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Eingußrohr aus Metall und Gießform
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Die Erfindung betrifft ein Eingußrohr aus Metall sowie eine Gießform,
die mit einem derartigen Eingußrohr ausgestattet ist.
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Bekanntlich wird eine Gießform aus Sand, Metall oder dergleichen
gebildet, und die meisten Formen besitzen entsprechende Eingußsysteme. Das Eingußsystem
nach einem Gießtrichter kann allgemein als aus einem Eingußkanal, einem Eingußkanalfuß
(sprue base), einem Eingußtrichter und einer Eingußmündung bestehend angesehen werden.
Der Eingußkanal ist derart bemessen, daß durch ihn innerhalb einer bestimmten Zeit
das dem Gesamtgewicht eines Gusses entsprechende geschmolzene Metall hindurchgeführt
werden kann. Eingußkanalfuß, Eingußtrichter und Eingußmündung sind derart bemessen,
daß der Energieverlust zufolge des Strömungswiderstandes des geschmolzenen Metalls
auf ein Minimum herabgesetzt wird, d.h., daß das geschmolzene Metall rasch und turbulenzfrei
hindurchfließt. Unter der Bezeichnung "Eingußrohr'l wird im folgenden ein Rohr für
die Gesamtheit aus Eingußkanal, Eingußkanalfuß, Eingußtrichter und Eingußmündung
oder für einen Teil dieser Gesamtheit verstanden.
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Im allgemeinen wurde das Eingußsystem für den Guß kleiner Gußerzeugnisse
aus Sand geformt und mit einem Formüberzugsmaterial versehen, um die Sandoberfläche
zu schützen und ihre Glätte sicherzustellen.
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Das Eingußsystem für mittlere oder große Gußerzeugnisse wurde zusammengesetzt,
indem man Rohreinheiten aus Kaolin oder gebranntem Ton (Schamotte) von je 200 bis
600 mm Länge aneinandersetzte.
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Bei diesen herkömmlichen Eingußsystemen ergeben sich jedoch die folgenden
Schwierigkeiten. Wie in den FIG. 6a und 6b dargestellt, können das Eintauchen von
Sand an einer Eingußkanalwandwng, am Eingußkanalfuß und dergleichen Stellen oder
ein Schmelzen des Rohres aus Kaolin oder gebranntem Ton stattfinden, was schadhafte
Gußstücke zur Folge hat, die Sand- und Schlackeneinschlüsse aufweisen.
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Einer der Methoden, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, besteht
darin, daß man Gußstücke von Überdicke herstellt, wobei die übermäßige Dicke die
oben erwähnten Einschlüsse aufnimmt, und dann diese Gußstücke maschinell bearbeitet,
um die zusätzlichen Abschnitte zu entfernen. Dieses Verfahren führt jedoch zu einer
Abnahme der Produktausbeute sowie zu höheren Produktkosten zufolge des zusätzlichen
Bearbeitungsaufwandes. Außerdem tritt, wenn das Ausmaß des Auswaschensvon Sand und
das Schmelzen von Rohrbestandteilen groß ist, ein Austreten von geschmolzenem Metall
und bzw. oder ein Verstopfen des Eingußtrichters auf, wodurch das Gießverfahren
überhaupt unmöglich gemacht wird.
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Selbst wenn es vom Standpunkt des Gießbetriebes und des Arbeitsaufwandes
erwünscht ist, Eingußtrichter und Eingußmündung an hinsichtlich der Formabmessungen
idealen Stellen anzuordnen, sind diese Stellen sehr begrenzt,- weil die Eingußkanalrohre
aus Kaolin oder gebranntem Ton aneinandergefügt werden müssen und nur in bestimmten
Längen und mit bestimmten Formen der Verbindungsstücke vorhanden sind. Um diese
Rohre festzulegen und um zu verhindern, daß sie beim Zusammentreffen mit dem geschmolzenen
Metall sowie aufgrund der thermischen Belastung beim Gießen oder zufolge des statischen
Druckes des geschmolzenen Metalles brechen, wird im allgemeinen außerdem ein Metallrahmen
aus Gußeisen verwendet und der Zwischenraum zwischen den Rohren und
dem
Metallrahmen mit bindemittelhaltigem Sand gefüllt, der anschließend festgestoßen
wird. Im Verlauf des Feststoßens tritt jedoch häufig ein Verschieben oder gar ein
Brechen und dergleichen der Rohre an den Stoßstellen auf, so daß die Wirtschaftlichkeit
des Betriebes verringert und auch ein Austreten geschmolzenen Metalles verursacht
werden. Um eine Verschiebung und ein Brechen zu verhindern und den Arbeitsaufwand
für das Gießen zu verringern, war daher die Entwicklung von einzelnen und längeren
Eingußrohren ein dringendes Bedürfnis. Zur Zeit ist ein einzelnes Eingußrohr von
nur 600 mm oder darunter erhältlich, weil die Herstellung längerer Rohre verschiedene
Schwierigkeiten mit sich bringt, wie beispielsweise schwierigere Herstellung, Brechen
beim Transport und hohe Gestehungskosten.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Lösung der genannten Schwierigkeiten
durch Bereitstellung eines Eingußrohres aus Metall, das an seiner Oberfläche oder
mindestens an der Seite, die mit dem hindurchgeführten geschmolzenen Metall in Berührung
tritt, eine Schutzschicht aufweist.
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Gegenstand der Erfindung ist das in Anspruch 1 angegebene Eingußrohr.
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Gemäß der Erfindung kann das Eingußrohr folgende Schutzschichten
aufweisen: (1) eine Schicht aus einer Fe/Al-Legierung mit einer Konzentration von
15 bis 35 Gew,- Al und einer Dicke von 0,1 bis 1,0 mm; (2) eine Schicht aus Aluminiumoxid
an der Außenfläche sowie eine daran anstoßende Schicht aus einer Fe/Al-Legierung,
wobei die äußerste Schicht der Fe/Al-Legierung 15 bis 35 Gew.- Al enthalt und die
Legierungsschicht 0,1 bis 1,0 mm dick ist, oder (3) eine Schicht aus einer Fe/Al-Legierung
mit einer Konzentration im äußersten Teil davon von 15 bis 35 Gew.% Al und einer
Dicke von 0,1 bis 1,0 mm,
die dadurch hergestellt ist, daß man eine
Beschichtung aus Aluminium auf der Oberfläche des Rohres vornimmt und diese Aluminiumbeschichtung
einer Wärmebehandlung unterzieht, und wobei ferner eine Schicht aus Aluminiumoxid
auf der Fe/Al-Legierungsschicht liegt.
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Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Gießvorrichtung zum Gießen
von Metallen, bestehend aus einer eigentlichen Gießform sowie einem Eingußrohr aus
Metall zum Eingießen geschmolzenen Metalls in die eigentliche Gießform; die Gießvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß als Eingußrohr ein solches verwendet wird, wie es
oben beschrieben ist.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Beispielen und von Zeichnungen
näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar: F I G . 1 einen Längsschnitt
einer Form zum Gießen von Walzen mit einem Eingußsystem herkömmlicher Bauart; F
I G . 2 einen Längsschnitt einer Form gemäß der Erfindung zum Gießen von Walzen
gemäß den Beispielen 1 und 6; F I G . 3 einen Längsschnitt einer Form gemäß der
Erfindung zum Gießen von Walzen gemäß Beispielen 2 und 3; F I G . 4 einen Längsschnitt
einer Form zum Gießen eines Rades gemäß Beispielen 4 und 5 der Erfindung; F I G
. 5 eine Fotografie, die den Querschnitt eines gebrauchten Eingußkanals nach dem
Gießen und Abkühlen, wie in Beispiel 1 beschrieben, darstellt; F I G . 6a eine Fotografie,
die den Zustand des Rohrschmelzens bei Verwendung herkömmlicher Eingußrohre aus
Kaolin darstellt; F 1 G . 6b eine Fotografie, die die Innenoberfläche des in FIG.
6a dargestellten Eingußrohres aus Kaolin zeigt; F I G . 7 eine Fotografie, die den
Querschnitt eines Eingußkanales unter Verwendung eines Kohlenstoffstahlrohres zeigt.
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Der Stand der Technik auf dem Gebiete der Eingußsysteme für Gießformen
kann in beispielhafter Weise durch FIG. 1 dargestellt werden. Bei diesem Eingußsystem
sind neun Rohrlängen aus Eingußkanalrohren 4 aus Kaolin nacheinander aneinander
anstoßend angeordnet.
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Geschmolzenes Metall der Zusammensetzung und Temperatur, wie in Beispiel
1 beschrieben, wurde durch dieses System in eine Form geleitet. Nach dem Abkühlen
wurde die Gießform abgebaut.
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Das äußere Aussehen des Eingußkanals 2 ist aus FIG. 6a zu ersehen.
Wenngleich das Eingußrohr aus Kaolin nicht gebrochen war und auch kein Metall während
des Gießens austrat, so blätterte doch das Eingußrohr auseinander, wie in der oberen
linken Ecke der Fotografie gezeigt ist, während die Innenfläche eines Teils davon
geschmolzen war und an dem durchgegossenen Metall anhaftete, wie durch den weißen
Teil in der Fotografie angedeutet wird. Außerdem war die innere Oberfläche des Eingußkanales
durch Schmelzen beschädigt, wie in FIG. 6b durch die schwarzen Punkte angedeutet
ist.
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Das herkömmliche Eingußsystem bricht somit leicht, weil es aus feuerfestem
Material hergestellt ist; außerdem verschieben sich seine Teile beim Zusammensetzen
der einzelnen Rohrteile, weil die einzelnen Rohre nur eine verhältnismäßig geringe
Länge aufweisen und schwierig aneinanderzusetzen sind. Das gegossene Produkt wird
auf diese Weise zufolge des durch das Schmelzen entstandenen Schadens leicht fehlerhaft,
wie oben beschrieben.
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Außerdem treten wegen des Reißens der Eingußrohre zufolge thermischer
Belastungen leicht ein Austreten des geschmolzenen Metalles und eine Blockierung
des Eingußkanals auf, wodurch das Gießen überhaupt unmöglich gemacht wird.
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Um diese verschiedenen Schwierigkeiten zu lösen, wurde die Verwendung
eines Eingußrohres aus Metall versucht, das bei der Handhabung nicht bricht. Anstelle
des Kaolinrohres gemä-ß FIG. 1 wurde zu diesem Zweck ein Kohlenstoffstahlrohr für
allgemeine Bauzwecke mit der JIS-Bezeichnung (Japanese Industrial Standards) STK
30 großer Länge, einem Durchmesser von 60,5 mm und einer Wanddicke von 2,3 mm zum
Gießen einer gußeisernen Walze verwendet, die die gleiche chemische Zusammensetzung
wie das Gußstück gemäß Beispiel 1 besaß, wobei bei beiden Rohren die gleichen Bedingungen
eingehalten wurden.
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Die Gießbedingungen waren wie folgt: Abmessungen der frisch gegossenen
Walze: Durchmesser 500 mm, Länge 1600 mm Menge der vergossenen Schmelze: 3100 kg
Chemische Zusammensetzung der Schmelze (Gew.-°,4) C Si Mn P S Ni Cr Mo 3,27 0,91
0,55 0,075 0,024 2,60 0,98 0,11 Gießtemperatur: 1350 0C Gießdauer: 2 min 30 s.
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Der Zustand des Querschnittes des Eingußkanals nach dem Abkühlen
und Abbauen der Form ist in FIG. 7 dargestellt.
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Kein Stahlrohr kann rund um den äußeren Umfang des Gußeisen-Materials
des Kernteils beobachtet werden, und eine Beschädigung durch Schmelzen hat in einem
derartigen Ausmaß stattgefunden, daß die ursprüngliche Form nicht sichtbar ist.
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Außerdem kann eine mit Sand verbundene Schicht rund um den äußeren
Umfang beobachtet werden, die sich durch Zementieren des geschmolzenen Gußeisen-Materials
in den Sand gebildet hatte, der ursprünglich den Raum um den äußeren Umfang des
Stahlrohres ausgefüllt hatte. Daraus
ergab sich, daß dieses Rohrmaterial
für Eingußrohre ungeeignet ist.
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Der Grund dafür kann darin liegen, daß die Kohlenstoffkonzentration
in dem Gußeisen sehr viel höher ist als in dem Stahlrohr und deswegen Kohlenstoff
aus dem geschmolzenen Metall in das Material des Eingußstahlrohres diffundiert ist.
Zufolge dieser Aufkohlung erhielt das Stahlrohr einen niedrigen Schmelzpunit. Man
nimmt an, daß wegen des synergistischen Effektes dieses Aufkohlens und der erodierenden
Wirkung der Strömung aus geschmolzenem Metall das Stahlrohr rasch schmolz.
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Daraufhin hat man mit dem Ziel, die Aufkohlung zu verhindern, ein
feuerfestes Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid-Pulver als Beschichtung in
einer Dicke von 0,2 bis 1,0 mm auf die Innenfläche des erwähnten Stahlrohres aufgebracht
und einen ähnlichen Versuch, wie oben beschrieben, durchgeführt.
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Dabei wurde jedoch ebenfalls eine Beschädigung durch Schmelzen festgestellt.
Der Grund dafür kann darin liegen, daß die Aufkohlung nicht verhindert werden konnte,
weil sich die Beschichtung aus dem feuerfesten Material abschälte und damit die
Innenfläche des Stahlrohres freigelegt wurde; das Abschälen erfolgte aufgrund der
thermischen Einwirkung des geschmolzenen Metalls und zufolge des großen Unterschiedes
im Ausdehnungskoeffizienten von Beschichtung und eigentlichem Stahlrohr sowie zufolge
der erodierenden Wirkung des durch das Rohr strömenden Metalls. Eingußrohre aus
Stahl, die mit hitzebeständigen Materialien beschichtet sind und ihre praktische
Verwendung ohne Abschälung der Auskleidung und ohne Beschädigung durch Schmelzen
aushalten, sind bisher als Handelsprodukte nicht entwickelt worden.
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Als ein Verfahren zur Verbesserung der Antioxydationseigenschaften
eisenhaltiger Materialien bei hohen Temperaturen wird eine Methode durchgeführt,
bei der Aluminium in das eisenhaltige Material eindiffundieren gelassen und das
eisenhaltige Material damit überzogen wird. Diese Diffusions- und Beschichtungsbehandlung
mit Aluminium wird derart durchgeführt, daß man das eisenhaltige Material in einem
Aluminiumzementierungsmittel einbettet, das in einem nicht verschlossenen Metallgefäß,
wie beispielsweise in einer eisernen Kammer, enthalten ist, wobei das Aluminiumzementierungsmittel
beispielsweise Aluminiumpulver als Hauptbestandteil enthält.
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Aufgrund dieser Behandlung dringt Aluminium durch Diffusion in das
eisenhaltige Material ein, wodurch eine Aluminiumdiffusionsschicht auf der Oberfläche
gebildet wird, die im wesentlichen aus einer Fe/Al-Legierung besteht. Wenn diese
Schicht einem sekundären Erhitzen unterworfen wird, wie beispielsweise durch Berührung
mit geschmolzenem Metall oder Einbringen in eine heiße Atmosphäre, wird auf ihrer
Oberfläche ein Überzug aus Aluminiumoxid gebildet. Außerdem wird durch Ausbilden
einer Aluminiumbeschichtung auf der Oberfläche des eisenhaltigen Metalls durch Eintauchen
in Aluminium, Aufsprühen von Aluminium oder Elektroplattieren mit Aluminium, und
anschließende Wärmebehandlung des auf diese Weise überzogenen Materials eine Aluminiumdiffusionsschicht
aus einer Fe/Al-Legierung, die auf ihrer Oberfläche eine Schicht aus Aluminiumoxid
aufweist, gebildet.
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Es wurde nun aufgrund von Versuchen gefunden, daß im Gegensatz zu
herkömmlichen Eingußrohren aus Kaolin oder gebranntem Ton ein optimales Eingußrohrmaterial
aus Metall erzeugt werden kann, das sich während des Hindurchleitens des geschmolzenen
Gießmetalls nicht mit Sand auswaschen läßt und auch nicht einer Beschädigung durch
Schmelzen
unterliegt, und das durch Verarbeitung zu einem Eingußrohr dazu beiträgt, daß eine
hochwirksame Gießform hergestellt werden kann. Dieses neue Material kann erstens
ein eisenhaltiges Material sein, auf dem eine Aluminiumdiffusionsbeschichtung, die
eine Fe/Al-Legierungsschicht aufweist, durch Diffusionsbeschichtung mit Aluminium
gebildet worden ist, oder es kann zweitens ein derartiges Material sein, das außerdem
noch einer sekundären Wärmebehandlung unterzogen worden ist, wodurch eine Aluminiumdiffusionsbeschichtung
aus einer Fe/Al-Legierung gebildet wird, die noch auf ihrer.Oberfläche eine Schicht
aus Aluminiumoxid aufweist, oder es kann drittens ein eisenhaltiges Material mit
einer Fe/Al-Legierungsschicht und einem Überzug aus Aluminiumoxid auf seiner Oberfläche
sein, der durch eine sekundäre Wärmebehandlung eine Aluminiumbeschichtung gebildet
worden ist, die beispielsweise durch Eintauchen des eisenhaltigen Materials in Aluminium,
Besprühen des eisenhaltigen Materials mit Aluminium oder Elektroplattieren des eisenhaltigen
Materials mit Aluminium erzeugt worden ist.
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Erfindungsgemäß wird somit ein Eingußrohr aus Metall für eine Gießform
oder dergleichen aus Metall geschaffen, auf dessen Oberfläche mindestens auf derjenigen
Seite, die mit dem durchgeführten geschmolzenen Metall in Berührung tritt, eine
Fe/Al-Legierangsschicht mit einer Konzentration von 15 bis 35 Gew.-% Aluminium mit
einer Dicke von 0,1 bis 1,0 mm gebildet worden ist.
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Erfindungsgemäß wird also entweder (1) eine Fe/Al-Legierungsschicht
auf mindestens derjenigen Seite eines aus einem beliebigen Stahl hergestellten Metallrohres,
die mit geschmolzenen Metall in Berührung tritt, d.h., mindestens auf der Innenoberfläche
vorgesehen, oder es werden (2) auf mindestens derjenigen Seite des Metallrohres,
die mit geschmolzenem Metall in Berührung tritt, ein Uberzug aus Aluminiumoxid und
eine Fe/Al-Legierungsschicht vorgesehen, oder es wird zunächst auf mindestens
der
Innenfläche des Metallrohres, die mit dem geschmolzenen Metall in Berührung tritt,
eine Beschichtung aus Aluminium vorgesehen und anschließend durch sekundäres Erhitzen
ein Überzug aus Aluminiumoxid und eine Eisen/ Aluminium-Legierung erzeugt.
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Selbstverständlich kann die Fe/Al-Legierungsschicht auch zugleich
auf der Außenfläche des Rohres, die mit dem geschmolzenen Metall nicht in Berührung
tritt, gebildet werden.
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Auf der Oberfläche des Eingußrohres aus Metall, die eine Fe/Al-Legierungsschicht
aufweist, die durch eine oben geschilderte Aluminiumdiffusionsbeschichtung erzeugt
worden ist, wird ein dünner, jedoch feintexturierter Überzug aus Aluminiumoxid durch
die Hochtemperaturbehandlung gebildet, die auftritt, wenn die Oberfläche mit dem
geschmolzenen Metall in Berührung tritt oder wenn nach der Diffusionsbehandlung
eine sekundäre Wärmebehandlung erfolgt oder wenn die sekundäre Wärmebehandlung zufolge
der oxydierenden oder reduzierenden Atmosphäre der Aluminiumüberzugsschicht erfolgt.
Dieser Überzug aus Aluminiumoxid ist der Grund dafür, daß die Affinität, d.h. die
Benetzbarkeit der Oberfläche durch das geschmolzene Metall gering-bleibt, und aus
diesem Grund verschmilzt die Oberfläche nicht unmittelbar mit dem geschmolzenen
Metall, d.h., der Überzug aus Aluminiumoxid dient als Schutzschicht für das Eingußrohr
aus Metall vor Erosion.
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Durch die sekundäre Wärmebehandlung wird das Aluminium in der Fe/Al-Legierungsschicht
der Oberfläche selektiv vor dem Eisen oxydiert, so daß lediglich ein Überzug aus
Aluminiumoxid entsteht. Dieser dünne, jedoch fein texturierter Überzug aus Aluminiumoxid
auf der Oberfläche unterdrückt die Infiltrierung von Sauerstoffatomen und dient
dadurch der Verhütung der Oxydation des eisenhaltigen Materials.
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Unter den Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumdiffusionsüberzugsschicht
auf der Eisen/Aluminium-Legierung gibt es eine Aluminiumdiffusionsbeschichtung,
die im allgemeinen als Kalorisieren oder Alitieren bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren
wird ein Metallrohr, wie beispielsweise ein Stahlrohr, in einem unverschlossenen
Metallgefäß, wie beispielsweise einem Eisenkasten, der mit einem Zementierungsmittel
in-Pulverform gefüllt ist und 10 bis 25 h lang bei einer Temperatur von 850 bis
1050 OC gehalten wird, eingebettet. Als Zementierungsmittel wird beispielsweise
ein Gemisch aus Aluminiumpulver und Pulver aus einer Fe/Al-Legierung mit niedriger
Aluminiumkonzentration, ein Gemisch aus Aluminiumpulver und Aluminiumoxidpulver
oder ein Gemisch verwendet, das durch Zugabe einer geringen Menge eines Zementationspromotors,
wie beispielsweise von Ammoniumchlorid, zu einer der beschriebenen beiden Gemische
gebildet worden ist.
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Durch Einstellen der Bedingungen, wie beispielsweise der Aluminiumkonzentration
in dem Zementationsmittel, der Temperatur und der Zeit für das oben erwähnte Aluminiumdiffusionsbeschichten
wird bewirkt, daß die Aluminiumkonzentration des äußersten Teils der Fe/Ql-Legierungsschicht
in den Bereich von 15 bis 35 und vorzugsweise 28 bis 32 Gew.-% sowie die Dicke in
dem Bereich von 0,1 bis 1,0 mm und vorzugsweise 0,3 bis 0,8 mm fallen. Die Konzentrationsangaben
sowie sämtliche Angaben über Mengen und Konzentrationen beziehen sich im folgenden
auf das Gewicht. Die Aluminiumkonzentration in der Fe/Al-Legierungsschicht nimmt
linear von dem äußersten Teil in Richtung auf das Innere ab. Außerdem wird in den
Fällen, in denen eine sekundäre Wärmebehandlung durchgeführt wird, ein Aluminiumoxidüberzug
mit einer Dicke von 0,5 bis 100/um und vorzugsweise 1 bis 30/um durch Einstellen
der entsprechenden Bedingungen ausgebildet.
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Bei der Bildung der Fe/Al-Legierungsschicht durch das oben beschriebene
Aluminiumdiffusionsbeschichten können Fe/Al-Legierungsschicht und Aluminiumoxidbe-Schichtung
auf ihrer Oberfläche in einigen Fällen gleichzeitig äe nach dem verwendeten Zementierungsmittel
oder den Behandlungsbedingungen ausgebildet werden.
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Als weiteres Verfahren zur Bildung einer Aluminiumüberzugsschicht
gemäß der Erfindung können das Feueraluminieren (Eintauchen in Aluminium), das Auf
srühen von Aluminium sowie das Elektroplattieren- mit Aluminium angewandt werden.
Diese Verfahren werden im folgenden kurz beschrieben.
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1) Feueralumìnieren Man läßt Flußmittel auf der Oberfläche eines Bades
aus geschmolzenem Aluminium, das bei 700 bis 800 0C gehalten wird, schwimmen und
taucht das Stahlrohr in das Bad ein. Dabei reagiert das Eisen in den Oberflächenteilen
des Stahlrohres mit dem Aluminium, und es wird eine Aluminiumüberzugsschicht ausgebildet,
die eine Fe/Al-Legierungsschicht umfaßt, die sich im Inneren entwickelt, während
sich auf der Oberfläche eine Aluminiumschicht ausbildet.
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2) Sprühverfahren Unter Verwendung einer Metallspruhmaschine wird
Aluminium in Form von Draht oder Pulver durch Gas oder den elektrischen Lichtbogen
geschmolzen und mit Preßluft auf den eisenhaltigen Gegenstand aufgesprüht, wodurch
auf seiner Oberfläche eine Aluminiumüberzugsschicht gebildet wird. Dieses Verfahren
wird auch Metallisieren bzw.
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"Metallikon1'-Verfahren genannt. Die Dicke der Aluminiumüberzugsschicht
beträgt in diesem Falle etwa 0,1 bis 0,6 mm, und, wenngleich der größte Teil der
Schicht aus Aluminium besteht, wird auf der Innenseite durch Umsetzung zwischen
dem Eisen des eisenhaltigen Materials und
dem Aluminium eine Fe/Al-Legierungsschicht
gebildet.
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3) Elektroplattieren Elektroplattieren wird auf der Oberfläche des
eisenhaltigen Gegenstandes, wie beispielsweise des Stahlrohres dadurch bewirkt,
daß man ein Bad aus einem Gemisch aus geschmolzenen Salzen mit Aluminiumchloriden
und einem Alkalimetall als Hauptbestandteile oder ein Plattierungsband aus Aluminiumbromid
verwendet. Nach diesem Verfahren kann eine elektroplattierte Überzugsschicht aus
glänzendem reinen Aluminium erzielt werden.
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Auf der Oberfläche des Metallrohres wird auf eine der genannten Weisen
eine Aluminiumüberzugsschicht erzeugt, jedoch wird je nach der Behandlungsmethode
eine Aluminiumüberzugsschicht erhalten, die an der Oberfläche eine Aluminiumschicht
und eine Fe/Al-Legierungsschicht oder eine Aluminiumüberzugsschicht, die lediglich
eine -Aluminiumschicht ist, erhalten. Wenn ein Metallrohr mit einer Aluminiumüberzugsschicht,
die in der oben beschriebenen Weise erhalten worden ist, in einer oxydierenden oder
reduzierenden Atmosphäre bei 900 bis 1050 0C 1 bis 24 h lang wärmebehandelt wird,
verwandelt sich die Aluminiumüberzugsschicht in eine Fe/Al-Legierungsschicht und
einen Überzug aus Aluminiumoxid. Genauer gesagt, werden an der Oberfläche ein dünner
Überzug aus Aluminiumoxid feiner Struktur und benachbart dazu eine Fe/Al-Legierungsschicht
auf der inneren Seite zugleich erzeugt. Anschließend wird durch Einstellen der Bedingungen,
wie Temperatur und Behandlungsdauer bei dem Wärmebehandlungsschritt, die Aluminiumkonzentration
im äußersten Teil der Fe/Al-Legierungsschicht auf 15 bis 35 und vorzugsweise 28
bis 32,4 sowie die Dicke auf 0,1 bis 1,0 mm und vorzugsweise auf 0,3 bis 0,8 mm
eingestellt. Außerdem wird veranlaßt, daß die Dicke der Aluminiumoxidbeschichtung
innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 100/um und vorzugsweise von 1 bis 30/um fällt.
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Ein auf diese Weise auf einer Oberfläche, die mit geschmolzenem Metall
in Verbindung treten soll, gebildete Aluminiumoxidbeschichtung besitzt eine niedrige
Affinität, d.h. eine geringe Benetzbarkeit in bezug auf das geschmolzene Metall.
Aus diesem Grunde tritt selbst bei unmittelbarem Kontakt mit geschmolzenem Metall
kein direktes Verschmelzen ein, wodurch der Aluminiumoxidüberzug das Metallrohr
vor Erosion schützt. FIG. 5 stellt eine Fotografie eines quer durchschnittenen unteren
Teils des Eingußkanals gemäß dem weiter unten folgenden Beispiel 6 dar. In dieser
Fotografie zeigt eine schwarze Linie klar einen ringförmigen Zwischenraum zwischen
dem Eingußrohr, auf dessen Innenfläche ein Aluniniumoxidüberzug gebildet worden
war, und einem Metall, das sich innerhalb des Eingußrohres verfestigt hat. Aus der
Anwesenheit dieses Zwischenraumes geht das niedrige Ausmaß der oben erwähnten Affinität
oder Benetzbarkeit hervor.
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Daher wird das Metallrohr vor einer Erosion zufolge des geschmolzenen
Metalls wirksam geschützt.
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Wie aus der Tatsache hervorgeht, daß dieses Aluminiumoxid, so wie
es ist, als Verunreinigung in dem eisenhaltigen Material existiert, geht es keine
Verbindung mit dem geschmolzenen Metall ein. Aus diesem Grund behält es seinen hohen
Schmelzpunkt von 2050 0C und widersteht der erodierenden Wirkung des hindurchfließenden
geschmolzenen Metall gut.
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Dieser Aluminiumoxidüberzug auf der Oberfläche ist feinstrukturiert
und daher in der Lage, das Eindringen von Sauerstoffatomen oder Metallatomen von
größerem Atomradius als dem des Sauerstoffatoms zu verhindern. Gleichzeitig wird
auch zufolge der Tatsache, daß dieser Überzug das Eindringen der etwas größeren
Kohlenstoffatome ebenfalls verhindert, eine Aufkohlung zufolge des in dem geschmolzenen
Metall enthaltenen Kohlenstoffs verhütet.
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Außerdem bilden die Kohlenstoffatome, die ursprünglich
in
dem Legierungsschichtteil zur Zeit der oben beschriebenen Wärmebehandlung existieren,
in der Fe/Al-Leglerungsschicht, die anschließend an die Innenseite des Aluminiumoxidüberzuges
gebildet wird, keine feste Lösung mit der Fe/Al-Legierungsschicht aus, sondern lediglich
eine Zone angereicherten Kohlenstoffs zwischen der Fe/Al-Legierungsschicht und dem
Grundmaterial des Metallrohrs aus. Demzufolge führt die Anwesenheit der Fe/Al-Leglerungsschicht
innerhalb des auf der Außenseite vorhandenen Aluminiumoxidüberzuges zusammen mit
diesem zu einer Verhinderung der oben erwähnten Aufkohlung.
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Außerdem ist die metallurgische Adhäsion zwischen dem Aluminiumoxidüberzug,
der mit dem geschmolzenen Metall in Berührung gebracht werden soll, und der Fe/Al-Legierungsschicht,
die an ihn angrenzt, sowie zwischen der Fe/Al-Legierungsschicht und dem Grundmetall
des Metallrohres stark und widersteht gut einer Erosion und einem Abrieb zufolge
des Hindurchströmens von geschmolzenem Metall. Schließlich wird auch der Selbstzerfall
zufolge der thermischen Beanspruchung während des Gießens und des Unterschiedes
in den Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Schichten verhindert, wodurch
ein breiter Schutz erzielt wird.
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Die Aluminiumkonzentration des äußersten Teils der Fe/Al-Legierungsschicht,
die auf dem Metallrohr gebildet wird, d.h., auf der Seite, die mit dem Aluminiumoxidüberzug
in Berührung steht, ist von großer Bedeutung.
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Es wurde gefunden, daß in den Fällen, in denen diese Konzentration
unter 15,4 beträgt, ein Aluminiumoxidüberzug von feiner Struktur auf der Fe/Al-Legierungsschicht
nicht ausgebildet werden kann und daß eine Schädigung durch Schmelzen auftritt,
weshalb eine derartig niedrige Konzentration unzweckmäßig ist. Eine Aluminiumkonzentration
von über 35Sj ist aber ebenfalls unzweckmäßig, weil dann die Legierungsschicht hart
und spröde wird, so
daß sie den thermischen Beanspruchungen zufolge
des geschmolzenen Metalls nicht mehr standhalten kann und einer Schädigung durch
Schmelzen unterliegt.
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Außerdem ist eine Dicke für die Fe/Al-Legierungsschicht von unter
0,1 mm für praktische Zwecke ungeeignet, während eine Dicke von über 1,0 mm zu einer
harten und spröden Schicht von verminderter Festigkeit führt, wodurch das Rohr zur
Verwendung als Eingußrohr ungeeignet wird. Daher ist es erforderlich, die Aluminiumkonzentration
des äußersten Teils der Fe/Al-Legierungsschicht innerhalb des Bereiches von 15 bis
35 und die Dicke der Schicht innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 1,0 mm zu halten.
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Als'Metallrohr gemäß der Erfindung kann ein Stahlrohr, das insbesondere
aus Kohlenstoffstählen, Legierungsstählen, rostfreien Stählen oder wärmefesten Stählen
hergestellt ist, besonders geeignet. Beispiele für geeignete Kohlenstoffstahlrohre
sind solche, die aus -Kohlenstoffstahlrohr für allgemeine Bauzwecke der JIS-Bezeichnungen,
wie STK 30 und STK 41, ferner aus Kohlenstoffstahlrohren für Hochtemperaturbetrieb
der JIS-Bezeichnungen, wie STPT 38 und STPT 42, sowie aus starren Stahlleitungsrohren
aus heißgewalzten Kohlenstoffstahlstreifen der JIS-Bezeichnung SPHT 1 hergestellt
sind.
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Beispiel für geeignete- Legierungsstahlrohre sind Legierungsstahlrohre
der JIS-Bezeichnungen, wie STPA 12 und STPA 22, sowie Begehungsstahlrohre für Bauzwecke
der JIS-Bezeichnungen, wie STKS 1 und STKS 2. Beispiele für geeignete Rohre aus
rostfreiem Stahl sind solche zum Herstellen von Rohren der JIS-Bezeichnung, wie
beispielsweise SUS 304 TP, solche zu Bauzwecken der JIS-Bezeichnungen, wie beispielsweise
SUS 410 TK (früher STKS 5) und SUS 430 TK (früher STKS 6), sowie Stahlrohre, die
dadurch hergestellt sind, daß wärmefeste Stahlgießlinge von JIS-Bezeichnungen, wie
SCH 11 (ähnlich ASTM (AC 1)
HD) und SCH 12 (ähnlich ASTM (AC 1)
HF) in Röhrenform gebracht wurden. Es versteht sich, daß der Querschnitt der Stahlrohre,
die ersindungsgemäIs Verwendung finden können, nicht auf die Kreisform beschränkt
ist, sondern jede beliebige andere Form, wie beispielsweise die elliptische Form,
umfaßt.
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Die metallischen Einglßrohre gemäß der Erfindung eignen sich nicht
nur für Gießformen, wie solche für Walzen und gußeiserne Räder, wie sie im folgenden
beschrieben werden, sondern auch zur Verwendung als Eingußrohre für Gußblöcke.
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Eine Gießform, mit der zusammen ein Eingußrohr aus Metall gemäß der
Erfindung verwendet wird, kann nicht nur die Aufkohlung durch das geschmolzene Metall
während des Gießens sowie das Brechen des Metallrohres zufolge einer Beschädigung
durch Schmelzen oder thermische Beanspruchung verhindern, sondern unterliegt auch
nicht der Bruchgefahr während des Transportierens, der Installation oder der Verwendung
- anders als dies bei Rohren aus Kaolin oder gebranntem Ton der Fall ist - und ist
auch in der Lage, das Auftreten von Fehlgüssen zufolge des Eindringens von Sand
und dergleichen zu verhindern. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Eingußrohres
bestehen darin, daß es die Wahlfreiheit bei der Arbeit der Formherstellung erhöht
und die Verwendung einer einstückigen Struktur eines langen Rohres gestattet, wodurch
Verbindungen unnötig werden und die Installation erleichtert wird. Demzufolge wird
auch der Arbeitsaufwand bei der Formherstellung verringert sowie eine Erniedrigung
der Herstellungskosten durch wirksame Ausnutzung des Formsandes, Wiederverwendung
der verbrauchten Materialien und andere Maßnahmen ermöglicht. Kurz gesagt, wird
die Wnrtschaftlichkeit erhöht.
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Im folgenden wird die allgemeine Natur sowie die Beschr E{ungen einer
herkömmlichen Walzengleiorm beschrieben, mit der ein Eingußsystem mit Kaolinrohren
verwendet wird.
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In dem Beispiel für eine herkömmliche Walzengießform, wie sie in
FIG. 1 dargestellt ist, besitzt das Eingußsystem einen Gießtrichter 1, in den das
geschmolzene Metall oder die Schmelze hineingegossen wird, sowie einen Durchlaß
für die Schmelze, der durch eine Anordnung aus einem Eingußkanal 2, einem Eingußkanalfuß
2a, einem Eingußtrichter 2b und einer Eingußmündung' 2c aufgebaut ist.
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Die Eingußmündung 2c öffnet sich in die eigentliche Gießform 3, 3a.
Die auf diesem Weg geförderte Schmelze wird in die eigentliche Gießform 3, 3a eingeführt.
Der Eingußkanal 2 und der Eingußkanalfuß 2a bestehen gemäß diesem Beispiel aus acht
Längen eines geraden Kaolinrohrs 4 sowie eines Kaolinknies 4a, die aufeinanderfolgend
aneinandergesetzt sind. Diese Kaolinrohre werden normalerweise im wesentlichen konzentrisch
innerhalb eines schweren Metallrahmens 5, 5a mit einer dicken Wandung gehaltert.
Der Zwischenraum zwischen dem Rohr und dem Rahmen wird mit Sand 6 gefüllt, der normalerweise
als Füllsand bezeichnet wird, ein damit vermischtes Bindemittel enthält und durch
Stoßen verfestigt wird. Während dieses Verfestigens können eine Verschiebung, ein
Bruch oder andere unerwünschte Ereignisse an den Stoßstellen der einzelnen Rohre
auftreten. Außerdem kann der Metallrahmen 5, 5a aus Gründen der Vereinfachung des
Verfestigens sowie der Handhabung nicht einstückig ausgebildet werden, wodurch seine
Herstellung und Installierung zusätzliche Kosten mit sich bringen.
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Der Eingußtrichter 2b und die Eingußmündung 2c.
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können nicht aus Kaolinrohr hergestellt werden, weil sie während des
Feststoßens des Sandes zerbrechen können; denn Kaolinrohr läßt sich nur schwierig
bearbeiten und besitzt
nur wenig Variationsmöglichkeiten, wenngleich
die Form dieser Abschnitte besonders wichtig ist, und weil der Sand 6a mit Bruckstücken
verunreinigt und seine Qualität erniedrigt würde, wenn die Form auseinandergebaut
wird. Demzufolge werden diese Abschnitte aus dem Sand 6a geformt und mit einem Formüberzugsmaterial
überzogen, jedoch treten trotzdem ein Auswaschen des Sandes und entsprechende Gußfehler
leicht auf.
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FIG. 2 zeigt eine Form zum Gießen von Walzen und das dazugehörige
Eingußsystem gemäß den Beispielen 1 und 6, wobei die technischen Grundsätze und
Merkmale der vorliegenden Erfindung beachtet worden sind. Bei diesem Beispiel besteht
das Eingußsystem aus einem geraden, durch Aluminiumdiffusion beschichteten Rohr
7 einstückiger Ausbildung, das den Eingußkanal 2 bildet, sowie einem einstückig
damit ausgebildeten Metallknie 7a, das den Eingußkanalfuß, den Eingußtrichter 2b
und die Eingußmündung 2c bildet. Das oben erwähnte Rohr 7 ist an seiner Außenseite
durch ein leichtes Verstärkungsstahlrohr 8 gestützt, während das Metallknie 7a in
Sand 6b eingebettet ist. In diesem Falle wird der Eingußkanal 2 anstelle durch den
herkömmlichen schweren Metallrahmen großer Wanddicke, wie er in FIG. 1 dargestellt
ist, durch das leichte Verstärkungsstahlrohr 8 gestützt. Weiter ist keine Verwendung
von Füllsand erforderlich, der das durch Aluminiumdiffusion beschichtete Rohr umgibt
und fixiert.
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Wie oben beschrieben, wird das gerade Eingußrohr 7, das aus dem Metallrohr
mit der Fe/Al-Legierungsschicht besteht, gegenüber einer Beschädigung durch Bruch
aufgrund von thermischer Beanspruchung und einer Beschädigung durch Schmelzen zufolge
von Erosion geschützt und erfordert normalerweise nicht die Verwendung von Füllsand
und des schweren Netallrahmens mit großer Wanddicke, wie sie bei den herkömmlichen
Eingußsystem er-
forderlich sind. Jedoch wird das Eingußrohr 7
aus Metall durch das geschmolzene Metall stark erhitzt und kann zufolge einer Abnahme
seiner Festigkeit deformiert werden. Demzufolge ist ein gewisses Ausmaß an Verstärkungsmaterial,
wie beispielsweise ein Stahlrohr 8, manchmal erforderlich, um das Eingußrohr zu
stützen. In diesem Falle kann das Stahlrohr 8 wiederholt verwendet werden, wenn
man zwischen dem Eingußrohr 7 aus Metall und dem Stahlrohr 8 einen Zwischenraum
9 von einer Größenordnung läßt, daß diese Rohre bei ihrem Abbau voneinander getrennt
werden können.
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Wenngleich in der Figur nicht dargestellt, können zwischen den Rohren
7 und 8 am oberen und unteren Teil des Eingußkanales je nach Erfordernis Abstandshalter
vorgesehen sein.
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Im Falle kleiner Güsse, die eine kürzere Gießdauer erfordern, oder
im Falle einer geringeren Eingußkanallänge kann der Eingußkanal 2 ohne das stützende
Stahlrohr 8 vorgesehen sein, wodurch das Eingußsystem weiter vereinfacht wird.
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Kurz gesagt, führt das Eingußrohr aus Metall für eine Gießform gemäß
der Erfindung somit zu einer idealen Form, wie sie bisher immer gefordert worden
ist, wobei der allgemein übliche, jedoch falsche Glaube, daß der Eingußkanal stets
mit Hilfe von Füllsand aufgebaut werden muß, widerlegt wird.
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Gemäß der Erfindung wird die Erzeugung von Fehlgüssen, die durch
das Brechen der Rohre aus Kaolin, Beschädigung und das Auswaschen von Sand hervorgerufen
werden, was bisher immer zu großen Schwierigkeiten führte, verhindert. Die Verbindung
eines einzigen, langen Eingußrohres ohne Füllsand und ohne dickwandigen Metallrahmen
führt außerdem zu einer Vereinfachung des Formbetriebes, d.h. zu einer beträchtlichen
0-rbeitseinsparung.
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Darüber hinaus können Eingußtrichter und dergleichen in vom Standpunkt
der Formabmessungen aus idealer Lage angeordnet werden, weil die Natur des Eingußrohres
aus Metall gemäß der Erfindung zu größeren Freiheiten bei den Formarbeitsgängen
führt, da es durch Erhitzen mit einem Gasbrenner oder dergleichen leicht geschnitten,
gebogen und verschweißt werden kann.
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Außerdem können die Materialien als Eisenquelle zusammen mit dem
darin eingebetteten Eingußrohrgießling so, wie sie sind, ohne daß sie zerbrochen
werden müssen, wie dies bei herkömmlichen Rohren aus Kaolin oder gebranntem Ton
erforderlich ist, wiederverwendet werden, wodurch weitere Einsparungen von Arbeitskraft
und an Eisenmaterial möglich werden. Verschiedene andere Vorteile bestehen darin,
daß der Formsand nicht in seiner Qualität verschlechtert wird, da er frei von Verunreinigungen
durch zerbrochene Rohrteile bleibt.
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Als weitere Ausführungsform der Erfindung sind in den FIG. 3 und
4 die Formausführungen gemäß Beispielen 2 bzw. 5 dargestellt, während die Anordnung
der Gießform gemäß Beispiel 6 in FIG. 2 dargestellt ist.
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FIG. 3 zeigt eine Ausführungsform zum Gießen einer verhältnismäßig
großen Walze. In diesem Falle wird zwischen einem Eingußrohr 7 aus mit durch Aluminiumdiffusion
beschichteten Metall und einem Verstärkungs- oder Stützrohr 8 Sand 10 ohne Bindemittel
eingebracht, wodurch die Festigkeitsabnahme des Eingußrohres 7 bei hoher Temperatur
kompensiert wird.
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Das Eingußsystem besteht aus einem Eingußkanalrohr 7, einem metallischen
Knie 7a und einem Eingußtrichter 7b aus Metall. Bei diesem Aufbau sind Stützhalterungen
11 und 11a aus feuerfesten Formkörpern vorgesehen, um das Knie 7a und das Eingußkanalrohr
7 sowie dieses und den Gießtrichter 1 zu verbinden und außerdem als Abstands-
halter
zwischen der verstärkenden Stahlröhre 8 und dem Eingußkanalrohr 7 zu dienen.
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Auf diese Weise braucht der Sand 10 nicht mit einem Bindemittel verfestigt
zu werden, und es ist auch nicht erforderlich, daß eine besondere Sandqualität verwendet
wird. Die Verstärkungswirkung kann allein dadurch bewirkt werden, daß man gebrauchten
oder Seesand in die Form'hinunterfließen läßt. Erfindungsgemäß werden somit die
Kosten zur Herstellung der Form beträchtlich verringert, weil derartig mühevolle
Arbeiten, wie das Zusammensetzen eines Metallrahmens mit dicken Wandungen sowie
das Verfestigen von Sand durch Stoßen eliminiert werden sowie der Arbeitsaufwand
für das Handhaben und Transportieren schwerer Materialien vermindert wird. Erfindungsgemäß
wird Füllsand nicht allgemein benötigt, wie in FIG. 2 dargestellt ist, wenn als
Eingußrohr ein Metallrohr verwendet wird, das durch Aluminiumdiffusion beschichtet
ist. Die Erfindung umfaßt aber auch den Fall, in dem, wie in FIG. 3 dargestellt,
Füllsand verwendet wird. Selbst wenn Füllsand verwendet wird, erfordert dieser Sand
jedoch keinen Binder, und seine Qualität bereitet keine Schwierigkeiten, wie oben
beschrieben.
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FIG. 4 erläutert ein Beispiel für die Verwendung von Eingußrohren
aus Metall gemäß der Erfindung für eine Gießform für Stahlräder. Bei dieser Form
wurde das Eingußrohr 12 und 12a aus Metall dadurch hergestellt, daß man ein gerades
Metallrohr 13 mit einer durch Aluminiumdiffusion erzeugten Beschichtung für die
obere Form und ein Knie 13a aus gleichem Metall für die untere Form 16 in Sand 17
und 17a einbettete. Der Radkörper ist mit der Bezugszahl 14 bezeichnet.
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Wie bereits mehrfach erwähnt, löst die Erfindung die bisher auftretenden
Schwierigkeiten, wie Bruch beim Formen, Einschluß von Sand in den Gießlingen und
eine
Verunreinigung des Sandes mit Bruchstücken des Rohres während
des Abbaus, wie sie bei den herkömmlichen Eingußsystemen unter Verwendung von Rohren
aus gebranntem Ton und Sandformen beobachtet werden.
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Die Erfindung wurde bisher hauptsächlich in bezug auf ein Beispiel
erläutert, gemäß dem ein Eingußrohr aus Metall in Verbindung mit einer Gießform
verwendet wurde. Weil die Formen von Gießlingen kompliziert sind und in weiten Bereichen
variieren, besaß bisher ein herkömmliches Eingußsystem mit einem idealen Eingußtrichter
und dergleichen aus Sand keine Festigkeit in sich selbst und wurde daher oft weggewaschen,
weshalb es sich als unzweckmäßig erwies. Wenn man aber die herkömmlichen Teile des
Systems, die rauhen Bedingungen ausgesetzt sind, durch Rohre, die durch Aluminiumdiffusion
mit einer Fe/Al-Legierungsschicht gemäß der Erfindung überzogen sind, ersetzt, kann
eine Form mit einem idealen Eingußtrichter und dergleichen Teilen erhalten werden,
bei der ein Einwaschen des Sandes vollständig verhindert und daher die Gefahr des
Sandeinschlusses eliminiert werden.
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Beispiel 1 Unter Verwendung eines Eingußrohres aus Metall gemäß der
Erfindung bei der Walzengießform für eine Walze werkswalze der in FIG. 2 dargestellten
Bauweise wurde eine Walze hergestellt. die Gießbedingungen waren wie folgt: Größe
der Walze im frisch gegossenen Zustand: 500 mm Durchmesser, 1600 mm Länge Menge
an eingegossenem geschmolzenen Metall: 3100 kg Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen
Metalls (%)
C Si Mn P S 3,26 0,90 0,55 0,070 0,024 Ni Cr Mo Fe
2,57 0,97 0,11 Rest Gießtemperatur: 1350 oG Gießdauer: 1 min 39 s Durch Aluminiumdiffusion
überzogenes Rohr (JIS STK 30): 60,5 mm Außendurchmesser 2,3 mm Wanddicke Äußeres
Stahlrohr: 76,3 mm äußerer Durchmesser 4.5 mm Wanddicke Die Beschichtung zur Herstellung
der Fe/Al-Legierungsschicht wurde durchgeführt, indem man ein Kohlenstoffstahlrohr
für allgemeine Bauzwecke (JIS STK 30) in einem Zementierungsmittel einbettete, das
eine geringe Menge eines Zementierungsbeschleunigers enthielt und in einem eisernen
Gefäß vorlag, und daß man diese Materialien einer Wärmebehandlung unterzog. Die
Aluminiumkonzentration der Fe/Al-Legierungsschicht auf der Oberfläche des Eingußrohres
aus Metall, das mit der Schmelze in Berührung gebracht werden soll, betrug 20%,
die Dicke der Fe/Al-Legierungsschicht 0,3 mm.
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Durch Anwendung des Eingußrohres aus Metall gemäß der Erfindung auf
die oben beschriebene Gießform wurde jeglicher Einschluß von Materialien, wie Sand,
vermieden, und es wurden die :rbeitskosten und weiteren Kosten auf etwa 1/3 der
Höhe erniedrigt, wie sie bei Verwendung einer Gießform mit herkömmlichem Eingußrohr
auftreten.
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Beispiel 2 Eine verhältnismäßig große Adamit-Walze für ein Walzwerk
wurde unter den folgenden Gießbedingungen unter Verwendung eines Bingußrohrcjs aus
Metall gemäß der Erfindung in Verbindung mit der inFIG, 3 dargestellten
Gießform
hergestellt. Diese Walze war zuvor unter Verwendung einer Form hergestellt worden,
bei der das Eingußsystem aus Kaolin Eingußrohren 4, 4a und Sand 6a aufgebaut war,
wie in FIG. 1 dargestellt.
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Gemäß Beispiel 2 wurde die Gießform unter Verwendung von Eingußrohren
7. 7a und 7b hergestellt. Die Gießbedingungen waren wie folgt: Größe der Walze im
frisch gegossenen Zustand: Durchmesser 478 mm, Länge 1400 mm Menge an für den Guß
verwendetem geschmolzenen Metall: 3500 kg Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen
Metalls (%): C Si Mn P S 1,72 0,68 0,80 0,019 0,008 Ni Cr Mo Fe 0,68 1,06 0,21 Rest
Gießtemperatur: 1140 OC Gießdauer: 2 min 20 s Eingußrohr aus Metall: Außendurchmesser
63,5 mm, Wanddicke 3,2 mm.
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Die Beschichtung zur Herstellung der Eisen/Aluminium-Legierungsschicht
wurde durchgeführt, indem man ein Legierungsstahlrohr (JIS STPA 24) in einem Zementierungsmittel
mit einer Aluminiumkonzentration von 26%, das aus einer gepulverten Fe/Al-Legierung
mit einem Aluminiumgehalt von 21%, einem Al/Fe-Pulver mit einem Aluminiumgehalt
von 5056 und einer geringen Menge eines Zementierungsbeschleunigers bestand und
in einem Eisengefäß vorlag, einbettete und diese Materialien 16 h bei 980 OC hielt.
Die Aluminiumkonzentration der Fe/Al-Legierungsschicht der Oberfläche des Eingußrohres
aus Metall, das mit der Schmelze in Berührung treten soll, betrug 20%, und die Dicke
der Fe/Al-
Legierungsschicht O,3 mm.
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Das auf diese Weise behandelte Rohr wurde aus dem Eisengefäß herausgenommen
und 1 h auf 1000 0C erhitzt, wobei auf der Außenfläche der Fe/Al-Legierungsschicht
ein Aluminiumoxidüberzug gebildet wurde. Die Dicke des Aluminiumoxidüberzuges wurde
zu 1 u ermittelt.
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Nach Durchführung des Gusses und Abkühlen wurde die verwendete Form
abgebaut und-in Augenschein genommen. Es ergab sich, daß keine Beschädigung an dem
Eingußrohr festzustellen war. Die gegossene Walze war -ebenfalls fehlerfrei. Der
Sand konnte wiederverwendet werden, weil er nicht durch Bruchstücke des Rohrmaterials
verunreinigt war. Außerdem waren die Kosten für die Gießarbeit und dergleichen im
Vergleich zu den Kosten bei einem herkömmlichen Verfahren etwa um die Hälfte verringert.
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Beispiel 3 Eine verhältnismäßig große Adamitwalze für ein Walzwerk
wurde gemäß den folgenden Gießbedingungen unter Verwendung eines Eingußrohres aus
Metall gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Gießform gemäß FIG. 3 hergestellt.
Diese Walze war bisher unter Verwendung einer Form hergestellt worden, deren Eingußsystem
aus Eingußkanalrohren 4, 4a aus Kaolin sowie Sand 6a aufgebaut war, wie in FIG.
1 dargestellt.
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Gemäß Beispiel 3 wurde die Gießform unter Verwendung eines Eingußrohres
7, 7a, 7b aus Metall hergestellt. Die Gießbedingungen waren wie folgt:
Größe
der Walze im frischgegossenen Zustand: Durchmesser 527 mm, Länge 1600 mm.
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Menge an für den Guß benötigten geschmolzenen Metall: 4100 kg.
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Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls ( ,ó ): C Si
Mn P S 1,69 0,71 0,82 0,020 0,007 Ni Cr Mo Fe 0,70 1,03 0,22 Rest Gießtemperatur:
1440 OC Gießdauer: 2 min 44 s Eingußrohr aus Metall: Außendurchmesser 63,5 mm, Wanddicke
3,2 mm.
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Die Aluminiumüberzugsschicht wurde durch Feuneraluminieren erzeugt.
Im einzelnen wurde ein Legierungsstahlrohr (JIS STPA 24) durch 5 min dauerndes Eintauchen
0 in ein Aluminiumband von 770 C überzogen. Das Rohr wurde anschließend 10 h lang
auf 1000 OC erhitzt. Die Aluminiumkonzentration des äußersten Teils der Fe/Al-Legierungsschicht,
die erhalten wurde, betrug 34%, die Dicke der Schicht 0,50 mm. Die Dicke des Aluminiumoxid-Überzuges,
der auf der Oberfläche gebildet wurde, betrug 5/um.
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Nach Durchführung des Gusses und Abkühlen wurde die verbrauchte Form
abgebaut in Augenschein genommen. Es ergab sich, daß das Eingußrohr keine Schäden
aufwies.
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Die gegossene Walze war ebenfalls fehlerfrei. Der Sand konnte wiederverwendet
werden, da er nicht durch Bruchstücke des Eingußrohres verunreinigt war. Außerdem
wurden die Arbeitskosten für das Gießen und dergleichen auf etwa die Hälfte verringert,
verglichen mit den Kosten eines herkömmlichen Verfahrens.
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Beispiel 4 Ein Rad aus Guß stahl wurde durch Anwendung des Eingußrohres
gemäß der Erfindung auf die in FIG. 4 dargestellte Gießform hergestellt. Die Gießbedingungen
waren wie folgt: Äußere Abmessungen des Rades in frisch gegossenem Zustand: Außendurchmesser
850 mm, Breite 200 mm, .Dicke 70 mm.
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Menge an für das Gießen verbrauchten geschmolzenen Metalls: 492 kg
Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls C si Mn P 5 0,19 0,48 1,04 0,023
0,015 Ni Cr Mo Fe 0,13 0,06 0,05 Rest Gießtemperatur: 1550 OC Gießdauer: 38 s Eingußrohr:
Außendurchmesser 48,6 mm, Wanddicke: 2,3 mm.
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Die Beschichtungsbehandlung zur Herstellung der Fe/Al-Legierungsschicht
wurde durchgeführt, indem man ein gewöhnliches Stahlrohr (JIS STK 41) in einem Zementierungsmittel
mit einer Aluminiumkonzentration von 31%, das aus einem Fe/Al-Legierungspulver mit
einem Aluminiumgehalt von 26%, einem Al/Fe-Legierungspulver von 50% Aluminiumgehalt
sowie einer kleinen Menge eines Zementierungsbeschleunigers, das sich in einem Eisengefäß
befand, 0 einbettete und das Eisengefäß 20 h auf 1050 C erhitzte.
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Die Aluminiumkonzentration der Fe/Al-Legierungsschicht des Eingußrohres
aus Metall, das mit der Schmelze in Berührung treten sollte, .betrug 26%, die Dicke
der Fe/Al-Legierungsschicht 0,82 mm. Die Dicke des Aluminiumoxidüberzuges an der
Oberfläche der Fe/Al-Legierungsschicht wurde zu 0,3/um ermittelt.
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Nach Durchführung des Gusses und Abkühlen wurden die verschiedenen
Teile in Augenschein genommen, worauf sich bestätigte, daß die Radstruktur und das
Eingußrohr, das der Aluminiumdiffusionsbeschichtung unterzogen worden war, fehlerfrei
waren und daß die Dicke des Aluminiumoxidüberzuges 17/um betrug.
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Beispiel 5 Ein Gußstahlrad wurde durch Verwendung des Eingußrohres
aus Metall gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Gießform gemäß FIG. 4 hergestellt.
Die Gießbedingungen waren wie folgt: Äußere Abmessungen des Rades in frisch gegossenem
Zustand: Außendurchmesser 800 mm, Breite 200 mm, Dicke 80 mm.
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Menge an für dei Guß verwendeten geschmolzenen Metalls: 466 kg Chemische
Zusammensetzzng des geschmolzenen Metalls: (%) C si Mn P S 0,18 0,49 1,02 0,022
0,014 Ni Cr Mo Fe 0,12 0,05 0,06 Rest Gießtemperatur: 1550 OC Gießdauer: 35 s Eingußrohr:
Außendurchmesser 48,6 mm, Wanddicke 2,3 mm.
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Die Aluminiumbeschichtung wurde durch Aufsprühen erzeugt. Im einzelnen
wurde ein gewöhnliches Stahlrohr (JIS STK 41) von daran anhaftenden Oxiden durch
Sandstrahlen befreit und anschließend mit Hilfe einer Metallsprüh maschine beschichtet.
Das Rohr wurde anschließend 17 h 0 auf 1000 C erhitzt. Die Aluminiumkonzentration
des äußersten Teils der erhaltenen Fe/Al-Legierungsschicht betrug 25%, die Dicke
0,79 mm. Das auf der Oberfläche davon ge-
bildete Aluminiumoxid
besaß eine Dicke von 8 um Nach Durchführung des Gusses und Abkühlen wurden die einzelnen
Teile in Augenschein genommen, wobei sich herausstellte, daß die Radstruktur sowie
das Eingußrohr fehlerfrei waren.
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Beispiel 6 Eine Gußeisenwalze wurde unter Verwendung der Form gemäß
FIG. 2 für ein Walzwerk hergestellt. Die Gießbedingungen waren wie folgt: Abmessungen
der Walze in frisch gegossenem Zustand: 500 mm Durchmesser, 1600 mm Länge.
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Menge an für den Guß benötigten geschmolzenen Metalls: 3100 kg Chemische
Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls (ozon C Si bm P S 3,27 0,91 0,55 0,075
0,024 Gießtemperatur: 1350 OC Gießdauer: 2 min 30 s Eingußrohr aus Metall: 60,5
mm Außendurchmesser 2,3 mm Wanddicke.
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Äußeres Stahlrohr: 76,3 mm Außendurchmesser 4,5 mm Wanddicke.
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Die Beschichtung zur Erzeugung der Fe/Al-Legierungsschicht wurde
durchgeführt, indem man ein,Kohlenstoffstahlrohr (JIS STK 30) in einem Zementierungsmittel
einbettete, das als Hauptbestandteil Aluminiumpulver sowie einen Zementierungsbeschleuniger
enthielt und in einem Eisengefäß vorhanden war, und diese Materialien 15 h lang
in einem Zeizofen auf 1000 OC erhitzte.
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Nach Durchführen des Gusses und Abkühlen wurde die benutzte Form
abgebaut. Die Eingußkanalabschnitte und
dergleichen wurden quergeschnitten
und in Augenschein genommen. Es ergab sich, daß kein Schaden durch Schmelzen und
kein Auslaufen von Metall stattgefunden hatten und daß sämtliche Teile fehlerfrei
waren, wie in FIG. 5 dargestellt.
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Durch Anwendung der Gießform gemäß der Erfindung fand keinerlei Einschluß
von Materialien, wie beispielsweise Sand, statt, wie dies bei herkömmlichen Gießverfahren
beobachtet wird; außerdem wurden die Kosten für die Formarbeiten und dergleichen
auf 1/3 der Kosten gesenkt, die bei herkömmlichen Verfahren aufgewendet werden müssen.
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