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Verfahren zum Giessen von Metallblöcken
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Giessen von Metallblöcken, bei welchem das Metall in eine zum Teil mit flüssiger Schlacke gefüllte Kokille gegossen wird.
Bei bekannten Hüttenbetriebsverfahren wird, um die Oberflächengüte der in Gusseisenkokillen erzeugten Blöcke und der in kontinuierlichen und halbkontinuierlichen Stranggussanlagen erzeugten Blockrohlinge zu verbessern, flüssiges Metall durch eine Schicht flüssiger Schlacke in die Kokillen dieser Anlagen gegossen. Flüssige Schlacke wird in getrennt aufgestellten öfen geschmolzen und dann vor dem Eingiessen des Metalls in die Kokillen gegossen.
Die erwähnten Giessverfahren besitzen folgende Nachteile : Da die Schlacke in getrennt aufgestellten öfen geschmolzen wird, kühlt sie sich beim Abstechen aus dem Ofen, während der Beförderung zu den Kokillen, beim Eingiessen in dieselben und während der Zeitspanne bis zum Eingiessen des flüssigen Metalls ab und erhärtet an den Kokillenwänden. Infolgedessen erhält der untere Block- oder Rohlingteil eine unbefriedigende Oberfläche, die während des weiteren Zufliessens von flüssigem Metall wegen der mit diesem zugeführten Wärme wohl verbessert wird, aber immer noch mangelhaft bleibt.
Da ausserdem die im Blockkopf befindliche Schlacke nach Beendigung des Eingiessens flüssigen Metalls sich verhältnismässig schnell abkühlt und erhärtet, ist es unmöglich, in bedeutendem Masse die Blockkopfqualität zu verbessern und den verlorenen Blockkopf zu verkleinern. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, der Schlacke während der Abkühlung und Erstarrung des Gussblockes Wärme zuzuführen und der Schlacke zu diesem Zwecke in regelmässigen Zeitabständen gekörntes Aluminium oder Silizium sowie Eisen- und Manganoxyde zuzusetzen, welche den zur Verbrennung nötigen Sauerstoff liefern. Auf diese Weise kann die Schlacke aber nicht während des gesamten Giessvorganges, sondern erst nach dessen Vollendung erwärmt werden, da andernfalls durch die Schlackenschicht hindurch eingegossenes Metall mit den bei der Verbrennung entstehenden Produkten verunreinigt würde.
Ziel der Erfindung ist es, die aufgezählten Nachteile zu beseitigen und ein Giessverfahren für Metallblöcke zu schaffen, das gestattet, Blöcke besserer Metallqualität und mit über ihre ganz Höhe besserer Oberflächengüte herzustellen, als es nach den bekannten Verfahren möglich ist.
Dieses Ziel lässt sich mit einem Giessverfahren der eingangs erwähnten Art erreichen, bei dem erfindungsgemäss die Schlacke vor dem Eingiessen des flüssigen Metalls in die Kokille in ungeschmolzenem Zustand eingebracht, in dieser mittels eines durch mindestens eine verzehrbare oder unverzehrbare Elektrode zugeführten Stromes geschmolzen wird, anschliessend in an sich bekannter Weise das flüssige Metall in mindestens einer Portion eingebracht, jedoch wenigstens nach dem Einbringen jeder Portion das Schlackenbad durch die Joule'sche Wärme des durch die Elektrode oder durch die Elektroden zugeführten Stromes erwärmt und hiedurch die Abkühlung des Blockes gesteuertwird.
Es ist vorteilhaft, bei Einbringen des flüssigen Metalles in mehreren Portionen dessen Zufuhr in gleichen zeitlichen Abständen vorzunehmen und das Schlackenbad ausschliesslich nach dem
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Einbringen jeder Portion zu erhitzen.
Die Erfindung ist im folgenden an einer beispielsweisen Ausführungsform und an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in denen im Schnitt und in schematischer Darstellung Fig. l eine Kokille mit der während des Schlackenschmelzens in sie eingeführten verzehrbaren Elektrode, Fig. 2 eine Kokille während des Eingiessens von flüssigem Metall aus der Giesspfanne Fig. 3 eine zum Teil mit Metall gefüllte Kokille und eine verzehrbar Elektrode, die beim Erwärmen der oberen Metallschicht aufgebraucht wird, Fig. 4 eine Kokille während des Eingiessens von Metall aus einer Giesspfanne mit Seitenrinne und Fig. 5 eine Kokille während des Eingiessens von Metall aus einer Giesspfanne durch eine hohle Elektrode zeigen.
Das erfindungsgemässe Giessverfahren wird folgendermassen durchgeführt :
Auf das wassergekühlte Gespann wird innerhalb der gekühlten oder nicht gekühlten Kokille
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gleichen chemischen Zusammensetzung wie das eingegossene Metall oder unverzehrbare Elektrode, beispielsweise eine Graphit-Wolfram-Elektrode aufgesetzt und mit ihr kurzgeschlossen. In den Spalt zwischen der Kokilleninnenwand und der Elektrode wird die nötige Menge eines Flussmittels eingeschüttet, das von chemisch einheitlicher Beschaffenheit sein oder aus verschiedenen Komponenten bestehen kann, deren Gemisch die erforderlichen Eigenschaften besitzt. Die Schlacke wird dank ihres elektrischen Widerstandes geschmolzen.
Hiebei wird die Schlacke in der Kokille noch vor dem Eingiessen von flüssigem Metall in dieselbe überhitzt, ohne dass eine Sonderausrüstung zum Schlackenschmelzen erforderlich wäre. Danach wird die Elektrode schnell aus der Kokille entfernt, in die anschliessend aus einer Stahlgiesspfanne-4-flüssiges Metall-5- (Fig. 2) gegossen wird. Beim Durchfallen durch die Schlackenschicht wird das eingegossene, flüssige Metall intensiv von der Schlacke beeinflusst und von nichtmetallischen Einschlüssen und schädlichen Beimengungen befreit. Während des Eingiessens bildet sich zwischen Metall und Kokillenwand eine dünne Schlackenschicht (Schlackengarnissage), die eine hohe Güte der Blockoberfläche sichert und den Wärmeübergang an die Kokillenwandung vermindert.
Diese Schlackenschicht kann jedoch noch kein dichtes Makrogefüge des Blockes gewährleisten. Deshalb wird sofort nach dem Eingiessen des flüssigen Metalls in die Kokille --1-- (Fig. 3) wieder die verzehrbare Elektrode-3--eingeführt und von dieser abgeschmolzenes Metall zugespeist, oder es wird eine unverzehrbare Elektrode eingeführt und der Erwärmungsvorgang findet bei höchstmöglicher, zugeführter Leistung statt. Hiebei wird das Metall zusätzlich durch überhitzte Schlacke gefeint. Die Metallreinigung wird durch ein mächtiges Wechselstromfeld günstig beeinflusst. Die zugeführte Leistung wird während der Verminderung der Metallbadtiefe ebenfalls gleichmässig vermindert. Auf diese Weise wird eine axiale Metallkristallisation in der Zentralzone des Blockes und dichtes fehlerfreies Makrogefüge des Metalls sichergestellt.
Der Blockkopf kann durch einen zusammengepressten Lichtbogen (Plasmalichtbogen) erwärmt werden.
Beim Giessen von Blöcken, deren Länge z. B. zwei-bis dreimal grösser ist als ihr Durchmesser, wird das flüssige Metall in zwei, drei oder mehr Arbeitsgängen eingegossen, die in gleichen Zeitabständen aufeinanderfolgen. Es empfiehlt sich, das Schlackenbad nur nach jeder dieser Zuspeisungen zu erhitzen.
Auf diese Weise wird selbst bei grosser Blocklänge ein dichtes Makrogefüge ohne axiale Fehler erreicht.
Es kann, um jedwede Verschiebung der mit flüssigem Metall gefüllten Kokille und der hiemit verbundenen, wahrscheinlichen Bildung von Makrofehlern in Form von"Seigerungsquadraten"zu vermeiden, eine Stahlgiesspfanne-4--mit Seitenrinne-6- (Fig. 4) verwendet werden. Nach dem Erhitzen der Schlacke auf eine Temperatur, bei der sie ausreichend dünnflüssig ist, wird die Elektrode
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Danach wird die Giesspfanne entfernt und mit der Elektroschlackenzuspeisung oder der Erwärmung des Blockkopfes begonnen.
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der mit flüssigem Metall gefüllten Kokille ausschliesst, gestattet es, das Schlackenbad während des Eingiessens zu erwärmen, so dass auch relativ schwerschmelzbare Schlackenarten angewendet werden können.
Nach dem erfindungsgemässen Giessverfahren können bei entsprechender Kokillenform Blöcke mit quadratischem, rechteckigem, rundem, ovalem und anders gestaltetem Querschnitt erzeugt werden. Es ermöglicht ferner das Giessen von Blöcken mit hoher Oberflächengüte entlang ihrer ganzen Höhe und mit einem Blockkopf, der von Schwindhon1räumen praktisch vollkommen frei ist. Es ist daher
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überflüssig, solche Blöcke vor der Weiterverarbeitung durch Walzen, Schmieden, Pressen usw. zu putzen.
Der Metallaufwand für den verlorenen Blockkopf wird ungefähr auf die Hälfte herabgedrückt.
Auf diese Weise gegossene Blöcke besitzen ein besseres Makrogefüge und bessere technologische Plastizität bei Warmverformung, sowie höhere Reinheit, d. h. sie enthalten bedeutend weniger nichtmetallische Einschlüsse, Schwefel und andere schädliche Beimengungen, als nach bekannten Verfahren hergestellte.
Das erfmdungsgemässe Verfahren sei an Hand des nachstehenden Beispiels illustriert.
In einer wassergekühlten Kupferkokille mit 640 x 640 mm Querschnitt wurde mittels einer
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derartig geführt, dass bei Beginn des Metallabstichs aus dem Ofen die Schlacke vollkommen geschmolzen und ausreichend erwärmt war. Danach wurden durch die Elektrode im Verlaufe von 5 min 5, 5 t Metall nachstehender Zusammensetzung (in Mol-%) eingegossen : C 0, 15 ; Mn 0, 32 ; Si 0, 16 ; S 0, 010 ; P 0, 022 ; Cr 11, 70 ; Ni 1, 62 ; Mo 0, 37 ; W 1, 66 ; Cu 0, 27.
Nach dem Eingiessen des flüssigen Metalls wurde der Blockkopf im Laufe von 1, 5 h bei einer zugeführten Stromleistung von 500 kVA mit elektrisch erhitzter Schlacke erwärmt.
Auf dieselbe Weise wurden Blöcke aus nichtrostendem Stahl, aus Legierungen auf Nickelbasis mit Titan- und Aluminiumgehalt sowie aus andern Metallen bzw. Legierungen gegossen. Alle Blöcke hatten eine absolut glatte Oberfläche und wurden mit Erfolg ohne vorheriges Putzen gewalzt. Die Oberfläche der gewalzten Blöcke war ebenfalls rein und brauchte vor der Weiterverarbeitung nicht geputzt zu werden. Der hergestellte Metallblock besass nachstehende Zusammensetzung (in Mol-%) : C 0, 16 ;
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Bei einem Ausgangsmaterial, das 0, 010 bis 0, 012% Schwefel enthält, kann bei nach dem erfindungsgemässen Verfahren gegossenen Blöcken der Schwefelgehalt auf 0, 004 bis 0, 007% gesenkt werden.
Die Titanaufnahme beträgt 95% und die Aluminiumaufnahme 93%. Im Einklang mit der Erfindung hergestellte Blöcke sind dicht und lunkerfrei, wobei der Produktionsausstoss von verwendbarem Metall 90% an Stelle von bisher 70% ausmacht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Giessen von Metallblöcken, bei welchem das Metall in eine zum Teil mit
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Schlacke vor dem Eingiessen des flüssigen Metalls in die Kokille in ungeschmolzenem Zustand eingebracht, in dieser mittels eines durch mindestens eine verzehrbare oder unverzehrbare Elektrode zugeführten Stromes geschmolzen wird, anschliessend in an sich bekannter Weise das flüssige Metall in mindestens einer Portion eingebracht, jedoch wenigstens nach dem Einbringen jeder Portion das Schlackenbad durch die Joule'sche Wärme des durch die Elektrode oder durch die Elektroden zugeführten Stromes erwärmt und hiedurch die Abkühlung des Blockes gesteuert wird.
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