-
Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Grauguß Es ist bereits
bekannt, daß man durch Zusatz von Stahl- und Schmiedeeisenabfällen zur Isuppelofengattierung
den Kohlenstoff im Gußeisen bis zu einem gewissen Grade herunterdrücken kann. Es
ist auch bekannt, claß es bisher erhebliche Schwierigkeiten machte, aus dein mit
größeren Mengen kohlenstoffarmen Eisens erschmolzenen Material koren-, lunker- und
spannungsfreie sowie dünnwandige hochwertige Gußteile herzustellen.
-
Der Grund für diese Schwierigkeiten wurde wohl darin vermutet, daß
die Gattierung infolge des höheren Schmelzpunktes der kohlenstoffarmen Teile der
Gattierung nicht gründlich durchgeschmolzen und auch das Bad nicht gleichmäßig durchmischt
war. Außerdem entsprach die Erniedrigung des Kohlenstoffgehaltes meistens nicht
regelmäßig dem, was man mit Rücksicht auf das Verhältnis zwischen kohlenstoffarmem
und kohlenstoffreicherem Eisen hätte erwarten können. Ferner ging man nur sehr selten
über einen größeren Satz als 20 °j,, für die kohlenstoffarmen Zusätze (Stahl- und-'
Schmiedeeisen) Innaus; weit man eben die mit der Zusatzmenge dieser Stoffe wachsenden
Schwierigkeiten bei der Herstellung hochbeanspruchter. Gußstücke kannte und mit
Recht fürchtete.
-
Vor allen Dingen glaubte man, wegen des hohen Schmelzpunktes der Stahl-
und Schmiedeeisenzusätze einen erheblich größeren Wärmeaufwand als bisher nötig
zu haben. Man arbeitete daher darauf hin, möglichst auch größere Koksmengen mit
erhöhter Windmenge bzw. mit erhöhter Windpressung zu verbrennen, sobald man Stahl-
oder Schmiedeeisenzusätze in beträchtlicher -Höhe in den Kuppelofen einführte.
Damit würde aber teilweise das Gegenteil dessen erreicht, was erstrebenswert war.
Man erhielt nämlich nicht das erwünschte niedrige Maß an Kohlenstoff und gelangte
außerdem zu einer den größeren Koksmengen entsprechenden Erhöhung des Schwefelgehaltes
im Erzeugnis.
-
Selbst anerkannte Fachleute der Praxis und hochstehende Forscher der
allerletzten Jahre halten aus den angegebenen Gründen heute noch größere Zugaben
an Stahl- und Schmiedeeisenabfällen in den Kuppelofen sowohl für bedenklich für
die Gleichmäßigkeit der Eigenschaften des fertigen Gußstückes als auch für unzuverlässig
in bezug auf .die Treffsicherheit eines ganz bestimmten Kohlenstoffgehaltes.-Es
ist auch schon vorgeschlagen worden, kohlenstoffarmes Roheisen durch Herunterschmelzen
von großen Mengen von Stahl oder Schmiedeeisen im Kuppelofen herzustellen, jedoch
unter Verwendung außergewöhnlich hoher Koksmengen und entsprechend gesteigertem
Windverbrauch.
-
Gegenstand der Erfindung bildet nun ein neues Verfahren zur Herstellung
von hochwertigem Grauguß im Kuppelofen unter Zusatz von Schmiedeeisen- oder Stahlschrott
zur
Kuppelofengattierung. Das Erzeugnis ist ein Grauguß mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
(etwa von 3 °/o und darunter) und daher hohen Festigkeitseigenschaften. Das neue
Verfahren eignet sich insbesondere dazu, Gußstücke beliebiger Abmessungen und beliebiger
Wandstärken mit einheitlichem, über-@viegend perlitischem Gefüge und mit feinstverteiltem
Graphit herzustellen, ohne daß besondere Maßnahmen erforderlich sind, um beispielweise
eine nachträgliche Beeinflussung der Gefügebildung durch umständliche Anwärmung
der Formen oder Verzögerung der Abkühlungsgeschwindigkeit hervorzurufen, wie es
schon empfohlen worden ist.
-
Ferner läßt sich mittels des neuen Verfahrens auch in wirtschaftlicherer
Weise als bisher sogenanntes synthetisches Roheisen mit niedrigem, bestimmtem Kohlenstoffgehalt
beispielsweise aus Gußbruch, Stahl- und Schmiedeschrott im Kuppelofen ei=sclimelzen,
cris Iärm -in-iiekännter Weise weiterverarbeitet oder aber unmittelbar Schmelzen
anderer Zusammensetzung, beispielsweise anderen Kohlenstoffgehaltes, zugemischt
werden kann.
-
Das neue Verfahren besteht nun darin, daß die Kuppelofengattierung
aus wesentlichen Mengen kohlenstoffarmen Eisens der ausschließlicl#"äus l@ohlenstöffarmem
Eisen mit entsprechenden Zuschlägen Silicium, Mangan usw. besteht, und daß diese
Gattierung nur mit den für das Umschmelzen von Grauguß üblichen Koksmengen und der
dieser Koksmenge entsprechenden Windmenge geschmolzen wird. Hierdurch wird bezweckt,
eine heiße Schmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 2 bis 3 °/o zu erzeugen.
-
Ganz besonders wirtschaftlich gestaltet sich das neue Verfahren, wenn
man das kohlenstoffarme Eisen ganz oder zum größeren Teil in Form brikettierten
kleinstückigen Eisens, etwa in Form der bekannten Spänebrikette, verwendet.
-
Eine vorteilhafte Ausbildung .des neuen Verfahrens besteht darin,
daß man ohne Änderung der Gattierung lediglich durch Veränderung des Verhältnisses
von Windmenge bzw. Winddruck zur Brennstoffmenge die Höhe des Kohlenstoffgehaltes
im Erzeugnis während des Schmelzvorganges auf das jeweils erwünschte Maß einstellt.
-
Das Verfahren erbringt .durch verhältnismäßig einfache Maßnahmen ohne
bauliche Änderungen der üblichen Küppelofenbauarten zu gleicher Zeit folgende Vorteile:
i. Man kann einen bisher im Kuppelofen für gewöhnlich nicht erreichbaren niedrigen
Kohlenstoffgehalt erzielen.
-
2. Man kann während des Schmelzvorganges ohne Änderung der Gattierung
den Kohlenstoffgebalt innerhalb gewisser Grenzen regeln und auf einen ganz bestimmten
Wert einstellen.
-
3. Man kann ohne Bedenken den Stahlzusatz bis auf 5o °j" und mehr,
selbst bis zu i oo ?;o des Gesamteinsatzes steigern. wodurch wegen des billigeren
Marktpreises für Stahlabfälle eine erhebliche Verbilligung gegenüber jeder z. B.
bisher üblichen Zylindergattierung entsteht.
-
q.. Es ergibt sich eine beträchtliche Verbesserung der physikalischen
Eigenschaften der Erzeugnisse sowie auch eine größere Widerstandsfähigkeit gegen
chemische Einflüsse.
-
5. Die die Festigkeitseigenschaften nachteilig vermindernden Schwefel-
und Phosphorgehalte werden sehr niedrig gehalten.
-
6. Man kommt infolge der niedrig Bekohlten Gußerzeugnisse einer praktisch
brauchbaren Einheitsgattierung sehr nahe, bei der auf Grund des niedrigen Kohlenstoffgehaltes
Schwankungen im Siliciuingehalt von etwa z,5 bis 2,5 °(" ihre bisherige Bedeutung
für das Gefüge und die physikalischen Eigenschaften des Gußeisens sowie für .die
Gefügebildung für die verschiedensten Wandstärken verlieren. Beispielsweise kann
man nach dem neuen Verfahren planmäßig Gußstücke mit geringer und großer Wandstärke
gießen, ohne daß bei den verschiedenen Wandstärken Gefügeverschiedenheiten zu beobachten
wären, und zwar bei einem Kohlenstoffgehalt von etwa 2,6 bis 2,8 °,l0 im Gußstück
bei 2,5 bis 1,5 °/p Silicium..
-
Die Handhabung des neuen Verfahrens wird wesentlich erleichtert, wenn
man in die zum Kuppelofen führende Windleitung an geeigneter Stelle selbsttätige
Druckminder-bzw. Druckregelventile einbaut, die sich auf verschiedenen Winddruck
einstellen lassen. Man kann durch Änderung der Ventileinstellung den Kohlenstoffgehalt
des Gußeisens beeinflussen. Zweckmäßig wird man die Einrichtung so treffen, daß
man die Einstellung der Druckmin.der- bzw. -regele entile nach einer Einteilung
vornimmt, deren Einheiten bestimmten Kohlenstoffgehalten entsprechen.
-
Menge und Druck oder auch nur die Menge oder nur der Druck des den
Ofen durchstreichenden Windes können auch beispielsweise dadurch verändert oder
geregelt werden, daß man einen mit oberem Abschluß versehenen Ofen verwendet und
nun die Menge oder den Druck der abziehenden Gichtgase, z. B. durch Drosselung oder
Veränderung von Drosselwirkungen, regelt. Auch hierbei können selbsttätige Regelvorrichtungen
verwendet werden. Diese lassen sich auch so ausbilden und einrichten, daß sie in
Abhängigkeit von dem vor den Düsen
herrschenden Winddruck ein bestimmtes,
für das Verfahren günstigstes Gesamtwindgefälle im Ofen einstellen. Diese Maßnahmen
ermöglichen das Durchführen des neuen Verfahrens bei erhöhtem absolutem Winddruck
im Ofen selbst, aber mit den erforderlichen verringerten Windmengen bzw. dem erforderlichen
geringen Windgefälle. Zur Erläuterung des Verfahrens seien nachfolgend einige Ergebnisse
angeführt, die sich bei Versuchen und anschließend daran auch im laufenden Betriebe
ergeben haben.
-
Es wurde eine größere Anzahl von Versuchsreihen mit Sätzen folgender
Zusammenstellungen in einem gewöhnlichen Kuppelofen mit Vorherd niedergeschmolzen:
| Versuchsreihe A |
| Einsatz . . . . . . . . . . 50 % Stahl- und Schmiedeeisenabfälle
mit C = o,2 %, |
| 50'/() hochsiliciertes Roh- oder Brucheisen. |
| Kokssatz . . . . . . . . . 120/0 des Eiseneinsatzes. |
| Winddruck ....... 400 mm Wassersäule. |
| Badtemperatur .... Nicht gemessen. |
| Vergießfähigkeit und |
| Bearbeitbarkeit . . Es wurden alle möglichen lunkerfreien Maschinengußteile
schwacher und |
| starker Wandstärken mit Erfolg gegossen, die auch zu drehen,
hobeln, |
| bohren und zu fräsen waren. |
| Festigkeit einzeln |
| gegossener Stäbe. . Zerreißfestigkeit bis 29,o kg/qmm. |
| Biegefestigkeit - 54,7 - (unbearbeiteterStab3omm@, 6oommlg.): |
| - 6o,o - (bearbeiteter - 30 - 6oo - |
| Durchbiegung - 16,6 mm (unbearbeiteter - 30 - 6oo - - ), |
| - ig,o - (bearbeiteter - 36 - 72o - - ). |
| C-Gehalt der Guß- |
| stücke . . . . . . . . . . 2,6 bis 2,8 °/o. |
| Versuchsreihe B |
| Einsatz . . . . . . . . . . ioo °/o Stahl- und Schmiedeeisenabfälle
mit C = o,2 '1110 |
| -1- 30 Stück E. K.-Formlinge mit Si = 3 °/o. |
| Kokssatz . . . . . . . . . i2 °/o des Einsatzes. |
| Winddruck ....... 400 mm Wassersäule. |
| Badtemperatur .... 148o° C. |
| Vergießfähigkeit und |
| Bearbeitbarkeit . . Es wurden alle möglichen lunkerfreien Maschinengußteile
schwacher und |
| starker Wandstärken mit Erfolg gegossen, die auch zu drehen,
hobeln, |
| bohren und zu fräsen waren. |
| Festigkeit . .. . .... I. Einzeln gegossene Stäbe |
| Zerreißfestigkeit bis 41,6 kg/qmm. ' |
| Biegefestigkeit - 62,5 - (unbearbeiteter Stab 3ommcf), 6oommLg.), |
| - 7o,6 - (bearbeiteter - 30 - 6oo - - ), |
| - 74,o - (bearbeiteter - 15 - ( , 300 - - ). |
| Durchbiegung - 15,0 mm (unbearbeiteter - 30 - @, 6oo - - ), |
| - 20,0 - (bearbeiteter - 36 720 - - ). ' |
| IL Aus der Mitte dickwandiger Gußstücke herausgearbeitete Stäbe |
| Zerreißfestigkeit a) bis 23,5 kg/qmm (Stab von 2o mm
# aus Knüppel von |
| =2o mm # herausgearbeitet). |
| (Das bisherige gute Zylindereisen hat diese Festigkeit an i |
| einzeln gegossenen Stäben.) |
| b) bis 38,5 kg; qmm (Stab von 15 mm @ aus Stab von |
| 42 mm @ herausgearbeitet). |
| Brinellhärte ....... im Durchschnitt 241 bis 255. |
| i |
| C-Gehalt der Guß- |
| stücke . . . . . . . . . . 2,5 bis 2,75 °/o# |
Wie sich aus den obigen Versuchen ergibt, ist es nach der Erfindung
also möglich, im Kuppelofen der üblichen Bauart mit einer verhältnismäßig geringen
Koksmenge und einem verhältnismäßig geringen Winddruck bis zu roo °/a Stahl unter
Verwendung entsprechender Zuschläge an Silicium und Mangan in geeigneten Legierungen
niederzuschmelzen und unmittelbar zu höchstwertigen Gußstücken beliebiger Abmessungen
und beliebiger Wandstärke zu vergießen. Dabei haben die erzeugten Gußstücke außergewöhnlich
gute Festigkeitseigenschaften, sind gut durch Drehen, Schleifen, Bohren und Fräsen
und sogar durch Hämmern bearbeitbar. Die Steigerung der Festigkeitseigenschaften
durch die einfachen Maßnahmen der Erfindung erschließt dem Herstellen durch das
Kuppelofengußverfahren die verschiedensten ihm bisher verschlossenen Gebiete und
ist obendrein geeignet, dort, wo man bisher die Gußtechnik lediglich unter Berücksichtigung
ihres früheren Standes anwandte, zu wesentlich geringeren Wandstärken herunterzugehen.
Diese Tatsache im Zusammenhang mit der großen Einfachheit und Billigkeit des neuen
Verfahrens zum Herstellen hochwertiger Gußstücke zeigt die besondere wirtschaftliche
Bedeutung der Erfindung.
-
Erwähnt sei noch, daß die nach .dem neuen Verfahren hergestellten
Gußstücke infolge ihrer eigenartigen Gefügeausbildung eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit
gegen chemische Einflüsse aufweisen, sich daher namentlich zu Säure- und Laugenkesseln
und -behältern für die chemische Industrie eignen.
-
Das neue Verfahren bietet ferner noch die Möglichkeit, auch hochwertige
Spezial-Stahllegierungen zu Sondererzeugnissen im gewöhnlichen Kuppelofen zu verschmelzen.
-
Die Wirkung des neuen Verfahrens kann man sich folgendermaßen erklären:
Da bekanntlich ein Zusatz von so bis 15 °/o Stahl oder Schmiedeeisen zum
Roh- oder Brucheisen keine Erhöhung des Kokssatzes bedingt, muß die zum Schmelzen
von Stahl und Schmiedeeisen erforderliche Temperatur im Kuppelofen schon bei normalem
Kokssatz vorhanden sein, wie er gewöhnlich zum Schmelzen von Roh- und Brucheisen
ange-,vandt wird. Von dieser LTberlegung ausgehend, wurde erkannt, daß die bereits
erwähnten früheren Bestrebungen, die Verwendung auch größerer Stahlmengen im Kuppelofen
zwecks Erzeugung hochwertigster Gußstücke zu erzwingen, deshalb verfehlt waren,
weil sie mit außergewöhnlich hohen Koksmengen und in der Regel auch mit besonders
hohen Winddrucken arbeiteten. Durch diese außergewöhnliche Erhöhung der dem Verfahren
zugeführten Kohlenstoffmengewurde der Vorteil des geringen Kohlenstoffgehaltes der
Stahl- und Schmiedeeisenmengen in Frage gestellt. Die Erfindung läuft also gewissermaßen
darauf hinaus, die deni.S£bmelzvorgang zuzuführende Gesa lcohlenstoffmenge i1 er@°'°-aupf"
äüf# jede -nur # denkbare` Weise niedrigzuhäaten,_ wöbei immer noch eine zur-Aufl@öhlung
des Stahles und Schmiedeeisens zu gut Bußfähigem Gußeisen genügende Kohlenstoffrnenge
verbleibt. Gleichzeitig mag auch noch der Umstand eine Rolle spielen, daß sich bei
dem neuen Verfahren entsprechend seinen besonderen Betriebsbedingungen (Koksmenge,
Windmenge bzw. Winddruck usw.) eine ganz bestimmte, für die Verfahrenswirkung vorteilhafte
Schmelzzonenhöhe und -lage einstellen, die dann bei einer Regelung der Betriebsbedingungen
ebenfalls eine Beeinflussung erfahren. Daß die bisherigen Versuche, durch einfaches
geringes Erhöhen der Stahl- oder Schmiedeeisenzuschläge unter Verwendung größerer
Koksmengen nicht zu einem hochwertigen Gußerzeugnis führen konnten, lag wesentlich
gleichzeitig, außer in der zu starken Aufkohlung des niederschmelzenden Eisens und
Stahls, auch noch daran, daß beim Vorhandensein großer Roheisen- und Gußbruchmengen
im Kuppelofen diese bereits beim Erlangen ihrer verhältnismäßig niedrigen Schmelztemperatur,
ohne das Durchmachen eines teigigen Zustandes, auf schnellstem Wege in den unteren
Teil des Kuppelofens oder den Vorherd abfließen. Diese kommen daher gar nicht in
den Genuß der tatsächlich im Kuppelofen vorhandenen hohen Temperatur, die vielmehr
für diese verhältnismäßig großen Roh- und Brucheisenmassen überflüssigerweise erzeugt
wird. Es ist dabei obendrein noch zu beachten, daß diese verhältnismäßig großen
flüssigen Roheisenmassen natürlich auch die von ihnen durchströmten Teile des Ofens,
seines Inhaltes und etwa vorhandenen Vorherdes teils auf diese Temperatur erst anwärmen
müssen, also noch Wärme wieder verlieren, teils dort, wo sie heißere Zonen durchfließen,
temperaturmindernd wirken.
-
Anders verhält es sich mit den in den Kuppelofen aufgegebenen Stahl-
und Eisenzuschlägen. Diese werden bei der Schmelztemperatur des Roheisens noch nicht
flüssig, sondern kohlen sich bereits in rotglühendem Zustande auf und erreichen
dadurch einen niedriger liegenden Schmelzpunkt. Das auf diese Weise aus dem Stahl
im Ofen entstandene Gußeisen hat somit eine entsprechend höhere Temperatur als das
erstgenannte Gußeisen. Wendet man nun nur verhältnismäßig geringe Stahlmengen an,
so genügen diese kaum, um eine wesentliche Änderung des Kohlenstoffgehaltes des
erstniedergegangenen
Gußeisens zu bewirken; wendet man jedoch, und
hier setzt die Erfindung ein, wesentlich größere Stahlmengen an, indem man gleichzeitig
aber auch dafür sorgt, daß nur ein Minimum von Kohlenstoff überhaupt im Ofen vorhanden
ist, so ist die Ausnutzung der hohen Ofentemperatur natürlich am vollständigsten
und die Sicherheit der Erlangung eines niedrigen Kohlenstoffgehaltes des Erzeugnisses
entsprechend günstiger, am günstigsten natürlich dann, wenn die aufgegebenen Sätze
ioo °/o Stahl oder Schmiedeeisen. enthalten.