DE1094411B

DE1094411B - Massekopf, Lunkerpulver od. dgl. und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE1094411B
Application number: DEN12086A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Papperitz
Original assignee: NORDISCHES ERZKONTOR GES MIT B
Current assignee: NORDISCHES ERZKONTOR GES MIT B
Priority date: 1956-04-11
Filing date: 1956-04-11
Publication date: 1960-12-08

Description

DEUTSCHES

Beim Gießen ist man bemüht, einen Teil des vergossenen Metalls im oberen Teil der Gießform bzw. im Kopf des Blockes möglichst lange flüssig zu halten, damit das flüssige Metall den durch die Schwindung hervorgerufenen Hohlraum wieder ausfüllen kann. Dadurch soll die durch die Schwindung des abkühlenden und erstarrenden Metalls bedingte Lunkerbildung gering gehalten werden bzw. soll der Lunker eine derartige Form erhalten, daß er bei der Verwendung des Gußstückes möglichst nicht schadet.

Es ist bekannt, die Gußoberfläche mit einem wärmedämmenden und gegebenenfalls auch wärmeentwickelnden sogenannten Lunkerpulver abzudecken. Dadurch wird die Wärmeabgabe nach oben, insbesondere die Wärmeabstrahlung und die Wärmeabgabe an die Luft verringert.

Es ist weiterhin bekannt, den seitlichen Wärmeübergang aus dem warm zu haltenden Teil des Gußstückes bzw. aus dem Blockkopf an die Gießform oder Kokillen durch Verwendung wärmedämmender und gegebenenfalls auch wärmeentwickelnder seitlicher Abdeckungen zu vermindern oder auszugleichen. Als Abdeckungen werden Formstücke, wie Ringe, Platten od. dgl., verwendet, die auch als Massekopf bezeichnet werden. Beim Gießen von Walz- oder Schmiedeblocken werden Masseköpfe aus Schamotte oder sonstigem feuerfestem Material verwendet. Derartige Masseköpfe können für mehrere Abgüsse verwendet werden.

Es sind weiterhin Masseköpfe vorgeschlagen worden, die aus einem brennbaren Material bestehen, wobei durch das heiße, flüssige Metall die Verbrennung ausgelöst wird. Beim Verbrennen dieser Masseköpfe wird zusätzlich Wärme entwickelt. Der Massekopf wird verbraucht und ist nur für einen Guß verwendbar.

Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, für Masseköpfe Thermitmischungen zu verwenden, die neben Aluminium, Silicium und anderen Zusätzen ein Schwermetalloxyd, wie Eisenoxyd oder Braunstein oder Mischungen derselben, enthalten, wobei in bekannter Weise nach Zündung des Gemisches ein Sauerstoffaustausch stattfindet. Derartig hochexotherme Mischungen ergeben zwar eine gute Überhitzung des flüssigen Metalls, jedoch verläuft die Reaktion verhältnismäßig zu schnell und insbesondere bei größeren Gußstücken viel schneller, als die Abkühlungs- und Schwindungszeit dauert. Der Wärmeverlust des letzten Abschnittes des Schwindungsvorganges wird dann nicht mehr ausgeglichen. Die entstehenden Schlacken haben eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit. Außerdem sind die bekannten Materialien verhältnismäßig teuer.

Diebereits genannten wärmedämmenden und wärmeentwickelnden Masseköpfe und Lunkerpulver aus brennbaren Stoffen haben gegenüber Schamotte in be-Massekopf, Lunkerpulver od. dgl.
und Verfahren zur Herstellung derselben

Anmelder:

Nordisches Erzkontor

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

Lübeck, Beckergrube 38

Dipl.-Ing. Walter Papperitz, Lübeck,
ist als Erfinder genannt worden

stimmten Fällen den Vorteil, daß ihre Wirkung länger anhält. Nachteilig ist bei derartigen Masseköpfen, daß die Wärmeentwicklung durch Verbrennung erst einsetzt, nachdem der Massekopf, die Abdeckschicht od. dgl. praktisch in voller Stärke durch das flüssige, heiße Metall auf die Verbrennungstemperatur erhitzt wurde. Dadurch wird dem flüssigen Metall zu viel Wärme entzogen, so daß die Gefahr besteht, daß das Material schon kurze Zeit nach dem Guß in den Randschichten erstarrt.

Es sind bereits Lunkerpulver zur Verhütung der Bildung von Lunkern, insbesondere für Blockguß und Stahlformguß bekannt, die auf die flüssige Stahlschmelze aufgestreut werden und die aus feingemahlenem Kohlenstoff bestehen, der so mit dem Stahl reagiert, daß die Schmelze im Trichter bzw. Steiger später erstarrt. Dabei ist auch bekannt, das Lunkerpulver aus Braunkohlenpechkoks, Koks, Elektrodenkohle od. dgl. herzustellen. Die Verwendung derartiger Lunkerpulver hat zunächst die oben bereits beschriebenen Nachteile. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die oberste Schicht des Stahles in unerwünschtem Maße aufgekohlt wird. Infolge der dadurch hervorgerufenen Senkung des Schmelzpunktes ergibt sich der weitere Nachteil, daß der flüssige, aufgekohlte Stahl insbesondere in den beim Abkühlen seitlich des Blockes frei werdenden Raum eindringt, so daß sich Ungleichmäßigkeiten in der Zusammensetzung und Ausschuß verursachende Oberflächenfehler ergeben.

Schließlich ist noch ein Lunkerverhütungsmittel zum Aufstreuen auf flüssige Stahlblöcke bekannt, das über die Hälfte aus Kieselsäure, zu einem wesentlichen Bestandteil aus Kohlenstoff und zu einem geringeren Anteil aus Alkali besteht. Ein derartiges Mittel kann aus einem Gemenge von kieselhaltigem

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Sand, Holzsägespänen und kaustischem Alkali bestehen. Dieses Material kann noch andere Bestandteile enthalten. Dieses Lunkerverhütungsmittel wird in der Weise angewandt, daß es auf den Kopf des flüssigen Stahlblockes geschaufelt wird. Dabei bildet sich eine sehr flüssige Schlacke, die die Wärmeverluste durch Abstrahlung verhindert. Die Schlacke schwimmt auf der Oberfläche des Stahlblockkopfes, ohne daß in diesem irgendwelche Einschlüsse gebildet werden. An Stelle der Holzsägespäne kann auch Holzkohle oder gepulverte Steinkohle bzw. Braunkohle benutzt werden. Diese Lunkerpulver haben ebenfalls die oben beschriebenen Nachteile, daß durch sie dem flüssigen Metall zu viel Wärme entzogen .wird, so daß die Gefahr des zu schnellen Erstarrens des Gußmaterials nach dem Guß besteht. Außerdem haben diese Lunkerpulver den Nachteil, daß sie praktisch keine Wärme entwickeln.

Es ist weiterhin eine hitzeentwickelnde, formbare und erhärtbare Masse bekannt, die als Lunkerverhütungsmittel verwendet wird und die mindestens 16% Aluminium und andere verbrennbare Bestandteile wie Koksgrus und ein oder mehrere Oxydationsmittel sowie ein Zündmittel zur Einleitung der Reaktion zwischen dem Aluminium und anderen brennbaren Bestandteilen und den Sauerstoffträgern enthält. Dabei ist der Gehalt an den Sauerstoffträgern so bemessen, daß durch den aus diesen frei werdenden Sauerstoff das Aluminium und die anderen brennbaren Bestandteile vollständig verbrannt werden können. Als Zündmittel dient eine Mischung, die Magnesium oder magnesiumhaltige Legierungen mit mindestens 90% Magnesium enthält. Als Sauerstoffträger wird dabei Nitrat verwandt. Die bekannten Mittel zeichnen sich durch eine außerordentlich starke Wärmeentwicklung aus, die darauf zurückzuführen ist, daß die üblicherweise verwendeten wärmeabsorbierenden Mittel, wie Ton, Quarzsand od. dgl., nicht verwendet werden. Der Koksgruszusatz soll zur Regelung der Verbrennungsgeschwindigkeit und zur Erleichterung der Gasabfuhr dienen. Diese Mittel haben den bereits oben beschriebenen Nachteil, daß sie zunächst eine starke Überhitzung des flüssigen Metalls ergeben, daß jedoch die Reaktion schneller verläuft, als die Abkühlungs- und Schwindungszeit des Gußstückes dauert, so daß gerade der Wärmeverlust am Ende des Schwindungsvorganges nicht mehr ausgeglichen wird. Außerdem werden die genannten Materialien teuer. Schließlich tritt bei diesen bekannten Lunkerverhütungsmitteln, durch die sehr hohe Temperaturen erreicht werden, noch ein weiterer Nachteil der aluminothermischen Mittel besonders hervor, daß der Stahl im überhitzten Gußkopf Veränderungen in seiner Zusammensetzung erfahren kann.

Die Erfindung erstrebt, die Nachteile der bekannten Lunkerpulver od. dgl. zu vermeiden, die aus brennbaren, kohlenstoffhaltigen Materialien bestehen. Die Erfindung besteht darin, daß als brennbares Material allein kohlenstoffhaltige Stoffe dienen, auf die die Verbrennung unterstützende Beimengungen vorzugsweise in feiner Verteilung niedergeschlagen sind. Dadurch wird einmal erreicht, daß die Wärmeentwicklung in der Wärmeschutzmasse, wie Massekopf, Lunkerpulver od. dgl., schon während des Vollgießens der Gießform bzw. unmittelbar danach einsetzt. Die Zündung bzw. Verbrennung kann dabei schon durch die Wärmestrahlung des aufsteigenden flüssigen Metalls eingeleitet werden, wird aber zumindest unmittelbar nach der Berührung der Wärmeschutzmasse mit dem flüssigen Material ausgelöst.

Durch die Erfindung wird im Gegensatz zu den aluminothermischen Massen weiterhin der Vorteil erzielt, daß die Wärmeentwicklung, die nur der Deckung der unvermeidlichen Verluste dienen soll, bis zum Ende des Gußvorganges anhält. Außerdem werden Veränderungen in der Zusammensetzung des im Gußkopf vorhandenen Stahles mit Sicherheit vermieden.

Die die Verbrennung unterstützenden Beimengungen richten sich nach der Art des Materials, aus dem der Massekopf besteht. Die Beimengungen können einmal aus vorzugsweise in feiner Verteilung niedergeschlagenen Verbrennungskatalysatoren bestehen. Dabei kann das brennbare kohlenstoffhaltige Material Braunstein in feiner Verteilung enthalten. Durch die Anwesenheit von Verbrennungskatalysatoren wird der Verbrennungsvorgang so beschleunigt, daß er in der gewünschten Art und Weise einsetzt und unterhalten wird.

, Das brennbare kohlenstoffhaltige Material kann an Stelle von Verbrennungskatalysatoren oder auch zusätzlich Oxydationsmittel enthalten. Deren Zusatz ist so zu bemessen, daß die Verbrennung genügend langsam verläuft und daß der Zusammenhalt des Massekopfes, der Abdeckschicht od. dgl. beispielsweise durch eine Verschlackung nicht zerstört wird. Der Gehalt an Oxydationsmitteln soll nicht so groß sein, daß die Verbrennungsreaktion unter Verpuffungserscheinungen oder durch eine Zerstörung des Massekopfes verläuft. Es hat sich gezeigt, daß schon mit einem sehr geringen Zusatz sauerstoffabgebender Chemikalien der gewünschte Erfolg erzielt werden kann.

Zweckmäßig enthält der Massekopf eine Mischung von Materialien, die unterschiedlich leicht verbrennen. Dann kann es zweckmäßig sein, daß der am leichtesten verbrennbare kohlenstoffhaltige Bestandteil in inniger Mischung mit dem Oxydationsmittel bzw. Katalysator vorliegt. Dabei können als leicht verbrennbarer Bestandteil Säge-, Fräs- oder Hobelspäne dienen. Weiterhin können auch als leicht brennbares Material Rußkohle- oder Rotkohlekörner dienen.

Wenn der Massekopf aus einem einzigen kohlenstoffhaltigen, körnigen Stoff besteht, so kann es auch zweckmäßig sein, zunächst nur einen Teil dieses Materials in innige Mischung mit dem Oxydationsmittel zu bringen und dann diese innige Mischung mit dem restlichen brennbaren Material zu vermischen.

Es kann weiterhin zweckmäßig sein, daß die Korngröße des Materials in einem verhältnismäßig eng begrenzten Korngrößenintervall liegt. Die mittlere Korngröße der durch Zerkleinerung, Absiebung oder sonstige Klassierung in ein enges Korngrößenintervall gebrachten Stoffe wird dabei so ausgewählt, daß das Material den geforderten Bedingungen hinsichtlich der Dauer der Warmhaltung des Gußstückes am besten angepaßt ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Massekopfes, Lunkerpulvers od. dgl., das darin besteht, daß das Oxydationsmittel bzw. der Katalysator in Form einer Lösung bzw. Suspension oder Emulsion dem brennbaren kohlenstoffhaltigen Material zugegeben und das Lösungsmittel anschließend verdampft wird. An Stelle eines Oxydationsmittels können selbstverständlich auch mehrere Oxydationsmittel oder Oxydationsmittel und Katalysatoren zusammen verwendet werden. Wenn die Löslichkeit der Oxydationsmittel zu gering ist, kann zur Erhöhung der Löslichkeit bei höheren Temperaturen gelöst und getränkt werden. Die Lösung ist dabei so einzustellen, daß eine Zersetzung des Oxydationsmittels bzw. eine Reaktion der Oxydationsmittel unter-

Claims

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einander nach Möglichkeit vermieden wird. Dies kann wendung von rohen Sägespänen hat jedoch den Nachbeispielsweise durch Einstellen des p_H-Wertes od. dgl. teil, daß unmittelbar nach Berührung zwischen dem erreicht werden. Nach Möglichkeit soll vermieden wer- flüssigen Metall und dem Massekopf zunächst eine den, daß der Gehalt an aktivem Sauerstoff verringert wärmeverbrauchende Schwelung der Sägespäne einwird. 5 setzt. Aus der Masse treten gelblichweiße, verhältnis-

Soweit schwerlösliche oder unlösliche Oxydations- mäßig kalte Schweldämpfe aus.

mittel bzw. Katalysatoren verwendet werden, werden Gemäß der Erfindung werden die Späne in einem

diese in Form einer Suspension oder Emulsion an- Mischer mit einer bei. 70° C nahezu gesättigten Lö-

gewendet. Dabei können diese Stabilisatoren erhalten, sung von Kaliumpermanganat in Wasser getränkt,

um ein schnelles Absetzen der suspendierten Oxyda- io Dabei tritt eine teilweise Oxydation ein, wobei sich

tionsmittel zu verhindern. Braunstein in feiner Verteilung und gleichmäßig auf

Die Lösung, Suspension oder Emulsion, wird dem der Spänen abscheidet. Die Späne erwärmen sich bei

festen, brennbaren kohlenstoffhaltigen Material in der Behandlung mit der Kaliumpermanganatlösung.

einer Mischvorrichtung so zugegeben, daß möglichst Bei einem geeigneten Mischungsverhältnis genügt die

alle Körner gleichzeitig benetzt werden. Derart wird 15 Erwärmung zum Verdampfen des überschüssigen

eine innige Mischung erzielt, bei der eine gleich- Wassers. Die Sägespäne können dann noch einer

mäßige Verteilung des Oxydationsmittels bzw. des Nachtrocknung unterworfen werden. Außer dem Ka-

Katalysators auf der Oberfläche des körnigen Stoffes liumpermanganat können noch weitere Oxydations-

erreicht wird. Durch die gleichmäßige und innige mittel den Sägespänen zugemischt werden, wie z. B.

Vermischung wird auch weiterhin eine übermäßige ao Kaliumnitrat, Kaliumperchlorat od. dgl. Dies kann

Anreicherung von aktivem Sauerstoff an bestimmten ebenfalls durch Tränken mit wäßriger Lösung ge-

Stellen vermieden, so daß ein örtliches Verpuffen und schehen.

damit beispielsweise ein Zerstören des Massekopfes Der Zusatz an aktivem Sauerstoff ist bei dem be-

nicht eintreten kann. Nach dem Tränken mit der Lö- schriebenen Ausführungsbeispiel sehr gering. Er be-

sung, Suspension oder Emulsion, wird das Lösungs- 25 trägt etwa 0,4% des zur vollständigen Verbrennung

mittel in an sich bekannter Weise verdampft. der gesamten Masse erforderlichen Sauerstoffs. In

Es kann dabei vorteilhaft sein, den gesamten, ver- dieser Sauerstoff menge ist bereits diejenige eingerech-

hätnismäßig geringen Verbrauch an Oxydationsmit- net, die bei der Voroxydation der Späne im Mischer

teln auf verschiedene Oxydationsmittel aufzuteilen, verbraucht wird.

und zwar derart, daß das aktivste Oxydationsmittel 30 Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei der eine erste Teilreaktion einleitet, die dann die Reaktion Herstellung eines Massekopfes mit derartigen Spänen des oder der weniger aktiven Oxydationsmittel auslöst bzw. bei der Verwendung derartiger Späne in einem bzw. beschleunigt. Es können also mehrere verschie- Lunkerpulver das Material sich genügend schnell entdene Oxydationsmittel gleichzeitig angewendet wer- zündet und auch mit genügender Geschwindigkeit den, die bei unterschiedlichen Bedingungen ihren 35 verbrennt, so daß ein Wärmeentzug durch diese Mate-Sauerstoff abgeben. rialien nicht eintritt, und daß die frei werdende

Wenn die Masseköpfe unter Verwendung einer Wärmemenge das Auftreten der oben beschriebenen

Bindemittellösung hergestellt werden, können das Nachteile verhindert.

Oxydationsmittel bzw. der Katalysator in dieser ge- An Stelle roher Sägespäne kann auch Holzkohle

löst bzw. suspendiert und emulgiert sein. Die be- 40 verwendet werden, die etwa in gleicher W^Teise mit den

treffenden Mittel werden dann gleichzeitig mit dem sauerstoffabgebenden Chemikalien vorbehandelt wird.

Bindemittel auf das brennbare, kohlenstoffhaltige Ma- Zur Herstellung der Holzkohle können Sägespäne

terial aufgetragen. durch eine Behandlung bei Temperaturen bis 250° C

Dabei kann nach diesem Verfahren der am leichte- verkohlt werden. Das so hergestellte Rotkohleprodukt

sten verbrennbare, kohlenstoffhaltige Bestandteil des 45 wird in möglichst enge Siebfraktionen unterteilt, die

Materials behandelt und dann die anderen Bestand- daraufhin mit den Chemikalien behandelt werden,

teile mit diesem gemischt werden. In allen Fällen wirkt der Braunstein teils als Oxy-

Wie bereits oben beschrieben, können das Oxy- dationsmittel. Weiterhin wirkt der Braunstein auch

dationsmittel bzw. der Katalysator auch in trockener als Verbrennungskatalysator.

Form dem brennbaren, kohlenstoffhaltigen Material 50 Bei der Herstellung des Materials wird vorteilhaft

beigemischt werden. Das kann derart geschehen, daß ein verhältnismäßig enges Korngrößenintervall ein-

zunächst der leichtest verbrennbare, kohlenstoffhaltige gehalten, so daß die Gesamtmischung aus einer mög-

Bestandteil mit dem Oxydationsmittel bzw. Kataly- liehst einheitlichen Körnung aller festen Bestandteile

sator innig gemischt und dann die Mischung den besteht. Die mittlere Korngröße wird dabei an die

anderen Bestandteilen beigemischt werden. 55 erforderliche Dauer der Warmhaltung des Gußstückes

Eine besonders günstige Ausführungsform der Er- angepaßt. Wenn eine kurze Schwindungsdauer in Befindung besteht darin, daß das Material des Masse- tracht kommt, wird ein feineres Korn verwendet, kopfes einen sehr geringen Anteil an Braunstein ent- Wenn eine lange Schwindungsdauer vorliegt, wird ein hält. Dabei kann dieser Braunstein durch Reaktion aus gröberes Korn verwendet, einer Kaliumpermanganatlösung auf dem brennbaren 60

Material oder auch auf den anderen Beimengungen des Patentansprüche: Massekopfes niedergeschlagen sein.

Im nachstehenden ist zunächst ein Ausführungsbei- 1. Massekopf, Lunkerpulver od. dgl. aus brennspiel für einen Massekopf gemäß der Erfindung be- barem, kohlenstoffhaltigem Material, dadurch geschrieben. Dieser enthält Sägespäne, deren faserige 65 kennzeichnet, daß als brennbares Material allein bzw. splittrige Struktur von Vorteil ist, da der Masse- kohlenstoffhaltige Stoffe dienen, auf die die Verkopf porös gehalten werden kann, da das spezifische brennung unterstützende Beimengungen, wie Gewicht bei genügender mechanischer Festigkeit ge- Sauerstoff träger, Verbrennungskatalysatoren, vorring ist und da weiterhin auch die spezifische Wärme zugsweise in feiner Verteilung, niedergeschlagen und die Wärmeleitfähigkeit günstig liegen. Die Ver- 70 sind.
2. Massekopf, Lunkerpulver od. dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare, kohlenstoffhaltige Material Braunstein in feiner Verteilung enthält.
3. Massekopf, Lunkerpulver od. dgl. nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare, kohlenstoffhaltige Material Oxydationsmittel enthält.
4. Massekopf, Lunkerpulver od. dgl. nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der am leichtesten verbrennbare kohlenstoffhaltige Bestandteil in inniger Mischung mit dem Oxydationsmittel bzw. Katalysator vorliegt.
5. Massekopf, Lunkerpulver od. dgl. nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Materials in einem verhältnismäßig eng begrenzten Korngrößenintervall liegt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Massekopfes, Lunkerpulvers od. dgl. nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydationsmittel ao bzw. der Katalysator in Form einer Lösung bzw. Suspension oder Emulsion dem brennbaren, kohlenstoffhaltigen Material zugegeben und das Lösungsmittel anschließend verdampft wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Bindemittellösung zur Herstellung der Masseköpfe das Oxydationsmittel bzw. der Katalysator in dieser gelöst bzw. suspendiert und emulgiert ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer Suspension oder Emulsion ein Stabilisator verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach diesem Verfahren der am leichtesten verbrennbare kohlenstoffhaltige Bestandteil des Materials behandelt und dann die anderen Bestandteile mit diesem gemischt werden.
10. Massekopf, Lunkerpulver od. dgl. nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der leichtest verbrennbare kohlenstoffhaltige Bestandteil mit dem Oxydationsmittel bzw. Katalysator innig gemischt und dann die Mischung den anderen Bestandteilen beigemischt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 283 217, 645 806, 004, 905 194;

Patentschrift Nr. 7281 des Amtes für Erfindungs-

und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

britische Patentschrift Nr. 744 720.

© 009 677/401 11.50