DE2809282A1

DE2809282A1 - Verfahren zum herstellen von gegossenen giessformen

Info

Publication number: DE2809282A1
Application number: DE19782809282
Authority: DE
Inventors: Jun Paul Eugene Hamill; Macy William Vance
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1977-03-04
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1978-09-07
Also published as: FR2382294B1; SE7802339L; FR2382294A1; ES467523A1; IN148233B; NL7802317A; ZA781027B; MX147989A; BE864565A; GB1588301A; IT7867460A0; BR7801256A; JPS53137024A; LU79166A1; CA1093275A

Description

Verfahren zum Herstellen von gegossenen Gießformen

Die Erfindung betrifft das Herstellen von Gießformen bzw. Kokillen.

Beim Erzeugen von Stahlblöcken verwendete Gießformen oder Kokillen bestehen üblicherweise aus aufrechtstehenden kastenartigen Schalen aus Gußeisen, die an einem oder beiden Enden offen sind und das 0,8 bis 1,5-fache des enthaltenden Blockmaterials wiegen» Zum Verschließen des Bodens beim Abgießen von Stahl in an beiden Enden offene Kokillen, doh« in konische Kolcillen mit entweder engerem Kopfbereich oder engerem Fußbereich., wird die Kokille aufrechtstehend mit dem weiteren Ende nach unten auf eine dicke gußeiserne Gespannplatte gestellt, die als Verschlußplatte für den Kokillen-Formhohlraum disnt= . Ein ausreichend dichter Sitz zwischen der Kokille und der Gespannplatte ist zu gewährleisten, um das Austreten von geschmolzenem Stahl dazwischen zu vermeiden= Lediglich ein offenes Ende aufweisende Kokillen, d.h. kenische Kokillen mit erweitertem Kopfbereich und geschlossenem Fußabschnitt sind bereits bekannt und erfordern keine Gespannplatte.. Es ist jedoch allgemein üblich, eine Wärmhaube über das offene Ende dieses Kokillentyps zu stülpen, wenn sich abgegossenes Material in der

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Kokille befindet. Auen hierbei ist sj erforderlich, ainen ausreichend dichten Sitz zwischen der Form und der Wäreahaube zu gewährleisten, ix-ji sin Austreten dei- Stahlschmelze zu verhindern.

Kokillen oder Gießformen werden üblicherweise entsprechend lang bewährter Gießtechniken in der Weise hergestellt, daß ein geeigneter Formhohlraum in einer Sandform ausgebildet und Gußeisen in diesen Formhohlraum hineingegossen wird. Das schmelzflüssige Material erstarrt sodann in der Gestalt der vorgegebenen Form- ¥enngleich die sandgegossene Oberfläche der hergestellten Kokille in den meisten Fällen ausreicht, so ist es doch erforderlich, die sandgegossene Bodenfläche einer neugegossenen konischen Kokille mit weiterem Fuß maschinell zu bearbeiten, um eine glatte, ebene Oberfläche zu erzielen. Dieses ist wichtig, weil die Bodenfläche der Kokille sicher auf der Gespannplatte stehen muß, wenn, wie bereits erwähnt, in konische Kokillen mit weiterem lußabschnitt abgegossen wird. Selbst die sandgegossene obere Oberfläche der konischen Kokillen mit geschlossenem Boden und weiterem Kopfbereich muß maschinell bearbeitet werden, um eine glatte, ebene Oberfläche zu erzielen, so daß ein guter Sitz der Wärmehaube gewährleistet ist. Zur vorzeitigen Vermeidung von Unklarheiten sei erwähnt, daß diese Oberflächen, die eben und glatt sein müssen, im folgenden als Weitkopf flächen bezeichnet werden, während im Fall von konischen Kokillen mit weiterem Fußbereich und engerem oder flaschenförmigen Kopfbereich von "Bodenflächen" gesprochen wird. Bei konischen Kokillen mit geschlossenem unteren Ende und erweitertem Kopfbereich wird von "oberen Endflächen" gesprochen.

Derartige maschinelle Bearbeitungen sind natürlich kostspielig und zeitraubend, weswegen Alternatiwerfahren zum Herstellen von Kokillen mit glatten, ebenen Waitkopfflächen entwickelt worden sind. So sind insbesondere Absc.hreck-Gußverfahren weit

verbreitet, bei welchen eine Eisenplatt.e so in eine Kokille eingebaut wird, daß die Weitkopffläche der gegossenen Kokille dar-ra anliegt. Da die Abschreckplatte glatter ist als die Sandformoberfläche und außerdem der Eisenerosion mehr Widerstand entgegensetzt,· ist die resultierende Weitkopf fläche der Kokille hinreichend glatt und eben, so daß keine maschinelle Bearbeitung erforderlich ist. Diese Arbeitsweise läßt sich natürlich auch auf Kokillen mit geschlossenem Boden anwenden, weil diese üblicherweise mit der Oberseite nach unten gegossen werden, so daß das erweiterte Ende der Öffnung auf einer derartigen Abschreckplatte ausgebildet werden kann.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auf Abschreckplatten gegossene Kokillen eine beträchtlich geringere Lebensdauer besitzen als die auf Sandgespannplatten gegossenen Kokillen. Eine Studie hat ergeben, daß auf Sandgespannplatten gegossene Kokillen eine um 22 % längere Lebensdauer besitzen als auf Abschreckplatten gegossene Kokillen. Dieser Lebensdauerunterschied ist in erster Linie eine Folge der unterschiedlichen Grob- und Feingefüge bei einerseits sand;gegossenen Oberflächen und andererseits bei unter Verwendung von Abschreckplatten gegossenen Oberflächen. Die sandgegossenen Oberflächen kühlen langsamer ab, was zu einem gleichmäßigeren Grob- und !"eingefüge führt, welches weniger rißanfällig ist.

Erfiniungsgemäß wird ein Verfahren zum Herstellen einer Gurßeisen-Kokille mit glatter, ebener, sandgegossener Weitkopffläche geschaffen, bei welchem die Kokille in einer Sandform gegossen wird, die mit einer glatten, ebenen, festen, thermisch isolierenden Platte versehen ist und die Fläche bildet, gegen welche die Weitkopffläche der herzustellenden Kokille gebildet wird.

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Ein bevorzugter Gedanke liegu somit in einem Verfahren zum . Gießen von loüllen, bei "welchem sine glatte, feste, thermisch, isolierende Platte verwendet wird, um die im Gu3zustand belassene Boderii'läche der Kokille au bilden, damit so eine glatte, ebene Oberi'IUchs entsteht, die keine maschinelle Bearbeitung erfordert. Außerdem gestattet die Verwendung der genannten Platte ein langsames Abkühlen und Erstarren, was die Ausbildung eines gleichförmigen Grob- und Feingefüges zur Folge hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematisierten Schnitt durch

eine zum Gießen einer Kokille vorbereitete Form,

Fig.2 einen Schnitt durch den unteren links

seitigen Abschnitt des in Fig. 1 dargestellten Formhohlraums und

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer

bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 benutzten festen Platte.

Wie bereits erwähnt, ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung darin zu sehen, daß eine feste isolierende Platte verwendet wird, um die Oberfläche des weiteren Kokillenendes (Weitkopf- fläche) des Formhohlraums zu bilden. Zu diesem Zweck kann die ausreichend widerstandsfähig auszubildende isolierende Platte sowohl beim herkömmlichen Abguß in Sandformen als auch beim herkömmlichen Gießen mit Abschreckplatten verwendet werden.

Kurz gesagt sieht das erfindungsgemäße Verfahren das Gießen einer Kokille in einer herkömmlichen Sandform vor, wobei zum

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Bilden der Weitkopf fläche des Formhohlraums weder Sand noch eine Absehreckplatte, sondern eine ausreichend feste isolierende Platte verwendet wird. Ss versteht sich, daß zahlreiche Ausführungsformen und Arbeitsweisen möglich sind, um eine derartige isolierende Platte in eine Form einzubringen, so daß die Oberfläche des weiteren Kokillenendes gebildet wird» Das einfachste Verfahren dürfte darin bestehen, eine herkömmliche Sandform zu erzeugen, in welcher eine große, flache isolierende Platte als Gespannplatte vorgesehen ist, auf welcher eine Sandform steht.

Ein bevorzugtes Verfahren ist in den Figo 1 und 2 dargestellt und verwendet herkömmliche Einrichtungen für das Gießen mit Abschreckplatten, wobei voneinander getrennt eine Gespannplatte und ein Kern vorgesehen sindo Gleich gute Ergebnisse können erzielt Pferden, wenn Kern und Gespannplatte einstückig miteinander ausgebildet sind» Die zuerst genannte Einrichtung umfaßt eine Abschreckplatten-Gespannplatte 10 mit einer flachen Ausnehmung 12 in der Mitte» Die Ausnehmung 12 hat zwei geneigte Wände 14- und 16. Ein hohler Kern 18 mit einem Flansch 22 ist so gestaltet, daß er in die Ausnehmung 12 eingesetzt werden kann und daß die geneigte Wandung 24 des Flansches 22 in vernünftiger Weise mit der unteren geneigten Wandung 6 in der Ausnehmung 12 übereinstimmt. Diese Anordnung ist gewählt, um sicherzustellen, daß der Kern 18 im Mittelpunkt der Absehreck-Gespannplatte 10 steht, wenn die Form für den Abguß bereit ist« Ein äußerer Formkasten 30 mit einem den Sand zurückhaltenden Eing 32 ist vorgesehen, um auf den Umfang der Abschreckgespannplatte 10 aufgelegt"zu werden und den Kern 18 in einem ausreichenden Abstand umringt, wodurch der benötigte Formhohlraum gebildet ist»

Um die oben erwähnte Anordnung zum Gießen einer Kokille vorzubereiten oder anzufertigen, ist es zunächst erforderlich. Formsand 36 gegen die Innenoberfläche des Formkastens 30 zu verdichten.

um so die Außenlandungen der angestrebten Kokille zu formen- und Formsand ^:y^D) gegen die Außenwandungen des Kerns 18 zu verdichten, um die Innenwandungen der angestrebten Sokille formmäßig vorzugeben. Befindet sich der Formsand 38 an Ort und Stelle, so wird der Kern 18 in der Ausnehmung 12 der Abschreckgespannplatte 10 angeordnet. Auf herkömmliche Weise wird sodann Formsand 46 in dem ringförmigen Spalt verdichtet, der zwischen dem Kern 18 und der Oberfläche 14 der Gespannplatte 10 verläuft. Sodann wird der Formkasten 30 an seinem Platz angeordnet. Im Gegensatz dazu erfordert das erfindungsgemäße Verfahren., daß eine verfestigte isolierende Platte 40 über die Abschreckgespannplätte 10 gelegt wird, um die Bodenfläche des Hohlraumes 42 zu bilden. Die verfestigte isolierende Platte 40 besitzt eine ringförmige Gestalt, so daß sie den Kern 18 vollständig umringt. Zum Abdichten der Platte 40 gegen die Abschreckgespannplatte 10, damit kein schmelz flüssiges Metall zwischen den beiden Teilen austritt, kann die innenseitige Kante der Platte 40 unter Bildung einer Lippe 44 nach unten gebogen sein, wobei die Lippe 44 dann mit der Wandung 14 der Ausnehmung 12 übereinstimmt. Formsand 46 wird sodann zwischen der Lippe 44 und dem Flansch 20 oder dem Kern 18 verdichtet, um eine glatte Verlängerung der oberen Oberfläche der Platte 40 zum Kernsand 38 zu erzielen. Die verfestigte isolierende Platte 40 ist hinreichend breit, so daß sich ihre äußere Kante unter den Sand-zurückhaltenden Ring 30 erstreckt, wodurch diese äußere Kante abgedichtet ist. Als letztet: wird eine den Formkasten gegen die Gespannplatte abdichtende Dichtung 48 rings um die Kante der Abschreckgespannplatte 10 angeordnet, wobei diese Dichtung die Platte 40 umringt. Sodann wird der Formkasten 30, an welchen der Eing 32 und der Sand 36 befestigt sind, von oben auf die Platte aufgesetzt, um so den Formhohlraum 42 zu bilden. Es ist zu beachten, daß die Dichtung 48 nicht immer erforderlich ist.

Die etwas komplizierte innenseitige Dichtungsanordnung, d.h. die Wechselwirkung zwischen der Lippe 44 und dem Formsand 46, hangt etwas von der jeweiligen Ausbildung der verwendeten Abschreckgespanneiarichtung ab. Andere Abgußeinrichtungen, die ebene Abschreck-Gespannplatten verwenden, lassen die Verwendung einer einfacher gestalteten Platte zu. So kann beispielsweise die innenseitige Kante der Platte flach ausgebildet sein ' und sich unter den Kern erstrecken. Das Abdichten erfolgt dann im wesentlichen in der gleichen Weise wie bei der außenseitigen Kante, welche wie dargestellt, unter dem Formkasten JO abgedichtet ist.

Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten grundlegenden Formkonstruktion ist es natürlich nötig, daß die übrigen, nicht dargestellten herkömmlichen Gießeinrichtungen, wie ein Gießbecken, eine Einlaufrinne sowie ein Gießkanal vorhanden sind.

Die verfestigte oder ausgesteifte isolierende Platte 40 kann aus jedem isolierenden Werkstoff bestehen, der sich zu einer glatten Platte verarbeiten läßt, welche durch schmelzflüssiges Eisen beim oder nach dem Gießen weder beeinträchtigt noch erodiert wird. Vorzugsweise wird eine Mischung aus Aluminiumsilikat-Fasern und einem Bindemittel aus kolloidaler Kieselsäure verwendet. Geeignete Aluminiumsilikat-Fasern sind unter den Handelsnamen KAOWOOL und FIBEEB¹EAX im Handel. Die Fasern werden zunächst in einer Aufschlämmung aus zugeschnittenen Fasern und Bindemittel verfilzt und mit Hilfe herkömmlicher -Vakuum-Umformeinrichtungen komprimiert, um eine plattenartige Gestalt zu erzielen. Sodann wird die Grünform bei "104⁰C getrocknet, um Feuchtigkeit zu entfernen und um die Festigkeit und Stabilität zu erhöhen. Eine erhöhte Festigkeit kann erforderlich sein, um dem ferrostatischen Druck beim Gießen der Kokille gewachsen zu sein. In gleicher Weise ist auch eine ausreichende Erosionsbe-

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ständigkeit erforderlich. Dieses kann dadurch erzielt werden, daß die getrocknete oder gebrannte Tafel mit kolloidalem Siliciumdioxid imprägniert wird, oder daß anorganische !Füllstoffe, wie hohle Glaskugeln oder Pulver zugesetzt -.orden, die auch wenigstens zum Teil die Fasern ersetzen können, um die Materiaikosten ?.n senken. Außerdem können Steinwolle oder Galciumsilikatfasern als Ersatzstoffe dienen. Es wurde gefunden, daß geeignete Tafeln durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet sind. Dicke 6,35 "bis 12,7 mm; Dichte 240 bis 480 kg/m^;

Wärmeleitfähigkeit 1 bis 2 BTU-in (entsprechend 0,124 bis

sq.ft/"*¹ · kr 0,248/Kcal * m \) . Zusätzlich haben die vorstehend beschrie-

3/kcal · m \)
\m² - ⁰C · hr/

benen Materialien den Vorteil, daß sie nicht am vergossenen Metall anhaften und sowohl auf heiße als auch auf kalte Abschreckgespannplatten aufgetragen werden können.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform ist natürlich an verwendete spezielle Abschreck-Gießeinrichtungen angepaßt. Es versteht sich demzufolge, daß die Einzelheiten je nach verwendeter Gießeinrichtung schwanken. Ist beispielsweise keine Ab— s ehreckge spannplatt eneinri chtung verfügbar, so kann die isolierende Platte 40 aus einer einfachen ebenen Scheibe bestehen, die in die obere Oberfläche eines Sandgespanns eingebettet ist.

Während der zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe durchgeführten Untersuchungen wurden einige unterschiedliche Möglichkeiten untersucht, wie die Verwendung von isolierenden Blechen und Sprühbeschichtungen. Alle diese Versuche verliefen jedoch unbefriedigend. Die Verwendung einer-isolierenden Platte bei der Laboratoriumsherstellung einer 178 x "178 mm Gußeisenkokille führte zum Erreichen einer glatten Oberfläche wie auch zu einem Grob- und Feingefüge, welches der angestrebten Gefügeausbildung nahekam. Als Ergebnis der erfolgreichen Laboruntersuchungen wurde ein erster Versuch im groß-

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technischen Maßstab unternommen, bei welchem drei Kokillen mit; Gewichten von 18 OCQ bis 26 000 kg mit Hilfe von isolierenden Platten erzeugt wurden, die an die Abschreckgespannplatte angeklebt waren. Alle drei Kokillen zeigten glatte ebene Bodenflächen, die keine maschinelle Nachbearbeitung erforderten· Eine der Kokillen hielt 59 Güsse aus, was beträchtlich besser war als die übliche Kokillenstandzeit bei Kokillen dieser Größe (die anderen beiden Kokillen gingen zu Bruch). Als Ergebnis der erfolgreichen Laborversuche und der durchgeführten Versuche im großtechnischen Maßstab wurden 8 Kokillen mit handelsüblichen Gewichten (23 000 kg) mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise hergestellt. Die benutzten Platten waren 9_S5 niro dick und bestanden aus Aluminiumsilikat-Fasern, die mittels kolloidaler Kieselsäure gebunden und verfestigt waren. Verschiedene Einzelstücke wurden verwendet und mit liberglas-Band zusammengefügt, jedoch nicht an der Gespannplatte befestigt. Die nachfolgende Tafel zeigt die Ergebnisse dieses Versuches.

Kokillen-Nr. Boden bearbeitet Anzahl von Güssen

vor Unbrauchbarwerden

38 da 4-5

39 nein 72 4-1 nein 72 44 nein 18 4-5 nein 54-

'48 nein zu Bruch gegangen

49 nein 59

50 da 33 "

Beim oben erwähnten Versuch waren alle im Gußzustand belassenen Böden ganz glatt im Vergleich zu den sandgegossenen Oberflächen. Die Kokille Nr. 38 hätte ohne maschinelle Nachbe-

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arbeitung verwendet werden können, aber wurde trotzdem bearbeitet, um eine sehr geringe Kante an der Kerndichtung zu entfernen. Bie KoMlIe Kr. 50 erforderte eine maschinelle Nachbearbeitung wegen aufgetretener Schwierigkeiten, die als nicht üblich betrachtet werden. 3Jaeh dem Gießen konnten die Platten leicht von den GieSlingen entfernt werden. In manchen Stellen klebten Seile der Platen an den Gießlingen und diese Teile wurden ohne Hüne mit Hilfe eines Messers abgekratzt. Wie in vorstehender Tafel dargestellt,besaßen alle Kokillen mit Ausnahme der Kokille Ur. 44- eine gute Lebensdauer- Es -wird jedoch angenommen, daß die betreffende Kokille nicht aus Gründen von Gefügefehlern in der Bodenfläche zu Bruch ging. Die Kokille 48 ging im Walzwerk zu Bruch und konnte nicht untersucht werden. Zum Zeitpunkt, als diese Versuehskokillen erzeugt wurden, wurden auch herkömmliche Kokillen mit Absehreckguß-Techniken hergestellt, deren Lebensweg verfolgt wurde. Diese herkömmlichen Gußformen wurden nach einer Gesamtzahl von Güssen im Bereich von 3Ί bis 45 unbrauchbar. Das zeigt deutlieh den mit MIfe der Erfindung erzielbaren !Fortschritt.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Gußeisen-Kokillen mit glatter, ebener,, im Gußzustand, belassener Oberfläche im Bereich des weiteren Endes in einer Sandform, dadurch g e k e η η ζ eichnet , daß die Oberfläche im Bereich des weiteren Endes gegen eine glatte, flache, feste* thermisch isolierende Platte (40) gegossen wird, welche in die Sandform einbezogen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch ge kennzeich net , daß die Sandform dadurch hergestellt wird, daß die isolierende Tafel (40) auf eine Gespannplatte (10) gelegt wird, daß ein Kern (18) mit einer Formsand-Außenfläche (38) auf der Gespannplatte angeordnet wird und daß ein Formkasten (30), dessen Innenfläche (36) mit Formsand ausgekleidet ist, auf der Gespannplatte so angeordnet wird, daß er den Kern umringt und daß zwischen dem ausgekleideten Formkasten und dem ausgekleideten Kern ein Formhohlraum (42) gebildet wird, dessen Boden von der isolierenden Platte gebildet wird.

3· Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzei eh. net, daß als Gespannplatte (10) ein Sandgespann verwendet wird.

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4. Verfahren naca Anspruch 2, dadu..:-"--: g e k e n a ξ 5 ichn 9 fc , daß als Genooniiplatte (10) eine ^bschreck-Gespirnrip-Latte verwendet wird.

5- Verfahren nach einem der Anspruchs i "bis 4-,dadurch -£ e kennzeichnet , daß die isoliex-ende Platte (40) oine Dicke von 6,35 Ms 12,7 am besitzt.

6- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Platte (40)

eine Dichte von 240 bis 480 kg/τη⁵ und eine Wärmeleitfähigkeit von 1

bis 2 BTU-in (entsprechend 0,124 bis 0,248

sq.ft/°j? · hr ^r ^m² . °c · hr

besitzt.

- 7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet , daß die isolierende Platte (40) aus einer Mischung aus einem Binder aus kolloidalem Siliciumdioxid und einem Fasermater-ial besteht, welches aus Aluminiumsilikatfasern, Steinwolle oder Calciumsilikat-ITasern besteht..

8. Verfahren nach Anspruch 7? dadurch ge kennz ei ch net ,daß die isolierende Platte durch den Zusatz von anorganischen Füllstoffen verfestigt wird.

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