DE3788067T2 - POWDER POWDER FOR BLOCK STEEL PRODUCTION IN THE BOTTOM AND METHOD FOR ITS USE. - Google Patents
POWDER POWDER FOR BLOCK STEEL PRODUCTION IN THE BOTTOM AND METHOD FOR ITS USE.Info
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf bei der Blockstahlherstellung verwendete Gießpulver. Insbesondere offenbart die vorliegende Erfindung ein bei Stahlgußformen mit Unterguß zu verwendendes Gießpulver, das die einmalige Eigenschaft aufweist, sowohl als ein Flußmittel für Unterguß als auch als hot-topping-Verbindung zu wirken.This invention relates to molding powders used in ingot steelmaking. In particular, the present invention discloses a molding powder for use in undercast steel molds which has the unique property of acting as both an undercast flux and a hot-topping compound.
Die Herstellung von Blockstahl im Unterguß hat sich bei den jedes Jahr nach diesem Verfahren hergestellten Millionen Tonnen Stahl in der jüngeren Vergangenheit eines wesentlichen Erfolges erfreut. Zur wirksamen Durchführung dieses Verfahrens müssen zu Beginn des Eintretens des geschmolzenen Stahls in die Form Flußmittel auf dessen Oberfläche aufgegeben werden. Diese Flußmittel sind in bezug auf das Vermeiden einer Reoxidation aufgrund eines vollständigen Abdeckens des ansteigenden Stahls, in bezug auf dessen Isolierung und auch in bezug auf eine Vermeidung eines vorzeitigen Erstarrens und in bezug auf eine durch Schlackenbildung hervorgerufene Verstopfung kritisch.The production of ingot steel by bottom casting has enjoyed significant success in recent times, with millions of tons of steel produced by this process each year. To operate this process effectively, fluxes must be applied to the surface of the molten steel as it begins to enter the mold. These fluxes are critical in preventing reoxidation due to complete coverage of the rising steel, in insulating it, and also in preventing premature solidification and clogging caused by slag formation.
Gegenwärtig werden bei der Herstellung jedes Blocks mit steigendem Guß zwei getrennte Gießpulver zugegeben. Zuerst wird ein geschlossener Beutel mit einem Untergußflußmittel etwa 150 bis 460 mm über dem Einlaß für den geschmolzenen Stahl in die Form eingehängt. Das Untergußflußmittel besteht aus schmelzenden und sich schnell über die Oberfläche des geschmolzenen Stahls ausbreitenden chemischen Verbindungen.Currently, two separate mold powders are added during the manufacture of each rising cast ingot. First, a closed bag containing a bottom casting flux is suspended in the mold approximately 150 to 460 mm above the inlet for the molten steel. The bottom casting flux consists of chemical compounds that melt and spread rapidly over the surface of the molten steel.
Die die Oberfläche des Stahls abdeckende geschmolzene Schlacke erzeugt eine richtige Meniskus-Form und verhindert eine Oxidation der Oberfläche des Stahls. Zusätzlich isoliert die geschmolzene Schlacke die Oberfläche des Stahls und verlangsamt die Erstarrung. Weiter breitet sie einen dünnen Überzug aus homogenem Glas zwischen der Form und dem geschmolzenen Stahl aus, ermöglicht einen konstanten Wärmeübergang und eine konstante Erstarrung und vermindert damit thermisch bewirkte Spannungen und einen sich dadurch ergebenden Bruch. Weiter absorbiert das Flußmittel Verunreinigungen, wie Desoxidations- und Reoxidationsprodukte und schwer schmelzbare Partikel. Der das Untergußflußmittel enthaltende Beutel verbrennt beim Eingeben des geschmolzenen Stahls in die Form und gibt das Flußmittel damit automatisch frei.The molten slag covering the surface of the steel creates a proper meniscus shape and prevents oxidation of the surface of the steel. In addition, the molten slag insulates the surface of the steel and slows down solidification. It also spreads a thin coating of homogeneous glass between the mold and the molten steel, enabling constant heat transfer and solidification, thereby reducing thermally induced stresses and resulting fracture. The flux also absorbs impurities such as deoxidation and reoxidation products and difficult-to-melt particles. The bag containing the undercasting flux burns when the molten steel is poured into the mold, automatically releasing the flux.
Obgleich die herkömmlichen Untergußflußmittel für eine rationelle Herstellung von Stahlblöcken kritisch sind, reichen sie nicht aus. Zum Sicherstellen der Oberflächengüte der Blöcke und zum Maximieren der Ausbeute durch Vermeiden einer "Lunkerbildung" (das heißt Schrumpfen und Seigerungen) muß eine zusätzliche Lage eines isolierenden Materials sofort zugegeben werden, nachdem der geschmolzene Stahl die Form gefüllt und das hot-top-Gebiet erreicht hat. Dieses Material wird hot-topping-Verbindung genannt. Ohne Zugabe der hot-topping-Verbindung würde der geschmolzene Stahl in dem hot top erstarren. Dann stünde kein flüssiger Stahl zur Versorgung der aufgrund der Erstarrung des Blocks gebildeten Schrumpfhohlräume (das heißt Lunker) zur Verfügung. Als Folge hiervon müßte ein ganzes Segment des Stahlblocks verworfen werden. Dies würde die Ausbeute mindern.Although the conventional under-casting fluxes are critical for efficient steel ingot production, they are not sufficient. To ensure the surface finish of the ingots and to maximize yield by avoiding "void formation" (i.e. shrinkage and segregation), an additional layer of insulating material must be added immediately after the molten steel has filled the mold and reached the hot top region. This material is called a hot-topping compound. Without the addition of the hot-topping compound, the molten steel would solidify in the hot top. Then there would be no liquid steel available to supply the shrinkage cavities (i.e. voids) formed due to the solidification of the ingot. As a result, an entire segment of the steel ingot would have to be discarded. This would reduce the yield.
Die Anwendung der hot-topping-Verbindungen ist jedoch nicht ohne Schwächen. Die Zugabe der hot-topping-Verbindung ist mühsam, arbeitsaufwendig, umweltschädlich und kann den Blockstahl verunreinigen.However, the use of hot-topping compounds is not without its drawbacks. The addition of the hot-topping compound is laborious, labor-intensive, harmful to the environment and can contaminate the ingot steel.
Personal, das an anderer Stelle besser eingesetzt werden könnte, muß zum Verteilen der hot-topping-Verbindungsbeutel auf dem geschmolzenen Stahl auf der Gußplattform über den Formen stationiert werden. Zusätzlich zu den Personalkosten hat dieses Verfahren zwei schwerwiegende Nachteile. Das Aufschütten der feinkörnigen hot-topping-Verbindung etwa 0,6 bis 3,0 m auf die Oberseite der pulverförmigen Flußmittelschicht erzeugt zuerst ausgedehnte Wolken aus umweltschädlichem Staub und Rauch. Zweitens wird die Zugabe der hot-topping-Verbindung mit einem als "core of debris" - "Trümmerkern" - bekannten Zustand verbunden. Ein Trümmerkern entsteht, wenn der Kühleffekt der hot-topping-Verbindung eine Erstarrung des Stahls um die schwer schmelzbaren Einschlüsse herum bewirkt, die dann in die Stahlblöcke absinken und diese verunreinigen.Personnel that could be better employed elsewhere must be used to distribute the hot-topping connection bags on which molten steel is stationed on the casting platform above the molds. In addition to the labor costs, this method has two serious disadvantages. First, the addition of the fine-grained hot-topping compound about 0.6 to 3.0 m on top of the powdered flux layer creates extensive clouds of polluting dust and fumes. Second, the addition of the hot-topping compound is associated with a condition known as a "core of debris." A debris core is formed when the cooling effect of the hot-topping compound causes the steel to solidify around the refractory inclusions, which then sink into the steel ingots and contaminate them.
Ein Verfahren zum Blockgießen ist aus der US-A-3 934 637 bekannt. Dieses Verfahren schließt das Gießen von geschmolzenem Metall in eine Gußform im Unterguß zum Bilden eines Blockes ein, wobei eine Zusammensetzung aus einem oder mehreren Flußmitteln und expandierbarem Graphit vor dem Beginn des Gießens in die Blockform eingegeben wird. Während des Gusses wird die Zusammensetzung auf der ansteigenden Metalloberfläche hochgetragen. Die Zusammensetzung dient zum Schutz der Wände der Gußform. Expandierbarer Graphit bedeutet kornförmiger Graphit, dessen Partikel beim Aufheizen anschwellen und zu einer hochgradig wärmeisolierenden wurmförmigen Struktur mit niedriger Dichte führen. Die Patentschrift schweigt sich über die genaue Expansionsgeschwindigkeit des Graphits aus. Es wird nur angegeben, daß der Graphit auf das Vielfache seines ursprünglichen Volumens expandiert. In der Zusammensetzung kann der expandierbare Graphit im Bereich von 0,5 bis 10 Gew.-% vorliegen.A method of ingot casting is known from US-A-3 934 637. This method involves pouring molten metal into a mold in the bottom pour to form an ingot, a composition of one or more fluxes and expandable graphite being introduced into the ingot mold before the start of casting. During casting, the composition is carried up the rising metal surface. The composition serves to protect the walls of the mold. Expandable graphite means granular graphite, the particles of which swell when heated and result in a highly heat-insulating, low-density, worm-shaped structure. The patent is silent on the exact rate of expansion of the graphite. It is only stated that the graphite expands to several times its original volume. In the composition, the expandable graphite can be present in the range of 0.5 to 10% by weight.
Eine wärmeisolierende, die Lunkerbildung verhindernde Verbindung ist aus der US-A-3 811 898 bekannt. Dieses geschmolzene Metall wird nach dem Eingießen des Metalls in die Form auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls im Beschickungskopf aufgegeben. Die Menge der zugegebenen, die Lunkerbildung verhindernden Verbindung reicht zur Bildung einer Schicht aus expandiertem wärmeisolierenden Material auf der Oberseite des geschmolzenen Metalls aus, um eine übermäßige Lunkerbildung während der Erstarrung des Metalls zu verhindern.A heat-insulating compound that prevents the formation of cavities is known from US-A-3 811 898. This molten metal is added to the surface of the molten metal in the feed head after the metal has been poured into the mold. The amount of the added compound that prevents the formation of cavities is sufficient to form a layer of expanded heat-insulating material on top of the molten metal to prevent excessive void formation during metal solidification.
Aus obigem folgt, daß das zuerst erwähnte Patent eine zum Schutz der Wände der Gußform dienende Verbindung offenbart, während das zweite erwähnte Patent eine zum Verhindern einer übermäßigen Lunkerbildung während der Erstarrung dienende Verbindung offenbart. Die Verbindung gemäß dem zweiten erwähnten Patent wird erst nach dem Eingießen des geschmolzenen Metalls in die Form zugegeben.It follows from the above that the first mentioned patent discloses a compound for protecting the walls of the mold, while the second mentioned patent discloses a compound for preventing excessive void formation during solidification. The compound according to the second mentioned patent is added only after the molten metal has been poured into the mold.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Ausbildung eines Verfahrens mit Verwendung eines einstufigen Gießpulvers zugrunde, das die Vorteile sowohl eines Flußmittels für Unterguß als auch einer hot-topping-Verbindung erbringt. Die Verbindung zielt auch auf das Ausbilden eines Gußpulvers zur Verwendung bei diesem Verfahren ab.Based on this prior art, the invention is based on the development of a process using a single-stage casting powder that provides the advantages of both a flux for under-casting and a hot-topping compound. The compound also aims at the development of a casting powder for use in this process.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem Verfahren für einen erhöhten Wirkungsgrad beim Schutz einer Stahlmacherform und eines Stahlblocks bei Unterguß erzielt, wobei das Verfahren vor einer bei einem zu schnellen Abkühlen des geschmolzenen Stahls auftretenden übermäßigen Lunkerbildung schützt, bestehend ausThis object is achieved according to the invention with a method for an increased efficiency in protecting a steelmaking mold and a steel block during under-casting, whereby the method protects against excessive shrinkage caused by too rapid cooling of the molten steel, consisting of
Eingeben einer vorgegebenen Menge eines Gießpulvers in die Form bestehend aus chemischen Bestandteilen kombiniert zum Erzeugen eines Untergußflußmittels und aus einem expandierbaren Graphit,Introducing a predetermined amount of a casting powder into the mold consisting of chemical components combined to produce a casting flux and an expandable graphite,
Eingießen von geschmolzenem Stahl in die Form und abgedeckt mit dem Gießpulver um zu bewirken, daß ein wesentlicher Teil des Gießpulvers bis in die Nähe des oberen Endes der Form ansteigt, dünnes Beschichten der Seitenwände der Form beim Ansteigen und Expandieren in eine dicke isolierende Decke auf der Oberseite der Stahlschmelze mit ausreichender isolierender Qualität zum Vermeiden der Notwendigkeit einer hot topping-Verbindung, was die Abkühlgeschwindigkeit des Stahls begrenzt und damit die Lunkerbildung des Stahlblocks herabsetzt, wobei ein expandierbarer Graphit verwandt wird, der auf das 100- bis 300fache seines Volumens expandiert und 4 bis 12 Gewichts-% der Verbindung des Gießpulvers ausmacht.Pouring molten steel into the mold and covering it with the mold powder to cause a substantial portion of the mold powder to rise to near the top of the mold, thinly coating the side walls of the mold as it rises and expands into a thick insulating blanket on top of the molten steel with sufficient insulating quality to avoid the need for a hot topping compound, which limits the cooling rate of the steel and thus prevents the formation of cavities in the steel ingot using an expandable graphite which expands to 100 to 300 times its volume and accounts for 4 to 12% by weight of the casting powder compound.
Das bei diesem Verfahren verwendete Gießpulver kann selsttätig ausgegeben werden, läßt sich wirtschaftlich herstellen und verwenden, schließt ein nur geringes Umweltrisiko ein und trägt nicht zu einer Verunreinigung des Blockes bei. Das Gießpulver bringt die Vorteile sowohl der bekannten Verfahren als auch der Produkte und dient getrennt und individuell zum Schutz der Wände der Gußform und verhindert eine übermäßige Lunkerbildung während der Erstarrung des gegossenen Metalls.The casting powder used in this process can be self-dispensed, is economical to produce and use, involves only a low environmental risk and does not contribute to contamination of the block. The casting powder brings the advantages of both the known processes and products and serves separately and individually to protect the walls of the casting mold and prevent excessive cavities from forming during the solidification of the cast metal.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung führt zum Einführen einer als "expandierbarer Graphit" bekannten Verbindung anstelle eines Teiles des Kohlenstoffanteils eines Standard-Untergußflußmittels ein.The process according to the present invention involves introducing a compound known as "expandable graphite" in place of a portion of the carbon content of a standard undercasting flux.
Das sich ergebende Gemisch bringt sämtliche isolierenden und schützenden Vorteile der Standard-Untergußflußmittel und erfüllt auch die vollen isolierenden Anforderungen der hot-topping-Verbindungen.The resulting mixture provides all the insulating and protective benefits of standard undercast fluxes and also meets the full insulating requirements of hot-topping joints.
Das bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Gießpulver wird beim Eingeben des geschmolzenen Stahls in die Stahlgußformen sauber und selbsttätig verteilt. Es vermeidet die giftigen Nebenprodukte der hot-topping-Verbindung und deren potentiell verunreinigende "Trümmerkern"-Auswirkungen und verlangt nicht den bei der Anwendung der hot-topping-Verbindung notwendigen Arbeitseinsatz.The mold powder used in the process of the present invention is cleanly and automatically dispersed as the molten steel is fed into the steel molds. It avoids the toxic byproducts of the hot-topping compound and its potentially contaminating "debris core" effects and does not require the labor required in the application of the hot-topping compound.
Die Erfindung betrifft auch ein Gießpulver zur Verwendung bei dem vorstehend erwähnten Verfahren. Dieses Pulver besteht aus einem Gemisch aus chemischen Bestandteilen zum Erzeugen eines Untergußflußmittels, das die Oberseite und die Seiten der Stahlschmelze während deren Einfüllens in die Form schützt und einen Anteil expandierbaren Graphits enthält, der unter Bildung einer dicken isolierenden Decke auf der Oberseite der Stahlschmelze von ausreichend isolierender Qualität expandiert zum Vermeiden der Notwendigkeit einer hot-topping-Verbindung, was die Abkühlgeschwindigkeit des Stahls begrenzt und damit die Lunkerbildung des Stahlblocks herabsetzt, wobei es sich um einen expandierbaren Graphit handelt, der um das 100- bis 300fache seines Volumens expandiert und 4 bis 12 Gewichts-% der Verbindung des Gemisches ausmacht.The invention also relates to a casting powder for use in the above-mentioned method. This powder consists of a mixture of chemical components for producing a bottom-casting flux which coats the top and sides of the molten steel during its filling into the mold and contains a proportion of expandable graphite which expands to form a thick insulating blanket on top of the molten steel of sufficient insulating quality to avoid the need for a hot-topping compound, which limits the cooling rate of the steel and thus reduces the formation of cavities in the steel ingot, which is an expandable graphite which expands by 100 to 300 times its volume and constitutes 4 to 12% by weight of the compound of the mixture.
Die vorliegende Erfindung ist auf Gießpulver zur Verwendung bei der Stahlblockherstellung im Unterguß gerichtet. Anstelle des gegenwärtig verwendeten Untergußflußmittels und der gegenwärtig verwendeten hot-topping-Verbindung setzt die vorliegende Erfindung ein einziges Gießpulver ein, das die Vorteile der beiden bekannten Produkte bringt.The present invention is directed to casting powders for use in the production of steel ingots by sub-casting. Instead of the currently used sub-casting flux and the currently used hot-topping compound, the present invention employs a single casting powder that provides the advantages of both known products.
Die vorliegende Erfindung führt zur Verwendung einer als "expandierbarer Graphit" bekannten Verbindung anstelle eines Teiles des Kohlenstoffanteils eines Standard-Untergußflußmittels. Das sich ergebende Gemisch bringt sämtliche isolierenden und schützenden Vorteile der Standard-Untergußflußmittel und erfüllt auch die vollen isolierenden Anforderungen der hot-topping-Verbindungen.The present invention involves the use of a compound known as "expandable graphite" in place of a portion of the carbon portion of a standard under-casting flux. The resulting mixture provides all of the insulating and protective benefits of the standard under-casting fluxes and also meets the full insulating requirements of the hot-topping compounds.
Die vorliegende Erfindung wird beim Eingeben des geschmolzenen Stahls in die Stahlgußformen sauber und selbsttätig verteilt. Sie vermeidet die giftigen Nebenprodukte der hot-topping-Verbindung und deren potentiell verunreinigende "Trümmerkerns"-Auswirkungen und verlangt nicht den bei der Anwendung der hot-topping-Verbindung notwendigen Arbeitseinsatz.The present invention is cleanly and automatically dispensed as the molten steel is fed into the steel molds. It avoids the toxic byproducts of the hot topping compound and its potentially contaminating "debris core" effects and does not require the labor required in the application of the hot topping compound.
Die vorliegende Erfindung führt zu einem Gemisch aus chemischen Verbindungen, das wie ein einzigartiges Gießpulver bei der Herstellung von Blockstahl im Unterguß wirkt. Die vorliegende Erfindung kombiniert die entscheidenden Eigenschaften von sowohl Untergußflußmitteln als auch hot-topping-Verbindungen zu einer einzigen leicht ausgebbaren Verbindung.The present invention results in a mixture of chemical compounds that acts as a unique molding powder in the production of ingot steel in the undercast state. The present invention combines the critical properties of both undercast fluxes and hot-topping compounds into a single, easily dispensable compound.
Die gegenwärtig verwendeten Untergußflußmittel (oder -pulver) müssen zum Abdecken und Schützen des in einer Gußform hochsteigenden geschmolzenen Stahls bestimmte Eigenschaften aufweisen. Zu diesen gehören: eine Lage aus geschmolzener Schlacke zum vollständigen Abdecken des geschmolzenen Stahls, zum Isolieren, Aufrechterhalten einer richtigen Oberflächenform, Schutz vor Oxidation und Absorption von Deoxidations- und Reoxidationsprodukten und die Fähigkeit zum Ausbilden einer dünnen Schicht aus homogenem Glas zwischen dem geschmolzenen Stahl und den Seitenwänden der Form zur Isolation, Herabsetzen thermisch bedingter Spannungen und damit verringerter Rißbildung.The undercasting fluxes (or powders) currently used must have certain properties to cover and protect the molten steel rising in a mold. These include: a layer of molten slag to completely cover the molten steel, to insulate, to maintain a correct surface shape, to protect against oxidation and to absorb deoxidation and reoxidation products, and the ability to form a thin layer of homogeneous glass between the molten steel and the side walls of the mold to insulate, reduce thermal stresses and thus reduce cracking.
Zu diesem Zweck kann eine Zusammensetzung eines herkömmlichen Untergußflußmittels wie folgt aussehen:For this purpose, a composition of a conventional undercasting flux can be as follows:
Bestandteil Gewichts-ProzentbereichComponent Weight Percentage Range
Kieselsäure (SiO&sub2;) 30,0-35,0%Silicic acid (SiO₂) 30.0-35.0%
Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) 15,0-17,0Aluminium oxide (Al₂O₃) 15.0-17.0
Calciumoxid (CaO) 6,5-8,0Calcium oxide (CaO) 6.5-8.0
Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) 4,0-6,0Iron oxide (Fe₂O₃) 4.0-6.0
Alkalioxid 5,5-8,0Alkali oxide 5.5-8.0
Kohlenstoff (C) 5,0-27,0Carbon (C) 5.0-27.0
Hot-topping-Verbindungen haben nur einen Hauptzweck: Ausbilden einer dicken isolierenden Decke auf der Oberseite des geschmolzenen Stahls zum Herabsetzen des Wärmeverlustes aus der Oberseite zum Vermeiden von "Lunkern". Lunkern ist ein Zustand, der auftritt, wenn kein geschmolzener Stahl zum Auffüllen des aufgrund der Erstarrung des Blocks gebildeten Schrumpfhohlraums zur Verfügung steht. Aufgrund der Expansion des Stahls im geschmolzenen Zustand führt diese Diskrepanz zu in bezug auf den Kern zu hohen Seiten. Ohne richtige Isolation würde das Zentrum des Stahlblocks daher in einer abgesunkenen Stellung oder mit ernsthaften Mängeln unter Bildung eines vollständigen Blocksegments, das herausgeschnitten und weggeworfen werden müßte, erstarren.Hot topping joints have only one main purpose: To form a thick insulating blanket on the top of the molten steel to reduce heat loss from the top and prevent "voids". Voiding is a condition that occurs when molten steel is not available to fill the shrinkage cavity formed due to solidification of the ingot. Due to the expansion of the steel in the molten state, this discrepancy results in sides that are too high relative to the core. Without proper insulation, the center of the steel ingot would therefore solidify in a sunken position or with serious defects, forming a complete ingot segment that would have to be cut out and discarded.
Zum Herstellen der notwendigen Isolation ist eine breite Vielfalt von Zusammensetzungen verwendet worden. Typische Bereiche sind wie folgtA wide variety of compositions have been used to provide the necessary insulation. Typical ranges are as follows
Bestandteil Gewichts-ProzentbereichComponent Weight Percentage Range
Kieselsäure (SiO&sub2;) 5-30%Silicic acid (SiO₂) 5-30%
Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) 25-75Aluminium oxide (Al₂O₃) 25-75
Calciumoxid (CaO) 0-2Calcium oxide (CaO) 0-2
Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) 0-4Iron oxide (Fe₂O₃) 0-4
Natriumoxid (Na&sub2;O) 0-2Sodium oxide (Na₂O) 0-2
Kaliumoxid (K&sub2;O) 0-3Potassium oxide (K₂O) 0-3
Kohlenstoff (C) 0-15Carbon (C) 0-15
Magnesiumoxid (MgO) 5-60Magnesium oxide (MgO) 5-60
Chlorid (Cl) 0-5Chloride (Cl) 0-5
Aluminium (Al) 0-40Aluminium (Al) 0-40
Aluminiumnitrid (AlN) 0-4Aluminium nitride (AlN) 0-4
Jeder Versuch zu einer Kombination der Eigenschaften eines Untergußflußmittels und einer hot-topping-Verbindung sieht sich einem Paradox gegenüber: Wie soll ein zähflüssiges Überzugsmaterial auf dem geschmolzenen Stahl während dessen Ansteigen in der Form und wie soll eine hochgradig isolierende Decke in dem oberen (oder "hot top"-)Gebiet der Stahlgußform gebildet werden? Die vorliegende Erfindung erreicht dies durch Verwendung eines "expandierbaren Graphits".Any attempt to combine the properties of a bottom-casting flux and a hot-topping compound faces a paradox: how to form a viscous coating material on the molten steel as it rises in the mold and how to form a highly insulating blanket in the upper (or "hot top") region of the steel mold? The present invention accomplishes this by using an "expandable graphite."
Expandierbarer Graphit wird durch Behandlung eines hochgradig natürlichen kristallinen Graphits durch Oxidation oder Elektrolyse mit verschiedenartigen oxidierenden Stoffen erzeugt. Im Handel ist er in einer Anzahl von verschiedenen Gütestufen von Graphitlieferanten zu beziehen.Expandable graphite is produced by treating highly natural crystalline graphite by oxidation or electrolysis with various oxidizing agents. It is commercially available in a number of different grades from graphite suppliers.
Bei schnellem Erhitzen von expandierbarem Graphit expandiert dieser entlang der C-Achse des Kristalls bis auf eine Größe des 40- bis 300fachen seiner ursprünglichen Größe.When expandable graphite is heated rapidly, it expands along the C-axis of the crystal to a size of 40 to 300 times its original size.
Bei Verwendung von expandierbarem Graphit anstelle eines Teils des normalerweise bei Untergußflußmitteln verwendeten Kohlenstoffanteils ergibt sich ein vollständig neues und einzigartiges Gießpulver. Die Zusammensetzung dieses Gießpulvers ist wie folgtUsing expandable graphite instead of some of the carbon normally used in undercasting fluxes results in a completely new and unique casting powder. The composition of this casting powder is as follows
Bestandteil Gewichts-ProzentbereichComponent Weight Percentage Range
Kieselsäure (SiO&sub2;) 30,0-35,0%Silicic acid (SiO₂) 30.0-35.0%
Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) 15,0-17,0Aluminium oxide (Al₂O₃) 15.0-17.0
Calciumoxid (CaO) 6,5-8,0Calcium oxide (CaO) 6.5-8.0
Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;) 4,0-6,0Iron oxide (Fe₂O₃) 4.0-6.0
Natrium- oder Kaliumoxid ((Na,K)&sub2;O) 5,5-8,0Sodium or potassium oxide ((Na,K)₂O) 5.5-8.0
Kohlenstoff (C) insgesamt 5,0-27,0Total carbon (C) 5.0-27.0
Expandierbarer Graphit 4,0-12,0Expandable graphite 4.0-12.0
In jeder anderen Beziehung wird die vorliegende Erfindung in der gleichen Weise wie ein Standard-Untergußflußmittel zubereitet.In all other respects, the present invention is prepared in the same manner as a standard undercast flux.
Expandierbarer Graphit hat nach Maßgabe seiner Güte eine unterschiedliche Expansion. Die Verwendung von expandierbarem Graphit, der innerhalb des oben gegebenen prozentualen Gewichtsbereiches auf das 100- bis 300fache seines Volumens expandiert, ist erwünscht. Es wird angenommen, daß im Idealfall eine Expansion auf das 200- bis 250fache seines Volumens mit einem prozentualen Gewicht von 6,0 bis 8,0% verwendet werden sollte.Expandable graphite has a variable expansion depending on its grade. The use of expandable graphite that expands to 100 to 300 times its volume within the weight percentage range given above is desirable. It is believed that ideally an expansion to 200 to 250 times its volume with a weight percentage of 6.0 to 8.0% should be used.
Wegen der Affinität der expandierbaren Graphitpartikel zueinander wird eine stark expandierte Schicht erzeugt, die gegenüber Hitze und Chemikalien genauso beständig wie Standard- Graphit ist. Das Ergebnis ist eine dicke isolierende Decke, die anstelle einer hot-topping-Verbindung sehr gut arbeitet.Because of the affinity of the expandable graphite particles to each other, a highly expanded layer is created that is as resistant to heat and chemicals as standard graphite. The result is a thick insulating blanket that works very well in place of a hot-topping compound.
Das Gießpulver hat jedoch eine Viskosität nahezu identisch mit der eines Standard-Untergußflußmittels (das heißt bei 1500ºC hat das Untergußflußmittel eine Viskosität von annähernd 50 bis 200 poise, die vorliegende Erfindung erzeugt ein Flußmittel mit einer Viskosität von 50 bis 200 poise). Unter Druck erzeugt die vorliegende Erfindung weiter zu einem eine Anisotropie aufweisenden Produkt mit einer einzigartigen Güte. Dies führt zu einer Substanz, die sich in hervorragender Weise zum Ausbilden eines Überzuges zwischen dem geschmolzenen Stahl und den Seitenwänden der Form während des Gießens eignet. Das erzeugte Gießpulver führt damit sowohl als Untergußflußmittel als auch als hot-topping-Verbindung zu überlegenen Ergebnissen.However, the mold powder has a viscosity nearly identical to that of a standard undercasting flux (i.e., at 1500°C, the undercasting flux has a viscosity of approximately 50 to 200 poise, the present invention produces a flux having a viscosity of 50 to 200 poise). Under pressure, the present invention further produces an anisotropic product of unique quality. This results in a substance that is excellent for forming a coating between the molten steel and the side walls of the mold during casting. The mold powder produced thus produces superior results both as an undercasting flux and as a hot-topping compound.
Das Gießpulver wird in der gleichen Weise wie ein Standard- Untergußflußmittel dispergiert. Es wird in einen brennbaren Behälter oder Beutel, wie einen Papierbeutel mit Metallösenverstärkungen, eingefüllt und 150 bis 460 mm über dem Unter der Blockform aufgehängt. Es kann auch als Platte geformt und auf den Boden der Form aufgelegt werden. Der einlaufende geschmolzene Stahl verbraucht den Behälter oder löst die Platte unter Freigabe des Pulvers auf. Das Pulver breitet sich dann rasch über der Oberfläche des einlaufenden geschmolzenen Stahls aus. Dies ist ein reiner, selbsttätiger Vorgang, der wenig menschliche Leistung und Überwachung verlangt.The casting powder is dispersed in the same way as a standard casting flux. It is placed in a combustible container or bag, such as a paper bag with metal eyelet reinforcements, and placed 150 to 460 mm above the base. the ingot mold. It can also be formed as a plate and placed on the bottom of the mold. The incoming molten steel consumes the container or dissolves the plate, releasing the powder. The powder then spreads rapidly over the surface of the incoming molten steel. This is a purely automatic process that requires little human effort and supervision.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Ausschaltung der hot-topping-Verbindung verwirklicht. Personal muß nicht länger zur Zugabe des Isoliermaterials über den Formen eingesetzt werden. Atmosphärischer Staub aus der hottopping-Verbindung und "Trümmerberge" werden auch ausgeschaltet. Zusätzlich werden keinerlei Rauchstoffe erzeugt. Trotz der etwas höheren Kosten aufgrund des Ersatzes des Standard- Graphits durch expandierbaren Graphit führen das Ausschalten der hot-topping-Verbindung und die beträchtlichen Kostenersparnisse bei der Anwendung zu einer beträchtlichen Gesamtkostenersparnis.The advantages of the present invention are realized by elimination of the hot-topping compound. Personnel are no longer required to add the insulating material above the molds. Atmospheric dust from the hot-topping compound and "piles of debris" are also eliminated. In addition, no fumes are generated. Despite the slightly higher cost due to replacing standard graphite with expandable graphite, elimination of the hot-topping compound and the significant cost savings in use result in a significant overall cost saving.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier offenbart wurden, ist eine Beschränkung der Erfindung auf diese Offenbarung nicht beabsichtigt und Änderungen und Abwandlungen können in den Bereich der folgenden Patentansprüche eingeschlossen und innerhalb dieses Bereiches verwirklicht werden.Although particular embodiments of the present invention have been disclosed herein, it is not intended that the invention be limited to this disclosure, and changes and modifications may be included and practiced within the scope of the following claims.
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