EP2946023A2 - Verfahren zur abdeckung einer metallschmelze und abdeckmaterial - Google Patents

Verfahren zur abdeckung einer metallschmelze und abdeckmaterial

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EP2946023A2
EP2946023A2 EP14701925.1A EP14701925A EP2946023A2 EP 2946023 A2 EP2946023 A2 EP 2946023A2 EP 14701925 A EP14701925 A EP 14701925A EP 2946023 A2 EP2946023 A2 EP 2946023A2
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EP
European Patent Office
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granules
molten metal
filter cake
covering
diatomaceous earth
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Withdrawn
Application number
EP14701925.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Noack
Frank Schmidtgen
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/006—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with use of an inert protective material including the use of an inert gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting

Definitions

  • the invention relates to a method for the insulating covering of a molten metal, wherein on the surface of the molten metal a silicon oxide-containing granules is applied.
  • the invention relates to a granulate as a covering means for a molten metal.
  • a granulate as a covering means for a molten metal.
  • the covering prevents the heat loss during the transport of the melt to a further processing device and ensures the pourability of the metal in continuous operation.
  • a possible and simple way of processing the covering means is the application of insulating bulk material to the molten metal.
  • the covering material should contain as little chemically bound water or water of crystallization and, depending on the steel quality, no or only little carbon.
  • a commonly used covering is rice husk ash, since it is very inexpensive to produce and has excellent insulation properties.
  • small particle size of the ash and their low bulk density are problematic.
  • the fine particles fly up, due to the heat convection, so that handling during production is difficult.
  • a uniform distribution of the material on the metal surface is difficult and it comes to unwanted dust.
  • the rice husk ash because of the content of crystalline silica, can also cause human silicosis once the fine particles enter the human body through the airways. Thus, the use of rice husk ash poses a health hazard.
  • DE 197 31 653 C2 proposes a method which provides for processing the rice husk ash into pellets or pellets, wherein the rice ash is first processed so that it consists of particles with a size of 0.044 mm and is subsequently mixed with a surface-active substance ,
  • the surfactant consists of sodium alginate, sodium salt of carboxymethyl cellulose, sodium hexametaphosphate and mixtures thereof.
  • Granulation or pelleting is carried out using common procedures at a process temperature between 800 and 1400 ° C.
  • DE 38 16 715 A1 discloses a method for covering melts by means of a granular mass which is produced from rice husk ash, a binder and a pore former.
  • Suitable pore formers are surfactants, metal oxides and hydrogen peroxide. The production of the granules takes place at temperatures up to 1200 ° C.
  • DE 101 24 926 B4 describes a process for the thermally insulating covering of a metal bath surface with a free-flowing aluminum silicate catalyst material which consists of at least 40% by weight of aluminum oxide and at least 40% by weight of silicon oxide.
  • a free-flowing aluminum silicate catalyst material which consists of at least 40% by weight of aluminum oxide and at least 40% by weight of silicon oxide.
  • intumescent expanded slate is suggested.
  • EP1602425 B1 discloses a process for the preparation of granules of amorphous silica powder which is pelleted by the addition of water in a ratio of solid to water of 1: 0.25 to 1: 1.5.
  • the object of the invention is to provide a masking agent for molten metals, which forms a uniform covering layer, is not hazardous to health and is inexpensive to produce.
  • the invention proposes a method for insulating cover of a molten metal according to claim 1 and a granulate according to claim 1 1 before.
  • a silicon oxide-containing, granulated covering agent is used, which consists mainly of diatomaceous earth.
  • the covering agent is easy to handle because, due to its granular nature, it can be easily metered and applied to the molten metal, which is e.g. in a steel distributor of a continuous casting plant or in a Stahlg devispfanne is, can be applied.
  • the covering agent Due to its low density and highly porous structure due to the high kieselguhr content, the covering agent also ensures excellent thermal insulation.
  • the granules used according to the invention contain up to 70 percent (weight percent), preferably up to 80 percent, more preferably up to 90 percent diatomaceous earth.
  • Other low specific gravity components may be included to adjust a desired bulk weight.
  • the granules contain nearly 100 percent kieselguhr, i. at least 90 percent.
  • a proportion of binder of only about 0.5 percent may be sufficient.
  • the granulate may contain as further constituent zeolites which prevent or at least slow down the melting of the granules on the molten metal.
  • the covering agent according to the invention can be obtained with advantage from the dry mass of filter materials, which are obtained as a waste product in the beverage industry. This can save costs for reprocessing or disposal. At the same time a cost-effective production of the cover is achieved.
  • the granulated material preferably has a particle size of 0.1 to 20 mm, particularly preferably 1 to 15 mm.
  • the compressive strength of the grains should be chosen so that they can be crushed, so that there is no risk of accident in the case of grains in areas of people.
  • the bulk density of the granules according to the invention is preferably between 0.2 and 0.6 kg / dm 3 , preferably between 0.3 and 0.4 kg / dm 3 . Due to the low bulk density is avoided that the covering sinks into a slag layer on the molten metal. In addition, even a comparatively thin layer of the covering material on the molten metal gives a good thermal insulation effect.
  • the cover material used according to the invention contains carbon, preferably up to 10 percent. Due to the content of carbon, the melting of the granules is delayed.
  • the granules can be produced from filter cakes from the beverage industry, which contain up to 90 percent kieselguhr and further constituents, such as perlite (eg up to 5 percent).
  • the filter material is preferably first pretreated, for example by pressing, to adjust the moisture content to about 30 to 50 percent, preferably 40 to 45 percent, particularly preferably 42 to 43 percent. This moisture content is good for granulating the material.
  • filter material may be pre-washed in an alkaline solution or in pure water (eg, in a counterflush) to remove any organic and other foreign matter that may be present.
  • the granulation of the filter cake is then carried out using a standard procedure for granulation (eg fluidized bed granulation), wherein the filter cake is added binder.
  • Bentonite, water glass, polyvinyl alcohol, polysaccharides or else cellulose or substances containing these substances are preferably used as binders.
  • the granules should be subjected to a drying process after their preparation.
  • the material should contain as little moisture (less than 5 percent, preferably less than 1 percent, particularly preferably less than 0.5 percent residual moisture) in the task on the molten metal.
  • a drying temperature of at least 150 ° C., preferably at least 200 ° C., is advantageous in order to drive off organic substances remaining in the material.
  • a dried filter cake can also be used as starting material. This is added to granulate according to water to adjust a suitable Granulierfeuchte.
  • the wet cake may advantageously be brought directly into a condition suitable for granulation (e.g., fluid bed granulation) by adding binder and water. Drying then takes place exclusively after granulation.
  • a condition suitable for granulation e.g., fluid bed granulation

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur isolierenden Abdeckung einer Metallschmelze, wobei auf die Oberfläche der Metallschmelze ein siliziumoxidhaltiges Granulat aufgegeben wird. Die Erfindung schlägt vor, dass das Granulat Kieselgur enthält. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kieselgur enthaltendes Granulat als Abdeckmittel für eine Metallschmelze, ein Verfahren zur Herstellung des Granulates aus einem Kieselgur enthaltenden Filterkuchen sowie die Verwendung eines in der Trockenmasse bis zu 90% Kieselgur enthaltenden Filtermaterials zur Herstellung eines Granulates zur isolierenden Abdeckung einer Metallschmelze.

Description

Verfahren zur Abdeckung einer Metallschmelze und Abdeckmaterial Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur isolierenden Abdeckung einer Metallschmelze, wobei auf die Oberfläche der Metallschmelze ein siliziumoxidhaltiges Granulat aufgegeben wird.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Granulat als Abdeckmittel für eine Metallschmelze. Bei der Verarbeitung von Metallschmelzen in Gießereien oder Stahlwerken hält man den Einfluss des aus der Umgebungsluft enthaltenen Sauerstoffs auf die Schmelze möglichst gering, indem man diese durch ein Abdeckmittel schützt.
Gleichzeitig verhindert das Abdeckmittel den Wärmeverlust während des Transportes der Schmelze zu einer Weiterverarbeitungsvorrichtung und gewährleistet die Vergießbarkeit des Metalls im Dauerbetrieb. Eine mögliche und einfache Verarbeitungsweise des Abdeckmittels ist das Aufbringen von isolierendem Schüttgut auf die Metallschmelze.
Um einer Qualitätsverschlechterung des durch das Abdeckmittel isolierten Metalls vorzubeugen, sollte das Abdeckmaterial möglichst wenig chemisch gebundenes Wasser bzw. Kristallwasser und - stahlqualitätsabhängig - keinen oder nur wenig Kohlenstoff enthalten.
Ein geläufig verwendetes Abdeckmittel ist Reisschalenasche, da diese sehr günstig herstellbar ist und hervorragende Isolationseigenschaften aufweist. Die geringe Partikelgröße der Asche sowie deren geringes Schüttgewicht sind jedoch problematisch. Kommt die Asche mit dem heißen Stahl in Kontakt, fliegen die feinen Partikel, bedingt durch die Wärmekonvektion, auf, so dass die Handhabung während der Produktion schwierig ist. Eine gleichmäßige Verteilung des Materials auf der Metalloberfläche ist erschwert und es kommt zu unerwünschter Staubentwicklung. Die Reisschalenasche kann aufgrund des Gehalts an kristallinem Siliziumdioxid zudem Silikose beim Menschen auslösen, sobald die feinen Partikel über die Atemwege in den menschlichen Körper eintreten. Somit birgt die Verwendung der Reisschalenasche in sich eine Gesundheitsgefährdung.
Die DE 197 31 653 C2 schlägt ein Verfahren vor, das die Verarbeitung der Reisschalenasche zu Kügelchen oder Pellets vorsieht, wobei die Reisasche hier zunächst so verarbeitet wird, dass sie aus Partikeln mit einer Größe von 0,044 mm besteht und anschließend mit einer oberflächenaktiven Substanz vermischt wird. Die oberflächenaktive Substanz besteht aus Natriumalginat, Natriumsalz von Carboxymethylcellulose, Natriumhexametaphosphat und Mischungen derselben. Die Granulierung bzw. Pelletierung erfolgt mithilfe geläufiger Verfahren bei einer Prozesstemperatur zwischen 800 und 1400 °C.
Die DE 38 16 715 A1 offenbart ein Verfahren zur Abdeckung von Schmelzen mithilfe einer granulatartigen Masse, die aus Reisschalenasche, einem Bindemittel und einem Porenbildner hergestellt wird. Als Porenbildner kommen Tenside, Metalloxide sowie Wasserstoffperoxid in Frage. Die Herstellung der Granalien erfolgt bei Temperaturen bis zu 1200 °C.
Die DE 101 24 926 B4 beschreibt ein Verfahren zur thermisch isolierenden Abdeckung einer Metallbadoberfläche mit einem schüttfähigen Aluminiumsilikat- Katalysatormaterial, welches wenigstens aus 40 Gew.-% Aluminiumoxid und zu wenigstens 40 Gew.-% aus Siliziumoxid besteht. Alternativ wird die Verwendung von zu Körnern verarbeitetem Blähschiefer vorgeschlagen.
Die EP1602425 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Granulaten aus amorphem Siliziumdioxidpulver, welches durch Zugabe von Wasser in einem Verhältnis von Feststoff zu Wasser von 1 :0,25 bis 1 :1 ,5 pelletiert wird. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Abdeckmittels für Metallschmelzen, das eine gleichmäßige Abdeckschicht bildet, nicht gesundheitsgefährdend ist und kostengünstig herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur isolierenden Abdeckung einer Metallschmelze gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Granulat gemäß Patentanspruch 1 1 vor.
Gemäß der Erfindung wird ein siliziumoxidhaltiges, granuliertes Abdeckmittel verwendet, welches hauptsächlich aus Kieselgur besteht.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erhebliche Reduzierung von gesundheitlicher Gefährdung. Das Abdeckmittel ist gut handhabbar, da es aufgrund seiner granulatförmigen Beschaffenheit einfach dosierbar und auf die Metallschmelze, die sich z.B. in einem Stahlverteiler einer Stranggießanlage oder in einer Stahlgießpfanne befindet, auftragbar ist.
Aufgrund seiner geringen Dichte und der hochporösen Struktur, bedingt durch den hohen Kieselguranteil, gewährleistet das Abdeckmittel zudem eine hervorragende Wärmeisolation.
Bevorzugt enthält das erfindungsgemäß eingesetzte Granulat bis zu 70 Prozent (Gewichtsprozent), vorzugsweise bis zu 80 Prozent, besonders bevorzugt bis zu 90 Prozent Kieselgur. Weitere Bestandteile mit niedrigem spezifischem Gewicht können enthalten sein, um ein gewünschtes Schüttgewicht einzustellen. Im Idealfall enthält das Granulat aber nahezu 100 Prozent Kieselgur, d.h. jedenfalls mindestens 90 Prozent. Zur Erzeugung des Granulates kann ein Anteil an Bindemittel von nur etwa 0,5 Prozent ausreichend sein.
Das Granulat kann bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung als weiteren Bestandteil Zeolithe enthalten, die das Aufschmelzen des Granulates auf der Metallschmelze verhindern oder zumindest verlangsamen. Das erfindungsgemäße Abdeckmittel kann mit Vorteil aus der Trockenmasse von Filtermaterialien gewonnen werden, welche als Abfallprodukt in der Getränkeindustrie anfallen. Dadurch können Kosten für Wiederaufbereitung bzw. Entsorgung gespart werden. Gleichzeitig wird eine kostengünstige Herstellung des Abdeckmittels erreicht.
Aufgrund der Korngrößenverteilung des Granulates wird eine Staubentwicklung verringert, wobei das granulierte Material bevorzugt eine Korngröße von 0,1 bis 20 mm, besonders vorzugsweise von 1 bis 15 mm hat.
Die Druckfestigkeit der Körner sollte dabei so gewählt sein, dass sie zertretbar sind, sodass im Falle von Körnern in Personenbereichen keine Unfallgefahr besteht.
Das Schüttgewicht des erfindungsgemäßen Granulats liegt bevorzugt zwischen 0,2 bis 0,6 kg/dm3, vorzugsweise zwischen 0,3 bis 0,4 kg/dm3. Aufgrund des geringen Schüttgewichts wird vermieden, dass das Abdeckmittel in eine Schlackeschicht auf der Metallschmelze einsinkt. Au ßerdem ergibt bereits eine vergleichsweise dünne Schicht des Abdeckmaterials auf der Metallschmelze eine gute thermische Isolierwirkung.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung enthält das erfindungsgemäß eingesetzte Abdeckmaterial Kohlenstoff, vorzugsweise bis zu 10 Prozent. Durch den Gehalt an Kohlenstoff wird das Aufschmelzen des Granulates verzögert.
Die Herstellung des Granulates kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aus Filterkuchen aus der Getränkeindustrie erfolgen, welche bis zu 90 Prozent Kieselgur und weitere Bestandteile, wie Perlit (z.B. bis zu 5 Prozent) enthalten. Das Filtermaterial wird bevorzugt zunächst vorbehandelt, z.B. durch Pressen, um den Feuchtigkeitsgehalt auf ca. 30 bis 50 Prozent, bevorzugt 40 bis 45 Prozent, besonders bevorzugt auf 42 bis 43 Prozent einzustellen. Dieser Feuchtigkeitsgehalt eignet sich gut für die Granulierung des Materials. Das Filtermaterial kann optional vorab in einer alkalischen Lösung oder in reinem Wasser (z.B. in einer Gegenspülanlage) gewaschen werden, um möglicherweise vorhandene organische Bestandteile und anderes Fremdmaterial zu entfernen. Die Granulierung des Filterkuchens erfolgt dann mit einem für die Granulation gängigen Verfahren (z.B. Wirbelschichtgranulation), wobei dem Filterkuchen Bindemittel zugesetzt wird. Vorzugsweise werden als Bindemittel Bentonit, Wasserglas, Polyvinylalkohol, Polysaccharide oder auch Zellulose oder diese Substanzen enthaltende Mischungen verwendet. Das Granulat sollte nach seiner Herstellung einem Trocknungsprozess unterzogen werden. Das Material sollte bei der Aufgabe auf die Metallschmelze möglichst wenig Feuchtigkeit (weniger als 5 Prozent, bevorzugt weniger als 1 Prozent, besonders bevorzugt weniger als 0,5 Prozent Restfeuchte) enthalten. Eine Trocknungstemperatur von mindestens 150°C, bevorzugt wenigstens 200 °C ist vorteilhaft, um im Material verbliebende organische Substanzen auszutreiben. Durch Trocknung in einem Wirbelschichttrockner können verbliebende Feinanteile (insbesondere lungengängige Partikel) des Granulats entfernt werden. Das entfernte Material kann bei der Granulierung dem Prozess wieder zugeführt werden. Erfindungsgemäß kann auch ein getrockneter Filterkuchen als Ausgangsmaterial verwendet werden. Diesem wird zum Granulieren entsprechend Wasser zugesetzt, um eine geeignete Granulierfeuchte einzustellen.
Der feuchte Filterkuchen kann mit Vorteil direkt durch Zusetzen von Bindemittel und Wasser in einen für die Granulation (z.B. Wirbelschichtgranulation) geeigneten Zustand gebracht werden. Eine Trocknung erfolgt dann ausschließlich nach der Granulation.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur isolierenden Abdeckung einer Metallschmelze, wobei auf die Oberfläche der Metallschmelze ein siliziumoxidhaltiges Granulat aufgegeben wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Granulat Kieselgur enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat bis zu 70%, vorzugsweise bis zu 80%, besonders bevorzugt bis zu 90% Kieselgur enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Granulat mindestens 90% Kieselgur enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat bis zu 5% Perlit enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat aus einem Kieselgur enthaltenden
Filtermaterial erhalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat ein Schüttgewicht von 0,2 bis 0,6 kg/dm3, vorzugsweise vom 0,3 bis 0,4 kg/dm3 aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat aufgrund seiner Korngrößenverteilung nicht staubt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat Korngrößen von 0,1 bis 20 mm, vorzugsweise von 1 bis 15 mm aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Metallschmelze in einem Stahlverteiler oder in einer Stahlgießpfanne befindet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat zur Verzögerung des Aufschmelzens Kohlenstoff und/oder Zeolithe enthält.
1 1 . Granulat als Abdeckmittel für eine Metallschmelze,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Granulat Kieselgur enthält.
12. Verwendung eines in der Trockenmasse bis zu 90% Kieselgur enthaltenden Filtermaterials, bevorzugt eines Getränkefiltermaterials, zur Herstellung eines Granulates zur isolierenden Abdeckung einer Metallschmelze.
13. Verfahren zur Herstellung eines Granulates zur isolierenden Abdeckung einer Metallschmelze, mit den Verfahrensschritten:
Vorbehandeln eines Kieselgur enthaltenden Filterkuchens zur Einstellung eines vorgegebenen Feuchtigkeitsgehalts,
Granulieren oder Pelletieren des vorbehandelten Filterkuchens.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkuchen vor der Vorbehandlung gewaschen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Waschen in einer Gegenspülanlage unter Verwendung von Wasser oder einer alkalischen Spüllösung erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Granulieren oder Pelletieren dem Filterkuchen ein
Bindemittel zugesetzt wird.
17. Verfahren zur Herstellung eines Granulates zur isolierenden Abdeckung einer Metallschmelze, mit den Verfahrensschritten:
Vermischen eines Kieselgur enthaltenden, feuchten Filterkuchens mit Bindemittel,
Granulieren oder Pelletieren des mit Bindemittel vermischten Filterkuchens.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel Polyvinylalkohol, Polysaccharide, Wasserglas, Bentonit oder Zellulose enthält.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der granulierte oder pelletierte Filterkuchen getrocknet wird.
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