I. Wissenschaftliche Auswahl der Gießtemperatur: Ein Schlüsselparameter für die optimale Leistung

Die Gießtemperatur ist der wichtigste Prozessfaktor, der die Qualität von Stahlgussteilen beeinflusst. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen führen zu einer Reihe von Qualitätsproblemen, die entsprechend den Eigenschaften der Stahlsorte und der Gussstruktur präzise eingestellt werden müssen.

Hinsichtlich der praktischen Parametereinstellung wird die Gießtemperatur von Stahlgussteilen üblicherweise im Bereich von 40 bis 80 °C über dem Schmelzpunkt des Materials geregelt. Dabei ist das Prinzip der differenzierten Einstellung zu beachten: Bei hochviskosen Stahlsorten, leichten, dünnwandigen und komplex strukturierten Gussteilen sollte die Gießtemperatur entsprechend erhöht werden, um eine vollständige Füllung zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu kann die Gießtemperatur bei dickwandigen, großformatigen und einfach strukturierten Gussteilen moderat gesenkt werden, um Lunker zu minimieren.

II. Optimale Steuerung der Gießgeschwindigkeit: Eine dynamische Strategie zur Anpassung an die Gießcharakteristika

Die Gießgeschwindigkeit muss umfassend anhand der Strukturmerkmale, der Wandstärke und der Formeigenschaften des Gussteils beurteilt werden. Ihr Hauptziel ist es, ein gleichmäßiges Eingießen des flüssigen Stahls zu gewährleisten und gleichzeitig Formschäden und Gussfehler zu vermeiden.

Hinsichtlich der Gießgeschwindigkeit eignen sich dünnwandige und komplex strukturierte Gussteile für das Schnellgießen. Durch die Verkürzung der Füllzeit wird verhindert, dass der flüssige Stahl während des Füllvorgangs zu stark abkühlt, was zu einem Gussfehler führen kann. Bei Formen mit großer Oberfläche kann das Schnellgießen das Ablösen der Formoberfläche durch die langfristige Bestrahlung und das Ausheizen des hochtemperierten flüssigen Stahls reduzieren und somit Schlackeneinschlüsse im Gussteil vermeiden. Bei dickwandigen und großformatigen Gussteilen kann die Gießgeschwindigkeit entsprechend reduziert werden, um ausreichend Zeit für das Aufsteigen von Gasen und die Trennung von Schlackeneinschlüssen im flüssigen Stahl zu gewährleisten.

Hinsichtlich der Geschwindigkeitsregelung lässt sich die Gießgeschwindigkeit zwar durch die Erfahrung des Bedieners feinjustieren, wird aber hauptsächlich vom Durchmesser des Gießauslaufs beeinflusst. Die Durchflussrate des flüssigen Stahls am Gießauslauf der Gießpfanne ist proportional zum Quadrat des Auslaufdurchmessers und zur Quadratwurzel der Höhe des flüssigen Stahlspiegels in der Gießpfanne und nimmt mit sinkendem Stahlspiegel ab. Um eine stabile Gießgeschwindigkeit zu erreichen, ist es erforderlich, einen Gießauslaufstein mit einem geeigneten Durchmesser entsprechend der Gießpfannenkapazität, dem Volumen des flüssigen Stahls und den Gießanforderungen zu konfigurieren. Bei Mehrkammer-Gießvorgängen oder hohem Durchflussbedarf kann zur Verbesserung der Geschwindigkeitsregelung auch eine Doppelauslaufkonstruktion eingesetzt werden.

III. Betriebspunkte des gesamten Gießprozesses: Standardisierte Kontrolle zum Aufbau einer Qualitätssicherungslinie

Ein standardisierter Gießvorgang gewährleistet die präzise Einhaltung von Prozessparametern wie Temperatur und Geschwindigkeit. Er muss den gesamten Prozess von der Vorbereitung über die Steuerung des Gießvorgangs bis hin zur Nachbehandlung umfassen, wobei jeder einzelne Schritt die Vorgaben strikt einhalten muss.

1. Vorbereitung vor dem Einfüllen: Umfassende Inspektion auf versteckte Gefahren

Die Überprüfung der Umgebung und der Ausrüstung ist die wichtigste Aufgabe. Es muss die Stahlsorte der zu gießenden Gussteile überprüft, die Sandkästen ordnungsgemäß angeordnet und sichergestellt werden, dass die Gießkanäle geradlinig angeordnet sind, um den Kranbetrieb und den Gießvorgang zu erleichtern. Kleine und mittlere Formen sowie Formen für den mittleren bis späten Gießvorgang sollten in der Nähe des Schmelzofens platziert und nach Höhe und Gießbeginn sortiert werden; Formen für den frühen Gießvorgang und große Formen sollten weiter entfernt aufgestellt werden. Gleichzeitig muss sichergestellt werden, dass der Gießkanal frei von Hindernissen ist, der Arbeitsbereich frei von Wasseransammlungen und Feuchtigkeit ist und keine brennbaren oder explosiven Stoffe vorhanden sind, um einen freien Fluchtweg zu gewährleisten.

Bei Grubenformgussteilen darf die Trennfläche nicht höher als die Grubenoberkante liegen. Ist dies unvermeidbar, muss nach dem Aufbringen des Gewichts Sand als Stützmaterial eingefüllt, fest verdichtet und eingeblasen werden, um ein Auslaufen des flüssigen Stahls während des Gießvorgangs zu verhindern. Die umgebende Ebene von Grubenformteilen (einschließlich Zementgrubenformteilen) muss höher als die Trennfläche des zu gießenden Gussteils liegen. Andernfalls muss Sand eingefüllt, fest verdichtet und ausreichend Gewicht aufgebracht werden, um ein Auslaufen des flüssigen Stahls zu verhindern. Bei benachbarten Grubenformteilen dürfen die bereits gegossenen Teile nicht aus der Grube entnommen werden, bevor die nachfolgenden Teile gegossen wurden, um Beschädigungen der Form der nachfolgenden Teile oder ein Auslaufen des flüssigen Stahls während des Gießvorgangs zu vermeiden. Bei Wasseransammlungen am Boden in der Nähe des zu gießenden Gussteils, die zum Eindringen von Wasser in das Gussteil führen könnten, ist das Gießen strengstens verboten, um Sicherheits- und Qualitätsrisiken zu vermeiden.

Die Vorbereitung der Formen und Werkzeuge ist ebenfalls entscheidend. Eine halbe Stunde vor dem Gießen muss der Sand in der Formkavität und im Gießkanal erneut überprüft werden. Dabei ist zu kontrollieren, ob die Größe des Angusskanals den Anforderungen entspricht und die Vorwärmwirkung der gegebenenfalls vorzuheizenden Formkavität gewährleistet ist. Außerdem ist zu prüfen, ob die Formgewichte ausreichend sind und die Kastenklammern fest angezogen sind, um ein Auslaufen des flüssigen Stahls während des Gießvorgangs zu verhindern. Gleichzeitig sollten Werkzeuge und Materialien wie Brechstangen, Probenlöffel, exotherme Mittel und Wärmespeicher für Steiger bereitgestellt werden, um einen reibungslosen Gießvorgang zu gewährleisten.

2. Steuerung des Gießprozesses: Genaue Umsetzung und dynamische Anpassung

In Bezug auf Organisation und Management muss eine speziell dafür zuständige Person mit der einheitlichen Leitung des Gießvorgangs beauftragt werden. Diese Person muss im Vorfeld alle wichtigen Informationen kennen, wie beispielsweise die Art des flüssigen Stahls im Ofen, das Bruttogewicht des Gussteils, die benötigte Menge an flüssigem Stahl, die Gießhöhe des Steigers, die Anzahl der Formen und die Gewichtsverteilung. Bei besonders großen und wichtigen Gussteilen muss vor dem Gießen eine Sondersitzung zur Festlegung des Gießplans einberufen werden. Der Sicherheitsbeauftragte muss die Baustelle während des gesamten Prozesses überwachen und die Anzahl der Personen auf der Baustelle streng kontrollieren.

Zur Gewährleistung der Arbeitssicherheit ist eine geeignete Gießplattform entsprechend der Position der Sandform, dem Zustand des Gießkanals und der Größe der Gießpfanne zu errichten. Bei einer Höhe von über 1,5 Metern sind obere und untere Leitern erforderlich, um einen sicheren Weg zu gewährleisten und dem Bediener im Notfall eine schnelle Evakuierung zu ermöglichen. Der Gießer muss 2–3 Schaufeln, ausreichend Stützsand und Abdeckmittel bereithalten und die vorgeschriebene Arbeitsschutzausrüstung tragen.

Die wichtigsten Betriebspunkte umfassen mehrere Aspekte. Hinsichtlich der Temperaturüberwachung muss die Temperatur des flüssigen Stahls vor dem Gießen gemessen und die Prozessvorgaben strikt eingehalten werden. Üblicherweise ist die Gießtemperatur in der Anfangsphase relativ hoch, was für komplexe und dünnwandige Gussteile geeignet ist, während sie in der späteren Phase relativ niedrig ist, was für einfache und dickwandige Gussteile geeignet ist. Beim Füllvorgang muss der Gießauslauf der Gießpfanne exakt mit dem Gießbecher der Form ausgerichtet sein, um ein Überlaufen des flüssigen Stahls zu verhindern. Der Abstand zwischen Gießbecher und Stahlstrom sollte nicht zu groß sein, um die Kontaktzeit zwischen flüssigem Stahl und Luft zu reduzieren und das Risiko von Sekundäroxidation zu minimieren. Zu Beginn des Gießvorgangs sollte ein dünner Strahl verwendet werden, um das Ausspülen der Form und das Spritzen des flüssigen Stahls zu reduzieren. Anschließend sollte die Durchflussrate schrittweise erhöht werden, um einen kontinuierlichen, geraden und gleichmäßigen Stahlfluss während des gesamten Füllvorgangs zu gewährleisten.

Die Kontrolle der Gießreihenfolge und des Steigrohrs sollte nicht vernachlässigt werden. Im Allgemeinen sollte folgendes Prinzip befolgt werden: zuerst kleine, dann große Gussteile; zuerst dünnwandige, dann dickwandige Gussteile; zuerst komplexe, dann einfache Gussteile. Ist die Gießpfanne noch nicht vollständig vorgeheizt, kann aufgrund der möglicherweise niedrigen Temperatur des flüssigen Stahls am Boden ein etwas größeres Gussteil zuerst gegossen werden. Sobald der flüssige Stahl das Steigrohr erreicht, sollte die Gießgeschwindigkeit reduziert und langsam bis zur vorgegebenen Höhe gegossen werden, um ein Überlaufen, ein Anheben des Gießkastens oder ein Auslaufen des flüssigen Stahls zu verhindern und gleichzeitig die Schwindung beim Erstarren und Abschmelzen des flüssigen Stahls auszugleichen. Bei Gussteilen mit offenen Steigrohren sollte nach dem Aufstieg des flüssigen Stahls die Gießgeschwindigkeit reduziert und das Abdeckmittel sofort zugegeben werden. Bei Gussteilen mit Blindtrichtern oder Gussteilen aus hochmanganhaltigem Stahl sollten nach vollständiger Befüllung 1–3 Probegüsse am Anguss durchgeführt werden. Anschließend sollten 1–2 weitere Wärmedämmstoffe hinzugefügt werden, um ein Auslaufen des Trichters zu verhindern.

Die Handhabung von Sonderfällen muss standardisiert und geordnet erfolgen. Beim Mehrkammer-Gießen muss, wenn jede Gießpfanne mit flüssigem Stahl für drei oder mehr Kammern verwendet wird, die Restmenge des flüssigen Stahls vor dem Gießen der dritten Kammer mittels Stahllot geprüft werden. Werden zwei oder mehr Kammern begossen und übersteigt die vergossene Menge des flüssigen Stahls 80 %, ist die Stahllotprüfung ebenfalls vor dem nächsten Gießvorgang erforderlich. Um einen vollständigen Guss der später gegossenen Teile zu gewährleisten, müssen Sauerstoffbrennwerkzeuge bereitgehalten und der Gießauslass bei Bedarf rechtzeitig geblasen und abgebrannt werden. Beim kombinierten Gießen großer Stahlgussteile mit mehreren Öfen ist die Abstichreihenfolge jedes Ofens, die Kranverteilung, die Position der Gießpfannen und die Gießreihenfolge zu koordinieren. Es ist anzustreben, alle Gießauslässe gleichzeitig zu öffnen. Die Gießtemperatur des für die Steigrohrzufuhr verwendeten flüssigen Stahls sollte 30–50 °C höher sein als die des für das kombinierte Gießen verwendeten flüssigen Stahls.

Zusätzlich muss unmittelbar nach Gießbeginn Luft eingeblasen werden, um Lunker im Gussteil zu minimieren. Eine speziell geschulte Person überwacht den Gießvorgang, um zu verhindern, dass Schlacke in die Form gelangt. Tritt flüssiger Stahl aus der Form aus, ist dies unter Beibehaltung eines dünnen und langsamen Flusses abzudichten. Der Fluss darf nicht unterbrochen werden, um Kaltfäule im Gussteil zu vermeiden. Ist während des Gießvorgangs eine Probenentnahme zur Zusammensetzungsanalyse erforderlich, ist ein Probenlöffel zu verwenden. Die Ofennummer ist deutlich zu kennzeichnen.

3. Nachbehandlung nach dem Gießen: Verbesserung der Rückverfolgbarkeit und Gewährleistung der Produktsicherheit

Nach Abschluss des Gießvorgangs sind Gieß- und Warmhaltezeit deutlich auf dem Sandkasten zu vermerken, um die Anbindung an nachfolgende Prozesse zu erleichtern. Bei Gussteilen mit einem Gewicht von über 500 kg, Legierungsstahlgussteilen, Probegussteilen und Schlüsselgussteilen ist die Ofennummer in das Steigrohr einzubringen. Für jeden Ofen mit flüssigem Stahl ist ein Probeguss durchzuführen, um die Grundlage für die Qualitätsprüfung und Rückverfolgbarkeit zu schaffen.

Der restliche flüssige Stahl wird in die zuvor an einer festen Position vorbereitete Materialmischform oder Trockengrube gegossen. Nach dem Eingießen darf kein Sand auf die Oberfläche gestreut werden, um ein versehentliches Betreten und damit verbundene Sicherheitsunfälle zu vermeiden.

Abschluss

Der Kern des Stahlgussverfahrens liegt in Präzision und Standardisierung. Von der wissenschaftlichen Einstellung von Parametern wie Temperatur und Geschwindigkeit bis hin zum standardisierten Ablauf des gesamten Prozesses ist jedes Detail mit der Gussqualität verknüpft. Nur durch die enge Verbindung von Prozesstheorie und praktischer Erfahrung sowie die strikte Kontrolle der technischen Aspekte jedes einzelnen Verfahrensschritts lassen sich Gussfehler wirksam vermeiden und hochwertige Stahlgussteile herstellen, die den Industriestandards und Anwendungsanforderungen entsprechen.