DE2249668A1

DE2249668A1 - Stopfen fuer giesswannen

Info

Publication number: DE2249668A1
Application number: DE19722249668
Authority: DE
Inventors: Gianni Bertotto; Derek Priestley Helliwell
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1971-10-12
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1973-04-19
Also published as: FR2158222A1; FR2158222B1; GB1383914A; JPS4849626A; IT975225B

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER

5 KÖLN 51, OBERLÄNDER TJFER 90 , ·

Köln, den Io. Oktober 1972 Eg/Ax/pz/167 .

Foseco International Limited, 285 Long Acre, Nechells, Birmingham B7 5JR (England)

Stopfen für Giesswannen

Die Erfindung betrifft das Giessen von geschmolzenem Metall, insbesondere provisorische oder zeitweilige Stopfen, die aus einem exotherm reagierenden Material bestehen, für-Giesswannen oder -pfannen und die Verwendung dieser exotherm reagierenden Materialien während des Giessens«

Bei der Verhüttung ist es üblich, geschmolzenes Metall aus einem Schmelzofen oder Warmhalteofen in eine Giesspfanne oder Giesswanne abzustechen und dann das geschmolzene Metall aus der Giesswanne oder -pfanne·durch einen offenen Ausguss abzugiessen. Diese Arbeitsweise ist als geregeltes offenes Giessen bekannt, und die Giessgeschwindigkeit wird durch den'¹ Durchmesser des Ausgusses und den Druck der Metallsäule geregelt. Diese Giessverfahren haben den Nachteil,

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ORiGiNAL

daß bis zum Erreichen einer optimalen Mindesthöhe des geschmolzenen Mötalls in der Wanne oder Pfanne die Metallzuführung zum Block oder Gussstück schlecht ist. Dies kann Fehler im festen Metall zur Folge haben, da ungleichmäßige oder schirmartige Ströme die Kokille Überfluten und den Abguss zum Stillstand bringen können. Um dies zu vermeiden, wird im allgemeinen bis zum Erreichen der optimalen Höhe der Metallsäule eine kleine schwenkbare Giessrinne verwendet, um den Giessstrahl zu verdichten, bis die Pfanne oder Wanne genügend voll und ein gleichmäßiger Strom erreicht ist.

Dies ist jedoch nachteilig,da sich Metallklumpen oder Bären in der Giessrinne zu bilden pflegen und, wenn die Giessrinne erneut verwendet werden muß, z.B. bei einem Ausbrechen des Stranges (strand break out) oder eines mechanischen Fehlers während des Giessens, möglichst schnell entfernt werden müssen. '

Bekannt sind Giesswannen und -pfannen, die mit mechanischen Verschlussvorrichtungen, z.B. Stopfen, Stangen, am Austritt des Ausgusses versehen sind. Diese Vorrichtungen haben jedoch den großen Nachteil, daß der Verschlussmechanismus durch Spritzer des durch die Giesswanne laufenden geschmolzenen Metalls leicht zugeschweisst und damit praktisch unbrauchbar wird.

Es wurde gefunden, daß gewisse abgebundene exotherme Masr sen, die nachstehend beschrieben werden, brauchbare

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Stopfen für Glesswannen oder Giesspfannen insbesondere bei Verwendung für den Strangguss bilden.

Gegenstand der Erfindung ist bei der Handhabung von geschmolzenen Metallen ein Verfahren zur Gewährleistung eines verzögerten öffnens von Ausgüssen für geschmolzenes Metall am Boden von Behältern. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man im leeren Behälter als Stopfen im Ausguss eine abgebundene Masse anordnet, die aus einem exothermen Gemisch besteht, das bei Berührung mit geschmolzenem Metall entzündet wird, ausbrennt und so geschwächt wird, daß bei Erreichen eines bestimmten Drucks der Metallsäule die ausgebrannte Masse zusammenfällt und dem geschmolzenen Metall den Austritt durch den Ausguss freigibt.

Ein solches System ist von großem Wert in Giesspfannen, die beim Strangguss verwendet werden, wo es erwünscht ist, dass das Metall erst dann ausfliesst, wenn eine bestimmte Metallsäule oder ein bestimmter Metalldruck in der Giesswanne vorhanden ist. Die optimale Höhe der Met-al!säule oder der optimale Druck des Metalls ist natürlich von Fall zu Fall verschieden, jedoch ist es nicht schwierig/ entweder die Zusammensetzung oder die Abmessungen oder die Form der abgebundenen exothermen Masse so einzustellen, daß der Durchbruch zum gewünschten Zeitpunkt erfolgt.

Die Giesswanne kann in beliebiger bekannter Weise ausgebildet sein und eine oder mehrere Öffnungen am Boden haben.

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Wenn die Giesswanne vor dem Gebrauch vorerhitzt werden muß, um eine Abschreckung des Metalls und die Bildung von Bären weitgehend auszuschalten, muß darauf geachtet werden, daß sich der exotherme Stopfen nicht vorzeitig entzündet. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist von besonderem Wert bei Giesswannen, die mit feuerfestem Wärmeisoliermaterial ausgekleidet sind und, abgesehen gewöhnlich nur vom Bereich des Ausgusses nicht vorerhitzt werden müssen. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird das Vorerhitzen dieser Giesswannen und -pfannen völlig überflüssig.

Vorzugsweise wird das Gewichtsverhältnis der Bestandteile in den exothermen Massen so gewählt, daß die Masse durch Berührung mit dem geschmolzenen Metall erst dann ausbrennt, wenn die optimale Mindesthöhe der Säule von geschmolzenem Metall erreicht ist. In der Praxis bedeutet dies, daß der Stopfen erst dann ausbrennen sollte, nach dem das Giessen aus der Pfanne Io bis JBo Sekunden, vorzugsweise 3o bis 4o Sekunden, in Gang 1st.

Die provisorischen oder zeitweiligen Stopfen gemäß der Erfindung ermöglichen es, daß ein sauberer, gleichmäßiger Metallstrom in die Kokille eintritt, wodurch ein endgültiger fehlerfreier gegossener Strang oder Block erhalten wird.

Im allgemeinen werden in der Stopfenraasse zwei Komponenten verwendet, die miteinander exotherm reagieren. Die erste

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Komponente ist ein _t oxidierbares Metall, z.B. Aluminium, Magnesium, Silicium, Ferrosilicium oder Calciumsilicid. Vorzugsweise wird als Metall Ferrosilicium (das zweckmässig 75 % Silicium enthält) Verwendet,^da durch Einbeziehung von Aluminium die Stopfenmasse dazu neigt, Aluminiumoxid zu bilden, das bei wiederholter Verwendung der Stopfenmasse den Ausguss durch Bildung einer feuerfesten Masse verstopfen könnte. Die andere Komponente ist ein Oxidationsmittel, z. B. ein Alkalinitrat oder -chlorat, z.B. Natriumnitrat, Eisenoxid wie Walzzünder oder Ammoniumperchlorat. Wenn jedoch das Metall leicht oxidierbar ist und in feinteiliger Form vorliegt, kann auf diese Komponente verzichtet werden.

Eine Zündhilfe, z.B. ein Fluorid wie Flußspat kann vorteilhaft einbezogen werden. Ferner kann ein Füllstoff vorhanden sein. Geeignet als Füllstoffe sind beispielsweise Schamotte, gemahlene Schamotte, Kieselmehl, Tonerde, z.B. Bauxit, Magnesiumoxid, Tone, z.B. Töpferton oder Kaolin, ein feuerfestes Silikat, aufgeblätterter Perlit, Verml·- culit, Bimsstein oder Koks.

Eine geeignete Masse gemäß der Erfindung enthält beispielsweise" 25 Gew.-Teile eines oxidierbaren Metalls, 75 Gew.-Teile eines Oxidationsmittels, 5 bis 7 Gew.-Teile Flußspat, 2 bis 3 Gew.-Teile Natriumnitrat, 2 bis Io Gew.-Teile Bindemittel und O bis 5o Gew.-Teile eines inerten anorganischen Füllstoffs.

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Exotherme Massen des zur Herstellung des provisorischen oder zeitweiligen Stopfens verwendeten Typs können auch verwendet werden, um das zu giessende Metall zu überhitzen, indem diese Massen beispielsweise in die Giesspfanne oder Giesswanne gegeben werden, bevor das geschmolzene Metall eintritt. Bei Berührung mit dem ersten eintretenden Metall entzündet sich die exotherme Masse und erhitzt das Metall. Die sich hierdurch ergebende überhitzung gewährleistet, daß gutes Angiessen erzielt wird und keine Erstarrung von Metall im Ausguss eintritt.

Ebenso können gegen Ende des Giessvorganges, wenn die Giessgeschwindigkeit durch das Kälterwerden des Metalls geringer und die Gefahr des Erstarrens von Metall im Ausguss der Giesswanne oder -pfanne größer wird, die vorstehend beschriebenen exothermen Massen in dieser Phase eingeführt werden, um das Metall zu erhitzen und auf diese Weise die Giessgeschwindigkeit zu erhöhen. Hierdurch ist es möglich, den Giessprozess gleichmäßiger zu gestalten.

Wenn die exotherme Masse auf diese Weise als Pfannen- oder Wannenzusatz zugegeben wird, ist kein Bindemittel erforderlich, vielmehr wird die erforderliche Menge des wirksamen Bestandteils beispielsweise mit einer geeigneten Dosiervorrichtung oder sogar als loses Pulver eingeführt.

Die Erfindung wird durch die Abbildung veranschaulicht, die im Schnitt den Boden einer Giesswanne oder Giesspfanne

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zeigt, in dem ein Stopfen aus einer exothermen Masse gebildet worden ist. .' ■

Der Stopfen 1 wird im Boden der Pfanne 2 mit Hilfe eines gebogenen Drahts 3 festgehalten, der lediglich von Hand so deformiert wird, daß er gegen den Boden der Pfanne stößt. Der Draht 3 dient dazu, jeder anfängliche Neigung des Stopfens während des Füllens der Giesspfanne, nach oben zu schwimmen und auf diese Weise die Ausgussöffnung vorzeitig freizugeben, entgegenzutreten.

Typische exotherme Massen für die vorstehend beschriebenen Zwecke werden durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

Ferrosilicium 35 Gew.-Teile

Walzzunder 75 " "

Flußspat 5 " "

Natriumnitrat 2 " "

Phenolformaldehydharz 4 " "

Die vorstehend genannten Bestandteile wurden homogen gemischt und in einer Form mit entsprechenden Abmessungen um einen als Haken gebogenen Draht gepresst. Anschließend wurden die geformten Stopfen in einem Heißluftofen etwa 2 Stunden bei 13o°C getrocknet.

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Im Falle des vorstehenden Beispiels werden Ferrosilicium und Walzzunder im stochiometrisehen Verhältnis verwendet. In diesem Fall werden alle reaktionsfähigen Materialien während der Reaktion verbraucht.

Beispiel 2

Stopfen wurden auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

Grobes Aluminiumpulver 17 Gew.-Teile feines Aluminiumpulver 6 " "

Eisenwalzzunder 77 " * " flüssiges Natriumsilikat 2 " "

In diesem Fall wurden die geformten Stopfen 2 Stunden bei l8o°C getrocknet.

Beispiel 3

Eine exotherme Masse, die sich zum Überhitzen des Metalls zu Beginn und bei Beendigung des Giessens eignet/ hatte die folgende Zusammensetzung:

Eisenoxid 67 Gew.-%

Ferrosilicium

(loo % Durchgang durch ein „ „ „ Sieb einer Maschenweite

von 53 u)

Natriumnitrat 8 " "

Calciumfluorid 4 " "

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Beispiel 4

Eine weitere abgebundene Masse zur Bildung eines exothermen Stopfens wuirde aus folgenden Bestandteilen hergestellt;

Eisenoxid 6-5 Gew.-%

Ferrosilicium

(loo % Durchgang durch ein ~ „ „ . · Sieb einer Maschenweite .

von S3 u) *

Natriumnitrat 7,5 " " "

Caiciumf luorid 3., 5 !' "

Phenolformaldehydharz 4 " "

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Claims

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Patentansprüc h e

Verfahren zur Verzögerung des öffnens von Ausgussöffnungen für geschmolzene Metalle am Boden von Behältern, dadurch gekennzeichnet., daß man im Behälter als r Stopfen in der Ausgussöffnung eine abgebundene Masse anbringt, die aus einem exothermen Gemisch besteht, : das bei Berührung mit geschmolzenem Metall entzündet wird, ausbrennt und so geschwächt wird, daß nach Erreichen eines bestimmten statischen Drucks des Metalls die ausgebrannte Masse zusammenfällt und dem geschmolzenen Metall den Austritt aus dem Ausguss freigibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Behälter Giesspfannen, die mit einem Putter aus feuerfestem Wärmeisoliermaterial ausgekleidet sind, mit den Stopfen versehen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß exotherme Massen verwendet werden, die Aluminium, Silicium, Ferrosiücium oder Calciumsilicid zusammen mit einem Alkalinitrat oder -chlorat, Eisenoxid oder Ammoniumperchlorat als Oxidationsmittel und wahlweise ein Fluorid als Zündmittel enthalten.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgebundene Masse in Form eines geformten Produkts, vorzugsweise aJLs konischer Stopfen mit einem

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axialen Haltedraht, der aus dem,schmaleren Ende herausragt, verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung und Beschleunigung des Giessens eine ungebundene exotherme Masse auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls aufgebracht wird.
6. Stopfen aus exotherm reagierendem Material für Giesswannen-oder Giesspfannen.
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