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"Verfahren zur Herstellung fußsandfreier Schmiedeblöcke" Anmelder:
Rheinstahl Hüttenwerke AG, Essen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
fußsandfreier, schwerer Schmiedeblöcke durch Vergießen in Kokillen. Bekanntlich
ist das Auftreten von Fußsand in Schmiedeblöcken nach wie vor ein ungelöstes Problem.
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Trotz zahlreicher Untersuchungen über die Natur des Fußsandes, der
hauptsächlich aus Anreicherungen von priwären und sekundären Desoxydationsprodukten
und exogenen Einschlüssen wie z.B. Feuerfest-Material und Pfannen-Schlacke besteht,
ist es bisher nicht gelungen, diese Anreicherungen mit Sicherheit zu vermeiden.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik wird die Aufgabe der Erfindung
darin gesehen, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem Schmiedeblöcke zuverlässig fußsandfrei
vergossen werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
genannten Gattung dadurch gelöst, daß die Blöcke unter Hemmung der Wärmeabfuhr im
Bereich ihrer Mantelfläche vergossen werden.
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Es ist zwar bekannt, Blöcke in Kokillen mit wärmedämmenden
Hauben
zu vergießen, wobei die Wärmeabfuhr in einer Mantelflächenzone nur im oberen Blockteil,
nämlich dem verlorenen-Kopf, gehemmt wird. Dadurch soll bekanntlich im oberen Blockteil
eine zur Speisung des.
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Lunkers dienende Metallmenge länger flüssig gehalten werden. Dieses
bekannte Verfahren berührt nach Aufgabenstellung und Lösung das erfindungsgemäße
Verfahren nicht. Aus der Offenlegungsschrift 1 936 283 ist des weiteren bekannt,
zur Verbesserung-der Oberfläche abgegossener Stahlblöcke die Kokille mit einer wärmedämmenden
Schicht, nämlich einer Glasschmelze, die beim Erstarrungspenkt des abgegossenen
Materials noch flüssig ist, zu versehen. Derartige Glasschmelzen mögen zwar eine
gute Blockoberfläche erzeugen, sin,d jedoch wegen zu schwacher wärmedämmender Wirkung
für das erfindungsgemäße Verfahren der Herstellung .fußsandfreier- Schmiedeblöcke
nicht geeignet.
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Durch die Hemmung der Wärmeabfuhr in einem Bereich der Mantelfläche
wird die Erstarrungswärme des unteren Blockteils zur Bodenplatte hin abgeführt,
was ein Vorrücken der Erstarrungsfront in Blocklängsrichtung bewirkt, das Wandwachstum
in waagerechter Richtung hemmt und die Strömungs-Verhältnisse ändert. Dadurch wird
die Ausbildung eines Schüttkegels vermieden und damit der Anreicherungsmechanismus
nichtmetallischer Partikel zuverlässig unterdrückt.
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Die Erfindung kann in folgender Weise im einzelnen vorteilhaft ausgestaltet
sein.
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Dadurch, daß die Blöcke unter Hemmung der Wärmeabfuhr nur in einem
unteren Bereich ihrer Mantel fläche vergossen werden, wird bei zuverlässiger Verhütung
der Fußsandbildung-ein günstigeres Seigerungsbild als bei Isolierung der gesamten
Mantel fläche des Blockrumpfes erzielt. (Unter dem Blockrumpf versteht man den Block
ohne Kümpel und ohne verlorenen KopE) Dabei wird die negative Seigerung im unteren
Blockteil, der bei den in bekannter Weise ohne Isolierung vergossenen Blöcke auftritt,
unterdrückt. Das Seigerungsverhalten im oberen Teil entspricht dem normal vergossener
Blöcke. Gegenüber den mit Isolierung-der Gesamtlänge des Blockrumpfes vergossenen
Blöcke ist der Lunker verkleinert. Er entspricht der Lunkergröße von ohne Isolierung
vergossenen Blöcken.
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ur das Verfahren ist eine einem oder mehrteilige Kokille besonders
gut geeignet, deren Wand wärmedämmendes Material aufweist.
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Eine einfache Herstellung der Wärmedämmung wird dadurch erreicht,
daß das wärmedämmende Material aus einer an der Kokilleninnenwand befestigten, aufliegenden
Wärmedämmschicht besteht. Diese Schichten kann man aus passend gepreßten Platten
herstellen und durch einfaches
Anschießen in der Kokilleninnenwand
befestigen.
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Man erreicht dabei eine glatte Blockoberfläche mit nur einem geringen
Absatz beim Übergang, der die Weiterverarbeitung des Blockes nicht nachteilig beeinflußt.
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Als derartige Isolierplatten eignen sich Platten, die vorwiegend aus
Sand, Kunstharz, Holz und Papier bestehen. Diese Platten verändern sich zwar beim
Guß bezüglich ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer Struktur. Gleichwohl bleibt
ihre Wärmedämmung ausreichend erhalten. Beim Strippen des Blockes zerfallen sie
und erleichtern so ihre Entfernung von der Blockoberfläche.
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Bei sehr schweren Blöcken, bei denen die Standzeit dieser Platten
nicht ausreicht, ist es vorteilhaft, als wärmedämmende Schicht eine Schlichte oder
feuerfeste Steine einzubringen.
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Wenn die isolierenden Schichten dicker werden, kann man zur Vermeidung
eines Absatzes auf dem Block die Isolierung in Aussparungen der Kokilleninnenwand
einsetzen.
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Arbeits- und kostenmäßig besonders günstig besteht der untere Teil
der Kokille aus wärmedämmendem Material. Man kann den unteren Teil ganz aus feuerfesten
Steinen mauern oder stampfen. Damit spart man die Kokille in diesem Bereich ein,
und man erreicht einen guten Übergang zwischen dem mit Wärmedämmung und dem ohne
Wärmedämmung vergossenen Blockteil, wobei man bezüglich der Dicke
der
wärmedämmenden Schicht keinen Beschränkungen unterworfen ist.
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Die erfindungsgemäßen Kokillen können nicht nur vorteilhaft bei dem
Verfahren zur Herstellung schwerer Schmledestücke eingesetzt werden, sondern führen
auch z.B. bei für eine walzende Verarbeitung bestimmten, leichteren Blöcken zu geringerer
Blockseigerung und geringeren Fußschrottanteilen.
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Im folgenden wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung erläutert.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines vertikalen Schnittes
durch die Kokille zum Gießen schwerer Schmiedeblöcke.
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Fußsandfreie Schmiedestücke werden durch Vergießen von Stahl in Kokillen
1 hergestellt, wobei die Wärmeabfuhr des Blockes durch wärmedämmendes Material in
einem unteren Bereich 2 der Mantelfläche gehemmt ist.
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Die Wirksamkeit des Verfahrens wurde mit den im folgenden beschriebenen
Versuchsblöcken belegt. Schwierigkeiten mit Fußsand traten besonders bei Schmiedeblöcken
mit über 30 t Gewicht auf. Für die Versuche wurde daher mit den größten Blöcken
gearbeitet, die im Werk der Anmelderin noch im Gespann vergossen werden, nämlich
Blöcke mit 50 bis 57 t Gewicht. Dabei
wurden jeweils 2 Blöcke im
Gespann vergossen, wobei ein Block in der erfindungsgemäßen Art isoliert, der andere
nicht isoliert war. Für den nicht isoliert vergossenen Block wurde eine 50 t-Kokille
und für den isoliert vergossenen Block eine 57 Kokille genommen, deren Füllgewicht
durch die Isolierung dann ebenfalls 50 t betrug, so daß 2 gleich schwere Blöcke
vergossen werden konnten.
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Die folgende Tafel 1 gibt die Ergebnisse wieder.
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Als Beispiel wird die Verarbeitung der Schmelze Nr. 6 der Tafel wie
folgt im einzelnen beschrieben. Im Elektro-Ofen wurden 103 t Schrott eingeschmolzen,
gefrischt und entschwefelt. Vor dem Abstich wurde dem Stahlbad im Ofen FeAl, FeCr
und FeMn zugesetzt. Die Stahltemperatur im Ofen betrug beim Abstich 17000C. Dem
Abstichstrahl wurde in der Pfanne FeSi und CaSi zugegeben. Die in der Pfanne gemessene
Stahltemperatur betrug 16650C. Anschließend wurde die Stahlschmelze nach dem Rheinstahl-Heraeus-Vakuum-Verfahren
30 Minuten entgast und eine Analysen-Korrektur durchgeführt. Nach der Entgasung-Behandlung
betrug die Stahl temperatur 1572 C. Der Stahl hatte folgende Zusammensetzung in
Prozent: C Si Mn P 5 Cr Mo Ni Al 0,13 1,21 0,540,0080,0111,030,47 0,23 0,011 Das
Gießen erfolgte steigend in 2 Kokillen, welche auf einer Gespann-Platte standen.
In einer Kokille waren vom Fuß her bis zur halben Kokillenhöhe Isolierplatten eingeschossen.
Die
zweite Kokille hatte keine Isolierung der Innenwand. Die Hauben beider Blöcke waren
in gleicher Weise isolierend gemauert. Dem in der Kokille aufsteigenden Stahl wurde
je Block 100 kg Gießpulver zugesetzt.
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Die Gießzeit betrug 35 Minuten. Nach beendetem Gießen wurden die Hauben
beider Blöcke mit Isoliermasse abgedeckt. 19 Stunden nach Gießende erfolgte das
Strippen beider Blöcke. Sie wurden bei einer Temperatur um 5000C in den Schmiedeofen
eingelegt und nach Durchführung eines Temperaturausgleichs auf Schmiedetemperatur
aufgeheizt.
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40 Stunden nach Einlegen der Blöcke in den Schmiedeofen wurden sie
bei 12400C Blocktemperatur gezogen und mit einer 6000 t-Presse je zu einem Stab
von 900 mm Durchmesser ausgeschmiedet. Diese Stäbe wurden anschließend in 10 Teilabschnitte
gebrannt und dabei eine Probescheibe aus dem Kopf- und Fußbereich für eine Seigerungs-Untersuchung
entnommen. Die Einzelabschnitte wurdenanschließend auf Schmiedetemperatur aufgeheiztund
im Gesenk fertiggeschmiedet. Nach der Warmablage wurden sämtliche Schmiedestücke
Ultra-Schall-geprüft, ebenfalls die ausgeschmiedeten Kopf- und Fußreste.
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Mit zunehmendem Blockgewicht nimmt bei konventionellem Guß die Fußsandhäufigkeit
exponentiell zu. So haben bei Blockgewichten mit 200 t nahezu alle Blöcke Fußsand.
Um klarere Aussagen bei Versuchen mit den kleineren Blöcken zu bekommen, wurden
die Blöcke z.T. nach dem Abguß geimpft, wodurch die Fußsandanfälligkeit auf
diejenige
von 200 t Blöcke gebracht wurde. Im Bereich von 30 bis 150 t Blockgewicht war bisher
in allen Fällen eine Ultra-Schall-Anzeige durch nichtmetallische Einschlüsse im
Fußteil des Blockes aufgetreten, wenn in der Haube nach Beendigung des Gießens Desoxydationsmittel
in der Größenordnung von 1 kg/t Stahl zugesetzt werden. Bei der Schmelze 1 wurden
beide Blöcke ohne Im fen vergossen und waren ohne Fußsandanzeige. Bei der Schmelze
2 wurden beide Blöcke geimpft, wobei der in der isolierten Kokille vergossene Block
keinen Fußsand, der ohne Isolierung vergossene Block Fuß sand bis zu 20 % der Blocklänge
enthielt. Die Schmelzen 3 und 4 zeigen, daß die Isolierwirkung von Gießpulvern,
die zwischen Block und Kokille eine Schicht beim Steigen des Blockes bilden, in
ihrer Wärmedämmung nicht hinreichend ist. In der letzten Spalte der Tabelle ist
der Temperaturunterschied der Kokillenwand zwischen dem Fußteil des ohne und mit
Isoliermitteln vergossenen Blockes angegeben, und zwar an der in der Figur mit 4
bezeichneten Meßstelle. Dieser Temperaturunterschied, der bei den Schmelzen 1 und
2 400°C betrug, war bei den Schmelzen 3 und 4 nur 50 bzw. 200C, wodurch bei allen
Blöcken der Schmelzen 3 und 4 Fußsand auftrat. Bei den Schmelzen 5 bis 9 wurde zur
Vermeidung von Ausschuß der nicht isoliert vergossene Block nicht mehr geimpft.
Bei einer Temperaturdifferenz von 2000C durch eine Isolierung aus wärmedämmenden
Platten waren die Blöcke der Schmelzen 6, 8 und 9 trotz Impfens des isoliert vergossenen
Blockes fußsandfrei.
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TAFEL 1 Zusammenstellung der bisherigen Ergebnisse
| 1fd. Gießda- Qualität Block 11 mit Wärmedämmung an der Block
12 ohne Wär- Unterschied |
| Nr. tum Mantelfläche unter Gießpulver medämmung an der der
Kokilen- |
| aus Asche vergossen Mantelfläche unter wandtemp. zwi- |
| Gießpulver aus A. schen Block |
| vergossen 12 und Block |
| Blookkopf Art der Wärme- Ultra- Block- Ultra- 11 in °C |
| geimpft dämmung schall- kopf ge- schall- |
| befund impft befund |
| (Fußsand) (Fußsand) |
| 1 18. 12. 12 Cr Mo 5.4 nein Kokille von ohne nein ohne 400 |
| 1970 Fuß bis Haube |
| mit 40 mm |
| 2 15. 5. 12 Cr Mo 5.4 ja dicken Scha- ohne ja 20 % 400 |
| 1970 motteplatten |
| ausgemauert |
| 3 21. 9. über 20 |
| 1970 12 Cr Mo 5.4 ja Block unte % ja über 50 |
| flüssiger 20% |
| 4 8. 1. 12 Cr Mo 5.4 ja Schlacke ver- 20% ja 20% 20 |
| 1971 gossen |
| 5 2. 4. 24 R 60 F nein Kokollenwand ohne nein ohne 200 |
| 1971 innen vom |
| 6 29. 6. 12 Cr Mo 5.4 ja Fuß an 1400 ohne nein ohne 200 |
| 1971 mm hoch mit |
| Isolierplat- |
| 7 25. 7. 12 Cr Mo 5.4 nein ten bedeckt ohne nein ohne 200 |
| 1971 |
| 8 27. 8. 12 Cr Mo 5.4 ja ohne nein ohne 200 |
| 1971 |
| 9 30. 9. 12 Cr Mo 5.4 ja ohne nein ohne 200 |
| 1971 |