DE2137602A1

DE2137602A1 - Verfahren zum Schmelzen von Eisenlegierungen

Info

Publication number: DE2137602A1
Application number: DE19712137602
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. P ist
Original assignee: Bührer, Erwin, Schaffhausen (Schweiz)
Priority date: 1970-08-04
Filing date: 1971-07-27
Publication date: 1972-05-31
Also published as: BE770924A; FR2103897A5; ES394241A1; CH544152A

Description

Dipl.-lng. Dipl.oec. publ. 27 . 7 . 1971

DIETRICH LEWINSKY

PATENTANWALT

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Erwin Bührer, Schaffhausen

(Schweiz)

Verfahren zum Schmelzen von Eisenlegierungen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelzen von Eisenlegierungen unter Verv/endung eines sauer zugestellten Kupolofens und eines kernlosen Induktionsofens, wobei die aus
dem Kupolofen anfallende Schmelze dem Induktionsofen ohne eine Zwischenbehandlung zugeführt wird.

Die Kunden der Giessereien stellen auf die Qualität der zu
liefernden Gussstücke immer höhere Ansprüche. Einerseits ist
es das Bemühen der Konstrukteure, Gussteile für einen bestimmten Verwendungszweck möglichst leicht zu bauen, also die garantierte Mindest-Festigkeit, die die Wandstärke bestimmt, möglichst zu erhöhen und auf der andern Seite ist es die Bearbeitbarkeit der Gussteile, die die Analysentoleranzen und die beim Giessen einzuhaltende Giesstemperatur-Toleranzen immer mehr
einengen. Im weiteren besteht das konstante Bestreben, die
Fertigungskosten der Schmelzerei soweit als möglich zu senken, ohne jedoch qualitative Nachteile in Kauf zu nehmen.

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Um die engen Toleranzen in den Analysenstreuungen und in den Vergiesstemperaturen einhalten zu können und um eventuell Korrekturen der Analysen vornehmen zu können, sind z.B. Induktionsöfen erstellt worden, denen das flüssige, im sauer zugestellten Kupolofen erschmolzene Eisen mittels Transportkessel zugeführt wird. Diese Betriebsweise hat jedoch den Nachteil, dass sie hohe Anlagekosten erfordert und mit bedeutend höheren Betriebskosten arbeitet.

Um die Wirtschaftlichkeit der vorbeschriebenen Arbeitsweise zu verbessern, wurde ein kernloser Induktionsofen mit einem den Innenraum allseitig umschliessenden Ofenkörper entwickelt. Die Kippachse dieses Induktionsofens durchstösst eine Oeffnung in der Mitte des Deckelgewölbes und bewirkt dadurch, dass die Oeffnung während dem Kippen in ortsfester Lage verbleibt. Der Induktionsofen kann deshalb vom Kupolofen kontinuierlich flüssiges Eisen aufnehmen und dieses intermittierend weitergeben. Dieser Induktionsofen bewirkt eine Qualitätsverbesserung und auch eine Senkung der Betriebskosten. Diese Neuerung konnte sich jedoch nur in den Fällen durchsetzen, in welchen ein Duplizieren des Kupolofeneisens aus Qualitätsgründen ohnehin vorgenommen'werden musste.

Im weiteren ist ein spezielles Verfahren für das Erschmelzen von Sphäroguss bekannt geworden. Dieses Verfahren sieht als Variante zur Erschmelzung des Sphärogusses im basischen Kupolofen und einer anschliessenden Magnesiumbehandlung vier verschiedene Operationen vor:

1. Das Flüssigeisen wird in einem sauer zugestellten Kupolofen erschmolzen.

2. Die Entschwefelung v/ird in einer speziellen Entschwefelungspfanne durchgeführt.

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3. Die Aufheizung der entschwefelten Schmelze und die Zufuhr der Legierungszugabe zur Erreichung der Endanalyse erfolgt in einem kernlosen Induktionsofen.

4. Die Magnesiumbehandlung wird in einer speziellen Pfanne in bekannter Weise durchgeführt.

In neuerer Zeit werden Eisenlegierungen auch aus fester Charge direkt im kernlosen Induktionsofen erschmolzen.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, eine weitere Verbesserung der Qualität des flüssigen Eisens zu erreichen " und gleichzeitig die Schmelzkosten unter das bisher bekannte Mass zu senken. Die Erfindung erreicht dies dadurch, dass der üblicherweise in der Kupolofencharge zur Anhebung des Kohlenstoffgehaltes in der Schmelze zugesetzte Anteil an Roheisenkohlenstoff mindestens teilweise durch Aufkohlung im Induktionsofen ersetzt wird.

Als besonders vorteilhaft erweist sich, dass die üblicherweise in der Kupolofencharge zur Erreichung der Endanalyse zugesetzten Legierungsanteil der Schmelze im Induktionsofen zugesetzt werden.

Das erfindungsgemasse Verfahren passt sich den Bedingungen des Betriebes dadurch an, dass zwecks Erhöhung der Geschwindigkeit der Aufnahme von Kohlenstoff und/oder Legierungsanteilen bei verminderter Heizleitung, ein Induktionsofen mit Dreiphasenschaltung benutzt wird.

Ein weiterer Vorteil der besseren Anpassung an die Betriebsverhältnisse erreicht das erfindungsgemasse Verfahren, indem zwecks Erhöhung der Heizleistung bei verminderter Rührwirkung ein Induktionsofen mit Einphasenschaltung benutzt wird.

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Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird sowohl in der Haltbarkeit der Tiegelzustellung als auch in der Treffsicherheit der Analyse dadurch verbessert, dass zwecks Einhaltung einer gleichmässigen Rührwirkung die Ofenleistung in Abhängigkeit vom Füllstand des Ofens gesteuert wird.

Ebenso wird die Treffsicherheit der Analyse und die Haltbarkeit der Tiegelzustellung dadurch verbessert, dass zwecks Erhöhung des Ausnutzungsgrades der Zugaben zur Schmelze im Induktionsofen die Feldrichtung so gewählt wird, dass die Bewegung der Schmelze an der Oberfläche sich vorzugsweise von der Tiegelwand zur Ofenmitte hin bewegt.

Beispiel 1

Eine Graugussgiesserei, die über lange Jahre weiche Graugusssorten im sauer zugestellten Kupolofen mit anschliessendem festem Vorherd in einer Menge von 10t/h mit einer Abstichtemperatur von 1380 - 1470 C erschmolzen hat und als Gattierung 23% Stahlschrott, 56% Kreislaufmaterial und 21% Roheisen chargierte, wies eine Kohlenstoffstreuung von 0,21% C auf. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass die Streuung in der Brinellhärte + 24 HB betrugen. In dieser Graugiesserei, die jetzt gemäss vorliegender Erfindung mit demselben Kupolofen, ohne Vorherd, jedoch mit einem nachgeschalteten Induktionsofen arbeitet, konnte für die genau gleiche Grauguss-Sorte das flüssige Eisen mit einer Gattierung von 50% Stahlschrott, 50% Kreislaufmaterial und Gussbruch ohne Einsatz von Roheisen sowie durch Zugabe von körni-

im Induktionsofen^ j gem Graphit oder anderen bekannten Aufkohlungsmittel^ die Qualität des erschmolzenen Eisens wesentlich verbessert werden. Die Streuung des Kohlenstoffes, die bei Anwendung der bisherigen Betriebsweise 0,21% betrug, senkte sich bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf max. 0,13%. Die Streuung der Brinellhärte wurde beim bisherigen Verfahren mit + 24 HB ermittelt, Für die gleichen Gussstücke wurden bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Verminderung der Streuung der Brinellhärte auf + 15 HB festgestellt. Diese im praktischen Betrieb gewonnenen Werte zeigen eindeutig, dass das erfindungsgemässe

Verfahren mit engeren Qualitätstoleranzen arbeitet.

Beispiel 2

Gleich günstige Resultate wie im Beispiel 1 ergaben sich bei der Erzeugung von perlitischem Sphäroguss. Vor Anwendung der Erfindung wurden 50% Kreislaufmaterial sowie 35% Roheisen und 15% Stahlschrott in einem sauren Kupolofen mit Koks erschmolzen. Eine Analysenkorrektur konnte teilweise durch Ver- · änderung der Roheisen- und Stahlschrottgattierung vorgenommen werden. Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens konnte durch Einführung des allgemein bekannten Duplex-Verfahrens mit einer Gattierung von 50% Kreislaufmaterial und 50% Stahlschrott ein perlitisches Sphärogusseisen erzeugt werden, dessen Kohlenstoff- und Silizium-Gehalt durch Korrektur im Induktionsofen unter Anwendung spezieller Rührwirkung des Ofens auf einfache und billige Weise icher vorgenommen wird. Weil im Induktionsofen der Abbrand insbesondere des Kohlenstoffes, gegenüber dem Kupolofen, wesentlich geringer ist, ergibt sich auch ein gutes Ausbringen.

Eine besondere Auswirkung zeigt sich bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens darin, dass die Neigung zur Lunkerung bedeutend geringer ist. Bei gleichen Gussstücken aus Grau- A guss kann das Gewicht sämtlicher Angüsse im Durchschnitt auf ca. 65% gesenkt werden.

Eine weitere Auswirkung bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in der geringeren Neigung zur Weisseinstrahlung bei dünnwandigen Gussstücken.

Die verfahrensmässig bedingte Möglichkeit, das bisher notwendige Roheisen in der Kupolofencharge durch Schrott zu ersetzen und den fehlenden Kohlenstoff zum grösseren Teil beim Niederschmelzen der Charge im Kupolofen aus dem Schmelzkoks zu ent-

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nehmen und den fehlenden Rest durch eine Aufkohlung im Induktionsofen zu ergänzen, erweist sich als umso grösserer wirtschaftlicher Vorteil, je höher der Kohlenstoffgehalt der zu erschmelzenden Eisenlegierung und je grosser das Ausbringen ist.

Das Niederschmelzen von Ferrolegierungen, insbesondere von Ferrosilizium im Kupolofen führt zu grösseren Legierungsverlusten durch Abbrand. Das Legieren der Schmelze im Induktionsofen ist mit bedeutend besserem Ausnutzungsgrad durchführbar.

Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren zwangsläufig verbundene Möglichkeit, die Temperatur der Schmelze vor dem Vergiessen in gewünschter Höhe zu halten, vermindert sowohl den Ausschuss durch Kaltschweiss bei zu tiefen Giesstemperaturen als auch die bekannten Mangel an Gussstücken, die bei zu hohen Eisentemperaturen gegossen wurden.

Eine zusätzliche Möglichkeit bietet das erfindungsgemässe Schmelzverfahren dadurch, dass die Kapazität des Induktionsofens grosser als notwendig gewählt werden kann, und diese zusätzliche Ofenkapazität den Mengenausgleich des in der Schmelzerei anfallenden flüssigen Eisens und der in der Formerei benötigten Flüssigeisenmenge für das Abgiessen der Formen übernehmen kann.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich beim Schmelzen aller Eisenlegierungen anwenden.

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Claims

- 7 Patentansprüche

1. Verfahren zum Schmelzen von Eisenlegierungen unter Verwendung eines sauer zugestellten Kupolofens und eines kernlosen Induktionsofens, wobei die aus dem Kupolofen anfallende Schmelze dem Induktionsofen ohne eine Zwischenbehandlung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der üblicherweise in der Kupolofencharge zur Anhebung des Kohlenstoffgehaltes in der Schmelze zugesetzte Anteil an Roheisenkohlenstoff mindestens teilweise durch Aufkohlung im Induktionsofen

ersetzt wird. %

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die üblicherweise in der Kupolofencharge zur Erreichung der Endanalyse zugesetzten Legierungsanteile der Schmelze im Induktionsofen zugesetzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erhöhung der Geschwindigkeit der Aufnahme von Kohlenstoff und/oder Legierungsanteilen bei verminderter Heizleistung ein Induktionsofen mit Dreiphasenschaltung benützt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ™ zwecks Erhöhung der Heizleistung bei verminderter Rührwirkung ein Induktionsofen mit Einphasenschaltung benützt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Einhaltung einer gleichmässigen Rührwirkung die Ofenleistung in Abhängigkeit vom Füllstand des Ofens gesteuert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erhöhung des Ausnutzungsgrades der Zugaben zur Schmel-

2e im Induktionsofen die Feldrichtung so gewählt wird, dass die Bewegung der Schmelze an der Oberfläche sich vorzugsweise von der Tiegelwand zur Ofenmitte hin bewegt.

5.7.1971
My/db

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