DE1084449B - Waermeentwickelnde, form- und haertbare Masse fuer Steiger und Trichter von Giessformen und fuer Blockkoepfe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung hat eine exotherme, form- und härtbare Masse zum Gegenstand, die dazu dient, beim Gießen von Metallen das flüssige Metall in den Steigern und »verlorenen Köpfen« der Gießformen und Blöcke aufzuheizen und lange flüssig zu halten.

Bekanntlich erfahren die flüssigen Metalle nach dem Gießen, also während der Erstarrung, eine Volumenverminderung oder Schrumpfung, die zum Teil sehr erheblich ist und beispielsweise beim Stahl etwa 8 bis 10% des Volumens in flüssigem Zustand beträgt. Durch diese Schrumpfung bilden sich an der Oberfläche der Gußstücke und Blöcke leicht Einfallstellen und im Innern des Gußstückes Schwindungshohlräume, welche die Gußstücke unbrauchbar machen. Zur Verhinderung der Bildung solcher Hohlräume und Einfallstellen werden bekanntlich auf die Gußstücke Steiger oder starke »verlorene Köpfe« aufgesetzt, aus denen flüssiges Metall in das darunterliegende Gußstück bis zur völligen Erstarrung desselben nachfließen kann. Damit die Steiger aber ihren Zweck erfüllen können, muß das Metall in ihnen länger flüssig bleiben als im Gußstück oder dem betreffenden Gußstückteil. Das ist aber nur möglich, wenn die Steiger starkwandiger sind als die darunterliegenden Partien des Gußstückes oder wenn das Metall in den Steigern durch besondere Maßnahmen, wie durch wiederholtes Nachgießen von heißem Metall oder durch künstliches Aufheizen, länger flüssig gehalten wird als das Gußstück. Die Steiger werden deshalb so bemessen, daß ihr Volumen das Volumen des Gußstückes häufig weit übersteigt. Mitunter beträgt das Gewicht der Steiger das Mehrfache des Guß Stückgewichtes. In Stahlgießereien kann, weil wegen der starken Schrumpfung besonders große Steiger notwendig sind, im allgemeinen nur mit einem Ausbringen an gutem Guß in Höhe von etwa 40 bis 50% des vergossenen Stahls gerechnet werden. Der Rest entfällt auf die Steiger. Die Gefahr, daß Schwindungshohlräume, Lunker entstehen, ist trotzdem noch sehr hoch. Ähnlich liegen die Verhältnisse beim Blockgießen. Dieses niedrige Ausbringen an gutem Guß und der hohe Anfall an Kreislaufmaterial in Form von Steigern und »verlorenen Köpfen« ist in der Gießerei unerwünscht.

Der Zweck der erfindungsgemäßen Masse ist, durch eine außerordentlich hohe Wärmeentwicklung beim Verbrennen das Metall in den Steigern so stark aufzuheizen, daß die Wirksamkeit der Steiger beträchtlich erhöht wird, und wesentlich kleiner bemessene Steiger ebenso lange oder länger flüssig bleiben als die bisher gebräuchlichen großen Steiger. Außerdem soll die Trichterheizmasse nach dem Ausbrennen eine Isolierschicht bilden, die das Metall in den Trichtern besonders lange flüssig hält. Hierzu wird die Masse Wärmeentwickelnde, form- und härtbare

Masse für Steiger und Trichter
von Gießformen und für Blockköpfe

Anmelder:

VEB Fachanstalt für Gießereiwesen,
ίο Dresden-A 27, Tharandter Landstr. 19

Michael Apfelböck, Dresden,

und Otto Quappe, Woltersdorf bei Luckenwalde,

sind als Erfinder genannt worden

entweder zu Hülsen geformt, die in die Steiger und Druckköpfe eingebaut werden, oder zu anderen, beliebig gestalteten Stücken, wie Platten, rechteckigen oder trapezförmigen Streifen und ähnlichen Formstücken verarbeitet, die in geeigneter Form in den Steigern befestigt werden, so daß sie beim Verbrennen das flüssige Metall entweder von der Wand des Steigers her oder in der Mitte der Metallsäule selbst kräftig aufheizen können. Bei kleineren Steigern und beim Blockguß wird die Trichterheizmasse einfach lose auf das flüssige Metall im Steiger oder in der Haube aufgestreut und heizt auf diese Weise von oben her auf. Die Temperatur des in den Steigern bzw. in den eingebauten Hülsen hochsteigenden Metalls bringt nun zunächst ein Zündmittel zur Wirkung, das seinerseits wieder die eigentliche Heizmasse zum Brennen bringt. Die enorme Wärmeentwicklung erhöht dabei die Temperatur des flüssigen Metalls um 100 bis 300° C, so daß die Steiger bedeutend kleiner und die Blockköpfe niedriger gehalten werden können; vielfach genügen schon Steiger im Querschnitt und Gewicht von nur 15 bis 25% der bisher notwendig gewesenen Steiger. Die Verwendung derartiger, auf aluminothermischer Reaktion beruhender Heizmassen ist in den Gießereien schon seit einiger Zeit bekannt.

Den bisher verwendeten exothermen Massen hafteten aber wesentliche Mängel an, die ihre Verwendung einschränkten oder sie auf die Dauer überhaupt unmöglich machten.

Zum Beispiel war schon im Jahre 1902 die Ver-

So wendung eines bekannten, aus Aluminium und Eisenoxyd bestehenden Heizgemisches zum Warmhalten von Steigern und Trichtern vorgeschlagen worden, wobei das Aluminium durch andere Metalle, wie Magnesium, Kalzium Strontium, .Barium, oder das

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Metalloid Silizium und.. da^Eisenoxyd durch andere solche _wärmebindende Formstoffe eine gute Bildsam-Sauerstoffverbindungen, wie z. B. Mangandioxyd, keit und eine ausgezeichnete Grünstandfestigkeit und Bariumsuperoxyd, Chlorate, Perchlorate, ersetzt Trockenfestigkeit der aus der Masse hergestellten werden konnte. Diese exotherme Masse wurde dann Formstücke erreicht wird.

mit besonderen Zündkirschen von fast .explosiver 5 Eine unbedingte Voraussetzung für die Brauchbar-Wirkung zur "Entzündung" gebracht. Die Heizwirkung keit der H'eizmasse ist die Regulierbarkeit der dieser Masse war zwar sehr gut, die Verbrennung Entzündungsgeschwindigkeit in Abstimmung auf die ließ sich aber nicht steuern und erfolgte spontan, so Temperaturen der verschiedenen flüssigen Metalle; daß dadurch eine starke" Beunruhigung des flüssigen ferner ein ruhiger, langandauernder Ablauf, der VerMetalls in den Steigern eintrat und Metall aus den io brennung der Heizmasse und infolgedessen eine lange Steigern herausgeschleudert wurde. Der Gasdruck Aufheizzeit. Durch die Verwendung eines besonderen wurde zum Teil so hoch, daß sogar der Oberkasten Zündmittels, das aus einem Sulfat eines Alkali- oder der Form angehoben wurde. - Erdalkalimetalls besteht, wobei sich besonders

In den letzten Jahren sind weitere exotherme Bariumsulfat als das bes.tgeeignete Mittel erwiesen Massen bekanntgeworden, die auf der Basis der 15 hat, weil Bariumsulfat den für die Auslösung der schon von früher bekannten" exothermen Masse ent- exothermen Reaktion erforderlichen Sauerstoff nicht wickelt worden sind, jedoch mit dem Unterschied, daß momentan, sondern in zwei Stufen nacheinander abbewußt eine unvollständige Verbrennung des Alu- gibt, läßt sich Entzündung und Brenndauer besonders miniums durch Verwendung von nur geringen gut regeln. Die Verwendung von Bariumsulfat als Mengen Sauerstoffträgern herbeigeführt wurde, um 20 Zündmittel für exotherme Heizmassen ist völlig neueinen ruhigen Ablauf des Verbrennungsprozesses und , artig und bisher nicht bekannt gewesen. An Stelle ein ruhiges Gießen zu gewährleisten. Dabei mußte von Bariumsulfat eignen sich auch andere Sulfate der allerdings auch auf einen großen Teil der Heiz- Alkali- und Erdalkalimetalle, und zwar sowohl wirkung verzichtet werden, die bei vollständiger Ver- einzeln als auch im Gemisch miteinander,
brennung des Aluminiums erreicht worden wäre. Zur 25 Bedingung für die erste Stufe.der Sauerstoffabgabe Einleitung der Reaktion werden bei diesen exothermen .des Bariumsulfats bei verhältnismäßig niedrigen Massen Halogenverbindungen, insbesondere Fluoride Temperaturen ist die Anwesenheit von Kohlenstoff in der Alkalimetalle in verschiedener Form verwendet. geeigneter Art und Körnung. Leicht entzündliche Die in den Stahlgießereien und Stahlwerken zur Kohlepulver, wie Holzkohlenstaub, Steinkohlen- oder Behandlung des flüssigen Metalls in den Steigern und 30 Braunkohlenstaub, erwiesen sich als ungeeignet, weil Blockköpfen verwendeten Lunkerverhütungspulver . die Entzündung zu schnell erfolgt. Als am besten bestehen meist aus gemahlener Kohle, Koks, Elek- geeignet wurde der schwer entzündliche Koks getrodenkohle, Aluminiumasche, Ton und anderen funden, und zwar nur in den Korngrößen von 0,1 bis inerten Stoffen, um die Wärmeabstrahlung auf der 4 mm. Feinerer Koks beschleunigt die Entzündung Oberfläche des Metalls zu vermindern und durch eine 35 und Verbrennung zu sehr, gröberer Koks verlangsamt gewisse Wärmeentwicklung beim Verglimmen der oder verhindert die Entzündung. Zur Regulierung der Kohlepulver einen Teil der S trahlungsVerluste aus- Entzündungsgeschwindigkeit nimmt man für Metalle zugleichen. Wenn diese Lunkerverhütungspulver auch mit niedrigen Gießtemperaturen, wie z. B. Aluminium zur Bekämpfung der Lunker zweifellos von einem oder Messing, mehr Bariumsulfat und feineren Koks gewissen Wert sind, so können sie keinesfalls weder 40 innerhalb der angegebenen Grenzen von 0,1 bis 4 mm. in der Wirkung noch in der Zusammensetzung mit Für Stahl und Metalle mit hohen Temperaturen wird hochexothermen Aufheizmitteln verglichen werden, die Entzündung der Heizmasse durch geringere da ihre Wärmeentwicklung viel zu gering ist, um das Mengen von Bariumsulfat und Zusatz von Koksgrus vergossene Metall spürbar aufzuheizen und die Ver- in gröberer Körnung, aber nicht größer als 4 mm, wendung kleinerer Steiger und Blockköpfe zu er- 45 reguliert.

möglichen. Die genannte Korngrößenstufung von Koks hat

Von allen diesen schon bekannten Heizmassen und sich auch als Voraussetzung für einen ruhigen Ablauf Lunkerverhütungspulvern unterscheidet sich die der Verbrennung erwiesen, weil bei diesem verhältnisexotherme Heizmasse gemäß der Erfindung wesent- mäßig groben Koks eine enorme Gadurchlässigkeit Hch und stellt gegenüber ähnlichen bekannten Er- 50 von 3 bis 400 cm³/min erreicht wird, so daß die Verzeugnissen einen bedeutenden technischen Fort- brennungsgase trotz des durch die hohe Temperatur schritt dar. der brennenden Heizmaße bedingten Gasdrucks voll-

Die exotherme Masse gemäß der Erfindung besteht kommen ruhig aus der porösen Heizmasse entweichen aus der eigentlichen Heizmasse, einer Mischung von können, ohne das gegossene Metall unruhig zu Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen in Form von 55 machen.

Staub, Pulver, Grieß oder feinen Spänen und einem Daneben ist auch die Korngrößenstufung des

zur vollständigen Oxydation des Aluminiums erfor- Aluminiums wichtig für die Gasdurchlässigkeit der derlichen Oxydationsmittel, insbesondere Eisenoxyd Masse und den ruhigen Verlauf des Oxydationsin Form von gemahlenem Hammerschlag oder Walz- prozesses. Feiner Aluminiumstaub unter 0,06 mm sinter, ferner aus einem Zündmittel zur Einleitung 60 würde zu einer viel zu schnellen Entzündung führen, der Verbrennung der Heizmasse, welches dadurch ge- während Späne mit mehr als 3 mm Durchmesser sich kennzeichnet ist, daß es aus einem Sulfat eines Alkali- nur schwer und zögernd entzünden, so daß in vielen oder Erdalkalimetalls und aus Koksgrus in einer Fällen die Entzündung zu spät eintreten würde,
genau festgelegten Korngrößenstufung besteht. Durch weitestgehende Verwendung billiger, fast

Um eine größtmöglichste Hitzeentwicklung zu er- 65 wertloser Abfallstoffe, wie Schleif- und Feilspäne von reichen, ist auf die in anderen Heizmassen regel- Aluminium aus den Putzereien der Gießereien, von mäßig vorkommenden inerten Materialien, wie Quarz- Walzsinter oder Hammerschlag, Koksabrieb, einem sand, gekörnte Schamotte usw., verzichtet worden, billigen Zündmittel, wird die Verwendung der zumal durch eine ausreichende Menge geeigneter erfindungsgemäßen Masse in größtem Umfang erBindemittel, wie Dextrin. und Bentonit, auch ohne 70 möglicht und wirtschaftlich.

Claims (1)

1. 5 6

   Die Heizmasse wird meist in Form von Form- Patentansprüchestücken, wie Hülsen, Ringen, Segmenten, Platten

   usw., angewendet, was durch den geeigneten Binde- 1. Wärmeentwickelnde, form- und härtbare mittelzusatz ohne Schwierigkeit möglicht ist. Bei Masse für Trichter und Steiger von Gießformen sehr großen Steigern oder bei Blockköpfen und in 5 und für Blockköpfe, die aus einer Heizmasse, die Sonderfällen wird die Heizmasse als Aufstreupulver aus einer Mischung von Aluminium oder Aluin ausreichender Stärke mit oder ohne einer darüber- miniumlegierungen und einer zur vollständigen liegenden Isolierschicht aus Koksmehl, Sand u. dgl. Oxydation des Aluminiums erforderlichen Menge verwendet. eines Oxydationsmittels, insbesondere Eisenoxyd, Die besonderen Vorzüge und charakteristischen io besteht, sowie einem Zündmittel und einem Binde-Merkmale der Heizmasse gemäß der Erfindung mittel zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, gegenüber den früher bekannten Heizmassen und daß das Zündmittel aus einer Mischung eines Lunkerverhütungspulvern sind: Sulfats eines Alkali- oder Erdalkalimetalls und Erhöhte Heizwirkung durch vollkommene Ver- Koksgrus besteht.

   brennung und Wegfall aller wärmebindenden 15 2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekenninerten Zusätze, zeichnet, daß das Zündmittel als Sulfat Bariumeine regulierbare Entzündungsgeschwindigkeit bei sulfat enthält.

   verschiedenen Metalltemperaturen durch Gebrauch 3. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekenneines neuartigen Zündmittels in Form von Barium- zeichnet, daß das Zündmittel als Sulfat eine sulfat oder anderen Sulfaten der Alkali- und Erd- 20 Mischung von Sulfaten der Alkali- und Erdalkalialkalimetalle einzeln oder im Gemisch miteinander, metalle enthält, die 7 bis 20 Gewichtsprozent der in Zusammenwirken mit Koksgrus von 0,1 bis Masse beträgt.

   4 mm, 4. Masse nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch ein völlig ruhiger, lang andauernder Verlauf der gekennzeichnet, daß das Aluminium in Form von exothermen Reaktion durch die hohe Gasdurch- 25 Schleif- und Feilspänen in einer stark Schwankenlässigkeit der Masse als Wirkung einer ganz den Korngrößenstufung von etwa 0,06 bis etwa genau bestimmten Korngrößenstufung richtig aus- 3 mm, das Eisenoxyd in Form von gemahlenem gewählter Rohstoffe, Hammerschlag oder Walzsinter, der Koksgrus in gute Formbarkeit und einer Korngrößenstufung von 0,1 bis 4 mm vorhöchste Wirtschaftlichkeit. 30 Hegt.

   Eine exotherme Masse gemäß der Erfindung besitzt 5. Masse nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4,

   beispielsweise nachstehende Zusammensetzung: dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 5 % Dextrin

   Aluminiumspäne oder Bentonit als Bindemittel enthält.

   Schleifspäne, Feilspäne mit einer 6 Masse nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekenn-

   Korngröße von etwa 0,06 bis ³⁵ zeichnet durch folgende Zusammensetzung: 18 bis

   3 _mm 18bis3O°/o 30% Aluminiumspäne mit den Korngrößen von

   0,06 bis 3 mm, 45 bis 65 % Eisenoxyd in Form

   Eisenoxyd _von Walzsinter oder Hammerschlag, 7 bis 20%

   Hammerschlag oder Walzsinter 45 bis 65% Bariumsulfat, 5 bis 15% Koksgrus, 2 bis 5%

   Bariumsulfat 4o Bindemittel.

   Schwerspat 7 bis 20%

   _v , In Betracht gezogene Druckschriften:

   Koksgrus .... C₁,- fen/ Deutsche Patentschriften Nr. 159 757, 213 510;

   Korngroße Ibis4mm 5 bis 15% Ullmann, Enzyklopädie der techn. Chemie, 1928,

   Bindemittel 45 S. 319;

   Dextrin, Bentonit od. dgl 2 bis 5% Römpp, Chemielexikon, 2. Auflage, Bd. I, S. 177.

   © 009 548/373 6.60