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Verfahren und Anlage zur Erzeugung von Gusseisen mit Kugelgraphit
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Erzeugung von Gusseisen mit Kugelgraphit.
Bei der Erzeugung von Gusseisen mit Kugelgraphit ist es von besonderer Bedeutung, dass die Eisenschmelze möglichst weitgehend entschwefelt wird, ehe ihr die Legierungsstoffe, insbesondere Magnesium, zugesetzt werden, welche die Bildung von Sphärolithen herbeiführen. Normalerweise wird das geschmolzene Eisen deshalb zunächst einer besonderen Entschwefelungsbehandlung unterworfen. Diese Entschwefelungsbehandlung ist nur dann nicht erforderlich, wenn das Eisen schon während des Schmelzprozesses, beispielsweise in einem basisch betriebenen futterlosen Heisswindkupolofen, weitgehend entschwefelt worden ist.
Es ist bekannt, dass sich die besondere Entschwefelungsbehandlung vorteilhafterweise in einer sogenannten Wirbelpfanne durchführen lässt. Eine Wirbelpfaone ist ein Behälter zur Aufnahme des flüssigen Eisens, der auf einer Wirbelvorrichtung (Drehvorrichtung) in rotierende Bewegung versetzt wird, wobei die Rotation immer wieder abgebremst und die Drehrichtung mehrfach geändert wird, so dass infolge der bei dieser Drehrichtungsänderung auftretenden Wirbel eine besonders gute Durchmischung des Eisens mit dem Entschwefelungsmittel stattfindet.
Bei bekannten Anlagen zur Herstellung von Gusseisen mit Kugelgraphit ist es meistens notwendig, das flüssige Eisen während der gesamten Behandlung ein oder mehrere Male in andere Behälter umzufüllen. Dabei tritt ein unerwünschter Temperaturverlust ein. Ziel der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, mittels deren die gesamte Behandlung, d. h. sowohl die Entschwefelung als auch die Zumischung der die Bildung von Sphärolithen herbeiführenden Legierungsstoffe, in ein und demselben Gefäss (einer Pfanne) stattfinden kann.
Das Verfahren zur Herstellung von sphärolithischem Gusseisen wird gemäss der Erfindung in der Weise durchgeführt, dass das aus einer Schmelzeinrichtung in eine Pfanne gefüllte Eisen auf der Drehvorrichtung mittels eines Entschwefelungsmittels entschwefelt wird, wonach die Pfanne mittels der Hubvorrichtung von einer Drehvorrichtung abgenommen und so weit in Kippstellung gebracht wird, dass die Entschwefelungsschlacke von der Oberfläche abgezogen werden kann. Danach wird die Pfanne mittels der Hubvorrichtung unter eine Taucheinrichtung gebracht, die Taucheinrichtung abgesenkt und die Tauchglocke mit den die Bildung von Sphärolithen herbeiführenden Legierungsstoffen in die Pfanne abgesenkt.
Schliesslich werden der Schmelze nach dem Wiederanheben der Taucheinrichtung gegebenenfalls Impfmittel zugeführt, worauf die Schmelze, gegebenenfalls nach nochmaliger Behandlung auf der Drehvorrichtung, aus der Pfanne direkt oder nach Abfüllen in Giesspfannen in Formen vergossen wird.
Es ist möglich, dass die Eisenschmelze einen für die Herstellung von sphärolithischem Gusseisen ungünstig hohen Kohlenstoffgehalt hat. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das Eisen in einem futterlosen Heisswindkupolofen mit sehr stark basischer Schlackenführung erschmolzen worden ist. In einem solchen Fall muss man den Kohlenstoffgehalt der Schmelze herabsetzen, ehe man die für die Bildung von Sphärolithen nötigen Legierungsstoffe einmischt. Zu diesem Zweck setzt man der Schmelze
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üblicherweise kohlenstoffarmen Stahlschrott zu ; dadurch wird aber die Temperatur der Schmelze in un- erwünschter Weise herabgesetzt.
Dieser Nachteil wird dadurch vermieden, dass man nötigenfalls den Kohlenstoffgehalt der Schmelze gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch absenkt, dass man vor dem Einmischen der die
Bildung von Sphärolithen herbeiführenden Legierungsstoffe in die Schmelze mittels einer SauerstoffLanzeneinrichtung Sauerstoff auf die Schmelze aufbläst.
Bei diesem an sich bekannten Verfahren wird durch die Verbrennung eines Teiles des in der Schmel- ze enthaltenen Kohlenstoffs Wärme entwickelt und infolgedessen die Temperatur der Schmelze erhöht.
Die Schmelze erhält dadurch eine Temperaturreserve für die weiteren Verfahrensschritte.
Vorteilhafterweise wird das Verfahren so ausgeführt, dass an das Durchwirbeln der Metallschmelze durch Beschleunigen und Verzögern der Drehbewegung der die Schmelze enthaltenden Pfanne und/oder am Ende des Verfahrens ein Zentrifugieren der Schmelze durch Drehen der Pfanne, zweckmässig mit konstanter Geschwindigkeit, und darauffolgendes Auslaufenlassen der Pfanne mit einer geringen, das Entstehen von Mischwirbeln verhindernden Verzögerung angeschlossen wird.
Durch das Zentrifugieren wird das Ansammeln der gebildeten Schlacke auf der Oberfläche des Eisens begünstigt und ausserdem eine besonders gute Entgasung der Schmelze erreicht. Dadurch, dass man die Pfanne im Anschluss an das Zentrifugieren mit einer geringen, das Entstehen von Mischwirbeln verhindernden Verzögerung auslaufen lässt, wird die Gefahr vermieden, dass sich die Schlacke durch Wirbelbildung wieder unter das Eisen mischt.
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist eine Kombination der folgenden Elemente : a) einer Schmelzeinrichtung, vorzugsweise einer Heisswindkupolofenanlage ; b) einer oder mehrerer Pfannen zur Aufnahme des Eisens aus der Schmelzeinrichtung ; c) einer vorzugsweise längs und quer verfahrbaren Hubvorrichtung (Portalkran, auf dem Boden fahrbare Hubvorrichtung od. dgl.) für die Pfanne mit einer Vorrichtung zum Kippen der in der Hubvorrichtung hängenden Pfanne ; d) einer Wirbel- bzw.
Drehvorrichtung zum Rotieren der Pfanne mit dem Eisen, wobei die Drehvorrichtung zum mehrfachen Indrehungsetzen, Abbremsen und Ändern der Drehrichtung ausgebildet und innerhalb des der Hubeinrichtung zugänglichen Bereiches angeordnet ist ; und e) einer ebenfalls im Bereich der Hubeinrichtung angeordneten Taucheinrichtung mit einer Tauchglocke zum Einmischen der die Bildung von Sphärolithen herbeiführenden Legierungsstoffe in die Pfanne.
Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Anlage in Kombination mit den
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Die bei der Anlage nach der Erfindung verwendeten Einrichtungen sind für sich allein und teilweise auch in Unterkombination bekannt ; die Erfindung besteht in der Gesamtkombination der die Anlage zur Herstellung von sphärolithischem Gusseisen bildenden Einrichtungen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert :
Fig. 1 zeigt die erfindungsgemässe Anlage im Grundriss ; Fig. 2 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Anlage, in Richtung des Pfeils A in Fig. 1 gesehen, und Fig. 3 ist ein nur teilweise gezeichneter Querschnitt durch die Anlage längs der Linie B-C in Fig. 1.
Die in den Figuren dargestellte, gemäss der Erfindung gestaltete Anlage umfasst eine insgesamt mit 1 bezeichnete Schmelzeinrichtung mit zwei Heisswind-Kupolöfen la und Ib (Fig. 1), von denen jeweils eine Abstichrinne 2a bzw. 2b mit Gefälle zu einem kippbaren Vorherd 3 führt. Die Giessschnauze 4 des Vorherdes 3 befindet sich über einem Gleis 5 eines Schienenfahrzeuges 6, das mit einer nicht dargestellten Wiegevorrichtung ausgestattet ist. Das Schienenfahrzeug 6 ist zum Befördern einer Pfanne 7 eingerichtet, die in der Nähe ihres oberen Randes zwei einander gegenüberliegende, nach aussen wegragende Tragzapfen 8a, 8b und in der Nähe ihres unteren Randes eine Öse 8c aufweist, die der Giessschnauze 9 der Pfanne gegenüberliegt.
Das Gleis 5 erstreckt sich bis in den Bereich unterhalb einer Kranbahn 10, die einen Laufkran 11 trägt. Der Kran 11 besitzt, wie Hg. 2 zeigt, zwei Hubwerke, nämlich ein Haupthubwerk 12. und ein Hilfshubwerk 13. Ausser dem Kran 11 ist auf der Kranbahn 10 noch ein Zubringerkran 14 vorgesehen, dessen Zweck weiter unten erläutert wird.
Im Bereich der Kranbahn 10 ist eine insgesamt mit 15 bezeichnete wirbelvorrichtung angeordnet, die einen fest am Boden verankerten Ständer 16 und einen auf diesem gelagerten, um seine
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stangengetriebes 28,29 in die in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien dargestellte Stellung abgesenkt, in der es die aus der Pfanne 7 aufsteigenden Gase aufnimmt und abführt. Der Drehtisch 17 wird nun in rasch aufeinanderfolgende Drehbewegungen abwechselnder Drehrichtung versetzt. Während der dabei auftretenden starken Durchwirbelung der Eisenschmelze wird dieser aus dem Behälter 35 über die Schüttelrinne 36 allmählich weiteres Entschwefelungsmittel zugeführt. Die Schüttelrinne 36 ermöglicht dabei eine genaue Dosierung der zugeführten Menge des Entschwefelungsmittels.
Nachdem das Entschwefelungsmittel mit der Schmelze genügend vermischt und die Entschwefelung beendet ist, schliesst man einen letzten Rotationsvorgang mit gleichmässiger Geschwindigkeit an und lässt die Wirbelvorrichtung 15 mit der Pfanne 7 dann langsam auslaufen. Dann wird der Gasab- zugsunterteil 27 wieder nach oben bewegt und der Kran 11 über die Wirbelvorrichtung 15 ge- fahren. Der Kran 11 erfasst die Pfanne 7 wieder mit dem Haupthubwerk 12 an den Zapfen 8a,
8b und verfährt die Pfanne längs der Kranbahn 10 in die in Fig. 2 mit 7" bezeichnete Stellung vor dem Arbeitsstand 38. Dort wird der Haken des Hilfshubwerkes 13 in die Öse 8c der Pfanne eingehängt, so dass der Kran 11 die Pfanne 7 nun mit seinen beiden Hubwerken in der Weise schräg anheben kann, dass ihre Giessschnauze 9 über die Wand 41 hinwegragt.
Ein auf dem Stand 38 stehender Arbeiter zieht nun die bei der Entschwefelung entstandene Schlacke mit dem Kratzer 40 von der Oberfläche der Schmelze ab. Der Arbeiter ist dabei durch die Vorderwand 39 des Bedienungsstandes 38 vor Wärmestrahlung geschützt ; die Wand 41 hindert die in den Raum 42 fliessende Schlacke, seitlich wegzuspritzen.
Während des vorher beschriebenen Abziehens der Schlacke wird mit dem Zubringerkran 14 ein Paket 43 mit Legierungsstoffen, welche die Bildung von Sphärolithen herbeiführen, senkrecht unter die Tauchglocke 33 gebracht. Die Tauchglocke 33 wird daraufhin in ihre mittlere Stellung abgesenkt, in der sie das Paket 43 umgreift, so dass das Paket in an sich bekannter Weise mit Stiften od. dgl. an der Tauchglocke befestigt werden kann. Sobald dies geschehen ist, wird die Tauchglocke 33 wieder hochgezogen und der Zubringerkran 14 in seine Ruhestellung, d. h. in Fig. 2 nach rechts, verfahren. Der Kran 11 verbringt daraufhin die Pfanne 7 wieder in ihre mit 7'bezeichnete Stellung auf dem Drehtisch 17 und wird dann wieder aus dem Bereich der Wirbelvorrichtung 15 herausgefahren. Der Gasabzugsunterteil 27 wird nun von neuem über die Pfanne 7 abgesenkt.
Falls der Kohlenstoffgehalt der Schmelze höher ist, als für die Herstellung sphärolithischen Gusseisens zuträglich, wird die Sauerstofflanze 47 so weit abgesenkt, dass sich ihre Ausblaseöffnung kurz über der Oberfläche der Schmelze befindet, und es wird durch die Lanze 47 so lange Sauerstoff auf die Schmelze aufgeblasen, bis deren Kohlenstoffgehalt den gewünschten niedrigeren Wert erreicht hat.
Anschliessend wird die Sauerstofflanze 47 wieder in ihre obere Endstellung angehoben und die Tauchglocke 33 aus ihrer oberen Stellung in die untere Stellung abgelassen, so dass sie in die Schmel- ze eintaucht und die Legierungsstoffe in die Schmelze eingemischt werden. Die entstehenden Dämpfe werden wieder durch die Gasabzugseinrichtung 24 abgezogen.
Sobald die Legierungsstoffe von der Schmelze aufgenommen worden sind, wird die Tauchglocke 33 wieder in ihre oberste Stellung angehoben und die Wirbelvorrichtung 15 nochmals in Betrieb gesetzt, damit eine vollständige Durchmischung der Schmelze erreicht wird. Um ein möglichst gasfreies Endprodukt zu erhalten, lässt man die Wirbelvorrichtung 15 sich zum Schluss nur in einer Drehrichtung mit grosser Geschwindigkeit drehen und dann langsam auslaufen, d. h. mit so geringer Verzögerung, dass keine neue Verwirbelung stattfindet.
Die Schmelze kann dann direkt aus der Pfanne 7 vergossen werden. In bestimmten Fällen ist es jedoch zweckmässig, die Schmelze - wieder mittels des Krans 11 - in kleinere Giesspfannen umzufüllen, aus denen sie anschliessend vergossen wird. Als Giesspfannen werden zweckmässig Pfannen mit einem Syphonauslauf benutzt, um möglicherweise noch auf der Schmelze schwimmende Schlacke zu- rückzuhalten.
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