Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von schweren Stahlblöcken, z. B. Schmiedeblöcken, mit guten mechanischen Eigenschaften im Innern Es ist bekannt, die Warmhauben von Stahlblöcken nach dem Guss zu beheizen. Durch diese Massnahme wird eine Verringerung der Primärlunker sowie eine Materialersparnis beim verlorenen Kopf angestrebt.
Von der Anmelderin ist bereits vorgeschlagen worden, Blöcke nach dem Vergiessen unter einer Blockkopffeinung zum Erstarren zu bringen. Hierbei wird nach dem Guss des Blockes der flüssige Stahl mit einer oxydarmen, vorzugsweise karbidischen Feinungs- schlacke bedeckt, die mittels eines elektrischen Licht bogens flüssig und reaktionsfähig gehalten wird. Bei der Anwendung der Blockkopffeinung nach vorliegen den Patenten soll die Erstarrung des Blockes möglichst von unten nach oben gerichtet sein.
Die Blöcke zur Herstellung von hochwertigen Schmiedestücken, welche im Innern einwandfreie mechanische Eigenschaften aufweisen sollen, werden zu Blöcken mit einem bestimmten Schlankheitsgrad vergossen. Eine kennzeichnende Verhältniszahl von Länge zum Durchmesser ist hierdurch gegeben. Je kleiner diese Verhältniszahl ist, um so kürzer und dicker ist der Rohblock. Bei einem Block mit kleiner Verhältniszahl liegt der Vorteil darin, dass die Er starrung besser von unten nach oben gerichtet ist und dadurch Verminderung von Lockerstellen im Innern bzw. Verbesserung der mechanischen Eigenschaften im Innern auftreten.
Der Nachteil dieser Blockform ist ein langsameres Erstarren, wobei sich starke Seige- rungen ausbilden, die wieder Verschlechterungen der mechanischen Eigenschaften mit sich bringen. Man hat sich daher bemüht, zur Vermeidung der starken Seigerungen die Verhältniszahl nicht zu klein zu wäh len, und einen entsprechenden Schlankheitsgrad der Blöcke bevorzugt. Wird eine Blockkopfbeheizung nach dem Guss von Blöcken angewandt, so tritt durch die zugefügte Ener gie im oberen Teil des Blockes eine verzögerte Er starrung und damit stärkere Ausbildung von Seige- rungen mit ihren unerwünschten Folgen auf.
Es war daher verständlich, dass sich die Blockkopfbeheizung nicht im erwarteten Umfange bei der Herstellung hochwertiger Schmiedeblöcke einbürgern konnte.
Die Erfindung geht von der Tatsache aus, dass, wenn ein Block aus üblich erschmolzenem Stahl im Vakuum vergossen wird, hierbei wesentliche Bestand teile schädigender Gase, z. B. Wasserstoff um 50%, Sauerstoff um 60% und Stickstoff um 30%, während des Gusses aus dem Stahl herausgezogen werden. Es ist durch die neueste Forschung bekannt, dass gerade diese Gase stark zu Seigerungen neigen und in Ver bindung mit den Seigerungen der anderen Eisen begleiter (Gebiet der Schattenlinien) eine gefürchtete Qualitätsverminderung ergeben.
Es konnte nun fest gestellt werden, dass bei dem niedrigen Gasgehalt die Gase infolge der Vakuumbehandlung kaum noch zu Seigerungen neigen und dass hierdurch die durch den Schwefel- und Phosphorgehalt gekennzeichneten Sei- gerungsgebiete ihre Gefährlichkeit eingebüsst haben.
Bei Anwendung des Vakuumblockgusses kann daher die Blockkopffeinung ohne Gefahrenmomente angewandt werden. Darüber hinaus kann das Verhält nis von Länge zu Breite klein gehalten werden und damit durch wesentliche Vergrösserung des Warm haubenquerschnittes unter Verringerung der Hauben höhe die Angriffsfläche der Blockkopffeinung ver grössert werden.
Hierdurch tritt ebenfalls eine Ver grösserung des Einflussgebietes der Blockkopffeinung auf, wodurch vornehmlich in der Mitte des Blockes die Erstarrung von unten nach oben gelenkt wird und dadurch die Lockerstellen wesentlich verringert wer den. Gleichzeitig sorgt die desoxydierende Reaktion der Schlacke mit dem Stahl dafür, dass oxydische oder sulfidische Bestandteile durch die Reaktion ihres nichtmetallischen Charakters enthoben und damit unschädlich gemacht werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein Block von 25 bis zu mehreren Hundert Tonnen Gewicht durch Einlaufenlassen eines Giessstrahles in eine Stahlwerkkokille mit einem Grö ssenverhältnis der Länge zur lichten Weite kleiner als 1,6 gegossen wird, wobei die Kokille sich in einem Unterdrucksraum befindet, in dem ein absoluter Druck zwischen 30 und 0,1 Torr. herrscht,
sodann nach Beendigung des Giessens und der Vakuum behandlung der flüssige Stahl mit einer schwer metalloxydarmen desoxydierenden Feinungsschlacke bedeckt und unter Aufrechterhaltung der desoxydie- renden Eigenschaften der Schlacke eine Blockkopf beheizung mittels Lichtbogens vorgenommen, bei der die zugeführte Energie so hoch bemessen wird, dass eine allmähliche Erstarrung der Blöcke von unten nach oben stattfindet, wobei über der Schlacke und dem Lichtbogen ein Luftabschluss vorgesehen wird.
Zu den einzelnen Massnahmen sei folgendes be merkt: Durch das Giessen im Vakuum bei Drücken zwi schen 30-0,l Torr. wird der grösste Teil der schäd lichen Gase aus dem Stahl herausgeholt, so dass eine langsame Erstarrung im Blockkopf keine schädlichen Seigerungsgebiete ergibt. Werden Drücke über 30 Torr. angewandt, so ist der Gasentzug nicht mehr gross genug, um die erwähnte Wirkung zu erzielen. Bei Drücken unter 0,1 Torr. wird der Guss derart un ruhig, dass mit einem guten Schmiedeverhalten nicht mehr gerechnet werden kann.
Bei schweren Blöcken von etwa 25 bis zu meh reren Hundert Tonnen Gewicht wird durch eine Ver hältniszahl Länge zum Durchmesser des Blockes klei ner als 1,6 ein grosser Haubenquerschnitt erzielt, der eine grosse Reaktionsfläche des Stahles mit der Schlacke gewährleistet und gleichzeitig durch tiefes Eindringen der Wärme in das Blockinnere die Len kung der Erstarrung von unten nach oben günstig beeinflusst. Bei einer grösseren Verhältniszahl wird die Länge so gross, dass die zugeführte Wärme der Blockkopfbeheizung nicht in der Lage ist, die Er starrung von unten nach oben zu beeinflussen.
Die nach Beendigung des Gusses auf den flüssi gen Stahl aufgegebene schwermetalloxydarme desoxy- dierende Feinungsschlacke sorgt für die Beseitigung der nach oben hin entstehenden nichtmetallischen Ein schlüsse. Durch laufende Zugabe desoxydierender Mittel, wie Kohlenstoff, Silizium oder Aluminium, kann der reduzierende Charakter der Schlacke bei behalten werden.
Die Blockkopfbeheizung wird zweckmässig nach Aufgabe der Schlacke mittels eines gleichmässig bren nenden elektrischen Lichtbogens über einen Zeitraum vom Ende des Giessens bis zweckmässig mindestens zur Erstarrung des guten Blockteiles vorgenommen. Bei Blöcken für schwere Schmiedestücke wird zweck mässig eine Energie grösser als 30 KWh je Tonne Stahl zugeführt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Erstarrung von unten nach oben verläuft. Bei Anwendung geringerer Energie kann es zur Brücken bildung im Innern des Blockes kommen.
Zur Aufrechterhaltung einer desoxydierenden Schlacke wird ein Luftabschluss über der Schlacke und dem Lichtbogen vorgesehen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemässen Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Luftabschlussdeckel mit feuerfestem Belag über der Kokille. Der Deckel besteht vorzugsweise aus ge mauerten feuerfesten Steinen. Der Deckel kann ein Kontrolloch aufweisen, das auch als Zugabeöffnung für Schlackenbildner dienen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an hand der Zeichnung eingehender erläutert.
In dieser bedeutet 1 den Unterdruckraum mit seinen Dichtungsorganen 2. In diesem Raum befindet sich die Busseiserne Kokille 3. Auf der Kokille 3 steht die Warmhaube 4 mit einer wärmeisolierenden feuerfesten Auskleidung 5. Der Stahl 6 ist bereits in die Kokille 3 und in den unteren Teil der Warmhaube 4 unter Einwirkung von Vakuum eingegossen worden. Nun wird das Vakuum aufgehoben und ein (nicht ge zeichneter) Deckel des Unterdruckraumes 1 abgenom men. Auf die Warmhaube 4 wird ein aus feuerfesten Steinen gewölbt gemauerter Deckel 7 aufgesetzt, wel cher den Inhalt gegen Luft abschliesst. Dieser gewölbte Deckel 7 hat in seiner Mitte eine Öffnung 8, durch welche die Elektrode 9 eingeführt ist.
Auf die Stahl oberfläche wurde eine desoxydierende Feinungs- schlacke aufgegeben. Hierauf wird der Lichtbogen 11 gezündet und laufend über der Schlacke gefahren. Durch eine verschliessbare (Verschluss nicht gezeich net) Öffnung 12 kann der Zustand der Schlacke über wacht werden. Eventuell erforderliche Zugaben zur Aufrechterhaltung der desoxydierenden Eigenschaf ten können ebenfalls durch die Öffnung 12 zugegeben werden.