NO753229L - Fremgangsm}te ved reparasjon av defekter i store metallst¦pestykker. - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved reparasjon av defekter i store metallstøpestykker.

Oppfinnelsen angår en forholdsvis rimelig metode for reparasjon av kokiller og -skamler , hvor det anvendes en aluminiumtermisk reduksjom (ATR) for avsetning av et metall for

å bevirke reparasjonen.

En praktisk metode for å reparere kokiller og -skamler

som under bruk er blitt beskadiget, har vært sterkt efterspurt av stålprodusenter fordi brukstiden for kokiller og -skamler direkte påvirker omkostningene ved stålfremstillingen. Blant hoved-grunnene for vraking av kokiller og -skamler " som vanligvis er laget av støpejern, er sprekkdannelse i kokilleveggene og i skamme1-setene og1 erosjon av kokillebunnen og skammelsetene. Van-lige sveisemetoder for avsetning av store metallmengder for å reparere kokiller og -skamler er kostbare, tidskrevende og som regel utilfredsstillende da det påførte sveisemetall ofte sprekker og faller ut. I et forsøk på å forbedre sveisemetoden og å låse det avsatte sveisemetall er V- eller U-formede skår eller spor eller svalehaleformede spor blitt maskinert i overflaten og skårene fylt med sveisemetall. Denne fremgangsmåte har i alminnelighet gitt et godt resultat, men den er ganske kostbar. Forsøk på å fylle sprekker og kratere med keramisk materiale har ikke ført frem. Stålplater som er blitt naglet fast over sprekker og hull på utsiden av formene, er blitt anvendt for å dekke over og hindre at sprekker i formene skal løpe videre, men denne reparasjonsmetode har igjen vist seg ikke å være fullstendig til-fredsstillende da smeltet metall fremdeles kan komme inn i sprekkene og hullene og' gjøre det meget vanskelig å fjerne støpe-stykket fra kokillen;

I US patentskrift nr. 3629928' er beskrevet en reparasjonsmetode hvor et spor først skjæres ut langs det beskadigede område

•i formveggen. En rekke nagler eller boltehoder strekker seg inn A^'

sporet. Dette fylles med sveisemetall slik at det fås en minimal utbrytning av sveisemetallet. Selv om denne metode har gitt gode resultater, er den meget kostbar.

Det er ifølge oppfinnelsen blitt utviklet en fremgangsmåte for reparasjon av store støpestykker, som kokiller og skamler, hvor det anvendes en eksoterm reduksjonsreaksjon, som en aluminiumtermisk reduksjon (ATR), for dannelse av fyllmetallet, og hvor den store varmeenergi som utvikles under reaksjonen, anvendes for å sveise metallfasen fast til formmaterialet. Den kjemiske re-aksjon kan representeres ved den følgende ligning:

hvori MeO betegner oxydet av det metall som skal avsettes, som hematitt ( Fe20-^) , Al er aluminiumbrenslet og Al^O^oxydet av aluminium som. er én hovedsakelig bestanddel i den erholdte slagg. Et nytt og kritisk trinn ved den foreliggende fremgangsmåte er

den korrekte anbringelse av ATR-chargen når ATR-reaksjonen settes igang. ATR-chargen som består av en støkiometrisk blanding av. aluminium og jernoxyd, anbringes på det beskadigede stykke rundt defekten og holdes på plass av et omgivende ildfast materiale.

Da reaksjonen finner sted og det overopphetede metall dannes i intim kontakt med underlagets overflate istedenfor i en digel som vanlig er, vil reaksjonsvarmen bli effektivt utnyttet og derved forbedre bindingen av det avsatte metall til stålunderlåget.

Det tas ved oppfinnelsen hovedsakelig sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte, for reparasjon av store støpestykker, som kokiller og kokilleskamler, hvor det ikke er nødvendig å pverflate-behandle støpestykket.

en

Det tas ved oppfinnelsen også sikte på å tilveiebringe/hurtig og økonomisk en fremgangsmåte for -reparasjon av kokiller eller kokilleskamler.

Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte for reparasjon av kokiller og kokilleskamler som kan utføres uten at det er nødvendig med et omfattende eller kost-bart utstyr.

Det tas ved oppfinnelsen også sikte på å tilveiebringe en

.fremgangsmåte for reparasjon, av formskamler som kan utføres uten

at det er nødvendig å fjerne skamlene fra de kokillevogner hvorpå de er anbragt.

Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte for dannelse av en høytsmeltende, slitefast, keramisk foring i bunnen av en kokille med lukket bunn og med sin store ende vendt oppad ("big-end-up" (BEU)) .

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved reparasjon av defekter i et stort metallstøpestykke, som en kokille' eller kokilleskammel av støpejern, og fremgangsmåten er særpreget ved de i krav l's karakteriserende del angitte trekk.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i form av et eksempel under henvisning til tegningene, hvorav

Fig. 1 er et tverrsnitt gjennom en erodert formskammel og den nødvendige apparatur for utførelse av den foreliggende fremgangsmåte, Fig. 2 er et tverrsnitt gjennom en formskammel som er blitt reparert ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte, Fig. 3 er. et deltverrsnitt gjennom en gjennomhullet kokillevegg som skal repareres ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte, Fig. 4 er et deltverrsnitt gjennom den på Fig. 3 viste reparerte kokillevegg, Fig. 5 er et tverrsnitt gjennom en kokille med lukket, men gjennomhullet bunn og med sin store ende vendt oppad (BEU), Fig. 6 er et tverrsnitt gjennom den reparerte kokille vist på Fig. 5, Fig. 7 er et tverrsnitt gjennom en kokille med sin store ende vendt oppad og anordnet i overensstemmelse med den foreliggende fremgangsmåte for avsetning av en slitefast, monolittisk, keramisk foring i kokillens bunn, Fig. 8 er et tverrsnitt gjennom den på Fig. 7 viste kokille efter at en keramisk bunnforing er blitt avsatt i denne, Fig. 9 er et tverrsnitt gjennom en omvendt kokille med sin store ende øverst og hvis bunn er blitt gjennomhullet, og gjennom det tilknyttede utstyr for reparasjon av kokillen ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte, Fig. 10 er et deltverrsnitt gjennom den på Fig. 9 viste form og hvor forskjellige trinn av reparasjonsmetoden for den

omvendte kokille er vist, og

Fig. 11 er et deltverrsnitt gjennom den reparerte kokille vist på Fig. 9 og 10.

Som vist på Fig. 1 er. en kokilleskammel 10 blitt erodert under bruk i en slik grad at et krater 12 er blitt dannet i skamlens overflate. Ifølge oppfinnelsen repareres denne skammel mens den befinner seg på kokillevognen, ved å anbringe én ild-

fast omgivende anordning 14 rundt krateret 12 slik at det dannes en butt skjøt med skammelen, hvorefter et løst, partikkelformig, isolerende materiale, som sand 16, legges opp rundt skjøten og en eksoterm reaksjonsblanding 18 anbringes inne i den omgivende ildfaste anordning 14 og antennes. Den omgivende ildfaste anordning 14 er fortrinnsvis laget av grafitt. Blandingen 18 er fortrinnsvis en aluminiumtermisk reduksjons (ATR)-reaksjonsblanding. Bland-. ingen består av ca. 3 deler pulverformig jernoxyd som fortrinnsvis utgjøres av Fe203og ikke er mer findelt enn +200 mesh, fortrinnsvis med en størrelse som i det minste er så liten at den er -35 mesh, og 1 del aluminiumpulver som fortrinnsvis har en størrelse mellom -100 mesh og +325 mesh. Andre brensler som kan anvendes istedenfor aluminium, er magnesium, kalsium, silicium, kalsium/silicium-legeringer eller blandinger derav. ATR-blandingén antennes ved hjelp av en flamme, et bluss eller en varmetråd. Reaksjonen gjør at det dannes en overopphetet smelte som omfatter en metallfase 20 (Fig. 2) og en slaggfase (ikke vist). Den tettere metallfase skiller seg hurtig fra smeiten og avsettes på bunnen hvor den blir metallurgisk bundet til skammelen. Et eventuelt oxyd-glødeskall som kan ha forekommet på kokilleskammelens overflate, reduseres kjemisk eller smeltes sammen med slaggen og fjernes således fra overflaten slik at det ikke uheldig vil innvirke på bindingen. Det antas at denne "in situ" avsetningsprosess av en metallmasse beror på en effektiv -utnyttelse av reaksjonsvarmen slik at det fås en rensemekanisme og glødeskallfjernelse fra overflatene, hvorved dannelsen av ytterligere fyllmateriale be-fordres som sveises fast til skammelen. Efter. avkjøling fjernes den omgivende anordning 14 og slaggfasen slik at det avdekkes en reparert skammel (Fig. 2) hvor en metallfase 20 er blitt sveiset fast til skammelen 10.

På Fig. 3 og 4 er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vist anvendt for reparasjon av sprekker eller andre brudd som full stendig kan ha trengt gjennom kokilleveggen. Denne fremgangsmåte kan anvendes for fylle store sprekker i kokilleveggen eller for avsetning av et metallbånd over en sprekk for å hindre at denne forplanter seg videre. Som vist på Fig. 3 anbringes en kokille 30 på siden, og kokillens ytre (øvre) overflate forsynes med en ildfast omgivende anordning 32 som benkes opp med sand 34. Hvis beskadigelsen er så stor at sprekken 36 trenger gjennom kokilleveggen^ anbringes et ytterligere ildfast stykke 38 på innerveggen for å stenge sprekkåpningen. En ATR-charge 4 0 anbringes der^efter på kokilleoverflaten i den ønskede dybde inne i den ildfaste omgivende anordning 32, og ATR-reaksjonen settes igang. Efter avkjøling fjernes slaggfasen og den omgivende anordning 32. Sprekken i kokillen er blitt fylt med et'metallfyllmateriale 42 som er. metallurgisk bundet til sidene av sprekken 36. Hvis det dessuten anvendes en tilstrekkelig mengde chargemateriale, vil et bånd av avsatt metall. 44 bindes til kokillen 30 på begge sider av sprekken og til fyllmaterialet 42, slik at.kokilleveggen for-sterkes og en ytterligere forplantning av sprekken således holdes på. et minimum. Dette bånd 34 som befinner seg på utsiden av kokillen, utsettes ikke for erosjon eller beskadigelse på grunn av varmt metall.

Få Fig. 5 og 6' er vist den foreliggende fremgangsmåte anvendt for reparasjon av gjennomhullede eller sterkt eroderte BEU-kokiller med lukket bunn. For enkelte anvendelser forsynes kokillen 50 med en ildfast omgivende anordning 52. For andre anvendelser er denne omgivende anordning ikke nødvendig da kokillens vegger vil utgjøre denne. Sand 54 anbringes rundt den omgivende anordning og rundt kokillen 50 for å holde på reaksjonsproduktene. En ATR-blanding 4 6 anbringes derefter inne i den omgivende anordning, og ATR-reaks jonen settes igang. Efter avkjøling fjernes slagglaget. Den reparerte kokille (Fig. 6) har en metallplugg 58 som er metallurgisk bundet til hullets 60 sider.

På Fig. 7<p>g 8 er vist den foreliggende fremgangsmåte for dannelse av et høytsmeltende, slitefast, monolittisk aluminium-oxydlag i bunnen av en BEU-kokille 70. For denne anvendelse til-føres en tilstrekkelig mengde ATR-blanding 72 til å sikre at et kontinuerlig slagglag 74 med høyt aluminiumoxydinnhold fullstendig •vil dekke kokillens bunn. ATR-metoden utføre som beskrevet oven-for, men med den forandring at for denne anvendelse gjøres det

•ikke forsøk på å fjerne A^O^-fasen 7 4 fra metall f asen 76. Da

ingen ildfaste omgivende anordninger anvendes, vil Al^O.^-laget trenge inn i kokilleveggene på stedene 78 og således låses fast i kokillen. En slik keramisk foring vil sterkt øke kokillens levealder og dessuten gjøre at fastsveisingen og klebingen av en støpeblokk til kokillebunnen vil bli minimal.

På Fig. 9, 10 og 11 er vist en annen utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte for reparasjon av en BEU-kokille med sterkt gjennomhullet bunn. Kokillen 80 er plassert opp ned og slik at den er tilgjengelig gjennom sin åpne ende. En forseglings-anordning 82 inneholdende et partikkelformig materiale, som sand 84, anbringes mot kokillebunnen, som vist på Fig. 10. Dette kan gjøres ved å anbringe kokillen 80 på delen 82 eller ved å skyve delen 82 oppad mot kokillebunnen. Sanden 84 kommer delvis inn i hullet 86 og hindrer således dannelsen av ører i kokillens bunn. Ører er tilbøyelige til å trekkes ut og sammen med disse plugg-materialet når et senere støpt støpestykke fjernes fra kokillen.

En ildfast omgivende anordning 88 anbringes på kokillen slik at

den danner en skjøt med kokillen, og pakningssand 90 benkes rundt skjøten. En eksoterm reaksjonsblanding 92 anbringes inne i den omgivende anordning 88, og reaksjonen settes igang. Når slaggfasen, den omgivende anordning og pakningsmidlet fjernes,

vil kokillen ha fått.en plugg 92 som metallurgisk er bundet til hullets 86 sider, som vist på Fig. 11.

Det fremgår tydelig av den ovenstående forklaring at den foreliggende fremgangsmåte for reparasjon av store støpestykker,

som kokiller og kokilleskamler av støpejern, er hurtig og økonomisk, at den ikke krever en overflateforbehandling, at den kan utføres uten et omfattende utstyr, og at den kan anvendes for kokilleskamler uten å måtte fjerne disse fra kokillevognene hvor-

på de er plassert. Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for dannelse av en slitefast foring i bunnen av en BEU-kokille.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved reparasjon av defekter i store metallstøpe-stykker, som kokiller eller kokilleskamler av støpejern, karakterisert ved at en ildfast avgrensende anordning anbringes på støpestykket rundt defekten slik at den danner en skjøt med støpestykket, et kornformig, ildfast, isolerende materiale anbringes på støpestykket rundt skjøten, den avgrensende anordning fylles til et på forhånd bestemt nivå med en eksoterm reaksjonsblanding, blandingen antennes for dannelse av en overopphetet smelte omfattende en tyngre metallfase og en lettere slaggfase, smeiten holdes i kontakt med støpestykket i en tilstrekkelig tid til at smeiten vil skille seg i metallfasen i kontakt med støpestykket og i en overliggende slaggfase og slik at metallfasen vil komme inn i og fylle defekten, smeiten størknes for dannelse av en metallurgisk bundet sveisemetallavsetning i defekten, og den avgrensende anordning og den overliggende størknede slagg fjernes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en eksoterm reaksjonsblanding som omfatter en i det vesentlige støkiometrisk blanding av Fe20^ og aluminiumpulver.

3.. Fremgangsmåte ved foring av' bunnen av en metallform med lukket bunn, som en støpejernsform, med et monolittisk, keramisk materiale, karakterisert ved at det i formen anbringes en effektiv mengde av en eksoterm reaksjonsblanding omfattende et pulverformig brensel og et metalloxyd, og at blandingen antennes for dannelse av en overopphetet smelte omfattende en metallfase og en slaggfase og som får trenge delvis inn i formens vegger, slik at ved avkjøling av smeiten festes en av slaggfasen dannet keramisk foring • i. bunnen av formen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det som pulverformig brensel anvendes aluminium.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det anvendes et aluminiumpulver med en størrelse på mellom -100 mesh og +325 mesh. .

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3-5, karakterisert ved at det som metalloxyd anvendes Fe2 0-^ .

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det anvendes et Fe^ O^ med i det minste en så fin partikkelstø rrelse som -35 mesh.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 3-7, karakterisert ved at det anvendes en eksoterm reaksjonsblanding omfattende en i det vesentlige støkiometrisk blanding av Fe20^ og aluminiumpulver.