DE3314679C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Eingußrohr aus Stahl für eine Gießform.

Bekanntlich wird eine Gießform aus Sand, Metall oder dergleichen gebildet, und die meisten Formen be­ sitzen entsprechende Eingußsysteme. Das Eingußsystem nach einem Gießtrichter kann allgemein als aus einem Eingußkanal, einem Eingußkanalfuß, einem Eingußtrichter und einer Eingußmündung bestehend an­ gesehen werden. Der Eingußkanal ist derart bemessen, daß durch ihn innerhalb einer bestimmten Zeit das dem Gesamtgewicht eines Gusses entsprechende geschmol­ zene Metall hindurchgeführt werden kann. Eingußkanal­ fuß, Eingußtrichter und Eingußmündung sind derart be­ messen, daß der Energieverlust zufolge des Strömungs­ widerstandes des geschmolzenen Metalls auf ein Minimum herabgesetzt wird, d. h., daß das geschmolzene Metall rasch und turbulenzfrei hindurchfließt. Unter der Be­ zeichnung "Eingußrohr" wird im folgenden ein Rohr für die Gesamtheit aus Eingußkanal, Eingußkanalfuß, Ein­ gußtrichter und Eingußmündung oder für einen Teil die­ ser Gesamtheit verstanden.

Im allgemeinen wurde das Eingußsystem für den Guß kleiner Gußerzeugnisse aus Sand geformt und mit einem Formüberzugsmaterial versehen, um die Sandober­ fläche zu schützen und ihre Glätte sicherzustellen. Das Eingußsystem für mittlere oder große Gußerzeugnis­ se wurde zusammengesetzt, indem man Rohreinheiten aus Kaolin oder gebranntem Ton (Schamotte) von je 200 bis 600 mm Länge aneinandersetzte.

Bei diesen herkömmlichen Eingußsystemen ergeben sich jedoch die folgenden Schwierigkeiten. Wie in den Fig. 6a und 6b dargestellt, können das Einwaschen von Sand an einer Eingußkanalwandung, am Eingußkanalfuß und dergleichen Stellen oder ein Schmelzen des Rohres aus Kaolin oder gebranntem Ton stattfinden, was schad­ hafte Gußstücke zur Folge hat, die Sand- und Schlacken­ einschlüsse aufweisen.

Einer der Methoden, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, besteht darin, daß man Gußstücke von Über­ dicke herstellt, wobei die übermäßige Dicke die oben erwähnten Einschlüsse aufnimmt, und dann diese Guß­ stücke maschinell bearbeitet, um die zusätzlichen Ab­ schnitte zu entfernen. Dieses Verfahren führt jedoch zu einer Abnahme der Produktausbeute sowie zu höheren Pro­ duktkosten zufolge des zusätzlichen Bearbeitungsauf­ wandes. Außerdem tritt, wenn das Ausmaß des Auswaschens von 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.

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 be­ grenzt, weil die Eingußkanalrohre aus Kaolin oder ge­ branntem Ton aneinandergefügt werden müssen und nur in bestimmten Längen und mit bestimmten Formen der Ver­ bindungsstücke vorhanden sind. Um diese Rohre festzu­ legen und um zu verhindern, daß sie beim Zusammentref­ fen mit dem geschmolzenen Metall sowie aufgrund der thermischen Belastung beim Gießen oder zufolge des sta­ tischen Druckes des geschmolzenen Metalles brechen, wird im allgemeinen außerhalb 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 Fest­ stoßens tritt jedoch häufig ein Verschieben oder gar ein Brechen und dergleichen der Rohre an den Stoßstel­ len 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 einzelne Eingußrohr von nur 600 mm oder darunter erhältlich, weil die Herstellung längerer Rohre verschiedene Schwierigkeiten mit sich bringt, wie bei­ spielsweise schwierigere Herstellung, Brechen beim Trans­ port und hohe Gestehungskosten.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Lösung der genannten Schwierigkeiten durch Bereitstellung eines Eingußrohres aus Stahl, das an seiner Oberfläche oder mindestens an der Seite, die mit dem hindurchgeführten geschmolzenen Metall in Berührung tritt, eine Schutz­ schicht aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist das in Anspruch 1 angegebene Eingußrohr.

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 enthält 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 Alumi­ niumoxid auf der Fe/Al-Legierungsschicht liegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Bei­ spielen und von Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Form zum Gießen von Walzen mit einem Eingußsystem herkömmlicher Bauart;

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Form gemäß der Erfindung zum Gießen von Walzen gemäß den Beispielen 1 und 6;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer Form gemäß der Erfindung zum Gießen von Walzen gemäß Beispielen 2 und 3;

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Form zum Gießen eines Rades gemäß Beispielen 4 und 5 der Erfindung;

Fig. 5 eine Fotografie, die den Querschnitt eines gebrauchten Eingußkanals nach dem Gießen und Abkühlen, wie in Beispiel 1 beschrieben, darstellt;

Fig. 6a eine Fotografie, die den Zustand des Rohrschmelzens bei Verwendung herkömmlicher Eingußrohre aus Kaolin darstellt;

Fig. 6b eine Fotografie, die die Innenoberfläche des in Fig. 6a dargestellten Eingußrohres aus Kaolin zeigt;

Fig. 7 eine Fotografie, die den Querschnitt eines Eingußkanales unter Verwendung eines Kohlenstoffstahlrohres zeigt.

Der Stand der Technik auf dem Gebiete der Einguß­ systeme für Gießformen kann in beispielhafter Weise durch Fig. 1 dargestellt werden. Bei diesem Eingußsy­ stem sind neun Rohrlängen aus Eingußkanalrohren 4 aus Kaolin nacheinander aneinander anstoßend angeordnet. Geschmolzenes Metall der Zusammensetzung und Tempera­ tur, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde durch die­ ses System in eine Form geleitet. Nach dem Abkühlen wurde die Gießform abgebaut.

Das äußere Aussehen des Eingußkanals 2 ist aus Fig. 6a zu ersehen. Wenngleich das Eingußrohr aus Kaolin nicht gebrochen war und auch kein Metall wäh­ rend des Gießens austrat, so blätterte doch das Ein­ gußrohr auseinander, wie in der oberen linken Ecke der Fotografie gezeigt ist, während die Innenfläche eines Teils davon geschmolzen war und an dem durchge­ gossenen 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.

Das herkömmliche Eingußsystem bricht somit leicht, weil es aus feuerfestem Material hergestellt ist; außer­ dem verschieben sich seine Teile beim Zusammensetzen der einzelnen Rohrteile, weil die einzelnen Rohre nur eine verhältnismäßig geringe Länge aufweisen und schwie­ rig aneinanderzusetzen sind. Das gegossene Produkt wird auf diese Weise zufolge des durch das Schmelzen entstan­ denen Schadens leicht fehlerhaft, wie oben beschrieben. Außerdem treten wegen des Reißens der Eingußrohre zu­ folge thermischer Belastungen leicht ein Austreten des geschmolzenen Metalles und eine Blockierung des Einguß­ kanals auf, wodurch das Gießen überhaupt unmöglich ge­ macht wird.

Um diese verschiedenen Schwierigkeiten zu lösen, wurde die Verwendung eines Eingußrohres aus Metall ver­ sucht, das bei der Handhabung nicht bricht. Anstelle des Kaolinrohres gemäß 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 bei­ den Rohren die gleichen Bedingungen eingehalten wurden.

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.-%):
C 3,27; Si 0,91; Mn 0,55; P 0,075; S 0,024; Ni 2,60; Cr 0,98; Mo 0,11.
Gießtemperatur: 1350°C.
Gießdauer: 2 min 30 s.

Der Zustand des Querschnittes des Eingußkanals nach dem Abkühlen und Abbauen der Form ist in Fig. 7 dargestellt.

Kein Stahlrohr kann rund um den äußeren Umfang des Gußeisen-Materials des Kernteils beobachtet werden, und eine Beschädigung durch Schmelzen hat in einem derarti­ gen Ausmaß stattgefunden, daß die ursprüngliche Form nicht sichtbar ist.

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.

Der Grund dafür kann darin liegen, daß die Kohlen­ stoffkonzentration in dem Gußeisen sehr viel höher ist als in dem Stahlrohr und deswegen Kohlenstoff aus dem geschmolzenen Metall in das Material des Eingußstahl­ rohres diffundiert ist. Zufolge dieser Aufkohlung er­ hielt das Stahlrohr einen niedrigen Schmelzpunkt. Man nimmt an, daß wegen des synergistischen Effektes dieses Aufkohlens und der erodierenden Wirkung der Strömung aus geschmolzenem Metall das Stahlrohr rasch schmolz.

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 Stahl­ rohres aufgebracht und einen ähnlichen Versuch, wie oben beschrieben, durchgeführt.

Dabei wurde jedoch ebenfalls eine Beschädigung durch Schmelzen festgestellt. Der Grund dafür kann darin liegen, daß die Aufkohlung nicht verhindert werden konn­ te, weil sich die Beschichtung aus dem feuerfesten Mate­ rial 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 Ausdehnungskoeffi­ zienten von Beschichtung und eigentlichem Stahlrohr so­ wie 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.

Als ein Verfahren zur Verbesserung der Antioxyda­ tionseigenschaften 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 Aluminiumzementierungs­ mittel einbettet, das in einem nicht verschlossenen Metallgefäß, wie beispielsweise in einer eisernen Kam­ mer, enthalten ist, wobei das Aluminiumzementierungsmit­ tel beispielsweise Aluminiumpulver als Hauptbestandteil enthält.

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 be­ steht. Wenn diese Schicht einem sekundären Erhitzen un­ terworfen wird, wie beispielsweise durch Berührung mit geschmolzenem Metall oder Einbringen in eine heiße Atmo­ sphäre, wird auf ihrer Oberfläche ein Überzug aus Alu­ miniumoxid gebildet. Außerdem wird durch Ausbilden einer Aluminiumbeschichtung auf der Oberfläche des eisenhalti­ gen Metalls durch Eintauchen in Aluminium, Aufsprühen von Aluminium oder Elektroplattieren mit Aluminium, und anschließende Wärmebehandlung des auf diese Weise über­ zogenen Materials eine Aluminiumdiffusionsschicht aus einer Fe/Al-Legierung, die auf ihrer Oberfläche eine Schicht aus Aluminiumoxid aufweist, gebildet.

Es wurde nun aufgrund von Versuchen gefunden, daß im Gegensatz zu herkömmlichen Eingußrohren aus Kaolin oder gebranntem Ton ein optimales Eingußrohrmaterial aus Stahl erzeugt werden kann, das sich während des Hin­ durchleitens 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 Diffusionsbeschich­ tung 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 Ober­ fläche 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 wor­ den ist, die beispielsweise durch Eintauchen des eisen­ haltigen Materials in Aluminium, Besprühen des eisenhal­ tigen Materials mit Aluminium oder Elektroplattieren des eisenhaltigen Materials mit Aluminium erzeugt worden ist.

Erfindungsgemäß wird somit ein Eingußrohr aus Stahl für eine Gießform aus Metall ge­ schaffen, auf dessen Oberfläche mindestens auf derjeni­ gen Seite, die mit dem durchgeführten geschmolzenen Me­ tall in Berührung tritt, eine Fe/Al-Legierungsschicht mit einer Konzentration von 15 bis 35 Gew.-% Aluminium mit einer Dicke von 0,1 bis 1,0 mm gebildet worden ist.

Erfindungsgemäß wird also entweder (1) eine Fe/Al- Legierungsschicht auf mindestens derjenigen Seite eines aus einem beliebigen Stahl hergestellten Rohres, die mit geschmolzenem Metall in Berührung tritt, d. h., mindestens auf der Innenoberfläche vorgesehen, oder es werden (2) auf mindestens derjenigen Seite des Stahl­ rohres, die mit geschmolzenem Metall in Berührung tritt, ein Überzug aus Aluminiumoxid und eine Fe/Al-Legierungs­ schicht vorgesehen, oder es wird zunächst auf mindestens der Innenfläche des Stahlrohres, die mit dem geschmol­ zenen Metall in Berührung tritt, eine Beschichtung aus Aluminium vorgesehen und anschließend durch sekundäres Erhitzen ein Überzug aus Aluminiumoxid und eine Eisen/ Aluminium-Legierung erzeugt.

Selbstverständlich kann die Fe/Al-Legierungs­ schicht auch zugleich auf der Außenfläche des Rohres, die mit dem geschmolzenen Metall nicht in Berührung tritt, gebildet werden.

Auf der Oberfläche des Eingußrohres aus Stahl, die eine Fe/Al-Legierungsschicht aufweist, die durch eine oben geschilderte Aluminiumdiffusionsbeschichtung erzeugt worden ist, wird ein dünner, jedoch feintexturier­ ter Überzug aus Aluminiumoxid durch die Hochtemperaturbe­ handlung gebildet, die auftritt, wenn die Oberfläche mit dem geschmolzenen Metall in Berührung tritt oder wenn nach der Diffusionsbehandlung eine sekundäre Wärmebehand­ lung erfolgt oder wenn die sekundäre Wärmebehandlung zu­ folge der oxydierenden oder reduzierenden Atmosphäre der Aluminiumüberzugsschicht erfolgt. Dieser Überzug aus Aluminiumoxid ist der Grund dafür, daß die Affinität, d. d. die Benetzbarkeit der Oberfläche durch das geschmol­ zene Metall gering bleibt, und aus diesem Grund ver­ schmilzt die Oberfläche nicht unmittelbar mit dem ge­ schmolzenen Metall, d. h., der Überzug aus Aluminiumoxid dient als Schutzschicht für das Eingußrohr aus Stahl vor Erosion.

Durch die sekundäre Wärmebehandlung wird das Alu­ minium in der Fe/Al-Legierungsschicht der Oberfläche se­ lektiv vor dem Eisen oxydiert, so daß lediglich ein Über­ zug aus Aluminiumoxid entsteht. Dieser dünne, jedoch fein texturierte Überzug aus Aluminiumoxid auf der Ober­ fläche unterdrückt die Infiltrierung von Sauerstoffatomen und dient dadurch der Verhütung der Oxydation des eisen­ haltigen Materials.

Unter den Verfahren zur Herstellung einer Alumi­ niumdiffusionsüberzugsschicht auf der Eisen/Aluminium- Legierung gibt es eine Aluminiumdiffusionsbeschichtung, die im allgemeinen als Kalorisieren oder Alitieren be­ zeichnet wird. Bei diesem Verfahren wird ein Metallrohr, wie beispielsweise ein Stahlrohr, in einem unverschlos­ senen 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°C gehalten wird, eingebettet. Als Zementie­ rungsmittel wird beispielsweise ein Gemisch aus Alumi­ niumpulver und Pulver aus einer Fe/Al-Legierung mit niedriger Aluminiumkonzentration, ein Gemisch aus Alu­ miniumpulver und Aluminiumoxidpulver oder ein Gemisch verwendet, das durch Zugabe einer geringen Menge eines Zementationspromotors, wie beispielsweise von Ammonium­ chlorid, zu einem der beschriebenen beiden Gemische ge­ bildet worden ist.

Durch Einstellen der Bedingungen, wie beispielswei­ se der Aluminiumkonzentration in dem Zementationsmittel, der Temperatur und der Zeit für das oben erwähnte Alumi­ niumdiffusionsbeschichten wird bewirkt, daß die Alumi­ niumkonzentration des äußersten Teils der Fe/Al-Legie­ rungsschicht in den Bereich von 15 bis 35 und vorzugs­ weise 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 fal­ len. Die Konzentrationsangaben sowie sämtliche Angaben über Mengen und Konzentrationen beziehen sich im folgen­ den 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 µm und vorzugsweise 1 bis 30 µm durch Einstellen der entsprechenden Bedingungen ausge­ bildet.

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 gleich­ zeitig je nach dem verwendeten Zementierungsmittel oder den Behandlungsbedingungen ausgebildet werden.

Als weiteres Verfahren zur Bildung einer Aluminium­ überzugsschicht gemäß der Erfindung können das Feuer­ aluminieren (Eintauchen in Aluminium), das Aufsprühen von Aluminium sowie das Elektroplattieren mit Aluminium an­ gewandt werden. Diese Verfahren werden im folgenden kurz beschrieben.

1. Feueraluminieren

Man läßt Flußmittel auf der Oberfläche eines Bades aus geschmolzenem Aluminium, das bei 700 bis 800°C ge­ halten wird, schwimmen und taucht das Stahlrohr in das Bad ein. Dabei reagiert das Eisen in den Oberflächentei­ len 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.

2. Sprühverfahren

Unter Verwendung einer Metallsprühmaschine 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 ge­ bildet wird. Dieses Verfahren wird auch Metallisieren bzw. "Metallikon"-Verfahren genannt. Die Dicke der Aluminium­ überzugsschicht beträgt in diesem Falle etwa 0,1 bis 0,6 mm, und, wenngleich der größte Teil der Schicht aus Aluminium besteht, wird auf der Innensete durch Umset­ zung zwischen dem Eisen des eisenhaltigen Materials und dem Aluminium eine Fe/Al-Legierungsschicht gebildet.

3. Elektroplattieren

Elektroplattieren wird auf der Oberfläche des eisenhaltigen Gegenstandes, wie beispielsweise des Stahl­ rohres, dadurch bewirkt, daß man ein Bad aus einem Gemisch aus geschmolzenen Salzen mit Aluminiumchloriden und einem Alkalimetall als Hauptbestandteile oder ein Plattierungs­ band aus Aluminiumbromid verwendet. Nach diesem Verfah­ ren kann eine elektroplattierte Überzugsschicht aus glänzendem reinem Aluminium erzielt werden.

Auf der Oberfläche des Stahlrohres wird auf eine der genannten Weisen eine Aluminiumüberzugsschicht er­ zeugt, 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 Stahlrohr mit einer Aluminiumüberzugsschicht, die in der oben beschrie­ benen Weise erhalten worden ist, in einer oxydierenden oder reduzierenden Atmosphäre bei 900 bis 1050°C 1 bis 24 h lang wärmebehandelt wird, verwandelt sich die Aluminiumüberzugsschicht in eine Fe/Al-Legierungs­ schicht und einen Überzug aus Aluminiumoxid. Genauer ge­ sagt, 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 Bedingun­ gen, wie Temperatur und Behandlungsdauer bei dem Wärme­ behandlungsschritt, die Aluminiumkonzentration im äußer­ sten Teil der Fe/Al-Legierungsschicht auf 15 bis 35 und vorzugsweise 28 bis 32% 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 Aluminiumoxidbeschich­ tung innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 100 µm und vor­ zugsweise von 1 bis 30 µm fällt.

Ein auf diese Weise auf einer Oberfläche, die mit geschmolzenem Metall in Verbindung treten soll, gebil­ dete 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 Aluminiumoxid­ überzug das Stahlrohr vor Erosion schützt. Fig. 5 stellt eine Fotografie eines quer durchschnittenen unteren Teils des Eingußkanals gemäß dem weiter unten folgenden Bei­ spiel 6 dar. In dieser Fotografie zeigt eine schwarze Linie klar einen ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Eingußrohr, auf dessen Innenfläche ein Aluminiumoxid­ überzug gebildet worden war, und einem Metall, das sich innerhalb des Eingußrohres verfestigt hat. Aus der Anwe­ senheit dieses Zwischenraumes geht das niedrige Ausmaß der oben erwähnten Affinität oder Benetzbarkeit hervor. Daher wird das Stahlrohr vor einer Erosion zufolge des geschmolzenen Metalls wirksam geschützt.

Wie aus der Tatsache hervorgeht, daß dieses Alumi­ niumoxid, so wie es ist, als Verunreinigung in dem eisen­ haltigen Material existiert, geht es keine Verbindung mit dem geschmolzenen Metall ein. Aus diesem Grund behält es seinen hohen Schmelzpunkt von 2050°C und widersteht der erodierenden Wirkung des hindurchfließenden geschmolzenen Metalls gut.

Dieser Aluminiumoxidüberzug auf der Oberfläche ist feinstrukturiert und daher in der Lage, das Eindringen von Sauerstoffatomen oder Metallatomen von größerem Atom­ radius als dem des Sauerstoffatoms zu verhindern. Gleich­ zeitig wird auch zufolge der Tatsache, daß dieser Überzug das Eindringen der etwas größeren Kohlenstoffatome eben­ falls verhindert, eine Aufkohlung zufolge des in dem ge­ schmolzenen Metall enthaltenen Kohlenstoffs verhütet. Außerdem bilden die Kohlenstoffatome, die ursprünglich in dem Legierungsschichtteil zur Zeit der oben beschrie­ benen Wärmebehandlung existieren, in der Fe/Al-Legie­ rungsschicht, die anschließend an die Innenseite des Alu­ miniumoxidüberzuges 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 Stahlrohrs aus. Demzufolge führt die Anwesenheit der Fe/Al-Legie­ rungsschicht innerhalb des auf der Außenseite vorhande­ nen Aluminiumoxidüberzuges zusammen mit diesem zu einer Verhinderung der oben erwähnten Aufkohlung.

Außerdem ist die metallurgische Adhäsion zwischen dem Aluminiumoxidüberzug, der mit dem geschmolzenen Me­ tall in Berührung gebracht werden soll, und der Fe/Al- Legierungsschicht, die an ihn angrenzt, sowie zwischen der Fe/Al-Legierungsschicht und dem Grundmetall des Stahlrohres stark und widersteht gut einer Erosion und einem Abrieb zufolge des Hindurchströmens von geschmol­ zenem 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 brei­ ter Schutz erzielt wird.

Die Aluminiumkonzentration des äußersten Teils der Fe/Al-Legierungsschicht, die auf dem Stahlrohr ge­ bildet wird, d. h., auf der Seite, die mit dem Aluminium­ oxidüberzug in Berührung steht, ist von großer Bedeutung. Es wurde gefunden, daß in den Fällen, in denen diese Konzentration unter 15% beträgt, ein Aluminiumoxidüber­ zug von feiner Struktur auf der Fe/Al-Legierungsschicht nicht ausgebildet werden kann und daß eine Schädigung durch Schmelzen auftritt, weshalb eine derartig niedri­ ge Konzentration unzweckmäßig ist. Eine Aluminiumkonzen­ tration von über 35% 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.

Außerdem ist eine Dicke für die Fe/Al-Legierungs­ schicht von unter 0,1 mm für praktische Zwecke ungeeig­ net, 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 ungeeig­ net wird. Daher ist es erforderlich, die Aluminiumkonzen­ tration 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.

Als Stahlrohr gemäß der Erfindung ist ein Rohr, das insbesondere aus Kohlenstoffstählen, Legie­ rungsstählen, rostfreien Stählen oder wärmefesten Stäh­ len 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 Kohlen­ stoffstahlrohren für Hochtemperaturbetrieb der JIS-Be­ zeichnungen, wie STPT 38 und STPT 42, sowie aus starren Stahlleitungsrohren aus heißgewalzten Kohlenstoffstahl­ streifen der JIS-Bezeichnung SPHT 1 hergestellt sind. Beispiele für geeignete Legierungsstahlrohre sind Legie­ rungsstahlrohre der JIS-Bezeichnungen, wie STPA 12 und STPA 22, sowie Begehungsstahlrohre für Bauzwecke der JIS- Bezeichnungen, wie STKS 1 und STKS 2. Beispiele für ge­ eignete Rohre aus rostfreiem Stahl sind solche zum Her­ stellen von Rohren der JIS-Bezeichnung, wie beispiels­ weise SUS 304 TP, solche zu Bauzwecken der JIS-Bezeich­ nungen, 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 erfindungsgemäß Verwendung finden können, nicht auf die Kreisform beschränkt ist, sondern jede beliebige andere Form, wie beispielsweise die elliptische Form, umfaßt.

Die Eingußrohre aus Stahl gemäß der Erfindung eignen sich nicht nur für Gießformen, wie solche für Walzen und gußeiserne Räder, wie sie im folgenden be­ schrieben werden, sondern auch zur Verwendung als Ein­ gußrohre für Gußblöcke.

Eine Gießform, mit der zusammen ein Eingußrohr aus Stahl 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 Beanspru­ chung verhindern, sondern unterliegt auch nicht der Bruch­ gefahr 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 un­ nötig werden und die Installation erleichtert wird. Dem­ zufolge wird auch der Arbeitsaufwand bei der Formherstel­ lung verringert sowie eine Erniedrigung der Herstellungs­ kosten durch wirksame Ausnutzung des Formsandes, Wieder­ verwendung der verbrauchten Materialien und andere Maß­ nahmen ermöglicht. Kurz gesagt, wird die Wirtschaftlich­ keit erhöht.

Im folgenden wird die allgemeine Natur sowie die Beschränkungen einer herkömmlichen Walzengießform be­ schrieben, mit der ein Eingußsystem mit Kaolinrohren ver­ wendet wird.

In dem Beispiel für eine herkömmliche Walzengieß­ form, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, besitzt das Ein­ gußsystem 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 Ein­ gußtrichter 2b und einer Eingußmündung 2c aufgebaut ist. Die Eingußmündung 2c öffnet sich in die eigentliche Gieß­ form 3, 3a. Die auf diesem Weg geförderte Schmelze wird in die eigentliche Gießform 3, 3a eingeführt. Der Ein­ gußkanal 2 und der Eingußkanalfuß 2a bestehen gemäß diesem Beispiel aus acht Längen eines geraden Kaolin­ rohrs 4 sowie eines Kaolinknies 4a, die aufeinanderfol­ gend aneinandergesetzt sind. Diese Kaolinrohre werden normalerweise im wesentlichen konzentrisch innerhalb eines schweren Metallrahmens 5, 5a mit einer dicken Wan­ dung gehaltert. Der Zwischenraum zwischen dem Rohr und dem Rahmen wird mit Sand 6 gefüllt, der normalerweise als Füllsand bezeichnet wird, ein damit vermischtes Bin­ demittel enthält und durch Stoßen verfestigt wird. Wäh­ rend dieses Verfestigens können eine Verschiebung, ein Bruch oder andere unerwünschte Ereignisse an den Stoß­ stellen der einzelnen Rohre auftreten. Außerdem kann der Metallrahmen 5, 5a aus Gründen der Vereinfachung des Verfestigens sowie der Handhabung nicht einstückig ausge­ bildet werden, wodurch seine Herstellung und Installie­ rung zusätzliche Kosten mit sich bringen.

Der Eingußtrichter 2b und die Eingußmündung 2c können nicht aus Kaolinrohr hergestellt werden, weil sie zum einen 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, zum anderen würde der Sand 6a mit Bruchstücken verunreinigt und seine Quali­ tät erniedrigt, 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.

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 ge­ raden, durch Aluminiumdiffusion beschichteten Rohr 7 einstückiger Ausbildung, das den Eingußkanal 2 bildet, sowie einem einstückig damit ausgebildeten Knie 7a, das den Eingußkanalfuß, den Eingußtrichter 2b und die Eingußmündung 2c bildet. Das oben erwähnte Rohr 7 ist an seiner Außenseite durch ein leichtes Verstärkungs­ stahlrohr 6b eingebettet ist. In diesem Falle wird der Ein­ gußkanal 2 anstelle durch den herkömmlichen schweren Metallrahmen großer Wanddicke, wie er in Fig. 1 darge­ stellt ist, durch das leichte Verstärkungstrahlrohr 8 gestützt. Weiter ist keine Verwendung von Füllsand er­ forderlich, der das durch Aluminiumdiffusion beschich­ tete Rohr umgibt und fixiert.

Wie oben beschrieben, wird das gerade Eingußrohr 7, das aus dem Metallrohr mit der Fe/Al-Legierungsschicht besteht, gegenüber einer Beschädigung durch Bruch auf­ grund von thermischer Beanspruchung und einer Beschädi­ gung durch Schmelzen zufolge von Erosion geschützt und erfordert normalerweise nicht die Verwendung von Füll­ sand und des schweren Metallrahmens mit großer Wand­ dicke,wie sie bei dem herkömmlichen Eingußsystem er­ forderlich sind. Jedoch wird das Eingußrohr 7 aus Stahl durch das geschmolzene Metall stark erhitzt und kann zufolge einer Abnahme seiner Festigkeit defor­ miert werden. Demzufolge ist ein gewisses Ausmaß an Verstärkungsmaterial, wie beispielsweise ein Stahl­ rohr 8, manchmal erforderlich, um das Eingußrohr zu stützen. In diesem Falle kann das Stahlrohr 8 wieder­ holt verwendet werden, wenn man zwischen dem Einguß­ rohr 7 aus Stahl und dem Stahlrohr 8 einen Zwischen­ raum 9 von einer Größenordnung läßt, daß diese Rohre bei ihrem Abbau voneinander getrennt werden können. Wenngleich in der Figur nicht dargestellt, können zwi­ schen den Rohren 7 und 8 am oberen und unteren Teil des Eingußkanales je nach Erfordernis Abstandshalter vorge­ sehen sein.

Im Falle kleiner Güsse, die eine kürzere Gieß­ dauer erfordern, oder im Falle einer geringeren Einguß­ kanallänge kann der Eingußkanal 2 ohne das stützende Stahlrohr 8 vorgesehen sein, wodurch das Eingußsystem weiter vereinfacht wird.

Kurz gesagt, führt das Eingußrohr aus Stahl für eine Gießform gemäß der Erfindung somit zu einer idea­ len 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.

Gemäß der Erfindung wird die Erzeugung von Fehl­ güssen, die durch das Brechen der Rohre aus Kaolin, Beschädigung und das Auswaschen von Sand hervorgerufen werden, was bisher immer zu großen Schwierigkeiten führ­ te, verhindert. Die Verbindung eines einzigen, langen Eingußrohres ohne Füllsand und ohne dickwandigen Me­ tallrahmen führt außerdem zu einer Vereinfachung des Formbetriebes, d. h. zu einer beträchtlichen Arbeitsein­ sparung.

Darüber hinaus können Eingußtrichter und derglei­ chen in vom Standpunkt der Formabmessungen aus idealer Lage angeordnet werden, weil die Natur des Eingußrohres aus Stahl gemäß der Erfindung zu größeren Freiheiten bei den Formarbeitsgängen führt, da es durch Erhitzen mit einem Gasbrenner oder dergleichen leicht geschnit­ ten, gebogen und verschweißt werden kann.

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 wer­ den, wodurch weitere Einsparungen von Arbeitskraft und an Eisenmaterial möglich werden. Verschiedene andere Vor­ teile bestehen darin, daß der Formsand nicht in seiner Qualität verschlechtert wird, da er frei von Verunrei­ nigungen durch zerbrochene Rohrteile bleibt.

Als weitere Ausführungsform der Erfindung sind in den Fig. 3 und 4 die Formausführungen gemäß Beispielen 2 bzw. 5 dargestellt, während die Anordnung der Gieß­ form gemäß Beispiel 6 in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform zum Gießen einer verhältnismäßig großen Walze. In diesem Falle wird zwischen einem Eingußrohr 7 aus mit durch Alu­ miniumdiffusion beschichteten Stahl und einem Ver­ stärkungs- oder Stützrohr 8 Sand 10 ohne Bindemittel eingebracht, wodurch die Festigkeitsabnahme des Ein­ gußrohres 7 bei hoher Temperatur kompensiert wird. Das Eingußsystem besteht aus einem Eingußkanalrohr 7, einem Knie 7a und einem Eingußtrichter 7b. 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.

Auf diese Weise braucht der Sand 10 nicht mit einem Bindemittel verfestigt zu werden, und es ist auch nicht erforderlich, daß eine besondere Sandqualität ver­ wendet 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 verrin­ gert, weil derartig mühevolle Arbeiten, wie das Zusam­ mensetzen eines Metallrahmens mit dicken Wandungen sowie das Verfestigen von Sand durch Stoßen eliminiert werden sowie der Arbeitsaufwand für das Handhaben und Transpor­ tieren schwerer Materialien vermindert wird. Erfindungs­ gemäß wird Füllsand nicht allgemein benötigt, wie in Fig. 2 dargestellt ist, wenn als Eingußrohr ein Stahl­ rohr verwendet wird, das durch Aluminiumdiffusion be­ schichtet 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 be­ reitet keine Schwierigkeiten, wie oben beschrieben.

Fig. 4 erläutert ein Beispiel für die Verwendung von Eingußrohren aus Stahl gemäß der Erfindung für eine Gießform für Stahlräder. Bei dieser Form wurde das Eingußrohr 12 und 12a aus Stahl dadurch hergestellt, daß man ein gerades Stahlrohr 13 mit einer durch Alumi­ niumdiffusion erzeugten Beschichtung für die obere Form und ein Knie 13a aus gleichem Stahl für die untere Form 16 in Sand 17 und 17a einbettete. Der Radkörper ist mit der Bezugszahl 14 bezeichnet.

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 Ein­ gußsystemen unter Verwendung von Rohren aus gebranntem Ton und Sandformen beobachtet werden.

Die Erfindung wurde bisher hauptsächlich in bezug auf ein Beispiel erläutert, gemäß dem ein Eingußrohr aus Stahl in Verbindung mit einer Gießform verwendet wurde. Weil die Formen von Gießlingen kompliziert sind und in weiten Bereichen variieren, besaß bisher ein her­ kömmliches 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 über­ zogen 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.

Beispiel 1

Unter Verwendung eines Eingußrohres aus Stahl ge­ mäß der Erfindung bei der Walzengießform für eine Walz­ 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 Metall: 3100 kg.
Chemische Zusammensetzung desgeschmolzenen Metalls (%):
C 3,26; Si 0,90; Mn 0,55; P 0,070; S 0,024; Ni 2,57; Cr 0,97; Mo 0,11; Fe Rest.
Gießtemperatur: 1350°C.
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-Legie­ rungsschicht wurde durchgeführt, indem man ein Kohlen­ stoffstahlrohr 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 Materia­ lien einer Wärmebehandlung unterzog. Die Aluminiumkonzen­ tration der Fe/Al-Legierungsschicht auf der Oberfläche des Eingußrohres aus Stahl, das mit der Schmnelze in Be­ rührung gebracht werden soll, betrug 20%, die Dicke der Fe/Al-Legierungsschicht 0,3 mm.

Durch Anwendung des Eingußrohres aus Stahl gemäß der Erfindung auf die oben beschriebene Gießform wurde jeglicher Einschluß von Materialien, wie Sand, vermie­ den, und es wurden die Arbeitskosten und weiteren Kosten auf etwa 1/3 der Höhe erniedrigt, wie sie bei Verwendung einer Gießform mit herkömmlichem Eingußrohr auftreten.

Beispiel 2

Eine verhältnismäßig große Adamit-Walze für ein Walzwerk wurde unter den folgenden Gießbedingungen unter Verwendung eines Eingußrohres aus Stahl gemäß der Erfindung in Verbindung mit der in Fig. 3 dargestellten Gießform hergestellt. Diese Walze war zuvor unter Verwen­ dung einer Form hergestellt worden, bei der das Einguß­ system aus Kaolin Eingußrohren 4, 4a und Sand 6a aufge­ baut war, wie in Fig. 1 dargestellt.

Gemäß Beispiel 2 wurde die Gießform unter Verwen­ dung 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 geschmolzenem Metall: 3500 kg.
Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls (%):
C 1,72; Si 0,68; Mn 0,80; P 0,019; S 0,008; Ni 0,68; Cr 1,06; Mo 0,21; Fe Rest.
Gießtemperatur: 1140°C.
Gießdauer: 2 min 20 s.
Eingußrohr aus Stahl: Außendurchmesser: 63,5 mm, Wanddicke: 3,2 mm.

Die Beschichtung zur Herstellung der Eisen/Aluminium- Legierungsschicht wurde durchgeführt, indem man ein Legie­ rungsstahlrohr (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 50% und einer geringen Menge eines Zementierungsbeschleunigers bestand und in einem Eisengefäß vorlag, einbettete und diese Materialien 16 h bei 980°C hielt. Die Aluminium­ konzentration der Fe/Al-Legierungsschicht der Oberfläche des Eingußrohres aus Stahl, das mit der Schmelze in Be­ rührung treten soll, betrug 20%, und die Dicke der Fe/Al- Legierungsschicht 0,3 mm.

Das auf diese Weise behandelte Rohr wurde aus dem Eisengefäß herausgenommen und 1 h auf 1000°C erhitzt, wobei auf der Außenfläche der Fe/Al-Legierungsschicht ein Aluminiumoxidüberzug gebildet wurde. Die Dicke des Aluminiumoxidüberzuges wurde zu 1 µm ermittelt.

Nach Durchführung des Gusses und Abkühlen wurde die verwendete Form abgebaut und in Augenschein genom­ men. Es ergab sich, daß keine Beschädigung an dem Ein­ gußrohr festzustellen war. Die gegossene Walze war ebenfalls fehlerfrei. Der Sand konnte wiederverwendet werden, weil er nicht durch Bruchstücke des Rohrmate­ rials verunreinigt war. Außerdem waren die Kosten für die Gießarbeit und dergleichen im Vergleich zu den Ko­ sten bei einem herkömmlichen Verfahren etwa um die Hälfte verringert.

Beispiel 3

Eine verhältnismäßig große Adamitwalze für ein Walzwerk wurde gemäß den folgenden Gießbedingungen un­ ter Verwendung eines Eingußrohres aus Stahl 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 auf­ gebaut war, wie in Fig. 1 dargestellt.

Gemäß Beispiel 3 wurde die Gießform unter Verwen­ dung eines Eingußrohres 7, 7a, 7b aus Stahl herge­ stellt. Die Gießbedingungen waren wie folgt:

Größe der Walze im frischgegossenen Zustand: Durchmesser: 527 mm, Länge: 1600 mm.
Menge an für den Guß benötigtem geschmolzenem Metall: 4100 kg.
Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls (%):
C 1,69; Si 0,71; Mn 0,82; P 0,020; S 0,007; Ni 0,70; Cr 1,03; Mo 0,22; Fe Rest.
Gießtemperatur: 1440°C.
Gießdauer: 2 min 44 s.
Eingußrohr aus Stahl: Außendurchmesser: 63,5 mm, Wanddicke: 3,2 mm.

Die Aluminiumüberzugsschicht wurde durch Feueralu­ minieren erzeugt. Im einzelnen wurde ein Legierungs­ stahlrohr (JIS STPA 24) durch 5 min dauerndes Eintauchen in ein Aluminiumbad von 730°C überzogen. Das Rohr wur­ de anschließend 10 h lang auf 1000°C erhitzt. Die Alu­ miniumkonzentration des äußersten Teils der Fe/Al-Legie­ rungsschicht, die erhalten wurde, betrug 34%, die Dicke der Schicht 0,50 mm. Die Dicke des Aluminiumoxid-Überzu­ ges, der auf der Oberfläche gebildet wurde, betrug 5 µm.

Nach Durchführung des Gusses und Abkühlen wurde die verbrauchte Form abgebaut in Augenschein genommen. Es ergab sich, daß das Eingußrohr keine Schäden aufwies. Die gegossene Walze war ebenfalls fehlerfrei. Der Sand konnte wiederverwendet werden, da er nicht durch Bruch­ stücke des Eingußrohres verunreinigt war. Außerdem wur­ den die Arbeitskosten für das Gießen und dergleichen auf etwa die Hälfte verringert, verglichen mit den Kosten eines herkömmlichen Verfahrens.

Beispiel 4

Ein Rad aus Gußstahl wurde durch Anwendung des Ein­ gußrohres gemäß der Erfindung auf die in Fig. 4 darge­ stellte Gießform hergestellt. Die Gießbedingungen waren wie folgt:

Äußere Abmessungen des Rades in frisch gegossenem Zustand:
Außendurchmesser: 850 mm, Breite: 200 mm, Dicke: 70 mm.
Menge an für das Gießen verbrauchtem geschmolzenem Metalls: 492 kg.
Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls (%):
C 0,19; Si 0,48; Mn 1,04; P 0,023; S 0,015; Ni 0,13; Cr 0,06; Mo 0,05; Fe Rest.
Gießtemperatur: 1550°C.
Gießdauer: 38 s.
Eingußrohr: Außendurchmesser: 48,6 mm, Wanddicke: 2,3 mm.

Die Beschichtungsbehandlung zur Herstellung der Fe/Al-Legierungsschicht wurde durchgeführt, indem man ein gewöhnliches Stahlrohr (JIS STK 41) in einem Zemen­ tierungsmittel mit einer Aluminiumkonzentration von 31%, das aus einem Fe/Al-Legierungspulver mit einem Aluminium­ gehalt von 26%, einem Fe/Al-Legierungspulver von 50% Alu­ miniumgehalt sowie einer kleinen Menge eines Zementie­ rungsbeschleunigers, das sich in einem Eisengefäß befand, einbettete und das Eisengefäß 20 h auf 1050°C erhitzte. Die Aluminiumkonzentration der Fe/Al-Legierungsschicht des Eingußrohres aus Metall, das mit der Schmelze in Be­ rührung treten sollte, betrug 26%, die Dicke der Fe/Al- Legierungsschicht 0,82 mm. Die Dicke des Aluminiumoxid­ überzuges an der Oberfläche der Fe/Al-Legierungsschicht wurde zu 0,3 µm ermittelt.

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 Aluminium­ oxidüberzuges 13 µm betrug.

Beispiel 5

Ein Gußstahlrad wurde durch Verwendung des Einguß­ rohres aus Stahl gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Gießform gemäß Fig. 4 hergestellt. Die Gießbedin­ gungen waren wie folgt:

Äußere Abmessungen des Rades in frisch gegossenem Zustand:
Außendurchmesser: 800 mm, Breite: 200 mm, Dicke: 80 mm.
Menge an für den Guß verwendetem geschmolzenem Metalls: 466 kg.
Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls (%):
C 0,18; Si 0,49; Mn 1,02; P 0,022; S 0,014; Ni 0,12; Cr 0,05; Mo 0,06; Fe Rest.
Gießtemperatur: 1550°C.
Gießdauer: 35 s.
Eingußrohr: Außendurchmesser: 48,6 mm, Wanddicke: 2,3 mm.

Die Aluminiumbeschichtung wurde durch Aufsprühen er­ zeugt. Im einzelnen wurde ein gewöhnliches Stahlrohr (JIS STK 41) von daran anhaftenden Oxiden durch Sandstrah­ len befreit und anschließend mit Hilfe einer Metallsprüh­ maschine beschichtet. Das Rohr wurde anschließend 17 h auf 1000°C erhitzt. Die Aluminiumkonzentration des äußer­ sten 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 µm.

Nach Durchführung des Gusses und Abkühlen wurden die einzelnen Teile in Augenschein genommen, wobei sich herausstellte, daß die Radstruktur sowie das Ein­ gußrohr fehlerfrei waren.

Beispiel 6

Eine Gußeisenwalze wurde unter Verwendung der Form gemäß Fig. 2 für ein Walzwerk hergestellt. Die Gießbe­ dingungen waren wie folgt:

Abmessungen der Walze in frisch gegossenem Zustand: 500 mm Durchmesser, 1600 mm Länge.
Menge an für den Guß benötigtem geschmolzenem Me­ talls: 3100 kg.
Chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls (%):
C 3,27; Si 0,91; Mn 0,55; P 0,075; S 0,024; Ni 2,60; Cr 0,98; Mo 0,11; Fe Rest.
Gießtemperatur: 1350°C.
Gießdauer: 2 min 30 s.
Eingußrohr aus Stahl: 60,5 mm Außendurchmesser, 2,3 mm Wanddicke.
Äußeres Stahlrohr: 76,3 mm Außendurchmesser, 4,5 mm Wanddiche.

Die Beschichtung zur Erzeugung der Fe/Al-Legierungs­ schicht wurde durchgeführt, indem man ein Kohlenstoff­ stahlrohr (JIS STK 30) in einem Zementierungsmittel ein­ bettete, das als Hauptbestandteil Aluminiumpulver sowie einen Zementierungsbeschleuniger enthielt und in einem Eisengefäß vorhanden war, und diese Materialien 15 h lang in einem Heizofen auf 1000°C erhitzte.

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 Schmel­ zen und kein Auslaufen von Metall stattgefunden hatten und daß sämtliche Teile fehlerfrei waren, wie in Fig. 5 dargestellt.

Durch Anwendung der Gießform gemäß der Erfindung fand keinerlei Einschluß von Materialien, wie beispiels­ weise Sand, statt, wie dies bei herkömmlichen Gießver­ fahren beobachtet wird; außerdem wurden die Kosten für die Formarbeiten und dergleichen auf 1/3 der Kosten ge­ senkt, die bei herkömmlichen Verfahren aufgewendet wer­ den müssen.

Claims (7)

1. Eingußrohr aus Stahl für eine Metallgießform, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Eingußrohres auf mindestens derjenigen Seite, die mit dem hindurchgegossenen ge­ schmolzenen Metall in Berührung tritt, eine Fe/Al- Legierungsschicht mit einer Aluminiumkonzentration von 15 bis 35 Gew.-% und einer Dicke von 0,1 bis 1,0 mm ausgebildet ist.

2. Eingußrohr gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens derjenigen Seite des Rohres, die mit dem hindurchgegossenen geschmolzenen Metall in Berüh­ rung tritt, ein Aluminiumoxidüberzug an der Außenfläche und eine nach innen angrenzende Fe/Al-Legierungs­ schicht ausgebildet sind, wobei die Aluminiumkonzentra­ tion im äußersten Teil der Legierungsschicht 14 bis 35 Gew.-% und die Dicke der Legierungsschicht 0,1 bis 1,0 mm betragen.

3. Eingußrohr gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es dadurch herstellbar ist, daß man auf mindestens derjenigen Seite des Stahlrohres, die mit dem hindurch­ gegossenem geschmolzenem Metall in Berührung tritt, eine Aluminiumbeschichtung vorsieht, die Aluminiumbe­ schichtung anschließend unter Ausbildung einer Fe/Al- Legierungsschicht mit einer Aluminiumkonzentration im äußersten Teil der Legierungsschicht von 15 bis 35 Gew.-% und einer Dicke von 0,1 bis 1,0 mm sowie eines Aluminium­ oxidüberzuges auf der Fe/Al-Legierungsschicht, der mit dem geschmolzenem Metall in Berührung treten soll, einer Wärmebehandlung unterwirft.

4. Eingußrohr gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe/Al-Legierungsschicht durch Einbetten des Stahlrohrs in ein Aluminiumpulver enthaltendes Zemen­ tierungsmittel in einem unverschlossenem Metallgefäß und Erhitzen des Stahlrohres und Zementierungsmittel her­ gestellt ist.

5. Eingußrohr gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe/Al-Legierungsschicht durch Einbetten des Stahlrohres in ein Aluminiumpulver enthaltendes Zemen­ tierungsmittel in einem unverschlossenem Metallgefäß und Erhitzen des Stahlrohres und des Zementierungsmit­ tels und der Aluminiumoxidüberzug durch sekundäre Wärme­ behandlung des Stahlrohres mit der Fe/Al-Legierungs­ schicht in einer oxydierenden oder reduzierenden Atmo­ sphäre hoher Temperatur ausgebildet ist.

6. Eingußrohr gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumüberzugsschicht durch Feueraluminieren des Rohres, Besprühen des Rohres mit Aluminium oder Elektroplattieren des Rohres mit Aluminium und die Fe/Aluminium-Legierungsschicht sowie der Aluminiumoxid­ überzug anschließend durch eine sekundäre Wärmebehand­ lung des mit der Aluminiumüberzugsschicht versehenen Rohres in einer oxydierenden oder reduzierenden Atmosphäre ausgebildet ist.

7. Eingußrohr gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr aus Kohlenstoffstahl, Legierungsstahl, rostfreiem Stahl oder wärmefestem Stahl besteht.