DE2527535B2 - Abdeckplate für Gußköpfe - Google Patents
Abdeckplate für GußköpfeInfo
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- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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- B22D27/06—Heating the top discard of ingots
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Description
Bei der Herstellung von Gußblöcken aus Stahl ist der Gußkopf 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 wärmeisolierendes
Material auf den Gußkopf aufzubringen, wodurch seine Verfestigung verzögert wird. Es ist nun bekannt,
daß durch dieses Warmhalten ein vom Gußkopf ausgehender Strom absinkender Kristalle gebildet wird,
was ein Dentritenwachstum und eine Ablagerung von nichtmetallischen Einschlüssen im unteren Teil des
Gußblocks nach sich zieht. Im unteren Teil des Gußblocks bildet sich dabei eine Zone aus Eisenkristallen
und geschmolzenem Stahl mit erhöhter Viskosität. Aus dieser breiigen Zone bildet sich ein Stahl minderer
Qualität.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist es bereits bekannt, auf den Gußkopf ein Pulver aufzubringen, das
nicht nur wärmeisolierend sondern auch wärmeerzeugend ist Hierdurch wird die Bildung von Kristallen im
Gußkopf verzögert so daß die Verfestigung des Gußkopfs vom Boden her erfolgt. Wenn jedoch ein
solches Pulver auf die Oberfläche von geschmolzenem Eisen aufgetreut wird, dann ist es schwierig, die richtige
Pulvermenge aufzubringen.
Man ist deshalb dazu übergegangen, das Abdeckmaterial in Form einer festen Abdeckplatte zu verwenden.
Das wärmeerzeugende Material ist dabei mit einem Bindemittel gemischt. Dadurch wird die Brenngeschwindigkeit
stark herabgesetzt Um die dadurch verursachten Schwierigkeiten zu beseitigen, ist es
insbesondere bei großen Stahlblöcken bekannt, die Abdeckplatte schichtenweise aufzubauen, wobei die
äußere Schicht wärmeisolierend und die innere Schicht wänaeerzeugend ist So ist aus der DE-OS 20 07 196
eine Abdeckplatte für Gußköpfe bekannt, bei der die wärmeisolierende Oberschicht ein Blähmittel und einen
Binder und die wärmeerzeugende Unterschicht ein
ίο oxidierbares Metall, ein sauerstoffabgebendes Mittel
und einen Binder enthält
Das Blähmittel ist ein Mineral, welches sich beim Erwärmen ausdehnt, so daß die Platte sich fesi an die
Innenseite der Form des Gußkopfs anlegt wodurch eine
ι s gute Wärmeisolierung zustande kommt
Neben den erwähnten Komponenten enthalten die einzelnen Schichten noch beträchtliche Mengen anderer
Materialien, wie z. B. organische faserartige Stoffe, poröse feuerfeste Materialien usw., so daß diese
bekannte Abdeckplatte verhältnismäßig kompliziert aufgebaut ist Außerdem ist ihr Warmhaltewert gering,
da in der äußeren Schicht keine größere Menge brennbares Material enthalten ist
Abdeckplatte für Gußköpfe zu schaffen, welche einen einfachen Aufbau aufweist und welche dazu in der Lage
ist einen Gußkopf lange Zeit warm zu halten, um vorzügliche Gußblöcke zu erzeugen, die nicht die
obenerwähnten Nachteile aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist also eine Abdeckplatte für Gußköpfe aus einer ein Blähmittel und einen Binder
enthaltenden, wärmeisolierenden Oberschicht und einer ein oxidierbares Metall, ein sauerstoffabgebendes Mittel
und einen Binder enthaltenden Unterschicht welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die zur Wärmeisolierung
und zur Wärmeerzeugung dienende Oberschicht aus 30 bis 77 Gew.-% zerkleinerter flacher Holzkohleteilchen
mit 1 bis 10 mm Größe, aus 20 bis 50 Gew.-% Blähmittel und im übrigen aus dem Binder besteht und
daß die zur Zündung dienende Unterschicht aus 10 bis 30 Gew.-% eines der oxidierbaren Metalle Al, Mg und Si
mit einer Teilchengröße von weniger als ungefähr 0,5 mm und im übrigen aus dem sauerstoffabgebenden
Mittel, dem Binder sowie einem Abbrennmodifiziermittel
und!einem Auflockerungsmittel besteht.
Die erfindungsgemäße Abdeckplatte 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. Wenn Hilzkohle zerkleinert wird, dann erhält man flache Teilchen, wobei die feinen Poren bestehen
bleiben. Wenn eine erfindungsgemäße Abdeckplatte auf der Oberseite von geschmolzenem Stahl schwimmt,
dann brennt sie an der Kontaktfläche heftig ab, und zwar wegen der großen Oberfläche, die aufgrund der
Porosität der Holzkohleteilchen vorliegt. Der größte Teil der durch das Brennen erhitzten Gase kann dabei
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 Holzkohlepulver in einer Platte verwendet wird, dann ist es schwierig, einen geeigneten
Zugang der heißen Gase zu gewährleisten, so daß die Wirkung verringert ist. Andere Kohlenstoffmaterialien,
wie z. B. Koks, Graphit und Anthrazit, besitzen eine schlechtere Porosität, Dichte und Brenngeschwindigkeit.
Es massen mehr als 30% Holzkohle vorhanden sein, um einen ausreichenden exothermen Effekt zu erzielen.
Bei weniger als 30% ist die Verbrennungswärme zu gering. Bei solchen 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 zn große Zwischenräume, wodurch die Warmhalteeigenschaften
gesenkt werden.
Gemäß der Erfindung werden 20 bis 50% Blähmittel zugesetzt, das sich beim Erwärmen ausdehnt Beispiele
für solche Materialien sind mit Säure behandelter Graphit, Vermiculit, Perlit und Obsidian. Diese Materialien
dehnen die Abdeckplatte 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 das
Schwinden der Abdeckplatte, das beim Abbrennen der Holzkohle verursacht wird, auskompensiert Mehr als
50% feuerfestes Material verschlechtern die Brenneigenschaften, während weniger als 20% eine unzureichende
Ausdehnung ergeben.
Es ist außerdem möglich, das Blähmittel nicht gleichförmig einzumischen, sondern bevorzugt im
Randteil anzuordnen.
Für den Fall, daß eine hohe Warmfestigkeit der Warmhalteplatte erforderlich ist, kann ein Teil des
Blähmittels durch ein nicht ausdehnbares feuerfestes Material ersetzt werden. Beispiele für nicht ausdehnbare
feuerfeste Materialien sind saure feuerfeste Materialien, wie z. B. Kieselsäuresand, Quarzsand, Siliziumdioxidpulver,
Diatomeenerde, Schiefer und Perlit; neutrale feuerfeste Materialien, wie z.B. Graphit, Koks,
Aluminiumoxid, Kaolin und Schamotte; und basische feuerfeste Materialien, wie z. 3. Dolomit, Magnesit
kalzinierter Dolomit, Magnesia, Olivinsand und Forsterit
Es können für die Oberschicht sowohl organische als auch anorganische Binder verwendet werden. Organische
Binder werden jedoch unabhängig von der Größe der Abdeckplatte bevorzugt. Beispiele für organische
Binder sind Harze, Stärken und Leime.
Um eine Abkühlung beim Auflegen der Warmhalteplatte zu vermeiden, wird zur Beschleunigung der
Zündung der Abdeckplatte eine Zündschicht vorgesehen, so daß eine unmittelbare Zündung stattfindet wenn
die Abdeckplatte 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
Als exothermes Material dient hierfür eines der leicht oxidierbaren Metalle Aluminium, Silizium oder Magnesium.
Diese Metalle erzeugen kein Gas und sind rasch zündbar, so daß ein rasches Abbrennen stattfindet
Als sauerstoffabgebendes Material kann man z. B. Eisenoxid, Magnesiumoxid, Alkalinitrat, Alkalichlorat
oder Alkaliperchlorat verwenden. Man kann auch zusätzlich saure, neutrale oder basische, pulver- oder
faserförmige feuerfeste Materialien als Füllmaterialien einverleiben.
schwindigkeit zu erzielen, wird ein Abbrennmodifiziermittel
zugesetzt wie z. B. Fluorid (Natriumfluorid) oder Cryolit
Als Auflockerungsmittel kann man z. B. organische Fasern, Holzpulver, Sägemehl, Holzschnitzel, Abfallpapier, Pulpe und Kohlepulver verwenden- Diese Materialien ergeben eine gewisse Porosität
Als Auflockerungsmittel kann man z. B. organische Fasern, Holzpulver, Sägemehl, Holzschnitzel, Abfallpapier, Pulpe und Kohlepulver verwenden- Diese Materialien ergeben eine gewisse Porosität
Als Binder für die Unterschicht kann man z. B. Harze,
Wasserglas, Zemente oder Tone verwenden.
Da der Zweck der Schicht aus der exothermen Zusammensetzung darin liegt, eine rasche Zündung zu
erzielen, wird die Menge des oxidierbaren Materials auf
10 bis 30% festgesetzt. Die Teilchengröße sollte zur Erzielung einer ausreichenden raschen Zündung weniger
als 0,5 mm betragen, um eine große Oberfläche zu schaffen. Bei einer Menge von weniger als 10% kann
das Metall keine ausi eichende Zündgeschwindigkeit verleihen. Bei mehr als 30% wird kein zusätzlicher
Effekt erhalten.
Die Dicke der Zündschicht kann verschieden sein. Wenn sie jedoch dünner als 5 mm ist, dann ist die
Zündkraft gegenüber Holzkohle gering.
Die erfindungsgemäße Abdeckplatte muß rasch Wärme erzeugen und einen hohen Wärmewert
aufweisen. Die maximale Temperatur sollte innerhalb 4 min nach der Berührung mit der heißen Schmelze
erreicht werden. Wenn die Maximaltemperatur nicht innerhalb 4 min erreicht wird, besteht eine Gefahr, daß
sich verfestigtes Material bildet Es sollten mehr als 2 kg Abdeckplatte je Tonne geschmolzener Stahl verwendet
werden, damit vom Gußkopf keine Kristallbildung ausgeht
Die absolut abgegebene Wärmemenge der Abdeckplatte, die zur Verhinderung der Bildung eines
)■) Kristallbreis erforderlich ist beträgt mindestens
4000 Kcal je Tonne geschmolzenem Stahl. Bei einer
der Platte die nötige Wärmemenge.
die einzelnen Komponenten einer Schicht zunächst unter Zusntz 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 anderen Zusammensetzung auf die erste Schicht aufgebracht wird und anschließend das
aus den beiden Schichten bestehende Formstück aus der Form entnommen, erhitzt getrocknet und gehärtet
so wird.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert
(1) Zusammensetzung der
Holzkohle enthaltenden
Schicht
Holzkohle enthaltenden
Schicht
Gemisch 1 Gemisch II (Gew.-%) (Gew.-%)
(2) Zündschicht
Gemisch I
(Gew.-%)
(Gew.-%)
Gemisch II (Gew.-%)
Aluminiumpulver | 10 | 20 |
Magnesiumpulver | - | 10 |
Eisen(ÜI)-oxid | 20 | 50 |
Kaliumnitrat | 8 | 5 |
Aluminiumrückstands- | 47 | 5 |
,ische | ||
Natriumfluorid | 3 | 4 |
Pulpe | 5 | 2 |
Phenolharz | 7 | 4 |
Aufbau des plattenartigen Formstücks
1. 40 mm dicke Schicht des Holzkohle enthaltenden Gemischs II und 5 mm dicke Schicht des
Zündgemisches I.
II. 30 mm dicke Schicht des Holzkohle enthaltenden Gemisches I und 5 mm dicke Schicht des
Zündgemischs II.
(4) Wannhaltemittel eines Vergleichsbeispiels:
Warmhaltepulver aus Thermit (auf Aluminiumbasis) mit einem Wärmewert vcn 1500 Kcal/kg.
Die Abdeckplatte mit unter (3) genannten Aufbau wurde unmittelbar nach dem Gießen an drei Gußblöcke
von 18 t gelegt, wobei gleichzeitig ein Vergleichsversuch mit dem unter (4) aufgeführten Mittel unter den
gleichen Bedingungen durchgeführt wurde. Bei allen drei Gußblöcken konnten keine Lunker festgestellt
werden und konnte überhaupt kein Mangel im Gußkopf 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 Stahistück 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 Oberfläehe
eines jeden Teststücks durchgeführt, um die Anzahl der nichtmetallischen Einschlüsse in einem bestimmten
Bereich festzustellen. In der folgenden Tabelle ist der Reinheitsgrad eines jeden Teststücks angegeben.
Anzahl der nicht-metallischen Einschlüsse
Größe des Test Nr. Art der Abdeckung Anzahl der Einschlüsse in der Höhe (%) vom Boden des Gußblocks
Gußblocks und Gewicht
6% 10% 14% 18% 22% 26% 30%
I | erfindungsgemäß | 22 | 22 |
40 kg | |||
II | erfindungsgemäß | 23 | 20 |
40 kg | |||
I | gemäß Vergleich | 53 | 70 |
45 kg | |||
II | gemäß Vergleich | 60 | 90 |
45 kg |
20
18
92
16
18
71
114 73
12
13
40
49
Aus der obigen Tabelle geht klar hervor, daß beim Verfahren mit erfindungsgemäßen Abdeckplatten die
nichtmetallischen Einschlüsse im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren um die Hälfte bis ein Drittel
verringert werden können.
Claims (3)
1. Abdeckplatte 'für Gußköpfe aus einer ein
Blähmittel und einer Binder enthaltenden, Wärmeisolierenden Oberschicht und einer ein oxidierbares
Metall, ein sauerstoffabgebendes Mittel und einen Binder enthaltenden Unterschicht, dadurch gekennzeichnet,
daß die zur Wärmeisolierung und zur Wärmeerzeugung dienende Oberschicht aus 30 bis 77 Gew.-% zerkleinerter flacher Hoizkohleteilchen
mit 1 bis 10 mm Größe, aus 20 bis 50 Gew.-% Blähmittel und im übrigen aus dem Binder
besteht, und daß die zur Zündung dienende Unterschicht aus 10 bis 30 Gew.-% eines der
oxidierbaren Metalle Al, Mg und Si mit einer Teilchengröße von weniger als ungefähr 03 mm und
im übrigen aus dem sauerstoffabgebenden Mittel, dem Binder sowie einem Abbrennmodifiziermittel
und einem Auflockerungsmittel besteht.
2. Abdeckplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blähmittel aus mit Säure
behandeltem Graphit, Vermiculit, Obsidian oder
Perlit besteht
3. Abdeckplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Blähmittels durch
ein nichtblähendes feuerfestes Material ersetzt ist.
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