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Formmasse für das Gießen von Metallen Die Erfindung bezieht sich auf
kohlenstoffhaltige Formmassen für das Gießen von Metallen, und zwar auf Massen,
die hauptsächlich aus Koks und einem Bindemittel bestehen. Aus diesen Massen hergestellte
Formen und Kerne sind für das Gießen von Gegenständen aus Eisen- und Nichteisenmetallen
und deren Legierungen brauchbar.
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Es wurde gefunden, daß man sehr brauchbare Formmassen für Metalle
auf der Grundlage von Koks und einem Bindemittel in der Weise herstellen kann, daß
man als Koks einen Wirbelschichtkoks benutzt, der bei der Verkokung einer schweren
Erdölbeschickung in Gegenwart einer Wirbelschicht aus feinen Koksteilchen unter
schichtweiser Ablagerung kohlenstoffhaltiger Massen auf den aufgewirbelten Koksteilchen
erhalten worden ist.
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Nach vorliegender Erfindung dient der schwefelarme Wirbelschichtkoks
allein oder in Mischung mit Sand als ausgezeichnetes Mittel zur Herstellung von
grünen, getrockneten und gebrannten Formen, grünen und gebrannten Kernen, als Schlichte
für die Innenseite von Gießformen, Schalenformen oder für Kerne u. dgl. Wirbelschichtkoks
ist ein idealer Bestandteil für Metallgießformen, da er kohlenstoffhaltig ist, in
großen Mengen zur Verfügung steht und von Natur eine ähnliche Verteilung der Korngrößen
wie Formsand zeigt.
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Durch die Verwendung von `Virbelschichtkoks zur Herstellung von Metallgießformen
lassen sich insofern hervorragende Ergebnisse erzielen, als die gegossenen Gegenstände
maßhaltiger sind, glattere Oberflächen zeigen und schneller abkühlen können. Da
die Wärmeausdehnung von Wirbelschichtkoks wesentlich geringer als bei üblichem Gießereisand
ist, kann man bei den Güssen mit erheblich niedrigeren Steigern oder ganz ohne solche
Steiger auskommen. Auf diese Weise kann man aus einer Schmelze mehr Gußstücke herstellen,
und die Menge der Metallabfälle, die zum Wiedereinschmelzen in den Kupolofen zurückkehren
muß, ist erheblich geringer als bisher. Ein anderer Vorteil des Wirbelschichtkokses
besteht darin, daß er wegen seines Kohlenstoffgehaltes durch geschmolzenes Eisen
nicht »benetzt« «,ird. Dadurch erhält man glattere Metalloberflächen, und das Eindringen
von Metall und Aderbildungen wird vermieden.
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Bei den in letzter Zeit, z. B. zur Verkokung von schweren Kohlenwasserstoffölen
in Erdölraffinerien, vielfach benutzten Wirbelschicht-Verkokungsverfahren und den
mit ähnlichem feinkörnigem Koks arbeitenden Staubfließverfahren erhält man durch
Pyrolyse in Berührung mit feinkörnigen, wärmeübertragenden Fe ststoffteilchen, meist
bei etwa 450 bis 815° C oder darüber, neben verhältnismäßig leichteren Kohlenwasserstoffen
erhebliche Mengen körnigen Kokses. Der bei der Pyrolyse anfallende Koks scheidet
sich, Schicht auf Schicht, auf den aufgewirbelten Feststoffen ab und bildet schließlich
mit diesen ein Ganzes. Zwar kann man einen Teil des bei der Crackung entstehenden
Kokses durch Verbrennung zur Lieferung von Wärme für das Verkokungsverfahren verbrauchen,
doch bleibt bei vielen der genannten Verfahren eine beträchtliche Menge Koks übrig,
die als Nebenprodukt ausgetragen wird. Man geht meist von Koksteilchen als wärmeübertragenden
Feststoffen aus, die bei dem Verfahren selbst anfallen, so daß dann der N ebenproduktkoks
durchweg gleichmäßig zusammengesetzt ist. Der als Nebenprodukt erhaltene Wirbelschichtkoks
ist sehr kohlenstoffreich und je nach der verarbeiteten Ölbeschickung mehr oder
weniger asche- und schwefelarm.
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Man hat zwar schon zur Herstellung von Formmassen vorgeschlagen, gemahlenen,
gewöhnlichen Koks zuzufügen. Dieser ausschließlich durch Mahlung erhaltene Koks
ist aber nicht vergleichbar mit dem Wirbelschichtkoks nach vorliegender Erfindung,
denn bei dem letzteren haben die einzelnen Koksteilchen einen zwiebelähnlichen Schalenaufbau,
der durch die schichtenweise Ablagerung immer neuer kohlenstoffhaltiger Schichten
auf einem Kokskern zustande kommt. Durch Vermahlung oder sonstige Zerkleinerungsverfahren
erhaltene Koksteilchen sonstiger Art sind hingegen vielfach gekerbt, kantig, mit
Zacken versehen oder von unregelmäßiger, rauher Oberfläche. Der erfindungsgemäß
gewonnene Wirbelschichtkoks ist außerdem bedeutend abriebfester und weniger porös
als andere Koksprodukte.
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Es sind auch schon Mischungen aus Retortenkoks, Ruß und Borsäure als
Formmassen beschrieben worden. Auch diese Mischungen sind aus dem gleichen Grunde
mit den erfindungsgemäßen Formmassen nicht vergleichbar.
Die Teilchengröße
der für das Verkokungsverfahren verwendeten Feststoffe entspricht etwa 0,04 bis
zu 1 mm, im Mittel etwa 0,25 bis 0,35 mm. Der als Nebenprodukt anfallende Koks hat
etwa die gleiche Größe. Dieser einzigartige Nebenproduktkoks zeichnet sich durch
seine kugel- oder eiförmige Gestalt, das Schichtgefüge, hohe Dichte und Härte aus
und unterscheidet sich wesentlich von den durch Pyrolyse kohlenwasserstoffhaltiger
Feststoffe und Öle nach anderen Verfahren erhaltenen Koksarten. Der Ausdruck »Wirbelschichtkoks«
soll in der vorliegenden Beschreibung sowohl das feste Produkt aus Wirbelschicht-Verkokungsverfahren,
d. h. den Nebenproduktkoks oder »rohen« Wirbelschichtkoks, wie auch besonders behandelte
Formen dieses rohen Kokses umfassen, die nachstehend noch näher beschrieben werden.
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Die für die vorliegenden Zwecke bevorzugte Vorbehandlung von Wirbelschichtkoks
besteht in einem Glühen und/oder einer Entschwefelung, um seinen Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen und Schwefel zu verringern und seine Dichte zu erhöhen. Diese Produkte
werden in der vorliegenden Anmeldung als geglühter Wirbelscl-ichtkoks bezeichnet.
Obwohl nämlich die Entschwefelungsbehandlung des rohen Wirbelschichtkokses normalerweise
meist auch mit einem Glühen des Kokses verbunden ist, trifft dies doch nicht immer
unbedingt zu, und der hier gebrauchte Ausdruck »geglühter Wirbelschichtkoks« schließt
auch solchen mit ein, der nur entschwefelt worden ist.
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Beim Glühen des rohen Wirbelschichtkokses kann man in jeder üblichen
Weise verfahren. Im allgemeinen besteht es lediglich aus einer genügend langen Wärmebehandlung
bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, z. B. bei 980° C oder mehr, vorzugsweise
getrennt von der Verkokung, aber auch im Rahmen dieses Vorganges, etwa indem man
den zum Aufheizen des Wirbelschichtkokses verwendeten Brenner so unterteilt, daß
eine besondere Hochtemperaturzone entsteht, aus der dann der Nebenproduktkoks abgezogen
werden kann. Bei der Glüh- oder Wärmebehandlung kann der Wirbelschichtkoks in Form
einer ruhenden, fließenden oder aufgewirbelten Schicht vorliegen. Ein bevorzugtes
Glühverfahren besteht darin, daß man den rohen Wirbelschichtkoks durch unmittelbare
Berührung mit Abgasen oder heißen Verbrennungsprodukten rasch auf etwa 1300 bis
1540° C aufheizt und anschließend den heißen Koks rasch von den Gasen abtrennt.
Den so erwärmten Koks läßt man dann zur Vollendung der Glühbehandlung etwa 1 Stunde
als bewegte Schicht in einer Wärmebehandlungskammer mit feuerfester Auskleidung
absinken. Bei dieser bevorzugten Ausführungsaxt können flüchtige Schwefelverbindungen,
die verhältnismäßig stark mit Abgasen verdünnt sind, aus der Wärmebehandlungszone
gewonnen werden.
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Für den Fachmann ergibt sich von selbst, daß der rohe Wirbelschichtkoks
auch durch wiederholte Verwendung im Gießereibetrieb selbst ausgeglüht wird, und
der Ausdruck »Glühen« soll auch diesen Vorgang mit einschließen. Auf diese Weise
kann man etwa eine kleine Menge rohen Wirbelschichtkokses, z. B. etwa 5 °/o, kontinuierlich
den zur Herstellung von Formen und/oder Kernen in einer Gießerei benutzten Massen
zusetzen, wobei er bei wiederholter Verwendung der Masse von selbst genügend ausgeglüht
wird.
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Zur Entschwefelung von rohem oder geglühtem Wirbelschichtkoks kann
man auf verschiedene Weise vorgehen. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, daß
man den Koks durch Aufwirbelung mit einem sauerstoffhaltigen Gas bei 310 bis 820°
C genügend lange oxydiert, wobei über 3 Gewichtsprozent des Kokses verbrannt werden.
Ein bevorzugtes Entschwefelungsvarfahren besteht in dieser Oxydationsbehandlung
und anschließender Hydrierung mit einem freien Wasserstoff enthaltenden Gas bei
wenigstens 600° C. Manchmal kann man den Wirbelschichtkoks auch ohne vorgahende
Wärmebehandlung durch bloße Berührung mit einem Entschwefelungsgas, wie Wasserstoff,
Ammoniak, Schwefeldioxyd usw., entschwefeln. Bei Verwendung von Wasserstoff arbeitet
man vorzugsweise bei wenigstens 600° C, bei Verwendung von Schwefeldioxyd dagegen
beträgt die Temperatur vorzugsweise über 980° C. Ferner sind Drücke von etwa 2,4
bis 7 kg/em2 oder mehr während der Entschwefelung zweckmäßig.
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An Stelle der Behandlung mit einem Gas zur Entschwefelung genügt oft
schon eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur. Die Schwefelverbindungen im Koks
lassen sich bei etwa 1310 bis 1540° C zersetzen und austreiben. Bei den niedrigen
von diesen Temperaturen können mehrere Stunden Wärmebehandlung zur Entfernung des
Schwefels erforderlich sein.
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Für manche Verwendungszwecke können außer dem Glühen des Kokses noch
weitere Vorbehandlungen vorteilhaft sein, etwa indem man ihn zur Verminderung seiner
Porosität mit einem Lösungsmittel behandelt oder z. B. mit Wasserglas oder feinverteiltem
Graphit imprägniert.
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Bei Verkokung der üblichen Rückstandsöle hat der überschüssige Wirbelschichtkoks
bei seiner Austragung aus der Wirbelschicht-Verkokungskammer normalerweise einen
Schwefelgehalt bis zu etwa 7 Gewichtsprozent oder mehr. Vorzugsweise verringert
man den Schwefelgehalt nach Bedarf zur Vorbereitung auf die spätere Verwendung für
Gießereizwecke in der obengenannten Weise bis auf etwa 7 Gewichtsprozent, da höhere
Mengen Schwefel zur Entstehung unzulässiger Mengen schädlicher Dämpfe führen.
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Die folgende Tabelle 1 dient zur Erläuterung der während der verschiedenen
Behandlungen von rohem Wirbelschichtkoks eintretenden Änderungen seiner Eigenschaften.
Die für jede Koksart angegebenen Beispiele beziehen sich auf rohen Wirbelschichtkoks
mit einer ursprünglichen mittleren Teilchengröße von etwa 235 ,u, der durch Wirbelschichtverkokung
eines HaWkins-RÜCkstandöls mit einem spezifischen Gewicht von 1,042, einem Kohlenstoffgehalt
von 26 Gewichtsprozent nach Co nradson, einem Siedebeginn von 472° C (berechnet
auf Normaldruck) und einem 10 °/ö Punkt von 543° C gewonnen worden war. Die Verkokungstemperatur
war etwa dabei 540°C gewesen.
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Bei dem Beispiel für geglühten Wirbelschichtkoks ließ man rohen Wirbelschichtkoks
in Form einer bewegten Wirbelschicht in einer langgestreckten senkrechten Glühkammer
bei etwa 1150° C innerhalb von etwa 15 Stunden absinken.
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Den entschwefelten Wirbelschichtkoks erhielt man durch Behandlung
von rohem Wirbelschichtkoks in Form einer bewegten Schicht in einem von außen beheizten,
langgestreckten, senkrechten, mit Siliziumcarbid ausgekleideten Glühturm. Der Koks
wurde etwa 24 Stunden in Gegenwart einer kleinen Menge Stickstoff als Spülgas auf
bis zu etwa 1315° C erwärmt.
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Im allgemeinen führt das Glühen von Wirbelschichtkoks, der normalerweise
einen Schwefelgehalt von 1 bis 12 Gewichtsprozent aufweist, zur Verminderung seines
Gehalts an flüchtigen Bestandteilen bis unter etwa 1 Gewichtsprozent und zur Verringerung
seines Schwefelgehaltes um 5 bis 20
% und zur Erhöhung seines wahren spezifischen
Gewichts bis auf über 1,7. Bei der Entschwefelungsbehandlung geht der Schwefelgehalt
auf unter 3 Gewichtsprozent zurück.
| Tabelle I |
| Beispiele |
| Roher Geglühter Entschwefelter |
| Wirbel- Wirbel- Wirbel- |
| schichtkoks schichtkoks
schichtkoks |
| I |
| Teilchengröße A. F. S., Nr. ........................
52 68 75 |
| Wahres spezifisches Gewicht ........................
1,48 1,95 1,86 |
| Schüttgewicht, kg/1 ................................
1,15 1,15 1,15 |
| Feuchtigkeit, Gewichtsprozent ......................
0,5 - - |
| Schwefel, Gewichtsprozent .........................
6,7 5,9 2,0 |
| Asche, Gewichtsprozent ............................ 0,6 0,8
0,3 |
| Kohlenstoff, Gewichtsprozent .......................
88,3 - 97,7 |
| Wasserstoff, Gewichtsprozent .......................
1,8 - - |
| Flüchtige Bestandteile, |
| Gewichtsprozent ................................ 5,6
0,2 - |
| Grunddurchlässigkeit .............................. 25/45 25/45
25/45 |
Man kann den Wirbelschichtkoks roh, geglüht oder entschwefelt für die Herstellung
der Formen usw. entweder allein oder vermischt mit Sand verwenden.
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Zur Herstellung von Formen, Kernen und Überzügen eignen sich die üblichen
Zusatzstoffe und/oder Bindemittel, z. B. Wasser, Öle, zusammengesetzte Kernöle,
Fischöle, trocknende Öle, Wasserglas, Bentonit, Dextrin, aschearmer feinkörniger
Anthrazit, Getreidemehl, Zucker, Sulfitablauge, warmhärtbare und thermoplastische
Kunstharze, Pech, natürliche Harze usw. sowie schließlich übliche Form- und Kernüberzüge.
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Die aus geglühtem Wirbelschichtkoks aufgebauten Formmassen ergeben
hervorragende Gußstücke von hoher Maßhaltigkeit.
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Die im Vergleich zu dem üblichen Form- und Kernsand verhältnismäßig
niedrige Wärmeausdehnung des Wirbelschichtkokses mindert Gußfehler. Es wurde gefunden,
daß Wirbelschichtkoks in dieser Hinsicht Zirkonsand mindestens gleichwertig, wenn
nicht überlegen ist. Eine Form aus Wirbelschichtkoks hat nur ein Zehntel bis ein
Siebentel der Ausdehnung einer üblichen Sandform. Beim Gießen in eine Form aus V6'irbelschichtkoks
enthaltenden Massen entsteht durch diesen eine genügend reduzierende Atmosphäre,
sogar wenn der Koks nur als Zusatzstoff in der Formmasse enthalten ist.
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Die Verwendung von Wirbelschichtkoks erlaubt eine schnellere Abkühlung
der Formen mit den Gußstücken. Beim Gießen von Nichteisenmetallen, z. B. von Messing
und Aluminium, ermöglicht diese höhere Abkühlungsgeschwindigkeit die Erzeugung von
Gußstücken mit feinerer Korngröße und besserem Gefüge, als es normalerweise erreichbar
wäre. Für den Fachmann ist es ferner besonders wertvoll, daß durch die im Vergleich
zu Sand höhere Wärmeleitfähigkeit des Wirbelschichtkokses die Brennzeiten und/oder
-temperaturen von gebrannten Formen und Kernen wesentlich niedriger sind und die
Formen viel gleichmäßiger gebrannt werden können.
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Da das Schüttgewicht von Wirbelschichtkoks um etwa 20 °% geringer
als das von Sand ist, kann man mit einer geringeren Gewichtsmenge davon auskommen
und dadurch die Herstellungskosten herabsetzen. Beim Gießen von Stahl wurde ferner
gefunden, daß der Wirbelschichtkoks eine Einsatzhärtewirkung verursacht, die in
manchen Fällen erwünscht ist. Bei Grauguß jedoch, der ganz mit Kohlenstoff gesättigt
ist, verändert die kohlenstoffhaltige Formmasse den Guß nicht mehr.
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Versuche haben gezeigt, daß der Wirbelschichtkoks bei Verwendung als
Formmassenbestandteil keinen wesentlichen Verlust erleidet und mehrfach verwendet
werden kann. Es wurde sogar gefunden, daß der erneut verwendete geglühte Wirbelschichtkoks
oder »ausgeschüttelter« Wirbelschichtkoks verschiedene Vorteile aufweist, da die
vorhergehende Verwendung eine weitere Glühbehandlung und Entschwefelung des Kokses
mit sich bringt und dadurch dessen Eigenschaften verbessert.
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Im allgemeinen soll der Schwefelgehalt von Wirbelschichtkoks wegen
der Entstehung von Gasen und/oder zur Verminderung der Schwefelaufnahme an den Oberflächen
der Gußstücke möglichst gering sein und höchstens 7 Gewichtsprozent betragen. Bei
Eisenlegierungen, insbesondere Grauguß, nimmt man möglichst nur Wirbelschichtkoks
mit unter 3 Gewichtsprozent Schwefelgehalt, da höhere Schwefelgehalte zu beträchtlicher
Bildung von Eisensulfid auf der Oberfläche der Gußstücke führt, wodurch unerwünschtes
Reißen und Oberflächenhärtung verursacht werden kann. Manchmal kann dies jedoch
von Vorteil sein, z. B. wenn das Eisen mit Mangan legiert ist. Der Schwefel im Koks
bildet dann vorzugsweise Mangansulfid, das die Eigenschaften der Gußstücke verbessert.
Bei Nichteisenmetallen, z. B. beim Gießen von Messing und Aluminium, braucht die
Anwesenheit von Schwefel nicht unbedingt schädlich zu sein. Beim Gießen von Magnesium
wird öfters der rohe Wirb°1-schichtkoks mit hohem Schwefelgehalt bevorzugt, da Schwefel
beim Gießen von Magnesium normalerweise als Hemmstoff (Inhibitor) in Form- und Kernmischungen
wirkt.
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Im allgemeinen wurde gefunden, daß bei der Herstellung grüner Formen
aus Wirbelschichtkoks größere Mengen bestimmter Zusatzstoffe erforderlich sind,
während von anderen Zusätzen die normalerweise zugegebenen Mengen niedriger als
bei aus Sand bestehenden Massen sein oder sogar ganz wegfallen können. Bei Verwendung
von Wirbelschichtkoks kann man z. B. bis zu 50 % mehr Wasser zur Verarbeitung
nehmen. Bei Zusatz von Ölen, z. B. von trocknenden Ölen, Fischölen und/oder üblichen
Kernölen, gibt man diese wegen des größeren Volumens je Gewichtseinheit des Wirbelschichtkokses
normalerweise in etwas größerer Menge als bei Kernsand zu. Für die Herstellung von
Formen und Kernen schreckt man die Koksteilchen vor dem Zusatz des flüssigen Bindemittels
vorzugsweise ganz mit Wasser ab.
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Nach Bedarf zerkleinert man den Wirbelschichtkoks entweder vor oder
nach dem Glühen und sortiert die für die verschiedenen Gußverfahren erforderlichen
Größen und Korngemische aus.
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Um diejenigen Anwendungsbereiche festzustellen, innerhalb deren Wirbelschichtkoks
brauchbar ist, wurden Versuche durchgeführt. Grauguß, Stahl, Bronze, Messing und
Aluminium wurden in technischem '-Maßstab unter, Verwendung von grünen Formen, Schalenformen
und Kernen gegossen, in denen roher geglühter oder geglühter
und
entschwefelter Wirbelschichtkoks enthalten war. Man verwendete hierbei Formherstellungs-
und Gießverfahren, wie sie zur Herstellung handelsüblicher Gegenstände gebräuchlich
sind. Der Wirbelschichtkoks wurde dabei ganz oder teilweise als Ersatz für den üblichen
Formsand verwendet. Man führte auch Versuche unter strengeren Bedingungen zum Gießen
von Bronze, insbesondere von bronzenen Kreiselpumpenrädern, durch, wofür sonst zur
Erzielung eines guten Gußes Zirkonsand wegen seiner niedrigen Wärmeausdehnung verwendet
wurde.
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In allen Fällen zeigte sich, daß geglühter Wirbelschichtkoks die Herstellung
eines den üblichen Gußprodukten entsprechendenundmeistsogarüberlegenen Gußes ermöglicht.
Beispiel I Wirbelschichtkoks wurde zur Herstellung eines Ober-und Unterkastens für
den Guß eines Pumpenkolbens in technischem Betrieb verwendet. Der Pumpenkolben aus
Gräuguß wurde einerseits in Formen aus rohem Wirbelschichtkoks und andererseits
aus geglühtem und entschwefeltem Wirbelschichtkoks und zum Vergleich aus üblichem
Formsand gegossen. Die physikalischen Eigenschaften des rohen und des geglühten
Kokses sind in Tabelle 1 aufgeführt. Die Teilchengröße des Wirbelschichtkokses und
des Sandes sind in Tabelle II angegeben und die Zusammensetzung und Eigenschaften
der Formen in Tabelle III.
| Tabelle II |
| Menge des auf dem Sieb Menge des auf dem Sieb Menge des auf
dem Sieb |
| Maschenweite zurückbleibenden rohen zurückbleibenden |
| mm Kokses geglühten Kokses zurückbleibenden Sandes |
| Gewichtsprozent Gewichtsprozent Gewichtsprozent |
| 3,4 0,2 - - |
| 1,7 0,2 0,8 - |
| 0,85 0,4 1,0 0,2 |
| 0,6 0,2 2,6 0,4 |
| 0,4 2,0 3,6 3,8 |
| 0,3 32,2 12,3 17,0 |
| 0,24 43,8 28,7 34,4 |
| 0,15 15,6 23,0 30,2 |
| 0,105 3,4 15,1 8,8 |
| 0,075 1,4 8,7 2,4 |
| 0,05 0,2 2,2 0,8 |
| Rest 0,2 2,0 0,6 |
| A.F.S.-Feinheit - - Ton 0,5 |
| 52,7 75 63 |
Tabelle III -Gemisch, das Roher geglühten Übliches Wirbel- Wirbel- Sandgemisch schichtkoks
schichtkoks enthält Zusammerisetzungl) Roher Wirbelschichtkoks, Gewichtsprozent
.......... 100 - -Geglühter Wirbelschichtkoks2) Gewichtsprozent
..... - 100 -Sand, Gewichtsprozent
........................... - -
100 Mogul-Getreidebindemittel, Gewichtsprozent
........ 1,2 1,2 etwa 1,2
Weizenmehl, Gewichtsprozent
..................... - - 1,0 Holzmehl, Gewichtsprozent
....................... - - -Bentonit aus den westlichen USA., Gewichtsprozent
. . 3,9 3,9 etwa 2,9 Bentonit aus den südlichen USA., Gewichtsprozent
... - - 5,8 Aschearmer feinkörniger Anthrazit, Gewichtsprozent . . - - 4,4
Wasser, Gewichtsprozent
.......................... 5,6 5,0 4,2 Physikalische
Eigenschaften Durchlässigkeit in grünem Zustand
................ 130 35 120
Druckfestigkeit in grünem Zustand, kg/cm2
......... 0,38 0,23 0,39 Verformung,
0% ................................. 0,027 0,022 0,018 Festigkeit bei 815°C, kg/cm2
...................... 7,5 27,8 _ 6,5 Festigkeit bei 1100°C, kg/cm2
..................... 0,14 1,41 1,26 Wärmeausdehnung bei 815°C, cm/cm
.............. 0,0033) 0,004 0,022 Formhärte, Oberkasten
..........................
70 70 55 Formhärte, Unterkasten .......................... 75 75 - 75 Gießtemperatur,
'C .............................. 1420 1420 1390 s) Diese und die folgenden Tabellen
beziehen sich auf Koks (und, wenn vorhanden, Sand) in einer Menge von insgesamt
100 Gewichtsprozent, wobei alle anderen Bestandteile in Gewichtsprozent, bezogen
auf Koks und/oder Sand, angegeben sind.
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-) »Ausgeschüttelter« Koks.
-
3) Dehnung bei Erwärmung innerhalb von 3 Minuten, sodann innerhalb
von 12 Minuten wieder abgekühlt, bis Zusammenziehung 0,024 cm/cm betrug.
Bei
weiteren Versuchen wurde beim Ausschlagen der Formen 1/2 Stunde nach dem Gießen
der Gußstücke festgestellt, daß aus der üblichen Form kommende Gußstücke noch kirschrotwarm
waren, während diejenigen schwarz waren, die aus solchen Formen kamen, die aus rohem
oder auch aus geglühtem Wirbelschichtkoks bestanden. Daraus geht hervor, daß Wirbelschichtkoks
eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit hat, die sehr erwünscht ist, da sie die Schrumpfung
der Gußstücke auf ein Mindestmaß beschränkt. Beispiel II Aus Wirbelschichtkoks mit
einer Korngrößenverteilung wie in Tabelle II wurde eine Form zum Gießen einer Bronze
hergestellt. Zum Vergleich wurde in eine übliche Sandform gegossen. Die Zusammensetzung
und die Eigenschaften der Formen sind in Tabelle IV angegeben.
| Tabelle IV |
| Gemisch |
| aus gegIühtem Sand- |
| Wirbel- gemisch |
| Schichtkoks |
| Zusammensetzung |
| Sand, Gewichtsprozent .... - 100 |
| Geglühter Koks, Gewichts- |
| prozent ............... 100 - |
| Bentonit aus den südlichen |
| USA., Gewichtsprozent 5,1 4,8 |
| Pech, Gewichtsprozent ... 1,0 1,0 |
| Wasser, Gewichtsprozent 3,9 3,4 |
| Physikalische Eigenschaften |
| Feuchtigkeit, Gewichts- |
| prozent ............... 3,8 3,3 |
| Durchlässigkeit in grünem |
| Zustand, kg/cm2 ....... 37 52 |
| Druckfestigkeit in grünem |
| Zustand, kg/cm2 ....... 0,33 0,57 |
| Verformung, 0% ......... 0,021 0,012 |
| Festigkeit bei 815°C, kg/cm2 12,6 12,6 |
| Festigkeit bei 1100°C, |
| kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . 0,42 7,17 |
| Formhärte, Oberkasten ... 45 75 |
| Formhärte, Unterkasten .. 55 75 |
| Gießtemperatur, °C....... 1230 1230 |
Beispiel III Wirbelschichtkoks diente zur Herstellung von Schalenformen zum Gießen
eines Bohrergehäuses aus Aluminium in technischem Betrieb. Der geglühte und entschwefelte
Wirbelschichtkoks mit einer der in Tabelle II angegebenen Teilchengrößen wurde mit
6,1010 eines handelsüblichen Phenolharzbindemittels vermischt und zur Herstellung
einer Schalenform verwendet, während 6,0 °/o des gleichen Harzes mit Sand zur Herstellung
einer zweiten Schalenform dienten. Die zugehörigen Kerne wurden aus Sand hergestellt.
Bei dem in den Formen aus Wirbelschichtkoks gegossenen Werkstück waren die Oberflächenbeschaffenheit,
das Metallkorngefüge und die Maßgenauigkeit besser als bei den mit üblichen Schalenformen
hergestellten Gußstücken. Dieses Beispiel zeigt, daß man beim Gießen von Aluminium
unter Verwendung von Wirbelschichtkoks als Bestandteile der Formen hervorragende
Ergebnisse erzielen kann.
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Man kann auch Mischungen aus Wirbelschichtkoks und Sand für Kerne
herstellen, die sich im Vergleich zu üblichen Kernen als gut brauchbar erweisen.
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In der folgenden Tabelle V sind bevorzugte typische Bereiche für Gemische
aufgeführt, die zur Herstellung von grünen, gebrannten, ölgebundenen und Schalenkernen
und -formen verwendet werden können und bevorzugte Anwendungen von Wirbelschichtkoks
darstellen.
| Tabelle V |
| Zusammensetzungsbereiche von Formen und Kernen |
| Gewichtsprozent |
| Grün ( Gebrannt j Schalenform |
| Wirbelschicht- |
| koks ......... 25 bis 100 25 bis 100 25 bis 100 |
| Sand .......... Rest Rest Rest |
| Wasser ......... <10 <10 - |
| Bentonit ....... <10 - - |
| Getreide ....... < 4 <4 |
| Harz .......... - - <12 |
| Ö1 ............. - < 4 - |
Die sonst üblichen Zusätze, wie Peche, Glanzerz, Graphit und Anthrazitkohle, die
früher dem Formsand zugemischt wurden, können bei der Masse nach der Erfindung wegfallen.