwischengefäß bedeuten
(eine als "Sequenzgießen" bekannte Praxis).
Die Auskleidung muß nicht nur der Temperatur der Metallschmelze,
sondern auch einer Erosion durch das Metall und irgendwelcher
damit verbundener Schlacke widerstehen.
In vielen Fällen sind verlorene Innenauskleidungsplatten aus
gebundenen Kieselsäureteilchen oder Siliciumdioxidteilchen in
Zwischengefäßen zufriedenstellend, und die Erosionsbeständigkeit
dieser Platten kann durch die Aufnahme eines Anteils an kohlenstoffhaltigem
Material, z. B. Graphit, erhöht werden, obgleich
hierdurch die Platten weniger wärmeisolierend werden.
Wenn die Auskleidung besonders strengen Bedingungen widerstehen
muß, werden häufig Platten aus gebundenen, calcinierten Magnesitteilchen
verwendet, wobei diese jedoch zu einer größeren Dichte
neigen und weniger gute wärmeisolierende Eigenschaften als
Platten auf Siliciumdioxidbasis aufweisen. Zahlreiche andere
teilchenförmige, feuerfeste Materialien als Siliciumdioxid
und calcinierter Magnesit wurden für den Gebrauch in verlorenen
Auskleidungen von Zwischengefäßen vorgeschlagen, wurden jedoch
in der Praxis wenig verwendet. Feuerfeste Silicate wurden
beispielsweise vorgeschlagen, wurden jedoch gewöhnlich aufgegeben,
da sie keinen Vorteil über Siliciumdioxid selbst hinaus
bieten und unter den Nachteilen leiden, welche unter bestimmten
Umständen bei Siliciumdioxid auftreten. Olivin allein
wurde z. B. in vielen Fällen als ungenügend feuerfest
angesehen.
Obgleich die Platten auf der Basis von calcimiertem Magnesit unter
bestimmten Bedingungen ein gutes Verhalten zeigen, sind sie für
den Gebrauch in Berührung mit sauren Schlacken, die hohe
Anteile an Siliciumdioxid enthalten, nicht sehr geeignet, da
Reaktionen stattfinden, die zur Bildung von niedrigschmelzenden
Phasen führen. Platten auf Siliciumdioxidbasis können mit sauren
Schlacken verwendet werden, sie werden jedoch leichter angegriffen,
wenn die Schlacke einen hohen Manganoxidgehalt, z. B.
7%, aufweist, was z. B. dann der Fall ist, wenn das zu vergießende
Metall eine Stahlschmelze mit einem hohen Mangangehalt, z. B. mit
einem Gehalt von 1,2% Mangan, ist.
Aus der DE-OS 29 13 514 ist ein Einlauftrichter für den
Stahlstrangguß bekannt, der an einer bestimmten Stelle einen
Mantel aufweist, welcher mit feuerfesten Materialien verschiedener
Art, darunter Tonerde und Zirkon, ausgekleidet sein kann. Genaue
Angaben zur Zusammensetzung des Mantels werden dort aber nicht
gemacht.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer feuerfesten,
wärmeisolierenden verlorenen Auskleidung eines Gefäßes zum Handhaben
oder Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere eines Zwischenbehälters zum Stranggießen,
wobei diese Auskleidung ein zufriedenstellendes Verhalten beim Vergießen
von Metallschmelzen, insbesondere von Stahlschmelzen mit hohem
Mangangehalt, aufweist. Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung
eines solchen Gefäßes mit einer derartigen Auskleidung.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der Erfindung durch
eine Auskleidung gemäß dem Patentanspruch 1 und durch ein Gefäß gemäß
dem Patentanspruch 16. In den Patentansprüchen 2 bis 15
sind bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Auskleidung
angegeben.
Aufgrund ihrer Zusammensetzung hat die erfindungsgemäße Auskleidung
eine gute Beständigkeit gegenüber Erosion
durch Schlacken mit einem hohen Manganoxidgehalt und gegenüber
sauren Schlacken im allgemeinen. Darüber
hinaus werden zusammen mit der Erosionsbeständigkeit eine
zufriedenstellende Wärmefestigkeit und zufriedenstellende Wärmeisolation
erzielt. Zirkon (Zirkoniumsilicat)
dissoziiert deutlich bei Temperaturen
oberhalt 1500°C, wie sie in Zwischengefäßen für das Stranggießen
von Stahl auftreten. Das Zirkon dissoziiert zu Zirkoniumoxid
und Siliciumdioxid. Die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Auskleidung
gegenüber Erosion durch Schlacken mit hohem Manganoxidgehalt
ist daher überraschend. Bei der Dissoziation dehnt sich das
Zirkon um etwa 9 Vol.-% aus; jedoch können die Auskleidungen
gemäß der Erfindung so hergestellt werden, daß sie beim
Gebrauch trotz dieser Erscheinung ihren inneren
Zusammenhalt bewahren.
Die Auskleidung des Zwischengefäßes
umfaßt 75 bis 95 Gew.-% Zirkon und
calcinierten Bauxit, wobei vorzugsweise wenigstens die Hälfte
hiervon Zirkon ist.
Es wird bevorzugt, daß kein anderer feuerfester Füllstoff außer
Zirkon und calciniertem Bauxit in der Auskleidung vorhanden
ist, daß die Menge eines weiteren
Füllstoffs niedrig ist, z. B. weniger als 10 Gew.-% beträgt. Die
Anwesenheit von calciniertem Bauxit ist insofern vorteilhaft, als
dieser die Widerstandsfähigkeit der Auskleidung gegenüber Erosion
insbesondere durch Schlacken mit hohem Manganoxidgehalt
erhöht und sich deshalb besonders eignet für
Zwischengefäße, welche hohen Arbeitstemperaturen
ausgesetzt sind, z. B. wenn die Temperatur
der Stahlschmelze in dem Zwischengefäß wenigstens 1500°C, z. B.
1575°C, beträgt. Das Gewichtsverhältnis von Zirkon zu calciniertem
Bauxit in den Auskleidungen liegt vorzugsweise im Bereich
von 3 : 1 bis 1 : 1, insbesondere bei etwa 2 : 1.
Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß die gemeinsame Anwesenheit
von Zirkon und calciniertem Bauxit die Schaffung von
Auskleidungen mit erhöhter Erosionsbeständigkeit, verglichen
mit Auskleidungen, die lediglich nur Zirkon
oder Bauxit enthalten, ermöglicht.
Es wird angenommen, daß im Fall von hohen Temperaturen sich die erhöhte
Erosionsbeständigkeit aufgrund der Umsetzung von Aluminiumoxid aus
dem calcinierten Bauxit mit dem durch Dissoziation
von Zirkon gebildetem Siliciumdioxid unter Bildung von sekundärem
Mullit ergibt.
Die Auskleidung enthält ein Bindemittel, und dies kann organisch
und/oder anorganisch sein. Beispiele für geeignete organische
Bindemittel sind Stärke und Harze, z. B. Phenol-Formaldehyd- und
Harnstoff-Formaldehyd-Harze. Beispiele für geeignete anorganische
Bindemittel sind Silicatbindemittel, Phosphatbindemittel, kolloidales
Siliciumdioxidsol, kolloidales Aluminiumoxidsol, hydraulische
und feuerfeste Zemente und Tonbindemittel, z. B. Bindeton
und Bentonit. Bevorzugte anorganische Bindemittel sind
Alkalimetallsilicate, welche bei normaler Raumtemperatur, z. B. 20°C,
im wesentlichen wasserunlöslich sind, jedoch eine beachtliche
Löslichkeit in Wasser bei Temperaturen von etwa 100°C besitzen.
Vorzugsweise ist das Silicat ein Natriumsilicat und vorzugsweise
ist das Silicat ein Natriumsilicat und vorzugsweise
ist das SiO : Na₂O-Gewichtsverhältnis im Bereich von
3,0 : 1 bis 3,8 : 1. Es wird besonders bevorzugt, daß sowohl ein
organisches Bindemittel als auch ein anorganisches Bindemittel
anwesend ist, wobei das anorganische Bindemittel vorzugsweise
ein Alkalimetallsilicat, wie vorstehend beschrieben, ist.
Die Gesamtmenge an vorhandenem Bindemittel liegt vorzugsweise
im Bereich von 2 bis 20 Gew.-%, insbesondere 3 bis 15 Gew.-%, wobei
die Menge irgendeines organischen Bindemittels vorzugsweise
2 bis 6 Gew.-% und die Menge irgendeines anorganischen Bindemittels
vorzugsweise 3 bis 8 Gew.-% betragen. Wenn ein anorganisches
Bindemittel allein verwendet wird, beträgt die Menge vorzugsweise
5 bis 20 Gew.-%.
Die Auskleidung enthält vorzugsweise Fasern, und diese können
organisch und/oder anorganisch sein. Die Gesamtmenge an Fasern
liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 8 Gew.-%. wobei die
Menge organischer Fasern vorzugsweise 4% nicht
überschreitet und die Menge anorganischer Fasern
vorzugsweise im Bereich von 1 bis 4 Gew.-% liegt. Geeignete organische
Fasern umfassen solche aus Papier-, Hanf-, Jute- und
synthetischen Fasern, z. B, Polyester- und Acrylfasern, und halbsynthetische
Fasern, z. B. Fasern aus regenerierter Cellulose oder Celluloseester,
und Beispiele für geeignete anorganische Fasern sind feuerfeste Fasern,
z. B. Aluminosilicatfasern, Gesteinswolle und Schlackenwolle, und Glasfasern.
Die Auskleidungen gemäß der Erfindung werden vorzugsweise durch
Anbringen und Befestigen eines Satzes von vorgeformten Teilen der
erfindungsgemäßen Auskleidung zusammengesetzt. Diese Teile,
z. B. Platten können leicht unter Anwendung einer
Schlammbildungstechnik hergestellt werden, wobei eine wäßrige Aufschlämmung der
Bestandteile in einer entsprechend gestalteten durchlässigen
Form entwässert und das Produkt dann erhitzt wird.
Andererseits können die Auskleidungen in situ z. B. durch
Stampfen, Sprühen oder Aufmauern der entsprechenden
Masse gebildet werden. In diesen Fällen kann ein
Anteil Wasser in die Zusammensetzung aufgenommen werden, um
die erforderliche Konsistenz für eine stampfbare, sprühbare
oder aufmauerbare Masse zu erhalten. Im allgemeinen
wurde gefunden, daß 15 bis 25% Wasser für ein Aufsprühen,
10 bis 15% Wasser für ein Aufmauern und etwa
5 bis 10% für ein Stampfen bevorzugt werden. Dieses Wasser
kann nach der Formung durch Trocknung der Auskleidung in Luft
oder mit Hilfe einer äußeren Wärmequelle entfernt werden.
Andererseits kann das Wasser mit Hilfe der Restwärme verdampft
werden, welche von der dauerhaften feuerfesten Auskleidung des
Gefäßes aus einer früheren Verwendung noch vorhanden ist.
Die Bestandteile für die Auskleidungen und das Verfahren zu
deren Herstellung werden insbesondere so ausgewählt, daß die
Auskleidungen eine Dichte im Bereich von 1,5 bis 2,5 g/cm³
besitzen. Im Falle von aufgesprühten Auskleidungen erwies es
sich als vorteilhaft, bis zu 5 Gew.-% eines feuerfesten Füllstoffs
mit niedrigem Gewicht, z. B. Blasen enthaltende
Aluminiumoxidmikrokugeln, hohle
Siliciumdioxidmikrokugeln, calcinierte Reisschalen oder
expandierte Feuertonschamotte, aufzunehmen.
Es wurde gefunden, daß die Anwesenheit von leichtem Füllstoff
die Fließfähigkeit der Auskleidungsmasse
während des Aufbringens durch Aufsprühen erhöht.
Die folgenden Bestandteile in den nachstehend aufgeführten
Prozentsätzen (bezogen auf Gewicht) wurden zu einer wäßrigen
Aufschlämmung geformt:
Bestandteile | |
% | |
Zirkon | |
57,2 | |
calcinierter Bauxit (Aluminiumoxidgehalt wenigstens 85%) | 31,75 |
Schlackenwolle | 3 |
Papier | 3 |
Phenol-Formaldehyd-Harz | 3 |
Harnstoff-Formaldehyd-Harz | 1,5 |
Glasfaser | 0,5 |
Suspendierhilfsmittel | 0,05 |
Die Aufschlämmung wurde in einer durchlässigen Form entwässert,
unter Bildung einer Platte geformt, und die feuchte Platte wurde
entfernt und erhitzt, um sie zu trocknen und um die Bindemittel
zu verfestigen. Die sich ergebende Platte hatte eine
Dichte von 1,6 g/cm³ und war zum Gebrauch für eine verlorene
Auskleidung eines Zwischengefäßes für den Strangguß von
Stahl mit hohem Mangangehalt, der eine saure Schlacke
mit hohem Manganoxidgehalt bildet und eine Temperatur von
etwa 1575°C im Zwischengefäß aufweist, geeignet.
Die folgenden Bestandteile in den angegebenen Prozentsätzen
(bezogen auf Gewicht) wurden zu einer wäßrigen Aufschlämmung
geformt:
Bestandteile | |
% | |
Zirkon | |
55,2 | |
calcinierter Bauxit (Aluminiumoxidgehalt wenigstens 85%) | 30,75 |
Schlackenwolle | 2,5 |
Papier | 1,5 |
Phenol-Formaldehyd-Harz | 3 |
Harnstoff-Formaldehyd-Harz | 1,5 |
Glasfasern | 0,5 |
Suspendierhilfsmittel | 0,05 |
Natriumsilicat (SiO₂ : Na₂O-Gewichtsverhältnis von 3,3 : 1) | 5 |
Die Aufschlämmung wurde wie in Beispiel 1 zu einer Platte geformt
und hatte ähnliche Eigenschaften, jedoch eine erhöhte
Wärmefestigkeit und eine Dichte von 1,7 g/cm³.
Die folgenden Bestandteile in den angegebenen Prozentsätzen
(bezogen auf Gewicht) wurden auf die dauerhafte feuerfeste
Auskleidung einer Pfanne aufgesprüht, um eine feuerfeste,
wärmeisolierende verlorene Auskleidung zu bilden.
Bestandteile | ||
% | ||
Zirkon | ||
55,20 | ||
calcinierter Bauxit (Aluminiumoxidgehalt wenigstens 85%) | 30,75 | |
Polyesterfasern | 0,05 | |
Phenol-Formaldehyd-Harz | 3,00 | |
Natriumsilicat | 5,00 | |
(SiO₂ : Na₂O-Gewichtsverhältnis von 3,3 : 1) @ | Blasen enthaltende Aluminiumoxidmikrokugeln | 3,00 |
Feuerton | 3,00 |
Durch den Zusatz von etwa 20 Gew.-% Wasser wurde das Gemisch sprühfähig eingestellt
und dann auf eine vorerhitzte dauerhafte Pfannenauskleidung in einer Dicke
von 25 mm aufgesprüht. Das Verhalten der in situ aufgesprühten
Auskleidung entsprach demjenigen der in Beispiel 1 erhaltenen
Auskleidung.
Die Dichte der aufgesprühten Auskleidung betrug 1,9 g/cm³.
Claims (16)
1. Feuerfeste, wärmeisolierende Auskleidung eines Gefäßes
zum Handhaben oder Behandeln von Metallschmelzen, insbesondere
eines Zwischenbehälters zum Stranggießen, dadurch
gekennzeichnet, daß sie teilchenförmigen Zirkon, calcinierten
Bauxit und ein Bindemittel umfaßt, wobei das
Gewichtsverhältnis von Zirkon zu calciniertem Bauxit im
Bereich von 2 : 1 bis 1 : 1 liegt, der teilchenförmige Zirkon und
der calcinierte Bauxit zusammen 75 bis 95 Gew.-% der
Auskleidung ausmachen und das Bindemittel aus einem oder
mehreren organischen Bindemitteln und/oder anorganischen
Bindemitteln besteht.
2. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie bis zu 10 Gew.-% eines anderen teilchenförmigen
feuerfesten Füllstoffes außer Zirkon oder calciniertem Bauxit
enthält.
3. Auskleidung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie bis zu 5 Gew.-% eines feuerfesten
Füllstoffs von geringem Gewicht enthält.
4. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge an vorhandenem
Bindemittel 2 bis 20 Gew.-% der Auskleidung ausmacht.
5. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel aus
Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Phenol-Formaldehyd-Harz oder
Stärke oder einem Gemisch hiervon steht.
6. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel 2 bis 6 Gew.-%
der Auskleidung ausmacht.
7. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Bindemittel aus
einem Silicatbindemittel, einem Phosphatbindemittel, einem
kolloidalen Oxidhydrosol, einem hydraulischen oder feuerfesten
Zement oder einem Tonbindemittel oder Gemisch hiervon besteht.
8. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Bindemittel 5 bis
20 Gew.-% der Auskleidung ausmacht.
9. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Bindemittel ein
Alkalimetallsilicat mit einem Gewichtsverhältnis von SiO₂ : Na₂O
im Bereich von 3,0 : 1 bis 3,8 : 1 ist.
10. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung 1 bis 8 Gew.-%
Fasern enthält.
11. Auskleidung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern organische Fasern sind und bis zu 4 Gew.-% der
Auskleidung ausmachen sowie aus Papier-, Hanf-, Jute-,
Polyester- oder Acrylfasern oder aus Fasern aus regenerierter
Cellulose oder Celluloseester oder einem Gemisch aus
vorgenannten Fasern bestehen.
12. Auskleidung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fasern anorganische Fasern sind und 1 bis 4 Gew.-% der
Auskleidung ausmachen sowie aus Aluminosilicatfasern,
Gesteinswolle, Mineralwolle, Schlackenwolle oder Glasfasern
bestehen.
13. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ihre Dichte im Bereich von 1,5 bis
2,5 g/cm³ liegt.
14. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem oder mehreren
vorgeformten Teilen besteht.
15. Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer gestampften,
aufgesprühten oder aufgemauerten Masse besteht.
16. Gefäß zum Behandeln und Handhaben von Metallschmelzen,
insbesondere Zwischenbehälter zum Stranggießen, gekennzeichnet
durch eine feuerfeste, wärmeisolierende Auskleidung nach einem
der Ansprüche 1 bis 15.
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