Langlebigere Beschichtungen für Gießpfannen in der Stahlproduktion

Ein spanisches Unternehmen hat ein neues und kosteneffektiveres feuerfestes Material auf Aluminiumbasis entwickelt, das die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Gießpfannenbeschichtungen in sekundären Stahlverarbeitungsprozessen deutlich erhöht.

In dem zur Entwicklung der Gießpfannenbeschichtung angewandten Verfahren wurden Ergebnisse aus der Grundlagenforschung verwertet und für die Analyse der noch unerforschten chemischen Zusammensetzung des ternären Zustandsdiagramms von A1203-Mg0-Ca0 (Aluminium-Magnesium-Calcium) verwendet. Die daraus entwickelte Zementmatrix wurde durch ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften, ihr thermomechanisches Verhalten und die Eigenschaften ihrer Mikrostruktur charakterisiert.

Um eine vollständige Übersicht über die chemischen Zusammensetzungen und Fertigungsprozesse zu gewinnen, wurden die Beschaffenheit der Werkstoffe sowie die Verfahren für gieß- und spritzfähige feuerfeste Materialien festgelegt. Untersucht wurden auch die Korrosionsbeständigkeit, die Durchdringung der Stahlschmelze und die Schlackeneinwirkung, was die Auswahl der endgültigen Zusammensetzung des feuerfesten Materials ermöglichte.

Zur Validierung der theoretischen Überlegungen wurden in zwei Stahlwerken mit Gießpfannen von 130 bzw. 250 Tonnen mehrere Tests durchgeführt. Die Verifizierung erfolgte durch Analyse der Beschichtungsverfahren, der Anwendung von Reparaturmischungen sowie der Vorheiz- und Feuerungsbedingungen in unterschiedlichen Phasen des sekundären Stahlherstellungsprozesses. Besonders eingehend wurden in den Tests auch die Penetrationsbeständigkeit, Korrosionserscheinungen, die Verschleißrate, thermomechanische Eigenschaften sowie Spalling-Effekte – also das mechanische Abplatzen infolge von Wärmespannungen – untersucht.

Diese Versuche wurden bei 1650 Grad Celsius durchgeführt, so dass alle erwarteten Korrosions- und Penetrationswirkungen bei Standard-Betriebstemperaturen verifiziert werden konnten. Im Vergleich zu den gegenwärtig verwendeten Standardmaterialien mit hohem Aluminiumgehalt konnte mit den stark alumniniumhaltigen Spinell-Materialien eine signifikante Erhöhung der Lebensdauer und Stabilität der Gießpfannenbeschichtung nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der Versuche zeigten ferner, dass die Wandauskleidungen mehr als 298 Erwärmungszyklen überstanden, während bei den Bodenauskleidungen 860 Erwärmungszyklen erreicht wurden.

Die Endergebnisse wiesen zweifelsfrei nach, dass die neuen Werkstoffe im Vergleich zu anderen heute üblichen Gießpfannenbeschichtungen im Hinblick auf Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und weltweite Marktchancen außerordentlich beeindruckende Eigenschaften besitzen. Letzteres ist insbesondere angesichts der industrieübergreifenden Einsatzmöglichkeiten dieses Auskleidungsmaterials – beispielsweise in Drehöfen für Portland-Zement, Müllverbrennungs-Feuerungen und Wärmetauschern für Glasschmelzöfen – von Bedeutung.

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Bernard Gey
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