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Verwendung von ausgekleideten Kokillen für die Herstellung von rohrförmigen
Hohlkörpern aus Metall Bei der Herstellung von rohrförmigen Körpern aus Metall durch
Schleudergußkokillen ist es erforderlich, die Innenseite der Kokille mit einer Auskleidung
aus einem Stoff zu versehen, der die Kokille 1. vor allzu starker Erhitzung schützt;
2. die Innenseite der Kokille gegen Zerfressen und Angriff durch das geschmolzene
Metall bei dessen Eingießen in die Kokille schützt und 3. solche Erstarrungsbedingungen
an der Oberfläche des -Metalls schafft, daß kein Kaltfließen und keine Porenbildung
oder andere Oberflächenfehler entstehen.
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Bei der Herstellung von rohrförmigen Körpern aus Gußeisen muß ferner
die Auskleidung die Abkühlgeschwindigkeit des gegossenen Gegenstandes so weit herabsetzen,
daß dieser grau erstarrt und nicht weiß und spröde wird.
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Der Erfolg des Gießens von Rohren in warmen Kokillen hängt im wesentlichen
von der Beschaffenheit der Kokillenauskleidung ab.
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Bei jedem Gießvorgang, sei es in einer Sandform oder in einer Dauerform,
wird die Form mit einem Überzug aus einer Schwärze oder mit einer Auskleidung versehen,
insbesondere, damit das Gußstück eine einwandfreie Oberfläche und gute Eigenschaften
erhält, öfters auch, um die Form zu schützen.
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Für derartige Auskleidungen wurden bereits die verschiedensten Stoffe
verwendet und vorgeschlagen, die im wesentlichen entweder aus kohlenstoffhaltigen
Stoffen, wie Ruß, Graphit, Teer, oder aus feuerfesten mineralischen Stoffen, wie
feinzerkleinertem Quarz oder Schamotte, bestehen. Diese Stoffe wurden ge. gebenenfalls
mit Bindemitteln, wie Ton oder Bentonit, Aluminiumpulver oder Sulfitlauge, versetzt,
damit die Auskleidung genügend haltbar wird und an der Kokillenwandung genügend
haftet.
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Die Herstellung von langen rohrförmigen Körpern durch Schleudergießen
in Metallkokillen wird meist in wassergekühlten Kokillen nach dem Briede-de-Lavaud-Verfahren
oder verwandten Methoden durchgeführt. Bei diesen Verfahren ist die Kokille so kalt,
daß das Eisen beim Eingießen an der gekühlten Innenfläche der Kokille sehr schnell
erstarrt und sich stark abkühlt. Das Eisen wird hierbei vermittels einer langen
Gießrinne in die umlaufende Kokille eingegossen, wobei sich Kokille und Gießrinne
in der Längsrichtung gegeneinander bewegen. Beim Gießen von Gußeisenrohren ist die
Abkühlungsgeschwindigkeit des eingegossenen Eisens so groß, daß das Rohr nicht grau
und weich erstarrt, sondern hart und weiß wird und daher nach dem Gießen geglüht
werden muß, um weich zu werden. Auch in diesen wassergekühlten Kokillen hat man
versucht, Auskleidungen zu verwenden, teils um eine fehlerfreie Rohroberfläche zu
sichern, teils um schon durch das Gießen ein weiches Rohr zu erhalten. Als Auskleidungsmaterial
wurden z. B. mineralische Stoffe oder Metallpulver bzw. -späne vorgeschlagen, um
die Wärmeisolation zu verbessern, ferner Auskleidungen aus Stoffen, die in die Oberfläche
der Gußstücke einverleibt werden und auf dieser z. B. eine rauhe oder korrosionsfeste
Außenschicht bilden. Auch hat man schon Auskleidungen aus Asbest oder Kieselgur,
auch in Verbindung mit einer Anmacheflüssigkeit oder einem Bindemittel, vorgeschlagen.
Alle diese Vorschläge haben keine praktische Bedeutung gewonnen, so daß die Rohre
stets nachträglich geglüht werden mußten.
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Bei der Verwendung von warmen Kokillen wird das Eisen durch ein kurzes
Gießhorn in das eine Ende der umlaufenden Kokille eingegossen. Unter dem Einfluß
der Zentrifugalkraft verteilt es sich längs der Innenseite der Kokille. Hierbei
ist eine passende Auskleidung der Kokille unbedingt erforderlich, um ein technisch
befriedigendes Ergebnis zu sichern. Die Gründe hierfür sind folgende: 1. Wenn das
geschmolzene Eisen in das eine Ende der Kokille eingegossen wird, schlägt es auf
eine verhältnismäßig kleine Ringfläche der Innenseite auf, so daß hier der Angriff
des Eisens sehr stark ist und die Innenseite der Kokille gegen ein Zerfressen und
einen Angriff durch das geschmolzene Eisen geschützt werden muß.
2.
Auch eine warme Kokille übt einen kühlenden Einfluß auf das eingegtissene Eisen
aus, insbesondere bei der Herstellung von dünnwandigen Rohren, und daher ist eine
wärmeisolierende Auskleidung notwendig, um Oberflächenfehler in den Rohren zu vermeiden.
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3. Auch wenn eine warme Kokille an sich die Ab-
kühlungsgeschwindigkeit
des eingegossenen Eisens etwas herabsetzt, ist im praktischen Betrieb doch im allgemeinen
eine stark wärmeisolierende Auskleidung notwendig, um mit Sicherheit eine weiße
und harte Rohroberfläche zu vermeiden.
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4. In warmen Kokillen tritt keine schnelle Abkühlung der Rohre ein,
so daß die Rohre weniger schrumpfen und sich daher schwerer herausziehen lassen.
Infolgedessen muß die Auskleidung auch diese Schwierigkeiten beheben und als Gleitschicht
zwischen der Kokille und dem herauszuziehenden Rohr wirken.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, in warmen Schleudergießkokillen
einen zusammenhängenden dünnen isolierenden Überzug aus einem pulverförmigen feuerfesten
Stoff und einem Bindemittel zu verwenden, der in Form einer Suspension auf die Kokilleninnenfläche
aufgesprüht wird, wobei dieser Überzug auf seiner Innenfläche eine Vielzahl von
getrennten Erhebungen aufweisen soll, um das eingegossene Metall in die Drehbewegung
mitzunehmen und ein unkontrolliertes axiales Voreilen des Metalls zu verhindern.
Hierdurch soll unter Vermeidung von Nadellöchern und Kaltschweißen eine einwandfreie
Oberfläche der Schleudergußstücke gewährleistet werden. Als pulverförmiger feuerfester
Stoff verwendet man hierbei insbesondere Quarzmehl. Die verhältnismäßig harte Ausfütterung,
welche als Wärmeschutz die Verfestigung der Frontkante des geschmolzenen Metalls
hemmen soll, darf einerseits durch das eingegossene geschmolzene Metall nicht weggewaschen
werden und muß andererseits nach Beendigung des Gusses spröde werden, um die leichte
Entfernung der Gußstücke aus der Kokille zu ermöglichen.
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Mit Quarzmehl und ähnlichen pulverförmigen Stoffen hergestellte kompakte
Überzüge ergeben keine befriedigenden Ergebnisse. Wenn solche Überzüge genügend
wärmeisolierend wirken sollen, um beispielsweise das Hartwerden der Außenschicht
von gußeisernen Rohren zu verhindern, muß die Auskleidung verhältnismäßig dick sein.
In diesem Fall bleibt jedoch ein wesentlicher Teil der dicken Auskleidung unter
Klumpenbildung am Rohr haften und behindert ; dessen Herausziehen aus der Kokille.
Der restliche Teil bleibt verhältnismäßig fest in der Kokille haften und muß durch
besondere Maßnahmen entfernt werden, bevor eine neue Auskleidung aufgetragen werden
kann.
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Man hat schon versucht, in warmen Schleudergießkokillen Überzüge aus
Mischungen aus feinkörnigen, feuerfesten wärmeisolierenden Stoffen, z. B. Schamotte,
Graphite, Kieselgur, mit gleichfalls feinkörnigen, bei niedrigen Temperaturen flüssig
werdenden und dann festbrennenden Bettungsstoffen, wie Sulfitlauge, zuckerhaltigen
Trockenstoffen, Kolophonium oder Kunstharzen,- auf die über den Schmelzpunkt der
Bettungsstoffe erhitzte Kokillenwand aufzubringen, wobei die Bettungsstoffe auf
der Kokillenwand festbrennen und an ihr die feuerfesten wärmeisolierenden Stoffe
festhalten. Mit einer einzigen so aufgebrannten Masse ..soll eine ganze Anzahl von
Rohren in der so iüsgefütterteii- Kokille gegossen werden. -Auch diese Ausfütterungen
haben keine gute wärmeisolierende Wirkung, die im übrigen im Verlaufe des Gusses
von mehreren Rohren immer schlechter wird; ferner sind diese Ausfütterungen sehr
hart und neigen zum Abfallen in Schuppen, wodurch das Herausziehen der Rohre erschwert
wird und diese eine ungleichmäßige Oberfläche erhalten können. Weiterhin ist die
Entfernung der harten Ausfütterungsreste aus der Kokille schwierig, wenn die Ausfütterung
schließlich durch eine neue ersetzt werden soll.
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Die Untersuchungen bei dein Ausführen eines der schwierigsten Gießverfahren,
nämlich dem Schleudergießen von dünnwandigen Rohren aus Gußeisen in warmen Kokillen,
haben gezeigt, daß die wichtigsten Eigenschaften, die die Auskleidung besitzen muß,
um ihren Zweck ganz erfüllen zu können, die folgenden sind: Möglichst bestes Wärmeisolationsvermögen,
genügende Feuerfestigkeit, um die Einwirkung des eingegossenen Metalls aushalten
zu können, sowie genügende Widerstandsfähigkeit, um von dem flüssigen Metall nicht
weggespült zu werden, aber nach dem Guß muß eine solche lockere Beschaffenheit der
Auskleidung gegeben sein, daß sie leicht zerfällt, die Rohre leicht herausgezogen
werden können und die Auskleidung selbst durch Ausbürsten od. dgl. leicht entfernt
werden kann.
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Um allen diesen Anforderungen gleichzeitig gerecht zu werden, werden
erfindungsgemäß für die Erzeugung von rohrförmigen Hohlkörpern aus Metall, insbesondere
von gußeisernen, durchgehend grau erstarrenden Rohren nach dem Schleudergußverfahren,
Kokillen verwendet, die mit einer Auskleidungsmasse aus in sich porösen feinkörnigen
wärmeisolierenden Stoffen, z. B. Kieselgur, mit Ton oder Bentonit als Bindemittel
ausgekleidet sind.
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Kieselgur ist an sich als Auskleidungsstoff bekannt, aber nur in Kombination
finit solchen Bindemitteln, die die Masse dicht und hart machen, vornehmlichmitWasserglas.
AuchTon und Bentonit sind als Bindemittel für Auskleidungsstoffe an sich bekannt,
aber nicht zusammen mit Kieselgur und ähnlichen porösen Stoffen, sondern nur in
Kombination mit in sich nichtporösen feuerfesten Stoffen, vornehmlich mit Quarzmehl.
Es lag keineswegs nahe und war durchaus überraschend, daß ein in sich hochporöser
Stoff, wie Kieselgur, in Kombination gerade mit Ton oder Bentonit tatsächlich eine
Auskleidung ergibt, die allen oben angegebenen Erfordernissen gerecht wird.
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Das Mengenverhältnis des porösen, feinzerteilten, wärmeisolierenden
Auskleidungsstoffes zum Ton oder Bentonit wird derart gewählt, daß neben genügender
Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Angriff des geschmolzenen Metalls und neben hinreichender
Nachgiebigkeit zur leichten Entfernung der Gußstücke aus der Kokille sowie neben
besonders loser Beschaffenheit zum leichten Entfernen der Auskleidungsrückstände
aus der Kokille, z. B. durch Ausbürsten, der Wärmeabfluß aus gußeisernen Hohlkörpern,
wie Rohren, so stark anhaltend verzögert wird, daß diese keine weißen Randzonen
aufweisen. Eine mit Erfolg verwendete Auskleidung wird durch Mischen von etwa 50
bis 100 Volumteilen Kieselgur mit etwa 1 bis 5 Volumteilen Bentonit je 100 Volumteile
Wasser erhalten, beispielsweise etwa 70 Volumteile Kieselgur und 2,5 Volumteile
Bentonit je 100 Volumteile Wasser.
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Der in sich poröse feuerfeste Bestandteil der Auskleidungsmasse kann
-künstlich hergestellt werden; aber gute Stoffe- -dieser .Art sind auch in -der
Natur
in großen .Mengen als sogenannte Infusorienerden oder Ablagerungen
aus Diatomeenschalen, z. B. als Kieselgur, bekannt. Ein anderer geeigneter poröser
Stoff ist beispielsweise Trippel, obwohl Kieselgur zufolge seiner hohen Porosität
und seinem geringen Volumengewicht die besten Eigenschaften zu diesem Zweck hat.
Man kann auch gewisse Arten von Glimmer verwenden, die beim Erhitzen porös werden
und dadurch ein niedriges Volumengewicht erhalten.
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Der poröse Stoff mit dem Bindemittel zusammen wird in Wasser oder
in einer anderen Flüssigkeit gut zu einer haltbaren Flüssigkeitssuspension aufgesclilämint.
Das Auftragen auf die Innenseite der Kokille kann auf verschiedene Weise erfolgen.
Die Kokille muß dabei warm sein, jedenfalls gut über 100° C, so daß das Wasser beim
Auftragen der Suspension schnell verdampft.
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Das Auftragen erfolgt in an sich bekannter Weise vorteilhaft mit einer
Zerstäubungsspritze, die die Suspension in feinverteiltem Zustand über die Innenseite
der Kokille verbreitet, wobei die Spritzdüse an einer Stange befestigt wird und
durch diese Stange in dem Innenraum der Kokille hin und her bewegt wird, bis eine
Auskleidung passender Dicke erzeugt ist. Die Suspension wird fächerartig um die
Düse herum verbreitet, und zwar in einem größeren oder kleineren Winkel gegen die
Innenseite der Kokille, wobei die Innenseite einen guten und gleichmäßigen Belag
erhält. Bei Verwendung einer Spritzdüse, die eine gute Verbreitung der Suspension
herbeiführt, kann die Kokille während des Auftragens der Auskleidung feststehen,
aber es ist auch möglich, die Kokille dabei umlaufen zu lassen.
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Eine andere einfache Weise zum Auftragen der Auskleidung auf die Innenseite
einer rohrförmigen, etwa horizontal arbeitenden Schleudergießkokille besteht darin,
daß die Kokille in eine schnelle Drehbewegung versetzt wird, worauf in sie eine
Rinne hineingeschoben wird, die eine abgemessene Menge der Suspension der Auskleidungsmasse
enthält. Dann wird die Rinne umgekippt, so daß die offene Seite nach unten kommt,
und nun wird zufolge des schnellen Umlaufs der Kokille die Suspension gleichmäßig
über die warme Innenseite der Kokille verbreitet.
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Bei Verwendung der oben angegebenen Auskleidung ist nur eine ganz
dünne Auskleidungsschichtstärke erforderlich, um beispielsweise dünnwandige gußeiserne
Rohre mit durchgehend grauem Gefüge herzustellen, was mit anderen Auskleidungsstoffen
nicht zu erreichen ist. Die Rohre haben keinerlei weiße Randzonen, und der Werkstoff
ist von großer Dichte bei einwandfreier Oberfläche. Auch ist die Haltbarkeit derKokillen
um dasMehrfache größer als bei anderen Auskleidungsstoffen, und überdies ist der
Ausschuß bei den Erzeugnissen außerordentlich niedrig.