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Verfahren zum Herstellen von Gußblöcken aus unberuhigtem Stahl Bis
vor einigen Jahren wurde unberuhigter Stahl (Thomas-, Siemens-Martin-Elektrostahl)
in sogenannten offenen Kokillen (Fig. i) vergossen. Durch Untersuchungen der Eigenschaften
von Stahlblöcken wurde @ festgestellt, daß für den in der Kokille vergossenen Stahlblock
kennzeichnend eine breite, in ihrer Ausdehnung beeinflußbare, sehr saubere und weiche
Randzone ist, die einen plötzlichen Übergang zum geseigerten Kern zeigt. Ferner
ist eigentümlich für den Aufbau eines unberuhigt in offener Kokille vergossenen
Stahlblockes das Auftreten eines äußeren Randblasenkranzes in der sauberen Randzone
bis zu einer Höhe von etwa 35 bis 6o% vom Blockfuß aus, je nach den angewandten
Gießbedingungen. Fig. z zeigt schematisch den Aufbau eines in offener Kokille unberuhiggt
vergossenen Stahlblockes.
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Bei den genannten Untersuchungen blieb indessen der Einfluß der bei
dieser Gießart auf dem in der Kokille hochsteigenden Stahl entstehenden sogenannten
Lunkerschlacke außer acht. Diese Lunker- oder Oxydationsschlacke dringt bei der
weiteren Abkühlung bzw. Erstarrung bis zu einer nicht voraussehbaren Tiefe in den
Block ein, Wird
unberuhigter Stahl in offener Kokille vergossen,
dann vergeht ein Zeitraum von etwa 1/4 bis 1/2 Stunde, bis der Block mit einem gußeisernen
Deckel abgeschlossen werden kann und dann ruhig erstarrt.
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Derart hergestellte Stahlblöcke zeigen aber den Nachteil, daß die
Lunkerschlacke durch die beim Gießen auftretende Wirbelbewegung bis zu unberechenbaren
Tiefen in das Gießgut in der Kokille herabgerissen wird und teilweise im Stahl verbleibt
(Fig. a). Dieses führte zu schwerwiegenden Fehlern im Stahlblock und machte es außerdem
erforderlich, erheblich große, mit Lunkerschlacke durchsetzte Kopfschrottabschnitte
zu machen. Zur Beseitigung dieser Nachteile wurde eine Blockform entwickelt, die
als Flaschenhalskokille bekanntgeworden ist (Fig. 3). Das wesentliche Merkmal dieser
bekannten Kokille besteht darin, daß der obere Teil der Blockform in der Weite flaschenhalsähnlich
verengt ist. Nach Füllung der Kokille wird ein wassergekühlter Stahldeckel aufgesetzt.
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Diese bekannte Flaschenhalskokille zeigt gegenüber der offenen Kokille
den Vorteil, daß durch den verengten Querschnitt beim Gießen weniger Luft in die
Kokille mitgerissen wird und mit dem hochsteigenden Stahl in Berührung kommt.
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Ein anderer Fortschritt ist der, daß wegen der Verengung des oberen
Teiles der Kokille weniger an Schrott vom fertiggegossenen Block zu entfernen ist.
Auch findet in dem verengten Teil eine raschere Abkühlung des Stahles und der Lunkerschlacke
statt, womit eine günstige Wirkung im Sinne eines kleineren Schrottabschnittes erreicht
wird. Endlich wird bei der Flaschenhalskokille die starke Wirbelbewegung und weitgehende
Entgasung des in offener Kokille erstarrten Blockes vermieden. Bei der Flaschenhalskokille
erstarrt der Block unter erheblichem Druck. Durch die Einführung der Flaschenhalskokille
konnte auf verschiedenen Hüttenwerken das Ausbringen um etwa 2% gesteigert werden.
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Im Gegensatz zu dem in offener Kokille vergossenen Block zeigt der
Flaschenhalsblock eine schmale saubere Randzone und einen allmählichen Übergang
zur geseigerten Kernzone. Ferner zieht sich wegen Fortfallens der Wirbelbewegung
nach Auflegung des Deckels der äußere Randblasenkranz bis zum obersten Teil des
Blockkopfes hin. Der innere Blasenrandkranz fehlt dagegen vollkommen. Infolge des
sofortigen Erstarrens der Blockoberfläche in der Flaschenhalskokille und wegen des
geringeren Zutritts von Oxydationsluft während des Gießens oxydiert naturgemäß weniger
Kohlenstoff, Mangan und Eisen. Bei gleicher Schmelzanalyse ist der durchschnittliche
Gehalt des Flaschenhalsblockes an Kohlenstoff 0,0150/0 und an Mangan um 0,0590 höher.
Fig. q. zeigt beispielsweise einen in der' Flaschenhalskokille erstarrten Stahlblock.
Die Figur stellt einen senkrechten Mittelschnitt durch den Block dar.
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Ein bisher nicht klar erkannter weiterer Vorteil des Gießens in den
Flaschenhals der Kokille besteht darin, daß durch das plötzliche Erstarren des Stahles
ini Flaschenhalsblockkopf die Lunkerschlacke auf dem Blockkopf festgelegt wird.
Hierdurch und wegen der Unterdrückung der Wirbelbewegung.ist die Gefahr beseitigt,
daß Lunkerschlacke in nicht voraussehbarer Weise tief in den Block gelangt und so
zu späterhin nicht mehr feststellbaren Fehlern führt.
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Diesem Vorteil des Vermeidens von Lunkerschlacke in dem Stahlblock
bei Verwendung von Flaschenhalskokillen steht aber als schwerwiegender Nachteil
die Ausbildung der schmalen seigerungsfreien äußeren Randzone gegenüber.
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Zweck der Erfindung ist die Beseitigung dieses Nachteils, um in idealer
Weise die guten Eigenschaften der beiden verschiedenen bekannten Blockformen bei
einer neuen Blockform miteinander zu verbinden. Erfindungsgemäß wird bei der Herstellung
von Gußblöcken aus unberuhigtem Stahl zur Erzielung einer breiteren sauberen Randzone
der Blöcke nach Beendigung des Gießens und Erstarrung der Lunkerschlacke der Druck,
unter dem sonst in Flaschenhalskokillen die Erstarrung des Gußblockes erfolgt, durch
eine Rißbildung in einem Teil des Blockumfanges unterbrochen.
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Die Unterbrechung der unter Druck erfolgenden Erstarrung kann auch
in der Weise bewirkt werden, daß der obere Teil des Blockes mit der Blockform mechanisch
fest verbunden wird, wie dies z. B. dann eintritt, wenn der Block sich an einer
bestimmten Stelle in der Kokille aufhängt, z. B. durch übervolles Gießen der Kokille.
Dadurch wird ein Ouerriß in der Blockoberfläche herbeigeführt.
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Zu dem gleichen Zweck können auch Flaschenhalskokillen verwendet werden,
in deren Innenwand, vorzugsweise in dem Teil, der später als natürlicher Schrott
entfällt, ein Streifen eines schlechten Wärmeleiters eingelegt ist, oder solche
Flaschenhalskokillen, die im Innern des Flaschenhalskopfes der Blockform. einen
Vorsprung aufweisen, z. B. einen vorstehenden Wulst oberhalb des Flaschenansatzes.
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Alle Maßnahmen zur Unterbrechung der Erstarrung unter Druck dürfen
selbstverständlich nur so weit getrieben werden, daß kein Blockteil abgesprengt
wird. Der Riß in der Blockoberfläche soll vielmehr so beschaffen sein, daß die im
Inneren des Blockes unter Druck stehenden Gase entweichen können und der Luft Zutritt
gegeben wird.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, an der Innenwand der Kokille Vertiefungen,
z. B. Nuten, anzuordnen, um hierdurch Längsrisse zu vermeiden. Die Tiefe und die
Neigungswinkel dieser Nuten sind bei diesem bekannten Vorschlag so gewählt, daß
der Block bei der Erstarrung reibungslos schwindet. Ferner ist es bekannt, eine
Aufeinanderfolge von Nuten vorzusehen, also von zurückspringenden Teilen, die wellenförmig
ineinander übergehen. Durch diese bekannte Kokille soll das Entstehen von Längsrissen
vermieden werden, dadurch, daß man dafür sorgt, daß der Block beim Schwinden nicht
hängenbleiben kann. Genau das Gegenteil davon soll durch die Erfindung erreicht
werden. Hier ist bezweckt, den oberen Teil des Blockes gegenüber der Kokille festzulegen.
In
Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für die Anbringung einer mit feuerfesten Massen
ausgefüllten Vertiefung und eines ausgegossenen erhabenen Aufhängewulstes dargestellt.
Durch diese Maßnahme wird also erreicht, daß durch die Verwendung des Flaschenhalses
(Erstarrung unter Druck) die schädlichen Lunkerschlackeneinschlüsse vermieden werden,
daß aber gleichzeitig durch Unterbrechung der Erstarrung unter Druck in der Flaschenhalskokille
das Auftreten einer breiten sauberen Randzone gewährleistet wird.
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Der Erfolg des Verfahrens nach der Erfindung wird durch Fig. 6 und
7 veranschaulicht, die Querschnittsbilder von Drahtproben derselben Schmelze zeigen,
die in beiden Fällen in Flaschenhalskokillen vergossen wurden. Die Probe nach Fig.
6 stammt von einem Block, der in bisher bekannter Weise in Flaschenhalskokillen
unter Druck erstarrte. Die Probe nach Fig. 7 stammt von einem Block, der entsprechend
dem Verfahren nach der Erfindung mit Unterbrechung der Druckerstarrung erstarrt
ist. Die Eigenschaften der beiden Drähte sind entsprechend dem Erstarrungsverlauf
und damit dem Gefügeaufbau grundsätzlich verschieden, und der unter Druck erstarrte
Block ist für den in diesem Falle beabsichtigten Verwendungszweck (Wasserfederdraht)
nicht mehr geeignet. Bei Tiefziehwerkstoff für sehr starke Tiefzüge ist z. B. das
Vorhandensein der breiten weichen Randzone bei gleichzeitigem Fehlen von Lunkerschlacke
von außerordentlich großer Bedeutung.