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Die Erfindung bezieht sich auf das Giessen von hohlen Metallkörpern wie Rohren u. dgl., unter
Anwendung der Zentrifugalkraft und betrifft insbesondere die Herstellung einer feuerfesten Form für das Giessen solcher Körper sowie ein Verfahren zur Nachbehandlung der fertig gegossenen Gussstücke.
Beim Rotationsgiessen von Metallrohren unter Verwendung feuerfester Formen, wie Sandformen, wird das geschmolzene Metall in eine Form gegossen, welche mit feuerfestem Material ausgekleidet ist, das auf der Innenfläche einen Überzug trägt. Ein allgemein bekanntes Verfahren beruht dabei auf der Verwendung einer sogenannten grünen, feuchten, nicht ausgelohten Sandschicht, ein anderes auf der Verwendung einer ausgelohten, trockenen Sandschicht.
Von diesen Verfahren wurde das mit grünem, feuchtem Sande als das wirtschaftlichere festgestellt, u. zw. wegen des geringeren Zeitaufwandes und des Wegfalles der Kosten für das Auslohen der Form bei Verwendung des trockenen Sandes. Auch ergibt dieses Verfahren auf Grund einer Anzahl von Um- ständen bessere Gussergebnisse.
Gussstücke, welche durch zentrifugal betätigte Grünsandfoimen erhalten wurden, vereinigen die gewünschten Eigenschaften von gewöhnlichem Sandgussmetall, wie hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion (Zerfressen) und andere Einwirkungen, welche ein Zerfallen des Metalls
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formverfahren ein hochwertiges Produkt liefert, ist dasselbe bisher nicht mit handelstechnischem Erfolg angewendet worden, u. zw. infolge der Bedingungen, welche beim zentr ; fugalen Giessen in Grünsandformen zu erfüllen sind und welche bisher als nicht umgehbar angesehen werden und auch nicht erfolgreich erfüllt wurden.
Von hervorragender Wichtigkeit ist z. B. beim zentrifugalen Giessen in feuerfesten Formen die
Schwierigkeit, das Einreissen und Auswaschen des Sandes durch die Wirkung des in die Formen eintretenden und dieselben durchfliessenden geschmolzenen Metalls zu beseitigen. Ferner die besonders bei Grünsandformen auftretende Schwierigkeit, einen reinen Guss, ohne Narben und Blasen zu erzeugen.
Weitere Unannehmlichkeiten, welche mit der Verwendung von Überzugsschichten verbunden sind, die nicht genügend mit der Sandschicht vereinigt sind, bestehen darin, dass diese Überzugsschichten vom durchfliessenden Metall mitunter teilweise aufgenommen und fortgeführt werden, wodurch nicht nur Gussfehler an der Oberfläche des Gussstückes, sondern auch eine unzulässige Menge von Abfall entsteht.
Ein weiterer mechanischer Nachteil ist die Unbeständigkeit der Sandschicht, wenn die Form mit grosser Geschwindigkeit gedreht wird. Diese und andere Schwierigkeiten und Nachteile zu vermeiden und die durch zentrifugal betätigte Sandformen erhaltenen Gussprodukte erfolgreich in wirtschaftlicher Weise herzustellen, ist der Hauptzwel1k der vorliegenden Erfindung.
Dabei handelt e3 sich in erster Linie um ein Verfahren zur Herstellung der feuerfesten Form, bei der das geschmolzene Metall ohne die Störungen einfliesst, wie sie bei den bisherigen Verfahren auftreten, mithin einer feuerfesten Form, welche eine Sandzusammensetzung besitzt, bei der die in früheren Fällen gefundenen mechanischen Übelstände vermieden sind und die einen sauberen und fehlerfreien Guss zu erhalten ermöglicht. Ferner um ein Verfahren, um die Form mit einer Schicht zu versehen, welche einen haut-oder schalenartigen Überzug aufweist, durch welchen die Sandoberfläche befähigt wird, der einreissenden Wirkung des flüssigen Metalls zu widerstehen, u. zw. dadurch, dass derselbe die Formwände glatt und für das fliessende Eisen undurchdringlich macht.
Dieser sehalenartige Überzug kann der ab-
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spülenden Wirkung des flüssigen Eisens widerstehen und besitzt die Eigenschaft, mit der Gusshaut zu verschmelzen, so dass das Gussstück einen schützenden Überzug erhält.
In der Zeichnung ist eine geeignete Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens veranschaulicht. Fig. 1 stellt eine Form gemäss der Erfindung im Längsschnitt dar und zeigt die feuerfeste Schicht und den auf der Innenfläche derselben vorgesehenen Überzug. Fig. 2 ist eine gleichartige Darstellung und zeigt die Beschaffenheit des Überzuges und der Schicht, nachdem der Former einen ersten oder mehrere Güsse ausgeführt hat.
Zur Herstellung der die gewünschten Eigenschaften aufweisenden Form wird zunächst ein Sandgemisch hergestellt, welches die im folgenden beschriebene Zusammensetzung besitzt und einen Feuchtigkeitsgehalt von 7-11% des Gemisches des trockenen Sandes aufweist. Die Form oder der Formkasten wird mit dem Sand ausgekleidet und dieser mittels einer Stossramme festgerammt.
Für die Sandschicht wird vorteilhaft ein Gemisch von Kieselsand, Formsand und scharfem Kiessand verwendet, welches 7-11% Feuchtigkeit enthält, die, wie vorstehend erwähnt, aus dem Gewicht des trockenen Sandes berechnet sind. Es wurde herausgefunden, dass nachstehendes Gemisch ein vorteilhaftes Resultat ergibt :
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Die rationelle Untersuchung dieses Sandgemisches hat folgende Bestandteile ergeben : Quarz 80-85%,
Ton 5-10%,
Feldspat 5-10%,
Ungebundenes Wasser 7-11%.
Dieses Gemisch zeigte die gewünschte Bindekraft, um die durchwaschende Wirkung auszuhalten und jedem Bestreben zu widerstehen, infolge der raschen Rotation der Form durchzubrechen. Gleich. zeitig ist bei demselben der Wassergehalt nicht so gross, dass eine Dampf-und Gasbildung stattfindet, die wie bisher schädlich wirken würde.
Damit Eisen in Grünsandformen richtig behandelt werden kann, ist es, wie festgestellt wurde, von grosser Wichtigkeit, dass die Form in gleichmässiger Dichte eingestampft wird. Dies wird am besten durch Anwendung eines Stossrammverfahrens erreicht, das mittels Luft oder Elektrizität ausgeführt werden kann. Zu diesem Zwecke wird die Form in senkrechter Lage auf eine Stossrammvorrichtung aufgesetzt, die Lehre eingefügt und der Sand in die Form gefüllt. Der Stampfvorgang kann entweder vor sich gehen, nachdem die Form mit Sand gefüllt ist oder während des Einfüllens des Sandes und wird fortgesetzt, bis der Sand auf die gewünschte Dichte zusammengedrückt ist.
Wenn auch die Dichte vom einen Ende der Form zum andern nicht gleichmässig ist, da sie sich von einem besonders hohen Grade am unteren Ende der Form zu einer geringeren Dichte im oberen Ende derselben verändern kann, so verändert sich dieselbe doch vom Boden zum oberen Teil der Form gleichmässig und es wurde gefunden, dass nicht abwechselnd harte und weiche Stellen oder Abschnitte entstehen, wie dies bei andern Methoden z. B. beim Einstampfen von Hand der Fall ist. Diese abwechselnd harten und weichen Stellen verursachen aber ein Aufblähen und Rissigwerden der Formfläche und daher eine mangelhafte Gusshaut, wenn das Metall in die Form gegossen wird.
Fig. 1 der anliegenden Zeichnung zeigt schematisch eine Form mit der Sandschicht nach dem Einstampfvorgange. Sie besteht aus einem (röhrenförmigen) Formkasten-M, welcher mit verteilt angeordneten Lochungen 11 versehen ist. Diese Lochungen bilden Auslassöffnungen für die Gase und Dämpfe, die beim Giessen erzeugt werden. Dieser Formkasten ist mit dem glockenförmigen Endteil versehen, wenn Rohre hergestellt werden sollen, die ein erweitertes Ende besitzen. An der inneren Wandung dieser Form liegt die Sandschicht 13 an, welche eine gleichmässige oder vielmehr sich gleichmässig ändernde Dichte besitzt, die durch das Stossrammverfahren erzeugt ist.
Die Erstellung eines Überzuges für die feuerfeste Schicht, welcher der Wirkung des Aufreissens beim Einfüllen des Metalls wirksam Widerstand leistet und welcher so mit der Schicht vereinigt ist, dass das Brechen und Einreissen desselben durch das geschmolzene Metall verhindert wird, ist von höchster Wichtigkeit, in : be : ondere bei zentrifugal betätigten feuerfesten Formen und bildet, wie bereits kurz erwähnt, e-nen weiteren in erster Linie in Betracht kommenden Zweck der Erfindung-.
Es wurden bisher schon zahlreiche Arten solcher Überzüge für gewöhnliche Sandformen vorgeschlagen und angewendet, um ente saubere Trennung der Gussstücke vom Sand zu erreichen und Gussteile von der gewünschten Färbung zu erhalten. Diese Überzüge bestanden aus pulverigen, flüssigen oder plastischen Stoffen, wie Graphit, Kohle, Ton usw., welche-auf die Innenfläche der Sandschicht aufgetragen wurden.
Nach vorliegender Erfindung wird ein Überzugsmaterial angewendet, das auf die Oberfläche der feuchten. Sandschicht in pulverigem Zustande aufgetragen wird, wobei dieses Material die Eigenschaft besitzt, von der Sandschicht Feuchtigkeit zu absorbieren, rasch eine Schicht zu erzeugen, welche einen
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zähen haut-oder schalenartigen und in höchstem Masse feuerfesten Überzug bildet, geringes Wärme- aufnahmevermögen besitzt und eine für das geschmolzene Metall undurchdringliche Formwandung bildet. Es wurde festgestellt, dass ein derartiger Überzug durch den Gebrauch von natürlichem Zement hergestellt werden kann, der ein pulveriges Produkt ist, das durch Rösten eines tonhaltigen Kalksteines bei einer Temperatur, die gerade genügt das Kohlendioxyd auszutreiben, gewonnen wird.
Der pulverförmige natürliche Zement kann auf die Fläche der Grünsandform mittels geeigneter Vorrichtungen aufgetragen werden. In Fig. 1 der Zeichnung ist dieses Auftragen des Zementes veranschaulich. Derselbe bildet unmittelbar nach dem Auftragen einen Überzug 14.
Sobald der Zement aufgetragen ist, beginnt derselbe aus der Sandschicht Feuchtigkeit zu absorbieren und erzeugt durch chemische Reaktion rasch eine Schicht, welche anstatt eines weichen, pulverigen Überzuges einen haut-oder schalenartigen Überzug bildet, welcher grosse Widerstandsfähigkeit gegen die einreissende Wirkung des flüssigen Eisens besitzt. In Fig. 2 der Zeichnung ist 14'der erzeugte schalenartige Überzug.
Ausserordentlich vorteilhafte Eigenschaften des Zementüberzuges gemäss der Erfindung sind die rasche Haut-und Schalenbildung, welche ohne Anwendung von Hitze vor sich geht und die Tatsache, dass der natürliche Zement gegenüber andern Überzugsmaterialien und sogar gegenüber andern Zementarten, welche sich bei der Schalenbildung zusammenziehen und von der Sandfläche losspringen, sich bei der Überzugsbildung ausdehnt, mit dem Ergebnis, dass die Überzugsschicht das Bestreben hat, sich zu verdichten und in die eigentliche Sandform und zwischen die an der Oberfläche befindlichen Sandkörner einzudringen, so dass dieselbe praktisch ein Bestandteil der Sandschicht wird. Die Wirkung hievon ist, dass die Sandschicht hohe Widerstandsfähigkeit gegen die einreissende Wirkung des in die Form einfliessenden Metalls erhält.
Ein anderes vorteilhaftes Merkmal des Zementüberzuges ist dessen neutraler Charakter, so dass zwischen dem Eisenoxyd an der Oberfläche und den Stoffen, aus welchen sich der Überzug zusammensetzt, keine chemische Reaktion eintritt. Dadurch wird die äusserst wünschens-
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Während in den meisten Fällen der Naturzement in seinem natürlichen Zustande zur Anwendung gelangt, ist es in manchen Fällen wünschenswert, denselben mit einem geringen Prozentsatz, z. B. 5-10% eines fettigen Stoffes, wie Graphit oder Talk zu vermischen, welcher als ein Schmiermittel bei der Verteilung des Zementes auf der Formfläche wirkt.
In manchen Fällen, u. zw. wenn eine verhältnismässig dicke Überzugsschicht gewünscht wird, kann die freie Fläche der Zementschicht mittels eines Sprüh-oder Zerstäubungsapparates mit Feuchtigkeit imprägniert werden, so dass d : e Oberfläche der Zementschicht rasch durch und durch abbindet. Dieses Auftragen von Flüssigkeit auf die innere Fläche der Zementschicht in der üblichen Weise ist in Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht, wobei 15 einen Sprüher oder Zerstäuber darstellt, der in der Längsrichtung der Form bewegt werden kann, um Dampf oder eine sonstige Zerstäubungsflüssigkeit auf die Schichtfläche aufzutragen.
Der auf der Sandschicht erzeugte Überzug besitzt infolge seines zähen haut-oder schalenartigen Charakters auch die Eigenschaft, dass er durch die Hitze des geschmolzenen Metalls schmilzt, wenn dieses sich in der Form verteilt hat. Dieses Zusammenschmelzen des Zementes mit dem Metall bewirkt, dass ein grosser Teil des ersteren auf dem vollendeten Gussstück bleibt und so eine schützende Hülle ergibt.
Es ist wohl bekannt, dass Zement bei allen Eisenprodukten das Zerfressen hemmt, und es wurde durch Versuch festgestellt, dass der Zementüberzug der Aussenfläche des Gussstückes wesentlich zu dessen Widerstandfähigkeit gegen Zerfressen beiträgt. Es muss auch bemerkt werden, dass infolge der nichtleitenden Eigenschaft des Zementüberzuges der Sandschicht verhindert wird, dass der Sand beim Giessvorgange eine genügend hohe Temperatur annimmt, um mit dem Zement zu verschmelzen, so dass die mit Zement überzogene Röhre od. dgl. sich leicht vom Sande trennt. Obgleich vorteilhaft das erwähnte feuchte Sandgemisch mit dem Naturzementüberzug angewendet wird, können auch mit andern Sandgemischen zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden.
Es wurde festgestellt, dass ein Teil des äusseren zementhaltgen Überzuges des Gussstückes, insbesondere jener Teil desselben, der als äusserster, d. h. von der Gussschale des Gussstückes am weitesten
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wird dann das Gussstück einer Härtebehandlung unterworfen, welche darin besteht, dass dasselbe für längere Zeit ; z. B. 2 Stunden, in ein Wasserbad gebracht wird. Durch die Behandlung wird der Überzug beständiger und gehärtet, so dass er praktisch einen Bestandteil des Gussstückes bildet.
Diese Fixierungsbehandlung des überzogenen Gussstückes wird vorteilhaft gleichzeitig mit der Fixierung eines inneren Überzuges ausgeführt, welcher auch auf das Gussprodukt aufgetragen wird.
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Zement besteht, die eine dünne Lage bildet. Diese Zementschicht hat die Eigenschaft, dass sie sich auf der inneren Fläche der Röhre od. dgl. ausdehnt und dadurch fest an derselben haften bleibt. Diese Schicht wird gleichfalls der-fixierenden Behandlung, unterworfen, so dass dieselbe gehärtet und wider-
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standsfähiger wird. Bei der Ausführung des zuletztgenanntell Teiles des Verfahrens wird der innere Überzugs in der Röhre od- dgl. aufgetragen, nachdem dieselbe aus der Form herausgenommen ist.
Die mit den beiden Überzugsschichten versehene Röhre wird dann so lange in ein Wasserbad gebracht, bis die Fixierung der beiden Überzugsschichten vonstatten gegangen ist und ein Gussprodukt erhalten wird, bei dem die äussere und innere Überzugsschicht fest und beständig mit der Aussen-bzw. Innenfläche der Röhre vereinigt ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer feuerfesten Giessform, dadurch gekennzeichnet, dass die den Formkasten ausldeidende, feuerfeste Sandschicht od. dgl. mit einem Material überzogen wird, das rasch abbindet, während des Abbindens quillt und hiebei Feuchtigkeit aus der Auskleidung absorbiert.