DE3120221A1

DE3120221A1 - Verfahren und giessform zur herstellung eines dickwandigen behaelters aus sphaerolithischem gusseisen und fuer das verfahren geeignete giessform

Info

Publication number: DE3120221A1
Application number: DE19813120221
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Siempelkamp Giesserei KG
Current assignee: Siempelkamp Giesserei KG
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1981-05-21
Publication date: 1982-12-09
Also published as: BE893222A; CH660317A5; GB2099341A; GB2099341B; DE3120221C2; FR2506191B1; FR2506191A1

Description

$120221

Andrejewski, Honke & Partner/ Pafenfanvirafre in Esse«

Die Erfindung Bözieht §ieh aiii §i-ß Verfahren zur Herstellung" eines dickwändifeh Behälters aus §phär©M-£fiisgBe"m §ü~JI§i§e"n,- as H« Öüßeiseri mit kugelgraphit/ woBSi eine auf §ießtemperatur Befindlislie öußeisensöhineize iri den Pörniiiöfiiifätim einer nut Formkern und förmmähtel aus Formsand aufgeiaau-feen SieM©rm §iBgSf©g§§fi iiM in Sei? Gießform äfrgeküiiit sowie züi? Er§€ärrüüf geBifashS wMi Die Erfindung bezieht sich fernerhin äül eine Qießiörm zur DüröRfüfirüng §ines sölGheh Ver'faiireris w - Üekwäriäig meiii§ ini Rähinen der EriinSühg Wanddicken von z; B; 2©ö Bis 6®© min ünl meRif/ und zwar Jäei Behaltern^ die eine H8he von mehreren Mitern äülweigsrii wie Sie hauptsächlich als ABschirmferänspir-fe- und L-ägerBehäiter" für Bestrahlte Kernfeäktöir-Brenneiemente iinfiiiist herden *

Im Rahmen der (aus der Präi£iä) Bekanhieii Mäinäiimen werden Gießformen verwehdeti DiS ÄBkühiüng d§r GüßeisSniGnMöize in der Gießform Bis zur EritförmühgsEimperatür erisifi durch wärmeaustausch mit der Umgebung» - und iöigiich iängsäms Die Gießform häfe däBei erheBiiche BeänsprüShungen aüiziänehmeh und verüeri §üweilen vorzeitig die erforderiiöhe» äüeh vom §inge§efezfeen Formsäridbinder abhängige Steifigkeife. Die BelnsprüchüngSn resultieren im übrigen hauptsächlich aus dem sogenannten Kristäilisätionsd-rüGik.. Es muß angenommen werden, daß Bei der ÄBkühlüng der Süßeisenschmeize von etwa 1.34Ö ⁰G an mehr Expansion sfeätlündefe äl§ durch die Fiüssigschwindung aufgenommen werden kann: Das Beruht auf üe't Aus= scheidung von Kugelgraphits Der §ieh 'ergeBende positive Drück kann dann Bei einer'niedrigeren i'emperaiür die Üeßform de formieren -.' Diese Formdeformätion ist ächädliöh Und Beeinü-räehfeigt wesehiliche Eigenschaften des Behälters'-.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß störende Formdeformationen vermieden werden können. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine Gießform anzugeben, die für dieses Verfahren besonders geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß eine Gießform verwendet wird, die im Formmantel und im Formkern eingebettete Kühlrohre aufweist, die an eine Kühlanlage angeschlossen sind, und daß die in den Formhohlraum eingegossene Gußeisenschmelze über die Kühlrohre gekühlt wird. Nach bevorzugter Aüsführungsform der Erfindung wird die Gußeisenschmelze erst nach dem Eingießen in dem Formhohlraum gekühlt, mit anderen Worten, wird erst nach dem Eingießen der Gußeisenschmelze die Kühlung eingeschaltet. Man kann aber unter Umständen auch bereits beim Eingießen der Gußeisenschmelze in den Formhohlraum mit der Kühlung beginnen und folglich die Kühlung einschalten. Jedenfalls arbeitet die Erfindung mit einer aktiven Kühlung, die im Rahmen der üblichen thermodynamisehen Bedingungen für den Wärmeaustausch ohne Schwierigkeiten so eingerichtet werden kann, daß störende Formdeformationen nicht mehr auftreten. Das ist besonders ausgeprägt der Fall, wenn nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung durch die aktive Kühlung in der Gußeisenschmelze formmantelseitig sowie formkernseitig früherstarrte Randschalen gebildet werden und dadurch ein Teil des Kristallisationsdruckes von dem Formmantel und dem Formkern abgehalten wird. Dabei kann im Rahmen der Erfindung mit jedem beliebigen flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel gearbeitet werden, dessen Temperatur in der Kühlanlage oder Kälteanlage so eingestellt wird, wie es zur Erreichung des beschriebenen Effektes erforderlich

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ist. Durch die Kühlung kann die Erstarrungszeit der Gußeisenschmelze von Gießtemperatur bis auf Entformungstemperatur wesentlich reduziert werden. Im allgemeinen wird man die Kühlung lediglich bis zur Umwandlung Austenit, Perlit, Ferrit, der Gußeisenschmelze führen und danach abschalten. Die Kühlung kann dann nach Durchfahren des Umwandlungsbereiches wieder eingeschaltet werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Prozeß auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Im allgemeinen wird man. den Formhohlraum von unten nach oben mit der Gußeisenschmelze füllen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, auch speiserlos zu gießen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Gießform zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die unter Verwendung einer Grundplatte, von Formkastenringen und einer Kernspindel aufgebaut ist und einen Formmantel sowie einen Formkern aus Formsand besitzt. Die Gießform ist dadurch gekennzeichnet, daß der Formmantel sowie der Formkern Kühlrohre aufweisen, die in den Formsand eingebettet sind. Die Kühlrohre sind zweckmäßigerweise im formhohlraumseitigen Oberflächenbereich von Formmantel und Formkern angeordnet, und zwar mit einem maximalen Abstand von der Formmantel- bzw. Formkernoberfläche von 100 mm.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß störende Formdeformationen vermieden werden. Dadurch, daß während der Kühlzeit lediglich der Binder im Formsand nur in den Bereichen, die zum Formhohlraum hin vor den Kühlrohren liegen, verbrennen kann,

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bleibt die Steifigkeit des Formmantels und des Formkerns erhalten. Das trägt zur Vermeidung von störenden Formdeformationen bei. Es findet keine oder nur unbedeutende Dehnungen statt. Darüber hinaus wird die Gießform vom Kristallisationsdruck entlastet. Im übrigen erlaubt es die Erfindung, statt aufwendigem Chromerzsand den wesentlich billigeren Quarzsand als Formsand einzusetzen. Aber auch in metallurgischer Hinsicht erreicht die Erfindung Vorteile. So werden Graphitentartungen verhindert, wodurch sich die Werte für Dehnung und Kerbschlagzähigkeit verbessern. Auch Spurenelementsteigerungen werden verhindert. Der Kugelgraphit entsteht in Form einer sehr großen Anzahl von kleinen Sphäroliten, wodurch Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung Kerbschlagzähigkeit und Elastizitätsmodul verbessert werden. Durch die Beschleunigung der Abkühlung bis zur Umwandlung Austenit, Perlit, Ferrit, wird erreicht, daß das Gefüge ferritisch erstarrt, so daß eine ferritisierende Glühung entfallen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine Gießform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach Fig. 1.

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Die in den Figuren dargestellte Gießform ist unter Verwendung einer Grundplatte 1 von Formkastenringen 2 und einer Kernspindel 3 aufgebaut. Sie besitzt einen Formmantel 4 sowie einen Formkern 5 aus Formsand. Die Gußeisenschmelze wird über einen Eingußtümpel 6 eingegossen und fließt über die Eingußrohre 7 zum tiefsten Punkt des Formhohlraumes 8. Der Formhohlraum 8 füllt sich also beim Gießen von unten nach oben.

Im Formmantel 4 sowie im Formkern 5 sind Kühlrohre 9 angeordnet, die in den Formsand eingebettet sind. Sie sind an eine nicht gezeichnete Kühlanlage anschließbar. Insbes. aus der Fig. 2 entnimmt man, daß die Kühlrohre 9 im formhohlraumseitigen Oberflächenbereich von Formmantel 4 und Formkern 5 angeordnet sind, und zwar mit einem maximalen Abstand von der Formmantel- bzw. Formkernoberfläche von 1oo mm.

Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Kühlrohre 9 in vertikaler Richtung. Sie können schlangenförmig geführt und/oder an Verteilerrohre angeschlossen sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es mit Kühlrohren 9 zu arbeiten, die schraubenwendelförmig geführt sind. Im übrigen kann auch mit mehreren Kühlrohrsystemen gearbeitet werden, in denen zum Zwecke der Erzielung einer über die gesamte Höhe der Gießform gleichmäßigen Kühlleistung das Kühlmittel im Gegenstrom strömt.

Nach einer abgewandelten Ausfuhrungsform der Erfindung kann der Formmantel 4 auch aus Stahl bestehen. In einem solchen Fall wird man jedoch den Stahl-Formmantei vorwärmen, bevor die Gußeisenschmelze eingegossen wird. Durch diese Vorwärmung wird einerseits die Bildung von Kondensationswasser vermieden, wird andererseits infolge reduzierter Temperaturdifferenzen zwischen Formmantel und

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Gußeisenschmelze erhöhte Lebensdauer erreicht. - Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung mit selbständiger Bedeutung ist vorgesehen, daß ein Formmantel 4 aus Formsand mit einem Stahlmantel und einem Kühlring aus eingebetteten Kühlrohren 9 Verwendung findet. Der Stahlmantel kann eine stark reduzierte Wandstärke aufweisen, also verhältnismäßig dünn sein, weil auch in diesem Fall durch die aktive Kühlung in der Gußeisenschmelze formmantelseitig früh erstarrte Randschalen entstehen, die zur Stützwirkung herangezogen werden, weil sie in der Lage sind, einen Teil des Kristallisationsdruckes aufzunehmen.

-40.

Leerseite

Claims

Andrejewski, Honke & Partner

Patenta nwälte

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-lng. Manfred Honke

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte:

57 O55/DÜ-

4300 Esten 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254

8. Mai 1981

Patentanmeldung Siempelkamp Giesserei GmbH & Co.

Siempelkampstraße 45

415o Krefeld 1

Verfahren und Gießform zur Herstellung eines dickwandigen Behälters aus sphärolithischem Gußeisen und für das Verfahren geeignete Gießform

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines dickwandigen Behälters, insbesondere eines Abschirmtransport- und Lagerbehälters für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente, aus sphärolithischem Gußeisen, wobei eine auf Gießtemperatur befindliche Gußeisenschmelze in den

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Formhohlrauiti einer mit Formkern und Formmantel aus Formsand und/ oder Stahl, aufgebauten Gießform eingegossen und in der Gießform abgekühlt sowie zur Erstarrung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet,daß eine Gießform verwendet wird, die im Formmantel und im Formkern eingebettete Kühlrohre aufweist, die an eine Kühlanlage angeschlossen sind, und daß die in den Formhohlraum eingegossene Gußeisenschmelze über die Kühlrohre gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußeisenschmelze erst nach dem Eingießen gekühlt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch aktive Kühlung in der Gußeisenschmelze formmantelseitig sowie formkernseitig früherstarrte Randschalen gebildet werden und dadurch ein Teil des Kristallisationsdruckes von dem Formmantel und dem Formkern abgehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kühlung die Erstarrungszeit der Gußeisenschmelze um 8o % reduziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung bis zur Umwandlung Austenit, Perlit, Ferrit, der Gußeisenschmelze geführt und danach abgeschaltet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5 ,· dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung nach Durchfahren des genannten Umwandlungsbereiches wieder eingeschaltet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum von unten nach oben mit der Gußeisenschmelze gefüllt wird.

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8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß speiserlos gegossen wird.

9. Gießform zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die unter Verwendung einer Grundplatte, von Formkastenringen und einer Kernspindel aufgebaut ist und einen Formmantel sowie einen Formkern aus Formsand besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Formmantel (4) sowie der Formkern (5) Kühlrohre (9) aufweist, die in den Formsand eingebettet sind.

10. Gießform nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (9) im formhohlraumseitigen Oberflächenbereich vom Formmantel (4) und Formkern (5) angeordnet sind, und zwar mit einem maximalen Abstand von der Formmantel- bzw. Formkernoberfläche von 1oo mm.