DE3216327C1 - Production of thick-walled shielded transport and storage containers of spherulitic cast iron - Google Patents

Production of thick-walled shielded transport and storage containers of spherulitic cast iron

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DE3216327C1 DE19823216327 DE3216327A DE3216327C1 DE 3216327 C1 DE3216327 C1 DE 3216327C1 DE 19823216327 DE19823216327 DE 19823216327 DE 3216327 A DE3216327 A DE 3216327A DE 3216327 C1 DE3216327 C1 DE 3216327C1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D15/00—Casting using a mould or core of which a part significant to the process is of high thermal conductivity, e.g. chill casting; Moulds or accessories specially adapted therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Casting mould for the production of a thick-walled container, particularly a shielded transport and storage container of spherulitic cast iron for irradiated nuclear reactor fuel elements. A cast iron melt at casting temperature is poured into the mould cavity of a casting mould constructed with a cope of moulding sand and a mould core, and is cooled and solidified in the mould, a casting mould being used which has cooling pipes embedded in the cope and mould core. These pipes are connected to a cooling plant. Edge shells which solidify early are formed in the cast iron melt on the cope side and also on the mould core side by active cooling, and hold off a portion of the crystallisation pressure from the cope and the mould core. The mould core consists of metal, preferably steel or copper. <IMAGE>

Description

also mit Hohlräumen für das Heiz- und Kühlmittel versehen sind. Außerdem ist es zur Herstellung von Stahlblöcken in einer hohlwandigen Stahlblechform bekannt (DE-PS 855 151), eine mit Preßluft- und Wasseranschlüssen versehene Kühlschlange in eine rieselfähige, trockene Sandschicht einzubetten, und zwar 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 425132), 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 Gießformen bekannt, bei denen lediglich ein metallischer Formkern gekühlt ist (US-PS 21 73 955), wobei es sich um eine Gießform zur Herstellung von zylindrischen Walzen handelt. 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 Abtransport- und Lagerbehälter aus sphärolitischem Gußeisen nicht beeinflußt. Auch war nicht zu erwarten, daß ein Sandformmantel wirksam so gekühlt werden kann, wie es zur Lösung der Erfindungsaufgabe erforderlich ist.are therefore provided with cavities for the heating and cooling medium. aside from that it is known for the production of steel blocks in a hollow-walled sheet steel form (DE-PS 855 151), a cooling coil provided with compressed air and water connections embed in a free-flowing, dry layer of sand, at a short distance from a sheet metal jacket forming the inner boundary of this shape, which is connected to the block welded and must therefore be renewed before each casting. The outside is a mold-like shape Form jacket provided. One tries in this way to control the solidification and first the block foot, then the middle of the block and first essentially later to solidify the block head. It is known for permanent molds (DE-PS 7 25 674) to embed a pipe screw in the wall, which during casting is traversed by compressed air. The pipe screw can become a stiffening frame be trained. In this way the cooling process should be accelerated and the Mold are spared. In order to be able to cast hard metals in permanent molds, it is known (DE-PS 425132) to run the molded components as double-walled components, with the jacket gap is traversed by a coolant. This mainly serves to keep the casting at a certain temperature when it cools. For the purpose similarly structured forms have become known to achieve structural improvements (DE-OS 23 17 151). Casting molds are also known in which only a metallic Mold core is cooled (US-PS 21 73 955), which is a casting mold for production is about cylindrical rollers. All of the known measures are for manufacture of shielding transport and storage casks for irradiated nuclear reactor fuel elements not usable, which consist of spherical cast iron and mostly outside have integrally formed cooling fins and the like. The known measures therefore have the Problems with the casting of such transport and storage containers from spherical Cast iron not affected. Also, a sand mold shell was not expected to be effective can be cooled as required to solve the problem of the invention.

Im folgenden wir die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung aus- führlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß zu verwendende Gießform, F i g. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach F i g. 1 und F i g. 3 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand nach F i g. 1. In the following we describe the invention using only one exemplary embodiment representational drawing from explained in more detail. It shows in a schematic representation F i g. 1 shows a longitudinal section through a casting mold to be used according to the invention, F i g. 2 shows the enlarged section A from the object according to FIG. 1 and F i G. 3 shows a section in the direction B-B through the object according to FIG. 1.

Die in den Figuren dargestellte Gießform ist auf einer Grundplatte 1 mit Formkastenringen 2 und Hilfselementen 3 aufgebaut. Sie besitzt einen Formmantel 4 aus Formsand sowie einen Formkern 5 aus Metall, vorzugsweise Stahl oder Kupfer. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Mantel 5 mit anliegenden Kühlrohren 9. 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. The mold shown in the figures is on a base plate 1 constructed with molding box rings 2 and auxiliary elements 3. It has a molded jacket 4 made of molding sand and a mold core 5 made of metal, preferably steel or copper. In the exemplary embodiment, there is a jacket 5 with adjacent cooling tubes 9. The cast iron melt is poured into a pouring pool 6 and overflows the sprue 7 to the lowest point of the mold cavity 8. The mold cavity 8 fills So when pouring from bottom to top.

Auch im Formmantel 4 sind Kühlrohre 9 angeordnet, die in den Formsand eingebettet sind. Alle Kühlrohre 9 sind an eine nicht gezeichnete Kühlanlage anschließbar. Cooling tubes 9 are also arranged in the mold jacket 4, which are inserted into the molding sand are embedded. All cooling pipes 9 can be connected to a cooling system (not shown).

Insbesondere aus der Fig.2 entnimmt man, daß die Kühlrohre 9 im formhohlraumseitigen Oberflächenbereich von Formmantel 4 und Formkern 5 angeordnet sind.In particular from Figure 2 it can be seen that the cooling tubes 9 in the mold cavity side Surface area of the mold jacket 4 and the mold core 5 are arranged.

Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Kühlrohre 9 im Formmantel 4 in vertikaler Richtung. Die Kühlrohre 9 des Formkerns 5 verlaufen im Ausführungsbeispiel schraubenwendelförmig in mehreren, selbständig regelbaren Registern. In the exemplary embodiment, the cooling tubes 9 run in the mold jacket 4 in the vertical direction. The cooling tubes 9 of the mold core 5 run in the exemplary embodiment helically in several independently adjustable registers.

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Claims (3)

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Gießform, deren Formmantel aus Formsand Kühirohre zur Wärmeabfuhr enthält, für die Herstellung von dickwandigen Abschirmtransport- und Lagerbehältern aus spärolitischem Gußeisen für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente mit der Maßgabe, daß der ebenfalls Kühlrohre aufweisende Formkern aus Metall besteht und daß der maximale Abstand der Kühlrohre von der Formmantel- bzw. Formkernoberfläche 100 mm beträgt. Claims: 1. Use of a casting mold whose mold shell is made of Molding sand contains cooling tubes for heat dissipation, for the production of thick-walled Shielding transport and storage containers made of Spärolitischem cast iron for irradiated Nuclear reactor fuel assemblies with the proviso that the also having cooling tubes The mold core is made of metal and that the maximum distance between the cooling tubes and the mold jacket or mold core surface is 100 mm. 2. Verwendung nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß der Formkern einen Formmantel aufweist, in dem die Kühlrohre angeordnet sind, und daß die Kühlrohre an dem Stahlmantel anliegen. 2. Use according to claim 1, with the further proviso that the The mold core has a mold jacket in which the cooling tubes are arranged, and that the cooling tubes are in contact with the steel jacket. 3. Verwendung nach Anspruch 1, mit der weiteren Maßgabe, daß der Formkern als massiver Metallblock ausgeführt ist und die Kühlrohre eingegossen sind. 3. Use according to claim 1, with the further proviso that the Mold core is designed as a solid metal block and the cooling tubes are cast. Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von dickwandigen Abschirmtransport- und Lagerbehältern aus sphärolitischem Gußeisen für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente. - Dickwandig meint im Rahmen der Erfindung Wanddicken von z. B. 200 bis 600 mm und mehr, und zwar bei Behältern, die eine Höhe von mehreren Metern aufweisen können. Zur Herstellung solcher Abschirmtransport- und Lagerbehälter, die bekanntlich im allgemeinen außen angeformte Kühlrippen aufweisen, verwendet man Gießformen, deren Formmantel und Formkern in klassischer Weise aus Formsand und Formsandbindern aufgebaut sind. Die Abkühlung der Gußeisenschmelze 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 Kristallisationsdruck: 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. Der sich ergebende positive Druck kann dann bei einer niedrigeren Temperatur die Gießform deformieren. Die Deformation ist schädlich und beeinträchtigt wesentliche Eigenschaften des Behälters, insbes. die Wanddicke und einzuhaltende Toleranzen. The invention relates to the production of thick-walled shielding transport and spherical cast iron storage containers for irradiated nuclear reactor fuel assemblies. - Thick-walled means in the context of the invention wall thicknesses of z. B. 200 to 600 mm and more, in the case of containers that can be several meters high. For the production of such shielding transport and storage containers, which are known in the generally have externally molded cooling fins, casting molds are used, their Mold jacket and mold core built in the classic way from molding sand and molding sand binders are. The cooling of the cast iron melt in the casting mold down to the demolding temperature takes place through heat exchange with the environment - and consequently slowly. The mold has to absorb considerable stresses and sometimes prematurely loses the necessary, Strength also dependent on the molding sand binder used. The stresses result mainly from the so-called crystallization pressure: It must be assumed that during the cooling of those furnished for the creation of spherical cast iron Cast iron, starting at about 1340 "C, more expansion takes place than through the shrinkage can be absorbed. This is based on that for spherical cast iron typical precipitation of spheroidal graphite. The resulting positive pressure can then deform the mold at a lower temperature. The deformation is harmful and affects essential properties of the container, esp. the wall thickness and the tolerances to be observed. Auch besteht die Gefahr, daß die Schmelze Sand aufnimmt und das Gußstück Ausschuß wird.There is also the risk that the melt will absorb sand and the casting Committee becomes. Um dickwandige Abschirmtransport- und Lagerbehälter aus sphärolitischem Gußeisen für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente herzustellen, ist es bekannt (DE-OS 31 20221), eine Gießform aus Formsand zu verwenden, deren Formmantel und Formkern Kühlrohre zur Wärmeabfuhr enthalten, wobei der maximale Abstand der Kühlrohre von der Formoberfläche 100 mm beträgt. Hier bestehen Formkern und Formmantel aus Formsand. Es bilden sich formmantelseitig sowie formkernseitig in der Gußeisenschmelze früherstarrte Randschalen, die einen Teil des Kristallisa- tionsdruckes aufnehmen und von dem aus Formsand bestehenden Formmantel sowie dem ebenfalls aus Formsand bestehenden Formkern abhalten. Around thick-walled shielding transport and storage containers made of spherical To produce cast iron for irradiated nuclear reactor fuel elements, it is known (DE-OS 31 20221), to use a casting mold made of molding sand, its mold shell and mold core Cooling tubes for heat dissipation included, the maximum distance between the cooling tubes of the mold surface is 100 mm. Here the mold core and mold shell are made of molding sand. There are formed on the mold shell side and the mold core side in the cast iron melt that solidified earlier Edge bowls that form part of the crystallization tion pressure and from that Molding sand existing molding shell as well as the molding core also consisting of molding sand hold off. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung eines Abschirmtransport- und Lagerbehälters der beschriebenen Zweckbestimmung störende Formdeformationen zu vermeiden, und zwar mit einer (gegenüber der Ausführungsform nach der DE-OS 31 20 221) vereinfachten Gießform. The invention has for its object in the production of a Shielding transport and storage container of the intended purpose described disruptive To avoid shape deformations, namely with a (compared to the embodiment according to DE-OS 31 20 221) simplified casting mold. Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Gießform, deren Formmantel aus Formsand Kühlrohre zur Wärmeabfuhr enthält, für die Herstellung von dickwandigen Abschirmtransport- und Lagerbehältern aus sphärolitischem Gußeisen für bestrahlte Kernreaktor-Brennelemente mit der Maßgabe, daß der ebenfalls Kühlrohre aufweisende Formkern aus Metall besteht und daß der maximale Abstand der Kühlrohre von der Formmantel-bzw. Formkernoberfläche 100 mm beträgt Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besitzt der Formkern einen Formmantel, in dem die Kühlrohre angeordnet sind, wobei die Kühlrohre an dem Metallmantel anliegen. Man kann aber auch den Formkern als massiven Metallblock ausführen und die Kühlrohre eingießen. To achieve this object, the invention relates to the use a casting mold whose mold shell made of molding sand contains cooling tubes for heat dissipation, for the production of thick-walled shielding transport and storage containers made of spherical Cast iron for irradiated nuclear reactor fuel elements with the proviso that the also The mold core having cooling tubes is made of metal and that the maximum distance of the Cooling tubes from the mold jacket or. Mold core surface is 100 mm According to more preferred Embodiment of the invention, the mold core has a mold jacket in which the Cooling tubes are arranged, the cooling tubes bear against the metal jacket. Man but can also run the mold core as a solid metal block and the cooling tubes pour in. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die mit dem Erstarrungsvorgang verbundenen Kristallisationserscheinungen besonders günstig verlaufen, wenn vom Formkern her eine besonders intensive Kühlung erfolgt, was bei Verwendung eines gekühlten Metallkerns möglich ist. Überraschenderweise erfährt im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung auch der nach wie vor aus Formsand aufgebaute Formmantel keine störenden Beanspruchungen und Reformationen. The invention is based on the knowledge that with the solidification process Associated crystallization phenomena are particularly favorable when dated Mold core ago a particularly intensive cooling takes place, which is when using a cooled metal core is possible. Surprisingly, learns within the scope of the invention Use of the molding jacket, which is still made up of molding sand, is not a problem either Claims and Reformations. In der Gießereitechnik ist es aus den verschiedensten Gründen nicht aber zur Vermeidung von Formdeformationen, bekannt, mit gekühlten Gießformen zu arbeiten. It is not in foundry technology for a variety of reasons but to avoid shape deformation, known to use cooled molds work. 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 Speicherzonen 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 Wärmehaushaltes eingerichtet sind, insbes.To control the heat balance of casting molds, it is z. B. known (DE-OS 26 46 060), the mold with the help of heating and cooling elements included to the required working temperature before filling the mold to bring, after the mold filling by switching at least part of the Heating / cooling elements on cooling function in chronological order in the direction of the storage zones Heat is removed from the solidifying and cooling cast part in such a way that that the temperature minimum reached in the individual cooling elements approximated in time coincides with the completion of the solidification in the associated casting areas For this purpose, the coolant can also burst in small quanta over variable time intervals be injected into the cooling element. The mold consists of several components, which have different thermal conductivity and according to the intended Control of the heat balance are set up, esp.
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