DE2057788A1 - Waermeisolierendes Lunkerverhuetungsmittel - Google Patents

Description

PATENTANWAiTE DR.E.WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 2057788 DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT MÖNCHEN HAMBURG

55 5+7« 8000 Mönchen 15,24.November 197o

TELEGRAMME! KARPATENT NUSSBAUMSTRASSE 10

W 4o 194/70 5/Sch

Poseco Trading AG Chur, Schweiz

Wärmeisolierendes Lunkerverhütungsmittel

Die Erfindung bezieht sieh auf wärmeisolierende Lunkerverhütungsmittel.

Beim Gießen von geschmolzenem Metall zu Blöcken oder Gußstücken ist es übliche Praxis, die obersten Teile des geschmolzenen Hetallkörpers thermisch zu isolieren, gerade, nachdem man den Gießprozeß abgebrochen hat; so wird die Hetallbeschickung zu dem Blockoder Gußstückkörper aufrechterhalten, um das Schwinden beim Erstarren auszugleichen. Die thermische Isolierung wird häufig teilweise durch die Vorkehrung durchgeführt, daß man auf die geschmolzene Metalloberfläche eine Schicht einer wärmeisolierenden Zusammensetzung aufbringt. Da solch eine Schicht die Lunkerbildung auf ein Minimum beschränkt, werden die verwendeten Materialien einfach als vrärmeisolierende Lunkerver^ütungsmittel bezeichnet; dieser Ausdruck wird im folgenden der Ein-

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fachheit halber verwendet.

Gemäß einem ersten Merkmal der Erfindung wird ein wärmeisolierendes Lunkerverhütungsmittel geschaffen, das säurebehandelten Graphit zusammen mit einem hitzebeständigen wärmeisolierenden Material umfaßt. Vorzugsweise werden die Anteile und Arten der zwei Materialien so gewählt, daß die Aufblähung der Materialschicht, die auf die geschmolzene Metalloberfläche zur Anwendung kommt, nicht mehr als das Fünfzehnfache und vorzugsweise nicht mehr als das Zehn- bis Zwölffache der ursprünglichen Dicke beträgt. Vorzugsweise liegt der Anteil des säurebehandelten Graphits in dem Gemisch im Bereich von 1o bis 4o Gew.^, vorzugsweise 15 bis 4o Gew.^. · . . . .

Der andere Hauptbestandteil des Gemische ist ein hitzebeständiges wärmeisolierendea Material, z.B. ein hitzebeständiger Füllstoff wie gebrannter Ton, Siliciumdioxydmehl, Tonerde, Bauxit, Magnesia, Tone wie Bindeton, Porzellanerde, Kaolin oder andere geeignete hitzebeständige Silicate; Füllstoffe von leichtem Gewicht wie Vermiculit, Perlit und Bimsstein können auch verwendet werden. Kohlenstoffhaltige Materialien können ebenso verwendet werden. Es ist auch möglich, eine Zusammensetzung zu verwenden, die beim Erhitzen zu einem hitzebeständigen Material wird; solche Materialien sind z.B. Kalk (Calciumhydroxyd) und Magnesiumcarbonat. Die Korngröße solch eines Materials ist vorzugsweise so, daß es nicht aus der Mischung seigert, und so, daß die Mischung pelletisiert, granuliert oder, falls erforderlich, tablettiert werden kann.

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Säurebehandelter Graphit ist ein allgemeiner Ausdruck für Graphite, die sich beim Erhitzen aufblähen und so eine in hohem Grade wärmeisolierende vermiculare Struktur mit niedriger Dichte ergeben. Diese Graphite können dadurch hergestellt werden, daß man Lamellengraphit mit Mischungen von Schwefelsäure mit Salpetersäure oder Perchlorsäure behandelt und dann das so behandelte Graphit aus der Säure entfernt. Die Säuremischung kann ein anorganisches Oxydationsmittel wie Chromtrioxyd, Kaliumchlorat oder Kaliumpermangänat enthalten. Das so behandelte Graphit wird sich beim Erhitzen, gewöhnlich oberhalb 15o°G, auf ein Vielfaches seines ursprünglichen Volumens aufblähen oder ausdehnen.

Die Lunkerverhütungsmittel, wie oben definiert, können in Pulverform vorliegen, aber sie sind vorzugsweise granuliert oder in Tabletten geformt; ein kleiner Anteil eines Tons^ oder ärgeren Binders kann dem Gemisch zwecks Pelletisierung einverleibt werden.

Es ist gefunden worden, daß Lunkerverhütungsmittel gemäß der Erfindung von besonderem Wert beim Gießen von geschmolzenen Metallen, vorzugsweise eisenhaltigen Metallen oind.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird daher ein Verfahren geschaffen, geschmolzenes Hetall zu einem Block oder Gußstück su gießen, worin, nachdem das geschmolzene Metall in eine Kokille oder Gußform gegossen worden ist, auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Gießtopf ein wärmeisolierendes Lunkerverhütungsmittel, wie oben definiert, angewendet wird. Die Menge des Lunkerverhütungsmittels, die verwendet wird.

BAO ORIGINAL

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ist vorzugsweise ausreichend, um eine Schicht von aufgeblähtem wärmeisolierenden Material zumindest in einer Dicke von 25 mm auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu liefern.

Es wurde wider Erwarten gefunden, daß Ergebnisse, die unter Anwendung eines säurebehandelten Graphits allein als Lunkerverhütungsmittel erhalten wurden, nicht zufriedenstellend sind. Die hohe Konzentration von kohlenstoffhaltigem Material beeinflußt den Kohlenstoffgehalt des gegossenen Metalls? dies ict nachteilig, insbesondere, wenn das Metall eisenhaltig ist. Zusätzlich hat der aufgeblähte Kohlenstoff, der von extrem niedriger Fülldichte ist, die Tendenz, von der Metalloberfläche wegzuwehen, z.B. unter dem Einfluß der Stichabnahmen, so daß seine Wirksamkeit als wärmeisolierende Schicht schwindet und zusätzlich ein Luftverschmutzungsproblem entsteht. In feinzerteilter Form neigt Kohlenstoff dazu, an Luft zu oxydierenj es ist schwierig, genau eine kleine Dosierung eines nicht aufgeblähten säurebehandelten Graphits anzuwenden, um gerade die gewünschte Dicke von einer aufgeblähten Schicht über die ganze Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu erhalten. Es wurde in der Praxis gefunden, daß säurebehandelter Graphit, wenn er allein verwendet wird, sich weitgehend auf mehr als das Fünfzehnfache seiner Eigendicke aufbläht; dies ist ein ernster Nachteil, da sich daraus Überlaufen und Ausschuß ergibt. Wenn genug unaufgeblähter säurebehandelter Graphit angewendet wird, um die Oberfläche des geschmolzenen Metalls vollständig zu überdecken, wird die Dicke der aufgeblähten Schicht übermäßig groß. Die Einlagerung von hitzebeständigem Material überwindet alle diese Kachteile.

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Mit den meisten säurebehandelten Graphiten ist die Tendenz verbunden, während des Gebrauchs Säure und unerwünschten Qualm zu erzeugen. Dieser Tendenz kann entgegengewirkt werden, indem man dem Lunkerverhütungsmittel ein basisches Material beifügt, z.B. Calciumhydroxid, Natriumcarbonat, Magnesiumhydroxyd oder Magnesiumearbonat. Im allgemeinen ist ein Anteil eines basischen Materials bis zu To Gew.^ der Zusammensetzung angebracht. In einigen Fällen jedoch kann das hitzebeständige wärmeisolierende Material selbst basisch sein, z.B. wenn Magnesiumoxyd verwendet wird.

Wie oben erwähnt, kann feinzerteilter Kohlenstoff, der zur Aufblähung des säurebehandelten Graphits dient, zur Oxydation neigen. Diese Oxydation, die zu einer Schichtdickenabnahme des Lunkerverhütungsmittels führt und die für wärmeisolierende Eigenschaften nachteilig sein würde, kann dadurch vermieden werden, daß in das Lunkerverhütungsmittel ein feinzerteiltes, leicht oxydierbares Material wie Aluminium, Magnesium oder OaI-ciumsilicid eingebracht wird, ein Material, das vorzugsweise durch das säurebehandelte Graphit oxydiert wird. Im allgemeinen wird eine Menge bis zu 2o Gew.$ eines solchen Zusatzes beigegeben.

Es kann auch von Wert sein, einen Anteil, z.B. 5 bis 15 Gew.fi eines entweder organischen oder anorganischen faserigen Materials· in das Lunkerverhütungsmittel einzubringen, um die Geschlossenheit der aufgeblähten Lunkerverhütungsr/iittelschicht aufrechtzuerhalten. Das faserige Material kann vorzugsweise eine Faserlänge von 3 bis 1o mm besitzen.

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Lunkerverhütungsmittel gemäß der Erfindung sind zum Gebrauch, sowohl für Grießereien als pv.ch Stahlwerke geeignet} sie können für eine große Anzahl von sowohl Eisen- als auch Hichteisenmetallen (z.B. Kupfer) Verwendung finden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen erläutert.

Beispiel 1

4oo g einer Mischung, die 25$ säurebehandelten Graphit, 25$ Bindeton und 5o$ gebrannten Ton umfaßte, wurde

ρ
auf eine 23 cm große heiße Platte aufgebracht, die bei 142o C gehalten wurde. Es wurde gefunden, .daß der Grad des WärmeVerlustes nach 14 min gleich dem war, der unter Anwendung von 1ooo g eines herkömmlichen, exothermen Marken-Lunkerverhütungsmittels in einer identischen Form verwendet wurde. Nach 35 min war der Gesamtwärmeverlust in beiden Fällen der gleiche.

Ein 2o cm-Gußwürfel wurde unter Anwendung eines Bodenlaufsystems (im steigenden Guß) hergestellt und mit einem Steiger von 15 cm Höhe und 15 cm innerem Durchmesser versehen, wobei eine mild wirkende exotherme Umkleidung zur Anwendung kam. Der Guß wurde in Stahl (o,2 bis o,4$ Kohlenstoff), bei 158o°G vergossen, ausgeführt. 26o g der obengenannten Mischung wurden sogleich nach dem Gießen als Lunkerverhütungsmittel aufgebracht. Die anfängliche Dicke der Lunkerverhütungsmittelschicht betrug -12 mm und dehnte sich in Berührung mit dem geschmolzenen Metall auf über 5o mm aus. Es entwickelte

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kein Rauch. Beim Längszersohneiden des fertigen Gußstückes wurden lunker im Bereich des Steigers gefundenj die Analyse des Gußmetalls zeigte keine "bedeutsame Kohlenstoffaufnähme.

Beispiel 2

Die folgende Zusammensetzung verhielt sich in granulierter Form als wirksames isolierendes Lunkerverhütungsmitteli

	Beispiel 3	Gew
säureTsehandelter Graphit	2o
gebrannter .Ton	5o
Bindeton	25
Calciumhydroxyd	4
Dextrose	1

Ein Lunkerverhütungsmittel in Pulverform wurde hergestellt aus·

Gew.^

säuretehandelter Graphit 2ο

gebrannter Ton 4o

Bindeton 25

Aluminiumpulver 1o

Calciumhydroxid 5

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Beispiel 4

Ein Lunkerverhütungsmittel in Pulverform wurde hergestellt aus ;

	Beispiel 5	Gew. Ja
säurebehandelter Graphit	25
Bindeton	55
Aluminiumpulver	5
R^y on	1o
Calciumhydroxyd	.5

Bin Lunkerverhütungsmittel in Pulverform wurde hergestellt aus :

	Beispiel 6	Gew. Jo
säurebehandelter Graphit	3o
Vermiculit	25
gebrannter Ton	39
Calciumhydroxyd	6

In diesem Beispiel wurde ein Vergleich zwischen säurebehandeltem Graphit allein und einem Lunkerverhütungsmittel gemäß der Erfindung angestellt.

Zwei 2o cm Gußwürfel wurden aus Stahl mit

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niedrigem Kohlenstoffgehalt (λ/ο,Ι^), der bei ungefähr 158o°0 gegossen wurde, hergestellt . Jedes Gußstück wurde mit einer zylindrischen isolierenden Buchse von 15 cm innerem Durchmesser und 15 cm Höhe als Steiger gegossen. Die Gußformen waren aus mit Natriumsilicat gebundenem Sand hergestellt. Bei einem Gußstück A wurde ein lunkerverhütungsmittel folgender Zusammensetzung angewendet:

Gew.^ säurebehandelter Graphit ■ 25

Bindeton 7o

Calciumhydroxyd ■ 5

Bei einem anderen Gußstück B wurde säurebehandelter Graphit allein angewendet.

Beide Materialien wurden auf die Oberfläche des Metails in dem Steiger in einer Menge von o,32 g/cm sofort nachdem das Gießen beendet war, aufgebracht. Bei dem Gußstück A dehnte sich das Lunkerverhütungsmittel aus und ergab eine Schicht von annähernd 2o mm Dicke an dem Rand des Steigers. Bei dem Gußstück B dehnte sich der säurebehandelte Graphit auf eine Höhe von annähernd 36 mm an dem Hand des Steigers aus; dies überschritt die für das Lunkerverhütungsmittel zulässige Höhe (25 mm), welche in der Praxis angewendet wird, wenn man Gußstücke von ähnlicher Größe erzeugt, und die Ausdehnung ergab ein Überlaufen und Ausschuß von Material.

Annähernd 5 min nach dem Gießen war ein beträchtliches Zusammenfallen infolge des Ausbrennens des säurebehandelten Graphits auf dem Gußstück B au bemerken. Dieses setzte sich fort, bis die Metalloberfläche sichtbar war (annähernd Io min), wobei zu sehen war, daß zusätzlich zu dem Ausbrennen ■■■:·!ri'? rasche Auflösung des aulgeblähten Graphite in dem ge-

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- Io -

schmolzenen Metall eintrat. Dieser Vorgang setzte sich fort, bis das Material vollständig aufgelöst war (16 min), wobei sich während des Prozesses ein beträchtlicher Rauch ergab.

Im Gegensatz hierzu blieb das Lunkerverhütungsmittel auf dem Gußstück A, abgesehen von dem Zusammenfallen infolge der Metallschrumpfung,während der Dauer des Versuchs unversehrt. Nach dem Herausnehmen wurden beide Gußstücke in der Längsrichtung geschnitten. Es wurden Proben von verschiedenen Stellen an der Schnittfläche senkrecht unter dem Steigerlunker ^ettommen _un^ Qx₁₀I_{1 von} einem Teil gegen den Boden des Würfels und von der Linie des Lunkers entfernt. Die letztgenannten Proben wurden als repräsentativ für das Bodenmaterial genommen. Die Querschnitte der Gußstücke und die Lage der Prüfstellen sind in der Zeichnung gezeigt.

Es wurden Kohlenstoffanalysen bei jeder der Proben ausgeführt. Mit dem Lunkerverhütungsmittel war, wie gefunden wurde, die Kohlenstoffaufnähme zu vernachlässigen. Es wurden Werte von 0,08$, 0,078$, o,o7$, o,o77/° und o,o65/£ aufgezeichnet. Mit dem säurebehandelten Graphit bei alleiniger Anv/endung war, wie gefunden wurde, eine wesentliche Kohlenstoffaufnahme sowohl in dem Steiger als auch in dem Gußstück selbst vorhanden. Die entsprechenden V/erte für den Kohlenstoffgehalt sind: o,2$&, o,16?£,

0,08^ und o,o9$.

Die Lunkerverhütungsmittel gemäß der Erfindung haben eine groi3e Anzahl von vorteilhaften Eigenschaften: Sie sind sauber und stäuben nicht im Gebrauch, sie erzeugen keinen schädlichen oder unervrtinschten Rauch, sie sind ver-

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hältnismäßig wirtschaftlich in der Herstellung und im Gebrauch und sie können bequem in leicht handhabbare Preßlinge, Pellets oder Granulate geformt werden. Wie angegeben, ist die Kohlenstoffaufnähme durch das geschmolzene Metall gering·

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Wärmeisolierendes Lunkerverhütungsmittel, das säurebehandelten Graphit umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß es ein hitzebeständiges wärmeisolierendes Material enthält.

2. Lunkerverhütungsmittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteile und Arten der zwei Materialien so gewählt sind, daß bei Anwendung einer Lunkerverhütungsmittelschicht auf eine geschmolzene Metallo"berflache sich die Schicht auf nicht mehr als das Fünfzehnfache ihrer ursprünglichen Dicke aufbläht oder ausdehnt.

3. Lunkerverhütungsmittel gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 1o bis 4o Gew.fi, vorzugsweise 15 bis 4o Gew.$ säurebehandelten Graphit enthält.

4. Lunkerverhütungsmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu 1o Gew.fb eines basischen Materials, vorzugsweise Calciumhydroxid, enthält.

5. Lunkerverhütungsmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu 2o Gew.io eines feinzerteilten oxydierbaren Materials, z.B. Aluminium, enthält.

6. Lunkerverhütungsmittel gemäß einem der An-

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Sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 "bis 15 Gew.$ faseriges Material enthält.

7. Verfahren zum G-ießen von geschmolzenem Metall zu einem Block oder. Gußstück, "bei dem nach dem Vergießen des Metalls in eine Kokille oder Gußform auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in dem Gießkopf ein Lunkerverhütungsmittel aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Lunkerverhütungsmittel aus einer Zusammensetzung besteht, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 6 angegeben ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Lunkerverhütungsmittels, die angewendet wird, ausreichend ist, um eine Schicht von aufgeblähtem oder ausgedehntem wärmeisolierendem Material in einer Dicke von mindestens 25 mm auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls zu ergeben.

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