DE3120221C2

DE3120221C2 - Herstellung von dickwandigen Abschirmtransport- und Lagerbehältern aus sphärolitischem Gußeisen

Info

Publication number: DE3120221C2
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: 1989-08-10
Also published as: BE893222A; GB2099341B; FR2506191B1; GB2099341A; FR2506191A1; CH660317A5; DE3120221A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines dickwandigen Behälters aus sphärolithischem Gußeisen. Insbesondere geht es um die Herstellung eines Abschirmtransport- und Lagerbehälters für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente. Eine auf Gießtemperatur befindliche Gußeisenschmelze wird in den Formhohlraum einer mit Formkern und Formmantel aus Formsand aufgebauten Gießform eingegossen und in der Gießform abgekühlt sowie zur Erstarrung gebracht. Dabei wird eine Gießform verwendet, die im Formmantel und im Formkern eingebettete Kühlrohre aufweist, die an eine Kühlanlage angeschlossen sind. Die in den Formhohlraum eingegossene Gußeisenschmelze wird über die Kühlrohre gekühlt. Man vermeidet so störende Formdeformationen und erreicht Vorteile in metallurgischer Hinsicht. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Gießform zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von dickwandigen Abschirmtransport- und Lagerbehältern aus sphärolitischem Gußeisen i&e bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente. — Dickwandig meint im Rahmen der Erfindung Wanddicke von 7, B. 200 bis 600 mm und mehr, und zwar bei Behältern, die eine Höhe von mehreren Metern aufweisen können. Zur Herstellung solcher Abschiontransport- und Lagerbehälter, die bekanntlich iti allgemeinen aijjen angeformte Kühlrippen aufweisen, verwendet man Gießformen, die in klassischer Weise aus Formsand i. d Formsandbindern aufgebaut sind. Die Abkühlung der GuBeisenschmelze in der Gießform bis zur Entformungstemperatur erfolgt durch Wärmeaustausch mit der Umgebung, — und folglich langsam. Die Gießform hat erhebliche Beanspruchungen aufzunehmen und verliert zuweilen vorzeitig die erforderliche, auch vom eingesetzten Formsandbinder abhängige Festigkeit. Die Beanspruchungen resultieren hauptsächlich aus dem sogenannten Kristtillisationsdruck: Es muß angenommen werden, daß bei der Abkühlung der für die Entstehung von sphärolitischem Gußeisen eingerichteten Gußeisenschmelze, beginnend bei etwa 1340°C, mehr Expansion stattfindet als durch die Schwindung aufgenommen werden kann. Das beruht auf der für sphärolitisches Gußeisen typischen Ausscheidung von Kugelgraphit. De¹· sich ->n ergebende positive Druck kann die Gießform deformieren. Die Deformation ist schädlich und beeinträchtigt wesentliche Eigenschaften des Behälters, insbesondere die Wanddicke und einzuhaltende Toleranzen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, daß die Schmelze Sand aufnimmt und das Gußstück Ausschuß wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von dickwandigen Abschirmtransport- und Lagerbehältern der beschriebenen Zweckbestimmung aus sphärolitischem Gußeisen so zu führen, daß wi störende Formdeformationen der aus Formsand aufgebauten Gußform vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung die Verwendung einer Gießform aus Formsand, deren Formmantel und Formkern Kühlrohre zur Wärmeabfuhr enthalten, für die Herstellung von dickwandigen Abschirmtransport- und Lagerbehältern aus sphärolitischem Gußeisen für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente mit der Maßgabe, daß der maximale Abstand der Kühlrohre von der Formoberfläche 100 mm beträgt

In der Gießereitechnik ist es aus verschiedenen Gründen, nicht aber zur Vermeidung von Formdeformationen, bekannt, mit gekühlten Gießformen zu arbeiten. Zur Steuerung des Wärmehaushaltes von Gießformen ist es z. B. bekannt (DE-OS 26 46 060), die Gießform mit Hilfe von einbezogenen Heiz- und Kühlelementen vor der Formfüllung des jeweiligen Abgusses auf die erforderliche Arbeitstemperatur zu bringen, wobei nach der Formfüllung durch Umschalten zumindest eines Teils der Heiz/Kühlelemente auf Kühlfunktion in zeitlicher Abfolge in Richtung Speiserzonen Wärme aus dem erstarrenden und abkühlenden Gußteil in der Weise abgeführt wird, daß das erreichte Temperaturminimum in den einzelnen Kühlelementen zeitlich angenähert mit dem Abschluß der Erstarrung in den zugeordneten Gußteilbereichen übereinstimmt Dazu kann das Kühlmittel auch in kleinen Quanten stoßartig über variable Zeitintervalle in das Kühlelement eingespritzt werden. Die Gießform besteht aus mehreren Bauteilen, die unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit aufweisen und entsprechend der beabsichtigten Steuerung des Wärmehaushalts eingerichtet sind, insbesondere also mit Hohlräumen für das Heiz- und Kühlmittel versehen sind. Außerdem ist es zur Herstellung von .Stahlblöcken in ein-sr hohlwandigen Stahlblechform bekannt (DE-PS 8 55 151), eine mit Preßluft- und Wasseranschlüssen versehene Kühlschlange in eine rieselfähige, trockene Sandschicht einzubetten, und 2war in geringem Abstand von einem die innere Begrenzung dieser Form bildenden Blechmantel, der mit dem Block verschweißt und folglich vor jedem Guß zu erneuern ist Außen ist ein kokillenartiger Formmantel vorgesehen. Man versucht auf diese Weise die Erstarrung zu steuern und zunächst den Blockfuß, darauf die Blockmitte und erst wesentlich später den Blockkopf zur Erstarrung zu bringen. Bei Kokillen ist es bekannt (DE-PS 7 25 674), in die Wandung eine Rohrschraube einzubetten, die während des Gießens von Preßluft durchströmt wird. Die Rohrschraube kann zu einem Versteifungsrahmen ausgebildet sein. Auf diese Weise sollen der Abkühlungsprozeß beschleunigt und die Kokille geschont werden. Um Hartmetalle in Dauerformen gießen zu können, ist es bekannt (DE-PS 4 25 132), die Formbauteile als Doppelmantelbauteile auszuführen, wobei der Mantelzwischenraum von einem Kühlmittel durchströmt ist. Das dient hauptsächlich dazu, das Gußstück beim Abkühlen auf bestimmter Temperatur zu halten. Zum Zwecke der Erreichung von Gefügeverbesserungen sind ähnlich aufgebaute Formen bekanntgeworden (DE-OS 23 17 151). Auch sind Gießiormen zur Herstellung von zylindrischen Walzen bekannt (US-PS 2173 955), bei denen lediglich der Formkern gekühlt ist. All die bekannten Maßnahmen sind zur Herstellung von Abschirmtransport- und Lagerbehältern für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente nicht einsetzbar, welche aus sphärolitischem Gußeisen bestehen und zumeist außen angeformte Kühlrippen u. dgl. aufweisen. Die bekannten Maßnahmen haben daher die Probleme um das Gießen solcher Abschirmtransport- und Lagerbehälter nicht beeinflußt Auch war nicht zu erwarten, daß eine Sandform wirksam so gekühlt werden kann, wie es zur Lösung der Erfindungsaufgabe erforderlich ist.

Nach bevorzugter Ausführungsform wird man so vorgehen, daß durch die Kühlung die Erstarrungszeit der Gußeisenschmelze in der Form um 80% reduziert

wird. Das ist eine aktive und intensive Kühlung, die im Rahmen der üblichen thermodynamischen Bedingungen für den Wärmeaustausch ohne Schwierigkeiten so eingerichtet werden kann, daß störende Formdeformationen nicht mehr auftreten. Tatsächlich entstehen durch die aktive Kühlung in der Gußeisenschmelze formmantelseitig sowie formkernseitig früherstarrte Randschalen, durch die ein Teil des Krista'lisationsdrukkes von dem Formmantel und dem Formkern abgehalten wird. Im Rahmen der Erfindung kann mit jedem beliebigen flüssigen oder gasförmigen Kühlmittel gearbeitet werden, dessen Temperatur in einer Kühlanlage oder Kälteanlage so eingestellt wird, wie es zur Erreichung des beschriebenen Effektes erforderlich ist. Durch die Kühlung kann die Erstarrungszeit der Gußeisenschmelze bis auf Entformungstemperatur wesentlich reduziert werden. Im allgemeinen wird man mehrstufig kühlen, nämlich die Kühlung zuerst lediglich bis zu Al-Umwandlungstemperatur führen, danach abschalten und nach Durchfahren des Al-Umwand- -° lungsbereiches wieder einschalten. Die Gießform wird man beim Gießen von unten nach oben füllen.

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

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine Gießform zur erfindungsgemäßen Anwendung,

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

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

Die in den Figuren dargestellte Gießform ist auf einer Grundplatte 1 mit Formkastenringen 2 und einer Kernspindel 3 aufgebaut Sie besitzt einen Forminantel 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. Insbesondere aus der F i g. 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 F/;rmmantel- bzw. Formkernoberfläche von 100 mm. Im A jsführungsbeispiel verlaufen die Kühlrohre 9 in vertikaler Richtung. Sie können aber auch schlangenförmig geführt und/ oder an Verteilerrohre angeschlossen sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es, mit Kühlrohren 9 zu arbeiten, die schraubenwendelförmig geführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Gießform aus Formsand, deren Formmantel und Formkern Kühlrohre zur Wärmeabfuhr enthalten, für die Herstellung von dickwandigen Abschirmtransport- und Lagerbehältern aus sphärolitischem Gußeisen für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente mit der Maßgabe, daß der maximale Abstand der Kühlrohre von der Formoberfläche 100 mm beträgt

2. Verwendung einer Gießform nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß durch die Kühlung die Erstarrungszeit der Gußeisenschmetze um 80% reduziert wird.

3. Verwendung einer Gießform nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit der weiteren Maßgabe, daß die Kühlung bis zur Erreichung der Al-Umwandlungstemperatur geführt wird, danach abgeschaltet und nach Durchfahren des Al-Umwandlungsbereiches wied?»· eingeschaltet wird.