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Kokillenauskleidung
Es ist vom Giessen der Metalle, insbesondere hitzebeständiger Legierungen, in Kokillen bekannt, die Giessform auszukleiden, um sie vor. dem Angriff des geschmolzenen Metalls während des Giessens zu schützen, das Haften des Blockes an der Giessform zu verhindern, um eine isolierende Wirkung sowie dadurch eine Herabsetzung der Erstarrungsgeschwindigkeit des Blockes in der Giessform zu erzielen und dessen Aufreissen oder Anbacken an der Kokille zu verhindern. Üblicherweise wird die Auskleidung durch einen Überzug in Form einer Suspension feinverteilten Materials in einer Trägerflüssigkeit gebildet.
Werden solche Überzüge insbesondere von feinverteiltem Magnesiumoxyd beim Giessen hochschmelzender Metalle, insbesondere Nickel-Chrornlegierungen verwendet, dann neigen die Überzüge zum Abplatzen oder Zerbröckeln während des Giessens des heissen Metalls, so dass die nackte Metalloberfläche der Giessform dem heissen geschmolzenen Metall ausgesetzt ist. Dadurch. dass Bruchstücke des Überzuges der Giessform zuweilen auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls fallen erhält der erstarrende Block eine rauhe Oberfläche. Es wäre daher an sich günstiger, nicht ausgekleidete Giessformen zu verwenden, um einen dichteren Guss zu erzielen.
Es wurde daher eine Kokillenauskleidung vorgeschlagen, gemäss der zwischen der Innenwand der Giessform und der aus Glasfasern aufgebauten, mit dem flüssigen Metall in Berührung gelangenden Schicht eine solche feuerfesten Pulvers aus z. B. Ton- oder Zirkonerde angeordnet ist. Dabei hat sich aber gezeigt, dass der gegossene Block. infolge der Berührung des flüssigen Metalls mit der Glasfaserschicht, infolge des zumindest teilweisen Schmelzens dieser Schicht, eine rauhe Oberfläche erhält, was bekanntlich keineswegs erwünscht ist.
Es wird daher erfindungsgemäss vorgeschlagen, die aus dem feuerfesten Pulver einer Teilchengrösse von weniger als 250 Mikron, vorzugsweise weniger als 150 Mikron, und ein Porenvolumen von 15 bis 40%.
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Schicht auf einer Unterlage aus faserigem Glasmaterial anzuordnen. Im Gegensatz zu der obengeschilderten, bekannten Auskleidung verleiht eine solche Kokillenauskleidung dem gegossenen Block eine glatte Oberfläche, weil das unter der feuerfesten Schicht gelegene faserige Glasmaterial nicht oder kaum schmilzt und mit dem flüssigen Metall nicht in Berührung gelangt.
Infolge der Porosität der feuerfesten Schicht kann das aus dem flüssigen Metall bei seiner Erstarrung freiwerdende Gas in die Glasfaserschicht entweichen, wodurch nicht nur eine Verbesserung der Qualität des Gusses herbeigeführt, sondern auch die Lebensdauer der Giessform erhöht wird.
Die aus dem faserigen Glasmaterial bestehende Unterlage stellt vorzugsweise ein oder mehrere Lagen eines Gewebes oder einer Matte aus Glasfasern dar. Es ist ferner wünschenswert, dass die Auskleidung nicht nur eine, auf der Unterlage des glasigen Materials haftende glatte Innenschichte aus feuerfestemPulverist, sondern, dass das glasige Material auch mit dem feuerfesten Pulver imprägniert ist. Eine so gestaltete Auskleidung ist starr und gegen Druck widerstandsfähig. Diese Widerstandsfähigkeit ist günstig, weil der durch das Gewicht des geschmolzenen Metalls verursachte Druck auf die Auskleidung in derselben eine Rissbildung mit dem sich daraus ergebenden Eindringen des geschmolzenen Metalls in die Risse verursachen kann.
Ein solches Eindringen in die Wand der Auskleidung verursacht unerwünschte Grate auf dem Block und gestattet dem geschmolzenen Metall mit der Innenfläche der Kokille in Berührung zu kommen.
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Die Auskleidung soll satt aufliegend in den Hohlraum der Giessform eingebracht werden. damit sie während des Giessens des Metalls nicht ihre Form ändert oder reisst, und mit Reibung die Oberfläche des Hohlraumes der Giessform belegt und in Berührung mit dem heissen geschmolzenen Metall nicht oben schwimmt. Im allgemeinen soll das grösste Spiel zwischen der Auskleidung und der Giessform nicht über 0, 4mm betragen. Wenn die Unterlage aus einem geflochtenen Glasgewebe oder aus einer Glasmatte besteht, besitzt die äussere Oberfläche des Überzuges in der Umfangsrichtung unzählige unbedeutende Vor-
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schen den Vorsprüngen schaffen Wege, die das Entweichen der Gase aus dem erstarrenden Metall erleich- tem.
Weil das geschmolzene Metall mit der faserigen Unterlage nicht in Berührung gelangt, schmilzt diese während des Giessens nur geringfügig oder überhaupt nicht.
Ferner haftet die Innenschlichte aus feuerfestem Material nicht am Metall. Wenn die Auskleidung eine Unterlage aus einer Glasfaser besitzt, sind die Reste der Auskleidung nach dem Giessen eines Blockes sehr spröde ; offenbar als ein Ergebnis des längeren hohen Erhitzens.
Vorzugsweise ist das für die Innenschlichte der Giessformauskleidung verwendete feuerfeste Pulver
Zirkonpulver einer Teilchengrösse von 150 Mikron oder weniger. Die glatte Oberfläche sollte nicht gröber als 6, 25 Mikron sein.
Obgleich das Zirkonpulver wegen seiner gleichmässigen Qualität, seiner Wärmebeständigkeit und leichten Verfügbarkeit bevorzugt wird, können auch andere, vorzugsweise inerte, feuerfeste Stoffe, wie
Magnesia, Tonerde, Tone wie Kaolin oder Porzellanerde, Sillimanite, Topas, Ganister, Magnesit, Oli- vin, Chromit und Zirkonerde verwendet werden. Jedenfalls muss das feuerfeste Pulver einen Schmelz- oder Erweichungspunkt besitzen, der mindestens 450 C über der Temperatur des zuvergiessenden Metalls gelegen ist.
An Stelle der Glasfaser kann als Unterlage auch ein anderer faseriger, glasiger anorganischer Stoff, wie Asbest oder Gesteinswolle oder faserige Hochofenschlacke verwendet werden. Faserige, glasige Ma- terialien, die einen Erweichungspunkt von 8450 C und höher besitzen, sind zufriedenstellend.
Zur Herstellung des Überzuges wird das feuerfeste Pulver mit einem Bindemittel, wie Bentonit, Na- triumsilikat oder Phenolharz gemischt und mit genügend Flüssigkeit, wie Wasser oder Alkohol, zu einem
Zementbrei verrührt. Der Brei wird dann auf die Unterlage aufgebilrstet oder aufgesprüht ; vorteilhaft wer- den beide Seiten der Unterlage überzogen, so dass sie imprägniert ist.
Es wird jedoch vorgezogen, die Auskleidung auf einer glattgedrehten Form, die eine Oberflächen- glätte nicht gröber als 6, 25 Mikron besitzt, durch Auflegen abwechselnder Lagen des feuerfesten Gemi- sches und des faserigen Materials aufzubauen. Die Auskleidung wird dann getrocknet und von der Form entfernt. Auf diese Weise erhält die Auskleidung eine glatte, hitzebeständige und geformte Oberfläche, deren faseriges Unterlagsmaterial mit dem feuerfesten Material vollständig imprägniert ist.
Die Menge des feuerfesten Pulvers im Zementbrei ändert sich mit dem Bindemittel. Wird Bentonit als Bindemittel verwendet, werden 2-5% des Bentonitgewichtes mit 5-20% Wasser verwendet ; den Rest bil- det das feuerfeste Pulver. Wird ein Phenolharz als Bindemittel verwendet, soll der Zementhrei
50-90 Gew.-% des feuerfesten Pulvers mit Phenolharzlösung in Alkohol enthalten, der 1-6 Gew.-% Harz enthält. Wird Natriumsilikat als Bindemittel verwendet, soll der Zementbrei 70-90% des feuerfesten Pul- vers, 1 bis ungefähr 51o Natriumsilikat und 5-20 Gew. -0/0 Wasser enthalten.
Die Auskleidung kann in gewünschter Dicke sein, obwohl sie in der Praxis nicht dicker zu sein braucht, als es ihre Handhabung erfordert. So befriedigt eine Auskleidung von 0, 8 bis 1, 5 mm Dicke zum Gebrauch ir : einer zylindrischen Form von 22, 5 cm Durchmesser. Wenn dieser Überzug der Giessform keine entsprechende thermische Isolation verleiht, kann seine Dicke erhöht oder die äussere Oberfläche mit einer zusätzlich isolierenden Hülle, insbesondere aus einer oder mehreren Lagen eines Glasfasergewe- bes oder einer Matte, umkleidet werden.
Beispiel : Eine Auskleidung mit einem äusserenDurchmesser von ungefähr 22, 5 cm wurde auf einer glatten zylindrischen Form durch Aufbringen eines Zementbreies aus feuerfestem Zirkonpulver hergestellt, das eine'T'eilchengröf3e weniger als 150 Mikron besitzt und mit 4% Bentonit und 80/0 Wasser gemischt wurde. Ein faseriges Glasgewebe grober Webart (ungefähr 16 Maschen/cm2) wurde dann auf die Ze- mentbreiauskleidung aufgebracht. Um einen Überzug aus drei Lagen eines mit dem feuerfesten Ze- mentbrei imprägnierten Glasgewebes herzustellen, wurde die Form mit fortlaufender Aufbringung des feuerfesten Zementbreies an beiden Seiten umkleidet. Das Futter wurde dann getrockaet und von der Form entfernt.
Es war ungefähr 1, 5 mm dick und genügend stark, um standfest zu sein, besass einen Poreninhalt von ungefähr 30 Volez und eine glatte, dichte, innere Oberfläche, die glatter war, als 2, 5 Mikron.
Der so hergestellte Überzug hatte eine erhebliche Elastizität und würde unter Druck durchpressen
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zwischen den Händen ausweichen. Nach Aufhören des Druckes würde der zusammengesetzte Überzug in seine ursprüngliche Gestalt und Grösse zurückkehren. Dieser Vorteil ist für das Einbringen des zusammengesetzten Überzuges in die Koktllenhë\1üung bedeutungsvoll, weil dieser satt aufliegen, aber beim Einpassen in die Giessform nicht brechen oder reissen darf.
Die Verwendung des erfindungsgemässen Überzuges gestattet nicht nur die Herstellung von Blöcken ausgezeichneter Oberflächenbeschaffenheit und verbesserter metallurgischer Eigenschaften, sondern bedingt auch eine grössere Lebensdauer der Giessform. So beträgt die durchschnittliche Lebensdauer der unter Verwendung der erfindungsgemässen Auskleidungen benützten Giessform beim Giessen hitzebeständiger und dauerstandsfester Nickel-Chronlegierungen ungefähr 200 Güsse, wogegen beim Giessen der gleichen Legierungen in unausgekleidete Giessformen nur ungefähr 40 Güsse erhalten werden.
Bei Benützung der erfindungsgemässen Auskleidungen zum Giessen von Blöcke, die inKnüppel geschnitten und hierauf für das Drahtpressen vorbereitet werden, ist die Notwendigkeit des Wendens des Blokkes oder Knüppels auf einer Drehbank wesentlich beseitigt und die erforderliche Vorbereitungsarbeit derart vermindert, dass mehr als 80% des anfänglichen Gussblockgewichtes an warmgewalztem Draht gewonnen werden, wogegen nur ungefähr 65% des ursprünglichen Gussblockgewichtes in dieser Herstellungsstufe üblich ist, wenn unausgekleidete Giessformen verwendet werden.
Die erfindungsgemässen Überzüge können in verschiedenen, von der Querschnittsform des herzustellenden Blockes abhängenden Querschnittsformen hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kokillenauskleidung, aus zwei aneinanderhaftenden Schichten, von welchen die eine aus feuerfesten Stoffen, z. B. Zirkonpulver, und die andere aus faserigem Glasmaterial, z. B. einem Glasfasergewebe, besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem flüssigen Metall in Berührung gelangende, feuerfeste Schicht aus Pulver einer Teilchengrösse von weniger als 250 Mikron, vorzugsweise weniger als 150 Mikron, besteht und ein Porenvolumenvon15bis 40%, vorzugsweise 25 bis 35%, besitzt.