DE3875833T2

DE3875833T2 - Schieberverschluss fuer spezialstahl.

Info

Publication number: DE3875833T2
Application number: DE8888111156T
Authority: DE
Inventors: Ltd Shikano; Ltd Suruga
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1987-07-15
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2008-07-13
Also published as: BR8803539A; EP0299441A2; EP0299441B1; DE3875833D1; US4917276A; JPS6424069A; EP0299441A3; KR890001666A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schieberverschluß, der eine stabile Haltbarkeit bei der Verwendung für Spezialstahl aufweist, insbesondere für mit einer Kalziumlegierung desoxiierten Stählen.
Als Platte für einen Schieberverschluß zum Steuern eines Stahlschmelzeflusses beim kontinuierlichen Gießen von geschmolzenem Stahl sind in den letzten Jahren feuerfeste Aluminiumoxid-Kohlenstoffmaterialien verbreitet verwendet worden, um der Rauchbildung, welche dem Teer zuzuschreiben ist, das herkömmlicherweise in der Platte verwendet worden ist, vorzubeugen, in Erwägung einer höheren Haltbarkeit und Wartungsbedingung.
Mit dem steigenden Bedarf an Stählen höherer Qualität wurden jedoch die Zugabe von Speziallegierungen zu geschmolzenem Stahl und chemische Behandlungen des geschmolzenen Stahls praktiziert, was zu starker Korrosion der Platte für den Schieberverschluß an der gleitenden Oberfläche der oberen Platte führt, insbesondere wenn geschmolzener Stahl, der mit einer Ca-Legierung desoxidiert ist, auf sie aufgebracht wird.
Um dieses Problem zu bewältigen, ist die Verwendung von auf Zirkondioxid basierenden Materialien vorgeschlagen worden, wie zum Beispiel in den japanischen Patentanmeldungen Kokai Nrn. 60-77162, 46-7857 und 59-61567 geoffenbart.
Einer Schieberverschlußplatte aus einem auf Zirkondioxid basierenden Material mangelt es jedoch an Stabilität in der Spallingbeständigkeit, was daher keine zufriedenstellende Haltbarkeit des Schieberverschlusses zum Empfangen einer Schmelze aus Spezialstahl, insbesondere eines mit einer Ca-Legierung desoxidierten geschmolzenen Stahls, verspricht.
Fig. 1 ist eine Darstellung eines angenommenen Korrosionsmechanismus einer Schieberverschlußplatte an der gleitenden Oberfläche, wenn die Schmelze aus einem mit einer Ca-Legierung desoxidierten Stahl von der Schieberverschlußplatte empfangen wird; und
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes von Fig. 1.
Die Korrosion der Platte des Schieberverschlusses wird durch den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Mechanismus verursacht.
Bezugnehmend auf Fig. 1, wenn geschmolzener Stahl empfangen wird, gleitet zuerst eine untere Platte 2, um ein beschränktes Ausgießen zum Zweck des Steuerns des Stahlschmelzeflusses 1 auszuführen. Zu diesem Zeitpunkt bildet der Stahlschmelzefluß 1 einen Raum 4 mit negativem Druck, der vom Fluß 1 in einem Hohlraumabschnitt einer oberen Platte 3 umschlossen wird. Fig. 2 zeigt den Errosionszustand, der der Bildung eines reaktiven Gases im Raum 4 zuzuschreiben ist. Bezugnehmend auf die Figur reagiert Ca, das aus dem geschmolzenen Stahl als ein Gas auf Grund seines niedrigen Siedepunktes freigesetzt wird, mit einem O&sub2;-Gas, welches zwischen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 3 eindringt, um CaO zu bilden. Das so gebildete CaO führt eine chemische Reaktion mit den Plattenbestandteilen aus, um eine Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt zu bilden, die zum Beispiel auf Al&sub2;.SiO&sub2;.CaO oder Al&sub2;O&sub3;.CaO basiert, wodurch eine lokale Korrosion der Platte verursacht wird, insbesondere an der gleitenden Oberfläche der oberen Platte 3. In der Folge besteht die Korrosion eher hauptsächlich aus Schaden an der Struktur des feuerfesten Materials an der gleitenden Oberfläche, als in der Vergrößerung der Öffnung des Verschlußloches in der Platte.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein feuerfestes Zirkondioxid mit einer spezifizierten Zusammensetzung mindestens auf den Teil aufgetragen, wo andernfalls die lokale Korrosion stattfinden würde.
Als eine Gegenmaßnahme gegen das Korrosionsphänomen sind Versuche unternommen worden, der chemischen Korrosion durch Erhöhen der Menge an Teerkohlenstoffbestandteil vorzubeugen, oder die Haltbarkeit der Platte durch Bilden der Platte aus einem basischen Material, wie MgO, zu verbessern. Der Versuch, der chemischen Korrosion der Schieberverschlußplatte durch Erhöhen der Menge an Teerkohlenstoffbestandteil vorzubeugen, wovon in beiden Fällen, die für die Platte verwendet wurden, Studien durchgeführt worden sind, ist fehlgeschlagen, zufriedenstellende experimentelle Ergebnisse zu erhalten. Andererseits hat der Versuch, die Haltbarkeit der Schieberverschlußplatte zu verbessern, indem die Schieberplatte selbst aus einem basischen Material, wie MgO, gebildet wird, zu einer schlechten Spallingbeständigkeit geführt. Auf diese Weise sind beide Versuche fehlgeschlagen, die Schieberverschlußplatte mit einer hohen Haltbarkeit zu versehen.
Als eine Gegenmaßnahme auf Konstruktionsbasis könnte gegen das Korrosionsphänomen erwogen werden, den Raum mit dem negativen Druck in einen Raum mit positivem Druck umzuwandeln. Diese Idee ist jedoch schwierig zu realisieren, sowohl auf einer Betriebsbasis als auch auf einer Kostenbasis, weil eine große periphere Einrichtung erforderlich ist.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schieberverschluß für Spezialstahl vorzusehen, welcher mindestens auf jenem Teil, wo die lokale Korrosion andernfalls stattfinden würde, ein Zirkondioxidbasismaterial aufgebracht ist, das zusammengesetzt ist aus mehr als 53 Gew.-% eines teilweise stabilisierten Zirkondioxidbasismaterials mit einer Korngröße von weniger als 2,00 mm (10 mesh, US-Bureau of Standards), 1 bis 7 Gew.-% metallischen Siliciumpulvers mit einer Korngröße von weniger als 0,149 mm (100 mesh) und 3 bis 10 Gew.-% eines Kohlenstoffpulvers.
In einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Schieberverschluß für Spezialstahl aus einem feuerfesten Zirkondioxidbasismaterial auf der gleitenden Oberfläche der oberen Platte des Verschlußloches angeordnet, wobei das feuerfeste Material auf der Basis von Zirkondioxid zusammengesetzt ist aus mehr als 53 Gew.-% eines teilweise stabilisierten Zirkondioxidbasismaterials mit einer Korngröße von weniger als 2,00 mm (10 mesh), 1 bis 7 Gew.-% metallischen Siliciumpulvers mit einer Korngröße von weniger als 0,149 mm (100 mesh), und 3 bis 10 Gew.-% eines Kohlenstoffpulvers.
Es ist überraschenderweise gefunden worden, daß ein auf Zirkondioxid-Kohlenstoff basierendes Material keine niedrigschmelzende Substanz mit CaO bildet, welches im Raum mit dem negativen Druck gebildet wird, wenn die Schmelze aus einem Ca-haltigen Spezialstahl dem Schieberverschluß zugeführt wird und welches sowohl Spallingbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, die für die Funktion als Schieberverschlußplatte am Verschlußloch und an den umgebenden Teilen notwendig ist.
Wenn das Zirkondioxid, welches für das auf Zirkondioxid- Kohlenstoff basierende Material verwendet wird, unstabilisiertes Zirkondioxid alleine ist, besitzt ein erhaltener gebrannter Körper viele Sprünge, die der Beanspruchung durch rasche thermische Ausdehnung am Übergangspunkt, der Zirkondioxid eigen ist, zurückzuführen ist, und die Produktausbeute ist schlecht.
Die Verwendung von vollständig stabilisiertem Zirkondioxid führt andererseits zu einer deutlichen thermischen Ausdehnung des gebrannten Körpers, wodurch wahrscheinlich die Spallingbeständigkeit beeinträchtigt wird.
Daher wird teilweise stabilisiertes Zirkondioxid mit einer gesteuerten Teilchengröße von 2,0 mm (10 mesh) oder darunter verwendet.
Falls die Teilchengröße größer als 10 mesh ist, weist der erhaltene gebrannte Körper viele Probleme auf, die sich auf die Oberflächeneigenschaften beziehen, und er ist nicht in der Lage, die Funktion als Schieberverschluß auszuführen.
Das teilweise stabilisierte Zirkondioxid sollte in einer Menge von mindestens 53 Gew.-% vom Gesichtspunkt der Spallingbeständigkeit und der Korrosionsbeständigkeit, insbesondere der Korrosionsbeständigkeit, verwendet werden. Unstabilisiertes Zirkondioxid kann in einer Menge bis zu 30 Gew.-% zugegeben werden, wodurch die Spallingbeständigkeit des gebrannten Körpers ein wenig verstärkt wird.
Wenn jedoch das oben erwähnte Zirkondioxid alleine verwendet wird, ist ein Brennen bei hoher Temperatur (1500 - 1600ºC) erforderlich, und der gebrannte Körper besitzt keine stabile hohe Festigkeit.
Um daher die Bindung der Ziegelstruktur und die Festigkeit des Ziegels selbst zu verstärken, zusätzlich zur Spallingbeständigkeit und zur Korrosionsbeständigkeit, indem die Ziegelstruktur durch Bildung von β-SiC zum Brennzeitpunkt dicht gemacht wird und auch, um ein Brennen bei 1300 bis 1500ºC zu erzielen, werden 1 bis 7 Gew.-% metallisches Siliciumpulver und 1 bis 15 Gew.-% eines Kohlenstoffpulvers mit einer Teilchengröße von 100 mesh oder darunter dem Zirkondioxid zugegeben.
Das zugegebene metallische Silicium sollte einen Si-Gehalt von mindestens 85 Gew.-% besitzen, und das Kohlenstoffpulver sollte einen fixierten Kohlenstoffgehalt von mindestens 80 Gew.-% aufweisen. Falls das metallische Siliciumpulver und das Kohlenstoffpulver jeweils Reinheiten unter den oben angegebenen besitzen und Teilchengrößen von über 100 mesh besitzen, wird die Reaktion des metallischen Siliciums und Kohlenstoffs ungenügend sein.
Ein komplexer Schieberverschluß mit dem Zirkondioxid- -Kohlenstoffmaterial der vorliegenden Erfindung, welcher an und um ein Verschlußloch oder die gesamte gleitende Oberfläche der Platte durch ein feuerfestes Haftmittel angebracht ist, besitzt eine ausgezeichnete Haltbarkeit, frei von abnormaler Korrosion, wie sie im herkömmlichen Aluminiumoxid-Kohlenstoffmaterial zum Zeitpunkt des Empfangens einer Schmelze aus Spezialstahl erzeugt wird. Im übrigen kann die Schieberverschlußplatte in einer hohen Ausbeute ohne Bildung von Sprüngen oder ähnlichem hergestellt werden.
Die in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen des feuerfesten Pulvers wurden unter Verwendung eines organischen Bindemittels gemischt, und die erhaltenen Mischungen wurden einem Formen, reduzierenden Brennen (1350ºC) in Koks, Imprägnieren mit Teer und Brennen (1000ºC) unterzogen. Die so hergestellten Proben wurden verwendet, um einen Hochfrequenzinduktionsschmelzofen auszukleiden, dann wurde eine Mischung aus einem Ca enthaltenden Pulvers und Roheisen in den Schmelzofen gegeben, und die Temperatur wurde schnell auf 1650ºC erhöht. Nachdem die Ofentemperatur während 3 Stunden auf dieser Temperatur gehalten wurde, wurde die Korrosion jeder Probe gemessen, um die Korrosionsbeständigkeit jedes Materials zu verifizieren. Tabelle 1 Probencode Feuerfestpulver (Gew.-%) Silicon Carbon Thermoplastisches phenolisches Harz Bemerkungen: *1: Al&sub2;O&sub3;-SiO&sub2;-ZrO&sub2; - Pulver *2: im äußeren Prozentsatz
Es wird von den Testergebnissen, die in Tabelle 2 gezeigt sind, bestätigt, daß die Zirkondioxid-Kohlenstoffmaterialien mit einem Zirkondioxidgehalt von mindestens 70 Gew.-% eine höhere Korrosionsbeständigkeit besitzen, verglichen mit jener herkömmlicher, auf Magnesiumoxid basierender Materialien. Tabelle 2 Probencode Verbrauchsverhältnis (%)
Zieht man als nächstes die in Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse in Betracht, wurden Schieberverschlußplatten mit Verschlußlöchern und den umgebenden Teilen, gebildet aus dem Zirkondioxid-Kohlenstoffmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung, hergestellt.
Die Zusammensetzungen der in Tabelle 3 gezeigten feuerfesten Pulver wurden unter Verwendung eines organischen Bindemittels gemischt, um die gemischten Materialien herzustellen.
Das Basismaterial A für die Schieberverschlußplatte wurde durch Formen mit einer Friktionspresse und den Schritten reduzierendes Brennen (1350ºC), Imprägnieren mit Teer und Brennen (1000ºC) hergestellt. Die Qualität der Produkte wurde überprüft.
Die Materialien Z2 und Z4, welche eine günstige Qualität aufwiesen, wurden auf das Basismaterial A mit einem feuerfesten Haftmittel angebracht, um endgefertigte Schieberverschlußplatten zu erhalten. Tabelle 3 Probencode Feuerfestpulver (Gew.-%) Silicon Carbon Thermoplastisches phenolisches Harz Qualität des einzelnen Körpers nach Brennen Scheinbare Porosität (%) Scheinbares spezifisches Gewicht Druckfestigkeit (kg/cm²) Bruchmodul (kg/cm²) Spallingtest *3 Verbrauchsindex *4

Bemerkungen

*3: dreiminütiges Eintauchen in geschmolzenen Stahl (1600ºC) E> Luftkühlen, drei Male wiederholt. Bewertung M bedeutet mittlere Sprungbildung, S bedeutet leichte Sprungbildung und VS bedeutet sehr leichte Sprungbildung.
*4: Das Größenverkleinerungsverhältnis an der Schlacke-Metall-Grenzschicht in einem einstündigen Eintauchen in geschmolzenen Stahl (1600ºC) [elektrischer Eisen + Hochofen/Konverter-Schlacke = 1/1] Probe A wurde als 100 genommen (ein größerer Indexwert zeigt größere Korrosion an).
Die Schieberverschlußplatten wurden praktischen Schmelzofentests in Eisenhütten unterworfen, in denen mit Ca-Legierungen desoxidierte Stähle derzeit hergestellt werden.
Die Ergebnisse der praktischen Schmelzofentests werden gemeinsam in Tabelle 4 gezeigt. Die Ergebnisse zeigen an, daß die Schieberplatten gemäß der vorliegenden Erfindung eine überlegene Haltbarkeit besitzen, verglichen mit jener von mit Ca-Legierungen desoxidierten Stählen. Tabelle 4 Praktische Schmelzofentestplatte Eisenhütte Ca-Legierung desox. Stahl Ca-Konzentration: Plattenlochdurchmesser: Restsschieberhub alleine defekter Stopp von geschmolz. Stahl nach einem Lauf schwere Sprungbildg. Verbrauch von Verschl.- lochkanten nach einem vollst. Gießen und zwei Aufnahmen von gew. Stahl kein abnorm. Verbrauch, keine Sprünge nach einem vollständig Gießen sehr leichte Sprunngbildg. kein abnorm. Verbrauch nach zwei vollst. Gießläufen und vier Aufnahmen von gew. Stahl

Claims

1. Schieberverschluß für Spezialstahl auf dem mindestens auf dem Teil, auf dem anderenfalls lokale Korrosion stattfinden würde, ein feuerfestes Material auf der Basis von Zirkondioxid aufgebracht ist, das zusammengesetzt ist aus mehr als 53 Gew.-% eines teilweise stabilisierten Zirkondioxidbasismaterials mit einer Korngröße von mehr als 2,00 mm (10 mesh), 1 bis 7 Gew.-% metallischen Siliciumpulvers mit einer Korngröße von weniger als 0,149 mm (100 mesh), und 3 bis 10 Gew.-% eines Kohlenstoffpulvers.

2. Schieberverschluß für Spezialstahl, bei dem auf der gleitenden Oberfläche der oberen Platte des Verschlußloches ein feuerfestes Material auf der Basis von Zirkondioxid angeordnet ist, wobei das feuerfeste Material auf der Basis von Zirkondioxid zusammengesetzt ist aus mehr als 53 Gew.-% eines teilweise stabilisierten Zirkondioxidbasismaterials mit einer Korngröße von weniger als 2,00 mm (10 mesh), 1 bis 7 Gew.-% metallischen Siliciumpulvers mit einer Korngröße von weniger als 0,149 mm (100 mesh), und 3 bis 10 Gew.-% eines Kohlenstoffpulvers.