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Verfahren zur Herstellung von Ingots oder Gussstücken
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Stahlerzeugnissen, insbesondere die Herstellung von stäh- lernen Ingots, die sich besonders zur Verarbeitung zu Bandeisen, Rundstählen und geschmiedeten Profilen eignen.
Bei der Herstellung der oben erwähnten Stahlprodukte nach bekannten Verfahren können verschiedene
Mängel auftreten. Im allgemeinen zeigen sich diese in Form von unerwünschten Einschlüssen oder Blasen im Bandmetall oder von Lunkern in Rundstäben, die entweder von primären oder sekundären Schrumpflun- kern herrühren, die beim Erstarren des Ingots entstehen oder von nichtmetallischen Einschlüssen, die im erstarrenden Ingot eingeschlossen werden.
Es ist wohl bekannt, dass primäre und sekundäre Schrumpflunker häufig bei der weiteren Heiss- oder
Kaltverformung des Ingots zugeschweisst werden, doch ist dies ein Vorgang, der nicht unbedingt zum Erfolg führen muss. Deshalb werden bei der Herstellung des Ingots alle Anstrengungen gemacht, um zu erreichen, dass die oben aufgezählten Fehler in jenem Teil des Ingots eingeschlossen werden, der dann abgeschnitten und entfernt wird.
Gegenstand der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zur Herstellung stählerner Ingots zu finden, aus denen geschmiedete Stahlerzeugnisse mit einem Mindestmass an unerwünschten Einschlüssen erhalten wer- den können. Ein weiterer Gegenstand sind Ingots, aus denen Stahlprodukte höchster Gleichförmigkeit her- gestellt werden können. Ausserdem wird durch die Erfindung die Herstellung von Ingots angestrebt, von welchen ein Mindestmass an Metall wegen des Vorhandenseins von Fehlern in diesem oder als Folge von Ausseigerungen löslicher Stoffe abgeschnitten werden muss.
Wenn Stahl in eine normale Ingotform gegossen wird, beginn ; dieser in der Nähe der Formwände zu erstarren und dieser Erstarrungsvorgang schreitet von aussen nach innen gegen die Mitte des Ingots fort. Beim Giessen enthält Stahl Kohlenstoff und andere Stoffe, wie z. B. Phosphor und Schwefel, in gelöster Form, die beim Abkühlen ausgeschieden werden. Wenn der Stahl abkühlt, besteht die Tendenz, dass der Anteil der löslichen Stoffe im noch flüssigen Stahl in der Mitte des Ingots zunimmt. Infolgedessen ist im fertigen Ingot der Anteil an löslichen Stoffen im mittleren Teil grösser als an den Rändern.
Infolge der Zusammenziehung des Metalls beim Abkühlen entsteht eine V-förmige Einsenkung oder Höhlung im Ingot, die sich ziemlich tief in den Gussblock erstreckt. Im Bereich dieser Höhlung ist der Anteil an den losl1clien Stollen am höchsten, da hier das geschmolzene Metall zuletzt erstarrt.
Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von Ingots oder Gussstücken, das sich dadurch kennzeichnet, dass geschmolzener Stahl in eine Giessform gegossen wird, welche an ihren Seitenwänden mit einer Schicht aus einer Mischung, die exotherm reagiert, wenn sie mit dem geschmol- zenen Metall in Berührung kommt, verkleidet ist und dass die Giessform als Boden eine von aussen gekühlte Metallplatte besitzt, und dass eine aluminothermische Mischung auf die Oberfläche des in der Form befindlichen geschmolzenen Stahls aufgebracht wird.
Die verwendeten Ingotformen können einen zylindrischen oder im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und parallele oder schräge Wände besitzen, wobei sich das erweiterte Ende der Form oben befindet. Die Formwände können aus Eisen bestehenund eine Innenauskleidung haben, die aus einer Schicht aus wärmeisolierendem Material, aus einer darüberliegenden Schicht aus exotherm reagierendem Material und schliesslich aus einer Oberflächenschicht aus metallundurchlässigem Material besteht, welche dem ferti-
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gen Ingot eine glatte Oberfläche verleiht. Ausserdem können die Formwände auch aus hitzebeständigem, wärmeisolierendem Material bestehen und mit einem Überzug versehen sein, der aus exotherm reagieren- dem Material, mit oder ohne einer metallundurchlässigen Aussenschicht, besteht.
Zweck der Erfindung ist zu bewirken, dass der zuletzt erstarrende Teil des Metalls derjenige in der
Nähe des oberen Randes ist, wobei die Wände so auszubilden sind, dass die Kühlung nach obenhin verzö- gert wird. Demgemäss kann die Dicke der Schicht aus exotherm reagierendem Material vom Boden gegen das obere Ende der Wände zunehmen.
Der Boden der Form, bei welchem das Erstarren des Metalls beschleunigt werden soll, kann aus wär- meleitendem Material, z. B. aus Kupfer, hergestellt und z. B. durch Anbringung eines Wassermantels künstlich gekühlt sein.
Um zu gewährleisten, dass der oberste Teil des Ingotmetalls als letzter erhärtet, kann eine Haube an der Form angebracht werden, die aus wärmeisolierendem, vorzugsweise aus exotherm reagierendem Ma- terial besteht. Gegebenenfalls kann auch die exothermische Zusammensetzung auf die Metalloberfläche aufgestreut werden, um das Erstarren zu verzögern.
Werden wärmeisolierende Materialien, wie oben erwähnt, verwendet, bestehen diese aus feuerfe- sten Steinen, keramischen Massen, hochfeuerfest gebrannten porösen Massen mit geringem Gewicht, ge- bundenen zelluloseartigen Materialien, z. B. Faserholz, od. dgl. Die exotherm reagierenden Materialien können kohleartig sein, bestehen jedoch vorzugsweise aus aluminothermischen Zusammensetzungen, wie z. B. feinverteiltem Aluminium und Oxydationsmitteln, die z. B. Alkalimetall oder Alkalimetallerden,
Nitrate oder Chlorate, Eisenoxyd, Mangandioxyd oder Mischungen davon enthalten.
Es ist zu beachten, dass in jedem speziellen Fall die Ausbildung der Kokille sich je nach der Tempe- ratur, bei welcher das Metall gegossen wird, nach den Abmessungen des Gussblocks und nach den beson- deren Eigenschaften, die der fertige Ingot aufweisen soll, ändert. Diese Faktoren können jedoch durch
Vorversuche ohne weiteres ermittelt werden und die Beschaffenheit und Menge des wärmeisolierenden oder exotherm, reagierenden Überzugs ist so zu bemessen, dass das Metall in der Kokille in der Richtung von unten nach oben erstarrt, so dass Einschlüsse, Kohlenstoff, Schwefel, gelöste Gase u. dgl. bestrebt sind, in dem sich zuletzt abkühlenden Teil, das ist der Kopf des Gussblocks, zu konzentrieren. Auf die gleiche Weise werden Lunker im obersten Abschnitt konzentriert.
Bei den so erhaltenen Gussblöcken ist es bloss notwendig, das obere, nur einen kleinen Teil des ganzen Ingots darstellende Ende abzuschneiden. Wenn anderseits der Metallblock vor dem Kaltwerden weiterverarbeitet wird, muss von dem daraus hergestellten Formstück lediglich derjenige Teil abgetrennt werden, der dem Kopf des Blocks entspricht. Der übrige Teil ist im wesentlichen einheitlich und frei von Einschlüssen, Seigerungen, Poren und Lunkern.
Obwohl die Erfindung unter, besonderer Bezugnahme auf die Herstellung von Gussblöcken beschrieben wurde, ist diese ebensogut für die Herstellung von Stahlgussstücken brauchbar. Ausserdem kann das Verfahren auch für andere Metalle als Stahl zur Anwendung gelangen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Ingots oder Gussstücken, dadurch gekennzeichnet, dass geschmolzener Stahl in eine Giessform gegossen wird, welche an ihren Seitenwänden mit einer Schicht aus einer Mischung, die exotherm reagiert, wenn sie mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt, verkleidet ist und als Boden eine von aussen gekühlte Metallplatte besitzt, und dass eine aluminothermische Mischung auf die Oberfläche des in der Form befindlichen geschmolzenen Stahls aufgebracht wird.