CH636129A5 - Verwendung von siliciumkarbid-presslingen als kupolofenzusatz. - Google Patents
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Description
Eine der Aufgaben der Erfindung besteht nun darin, auch bei Gusseisenschmelzen hohen Stahlschrottanteils in futterlosen Kupolöfen eine zuverlässige Steuerbarkeit des Si-Aus-bringens, d.h. unter möglichster Vermeidung eines Si-Abbrands zu gewährleisten. Eine weitere Aufgabe ist die günstige Beeinflussung der Schmelze, insbesondere der Schlacke, und eine Reproduktion der Eigenschaften des Gusseisens in engen Toleranzen zu ermöglichen. Die Lösung der gestellten Aufgaben gelingt durch die erfindungsgemässe Verwendung von Siliciumcarbid-Presslingen, die im Patentanspruch 1 definiert sind.
Die erfindungsgemäss verwendeten Presslingen können beispielsweise bis zu 10 Gew.% Kristallwasser enthalten.
Es ist zwar schon versucht worden, durch Zugabe von Koksgrus zu Siliciumkarbid-Presslingen das Si-Ausbringen zu verbessern. Befriedigende Ergebnisse konnten damit jedoch nicht erzielt werden. Möglicherweise ist dies darauf zurückzuführen, dass, in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen der jeweilige Kupolofen gefahren wird, ein mehr oder weniger grosser Anteil Koksgrus bereits im Schacht verbrennt. Es wäre dann verständlich, dass, wegen des schwankenden Kohlenstoffgehalts des Siliciumkarbid-Presslings, schwankendes Si-Ausbringen eintritt. Demgegenüber ist bei der erfindungsgemässen Verwendung der Eintritt eines hinsichtlich seiner Zusammensetzung, insbesondere des Kohlenstoffgehalts praktisch unveränderten Siliciumkarbid-Presslings in der Schmelzzone gewährleistet. Auf dem beschriebenen Wege gelingt die Lösung der gestellten Aufgaben, insbesondere eine sichere Steuerung des Si-Ausbrin-gens auf sehr hohem Niveau, und die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften des Gusseisens. Von ganz besonderer Bedeutung ist aber, dass die Ergebnisse bei hohen Stahlschrottanteilen auch bei in weiten Bereichen schwankender Zusammensetzung der Eisengattierung erzielbar sind. Es sind zwar Presslinge, die neben Graphit auch Siliciumkarbid enthalten können, bereits bekannt (US-Patentschrift 2540173). Dort ist aber keinerlei Hinweis auf die hier gestellte Aufgabe enthalten, noch irgendeine Andeutung, dass die Probleme bei Gattierungen hohen Stahlschrottanteils in Gusseisenschmelzen in der beschriebenen Weise gelöst werden könnten. Niemand vermochte auch in rund einem Vierteljahrhundert seit der Veröffentlichung der Entgegenhaltung eine Andeutung in dieser Richtung zu entnehmen.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der Verwendung der im Patentanspruch 2 definierten Siliciumkarbid-Presslinge.
Unter Graphit werden hier jene Graphitformen verstanden, deren Kristalle für das Auge oder für das Lichtmikroskop sichtbar sind, also die klassischen Formen des Graphits. Graphit unterscheidet sich von Kohle schon durch seine ausserordentliche Temperatur- und Oxidationsbestän-digkeit; Graphit brennt praktisch nicht. Es kann sowohl synthetischer Graphit, wie er beispielsweise durch Erhitzen fein kristallinen Kohlenstoffs oder aus Koksen hergestellt werden kann (Graphitierung), als auch natürlicher Graphit (z.B. Madagaskargraphit, Ceylongraphit, koreanischer oder mexikanischer Graphit) verwendet werden. Auch Graphitabfälle, wie sie auf den Gebieten der Elektrotechnik und Chemietechnik anfallen, können verwendet werden. Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäss verwendeten Siliciumkarbid-Presslinge Elektrodengraphit, wie er entweder bei der Herstellung von Graphitelektroden oder als nicht verbrauchter Elektrodenrest anfällt. Die besondere Eignung gerade des Elektrodengraphits erklärt sich möglicherweise aus dem geringen Gehalt an störenden Beimengungen, der meist unter 2 oder sogar unter 1 Gew.% liegt, sowie aus dem Umstand, dass zur Herstellung der Elektroden regelmässig Peche und Teere, insbesondere Steinkohlenpeche und Teere verwendet werden, also wiederum hochkohlenstoffhaltige, beimen-gungsarme Binder.
Der in den erfindungsgemäss verwendeten Siliciumkarbid-Presslingen enthaltene Graphit dürfte in erster Linie zur Desoxidation oxydischer Bestandteile, wie FeO, Fe203, MnO zur Verfügung stehen, so dass eine Entfremdung des zur Aufsilizierung zugesetzten Siliciumkarbids, etwa unter Bildung von SÌO2 und Übergang in Schlacke, vermieden wird. Darüber hinaus wird eine gute Aufkohlung bewirkt; die Satzkoksmenge kann verringert werden. Der Graphit trägt für thermische Zwecke wenig bei, wenn auch die erfindungsgemäss verwendeten Siliciumkarbid-Presslinge grundsätzlich noch Koksgrus, meist dann in untergeordneten Mengen,
oder Gemische von Graphit mit anderen Kohlenstoff-Formen enthalten können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Bildung aggressiver Schlacken vermieden wird.
Der in den erfindungsgemäss verwendeten Siliciumkarbid-
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Presslingen enthaltene Graphit kann unterschiedliche Teil-chengrössen aufweisen. Häufig besitzt der überwiegende Teil des Graphits beispielsweise eine Teilchengrösse im Bereich von 0,1 bis 15 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 2 mm.
Art und Menge der in den erfindungsgemäss verwendeten Siliciumkarbid-Presslingen enthaltenen weiteren Bestandteile sollten zweckmässig so sein, dass sie keine nachteiligen Wirkungen auf die Schmelze oder die Eigenschaften des Gusseisens ausüben. Von den als Oxiden definierten weiteren Stoffen AI2O3, SÌO2, CaO, die auch in Form ihrer Verbindungen enthalten sein können, liegt insbesondere Calcium ganz überwiegend in einer als Bindemittel wirksamen Form, nämlich in Form von Zement vor, wenn auch die Gegenwart als Karbonat nicht ausgeschlossen ist. Auch wenn AI2O3 und SiO: innerhalb des Zementanteils, also in gebundener Form, enthalten sind, ist noch die Gegenwart weiterer Anteile von AhO.î und insbesondere von SÌO2 erwünscht. Vorzugsweise liegen diese Anteile dann zumindest teilweise in Form keramischer Scherben vor. Es hat sich gezeigt, dass diese in den erfindungsgemäss verwendeten Siliciumkarbid-Presslingen enthaltenen weiteren Stoffe als wirksame Kupolofenzusätze das Si-Ausbringen günstig beeinflussen, was möglicherweise zum Teil auf einen Umhüllungs- und Verdünnungseffekt für das Siliciumkarbid zurückgeht. Diese weiteren in den Silici-umkarbid-Presslingen enthaltenen Zusatzstoffe haben aber darüber hinaus auch eine schlackenbeeinflussende Wirkung. Insbesondere kann hierdurch der Bildung zu stark basischer und zähflüssiger Schlacken entgegengewirkt werden. Die Siliciumkarbid-Presslinge enthalten, berechnet in Form ihrer Oxide 2 bis 30 Gew.% AI2O3,7-30 Gew.% S1O2 und 5 bis 25 Gew.% CaO, bezogen auf das Gesamtgewicht des Presslings. Das Zementbindemittel ist in Mengen von 10 bis 25 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Presslings, enthalten. Eisenpordandzement oder Portlandzement sind bevorzugt, wenn auch die Verwendung von Hochofenzement und anderer weniger gängigen Zementsorten nicht ausgeschlossen ist.
Als Siliciumkarbid hohen SiC-Gehalts kann beispielsweise metallurgisches SiC enthalten sein. Bevorzugt sind jedoch Siliciumkarbid-Ausgangsmaterialien geringeren SiC-Gehalts, wie beispielsweise die verschiedenen Arten des Kapselbruchs. In aller Regel sind hier jeweils gewisse Mengen AI2O3 und SÌO2 enthalten, so dass durch Zugabe von AI2O3 und SÌO2 und/oder Zement, die gewünschten Gehalte an diesen weiteren Zusatzstoffen eingestellt werden können. Dabei kann AI2O3 bzw. SÌO2 in Form von Abfällen und Brennhilfsmitteln aus der Porzellanindustrie, als Korund, insbesondere Bruch anorganisch gebundener Korundschleifscheiben, bzw. als Sand, Quarz u. dgl., zugesetzt werden. Es ist auch der Zusatz von weiteren Materialien, die sowohl
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AI2O3 als auch SÌO2 enthalten, wie beispielsweise Basalt, möglich.
Die Formgebung der erfindungsgemäss verwendeten Presslinge kann in der Weise erfolgen, dass die verschiedenen Ausgangsmaterialien, nach vorangehender Zerkleinerung, in den zur Einstellung der gewünschten Gehalte erforderlichen Mengen gemischt, homogenisiert, mit Wasser angemacht und dann in Formen gebracht werden, von denen sie nach Verfestigung befreit werden. Dabei ist es auch möglich, die Zerkleinerung der einzelnen Bestandteile erst in der Misch-und Homogenisierungsstufe vorzunehmen.
Gattierungen mit einem Stahlschrottanteil von beispielsweise 50 Gew.% oder mehr, wie 50 bis 80 Gew.%, bezogen auf die Gesamtgattierung, können verwendet werden, ohne dass das Si-Ausbringen nachteilig beeinflusst würde. Selbst mit derartig extrem hohen Stahlschrottanteilen gelingt noch ein sicheres und gezieltes Si-Ausbringen. Sinngemäss das gleiche gilt für die Verwendung eines stark rostigen Stahlschrotts, beispielsweise einer Gattierung mit einem Stahlschrottanteil hohen Rostgehaltes. Unter futterlosen Kupolöfen sind auch solche Öfen zu verstehen, bei denen, bei zunächst gefütterten Kupolöfen, nach mehrtätigen Ofenreisen ein weitgehender oder völliger Futterabbrand, eingetreten ist. Voraussetzung ist natürlich das Vorhandensein einer Mantelkühlung.
In den nachfolgenden Beispielen ist die Zusammensetzung verschiedener erfindungsgemäss verwendeter Siliciumkarbid-Presslinge und deren Einsatz beschrieben. Die %-Angaben sind Gew.%, bei den Presslingen bezogen auf deren Gesamtgewicht.
Beispiel 1
45 bis 55% SiC 15% Zement 10 bis 20% Graphit 20% CaO, SÌO2, AI2O3.
Für futterlose Kupolöfen mit einem Stahlschrottanteil von 40% in der Gattierung, die Eisen für mittleren Grauguss, GG25 oder hochgekohltem Gusseisen mit Kugelgraphit herstellen.
Beispiel 2
35 bis 45% SiC 20% Zement 10 bis 30% Graphit 15% CaO, SÌO2, AI2O3
Für futterlose Kupolöfen mit einem Stahlschrottanteil bis zu 80% in der Gattierung, die Eisen für mittleren bis schweren Grauguss, GG25 bis GG30, oder hochgekohltem Gusseisen mit Kugelgraphit herstellen.
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1. Verwendung von Siliciumcarbid-Presslingen mit 25-60 Gew.% SiC
10-25 Gew.% Zement als Bindemittel
2-30 Gew.% AI2O3 7-30 Gew.% SÌO2 5-25 Gew.% CaO und
3-35 Gew.% Graphit,
wobei der Gehalt an Oxiden und Zement 20-50 Gew.% beträgt, alles bezogen auf das Gesamtgewicht des Presslings, Rest Kristallwasser und Verunreinigungen, als Zusatz zu fütterlosen Kupolöfen zum Einschmelzen von Gusseisen mit hohem Stahlschrottanteil von 40 Gew.% und mehr, bezogen auf die Gesamt-Eisengattierung.
2. Verwendung nach Anspruch 1 von Presslingen mit 45-55 Gew.% SiC, einem Gehalt an Oxiden und Zement von 25-35 Gew.% und 5-25 Gew.% Graphit, alles bezogen auf das Gesamtgewicht des Presslings, Rest Kristallwasser und Verunreinigungen.
Es ist bekannt, dass eine gezielte Aufsilizierung von Gusseisen im Kupolofen bei Verwendung von Gattierungen hohen Stahlschrottanteils erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Immer wieder müssen zum Teil erhebliche Si-Abbrände in Kauf genommen werden, wobei, abgesehen von den wirtschaftlichen Nachteilen, der Umstand, dass die Si-Abbrände zudem stark schwanken, besonders lästig ist. Eine gezielte, reproduzierbare Aufsilizierung war danach schwerlich möglich. Es war zwar schon mit schwankenden Ergebnissen in den 30er Jahren versucht worden, Silicium-karbid üblichen Gusseisenschmelzen im Kupolofen mit dem Ziel der Beeinflussung der Schmelze und der Eigenschaften des Gusseisens zuzusetzen (US-PS 2119521; Giesserei, 1962, 368,376). Erst in der zweiten Hälfte der 60er Jahre gelang es aber, Siliciumkarbid-Formlinge zur Verfügung zu stellen, welche die erwünschte günstige Beeinflussung der Zusammensetzung, des Schmelzvorganges und der Eigenschaften des Gusseisens in gezielter Weise ermöglichten (DE-PS 1583262).
Jedoch zeigten sich bei Verwendung dieser sonst voll befriedigenden Siliciumkarbid-Formlinge bisweilen unerwartete und nicht vorhersehbare Abweichungen. Es wurde nun erkannt, dass solche an sich unerklärlichen Vorgänge offenbar dann eintreten können, wenn, namentlich in futterlosen Kupolöfen, die Gattierung erhebliche Mengen Stahlschrott enthält. In diesen Sonderfällen scheinen auch die sonst voll befriedigenden vorgenannten Siliciumkarbid-Formlinge nicht mehr einwandfrei zu funktionieren.
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