DE2046704A1 - Hilfsmittel fur die Metallherstellung - Google Patents

Description

DR. MÖLLER-BORfi DIPL-PHYS. DR. MANITZ DI PL-CHEM. DR. DEUFEL DIPL-ING. FiNSTERWALD DIPL-ING. GRAMKOW

PATENTANWÄLTE

22. SE?, »71

Lo/Sv - K 1023

KESTREL CHEMICALS LIMITED 23/25 Brunei Road, Acton, London W.1., England

Hilfsmittel für die Metallherstellung

Priorität: Großbritannien vom 22. September 1969 > Nr. 46566/69

Die Erfindung betrifft ein Hilfsmittel für die Metallherstellung. Insbesondere betrifft sie eine Zusammensetzung bzw. Masse zur Auskleidung der Innenoberfläche einer Form oder einer Wärmehaube für eine Form als auch formen und Wärmehauben, die mit einer solchen Zusammensetzung bzw. Masse ausgekleidet sind.

Auskleidungen für Formen und Wärmehauben sollen sowohl feet; und hitzbeständig sein als auch gute Wärmeisoliereigenschaften aufweisen. Solche Auskleidungen werden üblicherweise aus verschiedenen feuerfesten Materialien hergestellt. Seit vielen Jahren wurden Versuche unternommen, Gowühl die Festigkeit als auch die Wärmeisoliereigenschaften colcher Auskleidungen zu verbessern und hierzu wurde ein erheblicher Forschungsaufwand betrieben.

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Dr. Mülltr-Bor* Dr. Manitz ■ Dr. D«uf«l · Dlpl.-Infl. FlntUrwald DIpl.-Ing. Orflmkow

Braunichwtig, Am BOrgerpark 8 8 MOnchwi 22, Robart-Kodi-Strafi· 1 7 Stuttgart - Bed Connitotf

Tel.fon (0531) 2 Bi 87 Telefon (0811) 22 51 10, T.l.x 522050 mbpot MarktitraB· 3, Taltfon (0711) 5*72<1

Es wurden Versuche unternommen, solche Auskleidungsmassen durch !Einschließen verschiedener Hilfsstoffe zu verbessern. Beispielsweise wurde der Einbau von Papier vorgeschlagen, und dies führte zu einer gewissen Verbesserung, jedoch ebenfalls zu einigen Nachteilen und daher sind weitere Verbesserungen wünschenswert und es wurden viele Versuche unternommen, solche weitere Verbesserungen zu erreichen. Zu den Nachteilen von Papier gehört es, daß die es enthaltenden Formstücke bzw. Ziegel, wenn· sie in warmen Formen angebracht werden, schrumpfen können; als Ergebnis folgt, daß die Formstücke lose werden und sich von der Wand der Form abheben können, wenn das geschmolzene Metall mit ihnen in Berührung kommt, dies kann zu schwerwiegenden Ausbeuteverlusten führen.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß der Einschluß bestimmter besonderer Hilfsstoffe in bestimmten Anteilen wesentliche Vorteile ergibt und die Herstellung von verbesserten Auskleidungen ermöglicht. Beispielsweise besitzen solche verbesserten Auskleidungen eine größere Festigkeit oder verbesserte Wärmeisoliereigenschaften oder sie können dee Metall, welches mit der Auskleidung in Eontakt kommt, eine ausgezeichnete Oberflächengüte erteilen. Darüberhinaus können diese Vorteile auf einfache und wirtschaftliche Weise ohne Notwendigkeit für komplizierte Massen, die eine Vielzahl von Bestandteilen enthalten und deren Anteile schwierig zu kontrollieren sein können, erreicht werden.

Die Erfindung liefert eine Masse zur Auskleidung einer Form für die Metallgewinnung oder einer Wärmehaube für eine solche Form, welche ein feuerfestes Material in Mischung mit 0,5 bis 15 % Von organischen, nicht holzartigen Fasern, insbesondere Textilfasern, und 2 bis 20 % an Bindemittel, jeweils bezogen auf Gewicht der Masse, umfaßt.

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Ferner liefert die Erfindung Formen und Wärmehauben für die Metallherstellung, welche eine mit einer solchen Masse ausgekleidete Metallschale umfassen und Formstücke bzw. Ziegel für deren Auskleidung.

Ferner liefert die Erfindung ein Verfahren zum Auskleiden einer Form oder Wärmehaube für die Metallherstellung, welches das Anteigen des feuerfesten Materials, der organischen, nicht holzartigen Fasern und des Bindemittels in den obengenannten Mengen zusammen mit Wasser zu einer Aufschlämmung, die Anbringung der Aufschlämmung auf den inneren Oberflächen einer Gießereiform oder einer Wärmehaubenform und das Trocknen der Aufschlämmung unter Bildung einer glatten Schicht der Masse umfaßt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Formstücken zur Auskleidung von Formen und Wärmehauben, welches das Anteigen der Aufschlämmung wie zuvor beschrieben, die Auftragung der Aufschlämmung auf eine Form für das Formstück bzw. den Ziegel und das Trocknen der Aufschlämmung unter Bildung eines Formstückes bzw. Ziegels umfaßt.

Infolge des fehlenden Holzgehaltes erteilen die organischen Fasern der Erfindung der Masse sowohl Festigkeit als auch Wärmeisoliereigenschaften in einem Ausmaß, welches bisher erreichte Werte übersteigt.

Die Fasern können entweder natürliche Fasern oder künstliche Fasern sein.

Bevorzugte Fasern sind Textilfasern, z.B. pflanzliche oder künstlich hergestellte Fasern. Insbesondere bevorzugt sind Jute- oder Baumwollfasern, insbesondere in Form von Juteabfall oder Baumwollabfall, welche die gewünschte Festigkeit und Wärmeisolierung zusammen mit niedrigen Kosten und Leichtigkeit des Einbringens in die Masse liefern. Der Juteabfall

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ist normalerweise das Material, welches im Jutehandel als Schaben (Abfälle aus der Schlagmaschine) bekannt ist. Der Baumwollabfall ist normalerweise ein solches Material, welches im Baumwollhandel als unverarbeiteter Abfall, d.h. der Trommelflug bekannt ist; falls verarbeitetes Abfallmaterial, d.h. Spinnabfall, verwendet wird, wird dieser vorzugsweise zerkleinert.

Andere Fasern umfassen natürliche Fasern wie Leinen, Wolle oder andere tierische Fasern.

Künfcliche Fasern, welche in die Massen eingebracht werden können, umschließen sowohl regenerierte Fasern wie Viskoserayon und Celluloseacetate und wirklich synthetische Fasern wie Polyamide, z.B. Nylon, Polyester, z.B. Polyterephthalsäureglykolester, Polyacrylsäurederivate, z.B. Polyacrylnitril, Polyolefine, z.B. Polypropylen oder Polyäthylen und Polyvinylderivate, z.B. Polyvinylacetat (P.V.A.) und Polyvinylchlorid (P.V.C.). Solche Stoffe sind kommerziell unter einer Vielzahl von Warenbezeichnungen erhältlich und Beispiele solcher Warenbezeichnungen sind für Nylon z.B. Bri-nylon, Enkalon, Celon, für Polyester z.B. Crimplene, Erlenka, Dacron, Trevira, für Acrylderivate z.B. Courteile, Acrilan, Orion, Dralon, für Acetatderivate z.B. Dicel, Tricel, für Polyäthylen z.B. Courlene, Nymplex, für Polypropylen z.B. Ulstron, Cournova, für modifizierte Rayon z.B. Tenasco H.S.R., Durafil, Vincel Typ 28, Evlan und für ein Fadenmischgarn z.B. Raycelon und für eine modifizierte Acrylfaser z.B. Teklan.

Es ist wünschenswert, die Faserlänge auszuwählen, so daß eine geeignete Festigkeit und geeignete andere Eigenschaften für den speziellen, in Frage kommenden Zweck erreicht werden. Falls die Auskleidung aus großen Formstücken bz;^. Ziegeln gebildet werden soll, ist eine größere Festigkeit erwünscht, als wenn die Formstücke klein sind. Eine geeignete

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Durchschnittslänge der Fasern beträgt oft 1,27 bis 127 mm (0,05 "bis 5 inch), manchmal 6,35 Ms 51 mm (0,25 biß 2 inch). Wenn .Abfallmaterialien verwendet werden, können kleine Mengen vorliegen, welche außerhalb des gewünschten Bereiches liegen. Bei Verwendung von zerhackten, künstlichen Fasern, z.B. Nylon, ist eine Durchschnittslänge von 6,35 mm bis 25,4- mm (0,25 bis 1 inch), insbesondere von etwa 12,77 mm (0,5 inch), im allgemeinen erwünscht.

Im allgemeinen sollte die Menge an organischen Fasern von 1 bis 12 Gew.%, vorzugsweise von 3 bis 5 Gew.# der Masse betragen. Eine Menge von etwa 4 % ist manchmal besonders ^ geeignet. Bei einigen Anwendungen kann es nicht vorteilhaft sein, Mengen im oberen Teil des breitesten Bereiches anzuwenden, da gefunden wurde, daß eine gewisse Metalldurchsetzung der Auskleidung dann auftreten kann.

Die organischen Fasern können natürlich Mischungen von verschiedenen organischen, nicht holzartigen Fasern umfassen.

Gegebenenfalls kann man in die Masse andere Fasern zusätzlich zu den oben erwähnten einbringen, Z.B. kann eine kleine Menge von holzartigen oder von Holz abgeleiteten Fasern zusätzlich zu den organischen, nicht holzartigen Pasern gemäß . der Erfindung vorliegen. Jedoch sollte sorgfältig Vorgegangen ™ werden, da der Einbau solcher Fasern die gewünschten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Masse verschlechtern kann. Z.B. können Sägespäne bzw. Sägemehl die Festigkeit der Auskleidungen in schwerwiegender Weise herabsetzen, und Papier kann den Widerstand gegenüber Metalleindringung verschlechtern, insbe- _: sondere wenn diese in wesentlichen Anteilen vorliegen. Im all- j gemeinen ist es am besten, keine irgendwelchen Fasern, die sich von Holz ableiten, zu verwenden, welche z.B. die obengenannten Nachteile verursachen.

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Das feuerfeste Material kann ein beliebiges der an sich bekannten feuerfesten, bzw. hitzebeständigen Materialien sein, Beispiele sind: Quarz, Sillkasande, Olivinsande, Aluminiumoxid, Zirkondioxid und Dolomit. Jedoch wurde gefunden, daß besonders vorteilhafte Ergebnisse mit der vorliegenden Erfindung erhalten werden, falls das feuerfeste bzw, hitzebeständige Material Schamottziegelmehl oder Mehl aus geblähtem Feuerton enthält, die eine niedrige Warmeabsorptionskapazität besitzen oder eine Mischung dieser Mehle, die derart gemahlen sind, daß sie durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,75 mm oder 0,5 mm (20 mesh oder 30 mesh. B,S.S.) hindurdgehen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung dieser feuerfesten Materialien 1st der, daß gewisse Gesundheitsfragen vermieden werden, die bei Asbest oder Kieselerde auftreten. Vorzugsweise sollte kein Überschuß von sehr feinen Teilchen in dem feuerfesten Material vorliegen, da sonst die Permeabilität der Auskleidung in abträglicher Weise beeinflift werden könnte.

Falls gewünscht, kann das feuerfeste Material einige feuerfeste, faserartige Substanz, z.B. Asbest, Schlackenwolle oder Glasfasern enthalten. Falls vorhanden, werden diese Substanzen vorteilhaft erweise nur in kleinen Mengen angewandt, z.B. etwa 5 % des gesamten, feuerfesten Materials.

Im allgemeinen bildet das feuerfeste Material mit Ausnahme der organischen Fasern und des Bindemittels die Gesamtheit der Masse. In einer bevorzugten Masse liegen daher nur drei Bestandteile vor» die organischen, nicht holzartigen Fasern, das Bindemittel und das feuerfeste Material. Obwohl zusätzliche Beetandteile für bestimmte Zwecke angebracht werden könnten, sind diese für die Gewinnung einer ausgezeichneten Masse nicht wirklich notwendig. ί

Bas Bindemittel kann eine beliebige Substanz sein, welche zur Bindung der Bestandteile der Masse in geeigneter Weise

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dient. Verschiedene Gumme oder Harze können angewandt ' werden, oder es kann auf anorganische Bindemittel wie Wasserglas und Ton zurückgegriffen werden. Harnstoff~ Formaldehyd-, Phenol-Formaldehyd- oder Amino-Formaldehydharze seien genannt, ebenso natürliche oder synthetische Lätexkautschuke. Andere Bindemittel, die in Betracht gezogen werden, sind Viny!polymerisate und Copolymerisate, Leinöl mit metallischem Naphthenat und Dextrin. Mischungen von verschiedenen Bindemitteln können angewandt werden.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung, welches zu ihren Vorteilen beiträgt, ist die bevorzugte Verwendung einer relativ großen Bindemittelmenge. Überraschenderweise wurde gefunden, daß solch große Mengen nicht nur in eine Auskleidungsmasse eingebaut werden können, ohne ihre wichtigen Eigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen - wie dies zu erwarten gewesen wäre -, sondern daß hierdurch auch bestimmte, wichtige Vorteile erzielt werden. Neben anderen Vorteilen wurde gefunden, daß die Kombination von nicht holzartigen, organischen Fasern und relativ großen Mengen an Bindemittel die Herstellung von Auskleidungen mit ausgezeichneter !Steifigkeit und verminderter Schrumpfung ermöglichen, wodurch, die zuvor erwähnten Probleme des "Abhebens" vermieden werden.

Die Bindemittelmenge beträgt im allgemeinen 8 bis 14- Gew.%, vorzugsweise 11 bis 13 Gew.% der Masse. Eine Menge von 12 % ist oft besonders geeignet.

Es wurde gefunden, daß die gleichzeitige Verwendung von 3 bis 5 % organischer, nicht holzartiger Fasern (insbesondere von Jute- oder Baumwollabfall) und 11 bis 13 % Bindemittel besonders ausgezeichnete Massen ergibt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

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Beispiel 1

Es wird eine wässrige Aufschlämmung einer Hasse hergestellt, welche 12 Gew.% Phenol-Formaldehydharz, 4 Gew.% Baumwollab-. fälle (unverarbeiteter Abfall ("soft waste¹¹)) und 84 Gew.% gemahlenen, geblähten Feuerton, welcher durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,75 Htm (20 mesfc hindurchgeht, enthält. Die Aufschlämmung wird zu einem Formstück (Ziegel) gemäß einer üblichen Arbeitsweise durch Eingießen in eine Ziegelform und Abziehen des Wassers umgewandelt. Bas grüne Formstück wird getrocknet und bei einer Temperatur von etwa 200⁰C ausgehärtet.

Beispiel 2

Nach einer gleichartigen Methode wie in Beispiel 1 wird ein Formstück hergestellt, mit Ausnahme, daß die Zusammensetzung 4 % Juteabfall (Schaben ■ "mill dust") anstelle von Baumwollabfall enthält.

Beispiel 3

Nach einer gleichartigen Methode wie in Beispiel 2 wird ein Formstück hergestellt, mit Ausnahme, daß das feuerfeste •Material anstelle von geblähtem Feuertonmehl gemahlene Schamotteziegel sind.

Beispiel 4

Nach einer gleichartigen Methode wie in Beispiel 1 wird ein Formstück hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Masse 12 % Phenol-Formaldehydharz, 1 % Baumwollabfall (Vindsichterabfall - "fan fly"), 3 % Jute (Schaben - "mill dust") und 84 % einer Mischung von gleichenTeilen von gemahlenem, geblähtem Feuertonund gemahlenem Schamotteziegel, welche durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,75 sua hindurchgehen, enthalt .

Die Formstücke aus jedem der oben genannten Beispiele werden untersucht, indem sie in die Auekleidung einer Form für geschmolzenen Stahl eingebaut werden. Es wurde gefunden, daß die

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Leistungsfähigkeit der Formstücke ausgezeichnet ist. In gewisser Hinsicht, z.B. hinsichtlich der Steifigkeit und des Fehlens von Schrumpfung, sind sie einem Jormstück bekannter Art, welches von Holz abgeleitete !fasern und relativ wenig Bindemittel enthält, überlegen.

Die Formstücke werden auf den Wänden einer konventionel-" len Form für die Stahlherstellung, die schematisch mit in der Zeichnung wiedergegeben ist, unter Herstellung einer Auskleidung 2 hierfür angeordnet. Wie in der Zeichnung wiedergegeben, ist die Auskleidung an dem oberen Ende der Form unter Bildung einer Wärmehaube hierfür angeordnet.

Obwohl die Erfindung insbesondere beim Gießen von Stahl nützlich ist, kann sie natürlich auch beim Gießen von anderen Metallen angewandt werden.

Ein weiterer Vorteil, der sich bei den Untersuchungen der bevorzugten Formstücke der Erfindung herausstellte, ist der, daß sie eine Kombination von erwünschten Eigenschaften hinsichtlich der Sinterwirkung aufweisen, wenn sie dem geschmolzenen Metall ausgesetzt werden, die einige Zeit andauert, und daß ein nachfolgendes Verschwinden dieser Sinterwirkung einen zerbrechbaren Rückstand hinterläßt, der leicht abfällt oder leicht entfernt wird, so daß an der Saugmasselbzw. dem Steiger kein merklicher Rückstand anhaftet.

Ferner betrifft die Erfindung auch Formstücke bzw. Ziegel für die Auskleidung einer Metatllgießereiform oder e:J.ner Wärmehaube hierfür, die aus der beschriebenen Masse bestehen und erfindungsgemäß hergestellt wurden.

- Patentansprüche -

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Claims (14)

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1. Zusammensetzung bzw. Hasse zur Auskleidung einer Form für die Metallherstellung oder einer Wärmehaube hierfür, dadurch gekennz eichnet, daß sie ein feuerfestes Material in Mischung mit 0,5 bis 15 % organischer, nicht holzartiger !Pasern und 2 bis 20 % Bindemittel, bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, umfaßt.

2. Zusammensetzung bzw. Masse nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß sie 8 bis 14- % an Bindemittel, bezogen auf Gewicht der Masse, enthält.

3. Zusammensetzung bzw. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß sie 1 bis 12 % an organischen, nicht holzartigen Fasern, bezogen auf Gewicht der Zusammensetzung, enthält.

4. Zusammensetzung bzw. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 11 bis 13 % an Bindemittel und 3 bis 5 % an organischen, nicht holzartigen Fasern, bezogen auf Gewicht der Zusammensetzung, enthält.

5· Zusammensetzung bzw. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen, nicht holzartigen Fasern pflanzliche, textile lasern sind.

6. Zusammensetzung bzw. Masse nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Jute- oder Baumwollfasern sind·

7. Zusammensetzung bzw· Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennz eichnet, daß die organischen, nicht holzartigen Fasern synthetische ftctilfasern sind.

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8. Zusammensetzung bzw. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennz eichnet, daß die Durchschnittsmenge der organischen, nicht holzartigen Fasern 1,27 mm bis 127 mm beträgt.

9. Zusammensetzung bzw. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennz eichnet, daß das feuerfeste Material gemahlene Schamotteziegel und/oder gemahlener, geblähter Feuerton sind/ist, welche durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,75 mm hindurchgehen.

10. Zusammensetzung bzw. Masse nach einem der Ansprühe 1 bis 9₅ dadurch gekennz eichnet, daß das Bindemitt el ein natürliches Gumm-Material und/oder ein synthetisches Harz und/oder ein anorganisches Bindemittel, insbesondere Wasserglas und Ton ist /sind, oder diese enthält.

11. Zusammensetzung oder Masse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel ein Phenol-Formaldehydharz ist oder dieses enthält.

12. Verwendung einer Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung der Auskleidung in der metallischen Schale einer Form oder Wärmehaube für die Metallherstellung.

13» Verwendung der Zusammensetzung bzw. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von Formstücken bzw. Ziegeln für eine Form oder Wärmehaube zur Metallherstellung.

14. Verfahren zur Auskleidung einer Form oder Wärmehaube für die Metallherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Aufschlämmung einer Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird, die Aufschlämmung auf der inneren Oberfläche einer Gießereiform oder einer Wärmehaube angebrächt wird und die Aufschlämmung unter Bildung einer glatten Schicht aus der Masse getrocknet wird.

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15· Verfahren zur Herstellung eines Formstückes bzw. Ziegels für das Auskleiden einer Form für die Metallherstellung oder einer Wärmehaube hierfür, dadurch gekennzeichnet, daß eine wässrige Aufschlämmung einer Zusammensetzung bzw. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis hergestellt, die Aufschlämmung in einer Form für das Formstück bzw. den Ziegel abgelagert und die Aufschlämmung unter Bildung eines Formstückes bzw. Ziegels getrocknet wird.

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