NO770780L - Fremgangsm}te ved reparasjon av kokiller. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en forholdsvis rimelig fremgangsmåte for reparasjon av kokiller og kokillebunnplater og kokiller med stengt bunn under anvendelse av en aluminotermisk reduksjon (ATR) med av-setning av en metallmengde for utførelse av reparasjonen.•

En praktisk metode for reparasjon av kokiller og kokillebunnplater som er blitt ødelagt under bruk, har vært sterkt efterspurt av stålprodusenter på grunn av at kokillenes og kokillebunnplatenes anvendbarhet innvirker direkte på omkostningene for stålfremstil-ling. Blant de hovedsakelige grunner til at kokiller og kokillebunnplater, som vanligvis er laget av støpejern, vrakes kan nevnes sprekkdannelse i formveggene og bunnplatesetene og erosjon av formbunnene og bunnplatesetene. Vanlige sveisemetoder ved av-setning av store metallmengder for reparasjon av kokiller og kokillebunnplater er kostbare, tidkrevende og som regel utilfreds-stillende da det avsatte sveisemetall ofte sprekker og faller ut.

I et forsøk på å forbedre sveisemetoden og å låse det avsatte sveisemetall maskineres V- eller U-formede skår eller spor eller svalehaleformede spor inn i overflaten, og skårene fylles med sveisemetall. Denne metode har i alminnelighet gitt 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 spikret fast over sprekker og hull på utsiden av kokil-lene, har vært anvendt for å holde sprekker i kokiller på plass og hindre disse i å forplante seg videre, men denne reparasjons-metode er igjen ikke helt tilfredsstillende da smeltet metall fremdeles kan komme inn i sprekkene og hullene og gjøre det meget vanskelig å fjerne støpestykket.

I US patentskrift nr. 3629928 er beskrevet en reparasjons-metode hvor et spor først skjæres ut langs det beskadigede om-

råde i formveggen. En rekke nagler eller bolter festes i det be-

skadiqede : område slik at hodene av naglene eller boltene er av-dekket i sporet. Dette fylles med sveisemetall slik at utbryt-ningen av sveisemetallet blir minimal. Selv om denne metode har gitt godt resultat, er den meget kostbar.

Metoder basert på alumirotermisk reduksjon (ATR) er tidligere blitt anvendt for å reparere støpestykker, som kokilleformer og kokillebunnplater. Ved disse metoder er det vanlig praksis å ut-føre en ganske omstendelig overflatebehandling før metallet avsettes. Således fjernes overflateglødeskall som regel fra støpe-godset, og 'en rekke eksperter har betraktet det som av vesentlig betydning å underskjære støpegodsets overflate slik at det avsatte metall "låses" inn, dvs. festes på plass, slik at det ikke vil falle ut selv dersom det ikke er bundet til støpegodset. Det har dessuten vært betraktet som nødvendig at støpegodset må forvarmes for å sikre en god sveisebinding for det avsatte metall.

Da et visst volum ATR-pulver bare vil gi ca. en femtedel av dette volum med avsatt metall, har det alltid vært nødvendig å anvende en omgivende beholderanordning for å avgrense ATR-pulveret og ATR-reaksjonsproduktene til det sted som skal repareres. Dette innebærer at for å fylle en grop av et gitt volum med det samme volum av ATR-avsatt metall må det anvendte volum av ATR-pulver være fem ganger så stort. Det er derfor nødvendig å anvende et ildfast omkretssystem for å begrense ATR-pulveret til direkte over den fordypning som skal fylles. Dessuten blir omkretssystemet nødvendig for på lignende måte å avgrense de smeltede reaksjonsprodukter som også har et større volum enn fordypningen. Dette innebærer at for å få et metallvolum som tilsvarer fordypningens volum, må et slaggvolum som er ennu større nødvendigvis dannes. Efter at omsetningen er avsluttet og mens reaksjonsproduktene fremdeles er i smeltet tilstand,vil det tyngre metallprodukt avsette seg henimot bunnen og fylle fordypningen, mens slaggdelen vil akkumulere på toppen innenfor det volum som er avgrenset av det ildfaste omkretssystem. Efter at reaksjonsproduktene har størknet fjernes omkretssystemet og den overliggende slagg, slik at det avsatte metall blir tilbake i fordypningen.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved reparasjon av stort' støpegods, som kokiller og kokillebunnplater, for å fylle erosjons-fordypninger i disse, under anvendelse av en eksoterm reduk-

VV

sjonsreaksjon, som en alumfotermisk

reduksjonsreaksjon, og uten at det er nødvendig å anvende de ovenfor beskrevne kompliserte metoder. Den- foreliggende fremgangsmåte krever ikke at det foretas en overflatebehandling eller forvarming eller at det anvendes et omkretssystem.

Den kjemiske reaksjon kan representeres ved den følgende reaksjonsligning:

hvori MeO betegner oxydet av det metall som skal avsettes, som hematitt { Fe^ O^), Al betegner aluminiumbrenslet og A^O^ aluminium-oxydet som er en hovedsakelig bestanddel av den slagg som dannes. Et nytt og avgjørende trinn ved den foreliggende fremgangsmåte er en riktig anbringelse av ATR-chargen når ATR-reaksjonen igang-settes. Denne ATR-charge består av en støkiometrisk blanding av aluminium og jernoxyd og anbringes innenfor det beskadede område, som en erosjonsgrop etc. * Da omsetningen finner sted og det over-opphetede metall dannes i intim kontakt med substratets overflate istedenfor i en digel som vanlig utført, blir reaksjonsvarmen effektivt utnyttet slik at bindingen av det avsatte metall til stålsubstratet forbedres.

Det tas ved oppfinnelsen hovedsakelig sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte ved reparasjon av stort støpegods, som kokiller og kokillebunnplater, uten at det er nødvendig å foreta en overflatebehandling av støpegodset eller en forvarming, og uten at det er nødvendig å anvende et omkretssystem.

Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å tilveiebringe en hurtig og økonomisk fremgangsmåte ved reparasjon av kokiller eller kokillebunnplater.

Det tas ved oppfinnelsen også sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte ved reparasjon av kokiller eller kokillebunnplater og som kan utføres uten et omfattende eller kostbart utstyr.

Det tas ved oppfinnelsen videre sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte ved reparasjon av kokillebunnplater og som kan ut-føres uten å måtte fjerne bunnplatene fra de kokillevogner som de er montert på.

Det tas ved oppfinnelsen dessuten sikte på å tilveiebringe en fremgangsmåte for dannelse av et høytsmeltende, slitefast,

keramiske belegg på det avsatte metall.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte av den type som

er angitt i krav l's hhv. krav 2's overbegrep, og fremgangsmåten er særpreget ved de i krav l's hhv. krav 2's karakteriserende del angitte trekk.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningene, hvorav

fig. 1 er et tverrsnitt gjennom en erodert kokillebunnplate

og det nødvendige materiale for utførlese av den foreliggende fremgangsmåte ,

fig. 2 er et tverrsnitt gjennom en kokillebunnplate som er blitt reparert ved anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte,

fig. 3 er et tverrsnitt gjennom en kokilleanordning med den vide ende vendt oppad (VEO) for anvendelse ved en annen utførelses-form av den foreliggende fremgangsmåte med avsettelse av en slitefast, i ett stykke dannet, keramisk foring i bunnen av kokillen,

og

fig. 4 er et tverrsnitt gjennom kokillen ifølge fig. 3 efter at en keramisk bunnforing er blitt avsatt.

Som vist på fig. 1 er en kokilleplate 10 blitt erodert under bruk i en slik grad at en fordypning 12 foreligger i bunnplatens overflate. Ifølge oppfinnelsen repareres denne bunnplate mens den befinner seg på kokillevognen, ved å anbringe en eksoterm reaksjonsblanding 14 inne i fordypningen 12. Blandingen 14 avsettes i en mengde som er tilstrekkelig til at fordypningen 12

vil overfylles, slik at det dannes en haug 16 av blandingen 14. Ideelt er det ønsket med et 50% overskudd av blandingen 14. Som vist danner dette overskudd på 50% en dom over fordypningen 12. Blandingen 14 utgjøres fortrinnsvis av en aluminotermisk reduksjons-reaksjonsblanding (ATR). Blandingen består av ca. 3 deler pulver-formig jernoxyd som fortrinnsvis utgjøres av Fe20^og som ikke

har en finere partikkelstørrelse enn +200 mesh, men som fortrinnsvis har en partikkelstørrelse som minst er så fin som -35 mesh, og 1 del aluminiumpulver som fortrinnsvis har en partikkelstørrelse mellom -100 mesh og +400 mesh. Andre brensler som kan anvendes istedenfor aluminium, er magnesium, kalsium, silicium og en kalsium/siliciumlegering eller blandinger derav. ATR-blandingen

14 antennes med en flamme, en gnist eller en varmetråd. Reaksjonen bevirker at en overopphetet smelte vil dannes som omfatter en metallfase 20 (fig. 2) og en slaggfase 22. Den tyngre metallfase vil hurtig skille seg fra smeiten og avsettes på bunnen hvor den bindes metallurgisk til bunnplaten. Eventuelt oxydglødeskall som kan ha forekommet på overflaten av kokillebunnplaten, reduseres kjemisk eller smeltes sammen med den overliggende slaggfase 22. Det antas at denne metallvolumavsetning "på stedet" finner sted under en effektiv utnyttelse av reaksjonsvarmen, slik at det fås en mekanisme hvorved overflatene renses og glødeskall fjernes og dannelsen av ytterligere fyllmateriale befordres som sveises til bunnplaten. Efter avkjøling er en metallfase 20 blitt sveisebundet til bunnplaten 10. Den overliggende slaggfase 22 er fast forbundet med den underliggende metallfase 20 og lates tilbake på plass slik at det fås en ytterligere, om enn .forbigående, be-skyttelse mot erosjon.

Ved tidligere forsøk på å avsette et ATR-metall i en slik fordypning som omtalt ovenfor, ble det antatt at grunnmetallstøpe-godset måtte forvarmes sterkt før ATR-blandingen ble anvendt, for derved å sikre at tilstrekkelig varme ville foreligge ved grense-flaten mellom fast materiale og væske til at ATR-metallet ville bli sveisebundet til fordypningsveggen. Ved utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte er imidlertid en slik forvarming hverken nødvendig eller ønsket. Dessuten ble det før den foreliggende fremgangsmåte også antatt at tilstedeværelsen av slaggfasen ville være skadelig, og en slik slaggfase ble derfor alltid fjernet.

Da slaggfasen ble fjernet var det derfor, nødvendig å tilføre en tilstrekkelig mengde ATR-blanding til at hele fordypningen ble fylt med reaksjonsmetallet. Den overliggende slaggfase ble derefter knust og vraket. Da en betydelig større mengde avsatt metall var nødvendig, var det nødvendig med en tilsvarende større mengde ATR-blanding. Som nevnt ovenfor nødvendiggjorde dette på sin side at et avgrensende, ildfast omkretssystem måtte bygges eller anbringes rundt fordypningen for å ta opp den ekstra mengde av ATR-blanding og av reaksjonsprodukter slik at metallet ville komme inn i fordypningen. Det viste seg i praksis å være nødvendig at den løse ATR-blanding måtte ha et volum som var ca. seks ganger større enn fordypningens volum. Ved den foreliggende fremgangsmåte hvor begge reaksjonsprodukter, dvs. metall- og slaggfåsene, skal fylle fordypningen, skal ATR-blandingen anvendes i et volum som ikke er større enn 1,5 ganger fordypningens volum for å fylle for dypningen. Det er ikke nødvendig med et ildfast omkretssystem, og reparasjonen kan derfor utføres uten at det er nødvendig å anvende noe som helst apparat.

Ved den ovenfor beskrevne utførelsesform av den,, foreliggende fremgangsmåte ble det bemerket at for å fylle fordypningen helt med metall- og slaggfasene skal den løse ATR-blanding ha et volum som ikke er mer enn 50% større enn fordypningens volum. Det bør imidlertid bemerkes at det ikke er nødvendig at metall- og slaggfasene fullstendig fyller fordypningen. Den øvre overflate av slaggfasen 22 kan i virkeligheten være lavere enn den øvre overflate av kokillebunnplaten 10 uten at dette går ut over noen av de nevnte for-deler. For enkelte anvendelser kan det være ønsket å ikke. helt fylle fordypningen da slaggfasen 22 er tilbøyelig til å "låses" fast i fordypningsveggene. Foruten de ovennevnte forandringer er det ikke nødvendig at hele ATR-blandingen tilføres på en gang til fordypningen. Denne kan f.eks. fylles delvis med ATR-blandingen, og når denne blanding har reagert, kan mer ATR-blanding tilsettes og derefter bringes til å reagere. Dersom reaksjonsproduktene fra den først tilsatte ATR-blanding fremdeles er smeltet når den annen ATR-blanding tilsettes, vil de to metallfaser og de to slaggfaser forenes med hverandre slik at det fås bare to faser i det vesentlige som vist på fig. 2. Hvis derimot reaksjonsproduktene fra den først tilsatte ATR-blanding har størknet når den annen ATR-blanding tilsettes, vil fire adskilte lag dannes, dvs. metall og overliggende slagg fra den første ATR-blanding■og derefter metall og overliggende slagg fra den annen ATR-blanding.

Den ovenfor beskrevne metode for tilsetning av ATR-blandingen i to trinn byr på den fordel at det øvre slagglag som dannes når den annen ATR-blanding bringes til å reagere, er tilbøyelig til å bli mer massivt, dvs. mindre porøst. Det antas at den første ATR-reaksjon fører til at det fås en viss slaggporøsitet på grunn av at reaksjonen finner sted i kontakt med støpejernskokilleplaten, og carbon i støpejernet reagerer med oxygen i ATR-blandingen under dannelse av en del CC>2. De andre ATR-produkter utsettes imidlertid langt mindre for en støpejernsoverflate, og mindre CO^v^ derfor dannes. Det er av interesse å bemerke at denne større slaggegen-,vekt fås uavhengig av om de første ATR-reaksjonsprodukter har størknet eller ikke når den annen ATR-blanding tilsettes.

Den ovenfor beskrevne utførelsesform angår fylling av en fordypning i en kokillebunnplate 10. Det vil imidlertid forstås at nøyaktig den samme metode vil kunne anvendes for å fylle en fordypning i bunnen av en kokille med stengt bunn. Hva gjelder kokiller med stengt bunn er en annen utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte blitt anvendt med godt resultat, hvor hele bunnen' av kokillen forsynes med et enhetlig slagglag. På fig. 3 og 4 er denne utførelsesform vist, hvor en kokille 30 med lukket bunn og med en erosjonsfordypning 32 i kokillebunnen repareres. Ifølge denne utførelsesform tilføres tilstrekkelig med ATR-blanding 34 til at kokillens bunn vil dekkes til en dybde på ikke over ca.

7,6 cm da dette er tilstrekkelig til å sikre at ATR-reaksjons-slaggfasen 36 ikke bare vil fylle den øvre del av fordypningen 32, men også danne et tynt slagglag som fullstendig dekker kokillens 30 bunn. Metallfasen 36 vil bindes fast til fordypningens 32

bunn, mens slaggfasen 38 vil feste seg til metallfasen 36 og bunnen av kokillen 30. Det er ideelt at slaggfaselaget ikke.har en tykkelse på over 2,5-5,1 cm da et tykkere avsatt slaggfaselag kan føre til at kortere støpegods vil bli fjernet fra kokillen med mindre selv-følgelig spesielt høye kokiller anvendes.

Ved den ovenfor beskrevne utførelsesform er det av viktighet for oppnåelse av de beste resultater at bare slaggfasen 38 over-fyller fordypningen 32. Dersom metallfasen 36 dekker hele bunnen av kokillen 30, vil problemer kunne oppstå. Nærmere bestemt vil dersom metallaget er tykt, slagglaget bli ennu tykkere, og kokillens dybde vil derved bli sterkt redusert. Dette vil føre til at de i kokillen støpte støpegods vil bli betydelig kortere. Hvis på den annen side et slikt metallfaselag er tynt, vil varmen i dette hurtig avgis til kokillebunnen, og metallet vil derfor ikke gi en god binding med kokillebunnen.<p>Qr oppnåelse av optimale resultater skal derfor den mengde ATR-blanding som anvendes for denne utførelsesform, være slik at hele metallfasen vil inneholdes i fordypningen slik at bare slaggfasen vil strekke seg fra kokillevegg til kokillevegg. Dette vil kreve at det anvendte volum av ATR-blandingen skal være over 1,5 ganger fordypningens volum, dvs. den mengde som er nødvendig for å fylle bare fordypningen med metall og slagg, og mindre enn 5 ganger fordypningens volum, dvs.

den mengde som fullstendig vil fylle fordypningen med metallfase.

Da den overliggende avsatte slagg som fås ved anvendelse av hver av de ovenfor beskrevne utførelsesformer er forholdsvis sprø, vil en fortsatt bruk av en slik reparert kokillebunnflate eller kokille til slutt bevirke at slaggfasen vil sprekke og flake av.

Av denne grunn ble det opprinnelig antatt at slaggfasen burde fjernes før den reparerte del igjen ble tatt i bruk, som nevnt ovenfor. Nærmere bestemt ble det fryktet at slaggfasen ville brytes opp efter hvert som stål ble tappet inn i kokillen, og gjenfinnes i støpegodset. Til tross for denne frykt er imidlertid de ovennevnte utførelsesformer blitt anvendt for å reparere en rekke kokillebunnplater og kokiller, og det har aldri forekommet at et støpegods er blitt forurenset av slagginneslutninger som skriver seg fra ATR-reparasjon. Den avsatte slagg fører derfor ikke bare til at støpegodset ikke blir forurenset, men den byr på den fordel at den er mindre utsatt for vekksmelting på grunn av erosjon under tappingen. Slaggfasen gir derfor en ekstra beskyt-telse mot erosjon og forlenger brukstiden for den reparerte kokillebunnplate eller kokille.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved reparasjon av en erosjonsfordypning i en kokillebunnplate. eller annet stort støpegods, hvor en eksoterm reaksjonsblanding som består av et brenselpulver og et metallisk oxyd, anbringes i fordypningen, hvorefter blandingen antennes for dannelse av en overopphetet smelte som omfatter en metallfase og en slaggfase og som får størkne med slaggfasen over metallfasen, karakterisert ved at den eksoterme reaksjonsblanding anvendes i en slik mengde at blandingen har et volum som ikke er større enn 1,5 ganger fordypningens volum, slik at smeiten fullstendig inneholdes i fordypningen, og ved at den størknede slaggfase (22) efterlates eksponert i fordypningen (12) slik at den danner reparasjonsmaterialets eksponerte overflate.

2. Fremgangsmåte ved reparasjon av en erosjonsfordypning i bunnen av en kokille med lukket bunn eller lignende stort støpegods, hvor en eksoterm reaksjonsblanding som består av et brenselpulver og et metallisk oxyd, anbringes i og over fordypningen, hvorefter blandingen antennes for dannelse av en overopphetet smelte som omfatter en metallfase og en slaggfase og som får størkne, idet den eksoterme reaksjonsblanding anvendes i en slik mengde at den dannede smelte vil flyte over fordypningen, karakterisert ved at den eksoterme reaksjonsblanding anvendes i en slik mengde at volumet av blandingen er større enn 1,5 ganger, men mindre enn 5 ganger fordypningens volum, slik at den ved den eksoterme reaksjon dannede metallfase oppfanges fullstendig i fordypningen, mens ien dannede slaggfase (38) efterlates eksponert over fordypningen (32) slik at.den danner reparasjonsmaterialets eksponerte overflate. 3 - Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en porsjon av blandingen anbringes i fordypningen og antennes for dannelse av en første smelte som omfatter en metallfase og en slaggfase, hvorefter den gjenværende porsjon av blandingen anbringes i fordypningen og antennes for dannelse av en annen smelte som omfatter en metallfase og en slaggfase. ^ ' Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den første smelte får størkne før den gjenværende porsjon av blandingen anbringes i fordypningen. 5 .. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den første smelte fremdeles befinner seg i smeltet tilstand når den gjenværende porsjon av blandingen anbringes i fordypningen. 6 . Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at blandingen deles i flere enn to porsjoner, hvorav hver adskilt anbringes i fordypningen og antennes.