Von Jack Xing, Technischer Vertriebsleiter, YK Chanshine · Veröffentlicht am 29. Oktober 2026 · 12 Min. Lesezeit
Kurz gesagt: Ein hochreines MgO-Trockenrüttelgemisch (MgO 85 % bis 92 %) bleibt gegenüber gelöstem Aluminium und Mangan stabil. Eine Silikatplatte hingegen nicht: Ihr SiO2 wird durch Al und Mn reduziert, wodurch dem Stahl Sauerstoff und Silizium zugeführt werden und Aluminiumverluste sowie Aluminiumoxideinschlüsse entstehen. Für Bewehrungs- und Handelsstahl kann eine Silikatplatte dennoch eine sinnvolle, kostengünstige Wahl sein. Für sauberen Stahl, Automobilgüten, Lagerstahl, Reifencord und Sauergas-Pipelines ist Magnesia unverzichtbar.
Warum die Tundish-Auskleidung über die Qualität von sauberem Stahl entscheidet
Sauberer Stahl wird in der Pfanne raffiniert. Doch zwischen Pfanne und Kokille verbringt flüssiger Stahl 15 bis 40 Minuten in der Tundish. Während dieser Zeit steht der Stahl in direktem Kontakt mit der Arbeitsschicht. Dieser Kontakt ist entweder inert oder reaktiv.
Bei einer inerten Auskleidung steigen Einschlüsse in die Abdeckschlacke auf, der Gesamtsauerstoffgehalt (T.O.) sinkt, und der Stahl gelangt sauberer in die Kokille, als er die Pfanne verlassen hat. Bei einer reaktiven Auskleidung greifen gelöste Desoxidationsmittel die feuerfesten Oxide an, es bilden sich kontinuierlich neue Einschlüsse, und der Stahl nimmt Sauerstoff auf. Ein Stahlwerk, das pro Schmelze Tausende Dollar für die Sekundärmetallurgie ausgibt, kann diese Investition während einer 20-minütigen Tundish-Sequenz vollständig verlieren.
Der Gesamtsauerstoffgehalt des Stahls stammt aus vier Quellen innerhalb der Tundish:
- Chemische Reaktion: Gelöste Desoxidationsmittel (Al, Mn, Si) reduzieren Oxide in der Auskleidung.
- Feuchtigkeit und Bindemittel: Wasser oder organische Bindemittel setzen beim Aufheizen Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Sauerstoff frei.
- Lufteintritt: Offene Fugen oder lose Platten lassen Luft durch Zonen mit Unterdruck eindringen.
- Physische Erosion: Flüssiger Stahl schwemmt schwache Feuerfestpartikel in den Strom, wo sie zu Makroeinschlüssen werden.
Die grundlegende Chemie: Wie Stahl Siliziumdioxid reduziert
Kieselsäure (SiO2) ist bei Stranggusstemperaturen (1520 °C bis 1580 °C) thermodynamisch weniger stabil als Aluminiumoxid (Al2O3) oder Magnesia (MgO). Wenn flüssiger Stahl mit gelöstem Aluminium eine Silikatplatte berührt, läuft spontan eine Reduktionsreaktion ab:
Diese Reaktion führt in der Produktion zu drei unterschiedlichen Problemen:
- Aluminiumabbrand: Das lösliche Aluminium im Stahl wird von der Auskleidung verbraucht. Stahlhersteller müssen entweder in der Pfanne mit teurem Aluminium überlegieren oder riskieren, bei langen Sequenzen unter die Mindestspezifikation für [Al] zu fallen.
- Siliziumaufnahme: Das reduzierte Silizium gelangt in die Stahlschmelze. Bei Stahlsorten mit niedrigem Siliziumgehalt kann diese Aufnahme dazu führen, dass die Zusammensetzung außerhalb der Kundenspezifikation liegt.
- Endogene Aluminiumoxideinschlüsse: Das an der feuerfesten heißen Seite gebildete Al2O3 bleibt nicht an der Wand haften. Turbulente Stahlströmung trägt feine Aluminiumoxid-Cluster (2 bis 20 μm) in den Strang, wo sie Düsenverstopfungen, Oberflächenrisse und Fehler bei Ultraschallprüfungen verursachen.
Warum MgO stabil bleibt
Magnesiumoxid (MgO) liegt im Ellingham-Diagramm unter SiO2. Gelöstes Aluminium und Mangan können reines MgO bei Temperaturen der Stahlerzeugung nicht reduzieren. Stattdessen bildet jegliches Aluminium, das mit MgO in Kontakt kommt, eine dünne, dichte Schicht aus Magnesiumaluminat-Spinell (MgAl2O4):
Diese Spinellschicht wirkt als feste Diffusionsbarriere. Sie verhindert weitere Reaktionen und das Eindringen von Stahl und gibt keine Einschlüsse in die Schmelze ab.
Direkter Vergleich: Eigenschaft für Eigenschaft
| Eigenschaft | MgO-Trockenrüttelmischung (MgO 85 % bis 92 %) | Kieselsäurebasierte Verteilerplatte |
|---|---|---|
| Hauptchemie | MgO 85–92 %, SiO2 ≤ 3,5 %, CaO ≤ 2,5 %, Fe2O3 ≤ 1,5 % | SiO2 75–88 %, Al2O3 5–12 %, Fe2O3 1,5–3,0 % |
| Installationsmethode | Um eine erhitzte Form herum trocken aufgerüttelt und bei 220–280 °C ausgehärtet | Vorgehärtete Platten werden von Hand eingesetzt, vermörtelt oder verkeilt |
| Wasserzugabe | 0 % (streng trockene Installation) | 0 % (werkseitig getrocknet, aber das organische Bindemittel bindet Feuchtigkeit) |
| Einfluss auf den Gesamtsauerstoffgehalt | Stabil: typischer T.O.-Wert 8 bis 18 ppm bei sauberen Stahlsorten | Reaktiv: typischer T.O.-Wert 25 bis 55 ppm; starker [Al]-Abbrand |
| Wasserstoffaufnahme | Sehr niedrig (< 0,5 ppm [H]) mit anorganischem Bindemittel | Mittel bis hoch (1,0 bis 2,5 ppm [H]) durch Ausgasung des Harzes |
| Sequenzdauer | Bis zu 16 bis über 24 Schmelzen bei geeigneter Schlackenbehandlung | Typischerweise maximal 1 bis 4 Schmelzen vor Verschleiß der Platte |
| Leistung beim Entfernen der Ansätze | Saubere Trennung von der Dauerauskleidung nach dem Abkühlen | Haftet oft an der Dauerauskleidung, hoher Arbeitsaufwand beim Entfernen der Ansätze |
Abstimmung der Stahlsorten auf die Auskleidung
| Stahlsorte | Das größte Risiko für die Reinheit | Leistung der Kieselsäureplatte | Leistung der MgO-Trockenmischung |
|---|---|---|---|
| Al-beruhigter Tiefziehstahl (LCAK / IF) | Reduktion von Kieselsäure durch [Al]; Aluminiumoxid-Cluster auf freiliegenden Blechen | Schwere Qualitätseinbußen, häufige Zurückweisungen | Ausgezeichnet; die inerte Heißseite erhält den gelösten [Al]-Gehalt |
| Wälzlagerstahl (100Cr6 / 52100) | Makroeinschlüsse > 15 μm verursachen Kontakt-Ermüdungsversagen | Unbrauchbar; erfüllt die Anforderungen an die mikroskopische Reinheit nicht | Standardwahl; sorgt für niedrigen Sauerstoffgehalt und hohe Ermüdungslebensdauer |
| Hochmanganstahl | [Mn] reduziert SiO2 und bildet niedrig schmelzende Rhodonit-/Spessartinphasen | Schneller Plattenverschleiß und Aufschäumen der Schlacke | Beständig; basisches MgO hält MnO-reiche Schlacken aus |
| Bewehrungsstahl und Baustahl aus Kohlenstoffstahl | Kosten pro Tonne; Geschwindigkeit des Sequenzwechsels | Geeignet; wirtschaftlich bei kurzen Sequenzen | Wirtschaftlich nur bei langen Sequenzen (> 8 Schmelzen) |
Integrierte Strömungslenker für Verteilergefäße
Die Arbeitsschicht wirkt nicht allein. Für die Kontrolle des Gesamtsauerstoffgehalts muss hochreines trockenes MgO-Gemisch mit vorgefertigten Strömungslenkern kombiniert werden:
- Turbostop / Prallplatte: Baut die Energie des einströmenden Pfannenstrahls ab und verhindert so das Öffnen des Schlackenauges und das Einziehen von Luft.
- Wehre und Dämme: Den Stahl nach oben zur Abdeckschlackenschicht umlenken, damit nichtmetallische Einschlüsse aufschwimmen, bevor sie die Düse erreichen.
- Lochsteine: Dosierdüsen einsetzen und die Bildung eines Trichters mit Wirbel beim Pfannenwechsel vermeiden.
So führen Sie einen Versuch mit einer Auskleidung für ein Verteilergefäß durch
Wechseln Sie Lieferanten oder Materialien nicht aufgrund von Katalogversprechen. Messen Sie den Unterschied in Ihrem eigenen Betrieb anhand dieses 4-Schritte-Protokolls:
- Ausgangswert festlegen: Den Gesamtsauerstoffgehalt im Verteilergefäß über 10 aufeinanderfolgende Schmelzen mit der aktuellen Auskleidung messen.
- Aluminiumabbrand erfassen: Lösliches [Al] aus der Pfannenprobe mit dem Wert aus der Verteilergefäßprobe zur Mitte der Schmelze vergleichen.
- Ausbesserung prüfen: Nach dem Entfernen des Verteilergefäßsumpfs die Durchlaufzeit und die Tiefe der Reparatur an der Dauerauskleidung messen.
- Nettokosten berechnen: Materialpreis mit den Einsparungen durch längere Sequenzen, geringeren Desoxidationsmittelverbrauch und weniger Rückstufungen vergleichen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ): Feuerfestauskleidungen für Verteilergefäße und Gesamtsauerstoffgehalt
Schadet eine Siliziumdioxidplatte immer der Stahlreinheit?
Nein. Für unlegierte Kohlenstoffstähle und niedriglegierte Güten ohne strenge Sauerstoffgrenzwerte ist eine Siliziumdioxidplatte oft geeignet und kostengünstiger. Bei Al-beruhigten, Ca-behandelten, hochmanganhaltigen und Güten mit niedrigem Gesamt-Sauerstoffgehalt wird sie zum Problem, da ihr SiO2 durch Al und Mn reduziert wird.
Warum reagiert Siliziumdioxid im Verteilergefäß mit Aluminium?
Aluminium hat eine stärkere Affinität zu Sauerstoff als Silizium. Gelöstes Al entzieht dem SiO2 in der Auskleidung Sauerstoff, wodurch Al2O3 entsteht und Silizium in den Stahl freigesetzt wird. Das führt zu Al-Abbrand, Siliziumaufnahme und neuen Aluminiumoxid-Einschlüssen.
Kann eine Magnesia-Auskleidung zusätzliche Einschlüsse verursachen?
Ja, wenn sie feucht, porös oder schlecht gesintert ist oder die Masse zu viel Kohlenstoff enthält. Partikel, die sich von einer schwachen heißen Oberfläche lösen, können zu Einschlüssen werden. Kohlenstoff in Verbindung mit Magnesia kann außerdem den Mg-Gehalt erhöhen. Eine dichte, trockene und gut gesinterte Oberfläche mit niedrigem Kohlenstoffgehalt vermeidet die meisten dieser Probleme.
Welchen MgO-Gehalt sollte eine Trockenmasse für ein Verteilergefäß haben?
Die meisten Sorten für sauberen Stahl liegen bei etwa 85 % bis 92 %. Verunreinigungen sind ebenso wichtig wie der MgO-Gehalt. Ein niedriger SiO2- und CaO-Gehalt sowie eine gute Kornstruktur sind oft besser als ein höherer MgO-Wert bei schlechter Kontrolle der Verunreinigungen.
Um wie viel kann die Auskleidung den Gesamt-Sauerstoffgehalt senken?
Es gibt keinen festen Wert. Die Auskleidung ist einer von mehreren Einflussfaktoren: Auch Abschirmung, Strömungskontrolle, Abdeckpulver und Pfannenbetrieb spielen eine Rolle. Messen Sie den Wert pro Schmelze bei derselben Stahlsorte vor und nach der Umstellung.
Welche Stahlsorten benötigen Magnesia statt Siliziumdioxid?
Typische Sorten sind aluminiumberuhigte, kohlenstoffarme Stähle, IF-Stähle, Ca-behandelte Stähle, Stähle mit hohem Mn-Gehalt und Wälzlagerstähle. Sie erfordern entweder besonders hohe Sauberkeit oder greifen Siliziumdioxid direkt an.
Verringert Trockenmasse im Vergleich zu einer Platte die Wasserstoffaufnahme?
Das ist möglich. Trockenrüttelmasse wird ohne Wasser eingebaut, sodass kein Wasser ausgetrieben werden muss. Das Bindemittel ist dennoch wichtig. Für kohlenstoffarme Stähle und Stähle mit geringem Wasserstoffgehalt wählen wir daher ein anorganisches oder kohlenstoffarmes Bindemittel.
Wie helfen vorgefertigte Prallkörper und Wehre beim Gesamt-Sauerstoffgehalt?
Sie beeinflussen, wo der Stahl auftrifft und wie er fließt. Ein dichter, vorgefertigter Prallkörper verhindert Erosion an der turbulentesten Stelle. Wehre und Dämme geben Einschlüssen Zeit, zum Abdeckpulver aufzuschwimmen. Sie ergänzen die Auskleidung, ersetzen sie aber nicht.
Wie messe ich, ob eine Änderung der Auskleidung geholfen hat?
Vergleichen Sie den Gesamt-Sauerstoffgehalt in ppm pro Schmelze bei derselben Stahlsorte vor und nach der Umstellung. Erfassen Sie Al-Abbrand, Si- und Mn-Aufnahme sowie die Einschlussbewertung an denselben Probenahmepunkten. Prüfen Sie die verwendete Auskleidung auf Erosion und Sintertiefe.
Welche Daten benötigen Sie, um eine kundenspezifische Auskleidung für ein Verteilergefäß zu entwickeln?
Stahlsorten und Sequenzlänge, Gesamt-Sauerstoff- und Einschlussziele, Größe und Zeichnung des Verteilergefäßes, aktuelle Auskleidung und ihre Standzeit, Abdeckpulvertyp sowie alle aktuellen Probleme mit Verstopfungen oder Al-Abbrand.
Senden Sie uns Ihre Betriebsdaten des Verteilergefäßes und Ihre Sauberkeitsziele
Nennen Sie uns Ihre Stahlsorten, Sequenzlänge, Gesamt-Sauerstoff-Zielwerte und die aktuelle Standzeit der Arbeitsauskleidung. Innerhalb von 24 bis 48 Stunden erhalten Sie von uns eine technisch ausgelegte Auskleidung, ein technisches Datenblatt und ein Angebot. Außerdem unterstützen wir Sie mit kostenlosen Mustersendungen für Versuche.