DEP0042008DA

DEP0042008DA - Casting process for metallic blocks, in particular steel mill blocks and the corresponding device

Info

Publication number: DEP0042008DA
Authority: DE
Inventors: Edmund Dr.-Ing. Krefeld Pakulla
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Publication date: 1950-12-21

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.When casting metallic blocks, especially blocks in steelworks, special conditions must be observed during the casting so that perfect blocks can be achieved. Apart from the fact that the surface of the block must be flawless, so that as little or no machining as possible is required before further hot processing, the casting must above all be tight in every respect. This refers not only to the fact that the block should not have any bubbles, but also that voids in any shape are avoided. Above all, the steel should not contain thread voids and, if possible, no head voids either.

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.So far, these results have been achieved by special shaping of the mold, by varying the casting temperature and the casting speed and by arranging hoods, whereby material that remained liquid for a longer time could be drawn into the forming voids from the hoods and this could be filled in this way. Despite all efforts in this direction with the help of the methods mentioned, successes have not always occurred or to a sufficient extent. At the very least, however, there has always been a more or less large waste through the hood, in which part of the poured-in material solidifies. The material losses that occur in this way are not insignificant and, as already stated, there is also the fact that, despite this measure, blocks containing shrinkage cavities are achieved to a large extent, whereby these phenomena can be used optionally through the choice of casting temperature and casting speed The top casting and bottom casting as well as the suitable design of the mold can be mitigated but not avoided.

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.The invention is based on the object of specifying a method which allows the production of completely dense, void-free blocks with a flawless surface, while at the same time losses due to hood or head parts occur only to a very small extent or not at all.

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.To solve this problem, the mold or the block should be cooled according to plan, while at the same time liquid steel is sucked out of the hood in order to completely fill the forming cavities of any shape.

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.It is known per se to cool cast blocks and, in particular, also steel mill blocks. This cooling is done by quenching with water or the like, but the entire block is covered and special processes during the cooling are not taken into account at all or only insufficiently. In contrast to this, the procedure according to the invention is such that the steel is poured into a mold which is provided with a double jacket. After the steel has been poured into the mold, water is poured into the outer shell of this mold. The water causes a strong cooling of the mold wall, so that a rapid solidification of the block surface and the block is achieved. The solidification of the block takes place so quickly with respect to the hood that in this way a compression of the material in the mold is achieved and thus the formation of a thread hole is avoided.

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.The water that is poured into the double jacket comes into contact with the extraordinarily hot wall of the mold and is consequently subject to strong evaporation, i.e. the height of the water level decreases at a rapid pace, so that the cooling effect of the water poured in for the first time strong quenching along the entire length of the mold, then mainly in the lower section of the mold. The solidification of the block therefore takes place under this influence from the bottom upwards and is controlled as a function of the degree of evaporation of the water. This control can be designed according to plan by varying the size of the double jacket space that is filled with water according to the amount of steel filled. Another control option is to add more or less water to the double the jacket, which, understandably, has a decisive influence on the cooling effect. The size of the jacket space and the height of the water level, from which the planned cooling effect can be assumed, is determined for the individual types of steel, taking into account the size of the mold, casting temperatures, conicity, thermal conductivity, etc., by means of a few prick tests. In any case, through the planned application of the cooling effect, the solidification of the block must be guided in such a way that liquid material is sucked in from the hood, which is provided on the block in a known manner, to fill the void, which is particularly successful because the hood, which is not cooled, but rather is even thermally insulated, remains liquid for a relatively longer period than is the case with other casting processes compared to the positively cooled block. The volume of the hood is dimensioned in such a way that sufficient liquid steel is available during the solidification for subsequent suction in order to solidify the block completely tightly up to the hood and to make the lost head practically completely disappear. In this way, the highest possible and lossless output during processing is achieved.

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.To carry out the method, according to the invention, a mold which tapers conically from top to bottom is proposed, which is integrally connected to a jacket that extends over the entire length and is closed at the bottom in such a way that a cavity to be filled with cooling water results. In a modification of this device, the mold can also be designed in such a way that it is provided with a flange-like attachment near the bottom. Means are provided on this flange-like projection, in particular a groove or the like, for sealingly placing a jacket, preferably made of sheet metal, surrounding the mold with clearance. In the figures 1 and 2 molds of preferred embodiment are shown as examples in longitudinal section.

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.According to Fig. 1, the conical mold 1, which tapers from top to bottom, is provided in a one-piece design with a jacket 2, which surrounds the mold with a space in between, so that a cavity 3 is created, which immediately after completion of the casting up to one through puncture tests height to be determined is filled with water.

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.In the example shown, the mold base is formed by a plate 4 which is either formed in one piece with the rest of the part or can also be separate so that the actual mold is loosely placed on the plate 4. An opening 5 to be closed by a plug made of ceramic material is provided in order to facilitate the ejection of the ingot from the mold.

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.The steel is poured into the mold 1 after a known hood 6 made of ceramic material or of ceramic material with a shell made of sheet metal or the like has been placed. The volume of this hood is to be dimensioned in such a way that the molten steel produced in it is sufficient in any case to fill the shrinkage cavities that arise. The insulation ensures that the steel in the hood remains liquid for much longer than the steel cast in the mold, which is also cooled as planned. In general, the procedure will be such that the water is poured into space 3 almost to the upper edge after the casting has been completed. In this way, there is initially a deterrent effect over the entire length of the mold. As a result of the high temperatures, vigorous evaporation of the water occurs, the water level falling rapidly and the cooling then being increasingly restricted to the lower section of the block. Through a suitable choice of the size of the space 3 in relation to the block weight and the thickness of the wall of the mold 1, combined with a suitable choice of the amount of water introduced, it is possible, on the basis of a few prick tests, to manage the desired cooling interactions in such a way that any voids are avoided and the in The amount of steel available in the hood to fill the cavities is completely consumed.

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.In Fig. 2 a modified embodiment of the mold according to the invention is shown, but the same conditions result with regard to cooling as in the mold according to Fig. 1. The mold body 1 is in this embodiment in one piece with a flange-like extension 7 at the lower end Mistake. In this flange-like approach, suitable means, in the selected example a groove 8, are arranged, which is used to put on a jacket 9, which the mold 1 to form the hollow room 3 surrounds. The seal at 8 can be accomplished by smearing with tar, clay or the like. Since the cooling process only takes a short time, absolute sealing is not crucial, and it does not do any harm if certain cooling water losses must be expected at 8. A stopper 5 is again provided on the bottom of the mold, which makes it easier for the solidified block to be ejected.

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.While the hood 6 according to Fig. 1 is inserted into the upper edge of the mold, the hood 6 is placed on the upper edge of the mold according to Fig. 2. In the first case, the purpose of this arrangement is to prevent the block from hanging up during the shrinking process and thus to prevent the block from settling from the mold, to ensure that the block, which is already partially solidified, fits tightly and thus ensures proper heat dissipation. The hood is suspended in a corresponding manner, for example by means of retaining pins. Both molds can be closed by means of heat-insulating covers 10. It is of course possible to use other hood shapes.

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.The invention is not limited to the use of these molds described. Different forms can also take account of the basic idea of the invention, and of course modifications can also result in the implementation of the method which likewise do not represent a deviation from the invention, rather are indicated by the fact that the method in each case by tests on the requirements of the individual Steel grades must be set. In any case, the cooling of the block must be managed in such a way that tearing of the solidified block as a result of internal stresses is excluded. The degree of cooling is therefore different for the individual types of steel and is based on experience from tests. In principle, the method should not only be used for steel and steel alloys of all types, although it has particular advantages for so-called special steels, but also for metals and metal alloys.

Claims

1. Casting process for metallic blocks, in particular steel mill blocks, characterized in that immediately after the melt, in particular the steel, has been poured into the mold, a double jacket arranged around the mold is filled with water for scheduled cooling.

2. Casting method according to claim 1, characterized in that the volume of the hood is dimensioned so that sufficient liquid steel is available during the solidification for suction, so as to solidify the block completely tightly up to the hood and make the lost head practically disappear .

3. Apparatus for performing the method according to claim 1 and 2, characterized in that a mold which tapers conically from top to bottom is integrally connected to a jacket that extends over the entire length and is closed at the bottom so that a cavity to be filled with cooling water is formed results.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1 and 2, characterized in that the top-to-bottom conically tapering mold near the bottom is provided with a flange-like extension with means, in particular a groove or the like, for sealing the mold with The space surrounding the jacket is preferably made of sheet metal.

5. Apparatus according to claim 3 and 4, characterized in that the hood is inserted in the upper edge of the mold in order to ensure a tight fit of the solidifying block during the cooling process.