DE3904473C1 - Filler sand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Füllsand, wie er für Abstich- und Ausgußöffnungen metallurgischer Schmelzgefäße Verwendung findet. Derartige Füllmassen sind seit langem bekannt und dienen einem temporären Verschluß der genannten Abstich- und Ausgußöffnungen. Zum Beispiel im Bereich des Bodenabstiches eines Lichtbogenofens wird der Abstichkanal vor dem Chargieren des Ofens mit einer Verfüllmaschine mit einem Füllsand verfüllt. Während des Schmelzvorganges sintert das Verfüllmaterial zur flüssigen Schmelze hin unter Ausbildung einer meist kuppelartigen festen Glocke. Nach dem Öffnen des Abstichloches fällt das lose Füllmaterial heraus und die Sinterglocke bricht durch, so daß die Metallschmelze auslaufen kann.

Aus der DE-PS 32 14 168 ist eine derartige kuppelbildende Füllmasse für einen Schieberverschluß an einer Gießpfanne bekannt, die aus Chromerzsand, Quarzsand und einem zur Kuppelbildung beitragenden, feinkörnigen Hilfsstoff besteht. Eine ähnliche Schieberfüllmasse offenbart die DE-PS 34 19 306, bei der als kuppelbildender Hilfsstoff Eisenoxid eingesetzt wird.

Wie sich aus dem DE-GM 86 32 176 entnehmen läßt, führt die Sinterung der bekannten Schieberfüllmasse im Kontaktbereich zur Metallschmelze häufig zu Problemen, weil die feste Kuppel so stark werden kann, daß der Abstich durch zusätzliche Maßnahmen wie Aufbrechen der Kuppel mit Stangen oder kurzes Brennen mit Sauerstoff eingeleitet werden muß.

Um die Öffnungsrate heraufzusetzen, wird nach dem DE-GM 86 32 176 vorgeschlagen, zwischen dem Inneren der Gießpfanne und der Gießhülse eine die Gießhülse überdeckende, siebartige Matte anzuordnen. Der mit der Konfektionierung der Matte verbundene Aufwand ist erheblich und löst im übrigen die genannten Probleme kaum.

Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, einen Füllsand der gattungsgemäßen Art anzubieten, bei dessen Verwendung die Öffnungsrate von Abstich- beziehungsweise Ausgußöffnungen auch unter ungünstigen Bedingungen optimiert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Füllsand vorgeschlagen, dessen wesentlicher Bestandteil Olivin ist. Olivin hat zwar im Stand der Technik neben den genannten Chromerz- und Quarzsanden bereits Verwendung als Füllsand gefunden. Die Öffnungsrate von Verschlußsystemen unter Verwendung von Olivin-Füllsanden war jedoch insbesondere unter ungünstigen Bedingungen unbefriedigend und erreichte teilweise noch nicht einmal Werte von 50%.

Im Rahmen von Entwicklungsarbeiten wurde jetzt der Grund hierfür gefunden. Durch einen relativ hohen Sauerstoffpartialdruck im Füllsand kommt es bei Verwendung bekannter Füllsande auf Olivinbasis im Kontaktbereich Füllsand-Metallschmelze zu einer Oxidation der Metallschmelze und insbesondere zu einer Bildung von Wüstit (FeO). Der Wüstit reagiert dann mit den bei hohen Temperaturen im Olivin stets in kleinen Mengen vorhandenen Schmelzphasen von Enstatit-ähnlicher Zusammensetzung. Enstatit ist die bei Raumtemperatur stabile Modifikation von Magnesiummetasilicat. Dabei bildet sich ein eisenreicherer Olivin. Der Füllsand verarmt entsprechend an Schmelzphasen und die Olivinkörner versintern untereinander und formen so eine starre, feste Schicht (Kuppel).

Basierend auf diesen Forschungsergebnissen liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß ein Gehalt an elementarem Kohlenstoff, und hierunter wird ein nicht oxidischer Kohlenstoff verstanden, in einem Füllsand auf Olivinbasis zu völlig anderen Reaktionsvorgängen im Füllsand führt, die im Sinne der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe einerseits vor dem Chargieren des Schmelzaggregates einen sicheren Verschluß ermöglichen und andererseits anschließend eine nahezu hundertprozentige Öffnungsrate sicherstellen.

Durch die Kohlenstoffzugabe wird Sauerstoff unter Bildung von Kohlenmonoxid gebunden. In entsprechendem Umfang sinkt der Sauerstoffpartialdruck im Füllsand so weit, daß der im Olivin neben Forsterit (Mg₂SiO₄) vorhandene Fayalit (Fe₂SiO₄) unter Bildung von metallischem Eisen und SiO₂ zerfällt. SiO₂ reagiert mit Mg weiter zu niedrigschmelzenden Phasen von Enstatit-ähnlicher Zusammensetzung. Diese niedrigschmelzenden Phasen verdichten den Füllsand im Kontaktbereich (Grenzflächenbereich) zur Metallschmelze, ohne jedoch eine Sinterung zu bewirken. Insoweit wird zwar eine Schutzschicht gegenüber der Metallschmelze ausgebildet, diese ist jedoch nicht selbsttragend und bricht sofort zusammen, wenn der darunterliegende Füllsand nach Öffnen des Ausgusses beziehungsweise nach dem Abstich ausgelaufen ist.

Versuche, die nachstehend noch näher skizziert werden, haben gezeigt, daß die Öffnungsrate unter Verwendung der neuartigen Füllsande deutlich erhöht wird. Gleichzeitig kann auf zusätzliche Maßnahmen wie die Anordnung von Netzen oder dergleichen verzichtet werden.

Der Kohlenstoffanteil sollte zwischen 0,5 und 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, betragen. Bevorzugt sind Kohlenstoffgehalte zwischen 1 und 10 Gew.-%. Als Kohlenstoffträger kommen insbesondere solche Materialien in Frage, bei denen der Kohlenstoff nur schwer ausbrennt. Grundsätzlich eignet sich zwar auch Holz, bevorzugt sind aber Graphit, insbesondere Elektro-Graphit, Koks (zum Beispiel Petrol- oder Pechkoks), Anthrazit oder dergleichen.

Der Olivinanteil kann teilweise durch andere oxidische, feuerfeste Bestandteile wie SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, ZrSiO₄, MgO, Cr₂O₃, CaO und/oder Dolomit ersetzt werden. Auf jeden Fall sollte der Olivingehalt jedoch mindestens 50 Gew.-% der Gesamtmasse betragen. Er kann in natürlicher, gebrannter oder/und ungebrannter Form vorliegen.

Bezüglich der Konfektionierung des Füllsandes haben sich Korngrößen kleiner 10 mm als besonders vorteilhaft herausgestellt, wobei ein Kornspektrum zwischen 1 und 6 mm bevorzugt ist.

Der Füllsand kann für alle Arten von Abstichen beziehungsweise Ausgußöffnungen verwendet werden. Beispielhaft seien Abstiche von EBT-Elektrolichtbogenöfen oder Ausgüsse von Gießpfannen genannt.

Zwei beispielhafte Rezepturen sind nachstehend angegeben:

• 1. Gebrannter Olivin (0,5 bis 6 mm) 90 Gew.-%,
  Elektrographit (0,5 bis 6 mm) 10 Gew.-%;
• 2. Natürlicher Olivin (0,2 bis 1 mm) 75 Gew.-%,
  Zirkoniumsilikat (0,2 bis 1 mm) 20 Gew.-%,
  Koks (0,2 bis 1 mm) 5 Gew.-%.

Gegenüber Olivin-Füllsanden ohne Elektrographit/Koks konnte die Öffnungsrate im Beispiel 1 von 90 auf 98% und im Beispiel 2 von 70 auf 96% verbessert werden. Mit anderen Rezepturen wurden zum Teil Öffnungsraten von 100% erzielt.

Wie sich aus den Beispielen bereits ergibt, kann die Kohlenstoff-Komponente in derselben Kornfraktion zugegeben werden wie das feuerfeste Aggregat. Ebenso ist es aber auch möglich, den Kohlenstoff in feinverteilter Form (zum Beispiel kleiner 0,1 mm) unterzumischen. Auf jeden Fall wird eine homogene Vermischung zumindest für den Teil des Füllsandes angestrebt, der im Kontaktbereich zur Metallschmelze steht. Danach könnten die Vorteile durch Verwendung des genannten Füllsandes auch dann erreicht werden, wenn zum Beispiel eine Ausgußöffnung zunächst mit einem konventionellen Füllsand auf Olivinbasis gefüllt und lediglich eine gewisse Abdeckschicht aus einem kohlenstoffhaltigen Material darauf angeordnet wird. Aus verfahrenstechnischen Gründen wird man jedoch in der Regel den Ausguß mit einer Qualität füllen.

Die besten Ergebnisse werden mit hohen Olivin-Anteilen erzielt. Mischungen, insbesondere mit hohen MgO und/oder Chromit-Anteilen haben keine Verbesserungen oder sogar Verschlechterungen der Öffnungsrate gezeigt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß MgO beispielsweise die entstehenden Schmelzphasen wieder ansteift und zu Versinterungen führt, während Chromit aufgrund seinen Eisenoxidgehaltes niedrigen Sauerstoffpartialdrücken entgegenwirkt.

Claims (9)

1. Füllsand für Abstich- und Ausgußöffnungen metallurgischer Schmelzgefäße auf Basis Olivin mit einem Gehalt an elementarem Kohlenstoff zwischen 0,5 und 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse.

2. Füllsand nach Anspruch 1 mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 1 und 20 Gew.-%.

3. Füllsand nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 1 und 10 Gew.-%.

4. Füllsand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der neben Olivin ein oder mehrere oxidische, feuerfeste Bestandteile wie SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, ZrSiO₄, MgO, Cr₂O₃, CaO und/oder Dolomit enthält.

5. Füllsand nach Anspruch 4, bei dem der Anteil an MgO, Cr₂O₃, CaO und Dolomit auf insgesamt 10 Gew.-% begrenzt ist.

6. Füllsand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Kohlenstoff in Form von Graphit, Koks, Anthrazit und/oder Holzkohle vorliegt.

7. Füllsand nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einer Kornfraktion kleiner 10 mm.

8. Füllsand nach Anspruch 7 in einer Kornfraktion zwischen 0,5 und 6 mm.

9. Füllsand nach Anspruch 8 in einer Kornfraktion zwischen 2 und 6 mm.