DE2414719C2

DE2414719C2 - Verfahren zum Gießen von Blöcken

Info

Publication number: DE2414719C2
Application number: DE2414719A
Authority: DE
Inventors: Pierre Roger Nechells Birmingham Potier
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1973-03-28
Filing date: 1974-03-27
Publication date: 1983-09-22
Also published as: ATA249674A; FR2223118B1; CA1000932A; AT332010B; NL7404253A; BR7402361D0; NL167342C; FR2223118A1; BE812967A; DE2414719A1; AU6724274A; JPS5722660B2; US3934637A; GB1431787A; ES424727A1; JPS5026726A; IT1011639B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von Blöcken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses Verfahren kann vorteil¹'aft zum Gießen der verschiedensten Metalle angewandt werden, jedoch liegt seine Hauptanwendung im Gießen von Stahlblökken, so daß die folgende Beschreibung in erster Linie auf diese Anwendung gerichtet ist.

Das geschmolzene Metall kann entweder von oben in die Blockkokillen gegossen werden, oder die Blockkokille kann von unten mit geschmolzenem Metall gefüllt werden.

Beim Gießen von oben, dem sog. fallenden Guß, ist es aus der US-PS 33 08 514 sowie den DE-OS 20 57 787 und 20 57 788 bekannt, nach dem Einfüllen des flüssigen Metalls in die Blockkokille auf die Metalloberfläche als Lünkervefhütüngsrnittel säurebehandelten Graphit bzw. eine Mischung aus säurebehandeltem Graphit und wärmedämmenden oder exotherm wirkenden Zusätzen aufzubringen.

Beim steigenden Vergießen von geschmolzenem Stahl in eine Blockkokille wird im allgemeinen die mit der Luft in Berührung befindliche Oberfläche der Metallschmelze oxydiert, Wobei eine Oxydhaut darauf gebildet wird. Außerdem pflegt der Block während der Erstarrung mit den Kokillenwänden zu verschweißen, und das anschließende Abstreifen von der Kokille kann, wenn es nicht unmöglich wird, zu Beschädigung der Kokillenwand und/oder zu Fehlern in der Oberfläche des Blocks führen.

Bisher wurden diese Nachteile durch Verwendung von Kokillenzusätzen oder -auskleidungen weitgehend ausgeschaltet. Diese Massen werden auf die Innenfläche

ίο der Kokille aufgetragen oder vor dem Guß in die Kokille gegeben. Unter der Einwirkung der Hitze des geschmolzenen Metalls schmelzen sie oder zersetzen sich während des Gießvorganges mit einer resultierenden Flußmittelwirkung oder reduzierenden Wirkung an der Grenzfläche zwischen geschmolzenem Metall und Kokille und/oder an der Grenzfläche zwischen geschmolzenem Metall und Atmosphäre. Die für diesen Zweck verwendeten Massen haben jedoch näufig die Neigung, die Zusammensetzung des vergossenen Metalls, insbesondere an und in der Nähe der Oberfläche des gegossenen Blockes zu verändern, weshalb gemäß der DE-OS 20 48 203 auch schon die Verwendung von Flußmittelzusammensetzungen vorgeschlagen wurde, die das Mineral Bisalt erhalten.

Des weiteren wurde auch schon vorgeschlagen, einen Sack mit feinteiligem Kokillenzusatzmaterial in die Kokille zu hängen. Durch die Hitze des geschmolzenen Metalls zerfällt der Beutel, so daß das Kokillenzusatzmaterial auf die steigende Oberfläche des geschmolzenen Metalls fallen kann. Durch dieoe Arbeitsweise werden häufig Teilchen des Kokillenzusatzmaterials im Block eingeschlossen. Die Folge sind metallurgische Fehler beim Erstarren und anschließendem Walzen des Blocks. Es wurde ferner vorgeschlagen, die vorstehend genannten Beutel vor dem steigenden Guß auf den Boden der Kokille zu legen. Diese Arbeitsweise hat den weiteren Nachteil, daß die Beutel höchstwahrscheinlich platzen, so daß das Kokillenzusatzmaterial den Lauf verstopft.

Die Erfindung richtet sich auf eine Verbesserung des steigenden Gusses von Blöcken durch Verminderung des Auftretens von Blockfehlern, wie Rissen und Überlappungen, durch Verminderung der Oberflächen Oxydation und Verbesserung der allgemeinen Oberflächenbeschaffenheit der Blöcke. Die Erfindung stellt sich ferner die Aufgabe, die Wärmeisolierung an de; Oberseite des Blocks während des Hochsteigens des geschmolzenen Metalls in der Kokille zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flußmittel in der Blockkokille als eine abgebundene Masse vorliegen, die ein oder mehrere Flußmittel enthält, und daß die abgebundene Masse eine solche Menge expandierbaren Graphits enthält, daß die abgebundene Masse unter der Hitzewirkung des geschmolzenen Metalls zerfällt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Während des Gießens wird die abgebundene Masse auf der hochsteigenden Metalloberfläche nach oben getragen. Die Masse zerfällt durch die Hitze der Schmelze unter Ausdehnung des Graphits und schmilzt

■■ danach unter Bildung einer Flußmitteidecke, auf der Oberfläche der Schmelze. Dies führt zu einer Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit des gegossenen Blocks, zu geringerer Oberflächenoxydation und zu einer Verminderung des Ausmaßes von Öberflächeneinschlüssen. Ferner schützt die Anwesenheit der Masse auf der hochsteigenden Metalloberfläche diese Oberflä-

ehe, die aufgrund des hochsteigenden geschmolzenen Metalls turbulent ist, vor Berührung mit der Atmosphäre.

Die expandierte Masse bildet außerdem eine Schicht mit sehr hohem Wärmeisoliervermögen auf der Oberfläche der Schmelze, so daß Wärmeverluste aus dem Kopfmetall während des Abgießens verringert werden.

Expandierbarer Graphit ist ein feinteiliger Graphit, dessen Teilchen sich beim Erhitzen aufblähen und ausdehnen, wobei eine Porenstruktur von niedriger Dichte und sehr hohem Wärmeisoliervermögen ausgebildet wird. Diese Graphite können beispielsweise durch Behandlung von flockigem Graphit mit Salpetersäure, Chromtrioxid oder Perchlorsäure und anschließende Entfernung der überschüssigen Säure durch Waschen mit Wasser oder durch Neutralisation durch Mischen eines basischen Materials wie Bauxit oder Magnesiumoxid mit dem behandelten flockigen Graphit hergestellt werden. Das Säur»gemisch kann ein anorganisches Oxydationsmittel, z. B. Mangandioxyd, Kaliumchlorat oder Kaliumpermanganat, enthalten. Der in dieser Weise behandelte Graphit dehnt sich durch Erhitzen auf eine gewöhnlich über 150⁰C liegende Temperatur auf ein Vielfaches seines ursprünglichen Volumens aus. Verfahren zur Herstellung eines solchen expandierbaren oder blähbaren Graphits werden in den US-PS 11 37 373 und 33 23 869 beschrieben.

Die abgebundene Masse kann die folgenden Bestandteile in den genannten Mengen enthalten:

Expandierbarer L>raphit

Flußmittel

Bindemittel

0,5-10Gew.-% 60 -90Gew.-% 5-30 Cew.-0/0

35

Die abgebundene Masse kann unter Verwendung beliebiger Bindemittel oder Bindemittelgemische, die für den Zweck geeignet sind, hergestellt werden. Geeignet als Bindemittel sind beispielsweise organische Bindemittel wie Naturharze oder synthetische Harze, Gummen, Stärke und Cellulosederivate. Bevorzugt als Harze werden für diesen Zweck Harnstoff-Formaldehydharze und Phenol-Formaldehydharze. Anorganische Bindemittel, z. B. Alkalisilicate, kolloidale Oxydsole und Tone, können ebenfalls verwendet werden. Bevorzugt von diesen anorganischen Bindemitteln werden Natriumsilicat (Wasserglas), kolloidales Kieselsol und Bentonit oder Bindeton. Eine Kombination von organischen und anorganischen Bindemitteln kann ebenfalls verwendet werden.

Beliebige Flußmittel, die für die Behandlung von Metallschmelzen bekannt sind, können verwendet werden. Geeignet sind beispielsweise Eisenoxyd (Fe₂O₁ oder Fe)O₄), Natriumcarbonat (Sodaasche), Kaliumcarbonat, Alkali- und Erdalkalifluoride, Alkalioxyde oder Stoffe, die Alkalioxyde beim Erhitzen bilden, natürliche oder synthetische Silicate, z. B. Basalt und Wollastonit, natürliche oder synthetische Borate, z. B. Calciumborat oder Colemanit, und Flugasche. Gemische dieser Flußmittel können ebenfalls verwendet werden, um Stoffgemische zu bilden, die der Gießtemperatur des geschmolzenen Metalls angepaßt sind.

Beim Abgießen von Stahlblöcken sind Flugasche, Sodaasche oder Flußspat, gemahlene Hochofenschlakke, gemahlene Kupölofenschlacke oder Gemische der beiden Schlacken mit geeignetem Schmelzpunkt die Flußmittel der Wahl. Vorteilhaft wird das Flußmittel in feinteiliger Form Verwendet, wobei die Teilchen wenigstens teilweise mit dem sehr feinteiligen Kohlenstoff umhüllt sind. Diese umhüllten Flußmittel können hergestellt werden, indem das feinteiüge Flußmittel mit einem Teil der feinteiligen Kohle gemischt wird, bis die erforderlichen umhüllten oder teilweise umhüllten Teilchen erhalten werden. Als Kohlenstoff für die Umhüllung des Flußmittels eignen sich der expandierbare Graphit selbst, oder es kann zusätzlich eine andere Form von feinteiliger Kohle, z. B. feingemahlener Kjks, Graphit, Holzkohle oder verbranntes Korkmehl, Lampenruß, Ruß und Acetylenruß, verwendet werden. Die drei letztgenannten Kohlenstoffe werden bevorzugt, da sie von Anfang an eine kleinere Teilchengröße haben.

Die abgebundene Masse kann ferner beispielsweise anorfanische oder organische Fasern in einer geringen Menge bis zu 10 Gew.-% enthalten. Hierdurch wird die mechanische Festigkeit des Produkts gesteigert Geeignete Fasern sind beispielsweise Asbestfasern, Schlakkenwolle. Glaswolle, Gesteinswolle, Aluminosilicatfasern und Holzzellstoff. Die Einbeziehung von Fasern wird bevorzugt, wenn die Masse nach einer Aufschlämmungsmethode, die nachstehend beschrieben wird, hergestellt werden soll.

Feinteiüge feuerfeste Füllstoffe wie Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Schamotte, Vermiculit und Perlit, können ebenfalls zugesetzt werden.

Die abgebundene Mssse kann hergestellt v/erden, indem man die trockenen Bestandteile beispielsweise in einem Kegel-Kreiselmischer mischt, den trockenen Bestandteilen eine Lösung des Bindemittels gewöhnlich in Wasser zusetzt, die Masse durch Stampfen oder Pressen in einer geeigneten Form in die gewünschte Form bringt und die geformte Masse nach der Entformung härtet.

Die abgebundene Masse kann auch hergestellt werden, indem man eine Aufschlämmung der Bestandteile in einer Trägerflüssigkeit, z. B. Wasser, bildet, die Aufschlämmung in einen Behälter mit einer Siebwand bringt, die Flüssigkeit aus der Aufschlämmung durch die Siebwand entfernt, wobei sich eine Matte der festen Bestandteile der Aufschlämmung auf der Siebwand ablagert, die so gebildete Matte von der Siebwand entfernt und sie trocknet. Die Entfernung der Trägerflüssigkeit kann nach Belieben durch Anwendung von Druck oder Anlegen von Vakuum erreicht werden. Die Anwesenheit von Fasern in der abgebundenen Masse ist besonders erwünscht, wenn die Masse aus einer Aufschlämmung hergestellt wird.

Beispiel

Eine abgebundene Masse der folgenden Zusammensetzung:

Flugasche
Calciumborat
Graphit

Expandierbarer Graphit
Phenol-Formaldehydharz

65,0 Gew.-%
5,0 Gew.-%
6,0 Gew.-%
4,0 Gew.-%

20.0 Gew.-%

wurde wie folgt hergestellt:

Die Flugasche, das Calciumborat, der Graphit und der expahdierbare Graphit wurden in einem Kegel-Kreiselmischer trocken gemischt. Den trockenen Bestandteilen wurde eine 60%ige wäßrige Lösung des Phenol-Formaldehydharzes zugesetzt. Die »grüne« Masse wurde dann in einer Form zu einer Platte von 25 mm Dicke gepreßt. Die Platte wurde nach der Entformung 2 Stunden bei 150°C gehärtet.

Die Platte wurde dann auf den Boden einer l.S-t-Blockkokille gelegt, worauf geschmolzener Stahl bei 1650° C im steigenden Guß in die Kokille eingeführt wurde. Nach dem Erstarren des Stahls wurde der Block von der Kokille abgestreift und untersucht. Er zeigte geringe Anzeichen von Einschlüssen und Oberflächenoxydation. Die Oberflächenbeschaffenheit war gut.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gießen von Blöcken durch steigenden Guß von geschmolzenem Metall, insbesondere Stahl, in Blockkokillen, wobei vor Beginn des Abgießens in die Blockkokille eine Menge Flußmitte! gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußmittel in der Blockkokille als eine abgebundene Masse vorliegen, die ein oder mehrere Flußmittel enthält, und daß die abgebundene Masse eine solche Menge expandierbaren Graphits enthält, daß die abgebundene Masse unter der Hitzewirkung des geschmolzenen Metalls zerfällt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Flußmittel Eisenoxyd, Alkali- und Erdalkalifluoride, -carbonate und -oxyde. Silicate, Borate und/oder Flugasche verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Flußmittel in feinteiliger Form verwendet und die Teilchen des Flußmittels mit feinteiligem Kohlenstoff umhüllt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine abgebundene Masse verwendet, die 60 bis 90 Gew.-% Flußmittel, 0,5 bis 10 Gew.-% expandierbaren Graphit und 10 bis 30 Gew.-°/o Bindemittel enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel Naturharze, synthetische Harze, Gummen, Stärke, Cellulosederivate. Alkalisilicate, kolloidale Oxydhydrosole und/oder Tone verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine abgebundene Masse verwendet, die außerdem einen organischen oder anorganischen Faserstoff enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man eine abgebundene Masse verwendet, die außerdem einen feinteiligen feuerfesten Füllstoff enthält.