DE2325720B1 - Verfahren und vorrichtung zum vergiessen von metallschmelzen - Google Patents

Description

• Ohne die Form dabei - wie bei dem bekannten Verfahren - vom Boden abzuheben und vollständig zu umhüllen, gewährleistet der Überdruck in dem Aufbau, daß das Schutzgas auch in die Poren der Sandform eindringt und Luft und Wasserdampf dar- aus möglichst weitgehend verdrängt, ehe die Form gefüllt wird.
• Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht weiterhin darin, daß bei dem neuen Verfahren die Schmelze im fallenden Strahl eingegossen werden kann, was für eine gelenkte Erstarrung der Schmelze vorteilhaft ist. Das Ausmaß des Austreibens von Luft und Wasserdampf ist selbstverständlich von der Dauer des Durchspülens der Form und von dem dabei angewandten Überdruck abhängig. Dieser kann vorteilhafterweise 3 bis 30 mm WS (Wassersäule) betragen und wird beispielsweise mit Hilfe eines siphonartigen Druckbegrenzers eingestellt und gehalten. Höhere Überdrücke haben sich insofern als ungünstig erwiesen, daß dadurch der Schutzgasverbrauch stark ansteigt.
• Weiterhin ist es zweckmäßig, die Menge des zum Durchspülen der Form verwendeten Schutzgases in Abhängigkeit von der freien Formoberfläche einzustellen, wobei sich - abhängig vom Verdichtungsgrad der Sandformmasse und der Gasdurchlässigkeit des Formsandes - Mengen von 40 bis 2001/min.
• (Liter pro Minute) pro Quadratmeter der freien Formoberfläche als geeignet erwiesen haben. Unter der freien Formoberfläche versteht man alle Teile der Sandoberfläche, die direkt an die freie Atmosphäre angrenzen, einschließlich des unter Umständen durch einen die Schmelze enthaltenden Behälters nur unvollständig abgedeckten Bereiches.
• Für die Abdichtung der Einlauföffnung in die Sandform hat sich eine dünne Scheibe, z.B. eine Aluminium- oder eine Kunststoffolie, als zweckmäßig erwiesen, die durch die einfließende Schmelze geschmolzen oder verbrannt wird. Weiterhin hat sich die zusätzliche Maßnahme bewährt, den domartigen Aufbau mindestens teilweise aus einem Material herzustellen, das durch die Hitze der in die Form eingefüllten Schmelze zerstörbar ist. Wird der Aufbau durch die in den Speiseröffnungen aufsteigende Schmelze zerstört, so ist es möglich, das Ansteigen der Schmelze in den Speiseröffnungen zu beobachten, den Formfüllvorgang rechtzeitig abzuschließen und ein Überlaufen der Schmelze zu verhindern.
• Weiterhin öffnet diese selbsttätige, mindestens teilweise Zerstörung des Aufbaues eine Zugänglichkeit zu den Speiseröffnungen, um diese mit Isoliermassen oder Antilunkermitteln - z. B. Vermiculit-Glimmer, trockenem Sand oder exotherm reagierenden Stoffen - zu beschichten. Alle diese Mittel haben die Aufgabe, die in den Speisern enthaltene Schmelze möglichst lange in flüssigem Zustand zu halten.
• Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen rohr- oder haubenartigen Körper, der je einen Leitungsanschluß für die Zu- und Abfuhr des Schutzgases aufweist und über ein Dichtelement auf der Sandform abgestützt ist. Vorteilhafterweise ist der haubenartige Körper dabei über eine Dichtmasse - z. B. über ein Lehm/ Sand-Gemisch oder über eine der bekannten Gießereiabdichtmassen - in die Sandform eingebettet. Es ist jedoch auch möglich auf der Sandoberfläche eine Staub- oder Flüssigkeitstassendichtung, z. B. durch Ankleben, zu befestigen und den Körper in diese Dichtung zu setzen.
• Wird ein rohrartiger Körper - z. B. aus Metall, insbesondere aus Stahl - verwendet, der selbstverständlich nicht nur einen kreisförmigen, sondern einen beliebigen, auch eckigen Querschnitt aufweisen kann, so läßt er sich in einfacher Weise durch eine durch Hitze zerstörbare Abdeckung, z. B. durch eine Kunststoffolie, überspannen, die auf seiner Mantelfläche, z. B. mit Klebband, - mindestens nahezu -gasdicht befestigt werden kann. Es haben sich dafür handelsübliche Polyäthylenfolien von 0,1 bis 0,5 mm Dicke bewährt.
• Statt eines Rohres kann auch als mehrfach verwendbare Abdeckung eine Haube aus festem Material als domartiger Aufbau verwendet werden, die für die Beobachtung des Ansteigens der Schmelze in den Speiseröffnungen mit einem Schauglas versehen sein kann. Ein oder mehrere Griffe an einer derartigen Haube ermöglichen ein rechtzeitiges Abheben und eine zeitgerechte Zugänglichkeit für das Aufbringen der Isoliermassen.
• Selbstverständlich ist es möglich, alle Speiseröffnungen durch einen gemeinsamen Aufbau abzudekken, oder für jede Öffnung - je nach Größe der Form - einen eigenen, domartigen Aufbau zu verwenden.
• Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung, deren einzige Figur eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt, näher erläutert.
• Das neue Verfahren wird in dem beschriebenen Beispiel zum Gießen von Stahlringen verwendet, die beispielsweise einen Außendurchmesser von 1100, einen Innendurchmesser von 1030 und eine Höhe von 350mm aufweisen. Bei dem zu vergießenden Material handelt es sich um einen Stahl, der mit 22 Gewichtsprozent Chrom, 15 Gewichtsprozent Nikkel und 2,5 Gewichtsprozent Wolfram legiert ist.
• Die Ringform 1 ist auf bekannte Weise in Quarzsand geformt worden, der mit Öl gebunden ist. Die Sandform ist eingebettet in einen Formkasten3, der zur einfacheren Handhabung in der Höhe geteilt ist.
• Der Kasten 3 weist für seinen Transport Griffe 4 auf.
• Die Formoberfläche ist bis auf ihre Oberseite von allen Seiten von dem Formkasten3 eingeschlossen, so daß sich die freie Formoberfläche aus der Fläche der Oberseite abzüglich ihres unter dem domartigen Aufbau 5 liegenden Teiles ergibt.
• Der Aufbau 5, der aus einem Stahlrohr 6 besteht, das seinerseits nach oben durch eine durchsichtige Kunststoffolie 7 abgedeckt und auf seiner Mantelfläche mit Hilfe eines Klebebandes mindestens weitgehend gasdicht abgedichtet ist, überdeckt alle an die Ringform 1 angeschlossenen Speiseröffnungen 8, in die auch ein Einlaufkanal 9 für die Schmelze einmündet. Seine Einlauföffnung 20 ist durch eine Aluminiumfolie 10 abgedeckt. Selbstverständlich ist es auch möglich, jede Speiseröffnung 8 durch einen eigenen Aufbau 5 von der umgebenden Atmosphäre abzuschließen.
• Der untere Rand des Rohres 6 ist in einer beispielsweise aus einem Lehm/Sand-Gemisch bestehenden Dichtmasse 17 in ein die Speiseröffnungen 8 umgebenden Ringkanal 18 in der Sandoberfläche eingebettet.
• Auf der Oberfläche der Form ist weiterhin ein Aufnahmegefäß 11 für die Schmelze abgestellt, dessen mit einem Stopfen 12 verschlossener Bodenauslaß 13 sich über der mit der Folie 10 abgedeckten Einlauföffnung 20 befindet.
• In den Mantel des Rohres 6 münden Leitungen 14 und 15, von denen die eine 14 an eine Schutzgasquelle, z. B. eine Gasflasche, angeschlossen ist, während die andere 15, die als Auspuffleitung dient, in einen Druckbegrenzer 16 führt, der seinerseits mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht. An dieser Dichtung, die im einfachsten Fall aus einem mit Wasser gefüllten Behälter besteht, wird gleichzeitig der beim Einblasen des Schutzgases im Aufbau 5 erzeugte Überdruck dh überwacht und eingestellt. In dem geschilderten Beispiel dient als Schutzgas ein Formiergas aus 6 Volumprozent Wasserstoff und 94 Volumprozent Stickstoff.
• Nach dem Aufsetzen und Abdichten des Aufbaues 5, dem Anschließen der Leitung 14, dem Abdichten der Leiter 15 und dem Abdecken der Einlauföffnung20 wird zunächst - d.h. noch ehe der Behälter 11 auf die Form 2 aufgesetzt wird - im Aufbau 5 ein Überdruck von etwa 10 mm WS erzeugt und die Sandform 2 eine gewisse Zeit mit Schutzgas durchgespült, wobei die Erfahrung Spülzeiten von 10 bis 15 min - je nach Dichte der Sandmassen - als ausreichend ausgewiesen hat. Das Schutzgas dringt dabei infolge seines Überdruckes aus dem Aufbau 5 und dem Formhohlraum 1,8 in die Poren des Sandes ein und verdrängt dort Luft und Wasserdampf, die im wesentlichen durch die freie Formoberfläche hindurch entweichen. Nach dem Durchspülen der Form wird der Bodenauslaß 13 des Aufnahmebehälters 11 freigegeben, die heiße Schmelze 19 schmilzt oder verbrennt die Folie 10 und fließt durch den Kanal 9 in die Form 8, 1, wobei, wie in der Figur gezeigt, der Ringraum 1 im fallenden Strahl gefüllt wird.
• Sobald die heiße Schmelze in den Speisen 8 eine gewisse Höhe erreicht hat - der Anstieg der Schmelze kann durch die durchsichtige Folie 7 hindurch beobachtet werden - schmilzt oder verbrennt die Folie 7 infolge der von der Schmelze abgestrahlten Wärme. Dadurch wird das Innere des Aufbaues 5 zugänglich, und es können in der erwähnten Weise Isoliermassen auf die Öffnungen 8 gestreut werden.
• Ist die Folie 7 zerstört - bzw. allgemein die Trennung des Innenraumes des Aufbaues 5 von der Umgebung aufgehoben, so wird die Gaszufuhr abgestellt.
• Die von der Schmelze ausgehende Wärme bewirkt in der Form 1, 8 und im Aufbau 5 eine starkeDruckerhöhung und Ausdehnung der Gase. Durch Entweichen einer Teilmenge über die Leitung 15 und den Druckbegrenzer 16 wird dieser überhöhte Druck abgebaut.
• Der Gießvorgang dauert etwa 15 bis 50 sec, so daß sich zusammen mit den Durchspülzeiten eine Gasverbrauchsdauer von etwa 11 bis 16 min ergibt.
• Die gesamte, im vorliegenden Fall verbrauchte Gasmenge beträgt dabei etwa 80 bis 150l/min je m2 der freien Formoberfläche.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Vergießen von Metallschmelzen in Sandformen unter Schutzgasatmosphäre, wobei vor dem Füllen der Form mit flüssigem Metall Schutzgas in die von der umgebenden Atmosphäre getrennte Form eingefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseröffnungen (8) durch mindestens einen domartigen Aufbau (5) gegen die Umgebung abgedichtet werden und daß die Einlauföffnung (20) für dieSchmelze (19) ebenfalls abgedeckt wird, daß ferner in dem domartigen Aufbau (5) durch Einblasen von Schutzgas ein Überdruck (A h) aufrechterhalten und die Sandform (2) mit Schutzgas durchgespült wird und daß schließlich die Einlauföffnung(20) für die Schmelze (19) freigegeben wird, wobei das Einblasen von Schutzgas so lange fortgesetzt wird, bis der Formhohlraum (1, 8) mindestens bis zu den Speiseransätzen gefüllt ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Aufbau (5) ein Überdruck (dh) von 3 bis 30mmWS eingehalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des eingeblasenen Schutzgases in Abhängigkeit von der Größe der freien Formoberfläche eingestellt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlauföffnung (2dz) durch eine dünne Scheibe (10) abgedeckt wird, die durch die Schmelze (19) geschmolzen oder verbrannt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck mit Hilfe eines siphon artigen Druckbegrenzers (16) gehalten wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der domartige Aufbau (5) mindestens teilweise aus einem Material hergestellt wird, das durch die Hitze der in den Formhohlraum (1,8) eingefüllten Schmelze (l9) zerstörbar ist.
7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfallrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen rohr- oder haubenartigen Körper (9), der je einen Leitungsanschluß (14, ) für die Zu- und Abfuhr des Schutzgases aufweist und über ein Dichtelement (17) auf der Sandform (2) abgestützt ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (6) mit einer durch Hitze zerstörbaren Abdeckung (7) überspannt ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Haubenkörper mit einem Schauglas versehen ist.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (7) aus einer durchsichtigen Kunststoffolie besteht.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (6) über eine Dichtmasse (17) in die Sandform (2) eingebettet ist.

    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen von Metallschmelzen in Sandformen unter Schutzgasatmosphäre, wobei vor dem Füllen der Form mit flüssigem Metall Schutzgas in die von der umgebenden Atmosphäre getrennte Form eingefüllt wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

    Aus der deutschen Patentschrift 1215309 ist ein Verfahren bekannt, um Schutzgas bestimmter Zusammensetzung auch beim Gießen in Sandformen anzuwenden und so den Einfluß von Luft während und nach dem Gießprozess möglichst weitgehend auszuschalten; denn bekanntlich kann dieser Einfluß die Eigenschaften des Gußstückes, beispielsweise durch Oxydbildung, negativ beeinflussen. Nach diesem bekannten Verfahren wird die Form mit einer Schutzhülle aus gasundurchlässigem Material, z. B.

    mit einer Kunststoffolie, umgeben und anschließend, vor dem Eingießen der Metallschmelze, ein Schutzgas mit einem gegenüber Luft unterschiedlichem, spezifischen Gewicht in die Schutzhülle eingefüllt.

    Die Praxis hat gezeigt, daß dieses Verfahren sehr große Mängel aufweist, die es praktisch unbrauchbar machen. Es ist beispielsweise bei dem bekannten Vorgehen unmöglich, in den Poren des die Form umhüllenden Sandes enthaltene Luft und/oder von der Formherstellung darin befindlichen Wasserdampf zu entfernen. Durch die beim Eingießen der Schmelze entstehende Wärme dehnen sich daher diese Dämpfe und Gase aus, dringen aus den Poren in den Formhohlraum ein und verdünnen das bzw. vermischen sich mit dem Schutzgas. Abgesehen davon, daß bei dem bekannten Verfahren nur Schutzgase mit von Luft verschiedenem spezifischen Gewicht verwendet werden können, zeigen auch viele Gase oder Gasmischungen, - wie z.B. Argon, Kohlendioxid oder Stickstoff - die hinsichtlich des spezifischen Gewichtes die Bedingung erfüllen, die Neigung, sich eher mit der Luft zu mischen, als diese zu unter-bzw. zu überlagern und so die Luft aus dem Formhohlraum zu verdrängen. Mit allen diesen Gasen ist es daher zumindest zweifelhaft, ob die gewünschte Wirkung erzielt wird.

    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des geschilderten Verfahrens zu beseitigen und ein Verfahren zu schaffen, bei dem passende Schutzgase ohne Rücksicht auf ihr spezifisches Gewicht verwendet werden können, und bei dem weiterhin Luft und Wasserdampf zumindest weitgehend aus den Poren der Sandform entfernt werden können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Speiseröffnungen durch mindestens einen domartigen Aufbau gegen die Umgebung abgedichtet werden und daß die Einlauföffnung für die Schmelze ebenfalls abgedeckt wird, daß ferner in dem domartigen Aufbau durch Einblasen von Schutzgas ein Überdruck aufrechterhalten und die Sandform mit Schutzgas durchgespült wird und daß schließlich - bei Gießbeginn - die Einlauföffnung für die Schmelze in die Form freigegeben wird, wobei das Einblasen von Schutzgas so lange fortgesetzt wird, bis der Formhohlraum mindestens bis zu den Speiseransätzen gefüllt ist.