CH660317A5

CH660317A5 - METHOD FOR PRODUCING A THICK-WALLED CONTAINER FROM SPHAEROLITHIC CAST IRON, AND A CAST MOLD SUITABLE FOR THE METHOD.

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; GB2099341B; DE3120221A1; BE893222A; DE3120221C2; FR2506191B1; FR2506191A1

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. The invention relates to a method for producing a thick-walled spherulitic cast iron container, i. H. Spheroidal graphite cast iron, wherein a cast iron melt at the casting temperature is poured into the mold cavity of a mold consisting of a mold core and a mold shell made of molding sand, and is cooled in the mold and solidified. The invention further relates to a casting mold for performing such a method. - Dickwandig means within the scope of the invention wall thicknesses of z. B. 200 to 600 mm and more, in containers that can have a height of several meters, as they are mainly used as a shielding transport and storage container for irradiated nuclear reactor fuel elements.

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. In the context of the measures known (from practice), casting molds are used which are constructed in a classic manner from molding sand and molding sand binder. The cooling of the cast iron melt in the casting mold to the demolding temperature takes place through heat exchange with the environment, and consequently slowly. The casting mold has to absorb considerable stress and sometimes loses the required strength, depending on the molding sand binder used. The stresses result mainly from the so-called crystallization pressure: It must be assumed that when the cast iron melt cools down from around 1340 ° C, more expansion takes place than can be absorbed by the shrinkage. This is based on the spheroidal graphite precipitation typical of spherulitic cast iron. The resulting positive pressure can then deform the mold at a lower temperature. This applies in particular to the molded jacket. The deformation is harmful and affects essential properties of the container.

Auch besteht die Gefahr, dass die Schmelze Sand aufnimmt. There is also a risk that the melt will absorb sand.

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. The invention has for its object to perform the generic method so that disruptive shape deformations are avoided. The invention is also based on the object of specifying a casting mold which is particularly suitable for this method.

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. To achieve this object, the invention teaches that a casting mold is used which has cooling tubes embedded in the mold jacket and in the mold core, which are connected to a cooling system, and which are formed by active cooling in the cast iron melt on the mold shell side and on the mold core side, and thereby part of the Crystallization pressure is prevented from the mold shell and the mold core. For completely different purposes, namely to accelerate the solidification process for metallurgical or economic reasons and to protect permanent molds, it is known to cool the mold shell of metallic molds, in particular the mold shell of molds, and also by means of pipelines embedded in the mold wall (DE -PS 425 132, DE-PS 725 674), as well as in collisions, which are constructed from an inner steel jacket, a surrounding cooling jacket with inserted cooling coils and filled sand (DE-PS 855 151). It is also known to surround a metal mold on the outside with a compressible cooling mold, which consists of highly heat-conducting material and has a number of cooling channels running in the longitudinal and transverse directions (DE-PS 2317151). When casting rolls, it has already been proposed (US Pat. No. 2,173,955) to carry out cooling from the roll axis. All of this did not contribute to the problems described at the beginning of avoiding the disruptive shape deformations of the sand mold in the generic method.

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 In the method according to the invention, the cooling will usually be switched on after the cast iron melt has been poured in. Under certain circumstances, however, it is also possible to start cooling when the cast iron melt is poured into the mold cavity and consequently switch on the cooling beforehand. In any case, the invention works with active cooling, which can be set up within the usual thermodynamic conditions for heat exchange without difficulty in such a way that disruptive shape deformations no longer occur, because the active cooling in the cast iron melt on the mold shell side and on the mold core side forms previously rigid edge shells, and thereby part of the crystallization pressure is kept away from the mold shell and the mold core. Within the scope of the invention, any liquid or gaseous coolant can be used, the temperature of which is set in the cooling system or refrigeration system in such a way as is necessary to achieve the effect described. Cooling can significantly reduce the solidification time of the cast iron melt from the casting temperature to the demolding temperature. In general, the cooling will only lead to the transformation of austenite, pearlite, ferrite and the cast iron melt

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

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3 3rd

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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. then switch off. The cooling can then be switched on again after passing through the conversion area. In general, one will work within the scope of the invention with casting molds in which both the mold jacket and the mold core are made of molding sand. But there is also the possibility of using a metal core, e.g. B. steel or copper to work.

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. The invention also relates to a casting mold for carrying out the method described, which is constructed using a base plate, mold box rings and a core spindle, and has a mold shell made of molding sand and a mold core made of molding sand. The casting mold is characterized in that the mold jacket and the mold core have cooling tubes which are embedded in the molding sand and that the cooling rings are arranged in the surface area of the mold jacket and mold core on the cavity side, with a maximum distance from the mold jacket or mold core surface of 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 The advantages achieved can be seen in that disruptive shape deformations are avoided. The fact that during the cooling time the binder in the molding sand can only burn in the areas that lie in front of the cooling pipes towards the mold cavity, the strength is retained. This helps to avoid disruptive shape deformations. There are no or only insignificant strains. In addition, the casting mold is relieved of the crystallization pressure. Moreover, the invention allows the much cheaper quartz sand to be used as molding sand instead of complex chrome ore sand. The invention also achieves advantages in terms of metallurgy. This prevents graphite degeneration, which improves the values for elongation and impact strength. Increases in trace elements are also avoided. Spheroidal graphite is produced in the form of a very large number of small spherulites, which improves tensile strength, yield strength, elongation, impact strength and modulus of elasticity. By accelerating the cooling down to the transformation austenite, pearlite, ferrite it is achieved that

Gefüge ferritisch erstarrt, so dass eine ferritisierende Glühung entfallen kann. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass speiserlos gegossen werden kann. Structure solidifies ferritically, so that ferritizing annealing can be omitted. A particular advantage of the invention is that it can be cast without feeder.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich 5 ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung In the following, the invention will be explained in more detail with reference to a drawing which shows only one exemplary embodiment. They show a schematic representation

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine Giessform zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, 1 shows a longitudinal section of a casting mold for carrying out the method according to the invention,

10 Fig. 2 den vergrösserten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1 und 10 shows the enlarged detail A from the object according to FIGS. 1 and

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung B — B durch den Gegenstand nach Fig. 1. 3 shows a section in the direction B - B through the object according to 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. 15 The casting mold shown in the figures is constructed using a base plate 1 of mold box rings 2 and a core spindle 3. It has a molding jacket 4 made of molding sand and a molding core 5 made of molding sand. The cast iron melt is poured in via a pouring basin 6 and flows through the pouring tubes 7 to the lowest point of the mold cavity 8. The mold cavity 8 thus fills from bottom to top during casting.

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. Cooling tubes 25 9, which are embedded in the molding sand, are arranged in the molding jacket 4 and in the molding core 5. They can be connected to a cooling system, not shown. Esp. From FIG. 2 it can be seen that the cooling tubes 9 are arranged in the surface area of the mold jacket 4 and mold core 5 on the mold cavity side, with a maximum distance of 30 mm from the mold jacket or mold core surface of 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. In the exemplary embodiment, the cooling tubes 9 run in the vertical direction. They can be guided in a serpentine shape and / or connected to distribution pipes. It is within the scope of the invention 35 to work with cooling tubes 9 which are helically guided. In addition, it is also possible to work with a plurality of cooling pipe systems in which the coolant flows in countercurrent in order to achieve a cooling capacity which is uniform over the entire height of the casting mold.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

660317 PATENT CLAIMS

1. A process for producing a thick-walled container, in particular a shielding transport and storage container for irradiated nuclear reactor fuel assemblies, from spherulitic cast iron, wherein a cast iron melt at the casting temperature is poured into the mold cavity of a casting mold consisting of a mold core and a mold shell constructed from molding sand and cooled in the casting mold and brought to solidification, characterized in that a casting mold is used which has cooling tubes embedded in the form shell and in the mold core, which are connected to a cooling system, and which are formed by active cooling in the cast iron melt on the mold shell side and on the mold core side, previously solidified edge shells and thereby part of the crystallization pressure is kept away from the mold shell and the mold core.

2. The method according to claim 1, characterized in that the solidification time of the cast iron melt is reduced by 80% by the cooling.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the cooling is carried out until the austenite, pearlite, ferrite of the cast iron melt is converted and then switched off.

4. The method according to claim 3, characterized in that the cooling is switched on again after passing through said conversion area.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that with a mold core made of metal, for. B. steel or copper.

6. Casting mold for carrying out the method according to one of claims 1 to 4, which is constructed using a base plate, mold box rings and a core spindle and has a molding jacket made of molding sand and a molding core made of molding sand, characterized in that the molding jacket (4) and the mold core (5) has cooling tubes (9) which are embedded in the molding sand, and that the cooling tubes (9) are arranged in the surface area of the mold cavity (4) and mold core (5) on the mold cavity side, with a maximum distance of the mold jacket or mold core surface of 100 mm.