DE2527535A1 - Verfahren zur herstellung von gussbloecken aus beruhigtem stahl - Google Patents
Verfahren zur herstellung von gussbloecken aus beruhigtem stahlInfo
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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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1. Zusammensetzung der Holzkohle enthaltenden Schicht
Gemisch I
Gemisch II
zerkleinerte Holzkohle Vermiculitpulver Kokspulver
Phenolharz
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
Phenolharz
10 Gew.-?
20 Gew.-?
8 Gew.-?
47 Gew.-?
3 Gew.-? 5 Gew.-? 7 Gew.-?
20 Gew.-? 10 Gew.-? 50 Gew.-?
5 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.
50988 3/0700
Claims (4)
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
(j Ί :a 3 ! / 0 7 0 0
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.
5 0 9 8 8 3 / 0 7 0 0
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