SE443373B - SET TO MAKE COMPLETE METAL MOLDING WITH IMPROVED SURFACE QUALITY - Google Patents

Description

7803592-0 ligger i de flesta kontinuerligt gjutna stâlformer en centrum- region innehållande krympporositet. Icke desto mindre elimine- ras dessa blåsor och regioner av porositet i det närmaste full- ständigt under efterföljande valsning, och den färdiga, bearbe- tade produkteñ innehåller i själva verket ej något spår av den ursprungliga porositeten. . 7803592-0 in most continuously cast steel molds is a center region containing shrinkage porosity. Nevertheless, these blisters and regions of porosity are almost completely eliminated during subsequent rolling, and the finished, processed product does not in fact contain any trace of the original porosity. .

På ett liknande sätt är ytdefekter i göt, platiner och ämnen ej ett problem för framställaren av bearbetade pro- dukter, eftersom dessa är mellanprodukter som undergår avse- värd mekanisk omarbetning och plastisk deformation före leve- rans. När ytdefekter uppträder kan de dessutom med lätthet av- lägsnas genom slipning eller gashyvling innan ytterligare meka- nisk behandling. I motsats till detta är ytkvaliteten hos gjut- stycken mycket viktig eftersom gjutstycken är färdigprodukt och varje defekt måste avlägsnas genom dyrbar och tidskrävande manuell slipning, gradning eller mejsling. Den så föranledda håligheten måste utfyllas genom svetsning eller påläggning av metall. Dessutom kan ytreparationer minska dimensionsnoggrann- heten och de mekaniska egenskaperna hos gjutstycket.Similarly, surface defects in ingots, platinums and blanks are not a problem for the manufacturer of processed products, as these are intermediate products that undergo significant mechanical reprocessing and plastic deformation before delivery. When surface defects occur, they can also be easily removed by grinding or gas planing before further mechanical treatment. In contrast, the surface quality of castings is very important because castings are finished products and any defect must be removed by expensive and time-consuming manual grinding, deburring or chiseling. The resulting cavity must be filled by welding or applying metal. In addition, surface repairs can reduce the dimensional accuracy and mechanical properties of the casting.

Det är därför tydligt att eftersom göt, plattämnen och ämnen är mellanprodukter kan vissa yt- och inre defekter to- lereras i dem, medan i gjutstycken sådana defekter ej kan tole- reras, eftersom gjutstycken gjutes direkt till deras färdiga form. _ 'Gjuteriindustrin har länge dragits med ett antal svå- ra problem föranledda genom otillfredsställande gjutstycken. sa problem är att tillskriva såväl ytdefekter som inre defek- Des ter. Medan många ytdefekter kan undanröjas genom ovannämnda dy- ra färdigställningsoperationer, måste ofta gjutstycken med inre defekter skrotas, omsmältas och gjutas om. En del av de vanliga ytfelen i gjutstycken inbegriper: varmsprickor, ytsprickor, grov yta, och hål i storlek från småporositet till stora gas- blåsor. I allmänhet är den ursprungliga -anledningen till dessa defekter ej väl känd. Följaktligen.erfordrar smältnings- och gjutningspraxis för att framställa tillfredsställande gjut- stycken en stor mängd av erfarenhet och empirisk bedömning. In- re defekter är i huvudsak porositet och inneslutningar som o- gynnsamt påverkar de mekaniska egenskaperna hos gjutstyckena, 7803592-0 d.v.s. hållfastheten, duktiliteten, segheten och slagsegheten.It is therefore clear that since ingots, slabs and blanks are intermediate products, certain surface and internal defects can be tolerated in them, while in castings such defects cannot be tolerated, since castings are cast directly to their finished shape. The foundry industry has long been plagued by a number of difficult problems caused by unsatisfactory castings. The problem is to attribute both surface defects and internal defects. While many surface defects can be eliminated by the above-mentioned expensive finishing operations, castings with internal defects often have to be scrapped, remelted and recast. Some of the common surface defects in castings include: hot cracks, surface cracks, rough surfaces, and holes the size of small porosity to large gas bubbles. In general, the original cause of these defects is not well known. Consequently, smelting and casting practices to produce satisfactory castings require a great deal of experience and empirical judgment. Internal defects are mainly porosity and inclusions which adversely affect the mechanical properties of the castings, 7803592-0 i.e. strength, ductility, toughness and impact resistance.

Ovannämnda defekter, såväl som andra såsom sprödhet, åldrings- härdning och närvaron av flakes eller vita fläckar, tros vara tillskrivna närvaron av oreglerade mängder av syre, kväve, väte, fosfor och svavel i smältan. Följaktligen har det länge varit ett syfte inom gjuteriindustrin att framställa täta gjutstycken med låga eller reglerade nivåer av dessa fem element. Vid fram- ställning av gjutstycken av rostfritt stål, där korrosionshär- digheten är av avgörande vikt, är det ofta ännu ett syfte att framställa täta gjutstycken med låga kolnivåer.The above defects, as well as others such as brittleness, aging hardening and the presence of flakes or white spots, are believed to be due to the presence of unregulated amounts of oxygen, nitrogen, hydrogen, phosphorus and sulfur in the melt. Consequently, it has long been an object of the foundry industry to produce dense castings with low or regulated levels of these five elements. In the production of castings made of stainless steel, where the corrosion resistance is of crucial importance, it is often another purpose to produce dense castings with low carbon levels.

Gjutdefekter avhjälpas vanligtvis under de.sâ kallade färdigställningsoperationerna. De flesta av dessa operationer fordrar kraftig arbetsinsats och är följaktligen mycket dyra.Casting defects are usually remedied during the so-called completion operations. Most of these surgeries require a lot of work and are therefore very expensive.

Dessutom består många av färdigställningarna i slipning som för- anleder stoft som kan vara skadligt för hälsan. En del gjut- stycken kan emellertid ej repareras på grund av att en kritisk användning av gjutstycket ej tillåter detta. I sådant fall måste de felaktiga gjutstycket skrotas. Följaktligen har gju- teriteknikenlänge sökt efter ett sätt som kunde förbättra gjut- styckena Såväl beträffande deras ytkvalitet som deras fysika- liska egenskaper.In addition, many of the finishes consist of grinding, which causes dust that can be harmful to health. However, some castings cannot be repaired because a critical use of the casting does not allow this. In such a case, the incorrect casting must be scrapped. Consequently, the foundry technology has long sought a way that could improve the castings both in terms of their surface quality and their physical properties.

Olika metoder har tillämpats inom gjuteritekniken för att raffinera smältor före gjutning i syfte att förbättra kva- liteten hos de resulterande gjutstyckena. Det slutgiltiga ste- get hos smältning inbegriper ofta någon form av rening eller renings- eller raffineringsbehandling avsedd att påverka mikro- strukturen och renhetsgraden hos gjutstycket. Sådana behand- lingar inbegriper vanligtvis blåsning av gaser eller tillsätt- ning av vissa reagenser till ugnen eller överföringsskänken.Various methods have been applied in the foundry technique to refine melts before casting in order to improve the quality of the resulting castings. The final stage of smelting often involves some form of purification or purification or refining treatment intended to affect the microstructure and degree of purity of the casting. Such treatments usually involve blowing gases or adding certain reagents to the furnace or transfer ladle.

Dessa behandlingar kan inbegripa avkolning, avfosforering, desoxidation, avsvavling och avgasning.These treatments may include charring, dephosphorization, deoxidation, desulfurization and degassing.

Innan föreliggande uppfinning genomfördes avkolning av smält stål för gjutstycken vanligtvis genom att man blåste syre in i smältan genom en smältande lans instucken genom en öppning i ugnen. Denna teknik för avkolning är i första rummet farlig för operatören eftersom den exponerar honom mot varm metall och gnistor, eftersom operatören vanligtvis håller i lansen manuellt, som är synnerligen riskabelt. Dessutom är den- 7803592-0 na avkolningsteknik ofta mindre noggrann eftersom syret ej alltid reagerar med badet. Följaktligen är det ofta nödvändigt att på nytt blåsa det smälta stålet på grund av att otillräck- lig mängd kol avlägsnas från början. Sådan tidigare tekniks metod för avkolning tenderar dessutom att alstra en stor mängd rök som är farlig för hälsan och smutsar ner omgivningen.Prior to the present invention, casting of molten steel for castings was usually accomplished by blowing oxygen into the melt through a melting lance inserted through an opening in the furnace. This decarburization technique is primarily dangerous for the operator because it exposes him to hot metal and sparks, as the operator usually holds the lance manually, which is extremely risky. In addition, the decarburization technique is often less accurate because the oxygen does not always react with the bath. Consequently, it is often necessary to re-blow the molten steel due to insufficient carbon being removed from the beginning. In addition, such prior art methods for decarburization tend to generate a large amount of smoke that is hazardous to health and pollutes the environment.

Eftersom närvaron av syre är känd att vara skadlig för egenskaperna hos gjutstyckena, desoxiderar gjuterierna van- ligtvis den smälta metallen före gjutning. Desoxidering er- fordras dessutom i allmänhet för att förhindra bildandet av blåsor under stelning. Detta uppnås normalt genom tillsättning av välkända desoxidationsmedel såsom kisel eller aluminium, och även genom tillsättning av speciella desoxidanter, såsom “Calcibar" och “Hypercal". Uppnâendet av en väldesoxiderad smälta före gjutning är väsentligt för framställning av täta, sega gjutstycken.Since the presence of oxygen is known to be detrimental to the properties of the castings, the foundries usually deoxidize the molten metal before casting. In addition, deoxidation is generally required to prevent the formation of blisters during solidification. This is normally achieved by the addition of well-known deoxidizing agents such as silicon or aluminum, and also by the addition of special deoxidants, such as "Calcibar" and "Hypercal". The achievement of a well-oxidized melt before casting is essential for the production of dense, tough castings.

Avsvavling av smält stål för gjutstycken, innan fö- religgande uppfinning, har generellt genomförts genom bildan- det av basiska slagger i ugnen, d.v.s. slagger innehållande ett högt förhållande av kalk till kiseldioxid, eller kalk till aluminiumoxid, och genom att därefter blanda slaggerna med väldesoxiderad metall. Jämvikt mellan slaggen och metallen iföranleder svavlet att överföras från metallen till slaggen.Desulfurization of molten steel for castings, prior to the present invention, has generally been accomplished by the formation of basic slag in the furnace, i.e. slag containing a high ratio of lime to silica, or lime to alumina, and by then mixing the slag with well-oxidized metal. Equilibrium between the slag and the metal causes the sulfur to be transferred from the metal to the slag.

Denna process är mycket långsam, erfordrar ofta flera timar, i synnerhet när mycket låg svavelhalt önskas (d.v.s. under 0,005 %). Det är ofta nödvändigt att avlägsna slaggen och fram- ställa en ny sådan. Ibkmfi måste detta steg upprepas flera gånger i syfte att nå den önskade låga svavelnivån. Denna pro- cess är mycket arbets- och tidskrävande, och exponerar alltför' mycket ugnsoperatören för smält_metall och ohälsosam rök. En alternativ, och mycket mera dyr avsvavlingsteknik är att till- sätta dyra svavelbortrensningselement, såsom kalcium, magne- sium eller sällsynta jordartsmetaller, till ugnen omedelbart före tappning eller till överföringsskänken. Kostnaden för denna teknik, såväl som dess icke reproducerbarhet, förhindrar dess allmänna tillämpning. I Kända avgasningsbehandlizxgar vakuumsmältning, vakuumavgasning, såväl som avgasning genom bubbling av renso-' p7soss92-0 pande gaser, såsom argon, genom smältan. Medan argonavgasning i skänkeln, före gjutning, kan förbättra kvaliten hos gjutstyc- kena genom att sänka väte- och syrehalten hos smältan, avlägs- nar den ej alla föroreningar eller når låga vätenivåer inom tillgänglig begränsad tid. Eftersom tiden som stårtill buds för avgasning är kraftigt begränsad genom värmeförlust från avgas- ningskärlet, har det visat sig att det ej är möjligt att sänka den upplösta gashalten tillräckligt för många tillämpningar.This process is very slow, often requiring several hours, especially when very low sulfur content is desired (i.e. below 0.005%). It is often necessary to remove the slag and produce a new one. Ibkm fi this step must be repeated several times in order to reach the desired low sulfur level. This process is very labor and time consuming, and exposes the furnace operator too much to molten metal and unhealthy smoke. An alternative, and much more expensive desulphurisation technique, is to add expensive sulfur removal elements, such as calcium, magnesium or rare earth metals, to the furnace immediately before bottling or to the transfer ladle. The cost of this technology, as well as its non-reproducibility, prevents its general application. Known degassing processes include vacuum melting, vacuum degassing, as well as degassing by bubbling purge gases, such as argon, through the melt. While argon degassing in the leg, before casting, can improve the quality of the castings by lowering the hydrogen and oxygen content of the melt, it does not remove all contaminants or reach low hydrogen levels within the available limited time. Since the time available for degassing is severely limited by heat loss from the degassing vessel, it has been found that it is not possible to reduce the dissolved gas content sufficiently for many applications.

Dessutom avlägsnar avgasningen i sig själv ej svavel och kan nödvändiggöra âtervärmning av smältan i syfte att erhålla tillräcklig flytbarhet för gjutning.In addition, the degassing itself does not remove sulfur and may necessitate reheating of the melt in order to obtain sufficient flowability for casting.

-Innan föreliggande uppfinning använde gjuteritekniken därför ovan beskrivna tekniker i en strävan efter att framstäl- la felfria gjutstycken. Dessa tidigare tekniker är emellertid dyra, ofta mindre noggranna eller icke-reproducerbara, tids- krävande, generellt hälsofarlig för operatören, och i stort sett otillräckliga för att uppfylla industrins krav. Följakt- ligen erfordras fortfarande omfattande reparationer av gjut-. styckena sedan de stelnat. I gjutstycken som exempelvis är av- sedda för nukleära tillämpningar överstiger i själva verket kostnaden för inspektion och reparation materialvärdet hos själva gjutstyckena.Prior to the present invention, the foundry technique therefore used the techniques described above in an effort to produce defect-free castings. However, these prior techniques are expensive, often less accurate or non-reproducible, time consuming, generally unhealthy for the operator, and largely insufficient to meet industry requirements. Consequently, extensive repairs of casting are still required. the pieces after they have solidified. In castings which, for example, are intended for nuclear applications, the cost of inspection and repair in fact exceeds the material value of the castings themselves.

Under de senaste 25 åren har framställare av bearbe- tade stålprodukter gjort stora vinster i att förbättra deras behandllingsteknik för den smälta metallen genom tillämpning av ett flertal nu välkända raffineringsprocesser såsom processerna med förkortningarna BOF, AOD, OBM eller Q-BOP och LWS. US-pa- tentskrifter som beskriver dessa processer är följande: 2 800 631, 3 252 790, 3 706 549, 3 930 É43 och 3 844 768.Over the past 25 years, manufacturers of machined steel products have made great strides in improving their molten metal processing technology by applying a number of now well-known refining processes such as the processes of the abbreviations BOF, AOD, OBM or Q-BOP and LWS. U.S. patents describing these processes are as follows: 2,800,631, 3,252,790, 3,706,549, 3,930 É43 and 3,844,768.

Framställning av bearbetade stål innehållande reglerade nivåer av kol, fosfor, svavel, syre, kväve och väte är nu med lätthet och ekonomiskt bärbart genom riktigt val av någon, eller en kombination av mer än en, av ovannämnda processer. Inom gjute- riindustrin har emellertid jämförbara framsteg lyst med sin frånvaro. Medan industrin vid olika tidpunkter har framställt produkter med låga eller nsflerade nivåer av ett eller möjligen två av ovannämnda sex element, har framställning av gjutstycken 7803592-0 e med låga eller reglerade nivåer av alla sex elementen hittills ej varit möjlig, och följaktligen har värdet av eller fördelar- na med att vara i stånd att reglera alla sex elementen hit- tills ej varit kända. _ Den pneumatiska behandlingen av smält rostfritt stål för framställning av bearbetat stål genom den samtidiga in- sprutningen av argon och syre i smältan, vanligtvis benämnd som AOD-processen, har nått brett kommersiellt accepterande hos rostfria ståltillverkare för framställning av bearbetade pro- dukter. Den grundläggande AOD-raffineringsprocessen beskrives av Krivsky i US-PS 3 752 790. En förbättring utöver Krivsky hänförande sig till en programmerad blåsning av gaserna beskri- ves av Nelson et al, US-PS 3 046 107. Användandet av kväve i kombination med argon och syre för att uppnå förutbestämda kvä- yehalter beskrives av Saccomano et al i US-PS 3 754 894. En mo- difikation av AQD-processen visas även av Johnsson et al i US-PS 3 867 135, varvid användes ånga eller ammoniak i kombi- nation med syre för att raffinera smält metall.The production of machined steels containing controlled levels of carbon, phosphorus, sulfur, oxygen, nitrogen and hydrogen is now easily and economically viable by the proper choice of any, or a combination of more than one, of the above processes. In the foundry industry, however, comparable progress has been made with its absence. While the industry has at various times produced products with low or zero levels of one or possibly two of the above six elements, the production of castings with low or regulated levels of all six elements has hitherto not been possible, and consequently the value of or the benefits of being able to regulate all six elements so far have not been known. The pneumatic treatment of molten stainless steel for the production of machined steel by the simultaneous injection of argon and oxygen into the melt, commonly referred to as the AOD process, has gained wide commercial acceptance among stainless steel manufacturers for the production of machined products. The basic AOD refining process is described by Krivsky in U.S. Pat. No. 3,752,790. An improvement over Krivsky relating to a programmed blowing of the gases is described by Nelson et al., U.S. Pat. No. 3,046,107. The use of nitrogen in combination with argon and oxygen to achieve predetermined nitrogen contents are described by Saccomano et al in U.S. Pat. No. 3,754,894. A modification of the AQD process is also disclosed by Johnsson et al in U.S. Pat. No. 3,867,135, using steam or ammonia in combination with oxygen to refine molten metal.

Det bör observeras här att ej någon av ovannämnda pneumatiska smältraffineringstekniker har, innan föreliggande uppfinning, använts av gjuteriindustrin för framställning av gjutstycken. _ Ett syfte med föreliggande uppfinning är att förbätt- ra ytkvaliteten, inre kvaliteten och de fysikaliska egenskaper- na hos gjutstycken.It should be noted here that none of the above pneumatic melt refining techniques have, prior to the present invention, been used by the foundry industry to make castings. An object of the present invention is to improve the surface quality, the inner quality and the physical properties of castings.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att förbättra sättet att framställa gjutstycken genom pneumatisk raffinering av smältan innan gjutning. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att öka utbytet av acceptabla gjutstycken. U Det har nu upptäckts att genom pneumatisk raffine- ring av smältan i ett separat kärl innan gjutning, gjutstycken av en kvalitet överlägsen den hittills erhållbara kan framstäl- ilas. Sådana gjutstycken har överraskande överlägsen såväl yt- kvalitet som inre kvalitet.Another object of the present invention is to improve the method of producing castings by pneumatically refining the melt before casting. Yet another object of the present invention is to increase the yield of acceptable castings. U It has now been discovered that by pneumatic refining of the melt in a separate vessel before casting, castings of a quality superior to the hitherto obtainable can be produced. Such castings have surprisingly superior both surface quality and internal quality.

Ovannämnda och andra syften, som kommer att framgå för fackmannen på området, uppnås genom föreliggande uppfinning, vil- ken i huvudsak kännetecknas av åtgärderna a) att smälta utvalda ' 7803592-0 chargematerialet i en ugn, b) att överföra smältan från smältugnen till ett raffi- neringskärl, försett med åtminstone en forma under smältans i kär- let yta, c) att raffinera smältan genom att i densamma genom for- man (formorna) införa en syrehaltig gasblandning innehållande 10 - 90 % av en utspädningsgas och därefter införa en renande gas i smältan genom forman (formorna), _ d) att tappa smältan i en form eller formar för färdiga gjutstycken i vilken eller vilka smältan får stelna och e) att avlägsna det slutliga gjutet från formen (for- marna).The above and other objects, which will be apparent to those skilled in the art, are achieved by the present invention, which is essentially characterized by the steps a) of melting selected batch material in a furnace, b) transferring the melt from a melting furnace to a refining vessel, provided with at least one mold below the surface of the melt in the vessel, c) refining the melt by introducing into it through the mold (s) an oxygen-containing gas mixture containing 10 - 90% of a diluent gas and then introducing a purifying gas in the melt through the mold (s), _ d) to drop the melt into a mold or molds for finished castings in which the melt or melts are allowed to solidify and e) to remove the final cast from the mold (s).

Företrädesvis omgives den syrgashaltiga gasströmmen med en ringformig ström av ett skyddande fluidum.Preferably, the oxygen-containing gas stream is surrounded by an annular stream of a protective fluid.

Uttrycket "raffinering" som användes i föreliggande beskrivning och patentkrav avser att inbegripa en eller flera av följande effekter: avkolning, avfosforering, avsvavling, av- gasning, desoxidation, legerande med gas, föroreningsoxidation, föroreningsförflyktning, slaggreduktion- och rotation och homo- genisering av icke-metalliska föroreningar. Föreliggande upp- finning är tillämplig för raffinering av varje järn-, kobolt- eller nickellegering, och uttrycket "metall" användes i den be- tydelsen.The term "refining" as used in the present specification and claims is intended to include one or more of the following effects: decarburization, dephosphorization, desulfurization, degassing, deoxidation, gas alloying, contaminant oxidation, contaminant volatilization, slag reduction and rotation non-metallic contaminants. The present invention is applicable to the refining of any iron, cobalt or nickel alloy, and the term "metal" is used in that sense.

Uttrycket "utspädningsgas" som här användes avser att beteckna en eller flera gaser som sättes till syrgasströmmen för syftet eller funktionen att minska partialtrycket hos kol- monoxiden i gasbubblorna som bildas under avkolning av smältan, och/eller för syftet att förändra matningsmängden av syrgas till smältan utan att väsentligen förändra den totalt inspru- tade gasströmsmängden. Lämpliga utspädningsgaser inbegriper: argon, helium, väte, kväve, kolmonoxid, koldioxid, ånga och kolvätegaser, t.ex. metan, etan, propan och naturgas. Argon är den mest föredragna utspädningsgasen.The term "diluent gas" as used herein refers to one or more gases added to the oxygen stream for the purpose or function of reducing the partial pressure of the carbon monoxide in the gas bubbles formed during decarburization of the melt, and / or for the purpose of altering the feed rate of oxygen to the melt. without substantially changing the total amount of gas flow injected. Suitable diluent gases include: argon, helium, hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam and hydrocarbon gases, e.g. methane, ethane, propane and natural gas. Argon is the most preferred diluent gas.

Uttrycket "skyddande fluidum“ som här användes avser att inbegripa ett eller flera fluider som omger den syrehaltiga gasen och skydda munstycket och omgivande eldfasta infordring från alltför kraftig nötning. Lämpliga skyddande fluider inbe- griper: argon, helium, kväve, väte, kolmonoxid, koldioxid, kol- v7soz592-om vätefluider (gas eller vätska) och ånga. Metan, etan, propan eller naturgas är lämpliga kolvätegaser. Nr. 2 dieselolja är en lämplig kolvätevätska. Argon är det mest föredragna skyd- dande fluidet. 7 Uttrycket "rênöflflê 9aS"f som här användes avser att beteckna en eller flera gaser som fungerar för att avlägs- na föroreningar från smältan genom förflyktning eller överfö- ring till slagg genom infångning eller reaktion med slaggen.The term "protective fluid" as used herein is intended to include one or more fluids surrounding the oxygen-containing gas and to protect the nozzle and surrounding refractory inlet from excessive abrasion. Suitable protective fluids include: argon, helium, nitrogen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide , hydrocarbons (gas or liquid) and steam Methane, ethane, propane or natural gas are suitable hydrocarbon gases No. 2 Diesel oil is a suitable hydrocarbon liquid Argon is the most preferred protective fluid 7 The term "ränö flfl ê 9aS "f" as used herein is intended to denote one or more gases which function to remove contaminants from the melt by volatilization or transfer to slag by entrapment or reaction with the slag.

Lämpliga renanåê gaser inbegriper: argon, helium, kväve och ånga. Argon är även den föredragna renande gasen.Suitable renewable gases include: argon, helium, nitrogen and steam. Argon is also the preferred purifying gas.

Gjutstycken med förbättrad eller överlägsen ytkvali- _tet definieras som färdiga gjutstycken vilka, jämfört med ti- digare teknik, erfordrar minskad rengöring, slipning, mejsling, svetsning eller annan reparation. Sådan förbättrad ytkvalitet kan bevisas genom en minskad nivå av defekter fastställda un- der färginträngning eller magnafluxprovning.Castings with improved or superior surface quality are defined as finished castings which, compared to previous technology, require reduced cleaning, grinding, chiseling, welding or other repair. Such improved surface quality can be demonstrated by a reduced level of defects determined during paint penetration or magnaflux testing.

I Gjutstycken med förbättrad eller överlägsen inre kva- litet definieras som färdiga gjutstycken vilka, jämfört medi tidigare teknik, visar en eller flera av följande egenskaper: en lägre nivå av inneslutningar, finare kornstorlek i det gjut- na tillståndet, minskad inre porositet, minskad tendens för väte- flakes under maskinbearbetning, minskad närvaro av defek- ter iakttagna genom röntgenstråleteknik eller bättre fysika- liska egenskaper såsom seghet.I Castings with improved or superior inner quality are defined as finished castings which, compared to prior art, show one or more of the following properties: a lower level of inclusions, finer grain size in the cast condition, reduced internal porosity, reduced tendency for hydrogen flakes during machining, reduced presence of defects observed by X-ray technology or better physical properties such as toughness.

Ritningsfiguren visar en tvärsektionsvy av ett före- I draget raffineringskärl eller -konverter för att användas vid genomförandet av sättet enligt föreliggande uppfinning.The drawing figure shows a cross-sectional view of a preferred refining vessel or converter for use in carrying out the method of the present invention.

Det förväntades att användandet av pneumatisk raffi- nering för behandling av stâlsmältor för gjutstycken skulle å- stadkomma de flesta av de kemiska fördelar som erhölls genom raffinering av smält stål för framställning av bearbetade stål- produkter. I synnerhet förväntades det att en viss förbättrad *ïnre kvalitet skulle erhållas genom bättre desoxidering av smältan, genom bättre avskiljning av desoxidationsprodukter, och genom uppnâende av lägre svavelnivåer och lägre vätehalt.It was expected that the use of pneumatic refining for the treatment of steel melts for castings would provide most of the chemical benefits obtained by refining molten steel for the production of machined steel products. In particular, it was expected that some improved internal quality would be obtained by better deoxidation of the melt, by better separation of deoxidation products, and by achieving lower sulfur levels and lower hydrogen content.

Emellertid upptäcktes det överraskande att pneumatisk raffine- ring i enlighet med föreliggande uppfinning åstadkommer för- 7805592-0 bättringar i ytkvaliteten hos gjutstyckena vida utöver varje förväntan, att den åstadkommer gjutstycken med kraftigt förbätt- rad hållfasthet, duktilitet och seghet, och att den möjliggör framställning av gjutstycken med vida överlägsen kvalitet jäm- fört med den tidigare erhâllbar för låglegerade stål och kol- stål.However, it was surprisingly found that pneumatic refining in accordance with the present invention provides improvements in the surface quality of the castings far beyond any expectation, that it produces castings with greatly improved strength, ductility and toughness, and that it enables production of castings with far superior quality compared to the previously available for low-alloy steels and carbon steels.

Som ett resultat av föreliggande uppfinning är gjute- rier nu i stånd att gjuta med avsevärt förbättrad garanti för att erhålla tillfredsställande gjutstycken, såväl som att er- hålla gjutstycken med högre kvalitet. Mera specifikt har ytkva- liteten hos de resulterande gjutstyckena färre sprickor och minskade varmsprickor. Dessutom har det visat sig att tillämp- ning av föreliggande uppfinning åstadkommer en slätare yta hos gjutstycket, som tros vara resultatet från minskad växelverkan mellan sandformen och smältan. Det har även visat sig att de fysikaliska egenskaperna hos gjutstyckena har överraskande för- bättrats. Förbättringarna tros hänföra sig till de lägre nivåer- na av inneslutningar, färre väte-flakes, såväl som lägre poro- sitet i gjutstyckena framställda i enlighet med föreliggande uppfinning. Smält stål behandlat i enlighet med föreliggande uppfinning har en högre flytbarhet vid samma temperatur än icke behandlad metall, resulterande i överlägsna gjutstycken, efter- som metallen kommer att strömma in i mindre eller mera intri- kata hålrum än icke-raffinerad smälta. Alternativt kan samma flytbarhet uppnås vid en lägre gjuttemperatur. Detta återigen bidrager till förbättrad ytkvalitet hos gjutstycket.As a result of the present invention, foundries are now able to cast with a significantly improved guarantee of obtaining satisfactory castings, as well as obtaining higher quality castings. More specifically, the surface quality of the resulting castings has fewer cracks and reduced heat cracks. In addition, it has been found that application of the present invention provides a smoother surface of the casting, which is believed to be the result of reduced interaction between the sand mold and the melt. It has also been shown that the physical properties of the castings have surprisingly improved. The improvements are believed to relate to the lower levels of inclusions, fewer hydrogen flakes, as well as the lower porosity of the castings made in accordance with the present invention. Molten steel treated in accordance with the present invention has a higher flowability at the same temperature than untreated metal, resulting in superior castings, as the metal will flow into smaller or more intricate cavities than unrefined melt. Alternatively, the same flowability can be achieved at a lower casting temperature. This in turn contributes to improved surface quality of the casting.

Den pneumatiska raffineringsbehandlingen enligt före- liggande uppfinning kan med fördel tillämpas på varje typ av järn- eller stålsmälta, och även på kobolt- och nickellegering- ar, normalt använda för framställning av metallgjutstycken.The pneumatic refining treatment according to the present invention can be advantageously applied to any type of molten iron or steel, and also to cobalt and nickel alloys, normally used for the production of metal castings.

Den har emellertid visat sig vara speciellt gynnsam vid behand- ling av ferritiska och austenitiska rostfria stål, låglegerade stål och kolstål. Speciella fördelar erhålles i gjutstycken gjorda av stål såsom WC6 och HY80 som är känsliga för väte-fla- kes såväl som för varmsprickning. Höghållfasta stål såsom HYl3O som normalt erfordrar omfattande mejsling, slipning och svetsning i syfte att reparera gjutna defekter, förbättras märk- 7803592-0 10 bart enligt föreliggande uppfinning, resulterande i avsevärda besparingar i färdigställningskostnad. Austenitiska rostfria kvaliteter såsom CN7M, CH20, CKZO, 3l0L, och 347L, vilka, in- nan föreliggande uppfinning, var extremt svåra att gjuta utan sprickbildning eller mikrosprickning, kan nu följande av före- liggande uppfinning med lätthet gjutas utan risk för sprick- bildning.However, it has been found to be particularly beneficial in the treatment of ferritic and austenitic stainless steels, low alloy steels and carbon steels. Special advantages are obtained in castings made of steel such as WC6 and HY80 which are sensitive to hydrogen flakes as well as to hot cracking. High-strength steels such as HYl3O, which normally require extensive chiseling, grinding and welding in order to repair cast defects, are remarkably improved according to the present invention, resulting in significant savings in completion cost. Austenitic stainless grades such as CN7M, CH 2 O, CKZO, 310L, and 347L, which, prior to the present invention, were extremely difficult to cast without cracking or microcracking, can now be easily molded following the present invention without the risk of cracking. .

Fördelarna med föreliggande uppfinning medan den till- lämpbar på små, enkla gjutstycken såväl som på komplicerade el- ler stora sådana, är av speciell betydelse vid framställning av högkvalitativa gjutstycken som erfordras t.ex. för pumpar, och turbiner använda inom flygindustrin, skeppsbyggnadsindu- strin och kärnkraftsindustrin.The advantages of the present invention, while being applicable to small, simple castings as well as to complex or large ones, are of particular importance in the manufacture of high quality castings required e.g. for pumps, and turbines used in the aerospace industry, the shipbuilding industry and the nuclear power industry.

Förutom de ovan beskrivna överraskande resultaten en- ligt-föreliggande uppfinning, inbegriper andra fördelar som re- sultat av tillämpning av uppfinningen råmaterialbesparingar på grund av till minimum bragt oxidation av smält metall och på grund av möjligheten att använda låglegerade chargerings- material. ökad produktion blir även-resultatet från större noggrannhet vid uppnående av önskad smältsammansättning och mindre kassation på grund av förbättrad gjutstyckekvalitet.In addition to the surprising results described above according to the present invention, other advantages as a result of applying the invention include raw material savings due to minimized oxidation of molten metal and due to the possibility of using low-alloy charging materials. increased production is also the result of greater accuracy in achieving the desired melt composition and less disposal due to improved casting quality.

Vid tillämpning av föreliggande uppfinning kan smält- ning av chargematerialen genomföras medelst någon känd teknik.In the practice of the present invention, melting of the batch materials can be performed by any known technique.

De mest vanliga gjuterismältugnar inbegriper bränsleeldade ugnar av härd- eller degeltyp, såväl som elektriska motstånds- ugnar, induktions- eller ljusbågsugn. De två sista föredrages.The most common foundry melting furnaces include hearth or crucible type fuel fired furnaces, as well as electric resistance furnaces, induction or arc furnaces. The last two are preferred.

Efter smältning av chargematerialen, överföres smältan medelst en skänk eller gjutes på annat sätt in i den pneumatiska kon- vertern visad i ritningsfiguren.After melting the charge materials, the melt is transferred by means of a ladle or otherwise molded into the pneumatic converter shown in the drawing figure.

Ritningsfiguren är ett tvärsektionsvy av ett föredra- get raffineringskärl l att användas vid tillämpning av före- liggande uppfinning. Kärlet l består av en yttre stålmantel 2, borttagbartansluten till svängtappsring 3. Svängtappsringen och följaktligen käriatar tippbaragenomd att fast anslutas till icke visade drivorgan; i syfte att underlätta chargering, prov-. tagning, slaggborttagning och tappning, Manteln:2_är"infodrad"'- fmed"basiska eldfasta tegel-4t~Ett~arrangemang med borttagbar 7803592-0 ll mantel föredrages, eftersom flera mantlar är nödvändiga för att hålla igång en kontinuerlig drift. Medan en mantel är i an- vändning, infofdras reservmanteln eller reservmantlarna på nytt.The drawing figure is a cross-sectional view of a preferred refining vessel 1 to be used in the practice of the present invention. The vessel 1 consists of an outer steel jacket 2, removably connected to pivot pin ring 3. The pivot pin ring and consequently the carriages tip to be fixedly connected to drive means (not shown); in order to facilitate charging, test. removal, slag removal and tapping, The jacket: 2_are "lined" '- fmed "basic refractory bricks-4t ~ An arrangement with removable 7803592-0 ll jacket is preferred, as several jackets are necessary to maintain a continuous operation. is in use, the spare jacket or spare coats are fed again.

Ett horisontalt anbragt koncentriskt rörmunstycke 5 är belägetå i sidoväggen hos kärlet nära botten av kärlet för insprutning av fluiderna. Eventuellt kan munstyckena vara belägna i kär- lets botten i stället för eller förutom i sidorna. Företrädesvis användes emellertid åtminstone två munstycken, och belägna i sidoväggen hos kärlet, nära botten och horisontalt anbragta så att de blir asymmetriska. D.v.s. att två munstycken bör ej an- ordnas så att deras axlar, och följaktligen fluidumströmmarna insprutas diametralt motstâende varandra. Asymetrisk anbring- ning av munstyckena förbättrar blandningen och smältan medelst de insprutade gaserna. Munstycket 5 består av ett inre rör 6 och ett koncentriskt yttre rör 7. Syre enbart eller blandat med en utspädningsgas insprutas genom innerröret 6 och den skyddan- a de gasen insprutas genom det yttre röret 7 hos mnnstycket. Det åsenare formar en skyddande ringformig mantel kring syreström- men, vilken skyddar den eldfasta infodringen från snabb förstö- ring. Trycket hos fluidernamåste vara tillräckligt stort för inträngning i smältan. Företrädesvis är de absoluta trycken hos fluidemu1vid mnnstycksinloppen, hos såväl den centrala som den ringformiga kanalen, åtminstone två gånger större än de absoluta trycken hos fluidermavid utloppen. .A horizontally arranged concentric tube nozzle 5 is located in the side wall of the vessel near the bottom of the vessel for injecting the fluids. The nozzles may be located in the bottom of the vessel instead of or outside the sides. Preferably, however, at least two nozzles are used, and located in the side wall of the vessel, close to the bottom and horizontally arranged so that they become asymmetrical. I.e. that two nozzles should not be arranged so that their axes, and consequently the fluid flows, are injected diametrically opposite each other. Asymmetrical application of the nozzles improves the mixing and melting by means of the injected gases. The nozzle 5 consists of an inner tube 6 and a concentric outer tube 7. Oxygen alone or mixed with a diluent gas is injected through the inner tube 6 and the protective gas is injected through the outer tube 7 of the nozzle. The ridge forms a protective annular sheath around the oxygen stream, which protects the refractory lining from rapid destruction. The pressure of the fluids must be large enough to penetrate the melt. Preferably, the absolute pressures of the fluid mouth at the nozzle inlets, at both the central and annular channels, are at least twice greater than the absolute pressures of the fluid at the outlets. .

'En detaljerad beskrivning av ett lämpligt kärl och munstycken för genomförande av föreliggande uppfinning visas av Saccomano och Ellis i US-PS 3 703 279. Den renande gasen kan insprutas i smältan antingen genom samma munstycke eller 'munstycken som användes för syreströmmen eller genom separata munstycken; det förra föredrages. Företrädesvis, sedan syre- blåsningen avslutats, insprutas den renande.gasen genom den centrala kanalen hos munstycket såväl som genom den ring- formiga' kanalen' i syfte att förhindra smält metall från' att strömma tillbaka in i munstycket, där den skulle stelna.A detailed description of a suitable vessel and nozzle for carrying out the present invention is shown by Saccomano and Ellis in U.S. Pat. No. 3,703,279. The purifying gas can be injected into the melt either through the same nozzle or nozzles used for the oxygen stream or through separate nozzles. ; the former is preferred. Preferably, after the oxygen blowing is completed, the purge gas is injected through the central channel of the nozzle as well as through the annular 'channel' in order to prevent molten metal from flowing back into the nozzle, where it would solidify.

I allmänhet genomföres raffineringssteget för smält metall enligt föreliggande sätt genom insprutning av syre och en utspädningsgas, såväl som ett skyddande fluidum (båda kan vara argon) i smältan genom de nedsänkta munstyckena. Avkol- 7803592-0 12 ningen, d.v.s. reaktionen mellan det insprutade syret och ko- let i smältan, åstadkommer reglerad oxidation av badkomponen- terna, såväl som värmet som upprätthåller badtemperaturen.In general, the refining step of molten metal according to the present method is carried out by injecting oxygen and a diluent gas, as well as a protective fluid (both may be argon) into the melt through the immersed nozzles. The decarbonation, i.e. the reaction between the injected oxygen and the carbon in the melt, causes controlled oxidation of the bath components, as well as the heat that maintains the bath temperature.

Smältan blåses från början med ett högt förhållande av syre till utspädnings- och skyddande gaser. Beroende på stålkomposi- tionen som skall raffineras.kan, efterhand som kolhalten hos smäl- U¥1SjWfiEfl7 fiàhålhæfiæt syre till utspädningsgas och skyddande fluidum sänkas, generellt i flera steg, i syfte att upprätthål- la gynnsamma termodynamiska tillstånd genom hela blåsningen.The melt is initially blown with a high ratio of oxygen to diluent and shielding gases. Depending on the steel composition to be refined, as the carbon content of the molten oxygen to diluent gas and protective fluid can be lowered, generally in several steps, in order to maintain favorable thermodynamic conditions throughout the blowing.

Eftersom syret och andra gaser införas under smält- nivån och vid hög hastighet, äger utmärkt blandning rum inuti smältan och intima gas-metall och slagg-metall kontakter äger rum. Som ett resultat förbättras kraftigt reaktionskinetikerna hos samtliga kemiska processer som äger rum inuti kärlet. Det- ta tillåter avsvavling till mycket låga nivåer (under 0,005 %), inom mindre än l0 minuters blåsning och utan tillsättning av dyra avsvavlingsmedel såsom kalcium, magnesium eller sällsynta jordartsmetaller. Avfosforering av legeringar innehållande mindre än cirka 1 % krom kan med lätthet nås genom_avkolning av badet vid under 0,1 % kol genom användning av en gasbland- ning innehållande minst 75 % syre. Den så bildade fosforhaltiga slaggen måste sedan dekanteras före blåsning med en renan- de gas eller tillsättning av några reduceringsmedel, desoxi- danter eller avsvavlingsmedel.Since oxygen and other gases are introduced below the melting level and at high speed, excellent mixing takes place inside the melt and intimate gas-metal and slag-metal contacts take place. As a result, the reaction kinetics of all chemical processes that take place inside the vessel are greatly improved. This allows desulphurisation to very low levels (below 0.005%), in less than 10 minutes of blowing and without the addition of expensive desulphurisants such as calcium, magnesium or rare earth metals. Dephosphorization of alloys containing less than about 1% chromium can be easily achieved by decarburizing the bath at less than 0.1% carbon by using a gas mixture containing at least 75% oxygen. The phosphorus-containing slag thus formed must then be decanted before blowing with a purifying gas or adding some reducing agents, deoxidants or desulfurizing agents.

Andra väsentliga fördelar enligt uppfinningen består i mycket noggrann reglering av slutgiltiga kolhalten och myc- ket låga restvärden för syre, kväve och väte. Typiska restvär- den för dessa tre element erhållna genom tillämpning av uppfin- ningen visas i tabell I.Other significant advantages according to the invention consist in very careful control of the final carbon content and very low residual values for oxygen, nitrogen and hydrogen. Typical residual values for these three elements obtained by applying the invention are shown in Table I.

Tabell I Rostfritt stål Låglegerat stål syre ' 40 - 70 ppm 20 - 50 ppm väte 2 - 4 ppm lz- 3 ppm kväve 150 - 200 ppm 20 - 50 ppm Dessutom minskas bly och zink i smältan till nivåer som är metallurgiskt icke skadliga. '7803592-0 13 De synergistiska resultaten erhållna medelst förelig- gande uppfinning, d.v.s. låg gashalt (syre, kväve och väte) tillsammans med låg svavelhalt och ökad flytbarhet hos smältan har förenats för att åstadkomma gjutstycken med hittills icke skådad ytkvalitet, inre renhet och förbättrade mekaniska egen- skaper. Tabell II jämför de kemiska och fysikaliska egenska- perna hos två gjutstycken av rostfritt stål kvalitet CAGNM, ett framställt enligt vanlig praxis och det andra enligt före- liggande uppfinning med ASTM specifikation A296.Table I Stainless steel Low alloy steel oxygen '40 - 70 ppm 20 - 50 ppm hydrogen 2 - 4 ppm lz- 3 ppm nitrogen 150 - 200 ppm 20 - 50 ppm In addition, lead and zinc in the melt are reduced to levels that are metallurgically non-harmful. The synergistic results obtained by the present invention, i.e. low gas content (oxygen, nitrogen and hydrogen) together with low sulfur content and increased flowability of the melt have been combined to provide castings with unprecedented surface quality, internal purity and improved mechanical properties. Table II compares the chemical and physical properties of two CAGNM stainless steel castings, one made according to standard practice and the other according to the present invention with ASTM specification A296.

Tabell II Kemisk kom- ASTM spec. Vanlig Enligt position (%) A296 praxis uppfinningen C 0,06 max 0,05 0,026 Mn 1,00 max 0,60 0,47 Si 1,00 max 0,55 0,96 Cr 11,5 - 14,0 12,70 12,81 Ni 3,5 - 4,5 3,80 4,00 MO 0,40- 1,00 0,50 0,57 S ' 0,03 max 0,025 0,022 P 0,04 max 0,020 0,025 Mekanisk brottgräns (kg/mmz) 77 min 115 122 ,s sträckgräns (kg/mmz) 56 min 100 108,3 förlängning (%) 15 min 29 21 areareduktion (%) 35 min 50 57 slagseghet vid rums- ej spec. 9,0 10,6 - 11,1 temp. Charpy V-skära (kgm) Man kan av tabell II se att gjutstycket framställt i enlighet med föreliggande uppfinning är överlägset i alla av- seenden, och i synnerhet beträffande slagseghet. Skillnaden i seghet är även ännu mera imponerande när man betänker att i detta speciella gjutstycke svavelnivån var 0,022 % snarare än 78035922-0 det vanliga värdet av mindre än 0,0l % som kan erhållas med pneumatisk raffinering. I detta fall användes ej någon spe- ciell avsvavlingsbehandling. g Med höghållfasta legeringar såsom HY-l30 har erhål-0 lits en 85 % förbättring i slagseghet än på ett gjutstycke framställt från HY-130 i enlighet med föreliggande uppfinning i jämförelse med ett gjutstycke av samma legering framställt från vakuumavgasad metall. Sådan hög slagseghet överskrider vi- da varje tidigare erhållen slagseghet på gjutstycken framställ- da från denna legering. ' ' Exempel l En elektrisk ljusbågsugn chargerades med 2853 kg HY-80 skrot, 2662 kg skrot av mjukt kolstâl och 136 kg kalk.Table II Chemical com- ASTM spec. Common According to position (%) A296 practice invention C 0.06 max 0.05 0.026 Mn 1.00 max 0.60 0.47 Si 1.00 max 0.55 0.96 Cr 11.5 - 14.0 12, 70 12.81 Ni 3.5 - 4.5 3.80 4.00 MO 0.40- 1.00 0.50 0.57 S '0.03 max 0.025 0.022 P 0.04 max 0.020 0.025 Mechanical breaking limit ( kg / mmz) 77 min 115 122, s yield strength (kg / mmz) 56 min 100 108.3 elongation (%) 15 min 29 21 area reduction (%) 35 min 50 57 impact resistance at room- not spec. 9.0 10.6 - 11.1 temp. Charpy V-cut (kgm) It can be seen from Table II that the casting made in accordance with the present invention is superior in all respects, and in particular in impact strength. The difference in toughness is even more impressive when you consider that in this particular casting the sulfur level was 0.022% rather than 78035922-0 the usual value of less than 0.0l% that can be obtained with pneumatic refining. In this case, no special desulfurization treatment was used. With high-strength alloys such as HY-130, an 85% improvement in impact strength has been obtained than on a casting made from HY-130 in accordance with the present invention compared to a casting of the same alloy made from vacuum degassed metal. Such high impact strength exceeds any previously obtained impact strength on castings made from this alloy. Example 1 An electric arc furnace was charged with 2853 kg of HY-80 scrap, 2662 kg of mild carbon scrap and 136 kg of lime.

Energi tillfördes elektroderna och chargen smältes inom cirka l timme. Efter nedsmältningen reglerades kompositionen, i enlig- het med vanlig praxis, för att giva en ugnstappningskomposi- tion visad nedan, och vid en temperatur av cirka 17000 C.Energy was applied to the electrodes and the charge was melted within about 1 hour. After melting, the composition was adjusted, in accordance with standard practice, to give an oven filling composition shown below, and at a temperature of about 17,000 ° C.

Ovannämnda smälta tappades från ljusbågsugnen till en överföringsskänk, och chargerades sedani raffineringskärlet. 227 kg kalk, 45 kg MgO och 27 kg aluminium sattes till chargen.The above melt was dropped from the arc furnace to a transfer ladle, and then charged into the refining vessel. 227 kg of lime, 45 kg of MgO and 27 kg of aluminum were added to the charge.

Vid starten för den pneumatiska raffineringsperioden var tempe- raturen hos smältan l590° C. Smältan blåstes genom två nedsänk- ta, horisontala, koncentriska rörmunstycken, asymmetriskt an- bragta i nedre sidoväggen hos ett med eldfast material infod- rat raffineringskärl som visas i ritningsfiguren.At the start of the pneumatic refining period, the temperature of the melt was 155 ° C. The melt was blown through two submerged, horizontal, concentric tube nozzles, asymmetrically mounted in the lower side wall of a refractory lined refractory vessel shown in the drawing.

Blåsningsgasen, bestående av syre utspätt med argon, insprutades genom centrumröret hos munstyckena, Argon användes som skyddande fluidet, och insprutades genom den ringformiga kanalen hos munstyckena. Förhållandet mellan syreströmnings- mängd till den för de sammantagna argonströmningarna var 3 till l. Totalt insprutades 60,8 m3 syre. Den sammantagna gasström- ningsmängden hos de insprutade gaserna var cirka 169,8 m3/h.The blowing gas, consisting of oxygen diluted with argon, was injected through the center tube of the nozzles, Argon was used as the protective fluid, and injected through the annular channel of the nozzles. The ratio of the amount of oxygen flow to that of the total argon flows was 3 to 1. A total of 60.8 m3 of oxygen was injected. The total gas flow rate of the injected gases was approximately 169.8 m3 / h.

Cirka 9 minuter efter strömningen började tillsattes 5,0 kg krom och 8,2 kg mangan till smältan. Vid slutet avflblåsningen var temperaturen hos smältan l690° C och kolhalten var 0,10 %.About 9 minutes after the flow started, 5.0 kg of chromium and 8.2 kg of manganese were added to the melt. At the end of the blowing, the temperature of the melt was 1690 ° C and the carbon content was 0.10%.

Efter tillsättning av 45,3 kg av 50 % FeSi bestänktes och omrördes smältan genom insprutning av argon i en mängd av -cirka ll3,2 m3/h under 4 minuter genom båda kanalerna hos båda 7sns592éo 15 munstyckena. Smälttemperaturen vid denna tidpunkt var l650° C Smältan desoxiderades sedan på vanligt sätt och renades med argon under ytterligare 2 minuter innan den tappades i en skänk försedd med bottentappníng för efterföljande gjutning i formar. Ugnssatsningsanalysen och färdiganalysen för den raffi- nerade smältan vid gjutning angives nedan.After adding 45.3 kg of 50% FeSi, the melt was sprinkled and stirred by injecting argon in an amount of about 11.2 m 3 / h for 4 minutes through both channels of both nozzles. The melting temperature at this time was 160 ° C. The melt was then deoxidized in the usual manner and purified with argon for a further 2 minutes before being poured into a ladle fitted with bottom bottling for subsequent molding. The furnace investment analysis and the finished analysis for the refined melt during casting are given below.

Analys % C % Mn % Si % Cr % Ni % Mo % P % S ugnstappning 0,32 0,54 0,55 1,29 2,85 0,43 0,014 0,004 raffinerad smälta 0,l0 0,61 0,35 1,49 2,97 0,42 0,017 0,001 Exemgel 2 I jämförande syfte framställdes en på vanligt sätt behandlad smälta av HY-80 (ett lâglegerat stål) som följer. En elektrisk ljusbågsugn chargerades med 6800 kg HY-80 skrot, 24,9 kg krom, 6387 kg skrot av mjukt kolstål och 272 kg kalk.Analysis% C% Mn% Si% Cr% Ni% Mo% P% S furnace bottling 0.32 0.54 0.55 1.29 2.85 0.43 0.014 0.004 refined melt 0.10 0.61 0.35 1 .49 2.97 0.42 0.017 0.001 Exemgel 2 For comparative purposes, a commonly treated melt of HY-80 (a low-alloy steel) was prepared as follows. An electric arc furnace was charged with 6800 kg HY-80 scrap, 24.9 kg chromium, 6387 kg mild carbon scrap and 272 kg lime.

Energi tillfördes elektroderna och chargen smältes' och värmdes till 1s3z° c :nam cirka 15 minuter. cirka 113,2 m3 tades sedan i badet medelst en handmanövrerad smältande lans. syre inspru- Den därvid bildade slaggen avskildes och badtemperaturen mät- tes till att vara 156s° c.Energy was applied to the electrodes and the charge was melted and heated to 35 ° C for about 15 minutes. about 113.2 m3 was then taken into the bath by means of a hand-operated melting lance. oxygen inject- The slag thus formed was separated and the bath temperature was measured to be 156s ° c.

Följande tillsatser gjordes sedan till smältan: 90,7 kg kol, 227 kg 50 % Fesi, 227 kg kalk, 100 kg krom, l29 kg Ni och 29,9 kg Mo 03.The following additives were then added to the melt: 90.7 kg of carbon, 227 kg of 50% Fesi, 227 kg of lime, 100 kg of chromium, l29 kg of Ni and 29.9 kg of Mo 03.

Energi tillfördes ånyo elektroderna och badtemperatu- ren ökades under en period av 45 minuter till 16600 C. Vid den- na punkt togs ett preliminärt prov som hade den nedan visade analysen. Därefter gjordes tillsatser av 227 kg kalk, 90,7 kg krom, 61,2 kg Ni och 12,7 kg FeMo, och smältan avkolades ytter- ligare genom insprutning av 189,6 m3 syre i badet medelst en handmanövrerad smältande lans. Efter cirka 20 minuters blås- ning uppmättes kolhalten vara 0,07 %. 124,7 kg SiMn och 59,4 kg av 75 % FeSi tillsattes och smältan tappades omedelbart och provtogs. Kompositionen hos färdigtappningen visas nedan. 7003592-0 16 Analys % C % Mn % Si % Cr % Ni % M0 % P % S preliminär 0,63 0,26 1,06 0,93 2,32 0,34 0,016 0 005 I ugnstappaa 0,10 0,63 0,47 1,40 2,79 0,40 0,015 0,007 Tabell III visar jämförelse mellan de fysikaliska egenskaperna hos gjutstyckena framställda från smältor beredda i exempel 2 ovan, vilka båda värmebehandlades på i huvudsak sam- ma sätt i enlighet med vanlig teknik.Energy was again supplied to the electrodes and the bath temperature was increased for a period of 45 minutes to 16,600 C. At this point a preliminary sample was taken which had the analysis shown below. Subsequently, 227 kg of lime, 90.7 kg of chromium, 61.2 kg of Ni and 12.7 kg of FeMo were added, and the melt was further charred by injecting 189.6 m3 of oxygen into the bath by means of a hand-operated melting lance. After about 20 minutes of blowing, the carbon content was measured to be 0.07%. 124.7 kg of SiMn and 59.4 kg of 75% FeSi were added and the melt was immediately dropped and sampled. The composition of the pre-bottling is shown below. 7003592-0 16 Analysis% C% Mn% Si% Cr% Ni% M0% P% S preliminary 0.63 0.26 1.06 0.93 2.32 0.34 0.016 0 005 I kiln plug 0.10 0, 63 0.47 1.40 2.79 0.40 0.015 0.007 Table III shows a comparison between the physical properties of the castings prepared from melts prepared in Example 2 above, both of which were heat-treated in substantially the same manner in accordance with the usual technique.

Tabell III (HY-80) Exempel l Exempel 2 brottgräns (kg/mmz) , 72,2 71,9 sträckgräns (kg/mmg) 61,3 51,3 förlängning (%) 22 21 areareduktion (%) 2 55 53 slagseghet - Charpy V vid 2 8,0; 13,8; 5,03; 5,22; minus 73° C (kgm) 14,9 5,12 Av tabell III kan man se att samtliga egenskaper hos gjutstyckena, andra än den kraftigt förbättrade slagsegheten hos gjutstyckena framställda enligt föreliggande uppfinning, är i huvudsak desamma. Man kunde förvänta att erhålla liknande egenskaper eftersom såväl den kemiska kompositionen som värme- behandlingen av gjutstyckena var i huvudsak densamma. Den för- bättrade slagsegheten tros återspegla den förbättrade inre ren- heten hos smältan framställd i enlighet med föreliggande upp- finning. Medan denna ökning i seghet, i sig själv, är en avse- värd förbättring i kvaliteten hos gjutstycket, iakttogs ännu en förbättring av stor betydelse i reningen och färdigställningen av gjutstyckena. Gjutstyckena framställda från smälta enligt exempel l erfordrade väsentligt mindre rening, slipning, svets- ning och annan reparation än tidigare teknikens gjutstycke framställt från smältan enligt exempel 2. Denna förbättring var överraskande och ej förutsägbar från tidigare erfarenhet, och är av stor betydelse för gjuteriindustrin eftersom arbetslöne- besparingar representerar en väsentlig del av gjutstyckets kost- _ nad.. 7803592-0 Förutom de överraskande förbättringarna som ovan be- skrivits, har även iakttagits andra förbättringar på HY-80 gjutstycken framställda i enlighet med föreliggande uppfinning.Table III (HY-80) Example 1 Example 2 ultimate strength (kg / mm 2), 72.2 71.9 yield strength (kg / mm 2) 61.3 51.3 elongation (%) 22 21 area reduction (%) 2 55 53 impact strength - Charpy V at 2 8.0; 13.8; 5.03; 5.22; minus 73 ° C (kgm) 14.9 5.12 From Table III it can be seen that all the properties of the castings, other than the greatly improved impact strength of the castings made according to the present invention, are substantially the same. One could expect to obtain similar properties since both the chemical composition and the heat treatment of the castings were essentially the same. The improved impact strength is believed to reflect the improved internal purity of the melt prepared in accordance with the present invention. While this increase in toughness, in itself, is a significant improvement in the quality of the casting, another significant improvement was observed in the cleaning and completion of the castings. The castings made from the melt of Example 1 required significantly less cleaning, grinding, welding and other repairs than the prior art casting made from the melt of Example 2. This improvement was surprising and unpredictable from previous experience, and is of great importance to the foundry industry. Wage savings represent a significant portion of the cost of the casting. In addition to the surprising improvements described above, other improvements have also been observed on HY-80 castings made in accordance with the present invention.

T.ex. uppgick antalet svetsningsreparationer på en experimen- tell gjutstyckeserie framställd enligt föreliggande uppfinning endast till 5, jämfört med att 95 reparationer medelst svets- ning erfordrades på samma gjutserie framställd enligt vanlig praxis. Gjutstycken framställda i enlighet med föreliggande uppfinning visade ej några väte-flakes ens i 330 mm tjocka sek- tioner.For example. For example, the number of welding repairs on an experimental casting series made in accordance with the present invention was only 5, compared with 95 welding repairs required on the same casting series made in accordance with standard practice. Castings made in accordance with the present invention did not show any hydrogen flakes even in 330 mm thick sections.

Exempel 3 En elektrisk ljusbågsugn chargerades med 4058 kg skrot av 18-8 rostfritt stål, 18,1 kg kol och 227 kg kalk.Example 3 An electric arc furnace was charged with 4058 kg of 18-8 stainless steel scrap, 18.1 kg of coal and 227 kg of lime.

Energi tillfördes elektroderna och chargen smältes. Efter ned- smältningen reglerades sammansättningen på vanligt vis för att giva en komposition hos ugnstappningen som visas nedan och med en temperatur hos smältan av cirka 17000 C.Energy was applied to the electrodes and the charge was melted. After melting, the composition was adjusted in the usual manner to give a composition of the furnace tapping as shown below and with a temperature of the melt of about 17000 ° C.

Ovannämnda smälta tappades från ljusbågsugnen till en överföringsskänk och chargerades sedan i raffineringskärlet. 227 kg kalk sattes till chargen. Vid påbörjande av den pneuma- tiska raffineringsperioden var temperaturen hos smältan 1599° C.The above melt was dropped from the arc furnace to a transfer ladle and then charged into the refining vessel. 227 kg of lime was added to the charge. At the beginning of the pneumatic refining period, the temperature of the melt was 1599 ° C.

Smältan blåstes genom två nedsänkta, horisontala, munstycken av koncentriska rör, asymmetriskt anbragta i nedre sidoväggen hos raffineringskärlet visat på ritningsfiguren. Blåsningsgasen be- stod av syre utspätt med argon och insprutas genom centrumrören.The melt was blown through two submerged, horizontal, nozzles of concentric tubes, asymmetrically mounted in the lower side wall of the refining vessel shown in the drawing figure. The blowing gas consisted of oxygen diluted with argon and injected through the center pipes.

Argon insprutades som det skyddande fluidet genom den ringfor- miga kanalen hos munstyckena. Förhållandet syre till de samman- tagna argonströmningsmängderna var 3 till l. Totalt insprutades 50,9 m3 syre. De sammantagna strömningsmängderna av insprutade gaser (d.v.s. syre plus argon) var cirka 198 m3/h. Efter 21 mi- nuters blåsning vid förhållande 3:1 var smälttemperaturen 17160 C och kolhalten 0,15 %. Förhållandet syreströmningsmängd till den av sammantagna argonströmningar ändrades då till 1:1.Argon was injected as the protective fluid through the annular channel of the nozzles. The ratio of oxygen to the total amounts of argon flow was 3 to 1. A total of 50.9 m3 of oxygen was injected. The total flow rates of injected gases (i.e. oxygen plus argon) were about 198 m3 / h. After 21 minutes of blowing at a ratio of 3: 1, the melting temperature was 17160 ° C and the carbon content was 0.15%. The ratio of oxygen flow rate to that of total argon flows was then changed to 1: 1.

Vid detta förhållande fortsattes insprutningen under cirka 15 minuter, under vilken tid 28,3 m3 syre totalt insprutades. Där- efter ändrades förhållandet syre till sammantagna argonström- ningar återigen till l:3 och 2,83 m3 syre insprutades under 4 mi- 7803592-0 18 nuters tid. 181,4 kg av FeCrSi, 45,3 kg kalk och 97,5 kg av 50 % FeSi tillsattes sedan, och smältan omrördes och :enades under 17 minuter med argon enbart insprutat genom båda kanaler- na hos båda munstyckena. Tappningstemperaturen var 16040 C.Under this condition, the injection was continued for about 15 minutes, during which time a total of 28.3 m3 of oxygen was injected. Thereafter, the ratio of oxygen to total argon flows was again changed to 1: 3 and 2.83 m3 of oxygen was injected over a period of 4 minutes. 181.4 kg of FeCrSi, 45.3 kg of lime and 97.5 kg of 50% FeSi were then added, and the melt was stirred and mixed for 17 minutes with argon only injected through both channels of both nozzles. The bottling temperature was 16040 C.

Smältan tappades sedan in i en ljusskänk med bottenplugg för efterföljande gjutning i formar.The melt was then poured into a candle holder with a bottom plug for subsequent casting in molds.

Analys I % C % Mn % Si % Cr % Ni % Cu % Mo % P % S ugns- tappning 0,35 0,75 0,34 19,29 8,95 0,34 0,65' 0,029 0,00 raffinerad . smälta 0,02 0,70 1,47 20,09 9,54 0,33 0,63 0,028 0,00 Exemoe1'4 I jämförande syfte framställdes en på vanligt sätt be- 8 handlad smälta av 18-8 rostfritt stål såsom följer. En elekt- risk ljusbågsugn chargerades med 8483 kg 18-8 skrot, 169,6 kg FeNi, 68 kg kol och 1134 kg kalk. Energi tillfördes elektro- derna och chargen smältes och värmdes till l566° C inom cirka 118 minuter. Ett preliminärt prov taget vid denna tidpunkt ha- de den komposition som visas nedan. Cirka 339,6 m3 syre inspru- tades sedan i_badet medelst en handmanövrerad skärpande lans.Analysis I% C% Mn% Si% Cr% Ni% Cu% Mo% P% S oven bottling 0.35 0.75 0.34 19.29 8.95 0.34 0.65 '0.029 0.00 refined . melt 0.02 0.70 1.47 20.09 9.54 0.33 0.63 0.028 0.00 Exemoe1'4 For comparative purposes, a commonly treated melt of 18-8 stainless steel was prepared as follows . An electric arc furnace was charged with 8483 kg 18-8 scrap, 169.6 kg FeNi, 68 kg coal and 1134 kg lime. Energy was applied to the electrodes and the charge was melted and heated to 1956 ° C within about 118 minutes. A preliminary sample taken at this time had the composition shown below. Approximately 339.6 m3 of oxygen was then injected into the bath by means of a hand-operated sharpening lance.

Den bildade slaggen avlägsnades och följande tillsatser gjor- des till smältan: 1033 kg FeCrSi, 136 kg CFeCr med låg kolhalt, 363 kg kalk, 36,3 kg Nickel.The slag formed was removed and the following additions were made to the melt: 1033 kg FeCrSi, 136 kg low carbon CFeCr, 363 kg lime, 36.3 kg Nickel.

Energi tillfördes ånyo elektroderna och smältan tappa- des i en skänk för efterföljande gjutning i formar. Komposi- ' tionen hos det preliminära provet och kompositionen hos den slutgiltiga tappningen visas nedan.Energy was again supplied to the electrodes and the melt was poured into a ladle for subsequent casting in molds. The composition of the preliminary sample and the composition of the final bottling are shown below.

Analys % % Mn % Si % Cr % Ni % Mo % P % I preliminär 0,45 0,58 0,42 17,65 8,78 0,83 0,028 0,010 tappning 0,05 0,63 1,21 19,84 8,85 0,78 0,033 o,oos De mekaniska egenskaperna hos gjutstyckena framställ- da av smältorna enligt exemplen 3 och 4, d.v.s. enligt uppfin- 7803592-0 19 ningen respektive tidigare teknik, var i huvudsak desamma.Analysis%% Mn% Si% Cr% Ni% Mo% P% I preliminary 0.45 0.58 0.42 17.65 8.78 0.83 0.028 0.010 bottling 0.05 0.63 1.21 19.84 8.85 0.78 0.033 o, oos The mechanical properties of the castings prepared from the melts according to examples 3 and 4, i.e. according to the invention and prior art, respectively, were essentially the same.

Emellertid var den genomsnittliga tid som erfordrades för re- ning och reparation, baserad på sex gjutserier, gjorda enligt uppfinningen cirka 30 % mindre än den genomsnittliga tid som erfordrades för rening och reparation av sju liknande gjutse~ rier framställda enligt tidigare teknik.However, the average time required for cleaning and repair, based on six casting series made according to the invention, was about 30% less than the average time required for cleaning and repairing seven similar casting series made according to the prior art.

Claims (11)

78103592-0 zo Patentkrav78103592-0 to Patent Claim 1. -Sätt att framställa färdiga metallgjutstyckexï med förbättrad in- re kvalitet och förbättrad ytkvalitet, k ä n n e t e c k n a i'- av åtgärderna a) att smälta utvalda chargematerial i en ugn, b) att överföra smältan från smältugnen till ett raffi- neringskärl, försett med åtminstone en forma under smältans i kärlet yta, c) att raffinera smältan genom att i densam- ma genom forman (formorna) införa en syrehaltig gasblandning innehållande 10 - 90 % av en utspädningsgas och därefter in- föra en renande gas i smältan genom forman fformorna), d) att tappa smältan i en form eller fornarför färdiga gjutstycken i vilken eller vilka smältan får stelna och e) att avlägsna det slutliga gjutet från formen (formerna).1. - Methods of producing finished metal castings with improved internal quality and improved surface quality, characterized in the measures a) to melt selected batch materials in a furnace, b) to transfer the melt from the melting furnace to a refining vessel, provided with at least one mold below the surface of the melt in the vessel, c) refining the melt by introducing into it through the mold (s) an oxygen-containing gas mixture containing 10 - 90% of a diluent gas and then introducing a purifying gas into the melt through the mold the molds), d) to drop the melt into a mold or molded finished castings in which the melt or melts are allowed to solidify and e) to remove the final cast from the mold (s). 2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den syrgashaltiga gasströmmen omgives med en ringformig ström av ett skyddande fluidum.2. A method according to claim 1, characterized in that the oxygen-containing gas stream is surrounded by an annular stream of a protective fluid. 3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att utspäd- ningsgasen väljas från en grupp bestående av argon, helium, väte, kväve, kolmonoxid, koldioxid, ånga och en kolvätegas.3. A method according to claim 1, characterized in that the diluent gas is selected from a group consisting of argon, helium, hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam and a hydrocarbon gas. 4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ute spädningsgasen är argon.4. A method according to claim 1, characterized in that the diluent gas outside is the argon. 5. Sätt enligt krav 1, k ä n-n e t e c k n a t av att den renandegasen väljes från en grupp bestående av argon, helium, kväve och ånga.5. A method according to claim 1, characterized in that the purifying gas is selected from a group consisting of argon, helium, nitrogen and steam. 6. Sätt enligt krav_1, k ä n n e t e c k n a t av att den renande gasen är argon.6. A method according to claim 1, characterized in that the purifying gas is argon. 7. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att det skyddande fluidet väljes från en grupp bestående av argonf helium, väte, kväve, kolmonoxid, koldioxid, ånga och ett kol- vätefluidum.7. A method according to claim 2, characterized in that the protective fluid is selected from a group consisting of argon helium, hydrogen, nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam and a hydrocarbon fluid. 8. Sätt enligt krav 2, k ä n_n e t e c k n a t av att det skyddande fluidet är argon. 21_ vsossaz-o8. A method according to claim 2, characterized in that the protective fluid is argon. 21_ vsossaz-o 9. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att raffineringskärlet förses med minst två nedsänkta munstycken.9. A method according to claim 1, characterized in that the refining vessel is provided with at least two submerged nozzles. 10. Sätt enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a t av att munstyckena lokaliseras i sidoväggen hos kärlet nära botten, anordnas horisontalt, och anbringas så att munstycksaxlarna är asymmetriska.10. A method according to claim 9, characterized in that the nozzles are located in the side wall of the vessel near the bottom, arranged horizontally, and arranged so that the nozzle axes are asymmetrical. 11. sättenligi-.kravm kännetecknat avatt det absoluta trycket hos de insprutade fluiderna vid munstycks- inloppen hålles minst tvâ gånger det absoluta trycket hos fluiderna vid munstycksutloppen.11. A method according to claim 1, characterized in that the absolute pressure of the injected fluids at the nozzle inlets is kept at least twice the absolute pressure of the fluids at the nozzle outlets.