DE102007057318A1

DE102007057318A1 - Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen

Info

Publication number: DE102007057318A1
Application number: DE200710057318
Authority: DE
Inventors: Eduard Buzetzki; Horst Guschl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen, die mindestens vier Seitenelemente umfasst, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kopfisolierung sowie die Verwendung von Blockguss-Kokillen mit einer solchen Kopfisolierung zum Gießen von Halbzeug aus Metall.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen, ein Verfahren zur Fertigung dieser Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen sowie die Verwendung dieser Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen.
Ausgangsformate für das Warmwalzen von Stählen sind Blöcke oder Stranggussabschnitte, so genannte Brammen. Dazu wird flüssiger Rohstahl entweder nach dem Blockguss- oder Stranggussverfahren vergossen. Der Blockguss, d. h. das portionsweise Abgießen des Stahls in Dauerformen, in so genannte Kokillen, wird heute überwiegend bei großen Schmiedestücken, schlecht zu vergießenden Legierungen sowie kleineren Chargen spezieller, z. B. legierter Stähle oder beruhigt vergossener Spezialstähle angewendet. Beim fallenden Guss kommt es durch die eingewirbelte Luft und Metallspritzer zu Oberflächenfehlern, die die Qualität mindern. Daher erfolgt der Guss bevorzugt aufsteigend, d. h. der flüssige Stahl wird durch ein Zuführsystem von unten in die, in der Regel als Gespann stehenden, Kokillen gefüllt.
Während die Stahlschmelze in der Kokille erstarrt, können sich vor allem im Kopf des Gussblocks Schwindungshohlräume, so genannte Lunker, bilden. Bestandteile mit relativ niedriger Schmelztemperatur werden vor der Kristallisationsfront höher schmelzender Bestandteile her nach oben getrieben. Dadurch und durch die Strömung aufsteigender Gasblasen können sich Elemente wie Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff im oberen Blockbereich konzentrieren. Es entstehen so genannte Blockseigerungen. Durch aufgeschwemmte Schlacke kommt es also zu „Kopfabfall". Daher muss der betreffende obere Bereich des Blocks, der so genannte Schopf, vor der Weiterverarbeitung abgetrennt werden. Die Ausbringung ist entsprechend schlecht.
Durch eine geeignete Isolation des Schopfes, wie beispielsweise durch den Einsatz von Blockhauben und Abdeckplatten, kann die Schmelze im Schopf länger flüssig gehalten werden und erstarrt langsamer. Der Block wird durchgehend dicht und der Schopf bleibt relativ klein. Die Kopfisolierung ist im Blockguss daher besonders wichtig, um den Schopf möglichst klein zu halten und damit eine möglichst hohe Ausbringung zu erzielen.
Während die Kokillen wieder verwendbar sind, werden die Kopfisolierungen beim Blockguss bzw. bei der Demontage zerstört.
Als Kopfisolierung für Kokillen können Seitenplatten von oben in eine Kokille eingesetzt und mit Haken und Holzkeilen fixiert werden. Der Arbeitsaufwand hierfür ist sehr hoch.
Alternativ kann man vorgefertigte einstückige Kopfisolierungen, so genannte Block- oder Isolierhauben, in die Kokille einsetzen. Solche einstückigen Block- oder Isolierhauben werden z. B. hergestellt, indem man sie mittels einer speziellen Form in einem Stück presst oder den Rohstoff als flüssige Aufschlämmung bereitstellt und die Flüssigkeit mittels Vakuum absaugt. Einstückige Block- oder Isolierhauben sind von der Handhabung einfach, sind aber auch teuer und bieten kaum Flexibilität hinsichtlich des verwendeten Materials.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Seitenplatten vorzumontieren und zu verkleben. Nach der Aushärtung können die vormontierten Seitenplatten dann wie eine Block- oder Isolierhaube in die Kokille eingesetzt werden. Hierbei ist man zwar im Hinblick auf das verwendete Material flexibel, allerdings muss man lange Lagerzeiten und große Lagerflächen der sperrigen vormontierten Hauben aufgrund der mehrstündigen Aushärtzeiten berücksichtigen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass sich solche Kopfisolierungen mit handelsüblichen mechanischen Befestigungsmitteln hinreichend formschlüssig und mit ausreichender mechanischer Stabilität in einfacher Weise zu Hauben vormontieren lassen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine preiswerte Kopfisolierung für Kokillen, speziell im Blockgussverfahren, bereitzustellen, die eine einfache Handhabung und Montage ohne komplizierte Lagerhaltung bei maximaler Flexibilität in der Wahl des zu verwendenden Materials ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen gelöst, bei der die Elemente mit einem mechanischen Befestigungsmittel verbunden sind. Gegenstand der Erfindung ist daher eine Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen, die mindestens vier Seitenelemente, die untereinander mit jeweils mindestens einem mechanischen Befestigungsmittel formschlüssig verbunden sind, umfasst.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Fertigung einer solchen Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen, bei dem die Seitenelemente aus vorgefertigten Platten entsprechend der Form und den Innen-Abmessungen der Kokille bereitgestellt werden, diese Seitenelemente untereinander zu einer haubenförmigen Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen mit den mechanischen Befestigungsmitteln fixiert werden und anschließend als haubenförmige Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen von oben in die Kokille eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen ist gekennzeichnet durch mindestens vier Seitenelemente, die untereinander mit jeweils mindestens einem mechanischen Befestigungsmittel formschlüssig verbunden sind. Dabei sind die mechanischen Befestigungsmittel unter mechanischen Befestigungsmittel mit einem Gewinde, wie Schrauben und Dübeln, vorzugsweise unter Holzschrauben, Kunststoffschrauben und Dämmstoffdübeln ausgewählt. Als Material dieser mechanischen Befestigungsmittel kommen Metalle, Kunststoffe oder Holz in Frage. Die Form des Gewindes wird entsprechend dem Material der formschlüssig zu montierenden Seitenelemente gewählt. Beispielsweise wird ein grobes Gewinde, wie z. B. bei Dämmstoffdübeln, für Platten aus Keramikwolle als besonders vorteilhaft erachtet.
Beispiele für erfindungsgemäße mechanische Befestigungsmittel sind insbesondere Dämmstoffdübel A-ISOL/ISOL der Firma Tox-Dübel-Technik, Dämmstoffdübel FID 50 der Firma Fischer-Dübel sowie sämtliche handelsüblichen Holz- bzw. Kunststoffschrauben, wie beispielsweise Spax-Holzschrauben.
Die Länge des mechanischen Befestigungsmittels wird so gewählt, dass sie größer ist als die Wandstärke der formschlüssig zu verbindenden Seitenelemente. Der Durchmesser des mechanischen Befestigungsmittels wird so gewählt, dass er in jedem Fall kleiner ist als die Wandstärke der Seitenelemente. Er wird vorteilhafterweise so gewählt, dass eine Vorbohrung nicht erforderlich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Seitenelemente aus einem feuerfesten Material. Dabei ist das Material dieser Seitenelemente vorzugsweise ausgewählt unter Materialien auf Basis von Keramikwolle und Kompositen, die Zellstoff und wenigstens ein keramisches Pulver enthalten. Das Material der Seitenwände ist insbesondere ausgewählt unter hitzebeständigen Platten aus gepresster Keramikwolle und feuerfesten Platten aus einer Mischung aus Zellstoff und keramischem Pulver. Bevorzugt werden Platten aus einer Mischung aus Zellstoff und einem keramischen Pulver verwendet. Solche Platten sind kommerziell erhältlich, z. B. als exotherme Platten ZK/VK oder isolierende Platten PG von ISOMAG, Brandschutzplatten Pyrobor 600, Pyrobor 900 oder Pyrobor 1000 von FOSECO oder entsprechende Platten von der Firma DWL-WOLF GmbH.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fertigung einer Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen werden die Seitenelemente aus vorgefertigten Platten entsprechend der Form und den Innen-Abmessungen des Kokillenkopfes bereitgestellt, diese Seitenelemente werden untereinander zu einer haubenförmigen Kopfisolierung für Blockguss- Kokillen mit den mechanischen Befestigungsmitteln fixiert und anschließend als haubenförmige Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen von oben in die Kokille eingesetzt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen zum Gießen von Halbzeug aus Metall. Dabei handelt es sich bei dem Metall vorzugsweise um einen beruhigt vergossenen Stahl.
Erfindungsgemäß werden mechanische Befestigungsmittel, vorzugsweise ausgewählt unter Schrauben und Dübeln, insbesondere unter Holzschrauben, Kunststoffschrauben und Dämmstoffdübeln, zur Herstellung einer Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen durch formschlüssiges Verbinden von mindestens 4 Seitenelementen verwendet.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine Blockgussplatte in Aufsicht.
2 zeigt einen Schnitt durch die Blockgussanordnung.
3 zeigt Detail B aus dem Schnitt durch die Blockgussanordnung.
4 zeigt Detail E aus der Aufsicht auf die Blockgussplatte.
1 zeigt beispielhaft eine Blockgussplatte in Aufsicht. Blockgussanordnungen für den steigenden Guss umfassen in der Regel vier bis zehn stehende Kokillen, die gleichzeitig von unten über einen zentralen Gießtrichter befüllt werden können. Die dargestellte Blockgussplatte umfasst acht stehende Kokillen auf einer Gespannplatte, die ein Kreuz mit jeweils zwei Kokillen an den Armen bilden. Im Zentrum der Kokillenanordnung, d. h. am Schnittpunkt der beiden Achsen, befindet sich die Trichteranordnung. Die Kokillen sind untereinander bzw. mit der Trichtervorrichtung über Kanäle verbunden, die mit einer Versiegelung überzogen sind. Jede Kokille weist im oberen Bereich eine Kopfisolierung auf.
Anhand von 2 wird beispielhaft der Aufbau einer Blockgussanordnung erläutert. In den Fräskanal werden der Königsstein, die Kanalsteine, Düsensteine und die Endstücke eingelegt und mittels einer speziellen Schamottmasse verklebt. Dabei sind auf die exakte Positionierung und Ausrichtung der jeweiligen Einströmöffnungen beim Kokillenstück und Endstück zu achten. Anschließend wird der Zwischenraum zwischen Fräskanal und Kanalstrang mit Quarzfüllsand (z. B. 1 bis 4 mm) ausgefüllt und auf Gespannplattenniveau abgezogen.
Als nächstes folgt die Herstellung der Fiberfax-Platten. Hierzu werden entsprechend der Kontur der Grundfläche der Kokillen bzw. der Trichtervorrichtung Platten, beispielsweise Fiberfax-Platten, z. B. mit einer Stärke von 3 mm von einer Endlosrolle, zugeschnitten. Dabei ist zu beachten ist, dass auch die Einlassöffnungen auszuschneiden sind. Die zugeschnittenen Platten werden auf die jeweilige Position gelegt (vergleiche 1, Blockgussplatte).
Als nächstes erfolgt der Aufbau der Trichtersteine auf dem Königsstein. Die Verbindungen werden wie schon oben beschrieben mittels einer speziellen Schamottmasse verklebt. Im Anschluss werden die Trichtervorrichtung und die Kokillen auf ihren vorgesehenen Platz gestellt. Die Fertigstellung der Trichteranlage erfolgt durch das Verkleben des Trichters auf dem letzten Trichterstein und dem Hinterfüllen mit Quarzfüllsand (z. B. 1 bis 4 mm).
Der Zwischenraum zwischen den Kokillen untereinander und dem Trichteraufbau im nun ausgefüllten Fräskanal wird mittels einer Kanne mit dem speziellen Versiegelungsmittel, beispielsweise Keramet mit einer Mindestschichtdicke von 5 mm, abgedichtet.
Der Einbau der Seitenelemente der Kopfisolierung in die Kokillen kann wie folgt erfolgen:
Die Seitenelemente werden entsprechend den Innen-Abmessungen des Kokillenkopfes aus geeigneten Platten zugeschnitten, z. B. mittels einer Kreissäge. Anschließend werden die Seitenelemente untereinander formschlüssig mittels geeigneter mechanischer Befestigungsmittel zu einer Haube verbunden. Im Falle von vier Seitenelementen sind sie im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet, beispielsweise wie in 4 dargestellt. Die untereinander verbundenen Seitenelemente werden dann als Haube von oben in den Kokillenkopf eingesetzt. Die Vormontage soll dabei nur die zum Einführen erforderliche mechanische Stabilität gewährleisten.
Zum Schutz des flüssigen Stahles vor Oxidation kann ein spezielles Gießpulver eingesetzt werden. Gießpulver basieren in der Regel auf mineralischen Rohstoffen wie Wollastonit, Calcit, Feldspat, Flussspat und anderen Rohstoffen wie Soda und technischen Silikaten. Gießpulver für Blockgießen von Stahl sind in Granulat- und Pulverform verfügbar. Gießpulver werden eingesetzt, um ein Anhaften des Stahls in der Kokille zu vermeiden, einen gleichmäßigen Wärmeübergang zwischen Stahl und Kokille einzustellen, um den Stahl vor Reoxidation zu schützen, zur Aufnahme von nichtmetallischen Einschlüssen (Al₂O₃, TiO₂, etc.) aus dem Stahl und zur thermischen Isolierung der Stahlbadoberfläche.
Das Gießpulver kann in geeigneten Behältnissen, beispielsweise Säcken, in die Kokille mit den eingebauten Seitenelementen gehängt werden, z. B. 100 mm oberhalb des Kokillenbodens. Geeignete Gebinde sind kommerziell erhältlich, z. B. als 2-kg-Verbundsäcke. Die Aufwandmenge beträgt vorzugsweise mindestens 2 kg/to Stahl.
Die Blockgussanordnung ist nun zum Gießen bereit. Die Gießgeschwindigkeit kann beispielsweise ca. 200 kg/Minute betragen. Die Befüllung erfolgt vorzugsweise bis etwa zur Hälfte des Blockschopfes. Der Vorgang wird bevorzugt durch ein langsames Vollpumpen des Schopfes beendet, um Lunkerbildungen zu verhindern.
Wenn die Kokille mit flüssigem Stahl gefüllt ist, kann die Schopfbehandlung erfolgen. Diese erfolgt in zwei Schritten: Erst wird ein hochexothermes Abdeckmittel aufgegeben. Die Aufwandmenge kann beispielsweise mindestens 2 kg/to Stahl oder nach Bedarf betragen. Danach wird das isolierende Abdeckmittel gleichmäßig verteilt. Die Aufwandmenge kann beispielsweise mindestens 4 kg/to Stahl betragen.
Die Kokillen können alternativ mit exothermen Isolierplatten abgedeckt werden.
Der Einbrandlunker am Schopf des Blockgusses ist auf diese Weise typischerweise < 50 mm.
3 zeigt im Detail B, wie die zu einer Haube vormontierten Seitenelemente in die Kokille eingesetzt werden können. Im hier dargestellten Fall werden die zur Haube vormontierten Seitenelemente auf einer Fräskante im Kokillenkopf aufgesetzt. Weitere Hilfsmittel zum Fixieren der Kopfisolierung sind dann nicht mehr erforderlich. Vorraussetzung hierfür ist, dass die Kokille einen im Kopfbereich innen umlaufenden Absatz aufweist.
Eine mögliche Variante ist auch, die zur Haube vormontierten Seitenelemente mit Halterungsstiften am oberen Kokillenrand zu befestigen und gegebenenfalls mittels der Eckteile im Kokillenkopf zu verkeilen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die zur Haube vormontierten Seitenelemente an den Seiten konisch, nach unten verjüngend auszuführen, so dass sie sich naturgemäß auf einer bestimmten Höhe beim Einsetzen von oben verkanten und fixieren.
Auch in diesem Fall sind keine weiteren Hilfsmittel zum Fixieren der Kopfisolierung erforderlich.
Die hier ausgeführten Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Kopfisolierung in der Kokille zu fixieren, dienen nur als Beispiele und sind nicht als Einschränkung auf diese Möglichkeiten zu verstehen.
Je nach Höhe und Material der Kopfisolierung wird mindestens ein mechanisches Befestigungsmittel pro formschlüssige Verbindung verwendet. Beispielsweise ist bis zu einer Höhe der Kopfisolierung von 350 mm ein, zwischen 350 mm und 500 mm zwei und ab 500 mm drei oder mehr mechanische Befestigungsmittel pro zu formschlüssiger Verbindung erforderlich.
4 zeigt im Detail E die in den 1 und 2 gezeigte Kopfisolierung durch vier untereinander formschlüssig verbundene Seitenelemente. In 4 ist eine mögliche Anordnung von vier Seitenplatten dargestellt. Die Seitenelemente stoßen im dargestell ten Fall jeweils mit ihrer Stirnseite rechtwinklig auf die Längsseite des benachbarten Seitenelementes. So kann jeweils mindestens ein mechanisches Befestigungsmittel durch einen Abschnitt am Rand der Längsseite eines Seitenelementes in die Stirnseite des angrenzenden Seitenelementes geschraubt werden.
Neben dem dargestellten stumpfen Stoß ist auch ein Stoß auf Gehrung denkbar. Insbesondere für den Fall, dass mehr als vier Seitenelemente zu einer Haube montiert werden, ist diese Ausführungsform sinnvoll.
Auch hier sind die ausgeführten Möglichkeiten nur als Beispiele und nicht als Einschränkung auf diese Möglichkeiten zu verstehen.
Zu beachten ist bei allen Ausführungsvarianten, dass die verwendeten mechanischen Befestigungsmittel nicht mit dem flüssigen Metall in Berührung kommen können. Die Länge des jeweiligen mechanischen Befestigungsmittels wird dazu so gewählt, dass sie größer ist als die Wandstärke des ersten, formschlüssig zu verbindenden Seitenelementes. Der Durchmesser des jeweiligen mechanischen Befestigungsmittels wird hingegen so gewählt, dass er in jedem Fall kleiner ist als die Wandstärke des zweiten Seitenelementes, an dessen Stirnseite die Längsseite des ersten Seitenelementes stößt. Der Durchmesser des jeweiligen mechanischen Befestigungsmittels wird vorteilhafterweise so klein gewählt, dass eine Vorbohrung nicht erforderlich ist.
In der Praxis werden üblicherweise gleiche Plattenstärken für alle Seitenelemente der Kopfisolierung gewählt, so dass auch für alle formschlüssigen Verbindungen untereinander die gleichen mechanischen Befestigungsmittel verwendet werden können.
Die Plattenstärke der Seitenelemente beträgt bevorzugt mindestens 15 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 15 mm bis 80 mm, wobei auch stärkere Platten Verwendung finden können.

Claims

Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen, umfassend mindestens vier Seitenelemente, die untereinander mit jeweils mindestens einem mechanischen Befestigungsmittel formschlüssig verbunden sind.
Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen nach Anspruch 1, wobei die mechanischen Befestigungsmittel ausgewählt sind unter Schrauben und Dübeln, insbesondere unter Holzschrauben, Kunststoffschrauben und Dämmstoffdübeln.
Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Seitenelemente aus einem feuerfesten Material sind.
Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen nach Anspruch 3, wobei das Material dieser Seitenelemente ausgewählt ist unter Materialien auf Basis von Keramikwolle und Kompositen, die Zellstoff und wenigstens ein keramisches Pulver enthalten.
Verfahren zur Herstellung einer Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert, bei dem i) die Seitenelemente aus vorgefertigten Platten entsprechend der Form und den Innen-Abmessungen des Kokillenkopfes bereitgestellt werden, ii) diese Seitenelemente untereinander zu einer Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen mit den mechanischen Befestigungsmitteln fixiert werden und iii) anschließend als Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen von oben in die Kokille eingesetzt werden.
Verwendung einer Blockguss-Kokille mit Kopfisolierung, erhältlich durch ein Verfahren nach Anspruch 5, zum Gießen von Halbzeug aus Metall.
Verwendung einer Blockguss-Kokille mit Kopfisolierung nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem Metall um einen beruhigt vergossenen Stahl handelt.
Verwendung eines mechanischen Befestigungsmittels, ausgewählt unter Schrauben und Dübeln, insbesondere unter Holzschrauben, Kunststoffschrauben und Dämmstoffdübeln, zur Herstellung einer Kopfisolierung für Blockguss-Kokillen, wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert.