WO2015101552A1 - Verfahren und anordnung zum vakuumblockguss - Google Patents

Verfahren und anordnung zum vakuumblockguss Download PDF

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Definitions

  • a method for casting under vacuum in which a mold made of cast iron is placed on a base plate with a ceramic-lined attachment in a closable by a lid vacuum tank.
  • the vacuum tank is connected via a line with a, usually equipped with mechanical pumps vacuum pump set.
  • the lid is placed vacuum-tight on the vacuum tank, wherein the seal is effected by a rubber ring inserted in a groove located on the tank on which the sealing ring of the lid is seated.
  • the lid has a pouring port, which is usually closed by an aluminum sheet to allow pre-evacuation of the tank interior.
  • the aluminum sheet is melted during casting through the liquid steel and thus made the pouring opening free.
  • the casting of the steel takes place either from an intermediate vessel or a so-called pony pan, which can be vacuum-tight on the lid in the same way as the lid on the tank can be placed so that the provided with a plug control spout opening is approximately centrally located above the aluminum closure plate.
  • the tundish is first filled with a closed steel stopper from a Stahlg screen- and transport pan with liquid steel and opened only after reaching a sufficient level of the stopper. This ensures that no air is sucked in when casting.
  • the aluminum sheet is melted through the liquid steel and thus allows the further casting process.
  • tundishes or pony pans of sufficient capacity allows pouring the contents of several pans in a row without to change or interrupt the flow of steel, ie the speed of the casting process.
  • the pan content must be sufficient to be able to pour the block.
  • the direct potting from the transport pan has the advantage that the steel contained therein by a pan treatment process in a ladle furnace and by argon flushing, etc. has a high degree of purity, which is no longer disturbed until the block casting. This makes it possible to produce large forgings of good purity.
  • the maximum block weight is limited by the melt weight of the smelting aggregate and the capacity of the cup adapted thereto.
  • Characteristic feature of the invention are the pouring of the steel into a pouring area of an intermediate vessel and forced guidance over a calming section to form a laminar flow in a spout area of the tundish, so that the residence time of the steel in the tundish is extended controlled overall and thus a possibility for the deposition of Inclusions is created, wherein the casting rate from the tundish into the mold is controlled by a plug or slide.
  • a further improvement with regard to the separation of inclusions can be achieved by incorporating the dams or weirs in the calming area between the sprue and the spout, which effect a deflection of the flow direction and if necessary additionally flushed with inert gas.
  • Fig. 1 shows an arrangement for vacuum block casting using an intermediate vessel 9 for carrying out the method according to the invention in simplified representation.
  • a vacuum vessel 1 which is connected via a suction line 2 with vacuum pumps, not shown, there is a set up on a bottom plate 3 cast iron mold 4 with a hood 5, in which liquid steel 6 is poured for the purpose of forming a forging block.
  • the vacuum vessel 1 is closed with a cover 7, which has a passage 8, which is vacuum-tightly sealed before fitting the intermediate vessel 9 through an aluminum sheet, which is not shown here.
  • the vacuum-tight mounted on the lid 7 tundish 9 has a spout 10, which can be closed or opened by a plug 1 1.
  • a (not shown) slide can be provided.
  • the contained in a casting, transport or treatment pan 12 liquid steel 6 passes through a controllable by a slide closure 13 spout, preferably via a shadow tube 14, in the tundish 9, the spout 10 is closed by the plug 1 1 as long as until a sufficient level of the liquid steel 6 is achieved. Then the plug 1 1 is opened and the steel 6 flows through the spout 10, melts through the aluminum sheet and continues to flow into the gray cast iron mold 4, in which the ingot is built.
  • the pouring of the steel 6 from the ladle 12 takes place at a location of the intermediate vessel 9, at which a turbulent flow is indicated in the gate area.
  • the spout 10 is located at a location opposite the sprue area of the intermediate vessel 9, where the flow has calmed and preferably a laminar flow in the direction of the gray cast iron mold 4 occurs.
  • a sink or rinse bar 18 In the bottom of the tundish 9 can still be installed between the sprue and spout a sink or rinse bar 18, which allows flushing of the melt by means of inert gas.
  • FIG. 2 shows the top view of an intermediate vessel 9 according to the invention in a U-shaped formation with an indication of the pouring point 15 and the location of the spout 10 and between the two provided calming section 16, in which dams or weirs 17 may be installed to the flow of Redirect melt and calm and allow deposition of non-metallic inclusions.
  • dams or weirs 17 may be installed to the flow of Redirect melt and calm and allow deposition of non-metallic inclusions.
  • a sprue area 15 is arranged at a sufficient distance from a spout area 10, so that between the sprue area 15 and the spout area 10 a calming area 16 with or without deflection of the steel or the liquid melt by dams or weirs 17 and the arrangement of a gas purging plug 18 is providable.

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Abstract

Das Gießen großer Schmiedeblöcke erfolgt in eine in einem Vakuumgefäß (1) aufgestellten Kokille (4) von einem auf dem Deckel (7) des Vakuumgefäßes (1) angeordneten, mit diesem vakuumdicht verbundenen Zwischengefäß (9) durch eine über der Kokille (4) befindliche Ausgussöffnung (10), die durch eine Beruhigungsstrecke (16) von einem Eingussbereich (15) getrennt ist und die zur Beruhigung des Stahlflusses und zur Begünstigung der Abscheidung nichtmetallischer Einschlüsse über Umlenkdämme (17) und Inertgasspülsteine (18) verfügen kann.

Description

Verfahren und Anordnung zum Vakuumblockquss
Stand der Technik
Für die Herstellung großer Schmiedeblöcke aus Stahl wird neben anderen Gießverfahren auch ein Verfahren zum Gießen unter Vakuum eingesetzt, bei welchem eine Kokille aus Gusseisen auf einer Bodenplatte mit einem keramisch ausgemauerten Aufsatz in einem durch einen Deckel verschließbaren Vakuumtank aufgestellt ist. Der Vakuumtank ist über eine Leitung mit einem, meist mit mechanischen Pumpen bestückten Vakuumpumpensatz verbunden. Der Deckel wird auf den Vakuumtank vakuumdicht aufgesetzt, wobei die Abdichtung durch einen in einer am Tank befindlichen Nutrille eingelegten Gummiring bewirkt wird auf dem der Dichtring des Deckels aufsitzt.
Der Deckel hat eine Eingießöffnung, die üblicherweise, um ein Vorevakuieren des Tankinnenraums zu ermöglichen, durch ein Aluminiumblech verschlossen ist. Das Aluminiumblech wird beim Angießen durch den flüssigen Stahl aufgeschmolzen und damit die Gießöffnung frei gemacht. Das Gießen des Stahls erfolgt entweder von einem Zwischengefäß oder einer sogenannten Ponypfanne aus, die auf dem Deckel vakuumdicht in gleicher Weise wie der Deckel auf dem Tank so aufgesetzt werden kann, dass die mit einer Stopfenregelung versehene Ausgussöffnung sich annähernd zentrisch oberhalb des Aluminiumverschlussblechs befindet.
Für das Angießen wird das Zwischengefäß bei geschlossenem Stopfen zunächst von einer Stahlgieß- und Transportpfanne aus mit flüssigem Stahl weitgehend gefüllt und erst nach Erreichen eines ausreichenden Füllstands der Stopfen geöffnet. Damit ist sichergestellt, dass beim Angießen keine Luft angesaugt wird. Beim Angießen wird das Aluminiumblech durch den flüssigen Stahl durchschmolzen und so der weitere Gießvorgang ermöglicht. Die Verwendung von Zwischengefäßen oder Ponypfannen ausreichenden Fassungsvermögens ermöglichen das Vergießen des Inhalts mehrerer Pfannen hintereinander ohne den Stahlfluss, d.h. die Geschwindigkeit des Gießvorgangs ändern oder unterbrechen zu müssen.
Grundsätzlich ist es auch möglich aus einer Stahlgieß- und Transportpfanne direkt zu gießen, wenn diese über einen Dichtring verfügt, der auf den in einer Nut auf dem Deckel befindlichen Gummiring aufgesetzt werden kann. In diesem Fall muss aber der Pfanneninhalt ausreichen um den Block vollgießen zu können. Das direkte Vergießen aus der Transportpfanne hat dabei den Vorteil, dass der darin befindliche Stahl durch ein Pfannenbehandlungsverfahren in einem Pfannenofen und durch Argonspülung etc. einen hohen Reinheitsgrad aufweist, der bis zum Blockgießen nicht mehr gestört wird. Damit ist es möglich, große Schmiedeblöcke guten Reinheitsgrads zu erzeugen. Allerdings ist hier, wie bereits ausgeführt, das maximale Blockgewicht durch das Schmelzgewicht des Schmelzaggregats und das Fassungsvermögen der daran angepassten Pfanne begrenzt. Weiters kommt dazu, dass in einem Schmelzbetrieb mehrere Pfannen aus Instandhaltungsgründen verfügbar sein müssen und daher alle über einen Dichtring verfügen müssen, um als Vakuumgießpfanne verwendet werden zu können. Für die Herstellung sehr großer Schmiedeblöcke von beispielsweise 600t Gewicht ist die Arbeitsweise mit einer einzigen Pfanne nicht möglich, da im allgemeinen die Schmelzengrößen mit 150t bis 200t begrenzt sind, sodass für die Herstellung eines Blockes mehr als nur eine Gießpfanne benötigt werden. In diesem Fall muss daher mit Zwischengefäß bzw. Ponypfanne gearbeitet werden.
Das hat zur Folge, dass beim Eingießen des Stahles in das Zwischengefäß dieser mit Luft und der feuerfesten Ausmauerung des Zwischengefäßes bei gleichzeitiger turbulenter Strömung in Kontakt kommt und so wieder hinsichtlich des Reinheitsgrads im Vergleich zum Zustand in der Pfanne durch endogene und exogene nichtmetallische Einschlüsse verunreinigt wird und somit ein Stahl mit verminderter Qualität durch den Ausguss des Zwischengefäßes (Ponypfanne) in die Kokille gelangt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Eingussstelle von der Pfanne in das Zwischengefäß nahe der Ausgussöffnung des Zwischengefäßes sich befindet. Die Verweilzeit des Stahles und die im Zwischengefäß auftretende Turbulenz ist dann nicht kontrollierbar und die Verweilzeit teilweise zu kurz, sodass eine weitgehende Abscheidung neu gebildeter Einschlüsse nicht erwartet werden kann und diese in den Gussblock gelangen und so einen nachteiligen Einfluss auf dessen Qualität haben.
Offenbarung der Erfindung
Dieser Mangel beim Stand der Technik kann beim Vakuumblockguss mit Zwischengefäß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens weitgehend behoben werden, wenn die beim Eingießen auftretenden Turbulenzen abgebaut werden und der flüssige Stahl erst nach einer entsprechenden Beruhigung und kontrollierten Verweildauer im Zwischengefäß, die eine Abscheidung von Einschlüssen ermöglicht, in vorzugsweise laminarer Strömung zum Ausguss des Zwischengefäßes und weiter in die Kokille gelangt.
Kennzeichnendes Merkmal der Erfindung sind das Eingießen des Stahles in einen Eingießbereich eines Zwischengefäßes und zwangsweise Führung über eine Beruhigungsstrecke zur Ausbildung einer laminaren Strömung in einen Ausgussbereich des Zwischengefäßes, sodass die Verweilzeit des Stahles im Zwischengefäß insgesamt kontrolliert verlängert wird und damit eine Möglichkeit für die Abscheidung von Einschlüssen geschaffen wird, wobei die Gießrate vom Zwischengefäß in die Kokille durch einen Stopfen oder Schieber kontrolliert wird. Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Abscheidung von Einschlüssen kann dadurch erreicht werden, dass im Beruhigungsbereich zwischen Einguss und Ausguss die Schmelze Dämme oder Wehren eingebaut sind, die eine Umlenkung der Fließrichtung bewirken und allenfalls zusätzlich mit Inertgas gespült wird.
Beschreibung der Ausführungsform
Fig. 1 zeigt eine Anordnung zum Vakuumblockgießen unter Verwendung eines Zwischengefäßes 9 für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in vereinfachter Darstellung. In einem Vakuumgefäß 1 , welches über eine Saugleitung 2 mit hier nicht dargestellten Vakuumpumpen verbunden ist, befindet sich eine auf einer Bodenplatte 3 aufgestellte Graugusskokille 4 mit einer Haube 5, in die zum Zweck der Bildung eines Schmiedeblocks flüssiger Stahl 6 gegossen wird.
Das Vakuumgefäß 1 ist mit einem Deckel 7 verschlossen, der über einen Durchlass 8 verfügt, der vor Aufsetzten des Zwischengefäßes 9 durch ein Aluminiumblech, welches hier nicht gezeigt ist, vakuumdicht verschlossen ist.
Das auf dem Deckel 7 vakuumdicht aufsitzende Zwischengefäß 9 verfügt über einen Ausguss 10, der durch einen Stopfen 1 1 verschlossen bzw. geöffnet werden kann. Anstelle eines Stopfens 1 1 kann auch ein (nicht dargestellter) Schieber vorgesehen werden. Der in einer Gieß-, Transport- bzw. Behandlungspfanne 12 enthaltene flüssige Stahl 6 gelangt über einen mittels eines Schieberverschlusses 13 regelbaren Ausguss, vorzugsweise über ein Schattenrohr 14, in das Zwischengefäß 9, dessen Ausguss 10 durch den Stopfen 1 1 solange geschlossen bleibt, bis ein ausreichendes Niveau des Flüssigstahls 6 erreicht wird. Dann wird der Stopfen 1 1 geöffnet und der Stahl 6 fließt durch den Ausguss 10, durchschmilzt das Aluminiumblech und fließt weiter in die Graugusskokille 4, in welcher der Gussblock aufgebaut wird.
Während des gesamten Gießvorgangs bleiben die Vakuumpumpen in Betrieb, sodass der flüssige Stahl 6 wirkungsvoll entgast wird.
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, erfolgt das Eingießen des Stahls 6 aus der Gießpfanne 12 an einer Stelle des Zwischengefäßes 9, an der im Eingussbereich eine turbulente Strömung angedeutet ist. Der Ausguss 10 befindet sich an einer dem Eingussbereich gegenüberliegenden Stelle des Zwischengefäßes 9, wo sich die Strömung beruhigt hat und vorzugsweise ein laminarer Durchfluss in Richtung der Graugusskokille 4 auftritt. In den Boden des Zwischengefäßes 9 kann noch zwischen Einguss und Ausguss ein Spülstein oder Spülbalken 18 eingebaut sein, welcher eine Spülung der Schmelze mittels Inertgas ermöglicht. Die Fig. 2 zeigt die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Zwischengefäßes 9 in U- förmiger Ausbildung mit Andeutung der Eingussstelle 15 und die Stelle des Ausgusses 10 und einer zwischen den beiden vorgesehenen Beruhigungsstrecke 16, in welche Dämme oder Wehren 17 eingebaut sein können, um den Fluss der Schmelze umzulenken und zu beruhigen und eine Abscheidung nichtmetallischer Einschlüsse zu ermöglichen. Durch einen im Boden des Zwischengefäßes 9 eingebauten Spülstein oder Spülbalken 18 kann die Abscheidung nichtmetallischer Einschlüsse weiter gefördert werden.
Für das Zwischengefäß 9 können aber auch andere geometrische Formen vorteilhaft sein, wenn die grundsätzliche erfindungsgemäße Voraussetzung erfüllt ist, dass ein Eingussbereich 15 in einer ausreichenden Entfernung von einem Ausgussbereich 10 angeordnet ist, sodass zwischen dem Eingussbereich 15 und dem Ausgussbereich 10 ein Beruhigungsbereich 16 mit oder ohne Umlenkung des Stahles bzw. der flüssigen Schmelze durch Dämme oder Wehren 17 sowie die Anordnung eines Gasspülsteins 18 vorsehbar ist.

Claims

Ansprüche:
1 . Verfahren zum Gießen großer Blöcke aus Stahl aus einer oder mehreren Gießpfannen (12) hintereinander unter Vakuum in einem Vakuumtank (1 ) unter Verwendung eines auf dem Vakuumdeckel (7) aufsitzenden und mit diesem vakuumdicht verbundenen Zwischengefäßes (9), dadurch gekennzeichnet, dass das Eingießen des Stahles unter Verwendung des Zwischengefäßes (9) getrennt vom Ausguss (10) erfolgt, sodass die beim Eingießen in einen Eingussbereich (15) des Zwischengefäßes (9) entstehenden turbulenten Strömungen in der Schmelze (6) in einer Beruhigungszone (16) abgebaut werden, um eine bessere Abscheidung nichtmetallischer Einschlüsse aus der Schmelze (6) zu ermöglichen, und dass die Schmelze (6) erst nach Durchströmen der Beruhigungszone (16) in den Ausguss (10) gelangt,.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (6) im Zwischengefäß (9) bei ihrem Durchlauf durch die Beruhigungszone (16) durch Dämme oder Wehre (17) umgelenkt und die Ausbildung einer laminaren Strömung gefördert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze (6) im Zwischengefäß (9) bei ihrem Durchlauf durch eine Beruhigungszone (16) mittels Inertgas (18) gespült wird.
4. Auf einem Vakuumdeckel (7) eines eine Kokille (4) enthaltenden Vakuumtanks (1 ) aufsitzenden, mit diesem vakuumdicht verbundenen Zwischengefäßes (9) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengefäß (9) über eine Eingießkammer (15) und einen von dieser örtlich getrennten Ausguss (10) verfügt, die über einen Beruhigungskanal (16) verbunden sind.
Zwischengefäß (9) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zwischen Eingusskammer (15) und Ausguss (10) angeordneten Beruhigungszone (16) Dämme und/oder Wehre (17) zum Umlenken der Schmelze (6) angeordnet sind.
Zwischengefäß (9) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der zwischen dem Eingussbereich (15) und dem Ausguss (10) angeordneten Beruhigungszone (16) ein Spülstein (18) eingebaut ist.
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