CH660317A5

CH660317A5 - Verfahren zur herstellung eines dickwandigen behaelters aus sphaerolithischem gusseisen und fuer das verfahren geeignete giessform.

Info

Publication number: CH660317A5
Application number: CH261282A
Authority: CH
Inventors: Friedrich Werner; Franz Schilling
Original assignee: Siempelkamp Gmbh & Co
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1987-04-15
Also published as: GB2099341A; DE3120221C2; DE3120221A1; BE893222A; FR2506191B1; FR2506191A1; GB2099341B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines dickwandigen Behälters aus sphärolithischem Gusseisen, d. h. Gusseisen mit Kugelgraphit, wobei eine auf Giesstemperatur befindliche Gusseisenschmelze in den Formhohlraum einer aus einem Formkern sowie einem aus Formsand aufgebauten Formmantel bestehenden Giessform eingegossen und in der Giessform abgekühlt wird sowie zur Erstarrung gebracht wird. Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Giessform zur Durchführung eines solchen Verfahrens. — Dickwandig meint im Rahmen der Erfindung Wanddicken von z. B. 200 bis 600 mm und mehr, und zwar bei Behältern, die eine Höhe von mehreren Metern aufweisen können, wie sie hauptsächlich als Abschirmtransport-und Lagerbehälter für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente eingesetzt werden.

Im Rahmen der (aus der Praxis) bekannten Massnahmen werden Giessformen verwendet, die in klassischer Weise aus Formsand und Formsandbinder aufgebaut sind. Die Abkühlung der Gusseisenschmelze in der Giessform bis zur Entformungstemperatur erfolgt durch Wärmeaustausch mit der Umgebung, — und folglich langsam. Die Giessform hat erhebliche Beanspruchungen aufzunehmen und verliert zuweilen vorzeitig die erforderliche, auch vom eingesetzten Formsandbinder abhängige Festigkeit. Die Beanspruchungen resultieren hauptsächlich aus dem sogenannten Kristallisationsdruck: Es muss angenommen werden, dass bei der Abkühlung der Gusseisenschmelze von etwa 1340° C an mehr Expansion stattfindet als durch die Schwindung aufgenommen werden kann. Das beruht auf der für sphärolithi-sches Gusseisen typischen Ausscheidung von Kugelgraphit. Der sich ergebende positive Druck kann dann bei einer niedrigeren Temperatur die Giessform deformieren. Das gilt insbes. für den Formmantel. Die Deformation ist schädlich und beeinträchtigt wesentliche Eigenschaften des Behälters.

Auch besteht die Gefahr, dass die Schmelze Sand aufnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungs-gemässe Verfahren so zu führen, dass störende Formdeformationen vermieden werden. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine Giessform anzugeben, die für dieses Verfahren besonders geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass eine Giessform verwendet wird, die im Formmantel und im Formkern eingebettete Kühlrohre aufweist, die an eine Kühlanlage angeschlossen sind, und durch aktive Kühlung in der Gusseisenschmelze formmantelseitig sowie formkernseitig früherstarrte Randschalen gebildet werden und dadurch ein Teil des Kristallisationsdruckes von dem Formmantel und dem Formkern abgehalten wird. Für ganz andere Zwecke, nämlich zur Beschleunigung des Erstarrungsvorganges aus metallurgischen oder betriebswirtschaftlichen Gründen sowie zur Schonung von Dauerformen, ist es bekannt, den Formmantel metallischer Formen, insbes. den Formmantel von Kokillen zu kühlen, und zwar auch durch in die Kokillenwandung eingebettete Rohrleitungen (DE-PS 425 132, DE-PS 725 674), sowie auch bei Kolliken, die aus einem inneren Stahlmantel, einem umgebenden Kühlmantel mit eingelegten Kühlschlangen und eingefülltem Sand aufgebaut sind (DE-PS 855 151). Auch ist es bekannt, eine Metallform aussen mit einer anpressbaren Kühlform zu umgeben, die aus hochwärmeleitendem Material besteht und eine Anzahl von in Längs- und Querrichtung verlaufenden Kühlkanälen aufweist (DE-PS 2317151). Beim Giessen von Walzen hat man bereits vorgeschlagen (US-PS 2 173 955), eine Kühlung von der Walzenachse her vorzunehmen. Das alles hat zu den eingangs beschriebenen Problemen, beim gattungsge-mässen Verfahren die störenden Formdeformationen der Sandform zu vermeiden, nicht beigetragen.

Zumeist wird man bei dem erfindungsgemässen Verfahren nach dem Eingiessen der Gusseisenschmelze die Kühlung einschalten. Man kann aber unter Umständen auch bereits beim Eingiessen der Gusseisenschmelze in den Formhohlraum mit der Kühlung beginnen und folglich die Kühlung vorher einschalten. Jedenfalls arbeitet die Erfindung mit einer aktiven Kühlung, die im Rahmen der üblichen thermodynamischen Bedingungen für den Wärmeaustausch ohne Schwierigkeiten so eingerichtet werden kann, dass störende Formdeformationen nicht mehr auftreten, weil durch die aktive Kühlung in der Gusseisenschmelze formmantelseitig sowie formkernseitig früherstarrte Randschalen gebildet werden und dadurch ein Teil des Kristallisationsdruckes von dem Formmantel und dem Formkern abgehalten wird. Im Rahmen der Erfindung.kann mit jedem beliebigen flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel gearbeitet werden, dessen Temperatur in der Kühlanlage oder Kälteanlage so eingestellt wird, wie es zur Erreichung des beschriebenen Effektes erforderlich ist. Durch die Kühlung kann die Erstarrungszeit der Gusseisenschmelze von Giesstemperatur bis auf Entformungstemperatur wesentlich reduziert werden. Im allgemeinen wird man die Kühlung lediglich bis zur Umwandlung Austenit, Perlit, Ferrit der Gusseisenschmelze führen und

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danach abschalten. Die Kühlung kann dann nach' Durchfahren des Umwandlungsbereiches wieder eingeschaltet werden. Im allgemeinen wird man im Rahmen der Erfindung mit Giessformen arbeiten, bei denen sowohl der Formmantel als auch der Formkern aus Formsand aufgebaut sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, mit einem Formkern aus Metall, z. B. Stahl oder Kupfer zu arbeiten.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Giessform zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die unter Verwendung einer Grundplatte, von Formkastenringen und einer Kernspindel aufgebaut ist, und einen Formmantel aus Formsand sowie einen Formkern aus Formsand besitzt. Die Giessform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Formmantel sowie der Formkern Kühlrohre aufweisen, die in den Formsand eingebettet sind und dass die Kühlringe im formhohl-raumseitigen Oberflächenbereich von Formmantel und Formkern angeordnet, und zwar mit einem maximalen Abstand von der Formmantel- bzw. Formkernoberfläche von 100 mm.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass störende Formdeformationen vermieden werden. Dadurch, dass während der Kühlzeit der Binder im Formsand lediglich in den Bereichen, die zum FormhoMraum hin vor den Kühlrohren liegen, verbrennen kann, bleibt die Festigkeit erhalten. Das trägt zur Vermeidung von störenden Formdeformationen bei. Es finden keine oder nur unbedeutende Dehnungen statt. Darüber hinaus wird die Giessform vom Kristallisationsdruck entlastet. Im übrigen erlaubt es die Erfindung, statt aufwendigem Chromerzsand den wesentlich billigeren Quarzsand als Formsand einzusetzen. Aber auch in metallurgischer Hinsicht erreicht die Erfindung Vorteile. So werden Graphitentartungen verhindert, wodurch sich die Werte für Dehnung und Kerbschlagzähigkeit verbessern. Auch Spurenelementsteigerungen werden vermieden. Der Kugelgraphit entsteht in Form einer sehr grossen Anzahl von kleinen Sphäroliten, wodurch Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, Kerbschlagzähigkeit und Elastizitätsmodul verbessert werden. Durch die Beschleunigung der Abkühlung bis zur Umwandlung Austenit, Perlit, Ferrit wird erreicht, dass das

Gefüge ferritisch erstarrt, so dass eine ferritisierende Glühung entfallen kann. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass speiserlos gegossen werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich 5 ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine Giessform zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,

10 Fig. 2 den vergrösserten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung B — B durch den Gegenstand nach Fig. 1.

15 Die in den Figuren dargestellte Giessform ist unter Verwendung einer Grundplatte 1 von Formkastenringen 2 und einer Kernspindel 3 aufgebaut. Sie besitzt einen Formmantel 4 aus Formsand sowie einen Formkern 5 aus Formsand. Die Gusseisenschmelze wird über einen Eingusstümpel 6 einge-20 gössen und fliesst über die Eingussrohre 7 zum tiefsten Punkt des Formhohlraumes 8. Der Formhohlraum 8 füllt sich also beim Giessen von unten nach oben.

Im Formmantel 4 sowie im Formkern 5 sind Kühlrohre 25 9 angeordnet, die in den Formsand eingebettet sind. Sie sind an eine nicht gezeichnete Kühlanlage anschliessbar. Insbes. aus der Fig. 2 entnimmt man, dass die Kühlrohre 9 im form-hohlraumseitigen Oberflächenbereich von Formmantel 4 und Formkern 5 angeordnet sind, und zwar mit einem maxi-30 malen Abstand von der Formmantel- bzw. Formkernoberfläche von 100 mm.

Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Kühlrohre 9 in vertikaler Richtung. Sie können schlangenförmig geführt und/oder an Verteilerrohre angeschlossen sein. Im Rahmen 35 der Erfindung liegt es mit Kühlrohren 9 zu arbeiten, die schraubenwendelförmig geführt sind. Im übrigen kann auch mit mehreren Kühlrohrsystemen gearbeitet werden, in denen zum Zwecke der Erzielung einer über die gesamte Höhe der Giessform gleichmässigen Kühlleistung das Kühlmittel im 40 Gegenstrom strömt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

660317 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines dickwandigen Behälters, insbes. eines Abschirmtransport- und Lagerbehälters für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente, aus sphärolithi-schem Gusseisen, wobei eine auf Giesstemperatur befindliche Gusseisenschmelze in den Formhohlraum einer aus einem Formkern sowie einem aus Formsand aufgebauten Formmantel bestehenden Giessform eingegossen und in der Giessform abgekühlt sowie zur Erstarrung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Giessform verwendet wird, die im Eormmantel und im Formkern eingebettete Kühlrohre aufweist, die an eine Kühlanlage angeschlossen sind, und durch aktive Kühlung in der Gusseisenschmelze formmantelseitig sowie formkernseitig früherstarrte Randschalen gebildet werden und dadurch ein Teil des Kristallisationsdruckes von dem Formmantel und dem Formkern abgehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Kühlung die Erstarrungszeit der Gusseisenschmelze um 80% reduziert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung bis zur Umwandlung Austenit, Perlit, Ferrit der Gusseisenschmelze geführt und danach abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung nach Durchfahren des genannten Umwandlungsbereiches wieder eingeschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Formkern aus Metall, z. B. Stahl oder Kupfer, gearbeitet wird.

6. Giessform zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die unter Verwendung einer Grundplatte, von Formkastenringen und einer Kernspindel aufgebaut ist und einen Formmantel aus Formsand sowie einen Formkern aus Formsand besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Formmantel (4) sowie der Formkern (5) Kühlrohre (9) aufweisen, die in den Formsand eingebettet sind, und dass die Kühlrohre (9) im formhohlraumseitigen Ober-flächenbereich vom Formmantel (4) und Formkern (5) angeordnet sind, und zwar mit einem maximalen Abstand von der Formmantel- bzw. Formkernoberfläche von 100 mm.