DE2539198A1

DE2539198A1 - Verfahren zum blockgiessen

Info

Publication number: DE2539198A1
Application number: DE19752539198
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Asahara
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1974-09-04
Filing date: 1975-09-03
Publication date: 1976-03-18
Also published as: SE7509794L; FR2283744A1; NL172519C; JPS5128529A; CA1058379A; US4036282A; ATA684175A; NL172519B; AU8450875A; NL7510457A; FR2283744B1; IT1047960B; GB1475613A; AT342797B; DE2539198B2; JPS534050B2; BE833081A; DE2539198C3; BR7505649A; SE419297B

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT₁ DIPLOMCHEMIKER

5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 1. September 1975 162

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

Verfahren zum Blockgiessen

Die Erfindung betrifft das Giessen geschmolzener Metalle zu Blöcken oder Barren. Das Verfahren kann vorteilhaft beim Guss verschiedener Metalle verwendet werden; vorzugsweise wird es jedoch beim Giessen von Gussstahlblöcken benutzt. Daher ist die folgende Beschreibung hauptsächlich hierauf gerichtet.

Kokillen können mit geschmolzenem Metall entweder durch Einfüllen des Metalls durch den Kokillenkopf oder von unten her gefüllt werden. Die Erfindung betrifft das letztere Giessverfahren, den sogenannten Gespannguss.

Wenn geschmolzener Stahl durch Gespanngiessen in eine Kokille gefüllt wird, besteht die Gefahr für die Oberfläche des geschmolzenen Metalls ,in Berührung mit der Luft zu oxydieren und eine Oxydschicht zu bilden. Zusätzlich neigt der Gussblock während des Erstarrens dazu, mit den Kokillenwänden zu verschweissen und daher kann das nachfolgende Strippen, wenn es nicht ganz unmöglich gemacht wird, Schäden an den Kokillenwänden und/oder Fehler in der Gussblockoberfläche hervorrufen.

Um die Oxydation zu verhindern und die Blockoberfläche zu verbessern, können während des Gusses der Oberfläche des geschmolzenen Metalls Zusätze zugegeben werden. Beispiele

609812/0729

für solche bereits benutzten Gusszusätze sind Flussmittel, wie Flugasche, Natriumcarbonat, Hochofenschlacke, Wollastonit, Flussspat und Kryolith und zusätzlich Koks, Holzkohle und Ruß. Bis jetzt wurden diese Gusszusätze im allgemeinen in Form von in Papiersäcken verpackten Pulvern verwendet, die an einem Draht in den unteren Teil der Kokille gehängt wurden oder auf den Boden der Kokille gelegt wurden. Dies hat jedoch den Nachteil, daß nach der Zersetzung der Papiersäcke durch die Wärme des geschmolzenen Stahls Teilchen des Gusszusatzes in dem geschmolzenen Stahl eingeschlossen werden können und die erhaltenen Gussblöcke nicht-metallische Einschlüsse besitzen können. Zusätzlich können pulverförmige Materialien wegen ihrer großen Feinheit reichlichen Staub verursachen und so den Arbeitsplatz verschmutzen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, war vorgeschlagen worden, den Gusszusätzen fasriges Material und Bindemittel zuzusetzen und sie in Plattenform zu verwenden. Beispielsweise wird in der GB-PS 1 298 831 ein Verfahren zur Herstellung eines Kokillenblocks beschrieben, bei dem eine gebundene Matte, die fasriges Isoliermaterial und mindestens Natriumcarbonat und/oder Flugasche enthält, verwendet. Ferner wird in der JA-PS 16 332/74 ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Platte mit einem dickeren Mittelteil auf den Kokillenboden gelegt wird. Die Platte ist ein Gemisch aus organischem Fasermaterial, Flugasche, carbonathaltigem Material, Fluorid, Nitrat und einem wärmehärtenden Harz in bestimmten Anteilen.

Durch die Verwendung von Gusszusätzen in Plattenform kann der Einschluss von Teilchen des Gusszusatzes in dem geschmolzenem Stahl und Staubbildung vermieden werden. Beim

609812/0729

Gespannguss steigt jedoch der geschmolzene Stahl vom Kokillenboden auf, so daß der mittlere Teil der Platte schnell schmilzt. Hierdurch kann ein Loch in der Plattenmitte entstehen oder die Platte sogar zerbrechen. Wenn die Platte ein Loch hat oder zerbrochen ist, kann der geschmolzene Stahl im Kontakt mit der Luft oxydiert werden, so daß das Ziel, die Oxydation zu vermeiden, nicht erreicht wird. Diese zusätzliche Schwierigkeit wird selbst durch Vergrößern der Dicke der Plattenmitte, wie es in der JA-PS 16 332/74 beschrieben wird, nicht vollständig gelöst.

Ferner können zur Vermeidung von Lunkerbildung beim Erstarren des geschmolzenen Stahls in der Kokille Antilunkermittel auf die Oberfläche des geschmolzenen Stahls gegeben werden. Auch Antxlunkermittel können in Plattenform verwendet werden, um die Rauch- und Staubbildung zu vermeiden. Die Antxlunkermittel in Plattenform können nach dem Giessen zugegeben werden, aber insbesondere beim Gespannguss ist es vorteilhaft, die Antxlunkerplatte vor dem Giessen im Oberteil der Kokille anzubringen.

Daher wurden im allgemeinen Gusszusätze und Antxlunkermittel getrennt, im unteren bzw. im oberen Teil der Kokille angebracht. Daher konnte das Anbringen schwierig sein.

Ein Verfahren zum Anbringen eines kombinierten Körpers aus geformten Antilunkermitteln und Gusszusätzen in Kokillen wird in der BE-PS 64o 84o beschrieben. Bei diesem Verfahren enthält der untere Teil des Körpers Flugasche oder Schlacke und der obere Teil stark exothermes Material. Wegen der zylindrischen Form des beschriebenen Körpers ist es jedoch schwierig, die Oberfläche des geschmolzenen Stahls völlig zu bedecken. Daher ist das beschriebene Verfahren für die Anwendung beim Gespanngiessen nicht geeignet.

609812/0729

Aus der Diskussion des Standes der Technik ist zu ersehen, daß ein Bedürfnis für ein Verfahren vorliegt, bei dem es möglich ist, die Oxydation der Oberfläche des geschmolzenen Stahls unter Verwendung einer Mehrschichtenplatte, die einen Gusszusatz und Antilunkermaterial enthält und in der Kokille getrennt angebracht ist, zu vermeiden und das Anbringen in der Kokille zu vereinfachen. Bei Verwendung eines Gusszusatzes und eines Antilunkermittels in Form einer mehrschichtigen Platte ist es durch die Verwendung einer oberen Antilunkerschicht bis zu einem gewissen Grade möglich, den Kontakt zwischen der Oberfläche des geschmolzenen Stahls und der Luft zu vermeiden, selbst wenn die Platte mit dem Gusszusatz ein Loch bekommt oder zerbricht. Wenn jedoch die vorgeformte Antilunkerverbindung lediglich auf dem vorgeformten Gusszusatz aufgebracht wird, wie oben erwähnt; kann der Gusszusatz in der Mitte früher als außen schmelzen und das Antilunkermaterial in einem zu frühen Zeitpunkt beim Giessen entzündet werden _t wodurch ein ausreichender Effekt der Wärmezuführung nicht erreicht wird. Daher ist es notwendig, die Entzündungszeit so zu regeln, daß das Antilunkermittel im richtigen Zeitpunkt entflammt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die genaue Einstellung des Entflammzeitpunkts für das Antilunkermittel, indem zwischen dem Gusszusatz und dem Antilunkermittel eine Schicht aus feuerfestem Material vorgesehen wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung eines Gussblocks aus geschmolzenem Metall durch Gespanngiessen des geschmolzenen Metalls in eine Kokille, in der vor Beginn des Giessens eine mehrschichtige Platte

609812/0729

angebracht ist, die eine erste Schicht besitzt, die eine vorgeformte Tafel ist und ein Antilunkermittel mit einem exothermen Material enthält, und eine an die erste Schicht anschließende zweite Schicht, die eine vorgeformte Tafel mit einem Fließmittel, einem fasrigen Material und einem Binder ist, wobei die zweite Schicht einen zentralen Hohlraum besitzt, der mit einer vorgeformten feuerfesten Tafel gefüllt ist, die ein schwer schmelzbares Material, ein Fasermaterial und einen Binder enthält, wobei die Tafeln so angebracht werden, daß die feuerfeste Tafel in der Platte eingeschlossen ist und die Platte in der Kokille mit der ersten Schicht nach oben angeordnet wird.

Die erste Schicht der Mehrschichtenplatte gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein übliches der wohlbekannten Antilunkermittel enthalten. Beispielsweise kann die erste Schicht eine Tafel aus einem Gemisch eines leicht oxydierbaren Metalls, wie Aluminium oder Calcium, eines feuerfesten Materials, eines fasrigen Materials, eines Binders und gegebenenfalls eines Oxydiermittels hergestellt sein.

Typische Zusammensetzungen von Antilunkermitteln werden entweder als Pulver oder in bestimmter Form vorgeformt geliefert. Da jedoch im allgemeinen die geformten Antilunkermittel gegenüber den pulverförmigen schlechtere Wärmeisoliereigenschaften besitzen, enthalten die geformten Antilunkermittelgemische zur Verbesserung der Wärmeisolierung nach dem Verbrennen vorzugsweise Zusätze, die ihre Ausdehnung während des Verbrennens ermöglichen und porös werden. Für diese Zwecke ist es erwünscht, ein in der Hitze expandierendes Material zuzusetzen, wie z.B. Vermiculit, Perlit, Obsidian oder säurebehandelten expandierbaren Graphit. Unter diesen ist der säurebehandelte Graphit am stärksten bevorzugt.

609812/0729

Eine Rezeptur für ein Antilunkermittel, das solchen säurebehandelten ausdehnbaren Graphit enthält, ist beispielsweise in der JA-OS 16627/74 beschrieben.

Die zweite Schicht der erfindungsgemäß verwendeten mehrschichtigen Platte besteht aus einem Mittel, das ein Flussmittel, ein Fasermaterial und einen Binder enthält. Für diesen Zweck geeignete Flussmittel sind beispielsweise Flugasche, Natriumcarbonat, Hochofenschlacke, Wollastonit, Kryolith, Flussspat und Gemische hieraus. Geeignetes Fasermaterial ist z.B. organisches oder anorganisches Fasermaterial, wie Papiermasse, Asbest und Schlackenwolle, allein oder gemeinsam verwendet. Geeignete Binder sind z.B. Phenolformaldehyd-Harze, Stärken, Tone und kolloidale Kieselsäuresole, entweder allein oder im Gemisch. Zusätzlich können in die zweite Schicht Materialien, die sich in der Hitze ausdehnen, wie beispielsweise Vermiculit, Perlit, Obsidian und säurebehandelter Graphit, eingearbeitet werden. Der Zusatz dieser Materialien kann erwünscht sein, weil dann die Schicht aus Gusszusatz sich vergrößern kann und eine gute wärmeisolierende Schicht ergibt.

Zusätzlich enthält die Mehrschichtenplatte ein hitzebeständiges wärmeisolierendes Material im zentralen Hohlraum der zweiten Schicht auf der Seite, die nicht direkt mit dem geschmolzenen Material in Berührung ist, und diese enthält ein hitzebeständiges Material, ein Fasermaterial und einen Binder. Für diesen Zweck geeignete wärmebeständige Stoffe sind SiO₂~Sand, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Schamotte und Gemische daraus. Geeignetes Fasermaterial sind beispielsweise organische und/oder anorganische Fasern wie Papiermasse, Asbest, Schlackenwolle und Gemische daraus.

609812/0729

— ν —

Geeignete Binder sind z.B. Phenol-Formaldehyd-Harze, Stärken, Tone, kolloidale Kieselsäuresole und Gemische daraus.

Wenn die erste Schicht der erfindungsgemäß verwendeten mehrschichtigen Platte unter Verwendung eines hitzebeständigen Materials, eines Fasermaterials und/oder eines Binders hergestellt wurde, können diese dieselben sein, wie die oben für die zweite Schicht der mehrschichtigen Platte und/oder der vorgeformten hitzebeständigen Tafel beschriebenen Materialien.

Die oben beschriebenen drei Sorten von Tafeln oder Platten, die die erfindungsgemäß verwendeten mehrschichtigen Platten bilden, können einzeln hergestellt und dann miteinander verbunden werden. Zum Beispiel können sie mit einem Kleber zusammengeklebt werden, genagelt werden oder mit Draht zusammengebunden werden. Andererseits können sie aber auch als ein einziger Körper zusammen hergestellt werden.

Vorzugsweise ist die hitzebeständige Tafel in der Mehrschichtenplatte dünner als die zweite Plattenschieht. Davon abgesehen hängt die Dicke und die Größe der Platte von der Größe des zu giessenden Gussblocks, von der Giessgeschwindigkeit und anderen Verfahrenspararaetern ab, was dem Fachmann für Kokillenguss leicht verständlich ist.

In beispielhafter Form wird das erfindungsgemäße Verfahren nun anhand der folgenden Figuren erläutert, wobei Figur 1 in skizzenhafter Form einen Längsschnitt durch eine Kokille darstellt, in der das erfindungsgemäße Verfahren abläuft, und

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Mehrschichtenplatte, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, wobei Teile entfernt wurden.

60981 2/0729

In Figur 1 besitzt die Mehrschichtenplatte eine erste Schicht 1 eines Antilunkermaterials, eine zweite Schicht 2 aus einem Gusszusatz, der ein Flussmittel, ein Fasermaterial und einen Binder enthält, und eine hitzebeständige Tafel oder Platte 3 zwischen den beiden Schichten. Die Tafeln oder Platten der Schichten 1 und 2 und die hitzebeständige Tafel oder Platte 3 sind jeweils einzeln hergestellt worden, wobei die Platte der Schicht 2 mit einem Hohlraum in der Mitte auf ihrer Oberseite versehen wurde, in den die Tafel oder Platte 3 eingesetzt wird. Die Platte der Schicht 1 wird dann auf die Platte von Schicht 2 über den Hohlraum gelegt und die Platten mit Hilfe eines Klebstoffs zu einem einzigen Körper zusammengeklebt.

Beim Gebrauch wird diese Mehrschichtenplatte vor dem Giessen auf die Bodenplatte 6 der Gusskokille 5 gelegt, wobei die Schicht 2 nach unten gegenüber der Bodenplatte zu liegen kommt. Dann wird durch den Kanal 7 in der Bodenplatte geschmolzener Stahl 8 im Gespannguss eingeleitet. Die Schicht 2 schmilzt nach und nach und bildet eine Schicht 4 aus geschmolzenem Bedeckungsmaterial, das die Oberfläche des geschmolzenen Materials bedeckt und von der Luft abschließt. Wenn geschmolzener Stahl 8 gegossen wird, schmilzt der mittlere Teil der Schicht 2, auf den der Strom des geschmolzenen Stahls auftrifft, am schnellsten und wird dünner. Platte 3 in der Mitte der Oberseite von Schicht 2 schmilzt jedoch nicht unter dem Einfluss der Hitze des geschmolzenen Stahls. Daher ist selbst dann, wenn die Mitte der Schicht 2 schmilzt und eine öffnung bildet, die Oberfläche des geschmolzenen Stahls noch von der Schicht 1 und der Platte 3 bedeckt und nicht der Luft ausgesetzt. Ferner verhindern im Falle des Bruchs der Schicht 2 die Schicht 1 und die Platte 3 das Zerbrechen und vermeiden so jede nachfolgende Oxydation der Oberfläche des geschmolzenen Stahls.

609812/0729

Weiterhin kann unabhängig davon, ob der Mittelteil der Schicht 2 schnell schmilzt, die Platte 3 die Zündung der Schicht 1 verzögern, bis die Schicht 2 praktisch vollständig zerstört ist. Dementsprechend ist es durch geeignete Auswahl der Dicke und der Größe der Platte 3 möglich, die exotherme Reaktion der Schicht 1 so einzustellen, daß sie zu dem Zeitpunkt eintritt, wenn die Wärmezufuhr am stärksten benötigt wird.

Figur 2 zeigt eine Mehrschichtenplatte, die beim Giessen großer Brammenblöcke verwendet werden kann. Bei Verwendung einer solchen Brammenblockkokille muß die Mehrschichtenplatte auch groß und dementsprechend schwer sein. In diesem Fall kann eine Mehrschichtenplatte in Form eines einzigen Körpers bequem sowohl in der Herstellung als auch in der Handhabung sein. Es ist deshalb vorteilhaft, die Platte, wie in Figur 2 gezeigt, zu unterteilen.

Figur 1 zeigt den Umriss einer Mehrschichtenplatte, die in nach oben verjüngten Kokillen verwendet wird. Vorzugsweise sind die Abmessungen der Oberschicht 1 etwas geringer als die der Schicht 2, aber die Abmessungen der beiden Schichten können auch gleich sein. Falls sich nach unten verjüngende Kokillen verwendet werden, können die Verhältnisse zwischen den beiden Schichten umgekehrt werden.

609812/0729

Claims

- 1ο - Patentansprüche

1.j Verfahren zur Herstellung eines Gussblocks aus geschmolzenem Metall durch Gespanngiessen des geschmolzenen Metalls in einer Kokille, in der vor dem Guss eine Mehrschichtenplatte angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, die eine erste Schicht besitzt, die eine vorgeformte Tafel darstellt und ein Antilunkermaterial mit einem exothermen Material enthält und eine an die erste Schicht anschließende zweite Schicht, die eine vorgeformte Tafel mit einem Flussmittel, einem Fasermaterial und einem Binder ist, wobei die zweite Schicht mittig einen Hohlraum besitzt, der mit einer vorgeformten hitzebeständigen Tafel gefüllt ist, die hitzebeständiges Material, Fasermaterial und einen Binder enthält, wobei die Tafeln so angebracht sind, daß die hitzebeständige Tafel in der Platte eingeschlossen ist und Anbringen der Platte in der Kokille so, daß die erste Schicht die oberste ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, bei der die erste Schicht ein leicht oxydierbares Metall, ein hitzebeständiges Material, ein Oxydationsmittel, ein Fasermaterial und einen Binder enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, bei der das leicht oxydierbare Metall Aluminium oder Calcium ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, in der die

6 0 9812/0729

erste und/oder die zweite Schicht ein Material enthält, das sich in der Hitze ausdehnt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, in der das wärmeausdehnende Material Vermiculit, Perlit, Obsidian oder säurebehandelter Graphit ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, in der die zweite Schicht als Flussmittel Flugasche, Natriumcarbonat, Hochofenschlacke, Wollastonit, Kryolith, Flussspat oder ein Gemisch hiervon enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, in der die erste und/oder die zweite Schicht und/oder die vorgeformte hitzebeständige Tafel als Fasermaterial Papiermasse, Asbest, Schlackenwolle oder ein Gemisch hieraus enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, in der die erste und/oder zweite Schicht und/oder die vorgeformte hitzebeständige Tafel als Binder ein Phenol-Formaldehyd-Harz, eine Stärke, einen Ton, ein kolloidales Kieselsäuresol oder ein Gemisch hieraus enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, in der die erste Schicht und/oder die vorgeformte hitzebeständige Tafel als wärmebeständiges Material SiO₂~Sand, Al₃O₃, Magnesia, Schamott oder ein Gemisch hieraus enthält.

609812/0729

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, die Tafeln enthält, die getrennt hergestellt wurden und dann miteinander verbunden wurden.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, in der die Tafeln gemeinsam als zusammenhängender Körper hergestellt wurden.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, in der die hitzebeständige Tafel eine geringere Dicke besitzt als die Dicke der zweiten Schicht.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrschichtenplatte verwendet, die in mehrere Untereinheiten zerlegt ist, von denen jede mindestens die genannte erste und zweite Schicht enthält.

14. Mehrschichtenplatte zur Vemeidung der Lunkerbildung und der Oxydation beim Spanngiessen von Stahl in Kokillen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Schicht besitzt, die eine vorgeformte Tafel darstellt und ein Antilunkermaterial mit einem exothermen Material enthält und eine an die erste Schicht anschließende zweite Schicht, die eine vorgeformte Tafel mit einem Flussmittel, einem Fasermaterial und einem Binder ist, wobei die zweite Schicht mittig einen Hohlraum besitzt, der mit einer vorgeformten hintzebeständigen Tafel gefüllt ist, die hitzebeständiges Material, Fasermaterial und einen Binder enthält.

60 9812/0729

15. Mehrschichtenplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie in mehrere Spanneinheiten zerlegt ist, von denen jede mindestens die genannte erste und zweite Schicht enthält.

609812/0729

Leerseite