Die Phasenzusammensetzung von Stranggießpulvern und ihre Veränderung mit steigender Temperatur

Irmtraud Marschall

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Gießpulver sind Hilfsstoffe im Stranggießprozess der Stahlerzeugung. Sie werden in der Kokille auf den Stahlmeniskus aufgegeben, wo sie durch die vorherrschenden hohen Temperaturen aufschmelzen. Die gebildete Schlacke infiltriert den Gießspalt zwischen Strang und Kokille und sorgt dort für die notwendige Schmierung sowie einen kontrollierten Wärmetransport. Einer der wichtigsten Parameter im Stranggießprozess zur Gewährleistung eines stabilen Gießbetriebes und zur Vermeidung von Oberflächendefekten ist das Schmelzverhalten dieser Gießpulver. Die Erfahrung zeigte, dass die Kenntnis ihrer chemischen Zusammensetzung alleine nicht immer für eine zufriedenstellende Auswahl der Gießpulver ausreicht. Es ist sehr wahrscheinlich, dass neben der chemischen Zusammensetzung auch die Phasenzusammensetzung und die Phasenverteilung die Betriebseigenschaften der Pulver beeinflussen. Aus diesem Grund wurde die Phasenzusammensetzung von vierzehn kommerziellen Gießpulvern mittels Auflicht- und Rasterelektronenmikroskop so wie mittels Röntgendiffraktometer untersucht. Zur Charakterisierung des Schmelzverhaltens wurden diese Pulver bei ausgewählten Temperaturen geglüht und nach Abschrecken auf Raumtemperatur mit den zuvor genannten Methoden analysiert. Außerdem wurde an ihnen eine simultane Thermoanalyse und Heiztischmikroskopie durchgeführt. Das CaO/SiO2 Verhältnis der Proben reichte von 0,6 - 1,3 und die Kohlenstoffgehalte lagen zwischen 2,2 und 15,2 Gew.%. Obwohl die mineralogischen Zusammensetzungen der Pulver differierten, zeigten sie doch Gemeinsamkeiten. Die Analyse der Proben zeigte, dass Gießpulver hauptsächlich aus Silikaten, Natrium- und Calciumcarbonaten, Fluorit und Kohlenstoffträgern bestehen. In Bezug auf das Schmelzverhalten ergab sich folgendes Bild. Die Carbonate beginnen in Gießpulvern bereits unter 500 °C zu dissoziieren und schließen diesen Vorgang bei spätestens 790 °C ab. Als Folge diffundiert Na2O in die umliegenden Silikate und senkt dadurch deren Schmelzbereich. Die Entstehung von ersten größeren Schmelzphasenmengen hängt stark von der Art der verwendeten Silikate ab. Besonders die Gegenwart von Glasbruch fördert ihre Bildung bei vergleichsweise niedrigeren Temperaturen. Zwischen 750 °C und 900 °C ist mit der Kristallisation von Natriumcalciumsilikaten aus der an Natrium gesättigten Schmelze und durch Feststoffdiffusion von Natriumionen in den Wollastonit zu rechnen. Durch das spätere Aufschmelzen von Korund und der Rohstoffe mit Aluminiumgehalten über 18 % erfolgt die Bildung von Natriumalumosilikaten erst zwischen 900 °C und 1000 °C. Cuspidin ist in allen fluorhältigen Gießpulver auf Siliziumbasis die wichtigste gebildete Phase, da sie zum einen oberhalb von 900 ° den größten festen Phasenanteil ausmacht, zum anderen die letztschmelzende Phase darstellt. Seine Bildung erfolgt einerseits bei Temperaturen um 600 °C durch Feststoffdiffusion von Fluorionen in Natriumcalciumsilikatphasen, zum Großteil wird er aber durch Kristallisation gießpulverabhängig zwischen 690 °C und 1073 °C aus einer genügend großen Schmelzmenge gebildet. Im Gegensatz dazu trat im einzigen Gießpulver auf Calcium- und Aluminiumoxidbasis oberhalb von 900 °C an seine Stelle eine nicht anderswo spezifizierte Phase mit einem Al Gehalt von ca. 17 mol%. Die Bildung einer homogenen Schmelzphase erfolgt zwischen 1020 °C und 1260 °C und ist weitgehend rohstoffunabhängig, korreliert aber mit dem CaO/SiO2 Verhältnis der Gießpulverzusammensetzungen.
Titel in ÜbersetzungPhase Composition of Mould Powders and its Alteration with Increasing Temperature
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Harmuth, Harald, Beurteiler A (intern)
  • Thalhammer, Oskar, Beurteiler B (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2013

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Gießpulver
  • Cuspidin
  • Strangguss
  • Aufschmelzverhalten

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