DE1189239B - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Eisenlegierungen waehrend des Giessens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B22d

Deutsche Kl.: 31 c -15/04

Nummer: 1189239

Aktenzeichen: D 38943 VI a/31 c

Anmeldetag: 18. Mai 1962

Auslegetag: 18. März 1965

Die Erfindung bezieht sich auf den Kokillenguß von Eisenmetallen bzw. Legierungen und hierbei auf deren Reinigung während des Gießens zum Zwecke der Güteverbesserung der Gußblöcke. Dies wird erfindungsgemäß insbesondere durch die Vermeidung von Blasen sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche der Gußblöcke erreicht. Die Erfindung kann bei allen Kokillenformen und allen Gießarten angewendet werden, wobei die Natur des Metalls und die zu seiner Verhüttung und Verarbeitung angewandten Mittel keine Rolle spielen.

Es ist bekannt, daß Gußblöcke, die durch Vergießen von beruhigtem, halbberahigtem oder nichtberuhigtem Stahl gewonnen werden, an der Oberfläche und auch im Inneren Gasblasen und dergleichen Gußfehler aufweisen, welche die Güte der Gußblöcke stark beeinträchtigen. Gegenmittel waren bisher ohne Erfolg oder unzureichend und in allen Fällen in ihrer Wirkung unsicher.

Was die aus beruhigtem Stahl hergestellten Gußblöcke anbelangt, so wurden diese mittels einer sehr mühevollen chemischen oder mechanischen Behandlung oder mittels eines Brenners gereinigt. Es wurde jedoch bisher noch nie versucht, die vorhergehende Beruhigung des Stahls in einfacher und wirksamer Λ/eise während des Kokillengusses zu vervollständigen.

Bei nichtberuhigten Stählen wird in gewissen Fällen — hauptsächlich, um eine Entmischung oder Absonderung der Bestandteile bzw. Seigerung zu verhindern — die Bildung der aufschäumenden Gase (im wesentlichen CO und CO₂) aufgehalten, indem der Oberteil von flaschenförmigen Kokillen durch einen dichtschließenden Deckel hermetisch vers hlossen wird oder indem man im Laufe des Gießens beträchtliche, jedoch unbestimmte Mengen an Desoxydantien zugibt. Man hat hierbei jedoch nicht die Gewißheit, eine periphere Zone reinen Eisens zu erhalten, die genügend dick ist, um das Walzen der Gußblöcke zu erleichtern. Es ist auf diese Weise auch nicht möglich, Blasen zu vermeiden. Es ist zwar bekannt, daß man zur Vermeidung von Alterungserscheinungen unberuhigte Stähle im Laufe des Gießens oder unmittelbar bei Gießende durch hohe Zugaben von Aluminium stabilisiert. Aber keines der bekannten Verfahren konnte die Blasenbildung weder in der peripheren Zone noch in der zentralen Seigerungszone verhindern.

Bei den halbberuhigten Stählen entstehen in den Gußblöcken Blasen in der peripheren Zone, welche durch den verbleibenden unberuhigten Stahl, den man nicht beseitigen konnte, verursacht sind. Es ist Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von
Eisenlegierungen während des Gießens

Anmelder:

Henri Jean Daussan, Metz, Mosel (Frankreich) ίο Vertreter:

Dr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos,

Patentanwälte, Frankfurt/M., Annastr. 19
,

Als Erfinder benannt:

Henri Jean Daussan, Metz, Mosel (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 25. Mai 1961 (862 895)

zu bemerken, daß man beim Gießen von Blöcken aus halbberuhigtem Stahl verhältnismäßig hohe Zuschläge in der Größenordnung von 300 g pro Tonne Gußblock in die Gießpfanne oder selbst in den Schmelzofen zugeben muß, ohne daß die hier in Betracht stehenden Gasblasen hierdurch vermindert werden.

Die Erfindung bezweckt, die Bildung von Gasblasen an der Oberfläche und im Inneren der Stahlgußblöcke vollständig zu verhindern, und zwar sowohl bei unberuhigtem als auch bei halbberuhigtem oder beruhigtem Gießen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von Stählen und vergleichbaren Eisenmischungen bzw. Legierungen mit Hilfe eines Reduktionsmittels, wie Aluminium, Silicium, Titan und Eisenlegierungen dieser Metalle. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Desoxydationsstoffen im Verlaufe der dem Kokillenguß vorangehenden Arbeitsgänge auf das durch die Natur des zu vergießenden Metalls bedingte Minimum beschränkt oder weggelassen wird und daß während der gesamten Dauer der Kokillenfüllung der im Schmelzbad enthaltene Sauerstoff dadurch entfernt wird, daß das Reduktionsmittel mit Hilfe eines Schwimmers in der Umgebung der Schmelzbadoberfläche im ganzen Kokillenumkreis, jedoch mit vor-

509 519/337

bestimmtem Abstand von der Kokillenwandung verteilt wird, wobei in an sich bekannter Weise zwischen Kokillenwandung und den entstehenden Oxyden ein Schutzschirm angeordnet wird, der diese Oxyde daran hindert, die Kokillenwandung zu erreichen.

Sie besteht im wesentlichen aus einem schwimmenden Rahmen, dessen Unterseite an der Peripherie einen nach innen gerichteten Falz aufweist, wobei die den Falz begrenzende Stufe in das schmelzflüssige Metall eintaucht und den Schwimmrahmen durch statischen Auftrieb im Gleichgewicht hält, sowie den Schutzschirm bildet. Nach der vorliegenden Erfindung trägt ein derartiger Schwimmer Reduktionsmittel, die in einer ringförmigen, in die Ausfalzung mündenden Zone verteilt sind.

Das Reduktionsmittel kann im Schwimmer in Form von Stäben vorgesehen sein. Diese Stäbe werden in einer ringförmigen Reihe oder in mehreren solchen Reihen von Löchern angeordnet. Der Querschnitt der Stäbe wird entsprechend dem Kokillenquerschnitt und der vorgesehenen Anzahl von Stäben gewählt. Für einen Kokillenquerschnitt, der einem Viereck von 300 bis 600 mm Seitenlänge entspricht, kann der Querschnitt der desoxydierenden Stäbe einbeschrieben sein in ein Viereck von 2 bis 30 mm Seitenlänge.

Das Reduktionsmittel kann, gegebenenfalls zusätzlich, auch in Form von einem oder mehreren dünnen Bändern vorgesehen sein, die vertikal in der Weise im Schwimmer angeordnet sind, daß ihr unterer Rand ungefähr mit der Unterfläche des Schwimmers bündig ist und durch die Wärmeeinwirkung des schmelzflüssigen Metalls schmilzt oder sich sonstwie auflöst und in das Schmelzbad fällt.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge gehen aus der anschließenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen hervor. Die gezeigten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele für die Anwendung der Erfindung.

F i g. 1 ist ein Vertikalschnitt eines Kokillenunterteils mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. la ist ein entsprechender Vertikalschnitt des Kokillenoberteils;

Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein teilweiser Vertikalschnitt nach der Linie3-3 der Fig.4, bei dem die Vorrichtung in einem größeren Maßstab als in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist;

Fig. 4 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie4-4 der Fig. 3;

Fig.5 ist ein teilweiser Vertikalschnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 6; er zeigt in vergrößertem Maßstab die Auflösung am unteren Ende eines desoxydierenden Stabes;

Fi g. 6 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5;

F i g. 7 und 8 sind den F i g. 3 und 4 entsprechende Schnitte einer weiteren Ausführungsform.

Das Ausführungsbeispiel der F i g. 1 bis 4 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung für eine Kokille L¹, deren Querschnitt ein Quadrat mit abgerundeten Ecken ist. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem Schwimmrahmen F, der vorzugsweise den gleichen oder innen sehr nahe kommenden Umriß hat wie die Kokilleninnenwandung.

Der Schwimmrahmen F ist aus zwei aneinandergelagerten Schichten, der Innenschicht A und der Außenschicht B, gebildet. Die Schichten sind aufgebaut aus einseitig gewellter Pappe, die jeweils ein glattes 1" bzw. V> und ein gewelltes Band 2" und 2^& aufweist. Zur Herstellung der Schichten werden die beiden verschiedenen Wellpappen aufeinanderfolgend übereinandergewickelt und verklebt. Jede Schicht bildet ein System von Kanälen 3" bzw. 3⁶, welche an den oberen und an den unteren Seiten des Schwimmers münden.

ίο Beide Schichten sind feuerfest gemacht; jedoch die Außenschicht B in stärkerem Maße als die Innenschicht A. Außerdem ist die Außenschicht B nach unten über die Innenschicht A hinaus verlängert und bildet die ringsum vorspringende Stufe 4.

Die Innenseite der Stufe 4 bildet zusammen mit der Unterseite ab der Innenschicht A den ringsum laufenden Falz 5.

Die vertikalen Kanäle 3* der Außenschicht B haben einen kleineren Querschnitt als die Kanäle 3" der Innenschicht A (vgl. F i g. 4) und sind mit Natriumsilicat stark feuerfest gemacht, so daß sie der zerstörenden Einwirkung des gemäß den Pfeilen / (F i g. 1) angreifenden Gießstrahls / und des schmelzflüssigen Metallbades, in welches die Stufe 4 unter dem Gewicht der Vorrichtung eintaucht, widerstehen können. Infolge ihrer größeren Widerstandsfähigkeit bleibt die Stufe 4 bis zum Ende des Gießens erhalten.

Gemäß der Erfindung sind in einer ringförmigen bzw. ringsum laufenden Zone des aus den Schichten A und B gebildeten Schwimmers F in den vertikalen Kanälen 3° reduzierende Stäbe 6 (F i g. 3 und 4) angeordnet. Diese bestehen z. B. aus Aluminium. Ihre oberen Enden7 (Fig.3) liegen in der Ebene c-d in Nähe der Oberseite 8 der Außenschicht B.

Ihre unteren Enden 9 springen bis zur Ebene g-h unterhalb der Unterseite ab der Innenschicht A in den Falz 5 vor.

Außerdem enthält die Innenschicht A nahe der Innenöffnung 10 des Schwimmers F einige Wicklungen aus Aluminiumfolie, die zwischen den Windungen der Wellpappe, und zwar zwischen deren Bändern 1° und 2", beim Aufwickeln eingelagert ist. Die Dicke der Folie 11 kann zwischen einigen zehntel Millimetern und einigen Millimetern liegen, vorausgesetzt, daß das Einwickeln zusammen mit der Wellpappe möglich ist.

Der Schwimmrahmen F muß gut mit Natriumsilicat imprägniert sein. Die Erfahrung hat gezeigt, daß er dann bis zum Ende des Gießens gegen das schmelzflüssige Metall beständig ist.

Im Maße des Gießens desoxydieren die Stäbe 6 und die Folie 11 aus Aluminium bzw. einem anderen reduzierenden Stoff die Schmelze M (Fi g. 1 a) in der Umgebung ihrer Oberfläche 12 und in einem bestimmten Abstand von der Kokillenwandung. Die entsprechenden Verunreinigungen bleiben im Falz 5 gesammelt.

In einem Niveau wie N-N (Fig. la) liegen die oberen Enden der Stäbe 6 unverändert in der Ebene c-d, während die unteren Enden nahezu gleichmäßig bis zur Horizontalebene g^-h¹ abgeschmolzen sind. Einzelheiten sind aus den in vergrößerten Maßstab gezeichneten F i g. 5 und 6 ersichtlich. Dort ist in Längsschnitt und Querschnitt ein zylindrischer Aluminiumstab 6 dargestellt, welcher in einem von Wellpappenteilen 1° und 2" gebildeten vertikalen Kanal 3° der Innenschicht A des Schwim-

mers eingelagert ist. Der Stab 6 taucht mit seinem unteren Ende in die Metallschmelze M ein.

Die Erfahrung hat ergeben, daß einerseits die feine Aluminiumoxydhaut 13 (F i g. 5, 6), die sich außen am Umfang des Stabes 6 bildet, schwer schmelzbar ist. Diese Außenhaut kann leicht geschaffen werden, falls sie sich nicht ohne besondere Maßnahmen durch Berührung mit der atmosphärischen Luft bildet. Andererseits erfolgt das Abschmelzen des Stabes 6 infolge seiner eigenen Leitfähigkeit in Gestalt eines Hohlkegels m-n-o, an dessen Wand das flüssige Aluminium fortschreitend herabfließt, wobei der Kegel bis zum oberen Teil des Stabes 6 emporsteigt. Hierdurch wird die Zugabe des Desoxydans zur Metallschmelze in gewünschter Höhe der Kokille und während der gesamten Gießdauer gemäß der vorbestimmten Menge reguliert.

Am Ende des Gießens ist die Folie 11 mit ihrer äußersten Wicklung bis zur Ebene/¹-;¹ und mit ihrer innersten Wicklung bis zur Ebene e^x-e^x abgeschmolzen bzw. abgeglüht.

Während des gesamten Gießens wird die Seitenwandung der Kokille durch den Schwimmrahmen F vollkommen geschützt, und zwar sowohl gegen die unregelmäßige, in Richtung der Pfeile / erfolgenden Verspritzung, welche beim Aufprall des Gießstrahls J auf den Kokillenboden bzw. auf die im Laufe des Gebrauchs ausgespülte Höhlung q entsteht, als auch gegen die kleinen Spritzer, die beim fallenden Guß bis zum obersten Niveau des Schmelzbades auftreten. Sobald der Schwimmrahmen F die oberste Stellung seines Laufes erreicht hat, kann man ihn aus dem Schmelzbad entfernen und den Abschluß des Gußblocks am Kopf nach gebräuchlicher Technik durchführen. Falls noch ein Aluminiumrest vorhanden ist, von dem ein Teil, der keine Zeit hatte, sich zu oxydieren, auf der Schmelze schwimmt, kann man auch pulverförmiges Eisenoxyd auf der Schmelze ausbreiten, welches mit diesem Aluminium als Mittel gegen die Lunkerbildung wirkt.

Die Anwendung der Vorrichtung ist äußerst einfach. Es genügt, sie vor dem Gießen auf den Kokillenboden Q herabzulassen. Die Mengen an Desoxydans variieren gemäß der Natur des zu vergießenden Metalls bzw. nach dessen beruhigtem, halbberuhigtem oder nichtberuhigtem Zustand und gemäß dessen Gehalt an Silicium, Aluminium, Mangan und anderen reduzierenden Stoffen.

Bei Verwendung von Aluminiumstäben 6 kann man für einen Stahl, dessen Gehalt an Silicium nicht mehr als 0,15% und an Mangan nicht mehr als 0,50% beträgt, in erster Näherung pro Tonne gegossenen Stahls 700 bis 1000 g Aluminium berechnen. Oberhalb dieser Gehalte kann die in den Schwimmrahmen einzulagernde Aluminiummenge zwischen 500 und 900 g pro Tonne gegossenen Metalls gewählt werden. Vorhergehende Versuche mit diesen Mengen ergaben am Ende des Gießens einen Überschuß an metallischem, auf dem Schmelzbad schwimmendem Aluminium in der Höhe von 20 bis 35% der benötigten Menge. Dies ist ein Hinweis für die Menge an Eisenoxyd, welche man am Ende des Gießens als Lunker verhinderndes Pulver auf der Schmelze aufbringen muß.

Bei den oben angegebenen, nicht begrenzenden Mengen treten schwache Unterschiede auf. Durch einige Versuche kann jedoch in allen Fällen das erforderliche Gewicht an Aluminium oder anderen reduzierenden Stoffen ein für allemal ermittelt werden. Ein Überschuß an Aluminium kann, wie erwähnt, in jeder Weise zur Lunkerbekämpfung dienen.

Man kann auch Legierungen, Verbindungen oder Mischungen des Aluminiums mit anderen reduzierenden Stoffen verwenden. Man muß jedoch die Menge dieser Desoydantien unter Berücksichtigung ihrer desoxydierenden Reaktionen und denen des verwendeien Aluminiums allein berechnen. Außerdem ist der Schmelzpunkt dieser desoxydierenden Legierungen u.dgl. zu beachten. Er soll unter 1000⁰C liegen. Im Hinblick auf die Dichte ist es nicht störend, wenn der Schwimmrahmen etwas tiefer in die Schmelze eintaucht. Doch ist es gut, wenn die Dichte nicht die des Titans, nämlich 4,5, überschreitet.

Das Verfahren ist das gleiche, wenn im steigenden Guß durch den in Fig. 1 strichpunktiert dargestellten Gießkanal r gegossen wird.

Bei der Ausführungsform der F i g. 7 und 8 hat die Schicht A¹ des Schwimmrahmens F¹ vertikale Kanäle 3° von größerem Querschnitt als die des ersten Ausführungsbeispiels. Hierdurch kann man die Anzahl und auch die Länge der Aluminiumstäbe 6 herabsetzen und infolgedessen auch die Anzahl der Wellpappenlagen, welche die Vertikalkanäle zur Einlagerung der Stäbe bilden, vermindern. Der Schwimmrahmen F¹ der Fi g. 7 und 8 hat ebenso wie das erste Ausführungsbeispiel eine Außenschicht B¹, welche die in die Schmelze eintauchende Stufe 4 bildet. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist zusätzlich eine weitere Innenschicht B² vorgesehen, deren vertikale Kanäle 3^C einen stark verminderten Querschnitt aufweisen. Dieser ist von der Größenordnung des Querschnitts der Kanäle in der Außenschicht B¹. Die innerste Schicht B- dient nicht zur Aufnahme von desoxydierenden Stäben. Sie soll hingegen die Widerstandsfähigkeit des Schwimmrahmens gegen die zerstörende Einwirkung des Gießstrahls und gegen die beim Auffallen des Gießstrahls entstehenden Spritzer aus schmelzflüssigem Metall während der gesamten Gießdauer erhöhen. Zu diesem Zweck wird die Höhe des Schwimmrahmens F¹ ausreichend vergrößert, beispielsweise um 30 bis 50 cm. Die Unter-Seiten der Schichten A¹ und B² müssen in derselben Horizontalebene a-b liegen, damit der zu Beginn des Gießens auf den Kokillenboden auffallende Gießstrahl bei seiner Ausbreitung die Enden der desoxydierenden Stäbe 6 erreichen und sofort einwirken kann, und zwar im Augenblick, wo mit der größten Feuchtigkeit am Kokillenboden zu rechnen ist. Diese Feuchtigkeit entweicht dann durch die vertikalen Kanäle, ebenso wie die Dämpfe und Gase, die aus dem Schwimmrahmen kommen.

Bei nichtberuhigten oder halbberuhigten Stählen muß der zentrale Teil des Schmelzbades am stärksten desoxydiert werden. Für diese Fälle kann man mit Vorteil die Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels verwenden, welche eine bessere Ausbreitung des Desoxydans zur Badmitte hin gestattet. Bei beruhigten Stählen hingegen muß vor allem der periphere Teil des Gußblockes von Blasen freigehalten werden. Hierfür ist die Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels mit Vorteil zu verwenden, da bei dieser die Stäbe 6 schneller den peripheren Teil des Schmelzbades versorgen können. Bezüglich der Höhe der Desoxydation gestatten beide Vorrichtungen ohne Schwierigkeiten eine beliebige Erhöhung der Menge

des Desoxydans. Insbesondere bei dem ersten Ausfuhrungsbeispiel können Stäbe und Folien in gewünschter Höhe angeordnet werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Diese können in Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse abgewandelt werden.

Claims (6)

Patentansprüche: 10

1. Verfahren zur Reinigung von Stählen und vergleichbaren Eisenmischungen bzw. Legierungen während des Kokillengusses mit Hilfe eines Reduktionsmittels, wie Aluminium, Silicium, Titan und Eisenlegierungen dieser Metalle, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Desoxydationsstoffen im Verlaufe der dem Kokillenguß vorangehenden Arbeitsgänge auf das durch die Natur des zu vergießenden Metalls bedingte Minimum beschränkt oder weggelassen wird und daß während der gesamten Dauer der Kokillenfüllung der im Schmelzbad enthaltene Sauerstoff dadurch entfernt wird, daß das Reduktionsmittel mit Hilfe eines Schwimmers in der Umgebung der Schmelzbadoberfläche im ganzen Kokillenumkreis, jedoch mit vorbestimmtem Abstand von der Kokillenwandung verteilt wird, wobei in an sich bekannter Weise zwischen Kokillenwandung und den entstehenden Oxyden ein Schutzschirm angeordnet wird, der diese Oxyde daran hindert, die Kokillenwandung zu erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel in Form von Stäben und/oder Folien aus Aluminium und in einer Menge von 500 bis 1000 g Aluminium pro Tonne gegossenen Metalls angewendet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, welche im wesentlichen aus einem Schwimmrahmen besteht, dessen Unterseite einen nach innen gerichteten Falz aufweist, wobei die am Außenrand nach unten vorspringende Stufe des Falzes in Gebrauchsstellung in die Schmelze eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmrahmen (F, F¹) einen reduzierenden Stoff trägt, der in einer ringförmigen bzw. ringsum laufenden, in den Pfalz (5) mündenden Zone verteilt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel in Form von Stäben (6) in eine oder mehrere ringförmig angeordnete Reihen von Löchern (3^a) eingelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eingelagerten Stäbe (6) in den Falz (5) vorspringen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel in Form von dünnen, vertikal stehenden Bändern (11) so in den Schwimmrahmen eingelagert ist, daß der untere Rand der Bänder ungefähr mit der Unterfläche des Schwimmrahmens abschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 519/337 3.65 © Bundesdruckerei Berlin