**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.
PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung hochwertiger Stahlformgussteile in Sandgiessformen, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Masse-Elektroden (10, 10') im Bereich des
Formhohlraumes in der Giessform eingebaut oder nach der
Formfüllung in die Schmelze im Einguss (4) getaucht werden, dass an mindestens einer offenen Speiserkammer (6) eine Schlackenschicht auf die eingebrachte Schmelze gegeben und eine Abschmelzelektrode (11) zum Betrieb nach dem Elektroschlacken-Umschmelzverfahren in die Schlacke getaucht wird, und dass während der fortschreitenden Erstarrung der Schmelze die Abschmelzleistung nach Massgabe des zeitlich veränderlichen Volumendefizits im Gussteil gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abschmelzelektroden (11) mit in Abschmelzrichtung ver änderlichem, vorzugsweise abnehmenden Querschnitt verwendet werden.
Beim Stahlformguss ist es notwendig und gebräuchlich, in oder auf der Giessform einen oder mehrere Speiser vorzuse- hen. Dieser muss einen Schmelzevorrat enthalten, welcher möglichst lange flüssig bleibt, um im Gussteil das während der Erstarrung entstehende Volumendefizit zu ersetzten, d.h.
das Gussteil möglichst dichtzuspeisen . Hierfür muss die Speiserkammer gegen Wärmeverluste isoliert sein, und es werden häufig exothermisch reagierende Zusätze verwendet, um dem Speiser Wärme von aussen zuzuführen. In jedem Fall ist aber die Anordnung der Speiser sorgfältig zu wählen und ein ausreichendes Speiservolumen vorzusehen, damit die lunkergefährdeten Stellen im Gussteil mit flüssiger Schmelze in Verbindung bleiben.
Wegen der rein passiven Wirkungsweise der Speiser bereitet das einwandfreie Dichtspeisen von anspruchsvollen Gussteilen oft Schwierigkeiten. Jedenfalls bedeutet der hohe Aufwand an Speisern eine erhebliche Verschlechterung des Flüssigstahl-Ausbringens, und in den lange flüssig bleibenden Bereichen des Gussteils können zudem Seigerungen oder nichtmetallische Einschlüsse auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Erzeugung hochwertiger Stahlformgussteile in Sandformen die erwähnten, durch Speiser bedingten Beschränkungen zu vermindern und insbesondere das Ausbringen zu erhöhen und eine Qualitätsverbesserung hinsichtlich Lunkerfreiheit und Homogenität der Gussteile zu erreichen.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1.
Die Anwendung dieses Verfahrens bringt eine bedeutende Steigerung der Schmelzkapazität, indem ein wesentlicher Teil des nachzuspeisenden Stahlvolumens in der Speiserkammer selbst erschmolzen wird. Dabei ermöglicht die Zufuhr von (elektrischer) Fremdenergie, den Einflussbereich des Speisers im Gussteil auszudehnen bzw. den Erstarrungsverlauf zu lenken sowie Verunreinigungen und Entmischungserscheinungen in der Schmelze weitgehend zu verhindern. Allenfalls kann man dadurch mit einer geringeren Zahl von Speisern auskommen oder die Speiser am Gussteil günstiger anbringen. Indem in den Speiserkammern zuletzt nur ein ver gleichsweise geringes Stahlvolumen verbleibt, wird das Kreislaufmaterial stark vermindert bzw. das Ausbringen entsprechend erhöht.
Das Elektroschlacken-Umschmelzverfahren (ESU-Verfahren) als solches ist seit längerer Zeit bekannt und wird bei der Produktion von schweren, in Kokillen vergossenen Schmiedestahlblöcken und insbesondere am verlorenen Kopf solcher Blöcke eingesetzt. Für eine nähere Beschreibung sei z.B. auf Radex-Rundschau 1975, Heft 4, Seiten 517-530 und auf die AT-PS 282 845 verwiesen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch und im Schnitt eine Giessfonn für ein Stahlgussteil in Verbindung mit einer ESU-Anlage, und
Fig. 2 zeigt eine mit Vorteil anwendbare Abschmelzelek trode mit veränderlichem Querschnitt.
In der Fig. 1 ist eine in Stahlgiessereien übliche, aus Un terteil 1 und Oberteil 2 bestehende Sandgiessfonn im Verti- kalschnitt dargestellt. Das Giess-System mit dem Einguss 4 und dem Giesslauf 5 mündet in Formhohlraum 3. Eine auf- gesetzte, oben offene Speiserkammer 6 wird durch eine in das
Formoberteil 2 eingelassene, feuerfeste Auskleidung 7 ge bildet. Selbstverständlich kann je nach Anforderungen des jeweiligen Gussteils das Giess-System mit mehreren Anschnittstellen und Eingüssen ausgebildet sein, und es können mehrere Speiser an geeigneter Stelle vorgesehen werden.
Neben der Giessform befindet sich eine an sich bekannte Elektroschlacken-Umschrnelzanlage. Diese besteht im wesentlichen aus dem elektrischen Speise- und Steuerteil 15 sowie einer Säule 13, an welcher ein Ausleger 12 mit Hilfe einer Antriebseinheit 14 heb- und senkbar geführt ist. Am freien Ende des Auslegers 12 ist eine Abschmelzelektrode 11 eingespannt, deren unteres Ende in die Speiserkammer 6 ragt.
Zur Durchführung des ESU-Verfahrens ist eine Masseverbindung der Schmelze bzw. des Gussteils mit dem Speiseteil
15 der Anlage erforderlich. Hierfür ist gemäss Fig. 1 eine Masse-Elektrode 10 in die Giessform eingebettet, wobei das Elektrodenende zweckmässig in eine besondere Ausbuchtung des Formhohlraums ragt. Auf diese Weise wird während der Formfüllung das Elektrodenende umgossen bzw. angegossen, und die Elektrode kann nach Fertigstellung des Gussteils leicht wieder abgetrennt werden. Es ist aber auch möglich, im Anschluss an die Formfüllung eine Masse-Elektrode
10' in die im Einguss 4 befindliche Schmelze einzutauchen, wie links in Fig. 1 angedeutet ist. Bei Bedarf können natlir- lich mehrere Masse-Elektroden verwendet werden, und es können beide beschriebenen Möglichkeiten miteinander kombiniert werden.
Im Anschluss an das Eingiessen der Schmelze wird in der Speiserkammer 6 eine Schicht einer geeigneten, in der Regel stark basischen Schlacke 8 auf die Schmelze geschüttet, die Abschmelz-Elektrode 11 in die Schlacke 8 eingetaucht und die ESU-Anlage in Betrieb gesetzt. Diese Massnahme kann entweder nur an einem oder gleichzeitig an mehreren Speisern des Gussteils getroffen werden.
Infolge des Stromflusses zwischen den Elektroden 10 und 11 wird die Schlacke 8 intensiv aufgeheizt und das darin befindliche Ende der Elektrode 11 kontinuierlich abgeschmolzen. Das bei der fortschreitenden Erstarrung der Schmelze im Gussteil entstehende Volumendefizit lässt sich auf diese Weise aus dem Material der Abscilmelzelektrode 11 laufend ausgleichen. Bei einem gegebenen Gussteil ist der zeitliche Verlauf dieses Volumendefizits stark veränderlich, und es ist notwendig, die Abschmelzleistung entsprechend in der Anlage zu steuern. Gleichzeitig ist durch die Steuerung des Elektrodenvorschubs für eine gleichbleibende Eintauchtiefe der Abschmelzelektrode 11 zu sorgen.
Der zeitliche Verlauf des Volumendefizits bzw. der Abschmelzleistung lässt sich aus der Geometrie des Gussteils wenigstens annähernd im voraus ermitteln und die Steuerung der Anlage kann entsprechend programmiert werden.
Erfahrungsgemäss ist jeweils bei Beginn der Erstarrung (noch kalte Giessform) das Volumendefizit weitaus am grössten und nimmt anschliessend rasch ab. Durch Verwendung von Abschmelzelektroden, die einen diesem Verlauf angenäherten, veränderlichen Querschnitt aufweisen, kann die erwähnte Programmsteuerung erleichtert bzw. der Steuerbereich
verringert werden. Ein Beispiel einer solchen Elektrode ist in Fig. 2 dargestellt. Sie besteht aus stufenweise zusammengesetzten Abschnitten 21, 22 und 23 von unterschiedlicher Länge und abnehmendem Querschnitt. Die Stufensprünge können allenfalls, wie dargestellt, z.B. durch eingesetzte Spickel 24 teilweise ausgeglichen werden. Die einzelnen Teile einer solchen Abschmelzelektrode 11 können auf einfache Weise miteinander verbunden, z.B. verschraube oder verschweisst werden.
Der anfänglich hohe Schmelzebedarf für die Nachspeisung kann natürlich auch wenigstens teilweise aus einem zunächst stärker gefüllten Speiser gedeckt werden. Bs kann also die normale Speiserwirkung mit der Speisung durch die ESU Absdnnelzelektrode kombiniert werden, und zwar sowohl an einem und demselben Speiser als auch an verschiedenen Speisern.
Die in der Schlackenschicht 8 umgesetzte elektrische Lei strang bewirkt nicht nur das Abschmelzen der Elektrode 11, sondern es wird auch eine beträchtliche Wärmemenge nach unten in das in Erstarrung begriffene Gussteil eingeführt. Mit dem jeweiligen Elelrtrodenquerschnitt kann auch das Verhältnis zwischen der Abschmelzleistung und dem Wärmefluss in das Gussteil beeinflusst werden. Dieser Wärmefluss beeinflusst seinerseits den Erstarrungsverlauf im Gussteil, und zwar ist dies in einem weiteren Bereich möglich als mit einem üblichen passiven Speiser.
In der von der Schlackenschicht 8 nach unten ausgehenden, schmelzflüssig gehaltenen Zone entsteht durch die Wärmezufuhr eine Konvektionsströmung in der Schmelze, wodurch schädliche Seigerungen wirksam verhindert werden und ein erheblicher Teil der Schmelze an die Schlackendecke herangeführt und dabei gereinigt wird.
Schliesslich lässt sich die Steuerung so einrichten, dass am Schluss der ESU-Behandlung und nach vollständiger Erstarrung des Gussteils nur ein relativ kleiner Materialrest 9 in der Speiserkammer 6 verbleibt. Dadurch ist der Anfall an nach träglich bzutrennendem Kreislaufmaterial bedeutend geringer als bei herkömmlichen Speisern.
** WARNING ** beginning of DESC field could overlap end of CLMS **.
PATENT CLAIMS
1. A method for producing high-quality steel castings in sand casting molds, characterized in that one or more ground electrodes (10, 10 ') in the area of
Mold cavity built into the mold or after the
Mold filling are immersed in the melt in the pouring (4), that a slag layer is placed on the introduced melt in at least one open pantry (6) and a melting electrode (11) is immersed in the slag for operation according to the electroslag remelting process, and that during the progressive solidification of the melt, the melting rate is controlled in accordance with the time-varying volume deficit in the casting.
2. The method according to claim 1, characterized in that consumable electrodes (11) with a variable, preferably decreasing, cross section are used in the consumable direction.
With steel castings, it is necessary and customary to provide one or more feeders in or on the casting mold. This must contain a melt stock that remains liquid for as long as possible in order to replace the volume deficit that occurs during solidification in the casting, i.e.
feed the casting as tightly as possible. For this purpose, the pantry must be insulated against heat loss, and exothermic additives are often used to supply heat to the riser from outside. In any case, however, the arrangement of the feeders must be carefully selected and a sufficient feeder volume should be provided so that the vulnerable points in the casting remain in contact with the liquid melt.
Due to the purely passive mode of action of the feeders, the perfect sealing feed of demanding castings often creates difficulties. In any case, the high expenditure on feeders means a considerable deterioration in the liquid steel output, and segregation or non-metallic inclusions can also occur in the areas of the casting which remain liquid for a long time.
The object of the invention is to reduce the aforementioned restrictions caused by feeders in the production of high-quality steel castings in sand molds and, in particular, to increase the yield and to achieve a quality improvement with regard to the absence of voids and homogeneity of the castings.
The achievement of this object according to the invention results from the characterizing features of patent claim 1.
The application of this method brings a significant increase in the melting capacity by melting a substantial part of the steel volume to be replenished in the pantry itself. The supply of (electrical) external energy enables the area of influence of the feeder in the cast part to be expanded or the solidification process to be steered, and impurities and segregation phenomena in the melt to be largely prevented. At most, you can get by with a smaller number of feeders or attach the feeders to the casting more cheaply. Since only a comparatively small volume of steel remains in the pantry at the end, the circulating material is greatly reduced or the output increased accordingly.
The electroslag remelting process (ESR process) as such has been known for a long time and is used in the production of heavy forged steel blocks cast in molds and in particular on the lost head of such blocks. For a more detailed description, e.g. to Radex-Rundschau 1975, No. 4, pages 517-530 and to AT-PS 282 845.
An embodiment of the invention is explained below in connection with the drawing.
Fig. 1 shows schematically and in section a casting mold for a steel casting in connection with an ESR system, and
Fig. 2 shows an advantageously applicable Abmelzelek electrode with variable cross-section.
In Fig. 1 a usual in steel foundries, consisting of Un lower part 1 and upper part 2 Sandgiessfonn is shown in vertical section. The pouring system with the sprue 4 and the pouring run 5 opens into the mold cavity 3. A feed chamber 6, which is open at the top, is inserted into the
Molded upper part 2 inset, refractory lining 7 forms ge. Of course, depending on the requirements of the respective casting, the casting system can be designed with several gates and inlets, and several feeders can be provided at a suitable point.
In addition to the casting mold, there is a known electroslag re-shrinking system. This essentially consists of the electrical feed and control part 15 and a column 13, on which a boom 12 is guided by means of a drive unit 14 so that it can be raised and lowered. At the free end of the boom 12, a melting electrode 11 is clamped, the lower end of which protrudes into the feeder chamber 6.
To carry out the ESR process, a ground connection of the melt or the cast part to the feed part is required
15 of the system required. For this purpose, according to FIG. 1, a ground electrode 10 is embedded in the casting mold, the electrode end expediently protruding into a special bulge in the mold cavity. In this way, the electrode end is cast or cast during the mold filling, and the electrode can be easily removed again after the casting is finished. However, it is also possible to have a ground electrode following the mold filling
10 'into the melt located in the gate 4, as indicated on the left in Fig. 1. If necessary, several ground electrodes can of course be used, and the two possibilities described can be combined with one another.
Following the pouring of the melt, a layer of a suitable, generally strongly basic slag 8 is poured onto the melt in the feed chamber 6, the melting electrode 11 is immersed in the slag 8 and the ESC system is put into operation. This measure can be taken either only on one or at the same time on several feeders of the casting.
As a result of the current flow between the electrodes 10 and 11, the slag 8 is heated intensively and the end of the electrode 11 located therein is continuously melted. The volume deficit that occurs in the casting as the melt solidifies can be continuously compensated in this way from the material of the absorbent electrode 11. For a given casting, the temporal course of this volume deficit can vary greatly, and it is necessary to control the melting rate accordingly in the system. At the same time, the control of the electrode feed ensures a constant immersion depth of the consumable electrode 11.
The course of the volume deficit or the melting rate can be determined at least approximately in advance from the geometry of the cast part and the control of the system can be programmed accordingly.
Experience has shown that the volume deficit is by far the greatest at the start of solidification (the mold is still cold) and then rapidly decreases. The use of melting electrodes, which have a variable cross-section that approximates this course, can facilitate the aforementioned program control or the control area
be reduced. An example of such an electrode is shown in FIG. 2. It consists of sections 21, 22 and 23, which are assembled in stages, of different lengths and decreasing cross-sections. The increments can at best, as shown, e.g. can be partially compensated for by the insert 24. The individual parts of such a melting electrode 11 can be connected to one another in a simple manner, e.g. screwed or welded.
The initially high melt requirement for the make-up can of course also be covered at least partially from a feeder that is initially more filled. So the normal feeder effect can be combined with the feed through the ESU sealing electrode, both on the same feeder and on different feeders.
The converted Lei strand in the slag layer 8 causes not only the melting of the electrode 11, but it is also introduced a considerable amount of heat down into the solidifying casting. The relationship between the melting power and the heat flow into the cast part can also be influenced with the respective electrode cross-section. This heat flow in turn influences the solidification process in the casting, and this is possible in a wider area than with a conventional passive feeder.
In the molten zone that extends downward from the slag layer 8, the heat supply creates a convection flow in the melt, whereby harmful segregations are effectively prevented and a considerable part of the melt is brought up to the slag ceiling and is thereby cleaned.
Finally, the control can be set up in such a way that at the end of the ESR treatment and after the casting has completely solidified, only a relatively small material residue 9 remains in the pantry 6. As a result, the amount of circulatory material to be subsequently added is significantly lower than with conventional feeders.