DE2400578A1 - Verfahren zur instandsetzung schwerer eisengegenstaende - Google Patents
Verfahren zur instandsetzung schwerer eisengegenstaendeInfo
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Umuiden, MIe der lande
Verfahren zur Instandsetzung schwerer Eisengegenstände
(Zusatz zu P 21 08 318.1)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Instandsetzung schwerer Metall- bzw.Eisengegenstände, insbesondere von Blockgießgespannen
bzw. Unterlagsplatten und Blockgießformen, sowie die nach diesem Verfahren instandgesetzten Gegenstände. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf eine Verbesserung bzwo Abwandlung des Verfahrens
nach Patent 21 08 318.1.
Im genannten Patent ist ein Verfahren zur Instandsetzung von schweren Eisengegenständen beschrieben, das speziell, aber nicht
ausschließlich auf die Reparatur von Gußeiseh-Blockgießunterlagsplatten und/oder Blockformen für die Stahlindustrie anwendbar ist.
Bei diesem Verfahren wird einer Reparaturzone Metall praktisch derselben Zusammensetzung wie das Metall des Gegenstands in der
Reparaturzone zugeführt (wobei das zugeführte Metall möglicherweise
die zur Berichtigung seiner Zusammensetzung erforderlichen Legierungskomponenten sowie die ggf. ebenfalls zugeführten i'lußmittel-
und Abdecksubstanzen enthält), und mit Hilfe mindestens einer Lichtbogenelektrode wird in der Reparaturzone genügend
elektrothermische Energie erzeugt, um praktisch das gesarate zugeführte
Metall und zumindest einen Teil des angrenzenden Metalls des instandzusetzenden Gegenstands gleichzeitig v/ährend einer
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beträchtlichen Zeitspanne im Schmelzzustand zu halten, worauf
die Reparaturzone abgeschlackt und der Gegenstand langsam abgekühlt wird. Das Metall wird der instandzusetzenden Zone vorzugsweise
in Form von festen Stücken zugeführt.
Bei der Herstellung von Stahlblöcken als Zwischenprodukt für die
anschließende Verwendung in Stahlblech-Walzwerken werden die Blockformen auf flache Unterlagsplatten aufgesetzt und dann mit
der Stahlschmelze beschickt. Nachdem die St aiii schmelze ausreichend
abgekühlt ist, werden die Blockformen von den erstarrten Blöcken abgezogen, und die Blöcke werden von den Unterlagsplatten
abgezogen. Bei letzteren handelt es sich um flache bzw.glatte
Platten mit einen Gewicht von z.B. 6-9 '-Tonnen und einer Dicke
von z.B. 400 mm. Es sind jedoch auch andere Gewichte und Abmessungen der Blockgieß-Unterlagsplatten bekannte In der Regel bestehen
diese Platten aus Grauguß oder Roheisen.
Zu Beginn des Gießvorgangs fällt der Stahlschmelzenstrahl in
die Blockform und trifft dabei zuerst auf die Oberfläche der Unterlagsplatte auf. Dies führt zu Erosion und Korrosion an
dieser Oberfläche, so daß sich nach wiederholter Benutzung der Unterlagsplatte in mehreren Gießvorgängen eine Vertiefung bzw.
Auswaschung in dieser Oberfläche ausbildet. Da sich diese Vertiefung nach und nach vergrößert, eignen sich die auf dieser
Unterlagsplatte gegossenen Stahlblöcke allmählich immer weniger für ihre Verwendung. Insbesondere können Stahlblöcke, die an
ihrer Unterseite übergroße, konvex abstehende Teile aufweisen, nicht aufrecht auf einer Fläche stehen, so daß es unmöglich
wird, sie in Herdtieföfen einzubringen. Außerdem führen diese übermäßig konvexen Unterseiten zu einem niedrigeren Wirkungsgrad
und zu einem geringeren Ausbringen der aus den Blöcken ge-'.valzten
Platten oder Platinen. Es hat sich gezeigt, daß eine Unterlagsplatte nicht mehr brauchbar ist, wenn die in ihr
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gebildete Vertiefung eine Tiefe von etwa 18 cm erreicht oder
sich -waagerecht derart erweitert, daß sie den Bereich erreicht, in welchem die Blockform oder Kokille auf der Unterlagsplatte
ruht. Eine Aussonderung eiisr Unterlagsplatte bedeutet aber, daß
eine Eisenmenge in der Größenordnung von 500 kg völlig nutzlos wird und der Rest der Unterlagsplatte nur mit dem Schrottwert zu
"bewerten ist. Obgleich möglicherweise Unterschiede in den diesbezüglichen
Verlusten zwischen dem einen Stahlwerk und dem anderen bestehen, betragen diese Verluste nahezu immer etwa 0,2 - 0,4/&
des Werts des Rohstahls, der durch Gießen unter Verwendung solcher Unterlagsplatten hergestellt wird.
Im Stammpatent ist ein neuartiges Verfahren für die Instandsetzung
beschädigter Blockgieß-Unterlagsplatten beschrieben, bei
dem - kurz gesagt - die ganze beschädigte Zone mittels einer
Lichtbogenelektrode angeschmolzen und zusammen mit Metall, das als A_^is füllmaterial für die Schadenssone zugeführt worden ist,
im Schmelz zustand gehalten wird. Es hat sich seinerzeit herausgestellt,
daß es mit diesem neuartigen Verfahren möglich ist, Unterlagsplatten auszubessern, so daß diese in der Regel auf
ähnliche Weise verwendet werden können wie neue Unterlagsplatten. Seitdem hat es sich jedoch gezeigt, daß die reparierten Unterlagsplatten
unter gewissen Umständen dennoch schneller wieder beschädigt werden als ursprünglich neue Platten. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn der Block an der Unterlagsplatte anhaftet
und mit erheblicher Kraft von ihr abgezogen werden muß.
In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß auch bereits andere
Verfahren zur Instandsetzung von Schaden z.B. an Blockgieß-Unterlagsplatten
vorgesehlagen worden sind. Diesbezüglich sei beispielsweise auf die US-PS 2 330 289, <Ue CH-PS 355 878 und
die BE-PS 542 628 verwiesen. An allen Stellen dieser Vorveröffentlichungen
und auch sonst wurden jedoch stets nur Verfahren
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beschrieben, bei denen verschiedene Teile der beschädigten Oberfläche
nacheinander, allmählich und teilweise angeschmolzen wurden und bei denen das Reparaturmaterial zu den angeschmolzenen
Stellen zugeführt wurde. An keiner Stelle dieser Vorveröffentlich ungen ist eine Anregung dafür enthalten, die gesamte Fläche
der beschädigten Zone sowie das für die Instandsetzung zugeführte
Material gleichzeitig und während einer bestimmten Zeitspanne im Schmelzzustand zu halten und daraufhii)i6.ie gesamte Konstruktion
allmählich abzukühlen.
Zur Vermeidung der Nachteile, die zeitweilig bei der Anwendung des Verfahrens gemäß dem Stammpatent vorkommen können, wird erfindungsgemäß
eine Verbesserung oder Abwandlung dieses Verfahrens vorgeschlagen, deren Besonderheit darin besteht, daß an der Instandsetzungsstelle
eine elektrothermisch^ Leistung oderEnergie
von mindestens 250 kVA in einer reduzierenden, vorzugsweise
stark reduzierenden Umgebung (Atmosphäre) erzeugt wird.
Genauere Untersuchungen haben überraschenderweise gezeigt, daß beim Verfahren gemäß dem Stammpatent eine Übergangszone zwischen
dem ursprünglichen Werkstoff und dem bei der Instandsetzung hinzugefügten
Werkstoff für das Auftreten von Schaden an der Unterlagsplatte im Fall von anhaftenden bzw. "klebenden" Blöcken verantwortlich
gemacht werden kann. Diese Ubergangszone scheint vergleichsweise große Mengen an Eisenoxiden zu enthalten, auf
welche lokale schwache Stellen in der Unterlagsplatte zurückzuführen
sind. Beim erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nunmehr infolge der größeren erzeugten elektrothermisohen Wärmemenge
in Verbindung mit dem Vorhandeneein^iner reduzierenden Umgebungsatmosphäre
zwei Wirkungen erreichen. Einmal kann nämlich eine Reduktion der an der Oberseite der beschädigten Unterlagsplatte
vorhandenen Eisenoxide stattfinden und zum zweiten ist die Ubergangszone infolge des heftigeren Verlaufs des Ansdimelzvorgangs
um soviel größer, daß sie kaum noch als solche zu erkennen ist.
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Es hat sich dabei gezeigt, daß sich die besten Ergebnisse dann
erzielen lassen, wenn die Reduktion der auf der Tint erlags plat te
vorhandenen Eisenoxide unter Anwendung einer reduzierenden Umgebungsatmosphäre durchgeführt wird, die an der Stelle der
Wärmeentwicklung auf einer Temperatur von mindestens 15OO C
und im Fall von sehr schweren Gegenständen vorzugsweise auf einer Temperatur von 2300 - 2600 C gehalten wird.
Die durchschnittliche erzeugte Leistung oder Energie "bzw. Strommenge
bei der Stromanlegung während der Instandsetzung beträgt
vorzugsweise mehr als 25O kVA. Die elektrothernriache Leistung
oder Energie von mindestens 250 kVA wird vorzugsweise auch in
der reduzierenden Atmosphäre während einer beträchtlichen Zeitspanne
erzeugt, zumindest bevor das Metall zur Reparaturzone zugeführt wird,um auf diese Weise eine Reduktion der Oxide zu
erreichen. TJm zudem die angestrebte erhebliche Erwärmung der das für die Instandsetzung zugeführte Metall und das angrenzende
Metall des Gegenstands enthaltenden Schmelzenlache zu erreichen,
wird diese elekbrothermische Leistung oder Energie von mindestens
25O kVA vorzugsweise in der reduzierenden Atmosphäre erzeugt,
nachdem das Metall in die Reparaturzone gebracht worden ist.
Die reduzierende Umgebung kann auf verschiedenartige Weise gewährleistet
werden, z.B. durch Herstellung einer reduzierenden Atmosphäre mittels reduzierender Schutzgase oder durch Durchführung
der gesamten Instandsetzung in einem Ofen, in dessen Innerem eine reduzierende Gasatmosphäre aufrechterhalten wird.
Diese Möglichkeiten können sich jedoch in der Praxis aus technischenund
wirtschaftlichen Gründen als nicht zufriedenstellend
erweisen. Infolgedessen wird erfindungsgemäß auch ein Verfahren bevorzugt, bei dem die reduzierende Umgebung bzw. Atmosphäre
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dadurch hergestellt wird, daß auf der Oberseite des instandzusetzenden
Gegenstands um die Elektrode herum einkörniges Material vorgesehen wird, das bei der Arbeit st enroeratur ein
reduzierendes Gas entwickelt. Zu diesem Zweck kann z.B. Kohle verwendet werden, doch wird hierfür Koks bevorzugt, da dieser
sauber, billig und leicht zu handhaben ist. infolge der innerhalb der Koksmasse erzeugten Wärme beginnt der Koks zu glühen,
was zur Entwicklung von Kohlenmonoxidgas führt, welches am Verfahren als Reduktionsmittel teilnimmt. Dabei ist zu beachten,
daß die Wärme hauptsächlich durch den den Kokshaufen durchfließenden elektrischen Strom erzeugt wird. Tatsächlich ist dabei
kaum eine einzige Lichtbogenflamme vorhanden. Zur Gewährleistung einer Wärmequelle der gleichen Größe wie die derSehadenszone,
und um die erforderliche Intensität des elektrischen Stroms zu erreichen, wird vorzugsweise eine Elektrode mit einem
Durchmesser im Bereich von J50 - 40 cm verwendet.
Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn ein Kokshaufen mit
einer Höhe von etwa 80 cm und einem Durchmesser von etwa 100 cm um die Elektrode^(n) herum aufgeschüttet und der elektrische
Strom angelegt wird, bis die Umgebung der Schadenszone angeschmolzen und erforderlichenfalls reduziert ist, worauf die
Elektrode(n) aus dem Kokshaufen herausgezogen wird (werden) und
durch die dabei entstehende Öffnung das Reparaturmaterial, z.B. Eisen, nebst den erforderlichen Legierungs- und Flußmittelsubstanzen
eingeführt wird. Anschließend wird (werden) die Elek- . trode^n) wieder abgesenkt, und hierauf wird elektrischer Strom
während einer Gesamtzeitspanne von mindestens 2 Std. nach dem
.Wiedereinführen der Elektrode(n) angelegt.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Eine Graugußblock-ITnterlagsplatte mit einem Gewicht von 9t und
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einer Dicke Ton 40 cm wurde instandgesetzt, nachdem etwa 200 kg
Bisen von ihrer Oberfläche abgetragen worden waren. Die Oberfläche
der dadurch hervorgerufenen Vertiefung wurde zunächst
mittels einer reduzierenden Gasflamme gereinigt. Sodann wurde eine Graphitelektrode mit einem Durchmesser von 35 cm mit ihrem
unteren Ende in einem solchen Abstand über der Vertiefung angeordnet, daß ein Lichtbogen erzeugt werden konnte. Um die Elektrode
(n) herum wurde auf der Unterlagsplatte ein Kokshaufen mit einem Durchmesser von etwa 1 m und einer Höhe von etwa 80 cm
aufgeschüttet, worauf elektrischer Strom angele gt wurde. Bei einer Spannung von 42 V wurde eine Stromstärke von 7500 A
(315 kVA) gewählt· Nach einiger Zeit begann die gesamte Koksmasse
zu glühen, worauf durch weitere Zufuhr von Koks dafür gesorgt wurde, daß die Außenseite der Koksmasse dunkel blieb.
Zu diesem Zeitpunkt wurde die Elektrode aus der Koksmasse herausgezogen, die nun genügend zusammengesintert war, daß eine Öffnung
zurückblieb, deren Abmessungen denen der Elektrode entsprachen. Durch diese öffnung hindurch konnte über der Schadenszone eine
Temperatur von etwa 2500 0 gemessen werden. Sodann wurden Roheisen-
und Schrottstücke sowie andere Legierungseinstellkomponenten, wie FeSi und PeIIn, nebst weiterem i'lußmittel und Abdecksubstanzen
durch die Öffnung hindurch eingegeben, und die Elektrode wurde dann wieder abgesenkt.
Daraufhin wurde der elektrische Strom wieder mit der gleichen Stärke wie vorher eingeschaltet und insgesamt etwa 3 Std. lang
angelegt ο
Die dabei erzeugte leistung reichte aus, um das gesamte zugeführte
Reparaturmaterial und eine dieses umgebende Zone der Unterlagsplatte
gleichzeitig im Schmelz zustand zu haltene Nach dem
Abschlacken wurde die Unterlagsplatte langsam abgekühlt. Als ResuHat wurde auf diese Weise eine instandgesetzte Blockgieß-Unterlagsplatte
erhalten, welche den höchsten, an neue Unterlagspktten zu stellenden Anforderungen genügte.
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Claims (8)
1. Verfahren zur Instandsetzung eines schweren Eisengegenstands,
insbesondere einer in der Stahlindustrie verwendeten Gußeisen-Unterlagsplatte
oder einer Blockgießforni "bzw. -kokille, "bei
welchem Metall der Reparaturzone zugeführt wird, wobei das zugeführte Metall praktisch die gleiche Zusammensetzung "besitzt
wie das Metall des Gegenstands an der Reparaturzone und das zugeführte Metall möglicherweise zur Berichtigung seiner
Zusammensetzung zugesetzte Legierungskomponenten enthält und
ggf. auch Flußmittel und Abd#cksubstanzen zugesetzt werden, und bei welchem mittels mindestens einer Lichtbogenelektrode
in der Reparaturzone eine so große elektrothermische Energie
erzeugt wird, daß das gesamte zugeführte Metall und zumindest ein Teil des angrenzenden Metalls des instandzusetzenden Gegenstands
während einer beträchtlichen Zeitspanne gleichzeitig im Schmelzzustand gehalten werden, worauf die Reparaturzone
abgeschlackt und der Gegenstand langsam abgekühlt wird, nach Patent 21 08 318.1, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Reparaturzone zumindest während eines erheblichen Teils der Instandsetzungszeit eine elektrothermische Leistung
oder Energie τοη mindestens 250 kVA in einer reduzierenden "Umgebung
bzw. Atmosphäre erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende
Umgebung bzw. Atmosphäre, in welcher die elektrothermische Leistung oder Energie τοη mindestens 250 kVA erzeugt
wird, durch diese Leistung oder Energie während einer längeren Zeitspanne auf einer Temperatur τοη mindestens 1500°C gehalten
wird.
3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur
an der reduzierenden "Umgebung (Atmosphäre) im Bereich
τοη 23ΟΟ - 2600°C gehalten wird.
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4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrothermisohe Leistung oderEnergie
von mindestens 250 kVA in der reduzierenden Umgebung bzw. Atmosphäre zumindest vor der Zufuhr des Metalls zur Reparaturzone
während einer "beträchtlichen Zeitspanne aufrechterhalten
wird,
5* Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet
j daß die genannte elektrothermische Leistung oder
Energie nach der Zufuhr des Metalls zur Reparaturzone in der
reduzierenden Umgebung bzw* Atmosphäre erzeugt wird.
6, Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bildung der reduzierenden Umgebung bzw. Atmosphäre ein körniges Material an der Reparaturzone um die
Elektrode herum vorgesehen wird, wobei das körnige Material bei derArbeitstemperatur des Instandsetzungsvorgangs ein reduzierendes (Jas entwickelt»
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als das
körnige Material Koks verwendet wird,
8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Kokshaufen
mit einer Höhe von etwa 80 cm und einem Durchmesser von etwa 100 cm um die Elektrode herum aufgehäuft und elektrischer
Strom angelegt wird, bis das Metall des Gegenstands um die Zone herum, welche durch das für die Instandsetzung zugeführte
Metall aufgefüllt werden poll, angeschmolzen und erforderlichenfalls
reduziert ist, daß anschließend "die Elektrode in Aufwärtsrichtung
aus dem Kokshaufen herausgezogen wird und das Reparaturmaterial sowie ggf· Legierungskomponenten und Abdeck-
und Slußmittelsubstanzen zur Reparaturzone zugeführt werden
und daß sodann die Elektrode wieder abgelassen und hierauf mindestens 2 St d. lang ein elektrischer Strom angelegt wird.
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Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lichtbogenelektrode einen Durchmesser
von mindestens 30 cm und höchstens 40 era besitzt.
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