AT515235A1 - Verfahren und Anordnung zum Vakuumblockguss - Google Patents

Abstract

Das Gießen großer Schmiedeblöcke erfolgt in eine in einem Vakuumgefäß (1) aufgestellten Kokille (4) von einem auf dem Deckel (7) des Vakuumgefäßes (1) angeordneten, mit diesem vakuumdicht verbundenen Zwischengefäß (9) durch eine über der Kokille (4) befindliche Ausgussöffnung (10), die durch eine Beruhigungsstrecke (16) von einem Eingussbereich (15) getrennt ist und die zur Beruhigung des Stahlflusses und zur Begünstigung der Abscheidung nichtmetallischer Einschlüsse über Umlenkdämme (17) und Inertgasspülsteine (18) verfügen kann.

Description

Verfahren und Anordnung zum Vakuumblockguss Für die Herstellung großer Schmiedeblöcke aus Stahl wird neben anderenGießverfahren auch ein Verfahren zum Gießen unter Vakuum eingesetzt, beiwelchem eine Kokille aus Gusseisen auf einer Bodenplatte mit einem keramischausgemauerten Aufsatz in einem durch einen Deckel verschließbaren Vakuumtankaufgestellt ist. Der Vakuumtank ist über eine Leitung mit einem, meist mitmechanischen Pumpen bestückten Vakuumpumpensatz verbunden. Der Deckel wirdauf den Vakuumtank vakuumdicht aufgesetzt, wobei die Abdichtung durch einen ineiner am Tank befindlichen Nutrille eingelegten Gummiring bewirkt wird auf dem derDichtring des Deckels aufsitzt.

Der Deckel hat eine Eingießöffnung, die üblicherweise, um ein Vorevakuieren desTankinnenraums zu ermöglichen, durch ein Aluminiumblech verschlossen ist. DasAluminiumblech wird beim Angießen durch den flüssigen Stahl aufgeschmolzen unddamit die Gießöffnung frei gemacht. Das Gießen des Stahls erfolgt entweder voneinem Zwischengefäß oder einer sogenannten Ponypfanne aus, die auf dem Deckelvakuumdicht in gleicher Weise wie der Deckel auf dem Tank so aufgesetzt werdenkann, dass die mit einer Stopfenregelung versehene Ausgussöffnung sich annäherndzentrisch oberhalb des Aluminiumverschlussblechs befindet. Für das Angießen wird das Zwischengefäß bei geschlossenem Stopfen zunächst voneiner Stahlgieß- und Transportpfanne aus mit flüssigem Stahl weitgehend gefüllt underst nach Erreichen eines ausreichenden Füllstands der Stopfen geöffnet. Damit istsichergestellt, dass beim Angießen keine Luft angesaugt wird. Beim Angießen wirddas Aluminiumblech durch den flüssigen Stahl durchschmolzen und so der weitereGießvorgang ermöglicht. Die Verwendung von Zwischengefäßen oder Ponypfannenausreichenden Fassungsvermögens ermöglichen das Vergießen des Inhaltsmehrerer Pfannen hintereinander ohne den Stahlfluss, d.h. die Geschwindigkeit desGießvorgangs ändern oder unterbrechen zu müssen.

Grundsätzlich ist es auch möglich aus einer Stahlgieß- und Transportpfanne direkt zugießen, wenn diese über einen Dichtring verfügt, der auf den in einer Nut auf demDeckel befindlichen Gummiring aufgesetzt werden kann. In diesem Fall muss aber der Pfanneninhalt ausreichen um den Block vollgießen zu können. Das direkteVergießen aus der Transportpfanne hat dabei den Vorteil, dass der darin befindlicheStahl durch ein Pfannenbehandlungsverfahren in einem Pfannenofen und durchArgonspülung etc. einen hohen Reinheitsgrad aufweist, der bis zum Blockgießennicht mehr gestört wird. Damit ist es möglich, große Schmiedeblöcke gutenReinheitsgrads zu erzeugen. Allerdings ist hier, wie bereits ausgeführt, das maximaleBlockgewicht durch das Schmelzgewicht des Schmelzaggregats und dasFassungsvermögen der daran angepassten Pfanne begrenzt. Weiters kommt dazu,dass in einem Schmelzbetrieb mehrere Pfannen aus Instandhaltungsgründenverfügbar sein müssen und daher alle über einen Dichtring verfügen müssen, um alsVakuumgießpfanne verwendet werden zu können. Für die Herstellung sehr großer Schmiedeblöcke von beispielsweise 6001 Gewicht istdie Arbeitsweise mit einer einzigen Pfanne nicht möglich, da im allgemeinen dieSchmelzengrößen mit 1501 bis 2001 begrenzt sind, sodass für die Herstellung einesBlockes mehr als nur eine Gießpfanne benötigt werden. In diesem Fall muss dahermit Zwischengefäß bzw. Ponypfanne gearbeitet werden.

Das hat zur Folge, dass beim Eingießen des Stahles in das Zwischengefäß diesermit Luft und der feuerfesten Ausmauerung des Zwischengefäßes bei gleichzeitigerturbulenter Strömung in Kontakt kommt und so wieder hinsichtlich desReinheitsgrads im Vergleich zum Zustand in der Pfanne durch endogene undexogene nichtmetallische Einschlüsse verunreinigt wird und somit ein Stahl mitverminderter Qualität durch den Ausguss des Zwischengefäßes (Ponypfanne) in dieKokille gelangt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Eingussstelle von derPfanne in das Zwischengefäß nahe der Ausgussöffnung des Zwischengefäßes sichbefindet. Die Verweilzeit des Stahles und die im Zwischengefäß auftretendeTurbulenz ist dann nicht kontrollierbar und die Verweilzeit teilweise zu kurz, sodasseine weitgehende Abscheidung neu gebildeter Einschlüsse nicht erwartet werdenkann und diese in den Gussblock gelangen und so einen nachteiligen Einfluss aufdessen Qualität haben.

Dieser Mangel kann beim Vakuumblockguss mit Zwischengefäß bei Anwendung deserfindungsgemäßen Verfahrens weitgehend behoben werden, wenn die beim

Eingießen auftretenden Turbulenzen abgebaut werden und der flüssige Stahl erstnach einer entsprechenden Beruhigung und kontrollierten Verweildauer imZwischengefäß, die eine Abscheidung von Einschlüssen ermöglicht, in vorzugsweiselaminarer Strömung zum Ausguss des Zwischengefäßes und weiter in die Kokillegelangt.

Kennzeichnendes Merkmal der Erfindung sind das Eingießen des Stahles in einenEingießbereich eines Zwischengefäßes und zwangsweise Führung über eineBeruhigungsstrecke zur Ausbildung einer laminaren Strömung in einenAusgussbereich des Zwischengefäßes, sodass die Verweilzeit des Stahles imZwischengefäß insgesamt kontrolliert verlängert wird und damit eine Möglichkeit fürdie Abscheidung von Einschlüssen geschaffen wird, wobei die Gießrate vomZwischengefäß in die Kokille durch einen Stopfen oder Schieber kontrolliert wird.

Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Abscheidung von Einschlüssen kanndadurch erreicht werden, dass im Beruhigungsbereich zwischen Einguss undAusguss die Schmelze Dämme oder Wehren eingebaut sind, die eine Umlenkungder Fließrichtung bewirken und allenfalls zusätzlich mit Inertgas gespült wird.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Vakuumblockgießen unter Verwendung einesZwischengefäßes (9) für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ineinem Vakuumgefäß (1), welches über eine Saugleitung (2) mit hier nichtdargestellten Vakuumpumpen verbunden ist, befindet sich eine auf einerBodenplatte (3) aufgestellte Graugusskokille (4) mit Haube (5), in welche zum Zweckder Bildung eines Schmiedeblocks flüssiger Stahl (6) gegossen wird.

Das Vakuumgefäß (1) ist mit einem Deckel (7) verschlossen, der über einenDurchlass (8) verfügt, welcher vor Aufsetzten des Zwischengefäßes (9) durch einAluminiumblech, welches hier nicht gezeigt ist, vakuumdicht verschlossen ist.

Das auf dem Deckel (7) vakuumdicht aufsitzende Zwischengefäß (9) verfügt übereinen Ausguss (10), der durch einen Stopfen (11) verschlossen bzw. geöffnetwerden kann. Anstelle eines Stopfens kann auch ein Schieber vorgesehen werden.Der in einer Gieß-, Transport- bzw. Behandlungspfanne (12) enthaltene flüssigeStahl (6) gelangt über einen mittels Schieberverschluss (13) regelbaren Ausguss, vorzugsweise über ein Schattenrohr (14) in das Zwischengefäß (9), dessenAusguss (10) durch den Stopfen (11) solange geschlossen bleibt bis einausreichendes Niveau des Flüssigstahls (6) erreicht wird. Dann wird der Stopfen (11)geöffnet und der Stahl fließt durch den Ausguss (10), durchschmilzt dasAluminiumblech und fließt weiter in die Kokille (4), in welcher der Gussblockaufgebaut wird. Während des gesamten Gießvorgangs bleiben die Vakuumpumpen in Betrieb,sodass der flüssige Stahl (6) wirkungsvoll entgast wird.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, erfolgt das Eingießen des Stahls (6) aus derGießpfanne (12) an einer Stelle des Zwischengefäßes (9), wo im Eingussbereicheine turbulente Strömung angedeutet ist. Der Ausguss (10) befindet sich an einerdem Eingussbereich gegenüberliegenden Stelle, wo sich die Strömung beruhigt hatund vorzugsweise ein laminarer Durchfluss auftritt.

In den Boden des Zwischengefäßes (9) kann noch zwischen Einguss und Ausgussein Spülstein oder Spülbalken (18) eingebaut sein, welcher eine Spülung derSchmelze mittels Inertgas ermöglicht.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Zwischengefäßes (9) in U-förmiger Ausbildung mit Andeutung der Eingussstelle (15) und die Stelle desAusgusses (10) und einer zwischen den beiden vorgesehenenBeruhigungsstrecke (16), in welche Dämme oder Wehren (17) eingebaut seinkönnen, um den Stahlfluss umzulenken und zu beruhigen und eine Abscheidungnichtmetallischer Einschlüsse zu ermöglichen. Durch einen im Boden desZwischengefäßes (9) eingebauten Spülstein oder Spülbalken (18) kann die

Abscheidung nichtmetallischer Einschlüsse weiter gefördert werden. Für das Zwischengefäß (9) können aber auch andere geometrische Formenvorteilhat sein, wenn die grundsätzliche erfindungsgemäße Voraussetzung erfüllt ist,dass ein Eingussbereich (15) in einer ausreichenden Entfernung von einemAusgussbereich (10) angeordnet ist, sodass zwischen den beiden Bereichen einBeruhigungsbereich (16) mit oder ohne Umlenkung des Stahles durch Dämme oderWehren (17) sowie die Anordnung eines Gasspülsteins (18) vorsehbar ist.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Gießen großer Blöcke aus Stahl aus einer oder mehrerenGießpfannen hintereinander unter Vakuum in einem Vakuumtank (1)unter Verwendung eines auf dem Vakuumdeckel (7) aufsitzenden undmit diesem vakuumdicht verbundenen Zwischengefäßes (9), dadurchgekennzeichnet, dass das Eingießen des Stahles unter Verwendungeines entsprechend geformten Zwischengefäßes (9) so getrennt vomAusguss (10) erfolgt, dass die beim Eingießen entstehenden turbulentenStrömungen in der Schmelze (6) in einer Beruhigungszone (16)abgebaut werden und diese erst dann in die Ausgussöffnung (10)gelangt, sodass eine Abscheidung nichtmetallischer Einschlüssebegünstigt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieSchmelze (6) im Zwischengefäß (9) bei ihrem Durchlauf durch eineBeruhigungszone (16) durch Dämme oder Wehren (17) umgelenkt unddie Ausbildung einer laminaren Strömung gefördert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieSchmelze (6) im Zwischengefäß (9) bei ihrem Durchlauf durch eineBeruhigungszone (16) mittels Inertgas (18) gespült wird.
4. 4. Auf einem Vakuumdeckel (7) eines eine Kokille (4) enthaltendenVakuumtanks (1) aufsitzenden, mit diesem vakuumdicht verbundenenZwischengefäßes (9) zur Durchführung des Verfahrens nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses über eineEingießkammer (15) und eine von dieser örtlich getrenntenAusgusskammer (10) verfügt, die über einen Beruhigungskanal (16)verbunden sind.
5. 5. Zwischengefäß (9) zur Durchführung des Verfahrens nach denAnsprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen Eingusskammer (15) und Ausgusskammer (10) angeordnetenBeruhigungskanal (16) Dämme und/oder Wehren (17) zum Umlenkender Schmelze (6) eingebaut sind.
6. 6. Zwischengefäß (9) zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zwischenEingussbereich (15) und Ausgussbereich (10) angeordnetenBeruhigungsbereich (16) ein Spülstein (18) eingebaut ist.