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Verfahren zum Giessen von hochschmelzenden, verformbaren Metallen
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Giessform.
Im folgenden soll der Ausdruck "Metalle" sowohl unlegierte Metalle als auch Metallegierungen be- zeichnen.
Es ist bekannt, die Innenflächen von Giessformen mit einer Auskleidung zu versehen, und es wurde bis jetzt eine Vielzahl von Auskleidungsmassen und Auskleidungsverfahren vorgeschlagen. Allgemein ist es die Aufgabe eines Formmantels, dem Guss eine glatte Oberfläche zu verleihen, einen Verfall der
Innenseiten der Form zu verhindern, die Geschwindigkeit zu beeinflussen, mit welcher das heisse Metall in der Form seine Wärme abgibt, und das Steckenbleiben des heissen Gusses in der Form zu verhindern. Die Auskleidung hat auch noch verschiedene andere Aufgaben, welche dem Giessereifachmann bekannt sind.
Um die genannten Aufgaben zu erfüllen, soll ein Formmantel auf die gewünschte Oberfläche der Form Ieichtaufgebrachtwerdenkönnen, sollfestahhaften, bis das flüssige Metall zu erstarren beginnt, soll mit dem vergossenen Metall nicht reagieren und soll trotz Temperaturschwankungen nicht abblättern und reissen.
Bei einem ausgezeichneten Metallgiessverfahren wird das flüssige Metall in Blockformen vergossen und erstarren gelassen, die mit geschmolzenen Silikaten ausgekleidet sind. In mit geschmolzenen Silikaten ausgekleideten Blockformen richtig gegossene Blöcke zeigen eine ausgezeichnete Oberflächenqualität. Es ist jedoch schwierig, eine Blockgiessform mit einer solchen Auskleidung aus geschmolzenen Silikaten zu versehen, und es ist auch schwierig, die Unversehrtheit der Auskleidung während des Giessens und des Erstarrens des Metalls aufrechtzuerhalten. Eine glasartige Silikatauskleidung der Innenwände einer Blockgiessform hat wenig Widerstand gegen mechani- sche oder thermische Beanspruchungen und blättert daher leicht ab, wodurch an den Formwänden blanke, ungeschützte Stellen und im Guss gefährliche Einschlüsse entstehen.
Bei andern Verfahren für das Giessen in Schalen aus geschmolzenen Silikaten, bei welchen die obigen Schwierigkeiten vermieden werden, müssen flüssige Silikate hergestellt und hantiert werden. wofür spezielle Einrichtungen notwendig sind.
Es ist daher das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Giessen von Metallblöcken zu schaffen, das Blöcke mit hoher Oberflächenqualität ergibt und das einfach und leicht anzuwenden ist und nicht aus dem Rahmen der gewöhnlichen Arbeitsvorgänge in Stahlwerken fällt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Giessen von hochschmelzenden, verformbaren Metallen besteht darin, dass einer aufgeschlämmten Asbestmasse feinkörniges Giessschlackenmaterial beigemischt wird, dass die Innenwände der Giessform mit dieser Mischung überzogen werden und die Trägerflüssigkeit in bekannter Weise zur Bildung einer festen Auskleidung der Giessforminnenwände verdampft wird, dass die aus Asbestfasern und Schlacke bestehende Auskleidung beim Vergiessen von flüssigem Metall geschmolzen wird, wobei fortlaufend zwischen dem sich bildenden Giesskörper und den Formwänden eine Schale aus flüssiger Schlacke gebildet wird, und dass schliesslich der Metallkörper in dieser Schale erstarren gelassen wird.
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Die Auskleidung aus Asbestfasern und feinkörnigem Silikatschlackenmaterial kann an den Wänden der Blockgiessform in folgender Weise angebracht werden, wenngleich jede Auskleidungsmethode innerhalb des Geltungsbereiches der Erfindung liegt : als erstes wird in einer Trägerflüssigkeit, wie z. B. Wasser, eine Mischung aus Asbestfasern und feinkörnigem Silikatschlackenmaterial angesetzt ; als nächstes werden die Wände der Giessform mit dieser Mischung in innigen Kontakt gebracht ; man lässt die Trägerflüssigkeit trocknen, indem man die Formwände erhitzt, wodurch die Feuchtigkeit durch die Wärme der Formwände ausgetrieben wird. Durch das Austreiben der Trägerflüssigkeit verbleibt an der Innenseite der Form eine Schale aus verfilzten Asbestfasern und Schlackenpartikeln.
Wird flüssiges Metall in eine Giessform gegossen, welche die oben beschriebene Schale aus Asbest und Schlacke besitzt, so bringt die Hitze des Metalls die in der Schale vorhandenen Schlackenpartikel zum Schmelzen und es bildet sich rund um den eingegossenen Metallkörper eine Schale aus Giessschlakke. Ausserdem wird das Kristallwasser der Asbestfasern durch die Wärme ausgetrieben, wodurch im Falle von"Kanadischem"AsbestMagnesiumsilikate zurückbleiben, die mit der Silikatschlacke ein Eutekti- kum bzw. eine Schmelzlösung bilden. Die Asbestfasern verlieren ihren Fasercharakter und werden zu einem Teil des flüssigen Silikatkörpers, welcher den eingegossenen Fliesskörper vollständig umgibt und einhüllt. Dieser Fliesskörper aus Giessschlacke wirkt somit als flüssige Form für das darin enthaltene Me- tall.
Die Blockgiessform ist nur ein Träger für die flüssige Schale aus Giessschlacke, die eigentlich das flüssige Metall während dessen Abkühlung und Erstarrung aufnimmt und enthält. Die Blockgiessform wirkt auch als Wärmesenke bzw. Kühlkörper.
Da die Schmelztemperatur des vergossenen Metalls höher als jene der Silikat-Giessschlacke ist, bleibt die flüssige Giessschale auch noch nach teilweiser Erstarrung des Blockes flüssig.
Die Erstarrung und Abkühlung eines Gusses in einer flüssigen Giessschale, wie es vom erfindungsgemässen Verfahren ermöglicht wird, ergibt ausgezeichnete Blöcke.
Wegen der isolierenden Hülle aus flüssiger Giessschlacke zwischen dem gegossenen Metallkörper und der Blockgiessform erfolgt die Abkühlung des Metallkörpers langsamer und gleichmässiger als es bei Berührung des Metalls mit den besser wärmeleitenden Wänden der Giessform der Fall wäre.
Die Hülle aus flüssiger Giessschlacke zwischen dem Metallkörper und den Formwänden führt auch zur Bildung eines Blockes mit glatteren Wänden, der weniger nachträgliche Bearbeitung als ein gewöhnlich gegossener Block benötigt. Ausserdem sind die Wände der Giessform gegen Berührung mit dem hei- ssen Metall geschützt, wodurch eine Erosion der Formwand vermieden und die Lebensdauer der Form vergrössertwird. Der Fliesskörper aus Schlacke zwischen dem Metallkörper und den Formwändenkannsowohl seitlich als auch senkrecht fliessen und jeden auf Unregelmässigkeiten der Formwände zurückzuführenden Hohlraum ausfüllen, wodurch dem Metallkörper trotz allfälliger Defekte der Formwand eine glatte Fläche gegenübersteht.
Die Mischung aus Asbest, Schlackenpartikeln und Trägerflüssigkeit kann auf die Formwände durch Streichen, Eintauchen, Aufspritzen oder auf andere Weise aufgebracht werden. Am günstigsten stellt man die Auskleidung durch Aufspritzen der Mischung her. Beim Spritzverfahren kann man die Stärke der Auskleidung verhältnismässig genau regulieren und die Formwände werden mit Sicherheit vollständig bedeckt. Spritztman die Mischung aus Asbest und Schlacke in einem dünnen Strahl auf, so können scharfe Ecken in der Giessform ausgekleidet werden. Eine gleichmässige Auskleidung erzielt man durch schnelles Schwenken des Strahles über die Wände der Form. Das Spritzverfahren ermöglicht es einem Arbeiter, rasch eine gleichmässige, durchgehende Auskleidung herzustellen. Im allgemeinen werden die Wände und der Boden der Form mit diesem Überzug versehen.
In manchen Fällen kann man jedoch den Boden der Form unbedeckt lassen oder auch ihn mit mehreren Lagen des erfindungsgemässen Materials versehen. Wird im folgenden gesagt, dass die Innenflächen einer Form mit der Masse aus Asbest und Schlacke ausgekleidet werden, so ist damit gemeint, dass die Wände und, falls gewünscht, der Boden ausgekleidet werden.
Der bei diesem Verfahren verwendete Asbest muss feinteilig sein, klein genug, um die Spritzvorrichtung zu passieren, falls man das Spritzverfahren zum Aufbringen benutzt, und kleiner als die Dicke der Auskleidung, damit eine im wesentlichen glatte Auskleidung gebildet wird. Im allgemeinen wird es günstig sein, Fasern des Kanadischen Asbests zu verwenden, welche den Materialien in Gruppe 7 der Einteilung der Vereinigung der Asbesthersteller von Quebec entsprechen. Diese Gruppe enthält die kurzen Fasern und Staub. Man fand, dass für das erfindungsgemässe Verfahren nur gering befeuchtbarer Asbest besser als stark befeuchtbarer Asbest ist. Durch ein trockenes Verfahren, wie z. B. durch mechanisches Zerspalten oder Zertrümmern, hergestellter Asbest ist meist weniger befeuchtbar als durch ein NaBverfahren, z.
B. durch chemische Behandlung von Asbestschlamm, hergestellter Asbest. Die weniger
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stark befeuchtbaren Formen von Asbest sind deswegen vorzuziehen, weil sie zu einer poröseren Ausklei- dung führen und die Verdampfung der Trägerflüssigkeit erleichtern,
Die Trägerflüssigkeit, in welcher die Asbest- und Schlackenpartikel schweben, ist vorzugsweise
Wasser ; es kann sich aber auch um andere Flüssigkeiten handeln. Die Trägerflüssigkeit soll für die Mi- schung kein Bindemittel darstellen, da es ihre Aufgabe ist, die Mischung in Suspension zu halten und ein Auftragen der Auskleidung aus Asbest und Schlackenpartikeln zu ermöglichen. Die Trägerflüssigkeit wird dann verdampft, um eine ineinandergreifende Masse von Asbestfasern und Schlackenteilchen auf den Wänden der Giessform zurückzulassen.
Mit dem Austreiben der Trägerflüssigkeit führt das Zusammenschrumpfen der Asbestfasern und Schlackenpartikeln zusammen mit einer mechanischen Bindung der Masse an Unregelmässigkeiten der Wandoberflächen der Giessform zu einer selbsttragenden Decke aus Asbest und Schlacke, die auf der Innenseite der Giessform eine Schale bildet. Diese Schale ist gasdurchlässig und gestattet das Entweichen von Gasen, die sich entwickeln, wenn flüssiges Metall in die Form eingegossen wird.
Im allgemeinen soll die bei dem Verfahren verwendete Giessschlacke gegen das flüssige Metall, das vergossen werden soll, chemisch neutral sein, obgleich in einigen Fällen Spezialschlacken zur Verhinderung der Bildung von Einschlüssen in der Oberfläche des gegossenen Körpers oder zur anderweitigen günstigen Beeinflussung des gegossenen Metalls oder zur Unterstützung des Giessprozesses angewendet werden können. Die Giessschlacken haben eine Schmelztemperatur, die niedriger als jene des Metalls und im allgemeinen niedriger als die Schmelztemperaturen von Verhüttungsschlacken ist. Die Giessschlacken können synthetisch hergestellt oder durch Behandlung von Verhüttungsschlacken zur Erhöhung der Dünnflüssigkeit und Herabsetzung der Schmelztemperatur derselben gewonnen werden. Die Zusammensetzungen der Giessschlacken enthalten Metasilikate, wie z.
B. die Calcium-Magnesium-Alumi- niumsilikate. Der Kieselsäuregehalt der Giessschlacke soll sich im allgemeinen im Bereich von zirka 15 bis zirka 55 Gel.-% bewegen, vorzugsweise im Bereich von 40 bis 45 %. Im folgenden werden erprobte Zusammensetzungen von Schlacken für das Giessen von Eisenmetallen angegeben :
Tabelle 1
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36,Kieselsäure der Giessschlacke der Schale eine unerwünscht grosse Menge des reagierenden Metalls bei gleichzeitiger entsprechender Erhöhung des Siliziumgehaltes im Guss verloren. In solchen Fällen ist es günstig, eine Giessschlacke zu verwenden, die weniger als 15 Gel.-% Kieselsäure enthält.
Ein wesent- licher Teil des herabgesetzten Gehaltes an Kieselsäure kann durch Titanoxyd und/oder Aluminiumoxyd ersetzt werden. Die Zusammensetzung der Giessschlacke kann Oxyde von Calcium, Magnesium, Man- gan, Aluminium, Titan, Zirkon und Eisen enthalten, sowie Calciumfluorid und/oder Natrium-Alumi- niumfluorid und weniger als 15 Gew.-% Kieselsäure. In Tabelle 2 sind erprobte Zusammensetzungen so eher Giessschlacken mit niedrigem SiO2-Gehalt angegeben.
Tabelle 2
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<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> in <SEP> Gew.-% <SEP>
<tb> Giessschlacke <SEP> Bevorzugter <SEP> Bereich <SEP> Typisch
<tb> C <SEP> CaO <SEP> 32 <SEP> bis <SEP> 35 <SEP> 34
<tb> CaF <SEP> 6 <SEP> bis <SEP> 7. <SEP> 5 <SEP> 6,5
<tb> SiO2 <SEP> 8 <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> 9
<tb> MgO <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> 5
<tb> TiO2 <SEP> 6 <SEP> bis <SEP> 7. <SEP> 5 <SEP> 6,5
<tb> Al <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> bis <SEP> 32 <SEP> 31
<tb> Na2O <SEP> 4,5 <SEP> bis <SEP> 6 <SEP> 5
<tb> Andere <SEP> St. <SEP> gering <SEP> 3
<tb> D <SEP> CaO <SEP> 33, <SEP> 5 <SEP> bis <SEP> 36, <SEP> 5
<tb> CaF <SEP> 6, <SEP> 25bis <SEP> 7, <SEP> 75
<tb> Si02 <SEP> 13,5 <SEP> bis <SEP> 15, <SEP> 5
<tb> MgO <SEP> 4, <SEP> 23 <SEP> bis <SEP> 5. <SEP> 75
<tb> TiO2 <SEP> 6 <SEP> bis <SEP> 8
<tb> AlPs <SEP> 30 <SEP> bis <SEP> 33
<tb> Andere <SEP> St.
<SEP> gering <SEP>
<tb> E <SEP> CaO <SEP> zirka <SEP> 29
<tb> CaF2 <SEP> zirka <SEP> 6,5
<tb> SiO2 <SEP> zirka <SEP> 15
<tb> MgO <SEP> zirka <SEP> 5
<tb> TiO2 <SEP> zirka <SEP> 12
<tb> Al2O <SEP> zirka <SEP> 31
<tb> Andere <SEP> St. <SEP> zirka <SEP> 1,5
<tb>
Die ungefähren Schmelzpunkte dieser Giessschlacken betragen 12500C für C, 1325 C für D und 13000C für E. Ihre Zusammensetzungen weisen meist einen grossen Anteil an Kalkstein und Tonerde und einen Kieselsäuregehalt von weniger als zirka 15 Gew.-% auf. Die oben angegebenen Giessschlacken mit niedrigem Kieselsäuregehalt sind beim Giessen von titan- und aluminiumhaltigen Stählen wie auch
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für Edelstähle im allgemeinen und für Titan-Aluminiumausscheidungsgehärtete Nickel- und Kobalt-
Superlegierungen brauchbar.
Für das Giessen anderer Nichteisenmetalle und Ne-Legierungen macht man die Giessschlacke im allgemeinen chemisch neutral in bezug auf das zu vergiessende Metall und wählt eine Giessschlacke mit niedrigerem Schmelzpunkt als das Metall hat, so dass sie noch flüssig ist, wenn das Metall bereits zumindest teilweise erstarrt ist.
In Tabelle 3 sind einige für das Giessen von Kupfer und seinen Legie- rungen erprobte Schlackenzusammensetzungen angegeben :
Tabelle 3
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<tb>
<tb> Zusammensetzung <SEP> in <SEP> Gew. <SEP> -%
<tb> Giessschlacke <SEP> Bevorzugter <SEP> Bereich <SEP> Typisch
<tb> F <SEP> BzOs <SEP> 28 <SEP> bis <SEP> 30 <SEP> 28, <SEP> 1 <SEP>
<tb> S102 <SEP> 41 <SEP> bis <SEP> 43 <SEP> 41, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Na20 <SEP> 27 <SEP> bis <SEP> 30 <SEP> 29,8
<tb> Andere <SEP> St. <SEP> gering <SEP> 1
<tb> G <SEP> Bis <SEP> zirka <SEP> 72
<tb> sic) <SEP> zirka <SEP> 28
<tb>
Die Schmelztemperaturen dieser Schlacken betragen zirka 5400C für F und zirka 8300C für G.
Die in den obigen Tabellen angegebenen Giessschlacken sind jenes Schlackenmaterial, das an der
Mischung von Schlacke und Asbest teilnimmt. Die Zusammensetzung der flüssigen Giessschlacke, welche die flüssige Giessform bildet, sobald das Metall eingegossen wird, unterscheidet sich wegen der Aufnah- me des Asbestes in dieselbe etwas von diesen in den Tabellen angegebenen Zusammensetzun- gen.
Die Giessschlacke, die mittels üblicher Einrichtungen vorbereitet werden kann, wird zuerst zer- kleinert und dann in der Trägerflüssigkeit mit den Asbestfasern gemischt. Die Grösse der Schlackenteil- chen soll gering genug sein, um durch die Spritzvorrichtung durchzugehen, wenn diese Methode des
Auftragens gewählt wird, und darf nicht grösser als die gewünschte Stärke der Schale sein. Für die mei- sten Anwendungen sind Partikel einer Grösse vorzuziehen, die durch ein Sieb mit 0,84 mm Maschenwei- te gehen.
Die Verteilung der Partikelgrösse soll solcherart sein, dass sich mit dem Asbest eine mehr oder we- niger poröse Auskleidung ergibt. Zum Beispiel ist ein zu grosser Anteil von feinen Partikeln unerwünscht, da diese die Tendenz haben, eine zu dichte, festkörperartige Auskleidung zu bilden.
Als Asbest ist Kanadischer Asbest vorzuziehen. Dieser Asbest hat flexible, weiche Fasern, die zum Festhaltenderkleinen Schlackenpartikeln in der sich bildenden deckenartigen Schale ausgezeichnet ge- eignet sind. Beim Erhitzen verliert der Kanadische Asbest sein Kristallwasser bei zirka 482 bis 538 C, worauf das zurückbleibende Magnesiumsilikat brüchig wird und sich unter Bildung einer flüssigen, eutek- tischen Mischung mit der Schlacke auf Kieselsäurebasis leicht verbindet.
Bei Verwendung dieses Materials werden die Schlackenpartikel entlang der Seiten der Giessform ein- wandfrei an Ort und Stelle gehalten, bis das flüssige Metall auf ihre Höhe gestiegen ist und sie unter
Bildung der flüssigen Giessformschlacke schmilzt. Dieses faserige Traggefüge geht dann selbst in die flüssige Schlacke über. Hätte man die Giessschlacke auf die Wände der Form mittels eines Bindemittels anstatt durch mechanische Halterung in der Asbestschale aufgebracht, so würden die Verunreinigungen des Bindemittels in das flüssige Metall aufgenommen werden.
Hätte man hingegen die Giessschlacke auf die Wände der Form in flüssigem Zustand aufgebracht, so könnte der entstehende glasartige Belag dem beim Eingiessen von Metall entstehenden thermischen
Schock nicht standhalten und würde in Klümpchen wegbrechen, im Metall glasartige Einschlüsse bilden und an der Form freie, ungeschützte Stellen zurücklassen. Die erfindungsgemässe Schale aus Asbestfa- sern und Silikatschlacke ist biegsam und in der Lage, der Hitze des flüssigen Metalls standzuhalten, bis das flüssige Metall zu der jeweiligen Höhe der Formwand gestiegen ist, worauf der angrenzende Teil der Schale flüssig wird.
Spritzer von flüssigem Metall während des Vergiessens haften nur an einem klei-
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nen Abschnitt der Asbest-Schlackenschale bzw. entfernen diesen, haften jedoch nicht an den Wänden so wie bei ungeschützten Blockgiessformen und reissen keine grossen Klumpen weg wie bei festkörperartigen Formmänteln.
Die Asbestfasern bilden zwar vorteilhafterweise das Traggerüst für die Partikel der Silikatschlacke, verbleiben jedoch in der flüssigen Giessschlacke nicht als solche, wo sie die Dünnflüssigkeit der Giessschlacke beeinträchtigen würden. Diese Fasern treten in die flüssige Schlacke ein und verlieren ihren faserartigen Charakter. Dies ist wichtig, da das Fliessform-Giessverfahren erfordert, dass die Schlackenflüssigkeit je nach auftretenden Spannungen und zwecks Ausfüllung von Hohlräumen um den Giesskörper herum fliessen kann.
Während also im allgemeinen Kanadischer Asbest der Gruppe 7 nach der Einteilung der Vereinigung der Asbesthersteller von Quebec vorzuziehen ist, sind auch andere faserartige Asbeste geeignet, die bei der angewendeten Giesstemperatur von der Giessschlacke für das betreffende zu vergiessende Metall zwecks Bildung eines Fliessformgusses absorbiert werden können.
Der in der Mischung der Schlackenpartikel auftretende Asbestanteil kann zirka 1 bis 30 Grew.-% betragen, wobei der Rest aus Schlackenpartikeln und der Trägerflüssigkeit besteht. Im allgemeinen kommen in der trockenen Mischung aus Asbest und Schlackenpartikeln 1 bis 5 Gew.-% Asbest zur Anwendung. Da sein spez. Gewicht gering ist, ist ein kleiner Gewichts-Prozentsatz an Asbest meist ausreichend. Die von der Giessschlacke aufgenommenen kleinen Mengen an Asbestrückstand verändern deren Zusammensetzung nicht nachteilig. Die tatsächlich verwendeten Mengen an Asbest in der Mi- schungausAsbest, Schlackenpartike1n und Trägerflüssigkeit hängen von der Art des verwendeten Asbests, seiner Faserart, der gewünschten Grösse und Stärke der Schale und andern, leicht bestimmbaren Faktoren
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Die verwendete Menge Trägerflüssigkeit, z. B. Wasser, hängt von den Anteilen an Schlacke und Asbest in der trockenen Mischung, der Temperatur der Formwände, auf die gespritzt werden soll, der Art der verwendeten Spritzvorrichtung und andern praktischen Bedingungen ab. Im allgemeinen wählt man in der Mischung aus Asbest, Sclüackenteilchen und Wasser 30 % Wasser oder mehr.
In Fig. 1 ist eine Blockgiessform -10--, die mit einer Schale-12-versehen ist, im Querschnitt dargestellt. Fig. 2 zeigt das Innere der Form, worin bereits durch Aufspritzen einer Mischung aus Asbest, Schlacke und Wasser auf die vorher erwärmten Wände unter Verdampfen des Wassers die mit-14- bezeichnete deckenartige Auskleidung aus Asbestfasern und Silikatschlackenpartikeln hergestellt wurde.
Als flüssiges Metall-16-in die Form gegossen wurde, schmolzen durch die Wärme des Metalls die Silikatschlackenpartikel in dem dem heissen Metall angrenzenden Abschnitt --18- der Schale und bildete die Schlacke für das Fliessformgiessen. Das Kristallwasser des Asbests wurde durch die Wärme ausgetrieben und der Rückstand an Magnesiumsilikat von der Schlacke absorbiert.
Die flüssige Schlackenschale, von der ein Teil im Mittelgebiet dargestellt ist, umgibt das gegosse-
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lich geschrumpft ist. Zu einem früheren Zeitpunkt floss die Fliessform und füllte Hohlräume wie z. B. die durch die Schrumpfung des Metalls gebildeten Hohlräume -24-- auf und hielt daher die optimalen Isolier- und Metallabkühlungsbedingungen in Form der Berührungsreihenfolge Metall-SchlackeFormwand ohne störende Lufträume aufrecht. Dies wird durch den niedrigeren Schmelzpunkt der Giessschlacke ermöglicht. Nun jedoch ist die Giessschlacke ebenfalls erstarrt, wie in den Zeichnungen zu sehen, und hat sich am Block anstatt an den Formwänden angeheftet, wodurch der abgekühlte Block leicht entnommen werden kann.
Bei der praktischen Herstellung der Auskleidung müssen der Asbest, die Schlackenpartikel und die Trägerflüssigkeit, z. B. durch mechanisches Rühren, gründlich miteinander gemischt werden, um den Asbest und die Schlackenpartikel in der ganzen Flüssigkeit zu verteilen und zu dispergieren. Einige Asbestarten, die keine fest gebundenen Kristallbündel enthalten, können auch ohne mechanische Zertrümmerung ausreichend dispergiert werden. Dies ist auch bei manchen für die Herstellung von Papier und Faserplatten häufig verwendeten, kommerziellen Asbestqualitäten der Fall, wo der Asbest bereits bei seiner Gewinnung aus dem Felsen, in dem er in der Natur vorkommt, einer Zertrümmerungsbehandlung unterzogen wurde. In solchen Fällen braucht man die Faser nur in einem Behälter mit der gewünschten Wassermenge rühren.
Zur Erzielung einer guten Mischung kann Asbest, der aus grossen, fest gebundenen Faserbündeln besteht, mechanisches Zertrümmern erfordern.
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Die Form muss mit einer Schale ausreichender Dicke ausgekleidet werden, um ein Durchdringen derselben durch das vergossene flüssige Metall zu verhindern. Zu dicke Schalen sind zu vermeiden, da sie kleine Blöcke ergeben und eventuell bei der Entnahme des Gussblocks bzw. Gusses aus der Form hinderlich sind. Günstige Schalenstärken liegen meist unter 4, 8 mm. Die Mischung ist im Interesse einer möglichst schnellen Verdampfung der Trägerflüssigkeit in verhältnismässig dünnen Schichten aufzutragen, doch kann man zur Erzielung einer endgültigen Auskleidung bzw. Schale der gewünschten Dicke eine Anzahl solcher Schichten übereinander aufbringen.
Die Dicke der bei jedem Durchgang abzulagernden Schicht hängt hauptsächlich von der Temperatur der Formwand ab, d. h. je höher die Temperatur ist, desto grösser kann die bei jedem Durchgang abgelagerte Schichtdicke sein.
Die Temperatur der Innenwände der Form muss mindestens so hoch wie der Siedepunkt der für die aufgebrachte Mischung verwendeten Trägerflüssigkeit sein.
Es ist günstig, die Formwände so stark zu erhitzen, dass die Trägerflüssigkeit im wesentlichen augenblicklich verdampft. Die erforderliche genaue Temperatur hängt von der Geschwindigkeit ab, mit welcher die Mischung auf den Wänden der Form aufgetragen wird, und vom Mass der für den Form- mantel geforderten Glätte. Im allgemeinen steigt die erforderliche Temperatur mit zunehmender Auf- tragsgeschwindigkeit, zunehmendem Flüssigkeitsanteil der Mischung und zunehmenden Anforderungen an die Glätte. Anders gesagt, es wird bei höheren Temperaturen mehr Flüssigkeit rascher verdampft, und es ergeben sich glattere Auskleidungen. Natürlich besteht für die Temperatur stets eine praktische obere Grenze, über die hinaus wenig oder kein zusätzlicher Vorteil zu erzielen ist.
Ist die Trägerflüssig- keit Wasser, so ist es günstig, die Wand der Form auf eine Temperatur zwischen zirka 120 bis 4300C oder höher zu bringen. Eine Formwandtemperatur von 3150C ist von Vorteil. Unter diesen Bedingungen kann man durch Aufspritzen in einem einzigen Durchgang eine glatte Schale aus Asbest und Schlacke von einer Stärke von zirka 1, 5 bis 3, 0 mm und einer Geschwindigkeit von zirka 0,5 m2/min auftragen.
Nachdem auf den Innenwänden der Form eine Schale von gewünschter Dicke aufgetragen wurde, wird das flüssige Metall mit einer entsprechenden Giessgeschwindigkeit in die Schale vergossen. Während seines Erstarrens zieht sich das flüssige Metall zusammen und die Schale löst sich von der Formwand. Die Schale haftet also am erstarrenden Metall und nicht an den Wänden der Form, so dass die Bildung von Fehlstellen an der Oberfläche des Gusses vermieden wird. Da die Schale etwas biegsam ist, passt sie sich der Form des erstarrenden Metalls ohne Aufplatzen oder Aufwerfen an.
Werden sowohl der Boden als auch die Seiten des Inneren der Giessform mit der Schale aus Asbest und Schlacke versehen, so ist es meist günstig, dem Bodenabschnitt der Schale eine grössere Dicke zu verleihen, um das anfängliche Aufprallen des flüssigen Metalls zu berücksichtigen. In solchen Fällen wird eventuell ein Teil der Schale am Boden der Form durch das flüssige Metall abgetragen, doch haben sowohl der Asbest als auch die Schlacke ein geringeres spez. Gewicht als die vergossenen Metalle und schwimmen daher nach oben, so dass sich keine Einschlüsse im Metall bilden.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wurde zum Aufbringen verschiedener Mischungen aus Asbest, Schlacke und Wasser auf die Innenwände einer Giessform eine gewöhnliche Spritzpistole für Flüssigkeiten mit einem Druckbehälter mit Bodenauslass verwendet. Der verwendete Asbest war Kanadischer Asbest Sorte 7R (nach der Einteilung der Vereinigung der Asbesthersteller von Quebec). Es wurden sowohl im Nassverfahren als auch im Trockenverfahren hergestellter Asbest verwendet. Der Asbest hatte eine unorientierte Faserstruktur, die einzelnen Asbestfasern hatten zirka 1 bis 3 p Durchmesser und waren zirka 30 mm lang. Die Mischung aus Asbest und Wasser wurde mittels Rührscheiten von Hand aus gemischt.
Die verwendete Giessschlacke hatte folgende gewichtsmässig Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 44 <SEP> % <SEP> Kieselsäure
<tb> 35'10 <SEP> Calciumoxyd <SEP>
<tb> 5'10 <SEP> Magnesiumoxyd
<tb> 7 <SEP> % <SEP> Titanoxyd
<tb> 6 <SEP> "/0 <SEP> Calciumfluorid
<tb> l <SEP> Manganoxyd
<tb> 1 <SEP> "/0 <SEP> Ferrooxyd
<tb> 1 <SEP> "/0 <SEP> Aluminiumoxyd.
<tb>
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Grösse als für den Durchgang durch ein Sieb mit 0,297 mm Maschenweite notwendig, wobei 85 % der Schlackenpartikel eine Grösse für einen Durchgang durch ein Sieb mit 0, 149 mm Maschenweite und abwärts hatten.
Die verschiedenen Mischungen wurden in einer einzigen Schicht auf die Innenwände gewöhnlicher, oben offener Blockgiessformen mit 1. 5 m Höhe gespritzt, um mit einer für die Bedeckung von zirka 0,50 m2 Formwand pro Minute ausreichenden Ablagerungsgeschwindigkeit eine zwischen zirka l, 5 und 3,0 mm dicke Schale zu bilden. Beim Auftreffen des Sprühstrahles auf die Formwand verdampfte das Wasser der Mischungen augenblicklich und der Asbest und die Schlacke hafteten an der Formwand fest, wodurch eine durch die Form gestützte, durchgehende Schale gebildet wurde.
Nachdem die ganze Innenfläche der Form ausgekleidet war, wurde das zu vergiessende flüssige Metall mit einer Geschwindigkeit von zirka 1 m/min und einer Temperatur von zirka 15930C in die Form gegossen. In der folgenden Tabelle sind die prozentuellen Anteile von Asbest und Schlacke in den verschiedenen Mischungen, die Temperatur der inneren Formwände, die Formgrösse, das vergossene Metall und die auf der Formwand aufgetragene Menge der Mischung aus Asbest und Schlacke angegeben.
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Tabelle 4
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<tb>
<tb> Vergossenes <SEP> Grösse <SEP> der <SEP> Temperatur <SEP> der <SEP> Mischungsgew., <SEP> % <SEP> Schlackenmaterial <SEP> AsbestherstellungsMetall <SEP> Form, <SEP> cm <SEP> Form, <SEP> OC <SEP> Asbest <SEP> Schlacke <SEP> auf <SEP> Formwand <SEP> ; <SEP> kg <SEP> verfahren
<tb> X <SEP> 56 <SEP> Rds. <SEP> 426 <SEP> bis <SEP> 538 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 30, <SEP> 8 <SEP> 4, <SEP> 1 <SEP> Trocken
<tb> X <SEP> 56 <SEP> Rds. <SEP> 426 <SEP> bis <SEP> 538 <SEP> 1,5 <SEP> 49, <SEP> 3 <SEP> 2,7 <SEP> bis <SEP> 2,9 <SEP> Trocken
<tb> L <SEP> 56 <SEP> Rds. <SEP> 426 <SEP> bis <SEP> 538 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 49,3 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> bis <SEP> 2,9 <SEP> Trocken
<tb> L <SEP> 56 <SEP> Rds.
<SEP> 426 <SEP> bis <SEP> 538 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 49, <SEP> 3 <SEP> 2,7 <SEP> bis <SEP> 2,9 <SEP> Trocken
<tb> Vergossene <SEP> Metalle
<tb> X <SEP> L
<tb> % <SEP> Ni <SEP> 47 <SEP> 10
<tb> Cr <SEP> 22 <SEP> 20
<tb> Mo <SEP> 9Fe <SEP> 18
<tb> Co-Rest
<tb> C-max. <SEP> 0,15
<tb> W <SEP> - <SEP> 15
<tb> Cb--
<tb>
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In allen Fällen war die Oberfläche der erzeugten Blöcke im wesentlichen frei von Oberflächenfehlern und geeignet für die weitere Verarbeitung.
Es wurden im vorhergehenden zwar verschiedene konkrete Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben, doch soll die Erfindung nicht auf irgendwelche der angeführten Einzel- heiten beschränkt sein. Zum Beispiel wurde das Verfahren allgemein unter Bezugnahme auf das Giessen von Blöcken in normalen zylindrischen oder konischen Blockgiessformen beschrieben, doch ist das Verfahren gleichermassen für das Giessen von andern Artikeln mit verschiedenen geometrischen Formen anwendbar.
Das erfindungsgemässe Verfahren wurde im vorhergehenden mit Bezug auf das Giessen von Blöcken in Dauerformen beschrieben, doch soll der Gebrauch des Ausdruckes "Formen" in dieser Bekanntgabe auch Sandformen und allgemein solche, die für das Fliessformgiessen geeignet sind, einschliessen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Giessen von hochschmelzenden, verformbaren Metallen unter Verwendung einer in einer Trägerflüssigkeit aufgeschlämmten Asbestmasse als Auskleidung für eine Giessform, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeschlämmten Asbestmasse feinkörniges Giessschlackenmaterial beigemischt wird, dass die Innenwände der Giessform mit dieser Mischung überzogen werden und die Trägerflüssigkeit in bekannter Weise zur Bildung einer festen Auskleidung der Giessforminnenwände verdampft wird, dass die aus Asbestfasern und Schlacke bestehende Auskleidung beim Vergiessen von flüssigem Metall geschmolzen wird, wobei fortlaufend zwischen dem sich bildenden Giesskörper und den Formwänden eine Schale aus flüssiger Schlacke gebildet wird,
und dass schliesslich der Metallkörper in dieser Schale erstarren gelassen wird.