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Verfahren zum Verlängern der Haltbarkeit des Tiegels von einem Induktionsofen
Die Ereindung betrifft ein Verfahren zum Verlängern der Haltbarkeit des von einer
stromdurchflossenen Spule umgebenen, aus einer sauren Zustellung bestehenden zylindrischen
tiegels eines Induktionsofens, in dem bei jeder Charge iLticklaufmaterial mit aufgeschmolzen
wird, das Spuren von metallischen Legierungselementen enthält, welche die Zustellung
des Tiegels reduzieren.
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Der in der GieBerei aufgestellte Induktions-Tiegelofen ist normalerweise
aus Eosten- und Betriebssicherheitsgründen sauer zugestellt. Die Quarzit-Stampfmasse
(Si °2) wird vor Inbetriebnahme des Ofens durch ein Sintermittel, normalerweise
Borsäure, an der der Schmelze zugekehrten Seite in einen gesinterten Zustand überführt.
Dabei treten zwischen dem Sintermittel und der Qiiarzit-Stampfmasse bekanntlich
Reaktionen ein, welche die Feuerfestigkeit der Quarzit-Stampfmasse herabsetzen.
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Die gesinterte, aus Quarzit bestehende Stampfmasse ist gegen Eisen
und die beim Schmelzen von Gußeisen in der Eisengießerei auftretenden sauren Schlacken
weitgehend beständig, solange die Temperatur eine Höhe von etwa 16000 C nicht überschreitet.
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Wenn weitere Stoffe mit der Stampfmasse reagieren, kann es zu einem
erheblichen Absinken der Feuerfestigkeit kommen. Dic Stampfniasse wird bei auftretenden
höheren Temperaturen an der
Innenseite des Tiegels mehr oder weniger
zähflüssig, so daß sie durch das im Tiegel vorhandene flüssige Eisen weggespült
wird. Wenn dieser Zustand eintritt, kommt es zu einem erheblichen größeren Verschleiß
der Stampfmasse, so daß die Tiegel-! standzeit untragbar kurz wird und damit die
Kosten für die erforderlichen Betriebsunterbrechungen zum Neuzustellen des Ofens
die wirtschaftlich tragbaren Grenzen überschreiten.
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Häufig tritt dieser Zustand beim Induktionsofen im oberen Teil des
Tiegels bevorzugt über den Badspiegel durch die Einwirkung von Eisenoxyd auf, das
aus an der iegelwand haftendem Eisen infolge Oxydation durch den Luftsauerstoff
entsteht.
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Aber auch im unteren zylindrischen Teil des Tiegels vornehmlich in
einem Bereich nahe dem Tiegelboden tritt in bestimmten Fällen ein erheblicher Verschleiß
an der Quarzit--Stamp£-masse auf. Dieser ist dann besonders groß, wenn über das
Ohargenmaterial Metalle in die Schmelze eingeschleppt werden, die im Stande sind,
die aus Si 02 bestehende Quarzit-Stampfmasse zu reduzieren. Ein besonders gravierender
Fall ist das Einschleppen von Magnesium, wenn Gußeisen mit Kugelgraphit als Räcklaufmaterial
verwendet wird, weil dieses allgemein als Sphäroguß bekannte Eisen nach dem Schmelzen
zum Entschwefeln und zur Bildung des Kugelgraphites mit Magnesium behandelt wird.
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In Gießereien für Sphäroguß fällt allgemein 50 % und mehr greislaufmaterial
an, das wieder eingeschmolzen wird, so daß die Schmelzchargen 50 ß und mehr Kreislaufmaterial
enthalten.
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Dieses Kreislaufmaterial besteht im wesentlichen aus den Steigern
und dem Material, das sich in den Eingußöffnungen der Pormen befindet.
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Das spezifische Gewicht des Kreislaufmaterials ist größer als das
der Schmelze. Deshalb sinkt es in dieser in den unteren Teil des Tiegels hinab.
Dort schmilzt das Kreislaufmaterial auf, wobei das in diesem enthaltene Magnesium
in die Schmelze übergeht. Es kommt dann zu den oben geschilderten heftigen Reaktionen
mit der Quarzitzustellung. Auf diese Weise entstehen die erwähnten starken Auswaschungen
1 im unteren Teil des ?segels.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an Verfahren vorzuschlagen,
mit dem die schnelle Auflösung der sauren Zustellung des Tiegels durch die in der
Schmelze befindlichen schädlichen Legierungsbestandteile verlangsamt und dadurch
über die Zeit gesehen hinausgeschoben wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelze
ein die Zustellung des Tiegels schützendes Schmelzhilfsmittel in äquivalenter Menge
zum Rücklaufmaterial zugeführt wird.
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Für den speziellen Anwend-ungsfall, wenn Gußeisen mit Kugelgraphit
als Rücklaufmaterial in die Schmelze gegeben worden ist, wird erfindungsgemäß der
Schmelze ein Schmelzhilfs-;mittel zugesetzt, das schneller das Magnesium bindet
als dieses die saure Zustellung des Tiegels reduziert.
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Es Es wird nach der Erfindung eine sauerstoffhaltige Verbindung zugegeben,
bei der die Bindungsenergie des Sauerstoffes gerfnger ist als bei dem Si O2 der
Tiegelzustellung.
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Dadurch wird erreicht, daß das eingeschleppte Magnesium den Sauerstoff
zur Bildung von Mg 0 bevorzugt aus dem Schmelzhilfsmittel herauslöst, so daß das
Reduzieren des aus Si °2 bestehenden Zustellmaterials weitgehend vermindert wird.
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Um zu verhindern, daß durch das Schmelzhilfsmittel in die Schmelze
fremde Materialien eingeschleppt werden, welche das Analysenergebnis ändern würden,
wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das Schmelzhilfsmittel eine Eisen-Sauerstoff-Verbindung
ist.
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Zur vorteilhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
weiterhin noch empfohlen, daß es sich bei dem Schmelzhilfsmittel um Erz, Zunder
oder nur teilweise reduziertem Eisenschwamm handelt.
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aufgrund ihrer Zusammensetzung haben die als Schmelzhilfsmittel vorgeschlagenen
Materialien durchweg ein wesentlich kleineres spezifisches Gewicht als die Schmelze.
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Nun werden diese Materialien zwar infolge der starken Badbewegung
im Induktions-Tiegelofen in die Schmelze hineingezogen. Jedoch war zunächst zu befürchten,
daß diese Materialien im wesentlichen im oberen der beiden Wirbeltoroide des Bades
aufschmelzen und auch da verbleiben würden. Wäre dies der Fall, so könnten die als
Schmelzhilfsmittel verwendeten Materialien natürlich nicht zur schnellen Reduzierung
der aus dem Kreislaufmaterial freiwerdenden schädlichen Legierungsbestandteile,
s.B. Magnesium, in der Schmelze herangezogen werden.
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Überraschenderweise zeigt sich jedoch, daß durch die Zugabe der empfohlenen
Schmelzhilfsmittel die Auswaschungen am unteren Teil des Tiegels erheblich vermindert
werden. Dies beweist, daß die Schmelzhilfsmittel durch die Bewegung der Schmelze
sehr schnell im Tiegel nach unten gespült und dort wirksam werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zaigt die einzige Figur der Zeichnung schematisch die Bewegungsvorgänge
der Schmelze in einem im Schnitt in seinen wesentlichen Teilen dargestelltsnlnduktionsofen,
in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
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Der in der Induktionsspule 1 fließende Strom induziert in der im zylindrischen
Tiegel 2 befindlichen Schmelze 3 eine elektrische Leistung. Da die durch Pfeile
angezeigten radialen Druckkräfte nicht über die ganze Tiegelhöhe gleich sind, ergeben
sich die angedeuteten Badbewegungen. Die metallische Schmelze folgt den Wirbeltoroiden,
die mit 4 bezeichnet sind.
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Nahe dem Tiegelboden 5 ist ein größeres, noch nicht geschmolzenes
Rücklaufmaterialstück 6 angedeutet, das aus Gußeisen mit Kugelgraphit besteht.
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Zur Entfernung des, eine hohe Sauerstoff-Affinität aufwelsenden, vom
geschmolzenen Rücklaufmaterial 6 stammenden Magnesiums ist auf die Schmelzgutoberfläche
als Schmelzhilfsmittel eine Eisen-Sauerstoff-Verbindung in Ps Form von pulverförmigem
Eisenschwamm 7 gegeben6, Dieser wird durch die dargestellte Bewegung der Schmelze
an der Tiegalwand nach unten befördert0 Nach dem Aufschmelzen des Eisenschwammes
bindet der frei gewordene Sauerstoff das Magnesium, so daß dieses die Quarzitzustellung
des Tiegels 2 im unteren Bereich nahe dem Boden 5 nicht mehr so stark angreift.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch die Verwendung eines Schmelzhilfsmittels die Zustellung des Tiegels nicht
mehr so stark wie bisher von aggressiven Legierungselementen angegriffen wird und
sich dadurch die Lebensdauer des Tiegels wesentlich verlängert.