DEP0042008DA - Gießverfahren für metallische Blöcke, insbesondere Stahlwerksblöcke und Vorrichtung dazu - Google Patents

Description

Beim Giessen von metallischen Blöcken, insbesondere von Blöcken in Stahlwerken, müssen während des Gusses besondere Bedingungen eingehalten werden, damit einwandfreie Blöcke erzielt werden. Abgesehen davon, dass die Oberfläche des Blockes einwandfrei sein muss, sodass möglichst wenig oder überhaupt keine spanabhebende Bearbeitung vor der weiteren Warmverarbeitung erforderlich ist, muss vor allen Dingen der Guss in jeder Beziehung dicht sein. Das bezieht sich nicht nur darauf, dass der Block keine Blasen aufweisen soll, sondern auch darauf, dass Lunker in jeder Form vermieden werden. Vor allem soll der Stahl keinen Fadenlunker und nach Möglichkeit auch keinen Kopflunker enthalten.

Bislang wurden diese Ergebnisse durch besondere Formgebung der Kokille, durch Variierung der Giesstemperatur und der Giessgeschwindigkeit und durch Anordnung von Hauben erzielt, wobei aus den Hauben hier länger flüssig bleibender Werkstoff in dem sich ausbildenden Lunker nachgezogen und dieser so gefüllt werden konnte. Trotz aller Bemühungen in dieser Richtung mit Hilfe der erwähnten Methoden sind Erfolge nicht immer oder in nicht ausreichendem Masse eingetreten. Zum mindesten aber hat sich stets ein mehr oder minder grosser Abfall durch die Haube ergeben, in der ein Teil des eingegossenen Werkstoffes erstarrt. Die Werkstoffverluste, die auf diese Weise eintreten, sind nicht unerheblich und es kommt, wie bereits ausgeführt, hinzu, dass trotz dieser Massnahme in grossem Umfange Blöcke erzielt werden, die Schwindungshohlräume enthalten, wobei diese Erscheinungen durch die Wahl der Giesstemperatur und Giessgeschwindigkeit, wahlweise Anwendung von Oberguss und Unterguss sowie durch geeignete Ausbildung der Kokille zwar gemildert aber nicht vermieden werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, das vollkommen dichte, lunkerfreie Blöcke mit einwandfreier Oberfläche herzustellen gestattet, wobei gleichzeitig Verluste durch Hauben- oder Kopfteile nur in ganz geringem Masse bzw. nicht entstehen.

Zur Lösung dieser Aufgabe soll die Kokille bzw. der Block planmässig gekühlt werden, wobei gleichzeitig flüssiger Stahl aus der Haube nachgesaugt wird, um den sich ausbildenden Lunker jeglicher Form vollkommen auszufüllen.

Es ist zwar an sich bekannt, gegossene Blöcke und insbesondere auch Stahlwerksblöcke zu kühlen. Diese Kühlung geschieht durch Abschrecken mit Wasser oder dergleichen, wobei aber der gesamte Block erfasst wird und besonderen Vorgängen während der Abkühlung überhaupt nicht oder in nur unzureichendem Masse Rechnung getragen wird. Im Gegensatz hierzu wird gemäss der Erfindung so vorgegangen, dass der Stahl in eine Kokille eingegossen wird, die mit einem Doppelmantel versehen ist. In den äusseren Mantel dieser Kokille wird, nachdem der Stahl in die Kokille eingegossen ist, Wasser eingefüllt. Das Wasser ruft eine starke Abkühlung der Kokillenwand hervor, sodass ein rasches Erstarren der Blockoberfläche und des Blockes erzielt wird. Die Erstarrung des Blockes erfolgt gegenüber der Haube zeitlich so schnell, dass auf diese Weise eine Verdichtung des Werkstoffes in der Kokille erzielt und so die Ausbildung eines Fadenlunkers vermieden wird.

Das Wasser, das in den Doppelmantel eingefüllt wird, gerät in Berührung mit der ausserordentlich heissen Wandung der Kokille und ist infolgedessen einer starken Verdampfung unterworfen, d.h. also, die Höhe des Wasserspiegels vermindert sich in raschem Tempo, sodass die Kühlwirkung des eingefüllten Wassers nach einer erstmalig starken Abschreckung auf der ganzen Länge der Kokille, alsdann vornehmlich im unteren Abschnitt der Kokille, wirkt. Die Erstarrung des Blockes erfolgt daher unter dieser Einwirkung von unten nach oben aufsteigend und wird in Abhängigkeit des Masses der Verdampfung des Wassers gesteuert. Diese Steuerung kann planmässig gestaltet werden, indem die Grösse des Doppelmantelraumes, der mit Wasser gefüllt wird, entsprechend der eingefüllten Stahlmenge variiert wird. Eine weitere Steuerungsmöglichkeit besteht darin, mehr oder weniger Wasser in den Doppel- mantel einzufüllen, wodurch, wie verständlich, die Kühlwirkung entscheidend beeinflusst wird. Die Grösse des Mantelraumes und die Höhe des Wasserspiegels, von dem für die planmässige Kühlwirkung auszugehen ist, ergibt sich für die einzelnen Stahlsorten unter Berücksichtigung der Kokillengrösse, Giesstemperaturen, Konizität, Wärmeleitfähigkeit usw. durch einige Stichversuche. In jedem Falle ist durch die planmässige Anwendung der Kühlwirkung die Erstarrung des Blockes so zu leiten, dass aus der Haube, die an und für sich in bekannter Weise auf dem Block vorgesehen wird, flüssiger Werkstoff zur Füllung des Lunkers nachgesaugt wird, was insbesondere deshalb gelingt, weil die nicht gekühlte, sondern vielmehr sogar noch wärmeisolierte Haube gegenüber dem positiv gekühlten Block relativ länger flüssig bleibt, als dies bei sonstigen Giessverfahren der Fall ist. Das Volumen der Haube wird so bemessen, dass hinreichend flüssiger Stahl während der Erstarrung zum Nachsaugen vorhanden ist, um so den Block bis an die Haube vollkommen dicht erstarren und den verlorenen Kopf praktisch vollkommen verschwinden zu lassen. Auf diese Weise wird ein möglichst hohes und verlustloses Ausbringen bei der Verarbeitung erzielt.

Zur Ausübung des Verfahrens wird gemäss der Erfindung des weiteren eine sich von oben nach unten konisch verjüngende Kokille vorgeschlagen, die einstückig mit einem über die gesamte Länge reichenden unten geschlossenen Mantel derart verbunden ist, dass sich ein mit Kühlwasser zu füllender Hohlraum ergibt. In Abwandlung dieser Vorrichtung kann die Kokille auch so gestaltet werden, dass sie in Bodennähe mit einem flanschartigen Ansatz versehen ist. An diesem flanschartigen Ansatz sind Mittel vorgesehen, insbesondere eine Rille oder dergleichen, zum dichtenden Aufsetzen eines die Kokille mit Spielraum umgebenden Mantels, vorzugsweise aus Blech. In den Abbildungen 1 und 2 sind Kokillen bevorzugter Ausführungsform als Beispiele in Längsschnitt dargestellt.

Nach Abb. 1 ist die konische Kokille 1, die sich von oben nach unten verjüngt, in einstückiger Ausführung mit einem Mantel 2 versehen, der die Kokille mit Zwischenraum umgibt, sodass ein Hohlraum 3 entsteht, der unmittelbar nach beendetem Guss bis zu einer durch Stichversuche zu ermittelnden Höhe mit Wasser gefüllt wird.

Der Kokillenboden wird im dargestellten Beispiel von einer Platte 4 gebildet, die entweder einstückig mit dem übrigen Teil ausgebildet ist, oder auch getrennt sein kann, sodass die eigentliche Kokille auf die Platte 4 lose aufgesetzt wird. Eine durch einen Stopfen aus keramischem Werkstoff zu verschliessende Öffnung 5 ist vorgesehen, um das Ausstossen des Blockes aus der Kokille zu erleichtern.

Das Eingiessen des Stahles in die Kokille 1 erfolgt nach Aufsetzen einer an sich bekannten Haube 6 aus keramischem Werkstoff oder aus keramischem Werkstoff mit einer Hülle aus Blech oder dergleichen. Das Volumen dieser Haube ist so zu bemessen, dass der in ihr entstehende schmelzflüssige Stahl in jedem Falle ausreicht, um die entstehenden Schwindungshohlräume auszufüllen. Die Isolierung sorgt dafür, dass der Stahl in der Haube wesentlich länger flüssig bleibt als der in die Kokille eingegossene Stahl, der ausserdem planmässig gekühlt wird. Im allgemeinen wird so zu verfahren sein, dass das Wasser in den Raum 3 nach vollendetem Guss bis fast zum oberen Rand eingefüllt wird. Es ergibt sich auf diese Weise zunächst eine Abschreckwirkung auf der ganzen Länge der Kokille. Infolge der hohen Temperaturen tritt eine lebhafte Verdampfung des Wassers ein, wobei der Wasserspiegel rasch sinkt und die Kühlung alsdann in zunehmendem Masse auf den unteren Blockabschnitt beschränkt bleibt. Durch geeignete Wahl der Grösse des Raumes 3 im Verhältnis zum Blockgewicht sowie zur Dicke der Wandung der Kokille 1, verbunden mit geeigneter Wahl der eingeführten Wassermengen, gelingt es auf Grund einiger Stichversuche, die gewünschten Kühlwechselwirkungen so zu leiten, dass jegliche Lunkerbildung vermieden und die in der Haube vorhandene Stahlmenge zur Füllung der Lunker vollkommen aufgezehrt wird.

In Abb. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Kokille gemäss der Erfindung dargestellt, wobei sich jedoch bezüglich der Abkühlung die gleichen Verhältnisse ergeben wie bei der Kokille nach Abb. 1. Der Kokillenkörper 1 ist bei dieser Ausführungsform einstückig mit einem flanschartigen Ansatz 7 am unteren Ende versehen. In diesem flanschartigen Ansatz sind geeignete Mittel, im gewählten Beispiel eine Rille 8, angeordnet, die dem Aufsetzen eines Mantels 9 dient, der die Kokille 1 zur Bildung des Hohl- raumes 3 umgibt. Die Dichtung bei 8 kann durch Verschmieren mit Teer, Lehm oder dergleichen bewerkstelligt werden. Da der Kühlvorgang nur kurze Zeit beansprucht, kommt es nicht entscheidend auf absolute Dichtung an, und es schadet nicht, wenn bei 8 mit gewissen Kühlwasserverlusten gerechnet werden muss. Am Kokillenboden ist wiederum ein Stopfen 5 vorgesehen, der das Ausstossen des erstarrten Blockes erleichtert.

Während die Haube 6 nach Abb. 1 in den oberen Kokillenrand eingesetzt ist, wird die Haube 6 gemäss Abb. 2 auf den oberen Rand der Kokille aufgesetzt. Im ersten Falle hat diese Anordnung den Zweck, ein Aufhängen des Blockes während des Schrumpfungsvorganges und damit ein Absetzen des Blockes von der Kokille zu vermeiden, ein dichtes Anliegen des bereits zum Teil erstarrten Blockes und damit einen einwandfreien Wärmeabfluss zu gewährleisten. Die Aufhängung der Haube wird in entsprechender Weise, beispielsweise durch Haltestifte, vorgesehen. Beide Kokillen sind durch wärmeisolierende Deckel 10 verschliessbar. Es ist selbstverständlich möglich, auch andere Haubenformen zu benutzen.

Die Erfindung ist auf die Verwendung dieser beschriebenen Kokillen nicht beschränkt. Auch abweichende Formen können dem Grundgedanken der Erfindung Rechnung tragen, und selbstverständlich können sich auch bei der Durchführung des Verfahrens Abwandlungen ergeben, die ebenfalls eine Abweichung von der Erfindung nicht darstellen, vielmehr dadurch angezeigt sind, dass das Verfahren jeweils durch Versuche auf die Erfordernisse der einzelnen Stahlsorten eingestellt werden muss. In jedem Falle wird die Abkühlung des Blockes so zu leiten sein, dass ein Reissen des erstarrten Blockes infolge innerer Spannungen ausgeschlossen wird. Das Mass der Abkühlung ist somit bei den einzelnen Stahlsorten unterschiedlich und ergibt sich auf Grund von Erfahrungen aus Versuchen. Die Methode ist grundsätzlich nicht nur für Stahl und Stahllegierungen aller Art zu verwenden, obwohl sie bei den sogenannten Spezialstählen besondere Vorteile bringt, sondern sinngemäss auch bei Metallen und Metallegierungen.

Claims (5)

1. Giessverfahren für metallische Blöcke, insbesondere Stahlwerksblöcke, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem Eingiessen der Schmelze, insbesondere des Stahles, in die Kokille zur planmäßigen Kühlung ein um die Kokille herum angeordneter Doppelmantel mit Wasser gefüllt wird.

2. Giessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Haube so bemessen wird, dass hinreichend flüssiger Stahl während der Erstarrung zum Nachsaugen vorhanden ist, um so den Block bis an die Haube vollkommen dicht erstarren und den verlorenen Kopf praktisch verschwinden zu lassen.

3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich von oben nach unten konisch verjüngende Kokille einstückig mit einem über die gesamte Länge reichenden, unten geschlossenen Mantel derart verbunden ist, dass sich ein mit Kühlwasser zu füllender Hohlraum ergibt.

4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich von oben nach unten konisch verjüngende Kokille in Bodennähe einen flanschartigen Ansatz mit Mitteln, insbesondere einer Rille oder dergleichen, versehen ist, zum dichtenden Aufsetzen eines die Kokille mit Zwischenraum umgebenden Mantels vorzugsweise aus Blech.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube in dem oberen Kokillenrand eingesetzt ist, um ein enges Anliegen des erstarrenden Blockes während des Kühlvorganges zu gewährleisten.