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Verfahren zur Herstellung von Gusseisen mit hohen Festigkeitseigenschaften.
Zusatzpatent zum Patente Nr. 113306.
Eingehende Versuche haben den Nachweis erbracht, dass die nach dem Verfahren des Patentes Nr. 113306 hergestellte, auf Stahlschmelztemperatur erhitzte und niedrig gekohlte Schmelze, die- vergossen - Gussstücke mit besonders hohen Festigkeitswerten ergibt, die Eigenschaft besitzt, diese hohen Festigkeitswerte auch dann beizubehalten, wenn man sie nachträglich aufkohlt.
Die Erfindung benutzt diese Erkenntnis, um nun-auf der Erfindung des genannten Patentes weiterbauend und von dessen Erzeugnis ausgehend-auch solche besonders hochwertige Gusserzeugnisse herzustellen, die neben hohen Festigkeitswerten auch noch eine besonders günstige Bearbeitungsfähigkeit besitzen sollen.
Das vorliegende Verfahren besteht darin, dass man zunächst, entsprechend dem Verfahren des Stammpatentes Nr. 113306, aus etwa 50% oder mehr kohlenstoffarmem Eisen und Roh-oder Brucheisen oder ausschliesslich aus kohlenstoffarmem Eisen mit entsprechenden Zuschlägen (Silizium, Mangan usw.) und nur mit der für das Umschmelzen von Grauguss üblichen Koksmenge von etwa 10 bis 12% und den dieser Koksmenge entsprechenden Windmenge eine überhitzte Schmelze mit etwa 2-3% Kohlenstoff herstellt und diese nachträglich auf einen höheren Kohlenstoffgehalt (beispielsweise 3-4 bis 3-6%) aufkohlt.
Ausser der günstigen Bearbeitungsfähigkeit, die nicht etwa durch Verlust von sonstigen Festigkeitseigenschaften erkauft wird, wird hiebei noch der weitere Vorteil erreicht, dass diese nachträgliche Kohlenstoffanreicherung den Erstarrungspunkt der Schmelze herabsetzt und die Vergiessbarkeit günstig beeinflusst.
Das Verfahren lässt sich erfindungsgemäss in einfacher Weise auch beispielsweise innerhalb desselben Kupolofens ausführen, der zum Niederschmelzen der Beschickung gedient hat, indem man die nachträgliche Aufkohlung der überhitzten Schmelze im unteren Teile-dem sogenannten Sumpfdes Kupolofens durch den sich ständig aus dem Satzkoks ergänzenden Füllkoks erfolgen lässt. Dabei kann der Aufkohlungsgrad durch Regelung der Aufkohlungszeit oder der Badhöhe in dem Schmelzgutsammelraum eingestellt werden oder auch durch eine Veränderung der Höhe der sogenannten Schmelzzone.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, einen vorherdlosen Kupolofen mit tiefem Sumpf in der Weise zu betreiben, dass man zuerst den Füllkoks durch Blasen von oben nach unten in Glut bringt und nun zunächst Gussbruch niederschmilzt, der am Boden des Sumpfes eine wegen ihres höheren Kohlen- stoffgehalte ? weniger leicht erstarrende flüssige Gusseisenschichte vor dem Abstichloch bilden soll ; erst dann soll die eigentliche, überwiegend aus Stahlschrott bestehende Beschickung niedergeschmolzen werden.
Bei Befolgung dieses Vorschlages müsste auch-ähnlich wie bei der zuletzt genannten Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung-im Sumpf eine Aufkohlung der Stahlschmelze eintreten, die jedoch von den Urhebern des Vorschlages nicht vorausgesehen oder festgestellt worden ist ; denn sonst wäre die Sorge vor dem Einfrieren des Bades vor dem Stichloch nicht erklärlich. Dass den Urhebern des Vorschlages nicht das Ziel der Schmelzüberhitzung oder die Herstellung einer Schmelze besonders guter Vergiessbarkeit vorgeschwebt hat, ergibt sich ebenfalls aus der Angst vor dem Erstarren der Schmelze bereits im Ofen.
Der bekannte Vorschlag bezweckt vielmehr lediglich eine Verbilligung des in erster Linie für ein anschliessendes Bessemerverfahren bestimmten Einsatzes, ohne dass eben die Erkenntnis vorlag, welchen Wert die der nunmehr vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Gedanken gerade für die Herstellung besonders hochwertiger Gussstücke besitzen.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens verwendet man eine Kupolofenanlage, bei der der eigentliche Kupolofen unterhalb der Düsen mit einem Füllkoks enthaltenden . Schmelzgutsammelraum versehen ist, ähnlich wie ein vorherdloser Ofen ; in besonderen Fällen kann man hiebei zusätzlich noch einen Vorherd vorsehen, in den die im Ofensumpf gesammelten Schmelzen abgestochen werden können.
Das Verfahren wird z. B. in der Weise ausgeübt, dass man die oberhalb der Düsen anfallende, auf Stahlschmelztemperatur erhitzte und niedriggekohlte Schmelze vor ihrem Eintritt in den Vorherd den kokserfüllten Schmelzgutsammelraum unter Aufkohlen durchfliessen lässt. Auch in diesem Falle kann man den Aufkohlungsgrad der Schmelze durch Veränderung der Badhöhe im Schmelzgutsammelraum einstellen. Bei längerem Verweilen der Schmelze in dem als Aufkohlungsraum dienenden Ofensumpf oder bei langsamerem Durchfliessen desselben wird die Schmelze einen höheren Kohlenstoffgehalt erhalten als bei kürzerem Verweilen oder grösserer Fliessgeschwindigkeit.
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Sumpfes verschieden hoch mit hiezu geeigneten Stoffen (Sand, feuerfesten Steinen usw.) auffüllt, so dass die Ofensohle die jeweils günstigste Höhenlage erhält.
Die nachträgliche Aufkohlung der niedriggekohlten und daher aus den im Stammpatent angegebenen Gründen tatsächlich in den Genuss der Ofenhöchsttemperaturen gekommenen Schmelze kann auch im wesentlichen oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Massnahmen dadurch zustande gebracht werden, dass man für eine verhältnismässig hohe Schichte höchster Temperatur im Kupolofen sorgt, oberhalb deren und in deren oberster Teilschichte sich der eigentliche Schmelzvorgang für das eingebrachte, niedriggekohlte Eisen vollzieht, u. zw. in einer solchen Weise, dass die entstehende Schmelze Gelegenheit hat, sich auf diese höchsten Ofentemperaturen oder wenigstens bis nahe daran zu erhitzen.
Im Anschluss hieran hat diese so gebildete, niedriggekohlte überhitzte Schmelze sodann in den unteren Teilschichten der künstlich geschaffenen, besonders hohen Schichte höchster Ofentemperatur Gelegenheit zur Aufkohlung, u. zw. gerade bei dieser hohen Schmelzüberhitzungstemperatur. Als Mittel zur Beeinflussung der Höhe dieser Schichte heissesten Ofenganges wird vorgeschlagen, die Winddüsen in aus andern Gründen wohl schon vorgeschlagener Weise mehrreihig übereinander anzuordnen.
Die vorerwähnten Erkenntnisse zeigen erfindungsgemäss dem Fachmann den Weg, wie einerseits durch planmässige Ausnutzung der Wirkungsmöglichkeiten einer solchen Zone heissesten Ofenganges eine beherrschbar nachträgliche Aufkohlung einer niedriggekohlten überhitzten Schmelze zustande gebracht werden kann und wie man anderseits den endgültigenKohlenstoffgehalt des den Ofen verlassenden Erzeugnisses durch Regeln der Höhe dieser Schichte heissesten Ofenganges unmittelbar beeinflussen kann.
Erwähnt sei-noch, dass man eine Regelung der Höhe einer solchen Schichte heissesten Ofenganges auch mit Hilfe einer einzigen Düsenreihe erreichen kann, indem man die in der Zeiteinheit eingeführte Windmenge-nötigenfalls unter gleichzeitiger Änderung des Winddruckes-ändert. Man kann alsdann durch erhöhte Zufuhr von Wind, bei Beibehalt der üblichen Koksmengen, eine Erhöhung dieser Schichte mit den angegebenen Wirkungen. auf eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes der als Enderzeugnis anfallenden Schmelze erreichen.
Eingehende Versuche im praktischen Dauerbetrieb haben die wirkungsvolle Anwendbarkeit der die Erfindung bildenden Regeln einwandfrei dargetan. Das absolute Mass für die Einzelheiten jeder einzelnen Verfahrensmassnahme muss sich nach den Abmessungen und der Bauart des jeweils benutzten
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