Eine Einführung in Tundishes

Ein Tundish ist ein Gerät, das beim Gießen von Metallen verwendet wird. Es ist jedes offene Gefäß mit Löchern im Boden, um geschmolzenes Metall mit kontrollierter Geschwindigkeit in Gussformen zu liefern. Es wird häufig zwischen Schmelzen und Gießen verwendet, um einen gleichmäßigen und geregelten Durchfluss zu gewährleisten und bei Bedarf die Umschaltung von Gussformen zu ermöglichen. Tundishes sind oft aus Stahl gefertigt und mit einer Art Liner ausgekleidet, der immer ein feuerfestes Material ist, oft in Ziegelform. Zu diesen feuerfesten Materialien, die als tundish-Futter oder von Komponenten in tundish-Futtern verwendet werden, gehören unter anderem Anthrazit-, Chromit- und Glaspulver.

Etwa 7 aller feuerfesten Materialien in Europa werden für Tundishes und in Strangguss(1,2) verwendet, wobei ein respektables 5 davon nach Gebrauch auf Deponien verbracht wird(3). Tundishes sind eng mit Pfannen verwandt, die verwendet werden, um geschmolzenes Metall vom Ofen in den Tundish vor dem Gießen zu transportieren. Diese großen, feuerfesten gefütterten Eimer ähneln operativ sehr den Tundishes und daher gelten die Prinzipien für tundish Futterdesign und Materialien weitgehend auch für Pfannen.

Flussdiagramm, das zeigt, wie tundish verwendet wird

Design von Tundish Futter

Tundish-Futter sind in vielen Fällen geschichtete Angelegenheiten. Die Schichtung verschiedener feuerfester Materialien mit unterschiedlichen Dicken ist mit der Langlebigkeit der betreffenden Pflanze verbunden(4). Ein feuerfestes Material, das in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall ist oft magnesiabasiert und kann aus Gips (aufgesprüht) oder Ziegelform sein. Als nächstes kommt das "Backup-Futter", das nach Dicke und Masse die größte Auskleidung ist und die meisten Wärmedämmeigenschaften bietet. Es ist oft Aluminiumoxid-basiert. Schließlich gibt es eine "Sicherheitsschleimhaut" zwischen dem Aluminiumoxid und der äußeren Stahlschale des Tundish, um sicherzustellen, dass es keine sicherheitskritische Temperatur erreicht(5).

Die Hauptbestandteile der tundish Futter bestehen oft aus feuerfesten Ziegeln im Gegensatz zu Monolithen. Dies liegt daran, dass ein Ziegel einfacher/billiger zu produzieren ist als ein Monolith, und diese Steine können bei Bedarf ersetzt werden, aber insgesamt ist ein Monolith länger haltbar als ein Ziegelstein. Tundishes sind oft nicht sehr lang, und so ist die Notwendigkeit, ein Gerät wie ein Monolith zu verwenden, um eine Ecke zu umgehen, eine sehr seltene Erscheinung. Tundish-Auskleidungen müssen in der Lage sein, thermischen Stößen zu widerstehen, hitzebeständig zu sein und Korrosion/Oxidation zu widerstehen - und das alles über einen längeren Zeitraum. Es ist zwingend erforderlich, dass geschmolzenes Metall in der Form kühlt und verfestigt, daher sind Tundishes mit mehreren Schichten von Feuerfeststoffen isoliert, wie bereits erwähnt(6).

Insgesamt kann man sagen, dass ein ideales tundish Futter die folgenden Eigenschaften haben wird:

  • Fähigkeit, Temperaturen über 1.500°C standzuhalten
  • Aufrechterhaltung seiner Form bei hohen Temperaturen
  • Widerstand gegen Schlackenangriffe
  • Keine chemische oder physikalische Wechselwirkung mit dem geschmolzenen Metall
Prozess mit Tundishes
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Materialien für Tundish-Auskleidungen

Nach einer gewissen Zeit muss ein Tundish "deskulled" werden. Das heißt, die gehärteten Stahl/Schlackenrückstände, die sich nach längeren Verarbeitungsperioden auf dem Boden des Tundish bilden.

Es ist wichtig, bei der Auswahl von Feuerfeststoffen für tundish Futter nicht nur die Eigenschaften des Materials selbst zu berücksichtigen, sondern auch die Eigenschaften, die sich aus der physikalischen Form ergeben. Tundishes, die mit Schichten von feuerfesten Ziegeln ausgekleidet sind, müssen in der Regel früher ersetzt werden als Auskleidungen aus monolithischen oder gegossenen Feuerfeststoffen(7), wobei Daten zeigen, dass Ziegel weniger als fünf Wärmen halten können, bevor sie ersetzt oder überholt werden müssen, verglichen mit über 30 für einen Monolithen. Frühe tundish Liner wurden aus Natriumsilikat hergestellt, das aus der Reaktion von Kieselsäure und Natriumhydroxid gebildet wurde.

Zu den gängigen tundish Futtermaterialien für den Stahlguss gehören Kieselsäure, Magnesia und Aluminiumoxid. Ein Problem bei der Verwendung von reinen Kieselsäure-Feuerfeststoffen für tundish-Auskleidungen besteht darin, dass es in der Lage ist, bestimmte Materialien innerhalb des geschmolzenen Stahls zu oxidieren, z. B. Mangan in Hadfield-Stahl(8). Berichten zufolge könnte sich unter bestimmten Bedingungen an der geschmolzenen Stahl-Tundish-Schnittstelle eine Manganoxidschicht bilden, wodurch der Stahl entwertet und die Effizienz des Tundish selbst verringert wird.

Im Folgenden werden einige andere weit verbreitete Komponenten von - und Additiven zu - tundish Futter numerisch diskutiert.

Prozess mit Tundish

Glas

Im Tundish können Kieselsäure und/oder gemahlenes Glas verwendet werden, um Eisenoxid aus geschmolzenem Eisen oder Stahl zu entfernen(9). Durch die Entfernung dieses Eisenoxids können nachgelagerte Einbrüche und Beiträge zur übermäßigen Schlackenproduktion verhindert werden, die für spätere ttundish Feuerfeststoffe schädlich sein können. Die Aluminium-Aluminiumproduktion verwendet Geschliffenes Glas ausgiebig, da es In der Lage ist, Calciumsilizid für die Umwandlung von übrig gebliebenem Aluminium und Aluminiumoxid im geschmolzenen Stahl zu ersetzen. Als Teil des Tundish-Liners kann gemahlene Glasscherben verwendet werden und verhält sich wie ein Flussmittel, das bei der Reinigung des geschmolzenen Metalls(10) hilft, thermische Vorteile bietet und nachgelagerte Vorteile bietet, einschließlich der Verbesserung der Duktilität und Zerspanbarkeit.

Kohlenstaub / Anthrazitpulver

Magnesia Kohlenstoff ist ein feuerfestes Material, das aus Magnesia und einer Kohlenstoffquelle wie
Kohlenstaub,
Anthrazit oder Graphit(11) hergestellt wird. Einer der Hauptvorteile von Magnesia-Kohlenstoff ist, dass der vorhandene Kohlenstoff die Ausdehnung der Magnesia bei hohen Temperaturen moduliert und damit ein stabileres Langzeitmaterial macht. Es wurde auch berichtet, dass die thermische Spalling (Rissbildung der feuerfesten Oberfläche bei der Temperatur, mit der Möglichkeit des Abbrechens von Teilen) mit zunehmendem Graphit/Anthrazitgehalt verringert wird(12). Auch der Young-Modul des Materials soll mit zusätzlichem Kohlenstoff erhöht werden(13). In der Eisen- und Stahlproduktion kann der Abbau der Magnesia Carbon-Tundish-Auskleidung durch die Oxidation des Kohlenstoffs durch Eisenoxid beschleunigt werden(14), dessen Wirkung durch die Zugabe kleiner Mengen Aluminium verringert werden kann. Anthrazit kann in Mengen von bis zu 15 enthalten werden.

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Chrom Sand

Magnesia Chrom ist eine beliebte Auswahl an Feuerfest für tundish Futter für Eisen- und Nichteisenmetalle. Es besteht aus Magnesia und
Chromsand,
die zu einem porösen feuerfesten Ziegel gehärtet wurden, wobei die Zugabe von Chromit für die verbesserten Wärmeleitfähigkeitseigenschaften im Vergleich zu reiner Magnesia verantwortlich ist(15).

Neben herkömmlichen feuerfesten Ziegeln und Auskleidungen findet Chrom im Stranggussals als Teil des verbesserten Magnesiaputzes Verwendung. Dieser Putz wird oft aufgetragen, da die obere Schicht (in Kontakt mit geschmolzenem Metall) ein "konventionelles" Feuerfest ist, oder um die Fugen zwischen feuerfesten Ziegeln zu bedecken. Es besteht traditionell hauptsächlich aus porösem Magnesia, das bei großer Hitze dazu neigt, durch das Vorhandensein von Calciumoxid oder Kieselsäure in der Schlacke zerstört zu werden. In modernem, verbessertem Putz werden große Mengen Magnesia in geringerem Maße durch Chromit und Olivin ersetzt. Das Vorhandensein von Chromit verringert die Grundigkeitslücke und verhindert so das Eindringen des feuerfesten Putzes mit Schlacke(16).

Sicherheit in Bezug auf feuerfeste Materialien auf Chrombasis

Sechswertiges Chrom ist für den Menschen giftig. Während bei der Herstellung von Chrom-Refractories in der Regel nur Chromit verwendet wird (das nur dreiwertiges Chrom enthält, Cr(III)), wurde eine Transformation über Oxidation(17) in magnesiachromen Feuerfeststoffen und tundish Futter beobachtet. Die Wahrscheinlichkeit, dass mehr Cr(VI) verwendet wird, ist größer, da mehr Chromit im Feuerfest verwendet wird, aber die Zugabe von Titandioxid kann großflächige Transformationen zu Cr(VI) verhindern. Solche Behandlungen wurden berichtet, dass Cr(VI)-Gehalt auf deutlich unter US-Standards reduziert wird - aber über den europäischen Standards. Dieses Phänomen ist besonders besorgniserregend im Kupferguss, wo Magnesit-Chrom-Feuerfeststoffe am häufigsten sind(18).

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Einfluss von Feuerfestmaterialien als Zwischenbehälter auf die Metallgussqualität

In Bezug auf Stahl spielen die Identität und der Zustand des ttundish Feuerfestes eine Rolle für die Qualität des Endstahlprodukts als Teil der Gesamtwechselwirkungen von Metall, Schlacke, Feuerfest und Atmosphäre(19). Daher kann gesagt werden, dass der Tundish die physikalischen Defekte des fertigen Stahls, die Menge und Art der nichtmetallischen Einfälle in den Stahl beeinflussen und den Stahl innerhalb des vordefinierten chemischen Raumes halten kann. Tundishes selbst werden zunehmend zur Reinigung des geschmolzenen Stahls verwendet, um Oxidation zu verhindern und nichtmetallische Verunreinigungen über ihre typisch porösen Strukturen zu absorbieren(20). Darüber hinaus können Einfälle durch physikalische Prozesse wie integrierte Filtration innerhalb des Tundish oder die Behandlung des geschmolzenen Metalls mit Gas, das durch den tundish Körper geblasen wird, entfernt werden(21).

Abbau von Tundish-Auskleidungen: Der Einfluss von Schlacke

Schlacke ist ein weitgehend unvermeidbarer Teil des Eisenmetallgussprozesses und weist komplexe Wechselwirkungen mit feuerfesten tundish-Auskleidungen auf, die in der Regel nicht dem gesamten Gießregime zugute kommen. Einige der Auswirkungen von Schlacke wurden bereits angesprochen, und feuerfeste Schlackenwechselwirkungen gelten als einer der schädlichsten Teile des Gießens(22). Berichte legen nahe, dass der optimale Weg, um keine Ansammlung von tundish Schlacke, Schlacke aus der Verhüttung und aus der Pfanne zu gewährleisten, entfernt werden sollte, bevor der Tundish mit physikalischen oder chemischen Mitteln erreicht wird(23). Darüber hinaus kann die Verwendung eines entsprechend hochtemperaturfesten Feuerfeststoffes wie Chromit in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall die potenziellen Auswirkungen der tundish Schlacke verringern, die das feuerfeste Prägnat imprägniert und es unter Betriebsbedingungen ineffizient macht(24). Feuerfeststoffe mit hohem Aluminiumoxidgehalt sind Berichten zufolge weniger anfällig für Schlackendurchdringung(25).

Prozessdiagramm, das Tundishes verwendet

Zusammenfassung

  • Tundishes sind ein wesentlicher und wichtiger Bestandteil der modernen Metallgussindustrie
  • Tundish-Futter bestehen aus Schichten aus feuerfesten Materialien, oft auf Aluminiumoxid- und Magnesiabasis, wobei häufig andere Feuerfeststoffe wie Chromit, gemahlenes Glas und Anthrazit in ihre Herstellung einbezogen werden.
  • Feuerfeststoffe im Tundish bieten nicht nur Vorteile bei der Temperaturkontrolle, sondern können auch die Qualität des fertigen Gussmetalls erhöhen, indem sie fehlerhafte Einfälle beeinflussen.
  • Schlacke ist ein ständiges Problem in Eisenmetallguss, da es mit Feuerfest in der Auskleidung stören kann, was sie weniger effektiv macht, aber dieser Effekt kann durch optimale feuerfeste Zusammensetzung und physikalische Intervention gemildert werden
Chromsand
glass_powder
coal_dust
Chromitmehl im Topf

Verweise

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11 E. M. W. Ewais, J. Ceram. Soc. JapanTransportjahr 2004, 112, 517

12 D. Glocke, Thermischer Schock von Magnesia-Graphit-Feuerfeststoffen, in UNITECR '91 - Int. Tech. Conf. Refractories, Achen, 1991

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17 T. Xu et al., J. Alloys and Compounds, 2019, 786, 306

18 l. Pérez et al., Ceram. Int., 2019, 45, 9788

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20 S. Aminorroya et al., Basic Tundish Powder Evaluation for Continuous Casting of Clean Steel, in AIS Tech - The Iron & Steel Technology Conference and Exposition, Cleveland, 2006

21 O. B. Isaev, Metallurg, 2009, 53, 672

22 B. Bul'ko et al., Acta Metallurg. Slowaca, 2014, 20, 318

23 B. Bul'koet al., Acta Metallurg. Slowaca, 2011, 17, 51

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25 K. K. Kappmeyer et al., JOM, 1974, 26, 29