Opublikowano dnia 10 pazdziernika 1961 r. *&d wfo POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWE] OPIS PATENTOWY Nr 44936 ¦KL 31 i, 10/05 - VEB Fachanstalt fur Giessereiujeseii*) % Ah^Z^IOfc Drezno, Niemiecka Republika Demokratyczna Sposób zmniejszania wagi glowy wlewka zwlaszcza we wlewkach stalowych Patent trwa od dnia 18 czerwca 1960 r.Wiadomym jest, ze ciekle metale przy krzep¬ nieciu mniej lub wiecej kurcza sie. Zwlaszcza duzy jest skurcz stali, która przy szczególnie niekorzystnych proporcjach w czasie krzepnie¬ cia moze zmniejszyc swoja objetosc az do 10%.Jezeli nawte naogól biorac skurcz w stali nie przekracza 6%, to mimo to jest niezbednym, dla unikniecia jam skurczowych we wlewkach, umieszczenie u góry na wlewkach tak zwa¬ nych nadlewów, których waga wynosi przecia- tnie od 14 do 16% wagi wlewka. Ta duza wa¬ ga nadlewu jest uwarunkowana przez straty ciepla w ciagu krzepniecia, które nastepuja po czesci przez wypromieniowanie, a po czesci przez bezposredni przeplyw ciepla ze stali w górnej czesci kokily albo kolpaka lub poprzez mase wykladzinowa. Im bardziej znikome sa te straty, tym mniejsze moga byc nadlewy i tym wiekszy jest uzysk nadajacej sie do uzyt- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspól¬ twórcami wynalazku sa inz. Michael Apfel- blócki inz. Georg Fitshi i inz. Johannes Gerth. ku stali oraz tym wyzsza jest rentownosc pro¬ dukcji.Dalej jest wiadomym, ze do unikniecia wzgle¬ dnie zmniejszenia wzglednie wyrównania strat cieplnych w glowach wlewków stosuje sie rózne sposoby na przyklad obnizenie punktu krzep¬ niecia cieklej stali w glowie wlewka przez zmiane stopu, zwlaszcza przez naweglenie stali, ograniczenie strat cieplnych przez zastosowa¬ nie mas izolacyjnych i wyrównanie strat ciepl¬ nych przez dodatkowe ogrzewanie glowy wlew¬ ka. ) Z praktyki wiadomo, ze stal o wysokiej za* wartosci wegla posiada nizszy punkt krzepli¬ wosci od stali o malej zawartosci wegla i jedna z metod polega na posypywaniu cieklej stali, celem zwiekszenia zawartosci wegla, odpowied¬ nimi materialami, które glównie skladaja sie z wegla, jak wegiel drzewny, wegiel elektrodowy, maka koksownicza i tym podobne materialy.Przez to stal w glowie wlewki lub obudowie po¬ zostaje dluzej ciekla niz stal stalowego wlewka w kckily. Jednak to naweglanie stali zmienia jajwlasciwosci, a zwlaszcza podwyzsza znacznie twardosc. Wiadomym jest, ze naweglanie przy- np»| *||w-dól wlewka, tak-ze stal w górnej czesci wliiwka Jest tak lifwoftn^ze dla wielu celów jest ona nieprzydatna i dlatego tez stal taka nie nadaje sie do walcowania. Dlatego ten spo¬ sób naweglania zostal prawie we wszystkich kablowniach zarzucony. W ostatnich latach przyjal sie dlatego w stalowniach inny sposób, a mianowicie nagrzewanie stali w podgrzewa¬ czu. Mianowicie formuje sie cylinder lub okre¬ slony element z masy egzotermicznej, który wbudowuje sie w forme, która zapala sie po zalaniu formy i nagrzewa odpowiednio stal w podgrzewaczu, tak, ze podgrzewacz moze byc znacznie mniejszy a jednakowo skuteczny. W stalowniach przy odlewaniu bloków sposób ten nie znajduje równiez zastosowania. Najczesciej bowiem srednica lub przekrój wlewków sta¬ lowych jest tak duza, ze nagrzanie stali z ze¬ wnatrz, a wiec od strony nadlewu, jest niedo¬ statecznie skuteczne. Oprócz tego wytwarzanie tych ksztaltek i cylindrów jest stosunkowo drogie i zajelo by zbyt wiele czasu, dlatego sposób ten jest stosowany w stalowniach tylko w szczególnych przypadkach.Dlatego nalezy spowodowac, aby w stalow¬ niach ten niewatpliwie wyjatkowo skuteczny i rentowny sposób zostal zastapiony przez prost¬ szy sposób. W tym celu na powierzchnie wlew¬ ka sypie sie mase izolujaca lub ogrzewajaca, aby w ten sposób zapobiec stratom cieplnym przez wypromieniowanie i osiagnac dodatkowo ogrzewanie powilerpcholi stlalowego wlewka.Rozumie sie przy tym, ze jednoczesnie moze nastapic takze ogrzanie lub odizolowanie glo¬ wy wlewka od tej strony jak w podgrzewa- czachoodlewów.przy zalewaniu form, o ile ta¬ kowe bedzie uwazane za korzystne lub nie- bedne.Do tego celu uzywa sie juz oddawna proszku zapobiegajacego tworzeniu sie jam skurczo¬ wych, który albo dziala jedynie izolujaco, albo na skutek zawartosci koksu, wegla drzewnego, t wegla elektrodowego itd. oddzialywuje na wspomniane juz naweglenie stali na powierz¬ chni nadlewu i oddzialywuje tym samym na opadanie linii zakonczenia krzepniecia na wy¬ kresie równowagi ukladu metali. , Znane jest równiez stosowanie dwóch warstw pokrywajacych, z których jedna dziala ogrzewa- jaco a druga izolujaco. Te obydwie warstwy zo¬ stana nalozone albo bezposrednio jedna po dru¬ giej albo kolejno w duzych odstepach czasu., Równiez jest znane nasypywanie warstwy egzotermicznej na dopiero co wlana stal, na¬ stepnie usuwanie resztek z tej wypalonej war¬ stwy i umieszczenie drugiej warstwy równiez ogrzewajacej. Sposób ten jest w istocie swej wskutek silnego promieniowania ciepla prze¬ wlekly i niebezpieczny, tak, ze sposób tne nie zawsze moze byc stosowany.\ Stosowane sa takze plyty izolacyjne, seg- f menty izolacyjne, wstawki, pierscienie itd., umieszczone w górnej czesci kokili lub w obu¬ dowie kokilL Wytwarzanie tych czesci, nie¬ bezpieczenstwo ich zlamania sie przy wysylce i przy stosowaniu jak równiez trudnosci i stra¬ ta czasu przy wbudowywaniu takich ksztal¬ tek czynia ich zastosowanie nierentowne i po¬ zwalaja na zastosowanie tylko przy szczegól¬ nie wysokogatunkowych odlewach stalowych.Przedmiotem wynalazku jest sposób, którego celem jest zmniejszenie wagi glowy wlewka, zwlaszcza przy odlewaniu stali przez zastosowa¬ nie dwóch róznych warstw pokrywajacych, które bezposrednio i kolejno zostana nasypane na powierzchnie cieklej stali w glowie wlewka, przy czym wrasta pierwsza dziala glównie nagrzewajaco, ale jednoczesnie takze izolujaco gromadzac cieplo, podczas gdy druga warstwa umieszczona na pierwszej dziala glównie izolu¬ jaco, przy czym wspomaga jednoczesnie dziala¬ nie masy warstwy spodniej.Wielorakie rozwazania i obserwacje w sta¬ lowniach doprowadzily do nowych wymagan, którym musi odpowiadac masa egzotermiczna dla tych specjalnych celów. Doswiadczenia te sa wedlug wynalazku wykorzystane w egzo¬ termicznych masach grzewczych i prowadza do zasadniczych róznic w zestawieniu w sto- siyaku do mas znanych dotychczas. I tak na przyklad przy odlewaniu stalowych wlewków mozna bardzo czesto zaobserwowac, ze na po¬ wierzchni podnoszacej sie w czasie zalewania kokili stali plywa skrzep, który sklada sie z juz zakrzeplej i mniej lub bardziej utlenionej stali. Ten skrzep przy zanikaniu cieklej stali pozostaje czesto zawieszony okolo kokili i two¬ rzy stala pokrywe. Jezeli teraz nasypie sie na ten przywarty do kokili skrzep znany dotych¬ czas proszek zapobiegajacy tworzeniu sie jamy skurczowej i rzadzizn lub mase ogrzewajaca, to nie zdolaja one stopic tego skrzepu; proszek lub masa lezac na tym skrzepie oddzialywuje na zmniejszenie strat cieplnych stali w kokili na skutek wypromieniowania, poniewaz jed¬ nak proszek ten lub masa nie leza tak jak powinny bezposrednio na cieklej stali nie moga wiec przenosic i wywierac ciepla na ciekla stal, — 2 —tak, ie dzialanie cieplne proszku jest mocno ograriiczone.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze natychmiast po nasypaniu masy nastepuje jej zaplon i przez to osiaga sie gwaltowne oddzia¬ lywanie cieplne, które roztapia plywajacy skrzep, aby masa ogrzewajaca mogla lezec na stali cieklej i bezposrednio oddzialywac na cie¬ kla staL Szybki zaplon osiaga sie przez dodanie do masy zwiazków tlenowych, które w wyzszej temperaturze szybko rozpadaja sie, jak np. azotany, chlorany, nadchlorany, nadtlenki i tym podobne zwiazki z drobno zmielonym py¬ lem weglowym.Przy szybkim zaplonie czesci mieszaniny, uaktywniaja sie takze wolniej rozpadajace sie nosniki tlenu znajdujace sie w wiekszej ilosci w mieszaninie. Okres zaplonu a wiec i ogrza¬ nia skrzepu trwa tylko kilka sekund, a dopiero po tym zachodzi reakcja spalania calej masy, która jest teraz dalej prowadzona przy pomocy wolno dzialajacych nosników tlenu, np. zgorze¬ liny walcowanej, mlotowiny i podobnych tlen¬ ków metali.Uzyskuje sie teraz bardzo wysoka tempera¬ ture, a tym samym wystarczajacy skutek cie¬ plny, przy czym okres ogrzewania winien trwac mozliwie dlugo, aby powierzchnia staii, która krzepnie dopiero po dluzszym czasie, a przy duzych wlewkach czesto dopiero po paru godzinach, byla mozliwie jak najdluzej ogrze¬ wana i utrzymywana w stanie cieklym.Obok wyboru wolno reagujacych nosników tlenu nalezy okreslic ich ilosc, aby przy ich pomocy nie dokonac calkowitego spalania metali niezbednych do utlenienia i do reakcji termi¬ cznej, np. aluminium, krzemu, potasu, magnesu itp. Przy pomocy tych wolnodzialajacych nos¬ ników tlenu osiaga sie niecalkowite spalanie.Z drugiej strony jednak dla uzyskania silnego skutku cieplnego jest niezbedne calkowite spa¬ lanie, co osiaga sie takze w opisanej tu masie, jezeli mase ogrzewajaca uczyni sie porowata przez dodatek trocin drzewnych lub maki drzewnej, aby udostepnic doplyw tlenu z po¬ wietrza celem przeprowadzenia calkowitego spalania mieszanki termicznej. Wysoka porowa¬ tosc masy ogrzewajacej na skutek dodatku tro¬ cin drzewnych umozliwia takze niezaklócone ulatnianie sie gazów spalinowych i wydoby¬ wajacych sie podczas krzepniecia stali gazów.Dlatego masa ogrzewajaca jest calkowicie nie¬ ruchoma, nawet przy kilkucentymetrowej gru¬ bosci warstwy i spoczywa jako niewzburzona warstwa na cieklej stali, co ma istotne zna¬ czenie dla skutecznego dzialania masy egzo¬ termicznej.Zostalo takze zaobserwowane, ze reakcja aluminotermiczna przebiega wolniej, jezeli sto¬ suje sie nie samo aluminium, lecz mieszanke aluminium z 75% zelazokrzemem w stosunku od 1:1 do 1:2, przy zachowaniu udzialu alu¬ minium i zelazokrzemu w ilosci okolo 17—30V«.Masa egzotermiczna, utrzymujaca przez dlu¬ gi okres czasu dzialanie cieplne, które roztrzy- ga o skutecznym ogrzaniu glowy stalowego wlewka, zostanie ulepszona przez dodanie do materialu wytwarzajacego cieplo, takze mate¬ rialu izolujacego i zatrzymujacego to cieplo, np. rozdrobnionej cegly szamotowej, odpadów aluminium i innych materialów odpornych na spiekanie, których temperatura spiekania win¬ na byc tak wysoka, aby bylo niemozliwe two¬ rzenie sie spieczonej sztywnej skorupy, aby masa mogla zawsze dotykac, w miare kurcze¬ nia sie, lustra kapieli stalowej, przy czym nalezy szczególnie uwazac, aby nie nastapilo naweglenie lub jakakolwiek zmiana w skladzie chemicznym stali.Wspomniane na poczatku, niezbedne do szyb¬ kiego zaplonu, nieznaczne ilosci pylu z wegla drzewnego spalaja sie w kilka sekund bez reszty i nie powoduja, jak wskazuja liczne próby, na- weglania stali.Znikomy dodatek rzedu od 5 do 7°/« maki fluorytowej lub innych fluorków jest niezbe¬ dny, aby zapalona masa ogrzewajaca utrzymac dostatecznie dlugi okres czasu w stanie cie¬ klym, tak aby ona zawsze lezala na lustrze ka¬ pieli stalowej. Dodatek ten przeciwdziala takze tworzeniu sie skrzepu w zalozeniu, ze zawartosc tego topnika nie przekracza 7°/o.Szczególnie znamienny do masy ogrzewajacej wedlug wynalazku jest dodatek materialu gro¬ madzacego cieplo w postaci tlenku wapniowego w ilosci od 10 do 20°/o. Zawartosc tlenku wap- ( niowego w masach egzotermicznych jest cal¬ kowicie nowym zjawiskiem i czyni mase ogrze¬ wajaca bardzo aktywna, poniewaz tlenek wa¬ pnia pobiera najpierw czesc ciepla wytwa¬ rzajacego sie z reakcji aluminotermicznej i gro- * madzi go, a nastepnie gdy reakcja alumino- termiczna juz zakonczy sie oddaje powoli na rzecz bloku stalowego. Przez to osiaga sie szcze¬ gólnie dlugo zachodzace oddawanie ciepla.Taka mieszanke z masy ogrzewajacej, izolu¬ jacej i gromadzacej cieplo sypie sie, w zalez¬ nosci od wielkosci bloków stalowych, w posta¬ ci warstwy o grubosci od 3 do 10 cm.Wedlug wynalazku stosuje sie jeszcze umie- — 3 —szczanie na masie egzotermicznej drugiej wars¬ twy izolujacej bezposrednio po nalozeniu pierw¬ szej warstwy, przy czym grubosc tej warstwy pokrywajacej moze byc okolo 2 do 3 cm. Nie jest przy tym konieczne, aby ta druga wars¬ twa zawierala substancje egzotermiczne lub naweglajace; warstwa ta moze zawierac je, ale nie posiada to wielkiego znaczenia, bowiem stanowi ona przykrywajaca warstwe izolujaca.Przy tym waznym jest tylko, aby takze ta druga warstwa na skutek zastosowania ma¬ terialów o róznej wielkosci ziarn posiadala duza liczbe poróWj^poniewaz przez to zostanie iimozliwioner~wypalenie sie lezacej pod spodem warstwy egzotermicznej, bowiem niezbedny tlen z powietrza posiada dostep przez warstwe przykrywajaca do warstwy spodniej. v Wysoka porowatosc jest takze z tych powo¬ dów pozadana, aby wytwarzajace sie w wars¬ twie ogrzewajacej gazy spalinowe mogly spo¬ kojnie przecisnac sie przez warstwe przykrywa¬ jaca, bez zburzenia jej. Wysoka przepuszczal¬ nosc gazów, która musi posiadac warstwa przykrywajaca przy zastosowaniu opisanego wynalazku, zostanie osiagnieta przez specjalne zestopniowanie wielkosci ziaren uzytych ma¬ terialów, jak gruz koksowy i tym podobne, przy czym najlepszymi okazuja sie ziarna o wielkosci od 1 do 4 mm.Jezeli w szczególnych przypadkach okaze sie koniecznym wytwarzanie ksztaltek z tej egzo¬ termicznej masy, wtedy nalezy ja zmieszac w znany sposób, ze srodkiem wiazacym organicz¬ nym lub nieorganicznym np. z bentonitem albo dekstryna w ilosci od 2 do 3*/t W postaci tego rodzaju ksztaltek opisana masa egzotermiczna moze byc uzyta takie dla wiekszych odlewów stalowych. Przy zastosowaniu masy jako pro¬ szku do posypywania tego rodzaju srodki wie¬ zace sa zbedne.Masa ogrzewajaca wykazuje przewaznie na¬ stepujacy sklad procentowy w stosunku wa¬ gowym: 17—30Vo wiórów aluminiowych plus zmielony 75f/§ zelazokrzem, 20—40V« tlenku zelaza, zgorzeliny walcowniczej lub mlotowiny, 15—35#/e odpornego na spiekanie materialu izo¬ lacyjnego, jak rozdrobniona cegla szamotowa, odpady aluminium itd., 10—20°/o tlenku wapnia, 2—5*/o wiórów drzewnych lub maki drzewnej, 2—7V« pylu wegla drzewnego, 2—7 potasowego lub sodowego i 5—7Vt fluoryto- wej.Ten sposób zmniejszenia wagi glowy wlewko przez zastosowanie dwóch opisanych proszków posypujacych jest uzywany nie tylko przy odle¬ waniu stali, lecz takze przy odlewaniu innych cieklych metali, mianowicie takze przy odle¬ waniu stopów miedzi, niklu i metali lekkich. PL PL