DE1913092B2

DE1913092B2 - Verfahren zur Bereitstellung und Benutzung von Formsand in Gießereien

Info

Publication number: DE1913092B2
Application number: DE1913092A
Authority: DE
Inventors: Joseph Stuart Cincinnati Ohio Schumacher (V.St.A.)
Original assignee: International Minerals and Chemical Corp
Current assignee: International Minerals and Chemical Corp
Priority date: 1968-03-19
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1973-12-13
Also published as: GB1266606A; DE1913092C3; DE1913092A1; NL6904201A; FR2004254A1; CH493290A; BE730097A; JPS5222923B1; US3461941A; NL159302B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung und laufenden Benutzung von Formsand in Gießereien mit Kühlung des Formsands zwischen den Gießvorgängen durch Zugabe von kühlem Formsand zu dem aus den Gießformen ausgepackten heißen Formsand.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird zur Kühlung des aus den Formen ausgepackten heißen Formsands entweder feuchter Neusand verwendet, der dem heißen Formsand zugesetzt wird, oder der ausgepackte heiße Formsand wird in zwei Teile aufgeteilt, von denen der eine gewaschen und dann wieder mit dem übrigen Teil vermischt wird (Zeitschrift »Gießerei«, Oktober 1954, S. 578 bis 583). Bei diesem Verfahren muß also ständig ein Teil des Altsands durch Neusand ersetzt werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch die anfallenden Transportkosten verringert wird. Wird hingegen kein Neusand zugesetzt, so ergeben sich zusätzliche Kosten durch das Aufteilen und Waschen der Altsandmenge.

Wenn Altsand vor seiner Wiederbeni'tzung nicht gekühlt wird, was bisher in vielen Fällen auch unter Verwendung von Wasser geschah, zeigt er bezüglich seiner Eigenschaften ein instabiles Verhalten, das seine Eignung als Formsand für Gießformen erheblich beeinträchtigt. Durch die zu Kühlzwecken erfolgende Wasserzugabe entstehen jedoch schlecht ausgebildete Formhohlräume, so daß sich minderwertige Gußstücke ergeben. Die Sandfeuchte beeinflußt aber auch die Druckfestigkeit, Durchlässigkeit und Fließfähigkeit des Formsands derart, daß bei hohen Feuchtigkeitsgraden die hergestellten Gußstücke mangelhaft sind.

Ist der Formsand zu heiß, so wird dadurch seine Fließ- bzw. Rieselfähigkeit beeinträchtigt. Es kommt zu Stauungen und Klumpenbildung bei der Sandaufbereitung in den Aufbereitungsvorrichtungen. Eine konstante und schnelle Feuchtigkeitsabnahme durch Verdampfung während der Abkühlung des Formsands führt andererseits dazu, daß die Sandmenge oberflächlich austrocknet, in der Mitte dagegen relativ feucht bleibt. Für die Qualität des Formsands ist jedoch entscheidend, daß der Sand innerhalb einer größeren Menge überall die gleichen Eigenschaften hat.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren zur Bereitstellung und laufenden Benutzung von Formsand in Gießereien mit Kühlung des Formsands zwischen den Gießvorgängen so auszubilden, daß ohne Verwendung von Kühlwasser der heiße Formsand auf wirtschaftliche Weise, d. h. insbesondere ohne durch den Transport von Neusand anfallende zusätzliche Kosten, sowie ohne Benutzung komplizierter Kühlanlagen auf etwa Raumtemperatur abgekühlt wird.

Dies wird erfinaungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Vorrat an Formsand mit einem Gewicht von wenigstens zehnmal dem Gewicht des zu vergießenden Metalls bereitet wird und daß die Formen aus einem kleineren Teil dieses Vorrats hergestellt werden, wobei sie ein Gewicht von zwischen dreimal und sechsmal dem Gewicht des zu vergießenden Metalls haben, und daß der heiße Formsand nach dem Auspacken aus den Formen durch Mischen mit dem größeren Teil des Vorrats an Formsand gekühlt wird.

Formsand ist bekanntlich kein reiner Sand, sondern enthält zusätzliche Bestandteile wie Tone, Kohlenstoffe und/oder andere Zusätze. Allgemein im Gebrauch befindliche Kohlenstoffe sind Kohlepulver, Kohleteer, Pech. Asphalt, Graphit und Koks. Andere Zusätze sind beispielsweise Zellulose, Getreidebinder usw. Nach einem oder mehreren Gießvorgängen kann dem Altsand Neusand, Lehm und Kohlenstoff zugefügt werden, um den Teil des ursprünglichen Sandes zu ersetzen, der unbenutzbar geworden ist. Die folgende typische Tabelle zeigt die Menge der Zusätze, die üblicherweise einer benutzten Sandmenge zugesetzt werden müssen. Die Tabelle bezieht sich auf das Gießen von Eisensorten, außer Stahl. Entsprechende Werte, die für Nichteisenmetalle, Stahl und ziehfähige Metalle gelten, sind bekannt.

Tabelle I

Empfehlenswerte Zusätze in Teilen
auf 1000 Teile Sand

Sand/Metall- Verhältnis	Ton Bentonit	Kohlenstoff	Neusand
3/1	9,8	8,0	50
4/1	7,4	5,5	37,5
5/1	5,56	4,75	40
6/1	4,20	4,00	25
8/1	3,58	3,02	18,75
10/1	2,83	2,33	15,0
12/1	2,36	2,0	12,5
14/1	2,03	1,71	10,7
16/1	1,80	1,51	9,35
18/1	1,58	1,33	8,3
20/1	1,41	1,20	7,5

Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß bei einem Sand/Metall-Verhältnis von 3:1 etwa 17,8% frischer Ton und Zusätze plus 50 Teile Neusand erforderlich sind, um den Formsand zur Wiederbenutzung aufzubereiten. Bei einem Sand/Metall-Verhältnis von 20:1 werden jedoch nur 2,6% frischer Ton und Zusätze

plus 7,5 Teile Neusand benötigt, um den Altsand aufzubereiten.

Es wurde gefunden, daß bei einem Sand/Metall-Verhältnis von etwa 4:1 bis 6:1 die üblichen Kühlverfahren entfallen können, wenn eine Menge Formsand gemischt wird, bei dem ein 20: 1-Verhältnis vorgesehen wird, während die Gießformen beispielsweise mit einem 4:1- bis 6:1-Verhältnis hergestellt werden, und wenn unmittelbar nach der Benutzung der Form und ihrer Auflösung der verbleibende, kühle Teil an Frischsand im gemischten Sand mit dem heißen Altsand gemischt wird. Durch das Mischen des Frischsands mit dem Altsand wird die Temperatur des entstehenden Sandgemisches so weit gesenkt, daß eiii Teil der Sandmenge unmittelbar nach dem Wiedervermahlen ohne weiteres Kühlen wieder benutzt werden kann. Es ist also kein weiterer Kühlvorgang erforderlich. Darüber hinaus ist die Konstitution des in dieser Weise gewonnenen Sandgemisches leicht wieder einzustellen, ,veil der beim Gießvorgang verlorene Anteil der Zusätze, ausgedrückt in Prozent der Gesamtmenge, sehr klein ist.

Es wird also ein Verfahren zum Kühlen von Formsand geschaffen, bei dem der Formsand bezüglich seiner Zusammensetzung kontrolliert und eingestellt wird und Änderungen in der Zusammensetzung minimal gehalten werden.

Im allgemeinen ist es erwünscht, den Altsand soweit als möglich bis zur Raumtemperatur herunterzukühlen, nachdem die Gießformen aufgelöst sind und bevor das Wiedervermahlen und Wiedereinstellen der Sandzusammensetzung stattnndet. Obwohl Raumtemperatur bevorzugt wird, k; in Formsand mit einer Temperatur von 5O⁰C benutzt werden. Es ist jedoch erwünscht, den Formsand bis unter 50⁰C abzukühlen, um beste Mischergebnisse zu erhalten. Die meisten Tone sind schwierig anzufeuchten und zu plastifizieren, wenn die Temperatur oberhalb 50⁰C liegt. Wenn Formsand bei 50 C zubereitet wird, findet ein schnelles Austrocknen infolge Verdampfung statt, bis die Raumtemperatur erreicht ist. Feuchtigkeitsverluste verändern die Eigenschaften des Formsands. Ein beständiger Formsand ist aber für optimale Ergebnisse erwünscht. Es wurde festgestellt, daß das wirksamste Mischen erreicht wird, wenn sich der Sand auf Raumtemperatur befindet. Die Menge an Neusand, die dem Altsand zugesetzt werden muß, um ein Gemisch aus Altsand und Neusand von bestimmter Temperatur zu erhalten, hängt von der Temperatur und dt; Mengen des Altsandes und Neusandes ab. Es wurde gefunden, daß in der nachfolgend beschriebenen Weise ungefähr die Menge an Neusand, die dem Altsand zugesetzt werden muß, berechnet werden kann. Eine annähernde Schätzung der Temperatur des Formsands beim Auflösen der Form kann erfolgen, wenn angenommen wird, daß die ganze aus dem heißen Metall stammende Wärme auf den Sand übertragen wird. Die Temperatur des Metalls bei einem Durchschnittsguß beträgt bei Eisen 145O⁰C. Die dabei abgegebene Wärme kann nach der Formel H = cp (/—16) berechnet werden, wobei cp die spezifische Wärme von reinem Eisen bei 1450⁰C, t die Ausformtemperatur bedeutet und 16⁰C die übliche normale Raumtemperatur ist. Die Erstarrungswärme wurde hierbei im Hinblick auf die verschiedenen zu vergießenden Metalle nicht berücksichtigt. Die folgende Tabelle zeigt die bei der angegebenen Ausformtemperatur abgegebene Wärme, wenn die Gießtemperatur 145O⁰C beträgt.

Tabelle II

Ausformtemperatur in "C	Wärmemenge in WE
UlO	116
1000	141
817	167
538	220
427	230
316	248
205	267
93	284
38	292
16	296

Ist die vom Metall abgegebene Wärmemenge bekannt und wird angenommen, daß die ganze Wärmemenge auf den Formsand übertragen wird, so kann die Temperatur des Formsandes bei verschiedenen Ausformtemperaturen berechnet werden. Die dabei zu benutzende Formel ist H-Cp · Sandgewicht pro kg Eisen · (/—16), wobei H die vom Eisen abgegebene Wärme, Cp die Wärme von SiO₂ für /—16 und / die Sandtemperatur beim Ausformen ist. Die folgende Tabelle veranschaulicht die Temperaturen des Formsands bei verschiedenen Ausformtemperaturen.

Tabelle III

Sand/Metall-Verhältnis = 20:1

Ausform temperatur in °C	Sandtemperatur in "C
1110	50
873	60
648	71
427	82
205	93

Tabelle IV
Sand/Metall-Verhältnis = 10 : 1

45 Ausformtemperatui- in ⁰C	Sandtemperatur in °C
1110	82
873	104
648	127
427	149
205	171

Tabelle V
Sand/Metall-Verhältnis = 4:1

Ausformtemperatur in ⁰C	Sandtemperatur in °C
UlO 873 648 427 205	182 232 282 332

Bei den berechneten Sandtemperaturen ist unterstellt, daß der Formsand keine Feuchtigkeit enthält. In Wirklichkeit ist aber gewöhnlich 3 bis 5 % Wasser

in Formsand enthalten. Die Verdampfung dieses Wasseranteils kühlt den Formsand noch mehr herunter, beispielsweise wird der Formsand bei einem Sand/Metall-Verhältnis von 10:1 um etwa 29,5° C pro 1% an verdampftem Wasser abgekühlt. In den meisten Gießereien liegt die Ausformtemperatur zwischen 538 und 705° C. Damit also der Formsand bei Aufgeben in den Kollergang nicht wärmer als 50°C ist, muß das Sand/Metall-Verhältnis hierbei zwischen 10: 1 und 20 :1 liegen. Eine 10 :1-Mischung wird diese Temperatur ergeben, weil etwa 3% Wasser verdampft worden ist.

Die für das Herstellen der Form tatsächlich benutzte Sandmenge kann einem beliebigen Verhältnis entsprechen, jedoch werden gewöhnlich Sand/Metall-Verhältnisse von 4:1 bis etwa 6: i angewendet.

Normale Gießereien haben gewöhnlich einen Kollergang, ein Sandsilo, eine Formmaschine und Einrichtungen zum Aufbrechen der Sandformen und Entfernen der Gußstücke. Ein derartiges übliches Sandsystem mit den Förderern usw. ist in dem eingangs erwähnten Aufsatz (S. 9 und 10) beschrieben. Bei einem gemäß der Erfindung betriebenen Sandsystem können verschiedene Arten von Kollergängen mit chargenweisem kontinuierlichem Betrieb, Formmaschinen und Ausformeinrichtungen benutzt werden,

Als Ausführungsbeispiel wird nachstehend ein in einer Gießerei mit Erfolg praktisch durchgeführtes Verfahren beschrieben, in der vorher ein Kühlen des Altsandes stattgefunden hat.

Es wurde ein Kollergang mit kontinuierlichem Betrieb benutzt, d. h., in den Kollergang wurde kontinuierlich Sand eingeführt, und der vermahlene Sand wurde kontinuierlich aus dem Kollergang abgeführt. Die ungefähre Zusammensetzung des benutzten Formsands war: 89% Siliziumdioxyd, 6% Ton, 5% Kohlenstoffe und 4% Wasser. Periodische Zusätze von Tonen, Kohlenstoffe und Frischsand, berechnet nach den Werten in Tabelle I, wurden dem Sand am Kollergang während des Kreislaufs zugegeben.

Eine größere Menge an Formsand wurde vorbereitet. Die Formen wurden mit einem Sand/Metall-Verhältnis von 4: 1 hergestellt. Es wuide Eisen mit einem Gehalt von etwa 3,5% Kohlenstoff und 0,6% vergössen. Der für das Herstellen der Formen nicht benutzte Sand wurde in einem Sandsilo gefördert. Nach dem Gießvorgang wurden die Formen mit den Gußstücken einer Ausformstation zugeführt und die Formen aufgebrochen. Unmittelbar nach dem Entfernen der Gußstücke aus den aufgebrochenen Formen an der Ausformstation wurden etwa 16 Teile kühlen Neusands bei Raumtemperatur aus dem Sandsilo entnommen und dem heißen Altsand zugemischt.

Die Temperatur des Altsands vor dem Zufügen

des Neusands lag über 177° C. Innhalb des Zeitraums, während das Gemisch aus heißem Altsand und kühlem Neusand mittels eines üblichen Förderers einem zweiten Sandsilo zugeführt wurde, wobei die Entfernung etwa 60 m betrug, ging die Temperatur des Formsands auf etwa 38°C herunter. Hi -.nach wurde der Formsand in den Kollergang geführt. Nach dem Vermählen betrug die Temperatur des Formsands etwa 32⁰C. Ein zusätzliches Kühlen des Formsands fand nicht statt. Der Formsand wurde dann in den ersten Vorratsbehälter überführt. Nachdem dieses Sandsystem mehrere Wochen benutzt worden war, ergab sich, daß die Qualität der Formen und der fertigen Gußstücke gegenüber dem früher benutzten Sandsystem, bei dem ein üblicher Sandkühlapparat eingeschaltet war, erheblich verbessert war. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die Zusammensetzung des Formsands leichter zu kontrollieren bzw. zu steuern war und daß sich erheblich geringere Veränderungen in der Zusammensetzung ergaben. Ferner wurde festgestellt, daß der Sand viel leichter gehandhabt werden konnte, weil seine Fließfähigkeit verbessert war. Weiter wurde festgestellt, daß die Luftverschmutzung erheblich reduziert werden könnte. Es ist anzunehmen, daß bei diesem Verfahren aufwendige Luftreinigungsanlagen entfallen können.

Claims

1 9 !3092 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bereitstellung und laufenden Benutzung von Formsand in Gießereien mit Kühlung des Formsands zwischen den Gießvorgängen durch Zugabe von kühlem Formsand zu dem a as den Gießformen ausgepackten heißen Formsand, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorrat an Formsand mit einem Gewicht von wenigstens zehnmal dem Gewicht des zu vergießenden Metalls bereitet wird und daß die Formen aus einem kleineren Teil dieses Vorrats hergestellt werden, wobei sie ein Gewicht von zwischen dreimal und sechsmal dem Gewicht des zu vergießenden Metalls haben, und daß der heiße Formsand nach dem Auspacken aus den Formen durch Mischen mit dem größeren Teil des Vorrats an Formsand gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formen ein Gewicht von etwa viermal dem Gewicht des zu vergießenden Metalls haben und das Gewicht des größeren Teils des Formsandvorrates wenigstens sech/ehnmal so groß ist wie das Gewicht des zu vergießenden Metalls.