DE4100352A1 - Tauchausguss fuer erschmolzenen stahl - Google Patents
Tauchausguss fuer erschmolzenen stahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine(n) Gießschnauze oder -ausguß
in Form eines Tauchausgusses für Stahlschmelze bzw. er
schmolzenen Stahl, bei dem beim kontinuierlichen Gießen
bzw. Stranggießen eines aluminiumhaltigen, aluminiumbe
ruhigten erschmolzenen Stahls wirksam ein Zusetzen bzw.
Verstopfen einer von erschmolzenem Stahl durchströmten
Bohrung des Tauchausgusses verhindert werden kann.
Ein kontinuierliches Gießen von erschmolzenem Stahl erfolgt
beispielsweise durch Gießen von aus einer Pfanne in einer
Gießwanne stammendem, erschmolzenem Stahl durch einen an
der Unterseite der Gießwanne befestigten Tauchausguß für
erschmolzenen Stahl in eine senkrecht unter dem Tauchausguß
für den erschmolzenen Stahl befindliche senkrechte Kokille
bzw. Stranggießkokille zur Bildung eines Gußstahlstrangs
und kontinuierliches Abziehen des gebildeten Gußstahlstrangs
als langer Strang.
Als Tauchausguß für erschmolzenen Stahl gelangt allgemein
ein solcher mit einem Aluminiumoxid/Graphit-Feuerfestmaterial
zum Einsatz.
Ein Tauchausguß für erschmolzenen Stahl mit einem Aluminium
oxid/Graphit-Feuerfestmaterial ist jedoch mit folgenden
Nachteilen behaftet:
Wird ein aluminiumberuhigter erschmolzener Stahl gegossen,
reagiert das als Desoxidationsmittel zugesetzte Aluminium
mit in dem erschmolzenen Stahl enthaltenem Sauerstoff unter
Bildung nicht-metallischer Einschlüsse, wie α-Aluminium
oxid. Die gebildeten nicht-metallischen Einschlüsse, wie
α-Aluminiumoxid, haften und sammeln sich an der Oberfläche
der Bohrung des Tauchausgusses für den erschmolzenen Stahl,
durch die der erschmolzene Stahl fließt, an und verstopfen
diese. Auf diese Weise bereitet es Schwierigkeiten, den
Gießvorgang stabil zu halten. Darüber hinaus lösen sich
die an der Oberfläche der Bohrung angesammelten nicht
metallischen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, oder fallen
ab und werden in den Gußstahlstrang eingeschlossen, wo
durch dessen Qualität beeinträchtigt wird.
Um nun einem durch die nicht-metallischen Einschlüsse, wie
α-Aluminiumoxid, im erschmolzenen Stahl hervorgerufenen
Zusetzen bzw. Verstopfen der Bohrung des Tauchausgusses
für den erschmolzenen Stahl zu begegnen, wird verbreitet
ein Inertgas von der Oberfläche der Bohrung des Tauchaus
gusses für den erschmolzenen Stahl in Richtung auf den
durch die Bohrung strömenden erschmolzenen Stahl geblasen,
um die in dem erschmolzenen Stahl vorhandenen nicht
metallischen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, an einem
Anhaften und Ansammeln auf der Oberfläche der Bohrung zu
hindern.
Diese bekannte Maßnahme des Einblasens eines Inertgases von -
der Oberfläche der Bohrung dieses Tauchausgusses gegen die
die Bohrung durchströmende Stahlschmelze ist jedoch mit
folgenden Nachteilen behaftet:
Eine größere Menge des eingeblasenen Inertgases führt dazu,
daß die durch das Inertgas gebildeten Blasen in den Guß
stahlstrang eingeschlossen werden. Dies führt dazu, daß in
dem Stahlprodukt nach beendetem Auswalzen Fehler, wie
Lunker, auftreten. Dieses Problem macht sich besonders
stark bemerkbar, wenn ein erschmolzener Stahl für qualitativ
hochwertige dünne Stahlbleche vergossen werden soll. Eine
geringere Menge an eingeblasenem Inertgas führt anderer
seits zu einem Anhaften und Ansammeln der nicht-metalli
schen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche
der Bohrung des Tauchausgusses für den erschmolzenen Stahl.
Dies wiederum führt zu einem Zusetzen bzw. einer Ver
stopfung der Bohrung. Bei langdauerndem Gießen von er
schmolzenem Stahl bereitet eine stabile Steuerung der von
der Oberfläche der Bohrung des Tauchausgusses für den
erschmolzenen Stahl aufgeblasenen Inertgasmenge immer
größere Schwierigkeiten, da sich das Gefüge des den Tauch
ausguß für den erschmolzenen Stahl bildenden Feuerfest
materials verschlechtert. Dies führt zu einem Anhaften
und Ansammeln der nicht-metallischen Einschlüsse, wie
α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche der Bohrung des Tauch
ausgusses für den erschmolzenen Stahl und bedingt ein Zu
setzen bzw. eine Verstopfung der Bohrung. Darüber hinaus
wird bei langdauerndem Gießen von erschmolzenem Stahl
durch das eingeblasene Inertgas eine lokale Erosion der
Oberfläche der Bohrung des Tauchausgusses für den er
schmolzenen Stahl beträchtlich beschleunigt. Dadurch wird
ein kontinuierliches Einblasen des Inertgases ohne rasche
Verstopfung der Bohrung unmöglich.
Zur Verhinderung eines Zusetzens oder Verstopfens der
Bohrung des Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl ohne
die Anwendung mechanischer Maßnahmen, wie Einblasen von
Inertgas, beschreibt die JP-OS (Japanese Patent Provisional
Publication) 62-1 48 676 (2.7.1987) einen Stahlschmelzen-
Tauchausguß aus einem Feuerfestmaterial, bestehend im we
sentlichen aus:
35-75 Gew.-% unstabilisiertes Zirkonoxid,
5-15 Gew.-% Graphit und
zum Rest stabilisiertes Zirkonoxid
5-15 Gew.-% Graphit und
zum Rest stabilisiertes Zirkonoxid
(bekannter Tauchausguß 1).
Der bekannte Stahlschmelzen-Tauchausguß 1 ist jedoch mit
folgenden Problemen behaftet:
Da unstabilisiertes und stabilisiertes Zirkonoxid kaum mit nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, reagieren, werden aufgrund der Umsetzung des den Tauchausguß bildenden Feuerfestmaterials mit den nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, in keinem Fall Vertiefungen an bzw. in der Oberfläche der Bohrung des Tauchausgusses für er schmolzenen Stahl gebildet; infolgedessen haften die nicht metallischen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, in keinem Fall an der Oberfläche der Bohrung an. Bei langzeitigem Betrieb bei hoher Temperatur im Bereich von 900-1100°C erfährt jedoch das unstabilisierte Zirkonoxid, das einen Hauptbestandteil des den Tauchausguß für erschmolzenen Stahl bildenden Feuerfestmaterials darstellt, eine Umwandlung seines Kristallgefüges mit einem erhöhten Wärmeausdehnungs koeffizienten, was einen Zerfall (disintegration) des Kristallkorns des unstabilisierten Zirkonoxids zur Folge hat. Außerdem tritt eine Reduktionsreaktion zwischen dem unstabilisierten Zirkonoxid mit zerfallenem Kristallkorn und Graphit auf, wodurch sich das Gefüge des Feuerfest materials verschlechtert.
Da unstabilisiertes und stabilisiertes Zirkonoxid kaum mit nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, reagieren, werden aufgrund der Umsetzung des den Tauchausguß bildenden Feuerfestmaterials mit den nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, in keinem Fall Vertiefungen an bzw. in der Oberfläche der Bohrung des Tauchausgusses für er schmolzenen Stahl gebildet; infolgedessen haften die nicht metallischen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, in keinem Fall an der Oberfläche der Bohrung an. Bei langzeitigem Betrieb bei hoher Temperatur im Bereich von 900-1100°C erfährt jedoch das unstabilisierte Zirkonoxid, das einen Hauptbestandteil des den Tauchausguß für erschmolzenen Stahl bildenden Feuerfestmaterials darstellt, eine Umwandlung seines Kristallgefüges mit einem erhöhten Wärmeausdehnungs koeffizienten, was einen Zerfall (disintegration) des Kristallkorns des unstabilisierten Zirkonoxids zur Folge hat. Außerdem tritt eine Reduktionsreaktion zwischen dem unstabilisierten Zirkonoxid mit zerfallenem Kristallkorn und Graphit auf, wodurch sich das Gefüge des Feuerfest materials verschlechtert.
Bei langzeitiger Verwendung von stabilisiertem Zirkonoxid
bei hoher Temperatur, wie oben beschrieben, beschleunigt
sich ferner dessen Destabilisierung und Umwandlung in un
stabilisiertes Zirkonoxid. Dies führt zu einer ähnlichen
Erscheinung, wie oben beschrieben, und einer Verschlechte
rung des Gefüges des Feuerfestmaterials.
Infolgedessen bilden sich Vertiefungen oder Ausbuchtungen
in der Oberfläche der Bohrung des Tauchausgusses für er
schmolzenen Stahl. In diesen Vertiefungen kommen nicht
metallische Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, zum Anhaften
und Ansammeln, was zu einem Zusetzen oder Verstopfen der
Bohrung des Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl führt.
Es erweist sich mithin als schwierig, diesen (Stahlschmel
zen-)Tauchausguß über einen langen Zeitraum hinweg für das
Stranggießen von erschmolzenem Stahl einzusetzen.
Zur Verhinderung eines Zusetzens bzw. einer Verstopfung
der Bohrung des Tauchausgusses für den erschmolzenen Stahl
ohne Anwendung mechanischer Maßnahmen, wie Einblasen eines
Inertgases, ist ferner aus der JP-OS 57-71 860 (5.5.1982)
ein Tauchausguß für erschmolzenen Stahl bekannt, der unter
Verwendung eines Feuerfestmaterials hergestellt wurde, das
im wesentlichen aus:
10 bis 50 Gew.-% Graphit,
20 bis 75 Gew.-% Calciumoxid
und zum Rest metallisches Aluminium und Siliziumkarbid besteht (bekannter Tauchausguß 2).
10 bis 50 Gew.-% Graphit,
20 bis 75 Gew.-% Calciumoxid
und zum Rest metallisches Aluminium und Siliziumkarbid besteht (bekannter Tauchausguß 2).
Der bekannte Tauchausguß 2 für erschmolzenen Stahl ist
jedoch mit folgenden Nachteilen behaftet:
Zugegebenermaßen reagiert Calciumoxid (CaO) rasch mit den
bei der Reaktion des als Desoxidationsmittel zugesetzten
Aluminiums mit dem in erschmolzenem Stahl vorhandenem
Sauerstoff gebildeten nicht-metallischen Einschlüssen, wie
α-Aluminiumoxid, unter Bildung niedrigschmelzender Ver
bindungen. Folglich wirkt Calciumoxid im Sinne einer Ver
hinderung des Anhaftens und Ansammelns der nicht-metalli
schen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche
der Bohrung. Wenn jedoch Calciumoxid alleine vorhanden ist,
reagiert dieses selbst bei Raumtemperatur heftig mit Wasser
oder Luftfeuchtigkeit unter Bildung von Calciumhydroxid
(Ca(OH)2), das leicht zerfällt und in ein Pulver übergeht.
Auf diese Weise kommt es zu einer Beeinträchtigung der
Form des Tauchausgusses für den erschmolzenen Stahl. Die
Lagerung des Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl erfor
dert folglich erhebliche Sorgfalt. Darüber hinaus entsteht
infolge des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Calcium
oxid im Inneren des Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl
eine erhebliche Wärmespannung, wenn Calciumoxid alleine
vorhanden ist und erwärmt wird. Auf diese Weise kommt es
zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung, was wiederum
eine schlechtere Wärmeschockbeständigkeit des Tauchausgusses
für den erschmolzenen Stahl zur Folge hat.
Aus den genannten Gründen bereitet es Schwierigkeiten,
einen aus einem Feuerfestmaterial, in dem Calciumoxid
alleine vorhanden ist, hergestellten Tauchausguß für er
schmolzenen Stahl über längere Zeit hinweg zum kontinuier
lichen Gießen von erschmolzenem Stahl zu verwenden.
Zur Verhinderung eines Zusetzens oder Verstopfens der
Bohrung eines Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl ohne
die Anwendung mechanischer Maßnahmen, wie Einblasen eines
Inertgases, ist schließlich aus der JP-OS 64-40 154
(10.2.1989) ein weiterer Tauchausguß für erschmolzenen Stahl
bekannt, der unter Verwendung eines Feuerfestmaterials her
gestellt wurde, das im wesentlichen aus
10-40 Gew.-% Graphit und
60-90 Gew.-% Calciumzirkonat,
(wobei der Gehalt an Calciumoxid im Calciumzirkonat, be zogen auf 100 Gew.-Teile des Calciumzirkonats, im Bereich von 23-36 Gew.-Teilen liegt) besteht (bekannter Tauchausguß 3).
10-40 Gew.-% Graphit und
60-90 Gew.-% Calciumzirkonat,
(wobei der Gehalt an Calciumoxid im Calciumzirkonat, be zogen auf 100 Gew.-Teile des Calciumzirkonats, im Bereich von 23-36 Gew.-Teilen liegt) besteht (bekannter Tauchausguß 3).
Der bekannte Tauchausguß 3 für erschmolzenen Stahl ist je
doch mit folgenden Nachteilen behaftet:
Zum Zwecke der Überwindung der mit dem bekannten Tauchausguß 2, in welchem Calciumoxid allein vorhanden ist, verbundenen Probleme ist der bekannte Tauchausguß 3 aus einem haupt sächlich aus Calciumzirkonat bestehenden Feuerfestmaterial geformt. Daher hat die Berührung des im Calciumzirkonat enthaltenden Calciumoxids mit den entstehenden nicht metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, eine be schleunigte Reaktion zwischen diesen Komponenten unter Bil dung von niedrigschmelzenden Verbindungen zur Folge. Da Calciumoxid nicht allein vorhanden ist, tritt keine Ver schlechterung des Gefüges des Tauchausgusses für erschmol zenen Stahl auf. Beim bekannten Tauchausguß 3 wandert je doch das im Calciumzirkonat enthaltene Calciumoxid nicht in ausreichendem Maße zur Oberfläche der von der Stahl schmelze durchströmten Bohrung des Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl, so daß das Calciumoxid nicht in aus reichenden Kontakt mit den entstehenden nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, gelangt. Infolgedessen ist die durch die Umsetzung zwischen Calciumoxid und den nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, her beigeführte Erzeugung von niedrigschmelzenden Verbindungen unzureichend, um das Anhaften und Ansammeln der nicht metallischen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche der Bohrung des Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl wirksam zu verhindern.
Zum Zwecke der Überwindung der mit dem bekannten Tauchausguß 2, in welchem Calciumoxid allein vorhanden ist, verbundenen Probleme ist der bekannte Tauchausguß 3 aus einem haupt sächlich aus Calciumzirkonat bestehenden Feuerfestmaterial geformt. Daher hat die Berührung des im Calciumzirkonat enthaltenden Calciumoxids mit den entstehenden nicht metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, eine be schleunigte Reaktion zwischen diesen Komponenten unter Bil dung von niedrigschmelzenden Verbindungen zur Folge. Da Calciumoxid nicht allein vorhanden ist, tritt keine Ver schlechterung des Gefüges des Tauchausgusses für erschmol zenen Stahl auf. Beim bekannten Tauchausguß 3 wandert je doch das im Calciumzirkonat enthaltene Calciumoxid nicht in ausreichendem Maße zur Oberfläche der von der Stahl schmelze durchströmten Bohrung des Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl, so daß das Calciumoxid nicht in aus reichenden Kontakt mit den entstehenden nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, gelangt. Infolgedessen ist die durch die Umsetzung zwischen Calciumoxid und den nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, her beigeführte Erzeugung von niedrigschmelzenden Verbindungen unzureichend, um das Anhaften und Ansammeln der nicht metallischen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, auf der Oberfläche der Bohrung des Tauchausgusses für erschmolzenen Stahl wirksam zu verhindern.
Es besteht folglich ein erheblicher Bedarf nach einem
Tauchausguß für erschmolzenen Stahl, bei dem sich wirksam
ein Zusetzen bzw. eine Verstopfung der Bohrung und eine
Gefügeverschlechterung des den Tauchausguß bildenden
Feuerfestmaterials auch ohne mechanische Maßnahmen, z. B.
ein Einblasen von Inertgas, wirtschaftlich und über einen
langen Zeitraum hinweg verhindern lassen.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Tauch
ausgusses für Stahlschmelze bzw. erschmolzenen Stahl, bei
dem sich wirksam ein Zusetzen bzw. eine Verstopfung der
Bohrung und eine Gefügeverschlechterung des den Tauchausguß
bildenden Feuerfestmaterials auch ohne mechanische Maßnah
men, z. B. ein Einblasen von Inertgas, wirtschaftlich und
über einen langen Zeitraum hinweg verhindern lassen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Tauchausguß für er
schmolzenen Stahl mit einer Bohrung längs seiner Achse,
durch die erschmolzener Stahl fließt, der dadurch gekenn
zeichnet ist, daß zumindest ein Teil eines die Bohrung
bildenden Innenbereichs des Tauchausgusses für erschmolzenen
Stahl aus einem Feuerfestmaterial gebildet ist, das im we
sentlichen aus 40 bis 89 Gew.-% eines Calciumzirkonat ent
haltenden Zirkonoxidklinkers mit einem Gehalt an Calcium
oxid im Bereich von 8 bis 35 Gew.-Teilen, bezogen auf
100 Gew.-Teile des Zirkonoxidklinkers, 10 bis 35 Gew.-%
Graphit und 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-%,
Calciumsilikat eines Calciumoxidgehalts im Bereich von
40 bis 54 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des
Calciumsilikats, besteht.
Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen lotrechten Schnitt durch eine(n)
Gießschnauze oder -ausguß in Form eines Tauchaus
gusses für erschmolzenen Stahl gemäß einer Ausfüh
rungsform der Erfindung und
Fig. 2 einen schematischen lotrechten Schnitt durch eine(n)
Gießschnauze oder -ausguß in Form eines Tauchaus
gusses für erschmolzenen Stahl gemäß einer anderen
Ausführungsform der Erfindung.
Wenn man einen Tauchausguß für Stahlschmelze bzw. erschmol
zenen Stahl mit Hilfe eines Feuerfestmaterials, das Zirkon
oxidklinker mit Calciumzirkonat enthält, herstellt, läßt
sich die heftige Reaktion von Calciumoxid mit Wasser oder
Luftfeuchtigkeit dämpfen und damit eine Verschlechterung
des Gefüges des Tauchausgusses für den erschmolzenen Stahl
verhindern. Einen Zirkonoxidklinker mit Calciumzirkonat und
gegebener Teilchengröße erhält man insbesondere durch Er
schmelzen von Calciumoxid und Zirkonoxid in einem elektri
schen Ofen bei einer Temperatur von mindestens 1600°C, an
schließendes Abkühlen der erhaltenen Schmelze unter Ver
festigung derselben und abschließendes Pulverisieren des
erhaltenen Feststoffs. Der hierbei erhaltene Zirkonoxid
klinker, der Calciumzirkonat (CaO×ZrO2) enthält, ist ähn
lich stabil wie stabilisiertes Zirkonoxid und besitzt einen
geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Er hemmt eine heftige
Reaktion des Calciumoxids mit Wasser oder Luftfeuchtigkeit
und verhindert damit eine Gefügeverschlechterung des Tauch
ausgusses für den erschmolzenen Stahl.
Wenn der genannte Zirkonoxidklinker mit Calciumzirkonat
gemeinsam mit Calciumsilikat (CaO×SiO2) vorhanden ist,
neigt das in jedem Zirkonoxidklinkerteilchen enthaltene
Calciumoxid unter dem Einfluß des gleichzeitig vorhandenen
Calciumsilikats ohne weiteres zu einer Wanderung in Richtung
auf die Oberfläche jeden Zirkonoxidklinkerteilchens. Mit
anderen Worten gesagt, wandert das mit dem α-Aluminiumoxid,
d.h. dem Hauptbestandteil der auf der Oberfläche der Boh
rung des Tauchausgusses für den erschmolzenen Stahl anhaf
tenden nicht-metallischen Einschlüsse, reagierende Calcium
oxid in Richtung zur Oberfläche jeden Zirkonoxidklinker
teilchens und sammelt sich dort an.
Weiterhin besitzt Calciumsilikat neben der oben angegebenen
Wirkung eine Wirkung oder Funktion zum Ergänzen der Menge
an Calciumoxid, die mit dem α-Aluminiumoxid in der Stahl
schmelze reagieren soll.
Zudem bewirkt das Calciumsilikat, das (selbst) mangelhafte
Feuerfestigkeit aufweist, bei gemeinsamer Verwendung mit
Graphit und Zirkonoxidklinker in keinem Fall eine Ver
schlechterung der Feuerfesteigenschaft des Feuerfestma
terials.
Es ist mithin möglich, eine heftige Reaktion von Calcium
oxid mit Wasser oder Luftfeuchtigkeit zu verhindern, die
Reaktion zwischen Calciumoxid und α-Aluminiumoxid zu be
günstigen, diese Reaktion unter Bildung von niedrigschmel
zenden Verbindungen, wie CaO · Al2O3 und 3CaO · Al2O3, über
einen langen Zeitraum hinweg ablaufen zu lassen und damit
wirksam langfristig das Anhaften und Ansammeln von nicht
metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, auf der
Oberfläche der Bohrung des Stahlschmelzen-Tauchausgusses
zu verhindern.
Im folgenden werden die Gründe für die spezielle chemische
Zusammensetzung des zumindest einen Teil des eine Bohrung
festlegenden Innenbereichs des Tauchausgusses für den
erschmolzenen Stahl bildenden Feuerfestmaterials angegeben:
Zirkonoxidklinker besitzt einen geringen Wärmeausdehnungs
koeffizienten und eine hervorragende Abblätterungsbeständig
keit. Wenn jedoch der Gehalt an Zirkonoxidklinker unter
40 Gew.-% liegt, wird die Menge an Calciumoxid, das mit
den nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid,
in dem erschmolzenen Stahl reagieren soll, unzureichend,
so daß sich auch das Anhaften und Ansammeln der nicht
metallischen Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid, auf der Ober
fläche der Bohrung des Tauchausgusses für den erschmolzenen
Stahl nicht verhindern lassen. Liegt andererseits der Gehalt
an Zirkonoxidklinker über 89 Gew.-%, ergibt sich ein ab
normaler Wärmeausdehnungskoeffizient bei einer Temperatur
von mindestens etwa 900°C, und die Abblätterungsbeständig
keit verschlechtert sich. Folglich sollte die Menge an
Zirkonoxidklinker im Bereich von 40-89 Gew.-% liegen. Der
Zirkonoxidklinker sollte vorzugsweise eine durchschnitt
liche Teilchengröße von bis zu 44µm aufweisen, um eine zu
friedenstellende Oberflächenglätte des Tauchausgusses zu
gewährleisten.
Das in Zirkonoxidklinker enthaltene Calciumoxid, dessen
Eigenschaft zur heftigen Reaktion mit Wasser oder Luft
feuchtigkeit in hohem Maße verlorengegangen ist, reagiert
mit den nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminium
oxid, in erschmolzenem Stahl unter Bildung der niedrig
schmelzenden Verbindungen. Liegt der Gehalt an Calcium
oxid in dem Zirkonoxidklinker unter 8 Gew.-Teilen, bezogen
auf 100 Gew.-Teile Zirkonoxidklinker, stellt sich jedoch
der gewünschte Effekt nicht ein. Darüber hinaus bedingt
die Anwesenheit von Baddeleyit (ZrO2) im Zirkonoxidklinker
eine Gefügeverschlechterung des Tauchausgusses für den
erschmolzenen Stahl. Liegt der Gehalt an Calciumoxid im
Zirkonoxidklinker über 35 Gew.-Teilen, bezogen auf 100
Gew.-Teile Zirkonoxidklinker, reagiert das nicht zu
Calciumzirkonat gelöste, allein im Zirkonoxidklinker ent
haltene Calciumoxid heftig mit Wasser oder Luftfeuchtigkeit
und besitzt einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Darüber hinaus kommt es hierbei zu einer Gefügeverschlech
terung des Tauchausgusses für den erschmolzenen Stahl.
Folglich sollte der Gehalt an Calciumoxid im Zirkonoxid
klinker auf einen Bereich von 8 bis 35 Gew.-Teilen, bezogen
auf 100 Gew.-Teile Zirkonoxidklinker, begrenzt werden.
Graphit besitzt die Funktion einer Verbesserung der Oxida
tionsbeständigkeit, der Benetzbarkeit des Feuerfestma
terials durch erschmolzenen Stahl und einer Erhöhung der
Wärmeleitfähigkeit des Feuerfestmaterials. Insbesondere
eignet sich natürlicher Graphit zur Gewährleistung der
geschilderten Funktion. Wenn jedoch der Gehalt an Graphit
unter 10 Gew.-% liegt, stellt sich der gewünschte Effekt
bei gleichzeitig schlechter Abblätterungsbeständigkeit
nicht ein. Liegt der Gehalt an Graphit über 35 Gew.-%,
geht andererseits die Korrosionsbeständigkeit verloren.
Folglich sollte der Graphitgehalt auf einen Bereich von
10 bis 35 Gew.-% begrenzt werden. Vorzugsweise sollte der
Graphit eine durchschnittliche Teilchengröße von bis zu
500µm aufweisen, damit die geschilderten Funktionen voll
zur Geltung kommen.
Calciumsilikat (CaO×SiO2) fördert die Bewegung des
Calciumoxids in jedem Zirkonoxidklinkerteilchen in Richtung
auf die Oberfläche eines jeden Zirkonoxidteilchens und die
Ansammlung des Calciumoxids auf dieser Oberfläche. Außer
dem besitzt Calciumsilikat eine Funktion zur Ergänzung
der mit dem α-Aluminiumoxid im erschmolzenen Stahl umzu
setzenden Menge an Calciumoxid. Wenn der Calciumsilikat
gehalt jedoch unter 1 Gew.-% liegt, stellt sich der ge
wünschte Effekt nicht ein. Wenn andererseits der Calcium
silikatgehalt 25 Gew.-% übersteigt, verschlechtert sich
unter Herabsetzung der Korrosionsbeständigkeit und der
Feuerfesteigenschaften auch die Struktur des Feuerfest
materials. Folglich sollte der Calciumsilikatgehalt auf
einen Bereich von 1-25 Gew.-%, vorzugsweise 2-20 Gew.-%
beschränkt werden. Im Hinblick auf die Verbesserung der
obengenannten Funktionen des Calciumsilikats und die Er
zielung einer zufriedenstellenden Oberflächenglätte des
Tauchausgusses sollte das Calciumsilikat vorzugsweise
eine mittlere Teilchengröße von bis zu 44µm aufweisen.
Als Calciumsilikat kann z.B. Calciummetasilikat mit
48,3 Gew.-% CaO und 51,7 Gew.-% SiO2 eingesetzt werden.
Im Calciumsilikat (CaO×SiO2) enthaltenes Calciumoxid be
sitzt die Funktion der Ergänzung der im Zirkonoxidklinker
enthaltenen Calciumoxidmenge, die mit dem α-Aluminiumoxid
im erschmolzenen Stahl reagieren soll. Wenn das Molver
hältnis von Calciumoxid zu Siliziumdioxid im Calcium
silikat 1:1 beträgt, reagiert das im Calciumsilikat ent
haltende Calciumoxid in keinem Fall heftig mit Wasser
oder Luftfeuchtigkeit. Bei einem Calciumoxidgehalt im
Calciumsilikat von unter 40 Gew.-Teilen, bezogen auf
100 Gew.-Teile Calciumsilikat, kann die beschriebene ge
wünschte Wirkung der Ergänzung der Calciumoxidmenge im
Zirkonoxidklinker nicht erzielt werden. Wenn andererseits
der Calciumoxidgehalt im Calciumsilikat 54 Gew.-Teile,
bezogen auf 100 Gew.-Teile Calciumsilikat, übersteigt,
reagiert das nicht zu Calciumsilikat gelöste Calciumoxid
heftig mit Wasser oder Luftfeuchtigkeit unter Verschlech
terung des Gefüges des (Stahlschmelzen-) Tauchausgusses.
Folglich sollte der Gehalt an Calciumoxid im Calciumsilikat
auf einen Bereich von 40-54 Gew.-Teilen, bezogen auf
100 Gew.-Teile Calciumsilikat, begrenzt werden.
Zur Verbesserung der Abblätterungsbeständigkeit und der
Oxidationsbeständigkeit des den Tauchausguß für erschmolze
nen Stahl bildenden Feuerfestmaterials kann weiterhin
Siliziumkarbid zugesetzt werden.
Im folgenden sind anhand der Zeichnung Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Tauchausgusses für erschmolzenen
Stahl näher erläutert.
In Fig. 1 ist ein(e) als Tauchausguß ausgebildete(r) er
findungsgemäße(r) Gießschnauze oder -ausguß für erschmol
zenen Stahl im lotrechten Schnitt dargestellt. Diese Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Tauchausgusses für er
schmolzenen Stahl ist zwischen einer Gießwanne und einer
darunter angeordneten senkrechten Kokille angeordnet. Wie
aus Fig. 1 ersichtlich, besitzt ein erfindungsgemäßer
Tauchausguß 4 für erschmolzenen Stahl längs seiner Achse
eine von erschmolzenem Stahl durchströmte Bohrung 1. Ein
Innenbereich 2 des Tauchausgusses 4 für erschmolzenen Stahl,
der die Bohrung 1 bildet, besteht aus einem Feuerfestma
terial der angegebenen chemischen Zusammensetzung. Der den
inneren Bereich 2 umgebende äußere Bereich 3 besteht aus
einem Feuerfestmaterial, beispielsweise einem Aluminium
oxid/Graphit-Feuerfestmaterial hervorragender Erosionsbe
ständigkeit gegenüber erschmolzenem Stahl. Bei dem darge
stellten Tauchausguß 4 für erschmolzenen Stahl kann man
ein Anhaften und Ansammeln der in erschmolzenem Stahl vor
handenen nicht-metallischen Einschlüsse, wie α-Aluminium
oxid, auf der Oberfläche des die Bohrung 1 bildenden inne
ren Bereichs 2 des Tauchausgusses 4 für den erschmolzenen
Stahl über lange Zeit hinweg verhindern.
Fig. 2 zeigt in schematischer lotrechter Schnittansicht
eine zweite Ausführungsform einer (eines) erfindungsgemäßen
Gießschnauze oder -ausgusses in Form eines Tauchausgusses
für erschmolzenen Stahl.
Der in Fig. 2 dargestellte (Stahlschmelzen-)Tauchausguß 4
gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht im Aufbau der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform des Tauchausgus
ses 4 für erschmolzenen Stahl, nur mit dem Unterschied,
daß der gesamte, den unteren Bereich einer Bohrung 1 bil
dende untere Abschnitt des Stahlschmelzen-Tauchausgusses 4
aus einem Feuerfestmaterial der angegebenen chemischen Zu
sammensetzung geformt ist. Den Teilen der ersten Ausfüh
rungsform entsprechende Teile sind daher mit den gleichen
Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht im einzelnen
beschrieben.
Der Tauchausguß 4 für erschmolzenen Stahl gemäß der zweiten
Ausführungsform besitzt eine längere Betriebslebensdauer
(Standzeit) als der Tauchausguß 4 gemäß der ersten Aus
führungsform, weil das die angegebene chemische Zusammen
setzung aufweisende Feuerfestmaterial, das den unteren Be
reich der Bohrung 1 bildet, in welchem die Reaktion zwi
schen Calciumoxid und den nicht-metallischen Einschlüssen,
wie α-Aluminiumoxid, am aktivsten (heftigsten) stattfindet,
gemäß Fig. 2 eine ausreichende Dicke aufweist.
Der erfindungsgemäße Tauchausguß für erschmolzenen Stahl
ist im folgenden in einem Beispiel näher beschrieben.
Zunächst werden Calciumoxid (CaO) und Zirkonoxid (ZrO2)
in einem elektrischen Ofen bei einer Temperatur von min
destens 1600°C erschmolzen. Die erhaltene Schmelze wird
zur Verfestigung auf Raumtemperatur abgekühlt und danach
in einer Kugelmühle pulverisiert, wobei ein Zirkonoxid
klinker mit Calciumzirkonat (CaO×ZrO2) einer durchschnitt
lichen Teilchengröße von bis zu 44µm erhalten wird. Der
Gehalt an Calciumoxid in dem erhaltenen Zirkonoxidklinker
liegt im Bereich von 8 bis 35 Gew.-Teilen, bezogen auf
100 Gew.-Teile Zirkonoxidklinker.
Verschiedenen,den in der geschilderten Weise hergestellten
Zirkonoxidklinker mit Calciumzirkonat enthaltenden Roh
materialmischungen Nr. 1-4 der in Tabelle I angegebenen
Zusammensetzung wird ein pulverförmiges bzw. flüssiges
Phenolharz in einer Menge von 5 bis 10 Gew.-% einverleibt.
Die eine erfindungsgemäße Zusammensetzung aufweisenden Roh
materialmischungen Nr. 1 bis 4 mit dem zugesetzten Phenolharz
werden gründlich durchgemischt und -geknetet, um eine Knet
masse herzustellen. Aus jeder der erhaltenen Knetmassen
werden ein 30 mm×30 mm×230 mm großer Formling zum
Testen der Anhaftungsmenge an nicht-metallischen Ein
schlüssen, wie A-Aluminiumoxid, und der Korrosionsbe
ständigkeit gegenüber erschmolzenem Stahl sowie ein weiterer
röhrenförmiger Formling eines Außendurchmessers von 100 mm,
eines Innendurchmessers von 60 mm und einer Länge von 250 mm
zum Testen der Abblätterbeständigkeit hergestellt. Die er
haltenen Formlinge werden zur Herstellung von Prüflingen
(im folgenden als "erfindungsgemäße Prüflinge Nr. 1 bis 4"
bezeichnet) bei einer Temperatur im Bereich von 1000-1200°C
reduktionsgebrannt.
Weiterhin wird den in der geschilderten Weise hergestellten
Zirkonoxidklinker enthaltenden Rohmaterialmischungen Nr.
5 bis 9 einer chemischen Zusammensetzung außerhalb des er
findungsgemäßen Bereichs (vgl. ebenfalls Tabelle I) pulver
förmiges bzw. flüssiges Phenolharz in einer Menge von
5 bis 10 Gew.-% einverleibt. Die erhaltenen Rohmaterial
mischungen Nr. 5 bis 9 mit dem zugesetzten Phenolharz werden
zur Zubereitung einer Knetmasse durchgemischt und -geknetet.
Aus den erhaltenen Knetmassen werden ein 30 mm×30 mm×
230 mm großer Formling zum Testen der Anhaftungsmenge an
nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, und
der Korrosionsbeständigkeit gegenüber erschmolzenem Stahl
sowie ein weiterer röhrenförmiger Formling eines Außendurch
messers von 100 mm, eines Innendurchmessers von 60 mm und
einer Länge von 250 mm zum Testen der Abblätterbeständigkeit
hergestellt. Die erhaltenen Formlinge werden zur Herstellung
von Vergleichsprüflingen ("Vergleichsprüflinge Nr. 5 bis 9")
bei einer Temperatur von 1000-1200°C reduktionsgebrannt.
Von den erfindungsgemäßen Prüflingen Nr. 1 bis 4 und den
Vergleichsprüflingen Nr. 5 bis 9 werden das spezifische
Schüttgewicht und die Porosität bestimmt. Die Ergebnisse
finden sich in Tabelle II.
Die erfindungsgemäßen röhrenförmigen Prüflinge Nr. 1 bis 4
bzw. die röhrenförmigen Vergleichsprüflinge Nr. 5 bis 9 mit
Außendurchmessern von 100 mm, Innendurchmessern von 60 mm
und Längen von 250 mm werden 30 min lang in einem elektri
schen Ofen auf eine Temperatur von 1500°C erwärmt und da
nach zur Ermittlung der Abblätterbeständigkeit rasch in
Wasser abgekühlt. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle II.
Die erfindungsgemäßen Prüflinge Nr. 1 bis 4 bzw. die
30 mm×30 mm×230 mm großen Vergleichsprüflinge Nr. 5 bis 9
werden in erschmolzenen Stahl einer Temperatur von 1550°C,
der Aluminium in einer Menge im Bereich von 0,03-0,05
Gew.-% enthält, 180 min lang getaucht, um das Erosionsver
hältnis (%) und die Anhaftungsmenge (mm) an nicht-metalli
schen Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, zu bestimmen. Die
Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle II zusammengestellt.
Wie aus Tabelle II hervorgeht, besitzen sämtliche erfindungs
gemäßen Prüflinge Nr. 1 bis 4 ein geringes Erosionsverhält
nis. Auf diese Weise läßt sich eine Gefügeverschlechterung
bzw. ein Formverlust des Feuerfestmaterials vermeiden. Die
erfindungsgemäßen Prüflinge Nr. 1 bis 4 besitzen zudem eine
hervorragende Abblätterbeständigkeit und zeigen kein An
haften von nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminium
oxid, so daß sich in diesem Falle ein Zusetzen bzw. ein Ver
stopfen der Bohrung des Tauchausgusses für erschmolzenen
Stahl wirksam verhindern läßt. Sämtliche Vergleichsprüf
linge Nr. 5 bis 9 zeigen dagegen eine große Menge an an
haftenden nicht-metallischen Einschlüssen, wie α-Aluminium
oxid, bei niedrigem Erosionsverhältnis, während die Ver
gleichsprüflinge Nr. 5 bis 9 ein hohes Erosionsverhältnis
zeigen, wenn keine nicht-metallischen Einschlüsse, wie
α-Aluminiumoxid, anhaften. Insbesondere zeigt der Ver
gleichsprüfling Nr. 5 eine sehr schlechte Abblätterbestän
digkeit, weil der Gehalt an Zirkonoxidklinker mit
Calciumzirkonat hoch ist und außerhalb des Rahmens der
Erfindung liegt. Weiterhin zeigt der Vergleichsprüfling
Nr. 5 eine große Menge an anhaftenden nicht-metallischen
Einschlüssen, wie α-Aluminiumoxid, weil er kein Calcium
silikat enthält. Der Vergleichsprüfling Nr. 6 besitzt eine
sehr mangelhafte Korrosionsbeständigkeit gegenüber Stahl
schmelze, weil der Calciumsilikatgehalt hoch ist und außer
halb des Rahmens der Erfindung liegt. Der Vergleichsprüf
ling Nr. 7 zeigt eine sehr schlechte Korrosionsbeständig
keit gegenüber Stahlschmelze, weil sein Graphitgehalt hoch
ist und außerhalb des Rahmens der Erfindung liegt, obgleich
der Gehalt an Zirkonoxidklinker mit Calciumzirkonat und
der Gehalt an Calciumsilikat innerhalb des Erfindungsrah
mens liegen. Die Vergleichsprüflinge Nr. 8 und 9 zeigen
große Mengen an anhaftenden nicht-metallischen Einschlüs
sen, wie α-Aluminiumoxid, da sie weder den Zirkonoxidklinker
mit Calciumzirkonat noch Calciumsilikat enthalten.
Bei einem erfindungsgemäßen Tauchausguß für erschmolzenen
Stahl läßt sich, wie detailliert erläutert, dauerhaft ein
Zusetzen bzw. ein Verstopfen der Bohrung des Tauchausgusses
durch nicht-metallische Einschlüsse, wie α-Aluminiumoxid,
ohne Gefügeverschlechterung des Feuerfestmaterials wirk
sam verhindern.
Claims (4)
1. Tauchausguß für erschmolzenen Stahl mit einer Bohrung
längs seiner Achse, durch die erschmolzener Stahl fließt,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil eines die
Bohrung bildenden Innenbereichs des Tauchausgusses für
erschmolzenen Stahl aus einem Feuerfestmaterial gebil
det ist, das im wesentlichen aus
40 bis 89 Gew.-% eines Calciumzirkonat enthaltenden Zirkonoxidklinkers mit einem Gehalt an Calciumoxid im Bereich von 8 bis 35 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Zirkonoxidklinkers,
10 bis 35 Gew.-% Graphit und
1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-%, Calcium silikat eines Calciumoxidgehalts im Bereich von 40 bis 54 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Calciumsilikats, besteht.
40 bis 89 Gew.-% eines Calciumzirkonat enthaltenden Zirkonoxidklinkers mit einem Gehalt an Calciumoxid im Bereich von 8 bis 35 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Zirkonoxidklinkers,
10 bis 35 Gew.-% Graphit und
1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-%, Calcium silikat eines Calciumoxidgehalts im Bereich von 40 bis 54 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Calciumsilikats, besteht.
2. Tauchausguß für erschmolzenen Stahl nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß er vollständig aus dem
genannten Feuerfestmaterial geformt ist.
3. Tauchausguß für erschmolzenen Stahl nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß sein die Bohrung bildender
Innenbereich aus dem genannten Feuerfestmaterial ge
formt ist.
4. Tauchausguß für erschmolzenen Stahl nach einem der An
sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkon
oxidklinker eine durchschnittliche Teilchengröße von
bis zu 44µm, der Graphit eine durchschnittliche Teil
chengröße von bis zu 500µm und das Calciumsilikat eine
durchschnittliche Teilchengröße von bis zu 44µm auf
weisen.
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