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Die Erfindung bezieht sich auf eine Oberzapfenisolierung gemäss dem Oberbegnff von
Anspruch 1.
Bel der Herstellung von statisch gegossenen Walzen, insbesondere Stahl- und Halbstahlwal- zen, wird flussiger Stahl In eine Gussform eingebracht, wo er bis zur Erstarrung abkühlt. Da sich das Volumen des Stahls im Zuge der Erstarrung verkleinert (Schwindung), muss Stahl nachgeführt werden, da es ansonsten zur Bildung von Hohlraume (Lunker) kommt, wodurch die Walze unver- wendbar wird Bei Walzen Ist davon insbesondere der Oberzapfen betroffen Die Nachführung von
Stahl erfolgt über sogenannte Speiser
Speiser sind beim Walzenguss offene Hohlraume auf der Giessform, die beim Giessen gemein- sam mit dem Gussstuck mit flüssigem Metall gefüllt werden.
Um der Lunkerbildung vorzubeugen, muss der Speiser so bemessen sein, dass er später als der betreffende Gussstückbereich erstarrt
Die zur Erstarrung eines Stahlvolumens benötigte Zeit hängt von der Masse des Stahls sowie der Warmeabfuhr ab Ist aufgrund geringer Isolierung des Speisers die Warmeabfuhr gross, muss das Volumen des Speiser entsprechend gross gewählt werden, um die Erstarrungszeit des dann befindlichen Stahlvolumens zu vergrössern
Die Herstellung statisch gegossener Walzen erfolgt In vertikaler Anordnung, wobei sich am oberen Ende der Gussform der Speiser befindet, sodass flüssiger Stahl der Schwerkraft folgend in
Erstarrungsbereiche nachgeliefert wird.
Die Gussform besteht dabei im wesentlichen aus einer zylinderformigen Kokille und den beiden Formkastenteilen für den Ober- und Unterzapfen Wird die Gussform mitsamt dem Speiser mit flüssigem Stahl angefüllt, neigen Ober- und Unterzapfen im Vergleich zum Walzenkörper prinzipiell zu rascherer Erstarrung, weil deren Stahlvolumen im Vergleich zu jenem des Walzenkorpers geringer ist Der Formhohlraum fur den Walzenkorper und den
Unterzapfen wird in schweren Elsenkokillen ausgefuhrt, um die Warmeabfuhr zu beschleunigen und somit die Erstarrungszeiten in diesen Gussstuckzonen zu verkurzen Der unterhalb des Walzenkorpers befindliche Unterzapfen wird aber im Zuge des Erstarrungsprozesses mit flussigem Stahl und entsprechendem Warmeeintrag aus dem Bereich des Walzenkorpers versorgt,
sodass hier keine nennenswerte Gefahr der Lunkerbildung besteht Der Bereich des Oberzapfens wiederum wird von flüssigem Stahl und entsprechendem Wärmeeintrag aus dem Speiser versorgt Es wird sich somit eine gerichtete Erstarrung einstellen, bei der zuerst der Unterzapfen, danach der Walzenkorper und abschliessend der Oberzapfen erstarrt Der flüssige Stahl im Speiser darf erst nach dem Oberzapfen erstarren, was durch entsprechende Dimensionierung sowie Isoherungs- massnahmen erreicht wird
Der Oberzapfen muss somit langer flussig bleiben als der Walzenkorper und ist dazu mit einem darüber angeordneten Speiser versehen Der Speiser muss dabei nicht nur flüssigen Stahl fur Erstarrungsbereiche innerhalb des Oberzapfens bereitstellen, sondern auch fur ausreichend Wärmeeintrag in das Stahlvolumen des Oberzapfens sorgen,
sodass der Oberzapfen nach dem Stahlvolumen in der Kokille erstarrt Deshalb mussen etwa aus Formsand gebildete Speiser (Sandspeiser) eine gleich grosse oder grössere Flussigmetallmasse besitzen als der zu speisende Oberzapfen
Um das erforderliche Volumen des Speiser zu reduzieren, werden Isollermatenalien für den Speiser verwendet. Es werden dazu üblicherweise Platten aus Leichtschamotte verwendet, die um ein Holzmodell mit passendem Durchmesser zu einem "zylindrischen", jedoch tatsachlich vielecki- gen Speiser zusammengesetzt werden
AT 134 306 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eiserner Walzen, bei dem der Mantel und der Kern in getrennten Arbeitsschritten hergestellt werden und der fertige, zuerst hergestellte Teil in einer Form durch elektrische Induktion erhitzt und dann der andere Teil zugegossen wird.
Fur den mittleren Kasten der Gussform wird dabei die Verwendung von Schamott als feuerfestem Material vorgeschlagen
In EP 0 154 787 B1 wird ein Gussverfahren vorgeschlagen, bei dem ein längliches, festes Element in eine Gussform eingebracht wird, danach geschmolzenes Metall In die Gussform eingebracht wird und nach Erstarren des Metalls der Guss aus der Gussform und das längliche, feste Element aus dem Guss entnommen wird. Erfindungsgemäss wird hier vorgeschlagen, das lang li- che, feste Element vor dem Giessen über wenigstens einen Teil seiner Länge mit einem Isolationsmaterial zu umgeben, das während des Giessens mit dem geschmolzenen Material direkt in Berührung steht und von diesem zersetzt wird.
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JP 61-060252 A schlagt eine Gussform vor, die abschnittsweise mit Isolierendem, keramischem Material ausgestattet Ist und in anderen Abschnitten einen solchen Isolationskorper nicht aufweist Dadurch soll eine verbesserte Oberflache des Gusses erzielt werden.
In AT 2 294 U1 schliesslich wird ein Speiser in Hülsenform vorgeschlagen, der entweder aus einem ganzen hulsenformigen Element besteht, oder aus mehreren, geteilten Hulsenelementen, die durch Schnitt der Hülse entlang von zur Hulsenachse parallelen Schnittebenen entstehen.
Ziel der Erfindung Ist es nun, Im Zuge der Herstellung statisch gegossener Walzen nicht nur den Speiser hinreichend zu Isolieren, sondern auch den Oberzapfen mit einem Isolationskorper zu umgeben, um so dessen Erstarrung zu verzögern Damit kann flüssiger Stahl aus dem Bereich des Oberzapfens langer In den Bereich des Walzenkörpers nachgeliefert werden, ohne den Oberzapfen ubermassig gross zu dimensionieren. Spätere Bearbeitungszeiten des Oberzapfens konnen somit deutlich reduziert werden.
Üblicherweise wird als Formstoff für den Oberzapfen Chromit-, Quarz- oder Zirkonsand verwendet, denen auch isolierende Wirkung zugeschrieben werden kann Allerdings ist dessen Isoverwirkung vergleichsweise gering, sodass das Volumen des Oberzapfens entsprechend gross gewählt werden muss. Der Oberzapfen muss daher nach dem Giessvorgang in der Regel verkleinert werden, was eine aufwendige Nachbearbeitung des Oberzapfens bedingt. Alternative Versuche zur besseren Isolation des Oberzapfens sind auch daran gescheitert, dass die Oberfläche des Oberzapfens glatt und rund sein muss, da es ansonsten im Zuge der Nachbehandlung an den Bearbeitungsmaschinen zu Werkzeugbruch kommen kann
Ziel der Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu vermeiden und durch geeignete Massnahmen den Oberzapfen ausreichend zu Isolieren Das wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
Anspruch 1 sieht dabei vor, den Oberzapfen mit Isolierelementen aus Leichtschamotte zu umgeben, die den Oberzapfen zumindest teilweise umschliessen Die Isolierelemente sind dabei segmentförmig ausgebildet und sind Im Umfangsbereich des Oberzapfens koaxial angeordnet.
Die Ansprüche 2 bis 6 beziehen sich auf eine mögliche Ausführungsform dieser Isolierungsanordnung, bei der die Isolierelemente dicht am Aussenumfang des Oberzapfens anliegen Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 optimieren für diesen Fall die Isolierungseigenschaften der Isolierungsanordnung. Anspruch 6 stellt eine Ausführungsform dar, bei der die Isolierelemente den Aussenumfang des Oberzapfens nicht vollkommen umschliessen, sondern in Form von mehreren Isolierelementen mit Öffnungswinkel von 20 -90 den Oberzapfen symmetrisch umgeben, etwa In Form von vier Isolierelementen mit einem Öffnungswinkel von je 450 oder 3 Isolierelementen mit einem Offnungswinkel von je 600 usw.
Die Ansprüche 7 bis 10 beziehen sich auf eine alternative Ausführungsform, bei der die segmentförmigen Isolierelemente vom Oberzapfen durch eine Sandschicht getrennt sind, also nicht dicht am Aussenumfang des Oberzapfens anliegen In diesem Fall optimieren die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 die Isolierungseigenschaften. Anspruch 10 sieht auch fur diesen Fall vor, dass die Isolierelemente den Oberzapfen nicht vollkommen umschliessen, sondern In Form von mehreren Isollerelementen mit Öffnungswinkel von 200 bis 900 den Oberzapfen symmetrisch umgeben
Anspruch 11 hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Isolierungsanordnung geschaffen werden soll, bei der die Isolierelemente den Oberzapfen vollkommen umschliessen
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden, nicht massstabsgetreuen Figuren naher erläutert.
Es zeigen dabei
Fig. 1 eine mögliche Anwendungsform der erfindungemässen Isolierungsanordnung,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Ebene lijm Figur 1, wobei die Figuren 2a und 2b zwei mogliche Ausführungsformen der erfindungemassen Isolierungsanordnung darstellen,
Fig. 3 eine weitere Anwendungsform der erfindungemassen Isolierungsanordnung,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Ebene IV-IV in Figur 3, wobei die Figuren 4a und 4b zwei mogliche Ausfuhrungsformen der erfindungemässen Isolierungsanordnung darstellen,
Fig. 5 eine weitere Anwendungsform der erflndungemassen Isolierungsanordnung, und
Fig.
6 einen Schnitt entlang der Ebene VI-VI in Figur 5, wobei die Figuren 6a und 6b zwei mogliche Ausführungsformen der erfindungemässen Isolierungsanordnung darstellen.
Eine Gussform für statisch gegossene Walzen besteht üblicherweise aus der Kokille 1, dem Formkastentell für den Unterzapfen (in den Fig. 1-6 nicht dargestellt), dem Formkastenteil 2 für den
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Oberzapfen 9, sowie dem Formkastenteil 3 für den Spelser 4. Der Speiser 4 ist üblicherweise mit einer Isolierenden Auskleidung 5 versehen.
Die Isolierende Auskleidung 5 kann etwa aus Leichtschamotte mit einem spezifischen Gewicht zwischen 0 6 und 0 7 g/cm3 und einem Al2O3 (Alumliumoxid)-Gehalt von 35% bestehen. Erfindungsgemass wird auch der Oberzapfen 9 mit einer Isolierungsanordnung versehen Die Isollerungsanordnung ist dabei aus Isollerelementen 6 gebildet, die den Oberzapfen 9 entweder vollständig (Fig 2a, 4a, 6a) oder teilweise (Fig 2b, 4b, 6b) umschliessen
Die Isolierelemente 6 können, wie in Fig 1 und 5 dargestellt, direkt am Aussenumfang des 0berzapfens 9 anliegen und bestehen In diesem Fall aus Leichtschamotte mit einem spezifischen Gewicht von vorzugsweise 0.
80 g/cm3 bis 1 00 g/cm3 und einem AizO-Gehait von vorzugsweise 65%-70% Die Isolierelemente 6 sind zusätzlich mit einer Zirkonsilikatschlichte geschlichtet Zwei- schen den Formkastenteilen 2, 3 und den Isolierelementen 5, 6 befindet sich eine Sandschicht 7 Die segmentformigen Isolierelemente 6 konnen dabei den Oberzapfen 9 vollstandig umgeben (Fig 2a).
So können etwa acht Isolierelemente 6 mit einem Öffnungswinkel von je 450 zu einer hulsenformlgen Isolleranordnung zusammengesetzt werden In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Isollerelemente 6 mit Nut und Feder auszustatten. Gemäss einer anderen Ausfuhrungsform werden nur vier Isollerelemente 6 mit einem Öffnungswinkel von je 450 gewählt, die symmetrisch um den Oberzapfen angeordnet werden, ihn nun aber nicht vollstandig umschliessen (Fig.
2b) Die Sandschicht 7 fullt In dieser Ausführungsform die tangentialen Lücken zwischen den vier Isolierelementen 6 auf Die Anzahl der Isolierelemente 6 kann-bei entsprechender Wahl ihrer Offnungswinkel variieren Soll der Oberzapfen 9 von der Isolieranordnung vollkommen umschlossen werden so können auch vier Isolierelemente 6 mit einem Offnungswinkel von je 900 oder sechs Isollerelemente 6 mit einem Offnungswinkel von je 60 usw verwendet werden Soll der Oberzapfen 9 von der Isolleranordnung nicht vollkommen umschlossen werden, so konnen etwa auch zwei Isolierele-
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oderkel von je 20 usw. verwendet werden
Nach dem Abguss zeigt sich eine glatte Oberfläche Im Anlegebereich der segmentförmigen Isolierelemente 6.
Bel den bisher verwendeten isolierplatten waren durch den direkten Kontakt mit dem flusslgen Stahl starke Penetrationen und Federn festzustellen und der Oberzapfen hatte eine polygone Gestalt, die vor dem Bearbeiten weggearbeitet werden musste.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Isolierungsanordnung ist in Fig 3 zu sehen Die Isollerelemente 6 liegen dabei nicht dicht am Aussenumfang des Oberzapfens 9 an, sondern sind vom Oberzapfen 9 durch eine Sandschicht 7'getrennt, die eine Dicke von 2-5 cm, vorzugsweise 3 cm, aufweist und mit einer Zirkonschlichte geschlichtet ist Die Isolierelemente 6 bestehen in diesem Fall aus Leichtschamotte mit einem spezifischen Gewicht von vorzugsweise 0 60 g/cm3 bis 0. 70 g/cm3 und einem Al203-Gehalt von vorzugsweise 35%-45%
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ständig umgeben (Flg. 4a).
So konnen etwa acht Isolierelemente 6 mit einem Offnungswinkel von je 45 zu einer hülsenförmigen Isolleranordnung zusammengesetzt werden In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Isolierelemente 6 mit Nut und Feder auszustatten Gemäss einer anderen Ausführungsform werden nur vier Isolierelemente 6 mit einem Öffnungswinkel von je 450 gewählt, die symmetrisch um den Oberzapfen angeordnet werden, ihn nun aber nicht vollständig umschliessen (Fig. 4b) Die Sandschicht 7 füllt in dieser Ausfuhrungsform nicht nur die tangentialen Lücken zwischen den vier Isolierelementen 6 auf, sondern erstreckt sich in Form der Sandschicht 7'auch in radialer Richtung zwischen dem Aussenumfang des Oberzapfens 9 und dem Innenumfang der segmentförmigen Isolierelemente 6.
Die Anzahl der Isolierelemente 6 kann-bei entsprechender Wahl ihrer Öffnungswinkel - wiederum variieren Soll der Oberzapfen 9 von der Isolleranordnung vollkommen umschlossen werden, so können auch vier Isolierelemente 6 mit einem Offnungswin- kel von je 900 oder sechs Isolierelemente 6 mit einem Öffnungswinkel von je 60 usw verwendet werden Soll der Oberzapfen 9 von der Isolieranordnung nicht vollkommen umschlossen werden, so konnen etwa auch zwei Isolierelemente 6 mit einem Öffnungswinkel von je 900 oder neun Isollerelemente 6 mit einem Öffnungswinkel von je 20 usw. verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Isolieranordnung, die speziell für Walzen über 30 t verwendet wird, ist in Flg 5 gezeigt. Der Oberzapfen 9 ist mit Isolierelementen 6 versehen, die aus Leichtschamotte mit einem spezifischen Gewicht von vorzugsweise 0 90 g/cm3
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