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Verfahren zur Verbesserung der Güte von Gussblöcken im Kokillenguss und Kokille zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft den Kokillenguss von Eisenmetallen und hat zum Ziel, die Qualität der Guss- blöcke zu verbessern.
Es ist bekannt, die Verfestigung des Gussblockkopfes zu verzögern, um den zentralen Lunker, insbe- sondere beim Vergiessen von mehr oder weniger beruhigten Stählen aufzufüllen. Hiezu wendet man exotherme und/oder Turbulenz erzeugende Reaktionen an, die sich in einer mehr oder weniger mit der
Schmelze in Berührung kommenden wärmeisolierenden und/oder exothermischen Auskleidung bzw. Ab- deckung vollziehen.
Die zahlreichen, bisher vorgeschlagenen Verfahren und Vorrichtungen haben Nachteile, die besonders daher rühren, dass die Überzüge bzw. Abdeckungen mehr oder weniger direkt mit dem Schmelzbad in Berührung stehen, was Absonderungen oder Einschlüsse im Innern des Metalles verursacht, u. zw. gerade infolge der sich in den Berührungszonen vollziehenden Reaktionen oder durch Einschluss von losgelösten
Teilchen der Beschichtung.
Weiterhin ist es bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen schwierig, wenn nicht unmöglich, den exothermen Effekt zu dosieren und im richtigen Augenblick von statten gehen zu lassen.
Durch die Erfindung können alle diese Schwierigkeiten auf sehr einfache Weise vermieden werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung der Qualität der in Kokillen gegossenen Gussblöcke. Diese ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Giessen an bzw. in zumindest einem Teil der Aussenwandung des Kokillenoberteiles eine Schicht eines wärmeerzeugenden Materials angebracht wird, das befähigt. ist, eine exotherme Reaktion durch Wärmezufuhr auszulösen und dass diese Schicht von aussen mit einem wärmeisolierenden Schutzschirm od. dgl. abgedeckt wird, worauf das Gie- ssen ausgeführt wird.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Kokille zur Durchführung dieses Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest Teile der oberen Seitenwandung dünnwandig sind und die Kokille Aussparungen bzw. Einrichtungen aufweist, die an diesen Teilen die Anbringung des mit einer wärmeisolierenden äusseren Schutzschicht bedeckten wärmeerzeugenden Stoffes gestatten.
Ausserdem ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens, die aus der oben genannten Kokille und äusseren wärmeerzeugenden und wärmeabweisenden Einrichtungen besteht.
Die weiteren Einzelmerkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind, beschrieben. Fig. 1 zeigt im vertikalen Längsschnitt Teile einer erfindungsgemässen Kokille mit wärmeerzeugenden und wärmeisolierenden Einrichtungen ; Fig. 2 zeigt die Kokille teils in Draufsicht, teils im Schnitt gemäss der Linie 2-2 der Fig. 1 ; Fig. 3 zeigt einen Teil einer abge- änderten Ausführungsform. Der Schnitt läuft durch einen der Handhabungsansätze ; Fig. 4 ist der vertikale Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform gemäss der Linie 4-4 der Fig. 5 ; Fig. 5 ist eine der Fig. 4 entsprechende Draufsicht ; Fig. 6 ist ein Vertikalschnitt eines Teiles einer dritten Ausführungsform ;
Fig. 7 ist ein Horizontalschnitt gemäss der Linie 7-7 der Fig. 6.
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oder unten konvergieren. Die Kokille ist sowohl für den fallenden als auch für den steigenden Guss geeignet.
Sie kann, abgesehen vom Oberteil, jedem in der Stahlgiesserei üblichen Typ gleichen ; z. B. kann sie an ihrem unteren Ende geschlossen sein oder bei offener Ausführung auf einer Grundplatte 3 ruhen.
Der Kokillenoberteil hat an seiner Aussenfläche 4 über die Höhe h Ausnehmungen oder Nischen 5, in deren Bereich die Dicke der Wandung 2 stark verringert ist. Die Wandstärke e ist auf ein Drittel der nor- malen Wandstärke oder noch mehr verringert.
Die Kokille L1 kann unter Berücksichtigung des beabsichtigten- Wärmeaustausches aus Guss, z. B.
Hämatit,. aus Stahl oder jeder andern hiefür geeigneten Legierung bestehen. Gegebenenfalls kann sie im
Unterteil bis in Nähe der Nischen 5 aus Hämatitguss mit gutem Wärmeleitkoeffizienten und von da ab bis zum oberen Rand aus Stahl bestehen.
Die Nischen 5 haben vorzugsweise an allen Ecken und Kanten Ausrundungen, um das Giessen der
Kokillen zu erleichtern und die Bruchgefahr zu verringern.
Oberhalb von zwei gegenüberliegenden Nischen 5 hat die Kokille Vorsprünge 6 oder irgendwelche andere, zur Handhabung dienende Einrichtungen, wie Henkel, Zapfen od. dgl.
In jeder Nische 5 ist eine Schicht A eines in exothermer Reaktion wärmeerzeugenden Produktes angeordnet, die mit der Wandfläche der Nische 5 bzw. dem dünnen Wandungsteil der Kokille in Berührung steht.
Ferner ist in jeder Nische 5 vor der Schicht A ein wärmeisolierender Schutzschirm B angeordnet, der durch den eingetriebenen Keil 7 festgehalten wird.
Die wärmeerzeugende Schicht A kann entweder aus einem wärmeerzeugenden Agglomerat oder aus pulvrigem, granuliertem oder pastenförmigem Material bestehen, das in einem dünnwandigen Beutel eingebracht wird. Der Beutel, dessen Wandstärke etwa 1/10 mm beträgt, kann z. B. aus Papier, Kunststoff od. ähnl. Material bestehen, das bei den Arbeitstemperaturen verbrennbar ist.
Als wärmeerzeugendes Material wird ein solches verwendet, bei dem die exotherme Reaktion durch anfänglich zugeführte Wärme ausgelöst wird. Man kann hiezu eine der zahlreichen bekannten Mischungen nehmen, die beim Kokillenguss von Eisenmetallen als exothermische Deckpulver verwendet werden. Da jedoch die wärmeerzeugende Schicht A nicht in Berührung mit der Schmelze kommt, kann man auch andere Materialien verwenden, die in Berührung mit der Schmelze unzweckmässig oder schädlich wären. Man kann z.
B. verwenden : kohlenstoffhaltiges Material, wie Holzkohle, Mineralkohle, Koks, ohne dass die Gefahr der Aufkohlung der Schmelze besteht ; Material, das bei niedriger Temperatur Sauerstoff freisetzt, wie Natrium-oder Kaliumnitrat ; auch eventuell entwickelter Sauerstoff kann nicht schaden, da eine Einwirkung auf die Schmelze ausgeschlossen ist ; auch bei Sägemehl oder Holzspänen besteht keine Gefahr der Aufkohlung. Das Freiwerden anderer Bestandteile, wie Sauerstoff oder Wasserstoff oder bei weiteren Stoffen Konstitutions- oder Kristallwasser oder sonstige Feuchtigkeit kann nicht schädlich werden.
Es steht also eine sehr grosse Anzahl verschiedenster, beliebig verwendbarer Materialien zur Verfügung und man kann Mischungen bereiten aus Pulver, Granulaten, Aggregaten oder auch Flüssigkeiten, deren Verbrennung bzw. Oxydation bei niedriger Temperatur in der Grössenordnung von beispielsweise 3000C ausgelöst wird und bei denen die Dauer des exothermen Effektes über den notwendigen Zeitraum erstreckt werden kann.
Pulvrige, granulierte oder fasrige, in Beutel einzufüllende Mischungen können nach folgenden Gewichtsanteilen zusammengestellt werden :
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<tb>
<tb> Sägemehl <SEP> oder <SEP> Holzspäne <SEP> 0 <SEP> -. <SEP> 100/0 <SEP>
<tb> pulverisierte <SEP> Holzkohle <SEP> 50-30%
<tb> granulierter <SEP> Koks <SEP> 40%
<tb> Aluminium <SEP> als <SEP> Granulat <SEP> oder <SEP> 5-10%
<tb> als <SEP> pulverisierte <SEP> Ferrolegierung
<tb> Mangandioxyd <SEP> oder <SEP> ein <SEP> gleiches <SEP> 5-10% <SEP>
<tb> Oxydationsmittel, <SEP> Kalium-oder
<tb> Natriumnitrat <SEP> usw.
<tb>
Verwendet man Agglomerate, so können diese aus Mischungen gemäss dieser Tabelle hergestellt werden, indem z.
B. mittels mehr oder weniger kolloidale Stoffe enthaltendem Ton, Natriumsilikaten,
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Zementen, Teer, Asphalt, Pech usw. agglomeriert wird. Die Anteilverhältnisse sind ohne Schwierigkeiten so zu bemessen, dass man eine genügende Widerstandsfähigkeit für die Handhabung, für die Lagerung und für die Anwendung in den Kokillen erhält.
Die wärmeisolierenden Schutzschirme B können aus einem schlecht wärmeleitenden, feuerfesten Material bestehen, das gegen die exothermen Reaktionen der mit ihm in Berührung stehenden Schichten A widerstandsfähig ist. Die Wärmeentwicklung, die je nach der Art der zu vergiessenden Schmelze bemessen wird, kann zu Temperaturen in der Grössenordnung von 1200 bis 17000C fahren. Geeignet sind z. B. feuerfeste poröse Steine, wie sie in der Stahlgiesserei verwendet werden, oder Agglomerate aus Zelluloseabfällen, Sägemehl, Holzspänen, Kork und gleichartigen Stoffen, die mit einem feuerfest machenden Mittel, wie Natriumsilikat, imprägniert sind.
Die Ausführung des Verfahrens geschieht folgendermassen : Vor dem Giessen versieht man die verschiedenen Hohlräume bzw. Nischen 5 der Kokille L, mit den wärmeerzeugenden Schichten A und den wärmeisolierenden Schutzschirmen B, die mittels der Keile 7 festgelegt werden. Sofort danach oder zu einem beliebigensp teren Zeitpunkt kann das Giessen im fallenden oder steigenden Guss erfolgen.
Das Giessen wird im Niveau N-N (Fig. 1) beendet. Mit Vorteil bedeckt mp. n die Schmelzbadoberflä- che mit einer der bekannten wärmeisolierenden und/oder wärmeerzeugenden Mischungen, deren Wirkung bezüglich der Lunkerauffüllung durch den erfindungsgemässen Wärmeübergang vervollständigt wird.
Von Beginn des Giessens ab wird der Kokillenwandung la Wärme zugefuhrt, gleichgültig, ob fallend oder steigend gegossen wird.
Beim fallenden Guss strahlt der Giessstrahl Wärme zur Kokillenwandung aus, sobald er sich dem oberen Kokillenrand nähert. Einige Sekunden später, sobald der Giessstrahl auf den Kokillenboden 3 aufgetroffen ist, wird Wärme ausser durch Strahlung auch durch Leitung über die Grundplatte 3 und den unterhalb der Schichten A und B gelegenen Teil der Kokillenwandung übertragen.
Beim steigenden Guss erfolgt eine gleiche Wärmeübertragung durch Strahlung und Leitung vom vergossenen Metall in Richtung auf die wärmeerzeugende Schicht A. Die Wärmestrahlung ist allerdings von kürzerer Dauer, da sie nachlässt, sobald der aufsteigende Pilz des Giessstrahles vom Schmelzbad überdeckt wird.
Sobald die Schmelze das Niveau des unteren Randes der wärmeerzeugenden Schicht A erreicht, wird in allen Fällen die von der Kokillenwandung aufgenommene Wärme infolge der Verringerung der Wandstärke intensiviert, wodurch die exotherme Reaktion in der Schicht A, ausgehend von deren unterem Teil, ausgelöst wird.
Sobald der von der Schicht A ausgehende Wärmefluss durch die dünner gemachte Wand grösser ist als der vom Schmelzbad M ausgehende Wärmefluss, setzt die Wiedererwärmung des Gussblockkopfes ein, an dem sich schon eine vom Fuss des Gussblockes und über seine Peripherie gehende, beginnende Verfestigung bemerkbar macht. Die Wiedererwärmung erfolgt automatisch und im günstigen Zeitpunkt und so lange, bis die Lunker vollständig aufgefüllt sind.
Man erhält schliesslich einen Gussblock, dessen obere Erstarrungsfläche durch die Linie mnopq dargestellt ist.
Die wärmeerzeugenden Schichten A müssen eine ausreichende Höhe h haben, damit sie sowohl das Endniveau des Giessens N-N nach oben und das Endniveau der vollständigen Auffüllung N-N nach unten überschreiten.
Die Hohlräume oder Nischen 5 haben den Vorteil, dass die Handhabungsansätze 6 (Fig. 2) oberhalb der Hohlräume und am oberen Ende der Kokille L, angeordnet sein können, wodurch die Entfernung des Gussblockes mittels der gebräuchlichen Abstreifvorrichtungen erleichtert ist.
Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt einer abgeänderten Ausführungsform, bei der jede unter dem Handhabungsansatz 6 gelegene Nische 5a der Kokille L2 einen nach oben gehenden Rücksprung aufweist, in den die Bestandteile A und Bhineinragen. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Nischen 5a sich näher zum Kokillenrand hin erstrecken, wodurch der unwirksame, d. h. durch die wärmeerzeugende Schicht A nicht beeinflusste. Kokillemeil verringert wird.
Bei dieser Ausführungsform, ebenso wie beim ersten Beispiel, kann man Blöcke verschiedener Höhe giessen, indem man die Dicke der Keile bzw. die Abmessungen der Füllkörper entsprechend ändert.
In der Ausführungsform der Fig. 4 und 5 ist eine zusammengesetzte Kokille dargestellt. Sie besteht aus der Grundplatte 3 und einem die eigentliche Kokille darstellenden inneren Einsatzrohr 8, dessen ver - hältnismässig dünne Wandung keinerlei Einschnitte oder Hohlräume aufweist. Das Einsatzrohr 8 ist unter Zwischenlegung eines Dichtungsringes 9 auf die Grundplatte 3 aufgesetzt. Ausserdem ist ein ebenfalls auf
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die Grundplatte 3 aufgesetzter Aussenmantel 10 vorgesehen.
Das Einsatzrohr 8 kann vorzugsweise aus Stahl bestehen. An seinem Oberteil ist es mit gegenüberlie- gendenLöchernll versehen, durch die zum Einsetzen in den Kokillenmantel 10 bzw. zum Herausnehmen der Stab 12 durchgeschoben wird.
Der auf die Grundplatte 3 aufgesetzte Aussenmantel 10 hat eine höhere Wandstärke. Seine Innenfläche folgt der Aussenfläche des Einsatzrohres 8 mit einem Zwischenraum bzw. Abstand a, der wegen der auf- tretenden Wärmedehnungen erforderlich ist. In seinem Oberteil hat der Aussenmantel 10 eine Ausfalzung
5b, die entsprechend der Aussenwandung des Einsatzrohres 8 gestaltet ist.
Auf den oberen Rand 24 des Aussenmantels 10 ist ein Deckel 13 aufgesetzt. Der wärmeisolierende
Schutzschirm B steht mit der gesamten Fläche des Falzes 5b in Berührung. Die wärmeisolierende Schicht
A sitzt auf einem flanschartigen Verbindungs-bzw. Dichtungsring 14, der das Einsatzrohr 8 gegen den
Aussenmantel 10 abstützt und dessen Höhe entsprechend der Höhe des zu giessenden Blockes bemessen ist.
Die Bestandteile A und B können aus irgendeinem der oben beschriebenen Materialien bzw. Zusammen- setzungen bestehen. Beispielsweise kann die wärmeerzeugende Schicht A aus einer pulvrigen, granulierten oder pastösen Masse 15 bestehen, die in einem Beutel 16 aus Kunststoff oder anderem verbrennbarem
Material untergebracht ist.
Die Wandungen des Einsatzrohres 8 und des Aussenmantels 10 haben zueinander parallel laufende
Flächen. Sie können jedoch nach oben oder nach unten konvergieren, ohne dass sich dadurch im Verhalten der Vorrichtung etwas ändert. Lediglich die Anwendungsweise bzw. Bedienungsart kann sich ändern.
Bei einer nach oben konvergierenden Kokille legt man den Dichtungsring 9 auf die Grundplatte 3 und setzt dann das Einsatzrohr 8 auf. Falls bei einem unmittelbar auf die Grundplatte 3 aufgesetzten Einsatz- rohr 8 ausreichend Dichtigkeit besteht, kann man den Dichtungsring 9 weglassen. Nachdem der Aussen- mantel 10 über den ganzen Umfang seines Falzes 5"mit der wärmeisolierenden Einlage B versehen ist, wird er das Einsatzrohr umhüllend auf die Grundplatte 3 herabgelassen. Die wärmeisolierende Einlage B kann mehrere Güsse überdauern. Dann wird derDichtungs-bzw. Abstandring Meingelegt. In den zwischen
Bund dem Einsatzrohr 8 verbleibenden Hohlraum wird der bzw. die Beutel 16 mit der wärmeerzeugenden
Füllung 15 eingelegt. Schliesslich wird der Abschlussdeckel 13 aufgelegt.
Anschliessend kann im fallenden
Guss mit durch Jl angedeutetem Giessstrahl oder im steigenden Guss mit durch J2 angedeutetem Giessstrahl gegossen werden. Der Giesskanal 17 für steigenden Guss ist durch unterbrochene Striche angedeutet.
Bei einer nach unten konvergierenden Kokille wird zuerst der Aussenmantel 10 auf die Grundplatte 3 aufgesetzt. Es folgen dann der Dichtungsring 14, das Einsatzrohr 8, der Schutzschirm B (falls dieser nicht schon vorher vorhanden war) und schliesslich die Beutel mit der wärmeerzeugenden Füllung.
Infolge der regelmässigen Gestaltung kann das die eigentliche Kokille bildende Einsatzrohr 8 aus Stahl und der Aussenmantel 10 aus Guss gefertigt sein.
Der Spielraum a gestattet es, dem aus Stahl bestehenden Einsatzrohr 8, sich innerhalb desaus Gussbe- stehendenAussenmantels 10, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient geringer ist, auszudehnen. Ferner ver- ringert der Spielraum a die durch Konvektion entstehenden Wärmeverluste. Ausserdem wird die Entformung des beispielsweise bis zum Niveau N-N gegossenen und nach der Erstarrung durch die erfindungsgemässen
Massnahmen gemäss der Linie mnpq lunkerfrei aufgefüllten Gussblockes durch den Spielraum a erleichtert.
Durch die gute Leitfähigkeit des Stahlrohres vollzieht sich bei der Ausführungsform der Fig. 4 und 5 der Wärmestrom bzw. die Wärmeübertragung durch Strahlung uni Leitfähigkeit mit grosser Intensität vom
Schmelzbad in Richtung auf die wärmeerzeugenden Schichten Aund anschliessend während der einsetzen- den Verfestigung von den Schichten A in Richtung auf den oberen Teil des Gussblockes.
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kann aus Guss oder vorzugsweise aus Stahl bestehen. Zur Handhabung dient eine durch die Löcher 11 geschobene Stange 12. Der Aussenmantel 10a ist von geringerer Höhe und umfasst nur den oberen Teil der Kokille. Der Aussenmantel 10a ist getragen von einem rinnenförmigen Ring 18, an dem er mittels der Schnellverschlussbolzen 19 festgehalten wird. Der Verschluss bzw. die Schraubenmutter 20 ist mit einem Handgriff 21 versehen.
Der Ring 18 ist getragen von den auf die Grundplatte 3 aufgesetzten Stützen 22.
Nachdem derRing 18 auf die Stützen 22 aufgelegt ist, wird der Aussenmantel10a mit dem Bolzen 19 in die hiefür am Rand des Ringes 18 vorgesehenen Schlitze 23 eingesetzt. Dann werden die Schraubenmuttern 20 festgezogen. Die Bestandteile A und B lassen sich sehr leicht einlegen. Wie bei der vorherigen Ausführungsform kann ein Abschlussdeckel 13 aufgelegt werden.
Ebenso wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 kann man den Gussblock entformen, indem man die zusammengesetzte Kokilicueinheit an den Handhabungsansätzen 6 des Aussenmantels 10a hoch-
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hebt. Hiebei bleibt der rohrförmige Kokillen-Teil 8a mit dem Aussenmantel10a vereinigt, da die durch die Löcher 11 geschobene Stange 12 den Rand des Aussenmantels 10a überquert.
Wie aus der Beschreibung der vier Ausführungsbeispiele zu entnehmen ist, bietet die Erfindung folgende Vorteile:
Die Bestandteile A und B sind leicht an ihren Platz zu bringen. Die Reinigung bzw. Entfernung der Rückstände der exothermen Reaktion bereitet keinerlei Schwierigkeiten. Die Lunkerauffüllung erfolgt gleichmässig und ohne Unterbrechung, da das wärmeerzeugende Material den oberen Teil der Kokille bzw. der Rohre 8 oder 8a vollständig umringt.
Insbesondere bei dem letzten Beispiel besteht die Möglichkeit, die gleiche Kokille für Gussblöcke sehr verschiedener Höhe verwenden zu können, indem man Stützen 22 entsprechender Höhe anbringt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, die zur beispielsweisen Erläuterung dienen.
Die Beutel bzw. Formkörper mit den wärmeerzeugenden Stoffen und die wärmeisolierenden Schirme können z. B. auch in Ausnehmungen eingelegt werden, die ganz oder zum Teil in den Oberteil der Kokille von deren Rand her eingearbeitet sind. Zur Abdeckung kann ein ringförmiger Deckel dienen. Zur Befestigung der eingelegten Beutel bzw. Formkörper und insbesondere der Schutzschirme, können verschiedene Einrichtungen, wie Federn, Haken usw., angewendet werden.
Gegebenenfalls kann die wärmeerzeugende Reaktion ausser durch die von der Schmelze kommende Wärme durch auf andere Weise zugeführte Wärme oder andere Mittel ausgelöst oder erleichtert werden, z. B. elektrisch, insbesondere durchzündfunken oder durch die Lösungswärme chemischer Stoffe, wie Nitrate und Chromate, die in einem geringen Gewichtsanteil von etwa 1 bis 51o in trockenem Zustand zugefügt werden. Auch andere Entzündungsmittel können angewendet werden.
Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich auf Kokillen jeglichen Querschnitts. Dieser kann z. B. quadratisch, rechteckig, sechskantig, polygonal, kreisrund, oval usw. sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der Güte von in Kokillen gegossenen Gussblöcken, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Giessen an bzw. iu zumindest einem Teil der Aussenwandung des Kokillenoberteils eine Schicht (A) eines wärmeerzeugenden Materials angebracht wird, das befähigt ist, eine exotherme Reaktion durch Wärmezufuhr auszulösen und dass diese Schicht von aussen mit einem wärmeiso-
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