DE1097090B

DE1097090B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gussbloecken aus Stahl oder Eisen

Info

Publication number: DE1097090B
Application number: DES49307A
Authority: DE
Inventors: Andre Greffe; Henri Jolivet
Original assignee: Societe dElectro Chimie dElectro Metallurgie et des Acieries Electriques Dugine SA SECEMAU
Current assignee: Societe dElectro Chimie dElectro Metallurgie et des Acieries Electriques Dugine SA SECEMAU
Priority date: 1955-07-05
Filing date: 1956-07-02
Publication date: 1961-01-12

Description

Zur Herstellung von Gußblöcken aus Stahl oder Eisen mit fehlerfreien Oberflächenschichten und glatten Oberflächen wird das Metall üblicherweise in Kokillen vergossen, die vorher in geeigneter Weise, gewöhnlich mit Lacken oder Teeren, ausgekleidet wurden. Dadurch wird zwar die äußere Oberfläche der Gußblöcke verbessert, ohne daß jedoch eine genügend gute Oberflächenschicht erzielt wird, die eine spätere spanabhebende Bearbeitung überflüssig macht.

Es wurde schon vorgeschlagen, die Wandungen der Kokillen mit einer Schicht aus fester Schlacke auszukleiden, um eine direkte Berührung zwischen Metall und Kokillenwandung zu vermeiden. Dies kann derart geschehen, daß zunächst Schlacke in die Kokille gegossen und dann die nicht erstarrte Schlacke entfernt oder die Kokille mit der flüssigen Schlacke, die beim Vergießen des Metalls abfließt, ganz oder teilweise gefüllt wird.

Diese Verfahren haben zwar in gewissen Fällen zu einer Verbesserung der Oberflächenschicht des Gußblocks geführt, aber bis heute aus verschiedenen Gründen keine großtechnische Anwendung gefunden. Vor allem ist es unmöglich, Einschlüsse von Schlackentröpfchen im Metall, durch die die Gußblöcke unbrauchbar werden, mit Bestimmtheit zu verhindern. Hauptsächlich aus diesem Grunde wurde von der industriellen Verwendung des Verfahrens abgesehen, denn die Lösung des Problems schien ohne komplizierte und kostspielige Methoden unmöglich, die selbst im Erfolgsfall dem Verfahren jede wirtschaftliche Bedeutung nehmen mußten.

Es ist auch schon bekannt, zur Reinigung und zur Entschwefelung von Stahl in einer großen Menge flüssigen Stahls nur eine kleine Menge von Schlacke zu dispergieren, indem beispielsweise der Stahl mit kräftigem Strahl in eine Pfanne gegossen wird, die eine kleine Menge Schlacke enthält, oder indem der zu einer geringen Schlackenmenge gegebene Stahl in einem Ofen überhitzt wird. Die Bedingungen bei diesen bekannten Verfahren lassen sich nicht mit den Verhältnissen beim Gießen von Stahl in eine Kokille vergleichen, bei der verhältnismäßig geringe Metallmengen in eine die Wärme stark ableitende Metallform gegossen werden.

Der Erfinder hat nun versucht, eine technisch und wirtschaftlich tragbare Lösung zu finden, indem er die Probleme analysiert hat, die auftreten, wenn eine Kokille mit einer geschmolzenen Schlacke gefüllt wurde, in die dann das flüssige Metall gegossen wird. Auf der inneren Wandung der Kokille bildet sich eine feste oder glasige, mehr oder weniger viskose und dicke Schlackenschicht, je nach Temperatur und Art der verwendeten Schlacke. Diese Schicht, die zunächst mit der flüssigen Schlacke, dann mit dem Metall in Berührung kommt, isoliert letzteres gegen eine Berührung mit der Kokille.

Weiter wurde festgestellt, daß die Dicke der sich durch Berührung mit der Kokillenwand bildenden Schlacken-Verfahren und Vorrichtung

zur Herstellung von Gußblöcken

aus Stahl oder Eisen

Anmelder:

Societe d'Electro-Chimie

d'Electro-Metallurgie et des Acieries

Electriques d'Ugine, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. A. v. Kreisler,

Dr.-Ing. K. Schönwald,

Dipl.-Chem. Dr. phil. H. Siebeneicher

und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,

Köln I₁ Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 5. Juli 1955

Andre Greife, Annecy, Haute-Savoie,

und Henri Jolivet, Neuilly-sur-Seine (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

schicht von ausschlaggebender Bedeutung für die Oberflächenbeschaffenheit des Gußblockes ist. Daraus wurde geschlossen, daß, im Gegensatz zu den üblichen Methoden, bei denen möglichst geringe Schlackenmengen verwendet werden und die Vermischung der Schlacken- und Metallphase sorgfältig vermieden wird, die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit nur dann erreicht werden kann, wenn die Kokille fast vollständig mit einer stark überhitzten flüssigen Schlacke gefüllt wird. Dadurch ist aber beim Vergießen des flüssigen Metalls in die Kokille eine Dispersion der beiden Phasen Schlacke und Metall unvermeidlich, und es bildet sich eine Emulsion, die an der Entstehung von Schlackentröpfchen im Metall und Metalltröpfchen in der Schlacke erkennbar ist. Eine klare Phasentrennung tritt nicht ein, sondern ein kontinuierlicher Übergang von Metall und Schlacke in Form einer Emulsion. Wenn es nicht gelingt, diese Emulsion vor Beginn der Metallerstarrung sicher und vollkommen zu zerstören, werden unbrauchbare Gußblöcke erhalten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Gußblöcken aus Stahl oder Eisen oder deren Legierungen mit glatter Oberfläche und großer innerer Reinheit durch Gießen des Metalls in eine leicht flüssige Schlacke auf der Grundlage von Kieselsäure, Aluminiumoxyd und Kalk, der gegebenenfalls teilweise durch Magnesia ersetzt ist, enthaltende Kokille, welches dadurch

009 698/439

3 4

gekennzeichnet ist, daß die Kokille schnell und voll- erfindungsgemäße Verfahren sicher und regelmäßig ständig oder nahezu vollständig mit der sehr stark, brauchbare Gußblöcke hergestellt werden, die außerdem vorzugsweise auf 1700⁰C, überhitzten Schlacke, die eine noch große mikrographische Reinheit aufweisen.
große Grenzflächenspannung gegenüber dem zu ver- Die Durchführung des Verfahrens beruht also auf der gießenden Metall aufweist, gefüllt und das vorher 5 Verwendung einer die vorstehend aufgeführten Begereinigte Metall unmittelbar danach in die flüssige dingungen erfüllenden Schlacke geeigneter Zusammen-Schlacke derart gegossen wird, daß sich zunächst Metall Setzung bei sorgfältig gewählten Temperaturen. Der und Schlacke innig mischen und dann, vor Verfestigung Bereich der verwendbaren Schlackenzusammensetzungen des Metalls, trennen, die abfließende Schlacke aufgefangen ist verhältnismäßig groß. Es ist nicht möglich, alle und aufs neue verwendet wird. io Zusammensetzungen aufzuführen, die zufriedenstellend

Es werden auf diese Weise Gußblöcke mit hervor- sind, weil einmal dieAnwendungstemperaturen schwanken

ragender Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere glatter können und zum anderen das wesentliche Merkmal, die

Oberfläche, die frei ist von Einschlüssen, kalten Tropfen, Grenzflächenspannung, gleichzeitig von der Art der

Rissen usw., erhalten, die später nicht spanabhebend Schlacke und des Metalls abhängt. Es können jedoch

bearbeitet zu werden brauchen und nach der Erstarrung 15 einige Regem gegeben werden, die es dem Fachmann

nicht nur keine »Schlackentröpfchen« mehr enthalten, ermöglichen, die Zusammensetzung und Temperatur der

sondern sogar fast völlig frei von nichtmetallischen, Schlacke der Art des zu vergießenden Metalls anzupassen,

oxydischen Einschlüssen sind, die beim Walzen zu den Bei Kohlenstoff- oder schwach legiertem Stahl können

bekannten Fehlern führen. Schlacken auf der Grundlage von Kalksilikaten verwendet

Die Art, in der mit der Schlacke gearbeitet wird, sowie 20 werden, die außerdem Magnesium- oder Aluminiumoxyd

ihre Zusammensetzung sind von größter Bedeutung und enthalten können. Aus den verschiedenen Schlacken

werden nachstehend eingehend erläutert. werden solche mit saurem oder neutralem Charakter aus-

Die Schlacke muß vor allem weit über ihre Ver- gesucht, wenn, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren flüssigungstemperatur, vorzugsweise auf 1700⁰C, erhitzt vorgesehen ist, schon gereinigte und gießfertige Metalle werden. Außerdem muß die Kokille vollständig oder fast 25 vergossen werden sollen und keine chemische Wirkung vollständig mit ihr gefüllt werden. Dadurch soll sicher- der Schlacke auf das Metall stattfinden soll. Diese gestellt werden, daß sich bei Berührung mit der Kokille Schlacken können durch geeignete Schmelzmittel verein Film von fester oder glasiger Schlacke geringer und flüssigt werden, aber im Gegensatz zu einer häufig sehr gleichmäßiger Dicke von oben bis unten in der Kokille vertretenen Ansicht ist die Zugabe größerer Mengen von bildet. Dieser Film muß ausreichend plastisch sein, damit 30 Schmelzmitteln, wie Flußspat oder Titanoxyd, zu vernicht beim Vergießen des Metalls an irgendeiner Stelle meiden, da sie zwar die Fluidität erhöhen, gleichzeitig Risse entstehen, durch die das Metall bis an die Wände aber die Grenzflächenspannung zwischen Schlacke und der Kokille vordringen kann. Nur dann werden Gußblöcke Metall herabsetzen, so daß sich stabile Emulsionen mit völlig fehlerfreien Oberflächenschichten erhalten. bilden, die man gerade vermeiden will.

Es wurde nun gefunden, daß eine zu dicke, feste oder 35 Es ist zweckmäßig, saure oder neutrale Schlacken auf

glasige Schicht, z. B. von mehr als 1 bis 2 mm, an den der Grundlage von Kieselsäure, Aluminiumoxyd und

Wandungen der Kokille nachteilig ist und unregelmäßige Kalk zu verwenden. Der Kalk kann auch bis zu 20°/₀

Oberflächen mit Rissen oder Wellen ergibt. Dagegen durch Magnesiumoxyd oder eine andere starke Base

werden mit einem dünnen und plastischen Film gute ersetzt werden.

■Oberflächen erhalten. Nach dem erfmdungsgemäßen 40 Der jeweilige Gehalt an CaO, Al₂O₃, SiO₂ und MgO

Verfahren wird die geringe Dicke des Fihns leicht dadurch muß ansonsten weitgehend nachstehenden Bedingungen

■erreicht, daß die Kokille vollständig mit einer stark über- enstprechen:

hitzten Schlacke gefüllt wird, so daß eine beträchtliche ΤαΠο/ ι Μα-no/ ι 3/ λι η ο; ^- απ

Wärmemenge zur Verfügung steht, durch die der Tempe- giO 0/ < 60

raturgradient in Berührung mit der Kokille auf eine 45 °

■dünne Zone beschränkt bleibt. Gleichzeitig wird durch das Selbstverständlich werden aus diesem Bereich Zuvollständige Füllen infolge der Gleichmäßigkeit der sammensetzungen mit einem relativ niedrigen Schmelz-Temperatur im Inneren der Schlacke eine Schicht von punkt gewählt.

sehr regelmäßiger Dicke gesichert. Der Rahmen der Die gegebenenfalls zugesetzten Verflüssigungsmittel

Erfindung wird aber wohlgemerkt nicht verlassen, wenn 50 sollen folgende Mengen nicht überschreiten:

die Kokille nicht ganz gefüllt wird, vorausgesetzt, daß die Flußspat· 5°/ 4-TiO -10°/

vorhandene Schlackenmenge ausreicht, um bei vor- ' ²'

geschriebener Temperatur die Zufuhr der für die Be- Zur Verringerung der Viskosität können andere

grenzung der Dicke der festen oder glasigen Schicht Beimischungen erfolgen, vorausgesetzt, daß sie nicht in

unerläßliche Wärmemenge sicherzustellen. Des weiteren 55 hindernder Weise die Grenzflächenspannung zwischen

muß die Schlacke sehr schnell in die Kokille gefüllt Schlacke und Metall verringern. Vorzugsweise werden

werden, um ihre Abkühlung während des Vergießens zu alkalische oder erdalkalische Verbindungen, Borax usw.

verhindern und so maximalen Wärmeinhalt zu sichern. verwendet. Es ist nicht angezeigt, Eisen- oder Mangan-

Außerdem muß eine Schlacke verwendet werden, die oxyde oder überhaupt durch Metall reduzierbare Oxyde ■eine niedere Viskosität und eine hohe Grenzflächen- 60 zuzugeben, da sonst eine Veränderung der Zusammenspannung bei der Erstarrungstemperatur des Metalls hat. Setzung des Metalls oder die Entstehung gasförmiger Bei Versuchen wurde gefunden, daß zwei sehr flüssige Verbindungen durch die Reduktion dieser Oxyde Schlacken zu völlig verschiedenen Ergebnissen führen befürchtet werden muß.

können, woraus die Wichtigkeit der Grenzflächen- Bei Schlacke mit einem sauren Charakter ist die

spannung erkannt wurde. Die beiden Voraussetzungen, 65 erforderliche Fluidität nicht nur durch die vernünftige

niedere Viskosität und hohe Grenzflächenspannung, Wahl der Zusammensetzung, sondern auch durch das

müssen daher unbedingt erfüllt sein, damit die beim wichtige und anomale, aber unvermeidliche Überhitzen

Gießen des Metalls in die Schlacke unvermeidlich ent- erreicht, dem die Schlacke nach dem erfindungsgemäßen

stehende Emulsion völlig zerstört wird, bevor die Er- Verfahren unterworfen wird. Es wurde gefunden, daß die

starrung des Metalls beginnt. Nur dann können durch das 70 erhöhte Viskosität glasiger Schlacken beim Abkühlen

ι uy/uyu

5 6

eine Funktion der vorhergehenden Überhitzungstempe- zu gehen. Das Vorhandensein einer Schlackenemulsion

ratur ist und die Viskosität durch eine Erhöhung dieser innerhalb des Metalls begünstigt diese Erscheinungen

Temperatur wesentlich verringert wird. infolge der vergrößerten Berührungsflächen von Metall und

Die Schlacke kann so eine der Verwendungstemperatur Schlacke infolge der verringerten Weglängen, angemessene Viskosität erhalten, wodurch die Ent- 5 Wie aber bereits gesagt, muß vor jeder Erstarrung des

stehung einer festen oder glasigen Schicht zufrieden- Metalls die Metall-Schlacken-Emulsion dadurch zerstört

stellender Dicke in Berührung mit der Kokille ermöglicht werden, daß Schlacken mit hoher Grenzflächenspannung

und andererseits erreicht wird, daß diese Viskosität bei der zwischen Metall und Schlacke unter den angegebenen

Erstarrungstemperatur des Metalls 15 Poise nicht über- Bedingungen verwendet werden,

steigt. ίο Wenn sämtliche Bedingungen hinsichtlich der Zu-

Die vorstehend beschriebenen Schlacken sind für die sammensetzung und der durch das Verfahren bedingten

meisten schwach legierten Stähle geeignet, wenn sie in der Verwendung der Schlacken eingehalten werden, muß das

beschriebenen Weise angewendet werden. Verfahren außerdem noch wirtschaftlich sein. Seine

Für nichtrostende Chrom-Nickel-Stähle vom Typ 18:8 Durchführung bringt erhebliche Vorteile, da die Gußwerden zweckmäßig Schlacken folgender Zusammen- 15 blöcke nicht spanabhebend zur Entfernung von Zunder Setzung verwendet: und Oberflächenrissen bearbeitet werden müssen und das

cjQ 25 bis 35°/ erhaltene Metall von guter Qualität ist. Es erfordert

», Λ ₁ c _κ· oc o/° allerdings die Verwendung beträchtlicher, der Metall-

AlnUq IO Uli) £O η ¹^ ---,„y, _.

PQ -^c; kj_s 250/ menge entsprechender Schlackenmengen, da nach einem

j«· Q jQ I₃J₃ jco/^{0 20} kennzeichnenden Merkmal des Verfahrens die Kokille

np. Q 5 bis 10 °/° vollständig oder fast vollständig mit Schlacke gefüllt

Na O ............................... 6 bis 12°/° werden muß.

² Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist deshalb die

Die Angaben der Literatur über die Zusammensetzung Wiedergewinnung der Schlacke nach ihrer Verwendung von Schlacken zum Gießen in mit Schlacke ausgekleidete 25 unerläßlich; vorteilhafterweise wird sie in flüssigem Kokillen sind zu ungenau, wenn nicht gar unrichtig, um Zustand wiedergewonnen, damit sie nicht nochmals dem Fachmann einen Anhalt für die Wahl der bei dem geschmolzen werden muß. Des weiteren erfordert das erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden Schlacke Verfahren besondere, völlig ungebräuchliche Gießvorzugeben. Beispielsweise wurde die Verwendung von sauren richtungen, die a) ein sehr schnelles Vergießen der Martinsschlacken mit einem erheblichen Gehalt an Eisen- 30 Schlacke in die Kokille und b) das unmittelbar daraufoxyd vorgeschlagen oder angegeben, daß »jede flüssige, folgende Vergießen des Metalls in die mit Schlacke gefüllte nicht oxydierende Schlacke verwendet werden kann, die Kokille ermöglichen. Dazu müssen die Kokillen jeweils genügend dünnflüssig ist«. Diese Bedingungen genügen sofort nacheinander dicht an den Schlackenschmelzofen allein jedoch nicht. Es ist wesentlich, daß sämtliche befördert und die Gießpfannen für das Metall ebenso Bedingungen des Verfahrens gemäß der Erfindung ein- 35 schnell über die Kokillen gebracht werden. Außerdem gehalten werden, damit das angestrebte Ziel erreicht muß die aus jeder Kokille beim Vergießen des Metalls wird. Beispielsweise ist eine Schlacke der Zusammen- abfließende Schlacke in einer Pfanne aufgefangen und in Setzung: den Schlackenofen zurückgebracht werden, d. h., diese

PQ 30οι Pfanne muß sich möglichst nahe beim Schlackenofen

MgO .' '.'.'". 8% 40 befinden.

αϊ O 10°/ * Nachstehend wird eine praktische Vorrichtung zur

cjQ ³ 35 °/° Durchführung des Verfahrens in Stahlwerken beschrieben.

Flußspat 14°/° Diese Vorrichtung, die in Fig. I im Längsschnitt und in

Fig. II im Grundriß gezeigt wild, besteht aus

nicht oxydierend und bei der Verwendungstemperatur 45 einem schwenkbaren elektrischen Schmelzofen 1 für

vollkommen flüssig. Mit ihr werden aber, selbst bei die Schlacke, der mit einer Gießschnauze 2 versehen

starkem Überhitzen, keine brauchbaren, gesunden Guß- ist. Dadurch, daß der Schmelzofen gekippt werden

blöcke erhalten, da ihre Grenzflächenspannung infolge kann, ist das erfindungsgemäß erforderliche schnelle

des übermäßigen Flußspatgehaltes zu gering ist. Gießen der Schlacke möglich.

Wie bereits erwähnt, unterscheidet sich das erfindungs- 50 einer Kreisbahn 3 mit Schienen 4, auf denen sich gemäße Verfahren aber auch in der Durchführung von den Gießkarren 5 mit Kokillen 7 auf Rädern 6 bewegen, bekannten Verfahren, bei denen das Metall direkt in eine Zwischen dem Schmelzofen 1 und den aufeinanderan den Wandungen der Kokille erstarrte Schlackenschicht folgenden Kokillen befindet sich eine Rinne 8 zum gegossen wird. Es wurde dabei von der Idee ausgegangen, Vergießen der Schlacke. Dadurch wird der Gießmöglichst weitgehend eine Emulsion der Schlacke im 55 strahl der Schlacke in die Kokille gerichtet. Jede Metall dadurch zu vermeiden, daß in der Kokille keine Kokille ist mit einer Abflußrinne 9 für die Schlacke flüssige Schlacke vorhanden ist. Bei dem erfindungs- versehen.

gemäßen Verfahren befindet sich dagegen eine erhebliche einer Gießpfanne 10 für den Stahl auf einem Portal Menge flüssiger Schlacke in der Kokille, die die Aus- 11, zwischen dessen Beinen die Kreisbahn 3 und die bildung eines dünnen gleichmäßigen Films fester Schlacke 60 Kokillen 7 hindurchlaufen. Diese Gießpfanne ist in an den Kokillenwandungen begünstigt. Die Bildung einer üblicher Weise mit einer Abstichöffnung und einer Schlacken-Metall-Emulsion erleichtert die Entfernung Stopfenvorrichtung 12 versehen, nichtmetallischer Einschlüsse, die im Metall enthalten sein einer wärmeisolierten und vorher erwärmten Sammeloder sich bilden können, nämlich endogener Einschlüsse, pfanne 13 für die Schlacke, die auf dem gleichen die sich aus den Bestandteilen des Metalls abscheiden, oder 65 Sektor der Kreisbahn 3 wie die Gießpfanne für den exogener Einschlüsse, die durch Korrosion der feuerfesten Stahl 10 liegt. Zwischen dieser Sammelpfanne und Teile entstehen, mit denen das Metall in Berührung der Kokille ist an den Beinen des Portals 11 eine gekommen ist. Diese nichtmetallischen Einschlüsse haben Rinne 14 angeordnet. Das Fassungsvermögen der infolge ihrer Dichte die Neigung, wenn sie zur Ver- Pfanne 13 für die Schlacke ist genauso groß wie das einigung neigen, sich auszuscheiden und in die Schlacke 70 der Gießpfanne 10 für den Stahl.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Durch Kippen des Ofens 1 wird durch die Gießschnauze 2 und die Rinne 8 die auf dem gleichen Sektor der Kreisbahn wie der Ofen angebrachte Kokille 7 vollständig oder fast vollständig mit flüssiger Schlacke gefüllt (Stellung I).

Danach werden die Gießkarren auf der Kreisbahn 3 verschoben, und nach wenigen Sekunden befindet sich die Kokille unter der Gießpfanne 10 für den Stahl. Der Stahl fließt durch die Abstichöffnung 12 in die Kokille 7 und füllt diese unter gleichzeitiger Verdrängung des gleichen Volumens Schlacke (Stellung II).

Gleichzeitig wird die nächste Kokille mit Schlacke gefüllt (Stellung I).

Anschließend wird diese Kokille in Stellung II gebracht, um ihrerseits mit Stahl gefüllt zu werden usw.

Da jede Kokille zuerst in Stellung I mit der Menge Schlacke gefüllt wird, die der Stahlmenge entspricht, die sie in Stellung II aufnimmt und die Schlacke ersetzt, ist natürlich die Gießpfanne 10 für den Stahl leer, wenn die Sammelpfanne 13 für die Schlacke voll ist. In diesem Moment wird die Pfanne 13 durch den Laufkran über den Schlackenofen 1 gehoben und ihr Inhalt in den Ofen gekippt.

Da die wiedergewonnene Schlacke noch flüssig ist, muß sie für den nächsten Guß nur erhitzt werden. Alle Anordnungen sind also derart, daß die zwei erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen erfüllt sind:

maximale zeitliche Annäherung zwischen dem Vergießen von Schlacke und Stahl,
wirtschaftliche Rückführung der Schlacke.

Bei einer anderen Durchführungsform der Vorrichtung sind an Stelle der Kreisbahn zwei benachbarte, parallele Bahnen vorgesehen, auf denen die Gießkarren in entgegengesetzter Richtung laufen. An den beiden äußeren Enden dieser beiden Bahnen befindet sich eine Vorrichtung, die das Übergehen der Karren von einem Gleis auf das andere ermöglicht und so die Kontinuität des Vorganges sicherstellt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in den nachstehenden Beispielen näher erläutert:

Beispiel 1

Es wurde ein nichtrostender, titanfreier Stahl aus einem elektrischen Ofen vergossen, der folgende Zusammensetzung hatte:

a) Oberfläche: Der unter Schlacke vergossene Gußblock hatte keine Fehler. Der Vergleichsblock mußte ziemlich stark abgedreht werden, was mit einem beträchtlichen Metallverlust verbunden ist (ein roher Gußblock von 1060 kg liefert z. B. nach dem Abspanen einen fertigen Block von nur 1000 kg).

b) Mikrographische Reinheit: Es wurde die mikrographische Reinheit von runden Knüppeln von 500 mm Länge und 85 mm Durchmesser untersucht, die aus

ίο den beiden Blöcken gewalzt und stufenweise auf 75, 65 und 55 mm Durchmesser abgedreht worden waren.

Gezählt wurden die Fehler von mehr als 1 mm Länge.

Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle

enthalten:

Durchmesser

75 mm
65 mm
55 mm

Unter Schlacke vergossener
Block

Fehler von mehr als
1 mm Länge

0 0 0

Vergleichsblock

Fehler von mehr als 1 mm Länge

6
4
3

Beispiel 2

Der zu vergießende Stahl war ein nichtrostender Titanstahl folgender Zusammensetzung:

30 C	Si	Mn	Ni	Cr	Ti
0,077	0,451	0,520	10,72	18,03	0,400

Bekanntlich ist nichtrostender Stahl dieses Typs infolge von Einschließungen besonders schwer ohne innere Fehler herzustellen. Der Stahl war in einem elektrischen Ofen erschmolzen worden.

Weiter wurde eine Schlacke der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	Na₂O	TiO₂
33	18	19,5	11,7	8	9

C	Si	Mn	Ni	Cr
0,070	0,527	0,500	0,13	16,80

Eine	Schlacke	folgender	Zusammensetzung:	Na₂O	TiO₂
SiO₂				7	8
33
CaO	Al₂O₃	MgO
19	20	12

wurde geschmolzen und auf 1670° C überhitzt.

Mit dieser Schlacke wurde eine Kokille von 1000 kg Fassungsvermögen völlig gefüllt. Anschließend wurde sofort das Metall aus einer Gießpfanne von 41 durch eine Abstichöffnung von 27 mm Durchmesser in die Schlacke vergossen.

Die Schlacke floß im gleichen Verhältnis aus der Kokille, in dem diese mit dem Metall gefüllt wurde.

Parallel dazu wurde das gleiche Metall aus derselben Gießpfanne in eine gewöhnliche, nicht mit Schlacke gefüllte Kokille gegossen. Die beiden Gußblöcke wurden verglichen, und die Ergebnisse sind nachstehend angegeben:

die geschmolzen und auf 1700° C überhitzt wurde.

Diese Schlacke wurde in eine Kokille mit 1000 kg Fassungsvermögen gegossen, die sie völlig anfüllte. Anschließend wurde sofort das Metall aus einer 4 t Gießpfanne durch eine Abstichöffnung von 30 mm Durchmesser in die Schlacke vergossen.

Die Schlacke floß aus der Kokille in dem Maße ab, in dem das Metall zufloß.

Parallel dazu wurde das gleiche Metall aus der gleichen Gießpfanne in eine nicht mit Schlacke gefüllte, gewöhnliehe Kokille vergossen, deren Wände nicht ausgekleidet waren.

Nach dem Herausnehmen aus der Form wurden die beiden Gußblöcke verglichen und folgende Ergebnisse erhalten:

a) Oberfläche: Die Oberfläche des unter Schlacke vergossenen Blocks hatte keinen Fehler, und es brauchte nicht abgespant zu werden.

Der Vergleichsblock hatte zahlreiche: Fehler und

mußte ziemlich stark abgedreht werden, was* mit einem relativ beträchtlichen Metallverlust verbunden war (ein roher Gußblock von 1050 kg lieferte z. B. nach dem Abspanen einen Block von nur 1000 kg).

b) Mikrographische Reinheit: Die mikrographische

Reinheit runder Knüppel von 500 mm Länge und 85 mm Durchmesser, die aus den beiden Blöcken

Durchmesser

75 mm
65 mm
55 mm

Zahl der Fehler von

mehr als
10 mm Länge

Kopf

Fuß

0 0 0

Kopf

Fuß

1
0
0

Vergleichsblock

Durchmesser

75 mm
65 mm
55 mm

Zahl der Fehler von

mehr als
10 mm Länge

Kopf

Fuß

0
1
0

2
3
5

Kopf

Fuß

17

42

42 72 80

Der erhebliche Unterschied in der Reinheit der beiden Blöcke, sowohl hinsichtlich des Metalls aus dem Kopf wie aus dem Fuß, ist zu beachten.

Beispiel 3

Es handelte sich um das Vergießen eines in einem elektrischen Ofen hergestellten Stahls für Knüppel der folgenden Zusammensetzung:

C	Si	Mn	Ni	Cr
1,020	0,250	0,275	0,180	1,49

Dieser Stahl war im elektrischen Ofen mit allen für diesen Typ erforderlichen Vorsichtsmaßregeln, vor allem hinsichtlich Desoxydation und Entschwefelung, erschmolzen worden.

Es wurde eine Schlacke der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	Na₂O
40,3	38,6	7,3	9,6	4,2

die geschmolzen und auf 1700° C überhitzt wurde.

Eine Kokille mit 2 t Fassungsvermögen wurde innerhalb von 20 Sekunden mit dieser Schlacke vollständig gefüllt. Anschließend wurde sofort das Metall in diese Schlacke aus einer Gießpfanne von 301 durch eine Abstichöffnung von 23 mm Durchmesser vergossen.

Die Schlacke floß aus der Kokille in dem Maße ab, in dem diese mit dem Metall gefüllt wurde.

Parallel dazu wurde das gleiche Metall aus der gleichen Gießpfanne in eine gewöhnliche, nicht mit Schlacke gefüllte Kokille gegossen, deren Wände nur mit einem in Stahlwerken üblicherweise verwendeten Lack präpariert waren.

gewalzt und stufenweise auf 75, 65 und 55 mm Durchmesser gedreht worden waren, wurde untersucht.

Von jedem Gußblock wurden zwei Knüppel entnommen, einer vom Kopf, der andere vom Fuß.

Die sichtbaren Fehler von mehr als 10 mm Länge und die Fehler zwischen 1 und 10 mm Länge wurden bei diesen Barren gezählt. Die Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen enthalten:

Unter Schlacke gegossener Block

Zahl der Fehler mit

einer Länge zwischen

1 und 10 mm

Nach dem Herausnehmen aus der Form wurden die beiden Gußblöcke verglichen. Die Ergebnisse waren wie folgt:

a) Oberfläche: Der unter Schlacke vergossene Block hatte keine Fehler. Der Vergleichsblock hatte Fehler und mußte ziemlich stark abgedreht werden, was mit einem Metallverlust verbunden war (ein roher Gußblock von 1050 kg lieferte z. B. nach dem Abspanen 1000 kg).

b) Innere Reinheit: Wie in dem vorstehenden Beispiel wurde ein Barren von 85 mm Durchmesser und einer Länge von 500 mm stufenweise abgedreht. Der unter Schlacke vergossene Gußblock wies keine Fehler, auch nicht von weniger als 1 mm, auf. Der Vergleichsblock hatte die folgenden Fehler:

Durchmesser

Zahl der Fehler mit

einer Länge zwischen

1 und 10 mm

75 mm
65 mm
55 mm

Fehler von mehr als
1 mm Länge

0
1
2

Fehler von weniger als 1 mm Länge

4 3

Während das übliche Verfahren trotz erheblicher Sorgfalt keine fehlerfreien Blöcke ergeben hat, hat das Verfahren gemäß der Erfindung zu bisher unerreichten Ergebnissen geführt.
Zum Beweis für die Wichtigkeit der Schlackenzusammensetzung wird nachstehend ein Beispiel für die Durchführung des Verfahrens mit einer geeigneten Schlacke, wie auch mit einer sehr ähnlichen Schlacke, gegeben, die aber eine geringere Viskosität und eine kleinere Grenzflächenspannung hat.

Beispiel 4

Aus einer Charge aus nichtrostendem, im elektrischen Ofen erschmolzenem Stahl der folgenden Zusammensetzung:

C	Si	Mn	Ni	Cr
0,027	0,451	0,550	10,08	18

wurden zwei Gußblöcke in Kokillen vergossen, von denen die eine mit einer Schlacke der folgenden Zusammensetzung :

50 SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	TiO₂	Na₂O
33	25	20	12	7	3

die andere mit einer Schlacke der folgenden Zusammensetzung:

SiO₂	CaO	Al₂O₃	MgO	TiO₂	CaF₂
30	19	18	10	7	16

gefüllt war.
Beide Schlacken waren auf 1670° C überhitzt und sehr

schnell in die Kokillen vergossen worden. Das Vergießen des Metalls erfolgte sofort danach.
Nach Herausnehmen aus der Form wurden die beiden

Gußblöcke verglichen.
Der mit der ersten Schlacke hergestellte Block besaß

eine ausgezeichnete Oberfläche und brauchte nicht abgespant zu werden. Die mikrographische Reinheit war gut.

009 698/«»

Der mit der zweiten Schlacke hergestellte Block enthielt dagegen beträchtliche Schlackeneinschlüsse und war unbrauchbar.

Trotz ihrer größeren Fluidität führte die zweite Schlacke also zu keinem brauchbaren Ergebnis. Durch die Gegenwart von CaF₂ war ihre Grenzflächenspannung so gering, daß sich eine Emulsion aus Metall und Schlacke bildete, die nur schwierig getrennt werden konnte.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gußblöcken aus Stahl oder Eisen oder deren Legierungen mit glatter Oberfläche und großer innerer Reinheit durch Gießen des Metalls in eine leicht flüssige Schlacke auf der Grundlage von Kieselsäure, Aluminiumoxyd und Kalk, der gegebenenfalls teilweise durch Magnesia ersetzt ist, enthaltende Kokille, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kokille schnell und vollständig oder nahezu vollständig mit der sehr stark, vorzugsweise auf 1700° C, überhitzten Schlacke, die eine große Grenzflächenspannung gegenüber dem zu vergießenden Metall aufweist, gefüllt und das vorher gereinigte Metall unmittelbar danach in die flüssige Schlacke derart gegossen wird, daß sich zunächst Metall und Schlacke innig mischen und dann, vor Verfestigung des Metalls, trennen, wobei die abfließende Schlacke aufgefangen und aufs neue verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Schlacken sauer oder neutral sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der Schlacke bei der Erstarrungstemperatur des Metalls kleiner als 15 Poise ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidität der Schlacke durch Flußmittel, wie geringe Mengen Flußspat unter 5% oder Titandioxyd unter 10°/₀ oder Alkali- oder Erdalkaliverbindungen, erhöht wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießkokille oder deren mehrere, die Gießpfannen für die Schlacke und das Metall sowie die Sammelpfanne für die zurückzugewinnende Schlacke relativ zueinander so angeordnet sind, daß die überhitzte Schlacke schnell in die Kokille vergossen, unmittelbar anschließend das geschmolzene Metall in die Schlacke gegossen, die abfließende heiße, flüssige Schlacke wiedergewonnen und zum Aufheizofen für die Schlacke zurückbefördert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 220 035;
französische Patentschriften Nr. 842 367, 861 157, 303.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen