PL72385B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: USS Engineers and Consultants Inc., Pittsburg (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób odlewania wlewków stalowych Przedmiotem wynalazku jest sposób odlewania wlewków stalowych ze stali nieuspokojonej z dodawaniem aluminium.Dotychczas blache stalowa walcuje sie albo z wlewków ze stali nieuspokojonej, albo z wlewków ze stali póluspokojonej. Stal nieuspokojona jest uzywana w przypadkach, gdy wymagana jest jakosc powierzchni a tlocznosc moze byc niewielka, natomiast stal póluspokojona stosuje sie wtedy, gdy wymagana jest gleboka tlocznosc.Ostatnio wykonano stal z ustabilizowana strefa zewnetrzna, która ma zadane wlasnosci zarówno dla stali nieuspokojonej, jak i dla stali póluspokojonej. Oznacza to, ze wlewek ze stabilizowana strefa zewnetrzna ma powierzchnie zewnetrzna czysta, o dobrej jakosci, zblizona do powierzchni konwencjonalnej stali nieuspokojonej i pozbawiony porów rdzen, majacy dobre wlasnosci w zakresie glebokiego tloczenia, zblizone do wlasnosci stali póluspokojonej.Stale ze stabilizowana strefa zewnetrzna sa obecnie wytwarzane w ten sposób, ze stal nieuspokojona na przyklad niedotleniona odlewa sie do wlewnicy i pozwala stali na wrzenie przez okreslony czas, wskutek czego wytwarza sie powierzchnia zewnetrzna o dobrej jakosci. Po zakonczeniu wrzenia dodaje sie do wlewnicy zawierajacej stal nieuspokojona kulki aluminiowe dla zahamowania akcji wrzenia i dla wytworzenia fiieporowatej stali póluspokojonej wewnatrz nieuspokojonej warstwy powlokowej.Chociaz stale ze stabilizowana strefa zewnetrzna wykazuja dobra jakosc powierzchni i gleboka tlocznosc, to jednak napotykano na wiele problemów przy odlewaniu wlewków, które powodowaly, ze wlasnosci stali nie byly tak dobre, jak tego mozna bylo oczekiwac. Na przyklad czas potrzebny na dodawanie, topienie i rozlozenie aluminim w odlewanym wlewku jest krótki, gdy wziac pod uwage ilosc aluminium, która musi byc dodana, przykladowo okolo 900 g/tone. Wada opisanego sposobu jest segregacja zawartosci Al we wlewku w wyniku czego otrzymuje sie material o niejednolitej tlocznosci.Drugi problem napotykany przy wytwarzaniu stali ze stabilizowana strefa zewnetrzna wynika z trudnosci wytwarzania strefy zewnetrznej ze stali nieuspokojonej, która bylaby wystarczajaco gruba dla umozliwienia usuniecia wad z calej powierzchni bez wykazywania wtracen niemetalicznych w stali póluspokojonej znajdujacej2 72 385 sie pod nia. Ogólnie biorac strefa zewnetrzna stali nieuspokojonej jest tak cienka, ze mozliwa jest jedynie szybka operacja oczyszczania i minimalna grubosc recznego zeszlifowania. W wyniku tego wieksza ilosc wad powierz¬ chniowych musi byc usunieta w wyrobie finalnym.Jeszcze jeden problem wynika z koniecznosci przerywania odlewania dla umozliwienia czynnosci wrzenia.W czasie przerwy w odlewaniu trwajacej zwykle 0,5 do 3 minut wytwarza sie kozuch z tlenku zelaza na swobodnej górnej powierzchni metalu, który powieksza sie w miare wzrostu czasu .wrzenia. Gdy kulki aluminiowe sa nastepnie dodawane na powierzchnie kozucha tworzy sie nadmierna ilosc zaroodpornego tlenku aluminiowego. Duza ilosc tego tlenku aluminium moze zostac zwiazana w stali po zakrzepnieciu. Powstanie tlenku aluminiowego uniemozliwia czesci kulek aluminiowych szybkie stopienie i latwe przemieszczenie ponizej menisku stopionego metalu. Wskutek tego, czesc kulek aluminiowych moze pozostac na powierzchni zuzla i ulec utlenieniu przez powietrze, wytwarzajac przez to dodatkowe ilosci tlenku aluminiowego. Na skutek nadmiernej ilosci utworzonego tlenku aluminium obniza sie wydajnosc procesu powodujac koniecznosc dodawania znacznie wiekszej ilosci kulek aluminiowych, niz to jest faktycznie konieczne do odpowiedniego odtlenienia stali.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania stali o stabilizowanej strefie zewnetrznej, ' w którym wszystkie wyzej wskazane problemy zostaly zminimalizowane lub usuniete.Dalszym celem wynalazku jest opracowanie sposobu odlewania wlewków ze stali o stabilizowanej strefie zewnetrznej, majacych wystarczajaco gruba strefe stali nieuspokojonej dla umozliwienia normaliiego oczyszcza¬ nia i szlifowania, zapewniajac przez to bardziej dokladne usuniecie wad powierzchniowych, oraz majacych bardziej jednolity rdzen, w celu zapewnienia przez to bardziej jednolitej podatnosci do glebokiego tloczenia dla blach stalowych z nich wyprodukowanych przy jednoczesnym zuzyciu minimalnej ilosci aluminium i przy minimalnej ilosci wtracen tlenków glinu w zakrzepnietym wlewku.Sposób wedlug wynalazku polega na dodawaniu do wlewków stopionego aluminium w starannie sterowanej kolejnosci postepowania, pozwalajacej przy minimalnym zuzyciu aluminium na wyprodukowanie wlewka majace¬ go strefe zewnetrzna o wystarczajacej grubosci oraz rdzen z jednolitej stali póluspokojonej wewnatrz tej strefy zewnetrznej.Istote sposobu wytwarzania wlewków ze stabilizowana strefa zewnetrzna opiera sie przede wszystkim na dodaniu stopionego aluminium do wlewnicy zamiast kulek aluminiowych lub alurpinium w innej postaci stalej.Jezeli maja byc osiagniete cele wynalazku, to dodatkowo jeszcze sposób wymaga, aby istniala scisla zgodnosc ze szczególnym sposobem odlewania.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze stal odlewa sie do wlewnicy do osiagniecia 90-95% objetosci wlewnicy, przerywa lanie na okres czasu w granicach 0,5—2 minut dla umozliwienia ograniczonej akcji wrzenia we wlewnicy a nastepnie kontynuuje odlewanie do zapelnienia wlewnicy. Po wznowieniu odlewania i akcji wrzenia lecz przed zakonczeniem odlewania dodaje sie 0,669 do 0,893 kg cieklego aluminium na tone stali z szybkoscia dostateczna dla umozliwienia wprowadzenia calej ilosci aluminium do czasu ukonczenia odlewania.Celem tej dokladnej kolejnosci odlewania jest otrzymanie czystszej stali z gruba zewnetrzna strefa stali nieuspo¬ kojonej, z bardziej jednolitym rozmieszczeniem aluminium w rdzeniu ze stali póluspokojonej przy minimalnej ilosci wytworzonych tlenków aluminium i dlatego przy minimalnym dodatku aluminium. Dla osiagniecia tych celów musi byc utrzymana dokladna kolejnosc postepowania.Rozpatrujac kazda z wyzej wymienionych czynnosci bardziej szczególowo, to czynnosci odlewania i przer¬ wania odlewania sa w zasadzie zgodne z obecnie stosowanymi z wyjatkiem tego, ze wedlug wynalazku stosuje sie dluzszy czas na przerwanie odlewania. Odlewanie, jezeli jest rozpoczete z normalna szybkoscia stosowana w praktyce przemyslowej, musi zostac przerwane dla umozliwienia akcji wrzenia przed dodaniem aluminium, które zatrzymuje akcje wrzenia. Jednak, jak to wspomniano wyzej, czas przerwy w odlewaniu wedlug wynalazku jest dluzszy niz konwencjonalny, który zwykle nie moze przekraczac rzedu 0,5 minuty. Z tego tez powodu otrzymuje sie wedlug wynalazku grubsza strefe zewnetrzna.Grubsza strefa zewnetrzna jest oczywistym nieodlacznym wynikiem wzrostu czasu trwania przerwy w odlewaniu i dlatego nie jest wykluczone, ze sposobami obecnie stosowanymi mozna wytworzyc grubsze strefy zewnetrzne tylko przez zwiekszenie czasu trwania przerwy. Jednak sposobami obecnie stosowanymi nie mozna zwiekszyc czasu trwania przerwy w celu wytworzenia przez to grubszej strefy zewnetrznej bez zrezygnowania z innych pozadanych wlasnosci stali. Zwiekszany czas trwania przerwy w odlewaniu spowoduje na przyklad duze stezenie tlenku aluminium w dolnej czesci wlewka. Jak to uprzednio zaznaczono, na powierzchni cieklej stali we wlewku tworzy sie kozuch z tlenku zelaza, którego ilosc jest wprost proporcjonalna do czasu trwania przerwy w odlewaniu. W sposobach dotychczas stosowanych grubosc tego kozucha musi byc zmniejszana, aby ograniczyc proces wytwarzania sie tlenku aluminium oraz ilosc wtracen we wlewku, gdy dodaje sie w dalszym ciagu aluminium. Wskutek tego czas przerwy w odlewaniu w dotychczas stosowanych sposobach jest ograniczony3 72 385 do okolo 0,5 minuty jako praktycznej równowagi miedzy optymalna gruboscia strefy zewnetrznej i wytworze¬ niem sie minimalnej ilosci tlenków aluminium i ilosci wtracen. W sposobie wedlug wynalazku jednak wyelimino¬ wany jest calkowicie kozuch, jak to bedzie opisane nizej, wskutek czego nie napotykano na trudnosci w wyniku przedluzenia czasu trwania przerwy w odlewaniu.Czynnosc kontynuowania odlewania zaczyna sie przed dodawaniem plynnego aluminium. Pozwala to na odchylenie na boki lub zatopienie kozucha tlenku zelaza w plynnej stali wskutek czego zmniejsza sie ilosc wytwarzanego powierzchniowego tlenku aluminium. Kozuch wyplynie oczywiscie na powierzchnie metalu po zakonczeniu odlewania, ale po tym, gdy aluminium zostalo juz przeprowadzone ponizej powierzchni stali przy wytworzeniu minimalnej ilosci tlenku aluminium. Co wiecej, poniewaz aluminium jest plynne i korzystnie dodawane razem ze strumieniem odlewanej stali, tendencja aluminium do plywania po menisku stali jest silnie zmniejszona, co znów zmniejsza wytwarzanie sie tlenku aluminium.Zgodnie ze sposobami wedlug wynalazku dodawanie aluminium do plynnego wlewka musi byc ukonczone przed zakonczeniem odlewania stali. Oczywiscie istotne jest, aby strumien stali byl do dyspozycji podczas calego okresu dodawania aluminium dla odchylania na boki kozucha powierzchniowego i dla wciagania plynnego aluminium w glab plynnego wlewka.Na skutek krótkich czasów odlewania stosowanych w przemyslowym odlewaniu stali istotne jest, aby dodawanie plynnego aluminium bylo ukonczone szybko, najkorzystniej w czasie krótszym niz potrzebny do wypelnienia stala nadstawki wlewnicy, lub równowaznej jej objetosci, gdy nadstawka nie jest stosowana. Obecnie ilosc czasu pozostajaca do dyspozycji jest funkcja cisnienia ferrostatycznego plynnej stali w kadzi i srednicy wylewu kadziowego. Szybkosci wylewania sa najwieksze gdy metal znajduje sie w polowie wysokosci kadzi poniewaz cisnienie ferrostatyczne jest jeszcze substancjonalne a ceramiczny wylew zostal silnie wyzarty. Wskutek tego czas na napelnienie sekcji nadstawki 16 tonowej wlewnicy na poczatku spustu moze wynosic 20 sekund, a w srodku spustu moze byc nizszy od 8 sekund. Dlatego, bez wzgledu na to, jakim sposobem aluminium jest dodawane, musi istniec mozliwosc dodania calkowitej wymaganej ilosci aluminium w okresie czasu krótszym od 8 sekund. Idealnie w ciagu 4 sekund lub mniej, jezeli stal ma byc odlewana, korzystnie przez dwie sekundy przed i po dodaniu aluminium. Oczywiscie, jezeli stosuje sie pewne srodki lub sposób dla zwiekszenia czasu odlewania stali podczas dodawania aluminium, wtedy naturalnie moze byc przyjete proporcjonalnie wolniejsze dodawanie aluminium.Stosujac plynne aluminium i sposób wyzej opisany, trzeba dodawac okolo 25% mniej aluminium w porów¬ naniu do sposobów konwencjonalnych, w procesach konwencjonalnych trzeba dodawac co najmniej okolo 0,893 kg aluminium na 1 tone stali, natomiast w procesie wedlug wynalazku nie wymagaja wiecej niz 0,66 kg aluminium na tone stali. Taoszczednosc aluminium powstaje oczywiscie przede wszystkim w wyniku minimalne¬ go wytwarzania sie tlenku aluminium, co charakteryzuje sposób wedlug wynalazku.W procesach konwencjonalnych istotne jest stosowanie nadstawki do wlewnic dla zabezpieczenia, aby aluminium stale nie przyczepilo sie do scian wlewnicy ponad powierzchnie plynnego metalu. Aluminium plynne natomiast miesza sie latwo ze stala. Dlatego chociaz w opisanym wyzej sposobie postepowania podano przykla¬ dowo uzycie nadstawki wlewnicowej nie jest to istotne w procesie wedlug wynalazku.Chociaz istnieje szereg róznych sposobów, które moga byc stosowane dla dodawania aluminium do wlewnic, okazalo sie, ze jeden jest szczególnie zadowalajacy. Polega on na tym, ze stosuje sie pompe odsrodkowa z silnikiem napedzanym powietrzem oraz dluga rure zaroodporna dla szybkiego przepompowywania aluminium z przewoznego tygla opalanego gazem. Przy plynnym aluminium w temperaturze rzedu 876°C i cisnieniu 2,8 kG£m2 silnik moze przepompowac 3,63 kg aluminium na sekunde przez rure zaroodporna o przeswicie 50,8 mm o przyblizonej dlugosci 487 mm. Dla przepompowania 0,669 kg/tone do 16 tonowego wlewka bedzie potrzebne ogólem 10,89 kg aluminium. Wyzej wspomniany uklad pompowy byl wiecej niz odpowiedni, gdy calosc aluminium byla doprowadzana w ciagu 3 sekund. Jest oczywiscie konieczne, aby wirnik pompy, rury i podobne elementy byly odpowiednio wstepnie podgrzane przed pompowaniem, aby zabezpieczyc aluminium przed zakrzepnieciem w nich.Dla przedstawienia w bardziej zrozumialy sposób zalet sposobu wedlug wynalazku, pokazane w dalszym ciagu zestawienie zawiera wyniki prób na róznych wlewkach odlanych wedlug wynalazku w porównaniu z odlewanymi dotychczas stosowanymi metodami.W próbach tych dziewiec wlewków wykonano wedlug dotychczas stosowanych sposobów, w których dodawano 0,893 kg/tone srutu aluminiowego do wlewka. Dwadziescia osiem wlewków odlano sposobem wedlug wynalazku, stosujac dodatek aluminium w ilosci 0,669 kg lub 0,893 kg/tone i czas wrzenia 0,5 lub 2 minuty.Pokdreslic nalezy, ze w zadnym z przykladów odlewania wedlug obecnie stosowanego sposobu nie stosowano czasu wrzenia rzedu 2,0 minut. Wyniklo to z tego, ze stwierdzone zostalo w praktyce, ze przedluzenie czasu4 72 385 wrzenia poza 0,5 minuty pociaga zwykle za soba nadmierne stezenie aluminium w dennej czesci wlewka (na skutek nadmiernego wytwarzania sie tlenku aluminium) i w konsekwencji zwiekszenie odpadu od stopy wlewka.Nizej przedstawiona tablica pokazuje rozklad aluminium otrzymany w tych próbach.Wyniki prób zebrane w wyzej podanej tablicy wykasuja, ze sposób wedlug wynalazku jest w porównaniu ze sposobami obecnie stosowanymi nie tylko bardziej wydajny, ale zapewnia równiez bardzo jednolity rozklad aluminium. Dodatkowo wlewki, dla których cza? wrzenia wynosil 2 minuty, mialy strefe zewnetrzna zasadniczo grubsza niz wlewki, dla których proces wrzenia trwal tylko przez 0,5 minuty. Strefa zewnetrzna byla wystarcza¬ jaco gruba, aby umozliwic oczyszczenie powolne na goraco podczas walcowania wedlug konwencjonalnych sposobów oraz dalsza obróbke powierzchniowa na zimno w stanie stalym bez niebezpieczenstwa przenikniecia przez strefe zewnetrzna. PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób odlewania wlewków stalowych o stabilizowanej strefie zewnetrznej oparty na odlewaniu stali w postaci nieuspokojonej do wlewnic i dodawaniu do nich aluminium, przy czym przed dodaniem aluminium stal wrze przez okreslony okres czasu, znamienny tym, ze stal wlewa sie do wlewnicy do osiagniecia 90—95% jej objetosci, przerywa lanie na okres czasu w granicach 0,5-2 minut dla umozliwienia ograniczonej akcji wrzenia we wlewnicy, nastepnie kontynuuje odlewanie do zapelnienia wlewnicy i w czasie trwania odlewania po akcji wrzenia, ale przed zakonczeniem odlewania dodaje sie 0,669 do 0,893 kg plynnego aluminium na 1 tone stali do wlewnicy z szybkoscia dostateczna dla umozliwienia wprowadzenia calej ilosci aluminium do czasu ukonczenia odlewania.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze plynne aluminium wprowadza sie do strumienia odlewanej stali.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze dodawanie aluminium rozpoczyna sie co najmniej po uplywie 1 pelnej sekundy po rozpoczeciu kontynuowania odlewania i konczy sie co najmniej na 1 pelna sekunde przed zakonczeniem odlewania.72385 Tablica Spust Nr 06R343 06R343 06R343 ' 01R483 01R483 Wlewek Nr 1 2 3 14 15 16 17 18 19 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 17 18 19 20 21 22 23 24 9 10 11 12 13 14 15 16 Dodatek Al kg/t 2.0 2,0 2,0 2.0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 postac srut staly ,» ,, ,, ,, „ „ „ », ,, plynne ,, plynne ,, plynne ,, plynne ,, „ ,, ,, ,, „ ,» „ ,, „ „ ,, ,, plynne ,, „ „ „ ,, „ ,, Czas wrzenia min. 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 (srednio) 0,5 0,5 (srednio) 2,0 2,0 (srednio) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 (srednio) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 Calkowita zawarto glowa wlewka 0,058 0,048. 0,043 - - - - . . - - 0,0497 0,080 0,059 0,070 0,05 8 0,049 0,0535 0,070 0,070 0,060 0,060 0,057 0,060 0,060 0,058 0,031 0,045 0,050 0,045 0,039 0,055 0,043 0,060 0,0539 0,070 0,058 0,060 0,048 0,070 0,039 0,058 0,047 scAl % stopa wlewka 0,058 0,060 0,070 0,059 0,051 0,055 0,070 0,058 0,070 0,0612 0,110 0,058 0,084 0,080 0,070 0,075 0,053 0,070 0,057 0,100 0,070 0,070 0,060 0,060 0,049 0,041 0,047 0,040 0,035 0,054 0,055 0,048 0,0574 0,057 0,070 0,058 0,056 0,058 0,058 0,041 0,055 (srednio) 0,0563 0,0566 PL PL