DE2527535A1

DE2527535A1 - Verfahren zur herstellung von gussbloecken aus beruhigtem stahl

Info

Publication number: DE2527535A1
Application number: DE19752527535
Authority: DE
Inventors: Shigeru Matsuyama; Hiroshi Mikami
Original assignee: Aikoh Co Ltd
Current assignee: Aikoh Co Ltd
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-06-20
Publication date: 1976-01-15
Also published as: IT1033808B; IN143441B; FR2276123B1; BR7503924A; ES438803A1; SE7507183L; JPS5433221B2; US4046187A; GB1507885A; AU8224275A; DE2527535C3; DE2527535B2; FR2276123A1; JPS511321A

Description

Adolf H. Fischer 20.6.1975

Wolf-Dieter Fischer

67 Ludwigshafen Bismarckstr. 64

AIKOH CO., LTD. Tokio (JAPAN)

"Verfahren zur Herstellung von Gußblöcken aus beruhigtem Stahl"

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Gußblöcken aus beruhigtem Stahl, die einen gesunden Kopfteil und eine verringerte Konzentration an nicht-metallischen Einschlüssen im Unterteil aufweisen.

Bei der Herstellung von Gußblöcken aus beruhigtem Stahl wird der Kopfteil des geschmolzenen Stahls in der Form der Luft ausgesetzt, was zur Folge hat, daß die obere Oberfläche rascher abkühlt und sich rascher verfestigt, als der übrige Teil. Hierdurch werden Lunker gebildet, welche die Qualität der Gußblöcke verringern. Um dies zu verhindern ist es üblich, ein Warmhaltematerial auf die Oberseite aufzubringen, wodurch die Verfestigung

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des Kopfteils verzögert wird.

Es ist bekannt, daß durch dieses Warmhalten zum Zwecke der Bildung eines gesunden Kopfteils ein von diesem Kopfteil ausgehender Strom absinkender Kristalle gebildet wird, was ein Dentritenwachstum zur Folge hat und eine Ablagerung von nicht-metallischen Einschlüssen im Unterteil des Gußblocks nach sich zieht. Im Unterteil des Gußblocks bildet sich dabei eine Zone aus Eisenkristallen und geschmolzenem Stahl mit erhöhter Viskosität. Die Einschlüsse können nicht mehr nach oben schwimmen und bilden eine breiige Zone. Aus dieser breiigen Zone bildet sich ein Stahl minderer Qualität. Es ist deshalb bereits bekannt, die obere Oberfläche durch die Verwendung eines wärmeerzeugenden und wärmeisolierenden Pulvers abzudecken, welches einen höheren Wärmewert aufweist, als er zum Warmhalten des Kopfteils erforderlich ist. Hierdurch wird die Bildung von Kristallkeimen im Kopfteil verzögert, so daß die Verfestigung des Gußblocks vom Boden her erfolgt.

Wenn jedoch ein solches wärmeerzeugendes und wärmeisolierendes Pulver auf die Oberfläche des geschmolzenen Eisens aufgestreut wird, dann ist es schwierig, eine Schicht mit definierter Dicke herzustellen. Auch wenn die nötige Dicke für die Warmhaltung bekannt ist, dann kann es schwierig sein, in der Praxis diese Dicke einzuhalten. Demgemäß muß eine erhöhte Menge Pulver, das noch dazu rasch brennen muß, verwendet werden, um diesen Nachteilen zu begegnen. Es ist auch bekannt, ein plattenartiges Warmhaltematerial mit definierten Erwärmungs- eigenschaften zu verwenden. Die wärmeabgebende Zusammen-

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setzung muß jedoch mit einem Bindemittel gemischt werden, wodurch die Brenngeschwindigkeit stark unter den Wert gesenkt wird, der im Falle eines pulverförmigen Warmhaltemittels möglich ist. Um die Verringerung der Brenngeschwindigkeit zu kompensieren, ist eine im Vergleich zur Verwendung eines pulverförmigen Warmhaltemittels große Menge brennbares Material erforderlich, wodurch die Temperatur beim Abbrennen erhöht und die Wärmeisolierungseigenschaften verringert werden. Demgemäß kann es im Falle von großen Stahlgußblöcken nötig sein, zwei Schichten zu verwenden, nämlich eine exotherme Schicht und eine wärmeisolierende Schicht. Es kann außerdem erforderlich sein, insbesondere wenn die Bildung eines Kristallbreis vermieden werden soll, den Wärmewert zu steigern, so daß es nötig ist, die exotherme Schicht dicker und damit unvermeidbar die wärmeisolierende Schicht entsprechend dünner zu machen, um die Warmhalteplatte nicht allzu dick werden zu lassen. Dies hat das Entweichen von Wärme und Arbeitsnachteile und wirtschaftliche Nachteile zur Folge.

Gemäß der Erfindung wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist, den Kopfteil warm zu halten und die Konzentration an nicht-metallischen Einschlüssen in einer breiigen Zone im Unterteil zu verringern, wenn man dem plattenartigen Material, welches sowohl exotherme als auch wärmeisolierende Eigenschaften aufweist, einen besonderen Aufbau gibt. Das plattenartige Warmhaltematerial für die Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren weist als grundlegende exotherme Komponente flache, zerkleinerte Holzkohleteilchen mit einer Größe im Bereich von 1 bis 10 mm auf. Holzkohle besitzt eine große Anzahl von Poren, die feiner sind als diejenigen von Holz. Wenn Holzkohle zerkleinert wird, dann erhält

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sie eine flache Form, wobei die feinen Poren bestehen bleiben. Wenn Holzkohle zum Gießen verwendet wird, werden praktisch alle dünnen Teilchen seitlich zueinander angeordnet und übereinander angehäuft. Wenn eine solche Warmhalteplatte auf der Oberseite von geschmolzenem Stahl schwimmt, dann brennt sie an der Kontaktfläche mit dem geschmolzenem Stahl heftig ab, und zwar wegen der großen Oberfläche, die aufgrund der Porosität der Holzkohle teilchen vorliegt. Der größte Teil der durch das Brennen erhitzten Luft kann durch die Schichten der Warmhalteplatte bis zur Oberfläche des geschmolzenen Stahls vordringen. Die heiße Zone ist auf die Nachbarschaft der heißen Oberfläche beschränkt, während der darüberliegende Teil der Platte für die Wärmeisolierung sorgt. Wenn dagegen zerkleinerte Holzkohle ohne Verformung in eine Platte verwendet wird, dann ist es schwierig, eine geeignete Schichtung zu erzielen, so daß die Wirkung verringert ist. Andere Kohlenstoffmaterialien, wie z.B. Koks, Graphit und Anthrazit, besitzen eine schlechtere Porosität, Dichte, Brenngeschwindigkeit und Verformbarkeit als Holzkohle. Es kann schwierig sein, mit solchen anderen Materialien die erforderlichen exothermen Eigenschaften und Pormungseigenschaften zu erzielen, so daß diese Materialien höchstens einen schlechten Ersatz für Holzkohle darstellt.

In der Folge sind die Gründe angegeben, warum in dem plattenartigen Warmhaltematerlal, das gemäß der Erfindung verwendet wird, der Zusammensetzungsbereich in der angegebenen Weise definiert ist.

Es müssen mehr als 30Ϊ Holzkohle vorhanden sein, um einen ausreichenden exothermen Effekt zu erzielen. Bei weniger als 30ί ist die Verbrennungswärme zu gering. Bei solchen

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Gehalten ist es unmöglich, im Falle von großen Gußblöcken ausreichend Verbrennungswärme zu erzielen. Bei mehr als 77% ist es unmöglich, die anderen Komponenten in ausreichender Menge einzuverleiben. Bei einer Teilchengröße der Holzkohle von weniger als 1 mm sind die Holzkohleteilchen nicht flach, weshalb sie nicht in eine laminierte Schicht verformt werden können. Wenn die Holzkohle eine Teilchengröße von mehr als 10 mm aufweist, dann besitzt das geformte Warmhaltematerial zu große Zwischenräume, wodurch die Warmhalteeigenschaften gesenkt werden.

Gemäß der Erfindung werden 20 bis 50% feuerfeste Materialien zugesetzt, die sich beim Erwärmen ausdehnen. Beispiele für solche Materialien sind mit Säure behandelter Graphit, Vermiculit, Perlit und Obsidian. Diese Materialien dehnen sich Warmhalteplatte beim Gebrauch aus, wodurch der Teil der heißen Oberfläche ausgefüllt wird, der zwischen der Warmhalteplatte und der Wandung der Form bestehen bleibt. Außerdem wird dadurch die Kontraktion der Warmhalteplatte, die beim Abbrennen der Holzkohle verursacht wird, auskompensiert. Mehr als 5OJ feuerfestes Material verringern die Brenneigenschaften, während weniger als 20$ eine unzureichende Ausdehnung ergeben. Für den Fall, daß eine hohe Warmfestigkeit der Warmhalteplatte erforderlich ist, kann ein Teil des feuerfesten Materials, das sich beim Erwärmen ausdehnt, durch ein nicht ausdehnbares feuerfestes Material ersetzt werden. Beispiele für nicht ausdehnbare feuerfeste Materialien sind saure feuerfeste Materialien, wie z.B. Kieselsäuresand, Quarzsand, Siliziumdioxydpulver, Diatomeenerde, Schiefer und Perlit; neutrale feuerfeste Materialien, wie z.B. Graphit, Koks, Aluminiumoxyd, Kaolin und Chamotte; und

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basische feuerfeste Materialien, wie z.B. Dolomit, Magnesit, kalzinierter Dolomit, Magnesia, Olivinsand und Forsterit. Bei der Herstellung der Warmhalteplatte wird ein Bindemittel verwendet. Es können sowohl organische als auch anorganische Bindemittel verwendet werden. Organische Bindemittel werden Jedoch unabhängig von der Größe des Formstücks, bevorzugt. Beispiele für organische Bindemittel sind Harze, Stärken und Leime. Es ist außerdem möglich, das sich ausdehnende Material nicht gleichförmig einzumischen, sondern bevorzugt im Randteil anzuordnen.

Um eine Abkühlung beim Auflegen der Warmhalteplatte zu vermeiden, wird zur Beschleunigung der Zündung der Warmhalteplatte eine Zündschicht vorgesehen, so daß eine unmittelbare Zündung stattfindet, wenn die Warmhalteplatte mit dem geschmolzenen Stahl in Berührung kommt. Wenn die Zündung der Warmhalteplatte verzögert wird, so kann sich verfestigtes Material bilden, das zum Boden sinkt und einen Kristallbrei bildet. Da es unmöglich ist, das abgesessene verfestigte Material wieder zu schmelzen, wird eine solche Zündschicht vorgesehen, um die Verfestigung zu vermeiden.

Als exothermes Material kann hierfür ein leicht oxydierbares Metall, wie z.B. Aluminium, Silizium oder Magnesium, vorgesehen werden. Solche Materialien erzeugen kein Gas und sind rasch zündbar,.so daß ein rasches Abbrennen stattfindet. Als Sauerstoff abgebende Materialien kann man Eisenoxyd, Magnesiumoxyd, Alkalinitrat, Alkalichlorat oder Alkaliperchlorat vorsehen. Schließlich kann man auch saure, neutrale oder basische feuerfeste Materialien als Füllmaterialien einverleiben.

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Es ist möglich, entweder pulverförmige oder faserige Materialien zu verwenden. Um ein Abbrennen mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit zu erzielen, kann man ein Fluorid, wie z.B. Natriumfluorid.oder Cryolit, als Brennmodifiziermittel zusetzen. Manchmal kann es auch günstig sein, Auflockerungsmittel zuzusetzen, wie z.B. organische Fasern, Holzpulver, Sägemehl, Holzschnitzel, Abfallpapier, Pulpe und Kohlepulver. Solche Materialien ergeben eine gewisse Porosität. Als Bindemittel für die exotherme Zusammensetzung kann man Harze, Wasserglas, Zemente, Tone u.dgl. verwenden. Da der Zweck der Schicht aus der exothermen Zusammensetzung darin liegt, eine rasche Zündung zu erzielen, wird die Menge des leicht oxydierbaren Materials auf 10 bis 3®% festgesetzt. Die Teilchengröße sollte zur Erzielung einer ausreichenden Zündung derjenigen eines feinen Pulvers mit einer Teilchengröße von weniger als 0,5 mm entsprechen, um eine große Oberfläche zu schaffen. Bei einer Menge von weniger als 10ί kann das Metall keine ausreichende Zündgeschwindigkeit verleihen. Bei mehr als 30% wird kein zusätzlicher Effekt erhalten.

Die Dicke der Schicht der exothermen Zusammensetzung kann verschieden sein. Wenn sie jedoch dünner als 5 mm ist, dann ist die Zündkraft gegenüber Holzkohle gering.

Das plattenartige Warmhaltematerial, das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, muß rasch Wärme abgeben und einen hohen Wärmewert aufweisen, da das Material einen Erhitzungseffekt haben soll. Die maximale Temperatur sollte innerhalb ¹I min nach der Berührung mit der heißen Schmelze erreicht werden. Wenn die Maximaltemperatur nicht innerhalb 4 min erreicht wird, besteht

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eine Gefahr, daß sich verfestigtes Material bildet. Es sollten mehr als 2 kg Warmhalteplatte je Tonne geschmolzener Stahl verwendet werden, damit vom Kopfteil ausgehend kein absteigender Materialfluß entsteht.

Die absolut abgegebene Wärmemenge der Warmhalteplatte, die zur Verhinderung der Bildung eines Kristallbreis erforderlich ist, beträgt mindestens 4000 Kcal je Tonne geschmolzenem Stahl. Bei einer Warmhalteplatte, die 30% Holzkohle enthält, ergeben 2 kg der Platte die nötige Wärmemenge.

Das plattenartige Formstück, das beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, wird in der Weise hergestellt, daß die einzelnen Komponenten zunächst unter Zusatz von Wasser in eine Aufschlämmung gemischt werden, die Aufschlämmung dann in eine Form gegossen wird, der Wassergehalt durch Filtration unter Absaugen oder durch ein anderes Verfahren verringert wird, eine in der gleichen Weise hergestellte Aufschlämmung aus der exothermen Zusammensetzung auf die erste Schicht aufgebracht wird und anschließend das aus den beiden Schichten bestehende Formstück aus der Form entnommen, erhitzt, getrocknet und gehärtet wird.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert.

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BEISPIEL

1. Zusammensetzung der Holzkohle enthaltenden Schicht

Gemisch I

Gemisch II

zerkleinerte Holzkohle Vermiculitpulver Kokspulver
Phenolharz

60 Gew.-?

20 Gew.-?

17 Gew.-?

3 Gew.-?

30 Gew.-? 50 Gew.-?

20 Gew.-?

2. Zündschicht

Gemisch I

Gemisch II

Aluminiumpulver Magnesiumpulver Eisen(III)-oxid Kaliumnitrat

Aluminiumrückstands· asche

Natriumfluorid Pulpe '
Phenolharz

10 Gew.-?

20 Gew.-?

8 Gew.-?

47 Gew.-?

3 Gew.-? 5 Gew.-? 7 Gew.-?

20 Gew.-? 10 Gew.-? 50 Gew.-?

5 Gew.-?

4 Gew.-? 2 Gew.-? 4 Ggw.-?

3· Aufbau des plattenartigen Formstücks

I. 40 mm dicke Schicht des Holzkohle enthaltenden Ge-

mischs II und 5 mm dicke Schicht des Zündgemischs I, II. 30 mm dicke Schicht des Holzkohle enthaltenden Gemischs I und 5 nun dicke Schicht des Zündgemischs II,

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Ί. Warmhaltemittel eines Vergleichsbeispiels:

Warmhaltepulver aus Thermit (auf Aluminiumbasis) mit einem Wärmewert von 1500 Kcal/kg.

Das plattenartige Formstück der Zusammensetzung (3) wurde unmittelbar nach dem Gießen auf drei Gußblöcke von 18 t gelegt, wobei gleichzeitig ein Vergleichsversuch mit dem unter (H) aufgeführten Mittel unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wurde. Bei allen drei Gußblöcken war der Kopfteil flach, konnten keine Lunker festgestellt werden und konnte überhaupt kein Mangel im Kopfteil gefunden werden. An sieben Stellen in einem Abstand von 6%, 10?, 14?, 18%, 22?, 26? und 30? vom Boden eines jeden Gußblocks (diese Zone entspricht der breiigen Zone) wurde ein Stahlstück aus dem mittleren Teil herausgeschnitten. Jedes Stahlstück wurde auf eine Dicke von 100 mm ausgewalzt, um ein Teststück herzustellen. Eine mikroskopische Untersuchung (400fache Vergrößerung) wurde an der Oberfläche eines jeden Teststücks durchgeführt, um die Anzahl der nicht-metallischen Einschlüsse in einem bestimmten Bereich festzustellen. In der folgenden Tabelle ist der Reinheitsgrad eines jeden Teststücks angegeben.

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Anzahl der nicht-metallischen Einschlüsse

cn ο co co co

Größe des Gußblocks	Test Nr.	Art des Warmhaltemittels und Gewicht	Höhe (Ϊ) vom Boden des Gußblocks	6	10	14	18	22	26	30
18 t	I II	erfindungsgemäß 40 kg e rf indungs gemäß 40 kg	22 23	22 20	20 18	16 18	13 16	12 13	13 16
10 t	I II	gemäß Vergleich 45 kg gemäß Vergleich 45 kg	53 60	70 90	92 114	71 73	49 66	Xr Xr VO O	34 42

cn co cn

Aus der obigen Tabelle geht klar hervor, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die nicht-metallischen Einschlüsse in der "breiigen Zone" im Vergleich znm herkömmlichen Verfahren um die Hälfte bis ein Drittel verringert werden können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Gußblöcken aus beruhigtem Stahl erhöhter Qualität durch Erzeugung eines gesunden Kopfteils und Verringerung der Konzentration der nichtmetallischen Einschlüsse im unteren Teil des Gußblocks, dadurch gekennzeichnet, daß man unmittelbar nach dem Gießen des geschmolzenen Stahls in eine Form auf die geschmolzenen Stahloberfläche ein plattenartiges Formstück aus einem Warmhaltematerial aufbringt, das aus einer Schicht aus zerkleinerten flachen Holzkohlestücken, einem durch Wärme expandierbaren feuerfesten Material und einem Bindemittel besteht, wobei sich

auf dieser Schicht eine weitere exotherme Schicht aus einem leicht entzündlichen Material befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als 2 kg des plattenartigen geformten Warmhaltematerials je Tonne geschmolzenem Stahl verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenartiges Formstück verwendet wird, das eine Brenntemperatur von mehr als l600°C innerhalb 4 min erreicht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Schicht aus 30 bis 77 Gew.-5t zerkleinerter flacher Holzkohle tei lchen mit 1 bis 10 mm Größe, 2U-5O Gew.-:i eines durch Erhitzen expandierbaren feuerfesten Materials

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und einem Binder besteht, wobei das durch Erhitzen expandierbare Material aus mit Säure behandeltem Graphit, Vermiculit, Obsidian, Perlit od. dgl. besteht.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus leicht entzündlichem Material aus 10 bis 30 Gew.-Ϊ eines der oxydierbaren Metalle Al, Mg und Si mit einer Teilchengröße von weniger als 0,5 mm, einem Sauerstoff abgebenden Mittel, einem Abbrennmodifiziermittel, einem Auflockerungsmittel und einem Binder besteht

Plattenartiges Formstück für die Verwendung bei einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine exotherme und wärmeisolierende Schicht aufweist, die aus 30 bis 77 Gew.-Jf zerkleinerter flacher Holzkohlestücke mit einer Größe von 1 bis 10 mm, 2ü bis 50 Gew.-% eines durch Erhitzen expandierbaren Materials, vorzugsweise durch Säure behandelter Graphit, Vermiculit, Obsidian, Perlit u.dgl., und einem Bindemittel besteht, wobei auf dieser Schicht eine Schicht au3 einem leicht entzündbaren Material vorliegt, die aus 10 bis 30 Gew.-i eines der oxydierbaren Metalle Al, Mg und Si mit einer Teilchengröße von weniger als ungefähr 0,5 mm, einem Sauerstoff abgebenden Mittel, einem Abbrennmodifiziermittel, einem Auflockerungsmittel und einem Binder besteht.

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