DE2549543C2

DE2549543C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von flüssigem Eisen in Vertiefungen bei einem Gußeisenkörper

Info

Publication number: DE2549543C2
Application number: DE19752549543
Authority: DE
Inventors: Egon 5650 Solingen Evertz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-05
Filing date: 1975-11-05
Publication date: 1986-11-20
Also published as: DE2549543A1

Description

tallothermischen Reaktion in verhältnismäßig kurzer Zeit eine große Wärmemenge, die zum Schmelzen des eingebrachten Eisens, teilweise nach dessen Reduktion, beiträgt. Zumindest das reduzierte Eisen liegt jedoch dabei in sehr reinem Zustand vor, wohingegen das nicht reduziert gewesene Eisen auch entsprechende Beimengungen, so insbesondere Kohlenstoff, enthalten kann. Der von der Elektrode erzeugte Lichtbogen hat nun nicht nur den Vorieil, daß er zur Zündung der metallothermischen Reaktion führt, sondern er ermöglicht darüber hinaus auch durch Einbringung zusätzlicher Wärme das Schmelzen desjenigen Eisens, welches nicht reduziert wurde. Es handelt sich dabei einerseits um das in der Mischung befindliche Eisen und andererseits um das aus den Randzonen der Vertiefung in den schmelzflüssigen Zustand übergehende Eisen. Insgesamt kommt man somit zu die Vertiefung ausfüllendem flüssigen Eisen, welches gegebenenfalls nach Aufkohlung und Siliciumzusat/ in seiner Zusammensetzung im wesentlichen mit derjenigen des übrigen Eisenkörpers übereinstimmt

Neben dem beschriebenen thermischen und metallurgischen Vorteil hat das neue Verfahren noch der jusätzlichen Vorteil, daß man bei der Auffüllung von in Stahlwerkskokillen, Gespannplatten und Schlackenpfannen vorgenommenen Abtragungen das zuvor bei der Abtragung erhaütene Material verwenden kann. Dieses abgetragene Material kann beispielsweise durch Flämmhobeln gewonnen werden, wie es beispielsweise nach den DE-OS 19 37 089 und 20 00196 vorgeschlagen wurde. In diesem Falle enthält das Material durch den mit Sauerstoff vorgenommenen Abtragungsvorgang in größerem Ausmaß Oxide des Eisens und ist im übrigen völlig frei von Verunreinigungen. Diese, beim Flämmhobeln entstehende »Schlacke« wird zweckmäßig vor Erzeugung der Mischung granuliert.

Man kann andererseits auch den durch Abschleifen entstehenden Schleifstaub verwenden, der das Verfahren grundsätzlich nicht beeinträchtigende, geringe Beimengungen von Schleifwerkstoffen enthält.

Somit laß! sLh ein Stoffkreislauf in der Form aufrecht erhalten, daß das zuvor abgetragene Material anschließend wieder zur Auffüllung der durch die Ahtragung erzeugten Vertiefungen verwende« wird.

Um mittels der Schweißelektroden auf die Zusammensetzung des in der Vertiefung entstehenden flüssigen Eisens Einfluß zu nehmen, lassen sich abschmelzende Elektroden verwenden. Da die metallothermischen Metalle aus der Mischung durchweg bei sehr hohen Temperaturen schmelzende, saure Oxide bilden, ist es zweckmäßig, wenn die Schweißelektroden kalkbasisch umhüllt sind. Dies führt dazu, daß sich der Schmelzpunkt der vom Oxid des metallothermischen Metalls gebildeten Schlacke senken läßt.

Mit Erfolg lassen sich weiterhin Graphitelektroden verwenden, durch die die Schmelze aufgekohlt werden kann.

Da das ursprünglich, in die Vertiefung eingebrachte Gemisch noch nicht dicht ist, und da weiterhin ein Teil desselben Schlacke bildet und dadurch zur Füllung der Vertiefung nicht beitragen kann, ist es zweckmäßig, wenn in die erzeugte Metallschmelze noch zusätzliches Gemisch eingebracht wird. Dieses zusätzliche Gemisch enthält weiterhin vorteilhaft mit fortschreitender Auffüllung der Vertiefung zunehmende Anteile an nicht oxidiertem Kisen von emer Zusammensetzung, die mit der Metallschmelze derjenigen des Eisenkörpers entspricht. Man kann auf diese Wec£ zu einer weitreichenden Übereinstimmung zumindest der obenflächennahen Zonen der Auffüllung in der Vertiefung kommen.

Für die Erzeugung des Gemisches wird zweckmäßig von granuliertem Material ausgegangen, sofern es sich hierbei nicht um das durch Abschleifen erhaltene, verhältnismäßig feinkörnige Material handelt

Als metallothermisches Metall eignet sich vor allem Aluminiumgries mit einer Korngröße, die im wesentlichen zwischen 0,2 bis 0,6 mm Korndurchmesser liegt In diesem Bereich ergibt sich eine praktisch vollständige Oxidation des metallothermischen Metalls.

Um mit Sicherheit auszuschalten, daß eine Legierung zwischen dem metallothermischen Metall und dem Eisen gebildet wird, wird das metallothermische Metall nur in einem derartigen Ausmaß zugefügt, wie es dem Anteil des oxidischen Eisens in der Mischung höchstens entspricht Im Gegensatz zu den üblichen metallothermischen Verfahren ist die genaue Einhaltung der Menge des metallothermischen Metalls unkritisch, sofern es nur unterschüssig verwendet wird, da sich fehlende Wärmeenergie schweißtechnisch aufbringen läßt

Zur Durchführung des vorstehend ».handelten Verfahrens eignet sich nach Anspruch 15 eine Unterlage, auf die der Körper gebracht werden kann und mit der es gelingt, die Oberkanten der Vertiefung in eine hori~ontale Ebene zu legen. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich die Vertiefung gleichmäßig sowie vollständig mit flüssigem Eisen gleichmäßig sowie vollständig mit flüssigem Eisen füllen kann, wohingegen die überlaufende Schlacke leicht abgeschliffen oder abgebürstet werden kann.

Weiterhin ist es von großem Vorteil, wenn oberhalb der genannten Unterlage eine Absaugehaube angeordnet wird, durch welche der bei dem Verfahren entstehende Staub abgesaugt werden kann, so daß auch gesundheitliche Schäden vermieden werden.

Das für die Einbringung in die Vertiefung vorgesehene Gemisch aus einem metallothermischen Stoff und dem im oxidischen Zustand vorliegenden Eisen kann, ausgehend von der Pulverform, zu Stäben oder ähnlichen größeren Körpern, gegebenenfalls unter geringfügigen" Zusatz eines üblichen Bindemittels, kompaktiert werden, so daß sich die Menge einerseits genau dosieren läßt, wohingegen andererseits das Verhältnis der die Mischung bildenden Stoffe immer mit großer Genauigkeit eingehalten werden kann. Die Einbrin₆-ung in einem derartigen, durch Vorkompaktierung gewonnenen Zustand hat außerdem noch den Vorteil, daß die Staubentwicklung wesentlich herabgesetzt wird.

Als in teilweise oxidischem Zustand vorliegendes Eisen hat sich mit gutem Erfolg die sogenannte Flämmschlacke verwenden lassen, die beim Flämmhobeln entsteht Darin liegt das Eisen nur zu 0,8% in metallischem Zustand vor. 43,9% des Eisens liegen in der Verbindung FeO und 50,2% in der Verbindung Fe₂O₃ vor. Der Rest besteht aus MnO und S1O2 sowie weiteren ^veninreiiiigungen. Der metallothermische Stoff läßt sich anteilmäßig somit leicht auf den Sauerstoffgehalt der Eisenverbindungen abstimmen.

Die Zeichnung g'jt die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch wieder. Man erkennt die Unterlage 1, auf der im Ausführungsbeispiel eine Gespannplatte 2 mit einer Vertiefung 3 aufliegt. Die Vertiefung 3 wird in zeichnerisch nicht dargestellter, jedoch beschriebener Weise mit flüssigem Eisen gefüllt. Oberhalb der Gespannplatte 2 erkennt r.ian die Absaugehaube 4, die an ein leistungsfähiges Gebläse mit einer nachgeschalteten Staubabscheidung angeschlossen ist.

In zeichnerisch nicht dargestellter Weise kann noch

um die Vertiefung vor Beginn der Arbeiten ein Rahmen oder dergleichen aus feuerfestem Material aufgebracht werden, um die Tatsache zu berücksichtigen, daß bei größeren Mengen des Gemisches dessen Raumbedarf wesentlich größer als der durch die Vertiefung 3 gebildete Raum ist Nach Ablauf der Reaktion kann dann der von Leisten oder dergleichen aus feuerfestem Material gebildete Rahmen entfernt und die darin aufgestaute sowie erkaltete Schlacke heruntergeschlagen werden. Falls erforderlich, wird sodann die ursprüngliche Oberfläche durch einen abschließenden Schleifvorgang wieder hergestellt

Die bereits vorgeschlagene Herstellung von größeren Körpern aus dem hergestellten Gemisch durch Kompaktierung ist besonders wirkungsvoll, wenn sie unter is dem Gesichtspunkt der Erzeugung einer möglichst großen Dichte des Preßlings vorgenommen wird Dies bedeutet, daß auch die Bindemittel, also etwa Wasserglas, in ihrer anteiligen Menge bei der rreoiingshersieüung demgemäß gewählt werden. Die auf diese Weise erzeugte Dichte liegt erheblich über derjenigen des losen Pulvers und setzt den Raumbedarf für die in die öffnung einzubringende Mischung entsprechend herab. Dadurch gelingt es, einen erheblichen Teil metallothermisch erzeugten Eisens in die Vertiefung einzubringen, 2s ohne daß hierfür ein größerer Raum benötigt wird, als ihn in Vertiefung zu bieten vermag. (Jm dies zu ermöglichen, werden die Preßlinge zweckmäßig in zeitlichen Abständen zugegeben. Da sie im übrigen nach erfolgter Zündung selbsttätig reagieren, und da auch keine Reaktionsgase hierbei entstehen, ist die Handhabung der vorgeschlagenen Weise sehr einfach.

Das Bindemittel kann schließlich die Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch dadurch unterstützen, daß es im heißen Zustand zur Bildung einer leicht entfernbaren Schlacke mit entsprechenden Reaktionsprodukten des meiaüothermischer. Prozesses dient Beispielsweise lassen sich auf diese Weise leicht flüssige sowie in kaltem Zustand leicht entfernbare Silikatschlacken bilden.

Die größtmögliche Dichte wird durch die Kompaktierung dann erreicht wenn eine Steigerung der Preßdrukke oder der Preßzeit keine weitere Volumenverringerung des Preßlings mehr ergibt Dieser Zustand wird durch den Zusatz von Schmier- oder Gleitmitteln, die eine leichtere Verschiebung der Partikel des Gemisches ermöglichen, mit herabgesetztem Aufwand an Preßkraft und Zeit erreicht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 zeichnet, daß die Kompaktierung unter Zusatz eines Patentansprüche: Bindemittels, insbesondere Wasserglas, kompaktiert wird.

1. Verfahren zum Einbringen von flüssigem Eisen 13. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 12, dain eine Vertiefung bei einem Gußeisenkörper, insbe- 5 durch gekennzeichnet, daß die Kompaktierung sondere bei Stahlwerkskokillen, Gespannplatten durch Pressen mit derartigen Preßdrucken und für oder Schlackenpfannen, wobei die Vertiefung durch eine derartige Dauer vorgenommen wird, daß eine Abtragung infolge örtlicher Beschädigung vorge- weitere Erhöhung des Preßdrucks und/oder der nommenwurde, dadurch gekennzeichnet, Preßzeit keine weitere Volumenverringerung des daß in die Vertiefung ein Gemisch aus durch Abtra- to Preßlings mehr ergibt

gung bei einem Eisenkörper erhaltenem, teilweise in 14. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 13, oxidischem Zustand vorliegendem Eisen und aus ei- dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel vernein für metallothermische Prozesse geeigneten wendet wird, das zugleich als Schlackenbildner beim Metall, wie Aluminium, in unterschüssigem bis hoch- Ablauf der metallothermischen Reaktion wirksam stens einem Anteil, der dem oxidischen Eisen der 15 ist

Mischung entspricht, eingefüllt wird, daß daraufhin 15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ein mittels einer Elektrode erzeugter elektrischer nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeich-Iichtbogen auf das Gemisch derart zur Einwirkung net, daß sie eine Unterlage (1) für den Körper aufgebracht wird, daß sich die Vertiefung mit flüssigem weist, die die Oberkante der Vertiefung (3) in eine Eisen ausfüllt und sich oberhalb desselben eine das 20 horizontale Ebene zu legen gestattet, und oberhalb Oxid des metaiiothermischen Metaiis enthaltende weicher sich eine Absaugehaube befindet
Schlacke abscheidet, und daß letztere im Anschlag
an ihre Erstarrung entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Auffüllung von

in Stahlwerkskokillen, Gespannplatten oder Schlak- 25

kenpfannen vorgenommen >n Abtragungen, dadurch Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum

gekennzeichnet daß bei der Erzeugung des Gemi- Einbringen von rlüssigem Eisen in eine Vertiefung bei

sches das durch die Abtragung erhaltene Eisen ver- einem Gußeisenkörper, insbesondere bei Stahlwerksko-

wendetwird. killen, Gespannplatten oder Schlackenpfannen, wobei

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da- 30 die Vertiefung durch Abtragung infolge örtlicher Bedurch gekennzeichnet, daß Schweißelektroden mit Schädigung vorgenommen wurde. Weiterhin bezieht kalkbasischer Umhüllung v»rwendet werden. sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchfüh-

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da- rung dieses Verfahrens.

durch gekennzeichnet, daß Graphitelektroden ver- Es ist nach der DE-PS 9 76 962 bekannt, bei Stahlwendet werden. 35 werkskokillen örtliche Beschädigungen der Innenwand

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da- unter Bildung einer öffnung abzutragen, die sodann durch gekennzeichnet daß in die Metallschmelze schweißtechnisch aufgefüllt wird. Da die Kokillen in kalnoch zusätzliches Gemisch der im Anspruch 1 ge- tem Zustand in dieser Form behandelt werden, ist die kennzeichneten Art eingebracht wird. Art der Auffüllung sehr zeitraubend, weil die Stromzu-

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- 40 fuhr zu den Elektroden begrenzt ist und weil das gezeichnet daß das zusätzliche Gemisch mit fort- samte aufzufüllende Material durch den Lichtbogen der schreitender Auffüllung der Vertiefung zunehmen- Schweißelektroden geschmolzen werden muß. Zur Einder Anteile an nichtoxidiertem Eisen in einer Zusam- bringung flüssiger Metalle in Vertiefungen bei Eisenmensetzung enthält, die derjenigen des Gußeisen- körpern kennt man weiterhin die Eisen-Thermitreakkörpers nach Anspruch 1 entspricht 45 tion, bei welcher Eisenoxid und Aluminium unter BiI-

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, da- dung von flüssigem Stahl und Aluminiumoxid derart zur durch gekennzeichnet, daß das Gemisch in granu- Umsetzung gebracht werden, daß man große Maschili er tem Zustand verwendet wird. nenteile und insbesondere Schienen durch den flüssigen

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, de- Stahl miteinander verschweißen kann. Kennzeichnend durch gekennzeichnet daß als metallothermisches so ist hierfür ein flüssiger Stahl mit einem sehr niedrigen Metall Aluminium-Gries mit einer im wesentlichen Gehalt an Kohlenstoff, so daß die Anwendung dieses zwischen 0,2 mm und 0,6 mm liegenden Korngröße bekannten Verfahrens auf die Verbindung von Stahlerverwendet wird. Zeugnissen begrenzt bleibt

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, da- Vom einleitend beschriebenen Stand der Technik ausdurch gekennzeichnet, daß für das Gemisch ein 55 gehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verdurch das Hämmhobeln erhaltenes Material ver- tiefungen bei insbesondere aus Gußeisen bestehenden wendet wird, nachdem es auf eine bis zu etwa 1 mm Körpern durch sich mit dem Grundwerkstoff schmelzbetragende Korngröße aufgemahlen wurde. flüssig verbindendes Eisen auszufüllen, ohne daß die für

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, da- diesen Vorgang erforderliche Zeit bzw. die Menge des durch gekennzeichnet, daß für das Gemisch ein 60 einzubringenden flüssigen Eisens im bislang üblichen durch Abschleifen erhaltenes Material ohne Nach- Ausmaß von der begrenzten Schweißstromstärke abbehandlung verwendet wird. hängig sein sollen. Andererseits soll das Verfahren auch

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, da- nicht den werkstoffseitigen Einschränkungen eines üblidurch gekennzeichnet, daß das einzubringende Ge- chen, metallothermischen Prozesses unterliegen,
misch, ausgehend von seiner Pulverform, zu Stäben 65 Erfindur.gsgemäß wird dies gemäß dem Verfahren oder ähnlichen größeren Körpern vor Einbringung nach Anspruch 1 erreicht, welches nach den Untcranin die Vertiefung kompaktiert wird. Sprüchen 2 bis 14 weitergebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn- Bei dem neuen Verfahren entsteht als Folge der mc-