DE2108318A1 - Verfahren zum Reparieren von schweren Metallgegenstanden - Google Patents

Description

DIPX^-IIfO. C. 8TOBPBL · DIPX--INO. W. GOLLWITZBR · OIPJj.'TSQ. F. W. MOLL

•T« LAKDAV/rrAU · AM SCHOTXVNHOP

4aaaaa ·» LVBWieasArBV ata·· · ιλχκι »atraaeaB uxk ·τ«

20. Februar 1971 - Le

KONINKLIJKE NEDERLANDSCHE HOOGOVENS EN STAALPABRIEKEN*N.V., Ijmuiden / Niederlande

"Verfahren zum Reparieren von schweren Metallgegenständen¹¹

Die Erfindung bezieht sich* auf ein Verfahren zum Repa-· rieren schwerer Gegenstände aus Metall _t die in ihrer Oberfläche eine beträchtliche Beschädigung aufweisen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Reparatur von Masselformen und Giesa« platten, auf die derartige Formen beim Herstellen von Masseln gestellt werden, wobei diese Masselformen und Platten nach einer gewissen Benutzungszelt häufig Aushöhlungen oder konkave Bereiche in ihren Oberflächen zeigen, die während des Giessens in Berührung mit dem geschmolzenen Metall kommen. Dergestalt in üblicher Weise gegossene Masseln werden als Zwischenprodukt im Stahlwalzwerk verwendet, Bei einem solchen Oiessen von Masseln verfestigt sich der in die Masselform und auf die Glessplatte gegossene Stahl, wonach die Formen von den Masseln nach oben abgezogen und die Massemvon den Glasplatten entfernt Werden. Die Gie33platten seibat sind flache Platten mit einem Gewicht von z.B. sechs bin neun Tonnen und einer Stärke von z.B. *K>0 mm. Häufig haben die Gle3splatten jedoch auch andere Gewichte und Abmessungen. Üblicherweise sind diese Giessplatten aus Gusseisen oder Roheisen hergestellt.

10II37/109H

Während des Beginns des Giessverfahrens fällt der Strahl des flüssigen Stahles in die Masselform und schlägt zunächst auf die Oberfläche der Giessplatte auf. Das ergibt eine beträchtliche Erosion und Korrosion dieser Oberfläche und das Ergebnis davon ist, dass nach mehrfacher Verwendung der Giessplatte sich eine Vertiefung in der Giessplatte bildet. Während sich die Abmessungen dieser Vertiefung mit weiteren Güssen vergrössern, werden die gegossenen.Stahlmasseln nach und nach weniger zur weiteren Verarbeitung, wie etwa zum Walzen» geeignet. Weiterhin und Insbesondere können Masseln mit zu stark: konvex hervorragenden Bereichen ihrer unteren Oberfläche nicht mehr auf dieser Oberfläche aufrecht stehen, so dass es unmöglich wird, sie angemessen in Glühofen unterzubringen. Weiterhin geben solche zu stark konvexen unteren Oberflächen einen geringeren Wirkungsgrad bei der Produktion von aus diesen Masseln zu walzenden Platten.

Es hat sich gezeigt» dass die Giessplatte für weitere Giessvorgänge ungeeignet geworden ist, wenn die in ihr ausgebildete Vertiefung eine Tiefe von ungefähr l8O mm erreicht hat und/oder wenn die Vertiefung sich auf solche waagerechten Abmessungen vergrössert hat* dass sie die Zone erreicht, wo dia Masselform auf der Giessplatte ruht. Wenn eine Giessplatte aus diesem Grunde nicht mehr verwendbar ist, bedeutet das, dass eine Eisenmenge von einer Grössenordnung von 500 kg vollsten-

dig verschwendet worden ist und dass der Rest der Giessplatte nur mit ihrem Schrottwert bewertet werden kann. Obwohl es möglich isfc, dass beträchtliche Unterschiede in diesen Verlusten von einem Werk zum anderen bestehen, liegen sie fast stets bei ungefähr 0,2 bis 0,4 # des Wertes des Rohstahles, der alt Hilfe solcher Giessplatten hergestellt wird.

Es ist bereite früher versucht worden, diese hohen Verluste su verringern, indem beschädigte Giessplatten repariert wurden. Einer der Vorschläge in dieser Hinsicht ist» eine selbständige Stahlplatte über den beschädigten Bereich zu legen, ohne dass eine feste Verbindung mit der Giessplatte darun-

109837/1092

ter hergestellt wird. Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, dass die Höhlung in der Giessplatte mit einer feuerfesten, körnigen Substanz aufgefüllt wird. In beiden Fällen besteht die Gefahr, dass auf die Stahlmassel unerwünschte Einflüsse einwirken, die die Güte der Massel ungünstig beeinflussen. Ein weiteres bekanntes Verfahren besteht darin, dass der beschädigte Bereich nach Reinigung desselben mit Metall durch einen Schweissvorgang aufgefüllt wird. Aber es hat sich gezeigt, dass das durch den Schweissvorgang angelagerte Metall von der Giessplatte nach einer sehr geringen Anzahl von Giessvorgängen abgelöst wird, so dass der Wirkungsgrad derartiger Reparaturvorgänge sehr gering ist. Dieses Ablösen von auf die Giessplatte aufgeschweissteni Material ist ein Ergebnis dos Auftretens von Spannungen durch das Schweissen, aber wahrscheinlich ist es sogar in einem noch grösseren Ausmasse auf eine unterschiedliche Zusammensetzung des aufgeschweissten Materials im Vergleich zu dem Metall der Giessplatte zurückzuführen. >,^r;\hrend des Schweissens wird das ursprüngliche Material der Giessplatte entkohlt und seines Siliziums beraubt und es hat sich als unmöglich erwiesen, dieser örtlichen Entkohlung und dem Entzug an Silizium in genügendem Ausmass entgegenzuwirken, indem zusätzlicher Kohlenstoff und Silizium hinzugegeben werden. Ausserdem 1st das Schweissen der Giessplatten ein zeitraubendes und teueres Verfahren, so dass es keine wirtschaftlich berechtigte Alternative zum vollen Ersatz der Giessplatte durch eine neue darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein technisch und wirtschaftlich brauchbares Verfahren zur Reparatur solcher schweren Gegenstände aus Metall zu finden und/löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, nach welchem dem zu reparierenden, beschädigten Bereich Metallstücke zugeführt werden, die im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie das zu reparierende Metall haben, abgesehen von möglichen Legierungsbestandteilen zur Korrektur der Zusammensetzung des zugeführten Ma terials und von Fluss- und Schutzmitteln und im Reparaturbereich

109837/1092

mit Hilfe von mindestens einer Lichtbogenelelctrode eine Merge an eiektrothermischer Energie entwickelt wird, die genügt,um das zugeführte Metall und einen Teil des benachbarten Metalls des zu reparierenden Gegenstandes gleichzeitig, und während eines beträchtlichen Zeitraumes in flüssigem Zustand zu halten, worauf der Gegenstand, nachdem er abgeschlackt (abgeschäumt) wurde, langsam abgekühlt wird.

Es fiat sich, gezeigt, dass es durch die vorliegende Erfindung möglich ist, Giessplatten und andere schwere Gegenstände aus Bisenlegierungen in einfacher und billiger Art und Weise zu reparieren, so dass diese Reparatur sehr schnell durchgeführt werden kann. Die Giessplatten, die gemäss der vorliegenden" Erfindung repariert werden, haben die gleiche Lebensdauer wie vollständig neue Platten und ausserdem verursachen sie keinerlei Beeinträchtigung der Qualität der Stahlmasseln oder dergl., die auf ihnen gegossen werden. Ähnliche Vorteile können, wenn auch in etwas geringerem Ausmass, für die Masselformen erreicht werden und das gleiche gilt für andere Anwendungsgebiete von schweren Metallgegenstanden, die beschädigt wurden.

In Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung der Erfindung wird Kohlenstoff ebenfalls als ein Legierungsbestandteil angesehen. Insbesondere wenn die Reparatur im Auffüllen von Höhlungen in Eisengiessplatten und Masselformen besteht, werden ein oder mehrere Legierungsbestandteile, wie in der Eisen- und Stahlmetallurgie üblich, als weitere Lcgierungnelemente der aufzufüllenden Höhlung zugeführt und solche -übliche Substanzen umfassen solche aus der Gruppe von FeSi; FeMnι FeCr usw.

Es ist klar, dass das. beschriebene Reparaturverfahren in der gleichen Art und Weise durchgeführt werden kann, um schwere Metallgegenstände von entsprechenden oder grösseren Abmessungen als Giessplatten zu reparieren. Es ist Jedoch zur

109837/1092 BAD OftiGINAL

Erzielung guter Ergebnisse wünschenswert, dass die Reparatur an einem beschädigten Teil durchgeführt wird, das Teil einer flachen oder konkaven Oberfläche ist und nicht etwa ein konvexes Teil. Bei einer konvexen Oberfläche würde die Gefahr bestehen, dass das aus dem geschmolzenen Material gebildete Bad wegfHessen würde. Andererseits braucht der zu reparierende Gegenstand nicht aus Eisen oder Stahl zu bestehen, sondern könnte aus anderen Metallen oder Metallegierungen bestehen.

Wenn Giessplatten repariert werden, hat es sich gezeigt, dass es zum Erzielen guter Ergebnisse notwendig ist, eine Energiemenge zu entwickeln, die bezüglich Zeit und Wirksamkeit kontrolliert werden kann und die sich auf. mindestens 20 kVA beläuft. In der Tat wurde für Jeden beliebigen Fall diese Energiemenge als Optimalwert gefunden. Die zugeführte Energie sollte genügen, um das zugeführte Material zu schmelzen und es in geschmolzenem Zustand zu halten, bis ein Bad gebildet wird, in dem mindestens das zugeführte Material vollständig in flüssigem Zustand aufgeht. Wenn die Energie zu gering ist, verfestigt sich das geschmolzene Material, bevor ein Metallbad auch im unteren Teil der zu reparierenden Höhlung vollständig aufgebaut wurde. So sollte die je Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge mehr als nur vernachlässigenswert höher als die Wärme sein, die in dem Gegenstand durch dessen Wärmeleitfähigkeit verloren geht, zusammen mit der Menge der Wärme, die in die Umgebung durch Konvektion und Strahlung abgegeben wird. Abhängig von der Form und der Art des zu reparierenden Schadens ist es möglich, die Zusammensetzung und den Zustand und die Form der zuzuführenden Materialien anzupassen. Wenn Gusseisen-Giessplatten repariert werden, hat es sich z.B. als günstig erwiesen, Stücke von Roheisen* Gusseisen oder Stahl mit einem Volumen von 100 bis 200 cnP hinzuzugeben, alle in Kombination mit Kohlengrus oder gemahlenem Anthrazit. Als Fluss- und Schutzmittel können alle diejenigen bekannten Materialien verwendet werden, die für einen solchen Zweck in der Schv/eisstechnik zum Schweissen von Gegenständen mit einer Zusammensetzung

109837/1092

verwendet werden, wie der der Gegenstände, die gem"ss der vorliegenden Erfindung repariert werden sollen, wobei diese Materialien auch im wesentlichen in der gleichen alicemein bekannten Art und Weise verwendet v/erden. Derart!ce Fluss- und Schutzmittel erfüllen dan:it den gleichen Zweck wie beim i3 clv.·; ei Eisen, nämlich die Förderung der Ionisierung des Bades von geschmolzenem Metall, das Ve'chu r*?rn der Oxydation des Baden und die Isolierung der erzeugten Wärme,

Wenn einmal ein Bad aus geschmolzenem Material gebildet ist, ist es möglich, die Reparatur zu beschleunigen, indem gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch flüssiges Metall dem Bad zugeführt wird.

Indem Muster aus dein Bad während des Ablaufes des Verfahrens entnommen v/erden, ist es gemäss der Erfindung möglich, die Zusammensetzung des Bades während der Reparatur zu überwachen und falls notwendig zu korrigieren. Wenn eine Giisseisen-Giessplatte aufgefüllt wird, ist es in der Hegel notwendig oder vorzuziehen, ein Material Ξ-uzuf Uhren, das Kohl ^" ^v>" und Silizium enthält und eine endgültige Zusammen se t^vr._... Bades nach der"Verfestigung garantiert, die ungefähr j5 bi^ 4,5 % Kohlenstoff und ungefähr 1,5 J,' Silicium enthält. Andere und weitere Legierungselemente sollten vorzugsweise als Eisenlegierungsbestandteile zugefügt werden, wie bei spielsweise FeSi oder FeMn.

Die Bildung eines Lichtbogens mit genügend hoher Energie ist ein in der Technik durchaus bekanntes Verfahren, so dass Einzelheiten hierzu nicht erläutert v/erden müssen. Gute Ergebnisse sind erzielbar, wenn eine einzelne Elektrode verv/endet wird, wie sie bei denjenigen Elektroden üblich ist, die mit einer Dreiphasenwechselstromquelle arbeiten. Um eine Leistung von mehr als 80 kYA zu erzielen, müssen die Graphitelektroden einen Durchmesser von mindestens 80 bis 100 mm haben.

109837/1092

Beispiel:

Eine Gusselsen-Giessplatte mit einem Gewicht von 9 Tonnen und einer Stärke von 400 mm wurde repariert, nachdem ungefähr 200 kg Eisen aus der Oberfläche verloren gegangen waren," Die Oberfläche der so gebildeten Höhlung wurde zunächst mit Hilfe einer reduzierenden Gasflamme gereinigt, wie sie beim Abschärfen von gewalzten Stahlplatten durch eine Flamme üblich ist. Danach wurde die Höhlung teilweise mit Schrottstücken mit Abmessungen von ungefähr 10 ι 5 χ 5 cnr und weiterhin mit Koksgrus und Fluss- und Schutzmitteln aufgefüllt,- wie beim Schweissen üblich. Weiterhin wurden verschiedene Stücke FeSi hinzugegeben. Danach wurde eine Graphitelektrode mit einem Durch- jm messer von 100 mm mit ihrem unteren Ende einige Zentimeter über dieser Charge angeordnet, wonach ein Lichtbogen zwischen dieser Elektrode und der Charge gebildet wurde. Dieser Lichtbogen wurde auf einer Spannung an der Elektrode von 42 V und auf einer Ämperezahl von 2000 A gehalten. Nachdem ein Bad in der Höhlung ausgebildet worden war, wurden die geschmolzenen Materialien, je nach dem Ergebnis der Analyse eines Musters, das inzwischen entnommen wurde, ergänzt. Nach ungefähr vier Stunden zeigte es sich, dass die erforderlichen 200 kg Eisen zum Ausgleich der Verluste voll geschmolzen waren.

Inzwischen wurde von Zeit zu Zeit ein Überschuss an

Schlacke abgeschäumt und dies wurde am Ende der genannten vier A Stunden wiederholt. Nach diesem Sehmelzprozess wurde der Oberfläche des gebildeten Bades erlaubt, sich zu verfestigen. Die Giessplatte wurde mit Formsand abgedeckt, um ein gleiehm'-'.ssiges Durchglühen mit der Hitze und Abkühlen der Giessplatte zu erreichen. Die so reparierte Giessplatte zeigte im Betrieb die gleiche Qualität, Lebensdauer usw., wie eine neue Giessplatte.

Während der Reparatur ist kein grosser Einsatz menschlicher Arbeitskraft notwendig, so dass die Kosten der Reparatur keine grossen Lohnanteile enthalten, Die Kosten des Repa-

109837/1092

raturverfahrens·werden hauptsächlich durch die Kosten der elektrischen Energie dargestellt, die zugeführt wird, die sich auf ungefähr 2.000 χ 42 χ 4 = J>J>6 kWh belaufen. Es ergibt sich daraus, dass das Reparaturverfahren nach der Erfindung sehr preiswert ist.

109837/1092

Claims (5)

Patentansprüche

1.) Verfahren zum Reparieren von schweren Gegenständen aus Metall, deren Oberfläche eine beträchtliche Beschädigung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem beschädigten, zu reparierenden Bereich Me tall stücke zugeführt v/erden, die im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie das zu reparierende Metall haben, abgesehen von möglichen Legierungsbestandteilen zur Korrektur der Zusammensetzung des zugeführten Metalls und von Fluss- und Schutzmitteln und im Reparaturbereich mit Hilfe von mindestens einer Bogenelektrode eine Menge an elektrothermischer Energie entwickelt wird, die genügt, um das zugeführte Metall und einen Teil des benachbarten Metalls des zu reparierenden Gegenstandes gleichzeitig und während eines beträchtlichen Zeitraumes in flüssigem.Zustand zu halten, worauf der Gegenstand, nachdem er abgeschlackt (abgeschäumt) wurde, langsam abgekühlt wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1 zum Auffüllen von Höhlungen in ausgehöhlten Eisenlegierungsgiessplatten und Masselformen, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Legierungsbestandteil einer oder mehrere der üblichen Legierungsbestandteile in der Eisen- und Stahlmetallurgie aus der Gruppe FeSi; FeMn; FeCr usw. beigegeben werden.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiemenge von mehr als 20 kVA, die in Zeitdauer und Intensität steuerbar ist, dem Reparaturbereich zugeführt wird.

4.) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ausbildung eines Bades von geschmolzenem Metall in dem zu reparierenden, beschädigten Bereich weitere Metalle oder Metallegierungen in flüssigem Zustand zugeführt werden.

5.) "Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Reparatur ein oder mehrere Muster aus der Schmelze im Reparaturbereich entnommen werden, um die Zusammensetzung der Schmelze zu kontrollieren, und sie, falls notwendig, zu korrigieren.

'3 M h f \ '■