DE1097625B - Lunkermittel - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Von den in der Gießerei verwendeten Lunkermitteln zeichnen sich die auf der Basis von Thermitgemischen aufgebauten Mittel durch ihre stark exotherme Wirkung aus. Die Anwendung solcher exothermer Lunkermittel hat sich in neuerer Zeit besonders auf vorgeformte Körper gerichtet, die auf das jeweils herzustellende Gußstück abgestimmt sein müssen. Diese Arbeitsweise erfordert eine individuelle Formgebung und, sobald der Verfestigungsvorgang beschleunigt werden soll, eine Trocknung bei erhöhter Temperatur. Beim Arbeiten mit solchen Lunkermitteln stößt man jedoch auf die Schwierigkeit, daß das Trocknen der daraus hergestellten Formkörper bei den üblichen Trocknungstemperaturen sehr nahe an die Entzündungstemperatur der Thermitmischung von etwa 200⁰C herankommt, was in der Praxis eine große Gefahr für die Sicherheit des Gießereibetriebes bedeutet. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Reaktionskomponenten solcher exothermer Massen, z. B. Aluminium, schon bei der Formgebung unerwünschte Verbindungen eingehen" können und dadurch ihre Reaktionsfähigkeit beeinträchtigt wird.

Die Erfindung setzt sich nun zum Ziel, die mit der Formgebung und Trocknung solcher Formkörper verbundenen Schwierigkeiten zu beseitigen und insbesondere auch den dadurch bestimmten sehr erheblichen Zeitaufwand auf ein Minimum herabzusetzen.

Diese Ziele werden erfindungsgemäß durch die Kombination von zwei Maßnahmen erreicht: einerseits durch Verwendung einer die Entzündungstemperatur der Thermitmischung von etwa 200 auf etwa 400⁰C hinaufsetzenden Komponente, die gleichzeitig eine rasche Selbsthärtung des Formkörpers bewirkt, andererseits durch Verwendung einer Reaktionskomponente der exothermen Mischung, die ebenfalls die Entzündungstemperatur hinaufsetzt und Beständigkeit der Mischung vor dem Gebrauch sowie hohe Reaktionsfähigkeit im Gebrauch verbürgt.

Für die Entzündungstemperatur hinaufsetzende und selbsthärtende Komponente hat sich im Rahmen der Erfindung trockene Aluminiumkrätze als geeignet erwiesen, während als Reaktionskomponente von hoher Beständigkeit bei der Formgebung und Trocknung, aber unverminderter Reaktionsfähigkeit beim Gebrauch als Lunkermittel erfindungsgemäß ein Aluminiumpulver von kugeliger Gestalt mit umgebender Oxydhaut vorgesehen ist.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Lunkermittel auf der Basis von aluminothermischen Massen mit einem Gehalt an Sauerstoff abgebenden Mitteln, Bindemitteln und anderen Zusätzen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es Aluminium oder Aluminiumlegierungen in Form von Pulver mit kugeliger Gestalt und außerdem in Form von Aluminiumkräzte enthält.

Anmelder:
Dipl.-Ing. BeIa Tisza, Wien

Vertreter:

Dr. E. Wiegand, München 15, Nußbaumstr. 10,
und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1, Patentanwälte

Dipl.-Ing. BeIa Tisza, Wien,
ist als Erfinder genannt worden

Das erfindungsgemäße Lunkermittel zeichnet sich dadurch aus, daß es eine Entzündungstemperatur von etwa 400° C besitzt, bei einer Verformung mit Wasser einer raschen Selbsthärtung unterliegt und gleichzeitig seine hohe Reaktionsfähigkeit bewahrt. Durch die stark hinaufgesetzte Entzündungstemperatur kann das Trocknen z. B. im Kerntrockenofen auch bei wesentlicher Überschreitung der bisher üblichen Temperaturen gefahrlos erfolgen.

Als Mittel zur Verhütung der Lunkerbildung sind unter anderem aluminothermische Mischungen aus Aluminium und Sauerstoff abgebenden Stoffen empfohlen worden, in welchen aber die oxydierend wirkenden Stoffe gegenüber dem Aluminium in weit unterstöchiometnschen Mengen vorliegen müssen und das Aluminium in Form von kleinen Spänen eingesetzt wird, was zu vorzeitigen Reaktionen, einer verminderten Lagerungsfähigkeit, Unregelmäßigkeiten im Gebrauch und einer zu leichten Entzündbarkeit führt. Es ist auch bekannt, für aluminothermische Massen Aluminiumgrieß zu verwenden, und weiter, daß man Aluminiumpulver in kugeliger Form unter verhältnismäßig geringer Oxydation des Metalls erhalten kann. Es ist aber weder bekanntgeworden noch durch den Stand der Technik nahegelegt worden, durch eine gemeinsame Verwendung von Aluminiumpulver mit kugeliger Gestalt zusammen mit Aluminiumkrätze ein Lunkermittel zu schaffen, wodurch eine Hinaufsetzung der Entzündungstemperatur er-

So möglicht, die Beständigkeit der Mischung vor dan Gebrauch, jedoch erhöhtes Reaktionsvermögen während des Gebrauchs gewährleistet sowie eine rasche Selbsterhärtung der aus dem Lunkermittel herstellbaren, geformten Masse bewirkt werden kann.

009 699/430

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Als Beispiel eines Lunkermittels, das auf der erfin- Lunkermittels mit etwa 7 bis 15% Wasser eine Masse

dungsgemäßen Kombination von Aluminium mit erhalten, die nach der Formgebung im Verlauf einer

kugeliger Gestalt und Aluminiumkrätze beruht, sei Stunde oder in noch kürzerer Zeit von selbst trocknet,

die nachfolgende Zusammensetzung angegeben: Als Bindemittel zur Erzielung ausreichender Grün-

' 15 bis 50% Aluminium bzw. Aluminiumlegierung ⁵ festigkeit sind Bentonit oder Ton geeignet, doch

in Form von Pulver mit kugeliger tonnen auch andere, in gleicher Weise wirksame Bm-

Q . ,, oo (Jg₁- benutzt werden. Dasselbe gilt hinsichtlich der als

15 bis 60% Alumim'umkrätze Trockenbindemittel angegebenen Substanzen, die für

, ,. _<Λ(1, υ . j den Zusammenhalt des geformten Lunkermittels nach

1 bis 10% Ferrioxyd, , ^_n . ,_ ^&.,. , . ,

O,5bislO% Kaliumchlorat, ^{10 de}£ ^Tw ^ verantwortlich sind

bis zu 50/0 Braunstein, ^{Es hat}. sich erfindungsgemaß als vorteilhaft er-

0,5 bis 8% Holzkohlepulver oder/und 0,25 bis Riesen, em sphärisches Aluminiumpulver von großer

3% Magnesiumpulver als Zünd- Feinheit zu verwenden. Gunstige Ergebnisse lassen

material ^{s m ei}iiem Aluminiumpulver erzielen, das eine

' ¹⁵ ^^f^^f^ ^{VOn 5O}/⁷° ^ ^1ΟΟΟμ ^^Wo

0,5 bis 60/0 Bentonit, Ton oder dergleichen ¹⁵ ^^f^^f^ ^{VOn 5O}/⁷° ^ ^1ΟΟΟμ'

Bentonit, Ton oder dergleichen ^f^fn^, / ^ ^

_r ·. ,· j ... , ^D unter 500μ und 20% unter 100μ aufweist und ge-

urunbindemittel, .. ,.T₁, , -_η τ- · , ·*. ι_ -^ ι

no uir. -a o/ χ) u -η λ. · c i.ci -ui j j wunschtenfalls noch größere reinheit besitzen kann.

Ό,ζ bis o% Jrech, Dextrin, Sulfitablauge oder der- _Λ , ,. . S , ,, .. . _T , ... ,

«■i^i^t,«.« tv~„i ~„i,· α ™-iZ ι Auch die anderen Bestandteile des Lunkermittels

gleichen irockenbmdemittel. ... , .. „. ... _ . , . , . ,

können zweckmäßig gleichen Feinheitsgrad wie das

Das zusetzende Aluminium von kugeliger Gestalt ^ao Aluminiumpulver aufweisen, lediglich das Trägerbraucht nicht reines Aluminiumpulver zu sein, sondern material, z. B. die Aluminiumkrätze, Schamotte man kann auch ohne Schwierigkeit Umschmelzalu- od. dgl., kann eine etwas gröbere Körnung besitzen, minium mit nur 90% oder noch weniger Reinalu- ζ. B. etwa 1 mm.

minium bzw. auch Silicium oder dergleichen Alu- Das erfindungsgemäß zur Verwendung kommende miniumlegierungen mit hohem Aluminiumgehalt, z. B. ²5 sphärische Aluminiumpulver kann zweckmäßig direkt in Form von Abfällen, benutzen, wenn nur die Alu- aus dem flüssigen Material hergestellt werden, indem miniumkomponente in Form eines sphärischen Pul- es durch Versprühung in einem Luft- oder Dampfvers vorliegt. Sphärisches Aluminiumpulver hat kuge- strom oder aber auch durch Einwirkung von Wasser lige bis tropfenförmige Gestalt, wobei jedes Körnchen in die gewünschte kugelige bis tropfenförmige Gestalt mit einer Oxydschicht überzogen ist, die das Innere 3o der feinen Körnchen umgewandelt wird. Ein auf diese der Körner vor Zutritt von Luftsauerstoff und wei- Weise erzeugtes sphärisches Aluminiumpulver, das terer Oxydation schützt. Hierdurch wird insbesondere gewöhnlich einen Sauerstoffgehalt von 2 bis 3% aufdie Verarbeitung der Komponenten zum fertigen weist, läßt sich ohne weiteres in der gewünschten Lunkermittel erleichtert. Das Trocknen kann ohne Kornfeinheit herstellen, wogegen ein auf mecha-Gefahr bei höheren Temperaturen erfolgen, weil durch 35 nischem Wege durch Pulvern bei etwa 600° C erhal-Verwendung von sphärischem Aluminiumpulver vor tenes, ebenfalls sphärisches Aluminiumpulver nicht allem eine Erhöhung der Entzündungstemperatur des in der für den Erfindungszweck notwendigen Kornerfindungsgemäß zusammengesetzten Lunkermittels größenverteilung anfällt.

ermöglicht wird. Die Verwendung von mechanisch Durch Verwendung des Aluminiums in Form eines — ohne besondere Vorsichtsmaßregeln — zerkleiner- 40 sphärischen Pulvers mit einem besonders niedrigen tem Aluminiumpulver hätte nämlich zur Folge, daß Sauerstoffgehalt kann eine weitere Verbesserung der Kanten und Bruchflächen mit einer geringen Oxyd- erfindungsgemäßen Lunkermittel herbeigeführt werschicht entstehen. Dadurch würde die Entzündungs- den. Zu diesem Zwecke eignet sich ein solches sphätemperatur zu wesentlich niedrigeren Werten ver- risches Aluminiumpulver, dessen Sauerstoffgehalt nur schoben werden. So ist z. B. Pyroaluminium, das ist 45 einen Bruchteil eines z, B. durch Zerstäuben von ein mechanisch feinstzerkleinertes Aluminium, für den schmelzflüssigem Aluminium mit Wasserdampf erhält-Erfindungszweck weniger geeignet, da es sich wegen liehen sphärischen Aluminiumpulvers beträgt. Im Verseiner vielen Bruchflächen bereits mit einem Zündholz gleich zu dem vorgenannten sphärischen Aluminium in Brand setzen läßt. mit einem Sauerstoffgehalt von zumeist 2 bis 3% ent-

Weiter wird auch das Verkneten leichter durch- 50 hält das besonders sauerstoffarme sphärische Alumiführbar, und die bei mechanisch zerkleinertem Alu- nium nur etwa 0,2 bis 0,3% Sauerstoff, was einem miniumpulver des öfteren auftretenden heftigen Re- Bruchteil von etwa einem Sechstel bis einem Fünfaktionen können nun vermieden werden. Durch den zehntel, also von rund einem Zehntel entspricht. Wegfall besonderer Vorsichtsmaßnahmen wird der Trotz des besonders niederen Sauerstoffgehaltes ganze Arbeitsvorgang bei der Formgebung und Trock- 55 dieses Aluminiumpulvers wird infolge einer vollstännung des Lunkermittels technisch einfacher und über- dig gleichmäßigen Oxydhaut auch ein gleichmäßiger sichtlicher, und das benutzte sphärische Pulver er- Ausfall in der Qualität des erzeugten Lunkermittels weist sich gegen vorzeitige Reaktion als wesentlich gewährleistet. Hierdurch läßt sich eine immer gleichbeständiger, bleibende Verbrennungsgeschwindigkeit des Lunker-

Die im Rahmen der Erfindung verwendete Alu- ⁶° mittels einstellen und ein vorzeitiges Erhärten des mit miniumkrätze wird in Aluminiumhütten als »trockene Wasser angeteigten Mittels verhindern. Auch die anKrätze« bezeichnet, im Gegensatz zu der bei der Alu- gestrebte hohe Entzündungstemperatur von etwa miniumraffination mit flüssigem Abdecksalz anfallen- 400° C wird erfahrungsgemäß in keiner Weise nachden Krätze. Die bei dem normalen Umschmelzen von teilig beeinflußt. Das besonders sauerstoffarme Alu-Aluminium entstehende trockene Aluminiumkrätze 65 miniumpulver ist auch frei von Wasserstoff, im Gegenliegt in körnigem Zustand vor und ist praktisch nicht satz zu dem vorgenannten sphärischen Aluminiumhyroskopisch. Beim Zusatz von Wasser wird die pulver mit etwa 2 bis 3% Sauerstoff, das einen von trockene Krätze in kurzer Zeit unter Selbsterwärmung der thermischen Zersetzung bei seiner Erzeugung herhart. Man kann daher beispielseweise durch Ver- rührenden, beim Lunkermittel gegebenenfalls störend mischen des nach der Erfindung zusammengesetzten 70 wirkenden Wasserstoffgehalt aufweist.

Das besonders sauerstoffarme sphärische Aluminiumpulver kann vorteilhaft durch Verblasen des schmelzflüssigen Metalls in einem von Wasserdampf befreiten Luftstrom oder in einer Inertgasatmosphäre gewonnen werden. Auf diese Weise werden die Aluminiumtröpfchen sehr schnell abgekühlt, so daß nur eine ganz dünne Oxydhaut entsteht; die Oberfläche der erstarrten Körner enthält im Gegensatz zu anderen Verfahren keinen Wasserstoff und ist daher gegen Oxydation im wesentlichen unempfindlich.

Das erfindungsgemäße Lunkermittel kann Kryolith als Lösungsmittel für die bei der exothermen Reaktion entstehenden Produkte enthalten, und zwar in einer Menge bis zu 12%. Durch Zusatz von 2 bis 15% Magnesiumoxyd kann erfindungsgemäß eine erhöhte Festigkeit des geformten Lunkermittels erzielt werden.

Im Rahmen der Erfindung kann auch die Aluminiumkrätze teilweise durch ein anderes, die Entzündungstemperatur auf 400° C hinaufsetzendes Mittel ersetzt werden. Zu diesem Zwecke kann vorteilhaft Schamotte, Aluminiumoxyd od. dgl. benutzt werden, die gleichfalls eine gefahrlose Trocknung verbürgen.

Die durch die Erfindung ermöglichte sichere Einstellung einer verhältnismäßig hohen Entzündungstemperatur stellt eine für die Praxis außerordentlich wertvolle Eigenschaft des Lunkermittels dar, da mit diesem Produkt das Trocknen der Gießformen bei Temperaturen bis 400° C ohne Entzündungsgefahr vorgenommen werden kann.

Das neue Lunkermittel kann in der Praxis des Gießereibetriebes in verschiedenerlei Weise Anwendung finden. So können aus dem Lunkermittel vorgeformte Körper hergestellt werden, die an geeigneten Stellen als Steigereinsätze, Kokillenaufsätze od. dgl. angebracht werden können. Diese Körper können z. B. als offene oder einseitig geschlossene Hülsen, als Ringe, Aufsatztrichter, Steigerpatronen usw. ausgebildet sein und gewünschtenfalls mit Gaskanälen zur leichteren Entgasung versehen sein. Das Material kann aber auch nach Vermischen mit Wasser in formbarem Zustand in hierfür vorgesehene Hohlräume eingestampft werden und an Ort und Stelle zu der gewünschten Auskleidung erhärten; nach Beendigung des Abbindevorganges ist die Form, die wieder Entgasungslöcher aufweisen kann, bereits fertig für den Guß.

Bei der Anwendung des erfindunggemäßen Lunkermittels ergibt sich der Vorteil einer wesentlichen Ersparung der für den Steiger benutzten Metallmenge. Während man bisher für den Steiger die Hälfte bis zum Dreifachen der für das Gußstück benötigten Menge des Schmelzgutes rechnen mußte, genügen bei. dem vorgesehenen Lunkermittel Mengen von nur 20¹⁰Zo der für das Gußstück selbst nötigen Metallmenge, um einen lunkerfreien Guß zu erzielen. Bei einem Gehalt des Lunkermittels von etwa einem Drittel Aluminium ergibt sich eine sehr stark exotherme Wirkung, so daß Temperaturen von etwa 2000° C unschwer erreicht werden. Die Steiger werden mittels der vorgebildeten oder in situ erzeugten Einsätze auch seitlich beheizt, so daß eine allseitige Wirkung erzielt wird. Mittels der Erfindung wird eine gelenkte Erstarrung hervorgerufen, so daß die verlorenen Köpfe u. dgl. flüssig erhalten werden, bis sich die Hauptmasse des Gußstückes verfestigt. Die mit Wasser aufgebreitete Lunkermasse läßt sich wiederholt verwenden; falls

ίο unverbrauchte Reste durch Selbsterhärtung nicht mehr verformbar sind, können diese durch Zerkleinern und neuerlicher Vermischen mit Wasser wieder der Verwendung zugeführt werden. Die nach gutem Durchkneten des erfindungsgemäßen Lunkermittels mit Wasser erhaltene Mischung kann ähnlich wie Kernsand geformt werden und besitzt dank ihrer Zusammensetzung sowohl im grünen als auch im trockenen Zustand eine ausreichende Festigkeit.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Lunkermittel auf der Basis von aluminothermischen Massen mit einem Gehalt an Sauerstoff abgebenden Mitteln, Bindemitteln und anderen Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß es Aluminium oder Aluminiumlegierungen in Form von Pulver mit kugeliger Gestalt und außerdem in Form von Aluminiumkrätze enthält.

2. Lunkermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver mit kugeliger Gestalt wenigstens eine Kornfeinheit besitzt, die einer Korngrößenverteilung von 5O°/o unter 1000 μ, 3O»/o unter 500 μ und 20% unter 100 μ entspricht.

3. Lunkermittel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines aus geschmolzenem Aluminium durch Einwirkung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums erzeugten Pulvers mit kugeliger oder tropfenförmiger Gestalt der Metallkörnchen.

4. Lunkermittel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines aus geschmolzenem Aluminium durch Verblasen in einem wasserdampffreien Luft- oder Gasstrom erzeugten besonders sauerstoffarmen Pulvers mit dünner, vorzugsweise wasserstoffarmer Oxydhaut.

5. Lunkermittel nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Sauerstoffgehalt des kugeligen Aluminiumpulvers von etwa 0,2 bis 0,3%.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 705 001, 905 194;

deutsche Auslegeschrift P 11653 VI/3Ic (bekanntgemacht am 16. 2. 1956);

USA.-Patentschrift Nr. 2 490 327;

Kiefer und Hotop: »Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe« 1943, S. 18/19.