DE3905266A1 - Verfahren zum abtrennen von speisern und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen von Speisern und verlorenen Köpfen eines metallischen Guß­ stückes oder metallischen Blockes, insbesondere Stahlguß­ stückes oder Stahlblockes. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Metalle erfahren bei Übergang vom flüssigen in den fe­ sten Zustand eine Volumenschrumpfung. So hat z.B. flüs­ siger Stahl ein Raumgewicht von Gamma=7 kg/l und nach der Erstarrung und Abkühlung ein Raumgewicht von 7,8 kg/l, wenn die flüssige Stahlschrumpfung während der Erstarrung durch Nachspeisen von flüssigem Metall in die Lunkerhohlräume ausgeglichen wird.

Beim Gießen von Stahlgußstücken werden Lunker im Guß­ stück dadurch vermieden, daß im Gußstück durch den Wand­ stärkenverlauf oder andere Maßnahmen z.B. beschleunig­ te Abkühlung bestimmter Gußstückbereiche durch Außenküh­ lung eine gerichtete Erstarrung zu einem auf oder ne­ ben das Gußstück gesetzten Speiser erfolgt. Der Speiser wird so dimensioniert, daß er später erstarrt als das Gußstück und während der Erstarrung des Gußstückes flüs­ sigen Stahl in das Gußstück zum Ausgleich der Lunkerung nachspeist. Die flüssige Schrumpfung des Stahls liegt je nach Gieß- und Überhitzungstemperatur des Stahls und der Werkstoffqualität zwischen 5-6 Volumenprozent.

Da der Speiser während der Erstarrung des Gußstückes auch abkühlt und erstarrt, beträgt sein sogenanntes Nachsaugvolumen nur ca. 15% des Speiservolumens, wenn im Verbindungsbereich zwischen Speiser und Gußstück keine Seigerungen, z.B. Kohlenstoffseigerungen, enthal­ ten sein sollen. Dieser relativ geringe speisbare Anteil des Speisers führt zu einem Aufwand an Flüssigstahl für den verlorenen Speiser, der mehr als das Gußstückgewicht ausmachen kann. Aus diesem Grunde werden Speiser viel­ fach isoliert, d.h. ihre Erstarrungszeit wird verlängert, indem ihre Gußform über dem Gußstück aus einem anderen Formstoff mit geringerem Wärmediffusionsvermögen oder mit exothermen Bestandteilen gebildet wird.

Je nach Gußstückgröße und -gewicht haben diese vielfach zylindrisch ausgebildeten Speiser Dimensionen von 100 mm bis 2000 m ⌀ bei vorwiegend einem Verhältnis von ⌀ zu Höhe von 1:1. Derartige Speiser können im Gegensatz zu Speisern bei der Herstellung von Grau- und Sphäroguß­ stücken nur bei kleinen Dimensionen und bei besonderer Ausbildung der Speiserverbindungen nur in seltenen Fäl­ len im Gußzustand abgeschlagen werden. Der übliche Trenn­ prozeß zum Entfernen dieser Speiser vom Gußstück ist das Abbrennen mit der Gas-Sauerstoff-Flamme bei ferritischen Werkstoffen und mittels Gas-Sauerstoff-Flamme unter Zu­ satz von Eisenpulver bei hochlegierten, z.B. austenitischen Werkstoffen.

Das Abbrennen des Speisers erfolgt wegen der Rißgefahr bei größeren Querschnitten und bei legierten Werkstoffen in einem auf teilweise bis zu 400°C vorgewärmten Zustand des Stahlgußstückes. Bei bestimmten Werkstoffen, z.B. beim G-X 5 Cr Ni Mo 13.4, ist vor dem Abbrennen des Speisers ein Weichglühen des Gußstückes erforderlich.

Das Abbrennen des Speisers erfolgt entweder mittels ei­ nes handgeführten Brenners oder einer Brennmaschine. Es entstehen erhebliche Mengen an Abgas, die entsprechend den Vorschriften der TA Luft am Entstehungsort abgesaugt und gefiltert werden müssen. Außerdem entstehen sogenann­ te Brennschlacken, die ebenfalls entsorgt werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Speiser möglichst frühzei­ tig und ohne Umweltbelastung abzutrennen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Speiser oder verlorene Kopf beim Abkühlen der Schmelze im Temperatur­ bereich unterhalb der Solidustemperatur, oberhalb der Temperatur der Warmstreckgrenze des Metalles abgetrennt wird. Insbesondere kann der Speiser oder verlorene Kopf unterhalb der Solidustemperatur im Bereich des teigigen Zustandes des Metalles abgetrennt werden. Das Abtrennen erfolgt vorzugsweise mechanisch. Erfindungsgemäß wird die Tatsache genutzt, daß Metalle im Temperaturbereich zwi­ schen Warmstreckgrenze und Solidustemperatur eine ver­ gleichsweise geringe Festigkeit besitzen, so daß es mög­ lich ist, mit geeigneten, hochtemperaturfesten Werkzeu­ gen den Trennschnitt vorzunehmen. Die eingangs erläuter­ ten Nachteile werden damit beseitigt.

Im einzelnen kann erfindungsgemäß so vorgegangen werden, daß die Gießform in unmittelbarer Nähe des Speisers bis auf das Niveau der Trennebene freigelegt wird, daß in den Freiraum ein Trennwerkzeug eingeführt wird und daß dann der Speiser abgetrennt wird. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine den Speiser umgeben­ de Ringbohrung niedergebracht. Dann kann mit einfachen Werkzeugen gearbeitet werden.

Wenn der Speiser nicht unmittelbar entfernt werden soll, oder wenn die Wärmebelastung der Trennwerkzeuge verrin­ gert werden soll, kann der abgetrennte Speiser angeho­ ben werden, bis die Trennflächen so weit abgekühlt sind, daß sie nicht mehr miteinander verschweißen. Dazu kann auch mit aktiver Kühlung der Trennflächen gearbeitet werden. Anschließend kann der Speiser wieder abgesetzt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen kranzartigen Träger für dar­ in gelagerte Schwenkwellen, die einerseits an wenigstens einen Antrieb angeschlossen sind und an denen anderer­ seits Trennmesser aus hochhitzebeständigem Material be­ festigt sind. Der kranzartige Träger wird in den den Speiser umgebenden Freiraum eingeführt, bis die Trennmes­ ser sich in der gewünschten Trennebene befinden. Dann wird der Antrieb der Trennmesser betätigt und der Spei­ ser abgetrennt.

Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Träger zylindrisch ausgebildet und sind die Trennmesser mit dem Zylinderradius angepaßter Kontur an der Unter­ seite des Trägers angeordnet. Bei Einsatz eines solchen Trägers kann der Freiraum als Ringbohrung ausgeführt sein, deren Ringraum nicht dicker zu sein braucht als der Wanddicke des Trägers entspricht, weil die Trennmes­ ser mit dem Zylinderradius angepaßter Kontur innerhalb der Wanddicke des Trägers untergebracht werden können. Werden mehr als drei Trennmesser eingesetzt, dann kön­ nen diese in gleichen Ebenen angeordnet sein. Bei Ein­ satz von drei oder weniger Trennmessern werden diese in unterschiedlichen Ebenen angeordnet.

Grundsätzlich kann jedes Trennmesser mit zugeordneter Schwenkwelle einen eigenen Antrieb aufweisen. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführung, bei der die Schwenkwellen im oberen Bereich des Trägers an ein Getriebe ange­ schlossen sind, dem ein Antrieb zugeordnet ist. Bei Be­ tätigung dieses Antriebes werden sämtliche Schwenkwellen mit ihren Trennmessern verschwenkt.

Der zylindrische Träger kann seinerseits auch zum Aus­ heben der Ringbohrung eingesetzt werden, wenn der Trä­ ger höhenverstellbar und drehfest an einer um eine vertikale Achse drehbaren Bühne gehalten ist und wenn an der Unterseite des Trägers unter die Ebene der Trenn­ messer vorstehende Schneidzähne angeordnet sind. Zum Niederbringen der Ringbohrung wird der Träger, den Speiser umgebend, auf die Gießform aufgesetzt und von der drehbar angetriebenen Bühne, die zu diesem Zweck einen Zahnkranz für ein Antriebsritzel aufweisen kann, drehend mitgenommen. Gleichzeitig wird der Träger abge­ senkt, wozu zwischen Träger und Bühne ein Hubzylinder angeordnet sein kann, so daß die an der Unterseite des Trägers angeordneten Schneidzähne die Ringbohrung aus­ heben. Wenn die Trennmesser des Trägers die gewünschte Trennebene erreicht haben, wird der Antrieb der Trenn­ messer betätigt und der Speiser abgetrennt. Mit dem Hub­ zylinder kann der Träger mit dem abgetrennten Speiser für Kühlungszwecke teilweise angehoben werden. Er kann aber auch vollständig von der Gießform abgehoben werden.

Der Antrieb für die Trennmesser kann grundsätzlich auf dem Träger selbst angeordnet sein. Wegen der zu erwarten­ den Wärmebelastung ist es aber günstiger, wenn der An­ trieb für die Trennmesser bühnenfest angeordnet ist und auf einer Teleskopwelle arbeitet, die an das auf dem Trä­ ger angeordnete Getriebe angeschlossen ist.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert; es zeigt

Fig. 1 schematisch die Ansicht einer Vorrichtung zum Abtrennen von Speisern,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Unterseite des Gegenstan­ des nach Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführung des Gegenstandes nach Fig. 2.

Zu der dargestellten Vorrichtung gehört ein Gestell 1, auf dem einerseits ein Motor 2 mit Getriebe 3 und Antriebs­ ritzel 4 sowie andererseits ein weiterer Motor 5 mit Öl­ druckpumpe 6 und Einrichtung 7 zur Druckölübertragung angeordnet sind. Die Einrichtung 7 befindet sich ober­ halb eines Lagers 8 für eine relativ zum Gestell 1 dreh­ bare Bühne 9, zu der auch ein Zahnkranz 10 gehört, wel­ cher mit dem Antriebsritzel 4 kämmt. Zur drehbaren Bühne 9 gehört außerdem eine drehfeste Teleskopführung 11, de­ ren unterer, verschieblicher Teil 12 mit einem Träger 13 verbunden ist. Zwischen dem Träger 13 und dem festen Teil der Teleskopführung 11 bzw. dem Zahnkranz 10 er­ streckt sich ein Hubzylinder 14, der von der Öldruck­ pumpe 6 über die Einrichtung 7 gespeist wird. Es ver­ steht sich, daß entsprechende Steuerventile vorgesehen sind.

Der Träger 13 besitzt eine zylindrische Form. In der Wandung des Trägers 13 sind Schwenkwellen 15 gelagert, deren Achsen sich parallel zur Drehachse der Bühne 9 erstrecken. Die Schwenkwellen 15 tragen an ihrem oberen Ende Ritzel 16, die mit einem frei drehbar auf der Ober­ seite des Trägers 13 gelagerten Zahnkranz 17 kämmen. Eine der Schwenkwellen 15 ist über eine Teleskopwelle 18 und ein Hebelgetriebe 19 an einen Hubzylinder 20 ange­ schlossen, der am oberen, nicht verschieblichen Teil der Teleskopführung 11 befestigt ist und der ebenfalls von der Öldruckpumpe 6 über die Einrichtung 7 gespeist wird.

An ihren unteren Enden tragen die Schwenkwellen 15 Trennmesser 21. Die Trennmesser 21 besitzen eine Kontur, die der Querschnittsform der Wandung des Trägers 13 folgt, so daß die Trennmesser 21 in Ruhestellung nicht über die Wandung des Trägers 13 vorstehen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung sind vier Trennmesser 21 vorgesehen, die in gleichen horizontalen Ebenen angeordnet sind. Bei der in Fig. 3 dargestell­ ten Ausführung sind nur drei Trennmesser 21 vorgesehen, die in unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeord­ net sind, so daß sie in der dargestellten Projektion sich bei ihrer Trennbewegung überdecken können.

An der Unterseite des Trägers 13 sind außerdem Schneid­ zähne 22 befestigt.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die gesamte Vorrichtung wird für den Einsatz z.B. an einem Hallenkran befestigt und zur Energieversorgung der Motoren 2, 5 an das Stromnetz angeschlossen. Die Vorrich­ tung wird mit dem Hallenkran bewegt, bis sich der Trä­ ger 13 zentrisch über dem abzutrennenden Speiser oder Kopf befindet. Sie wird dann abgesenkt, bis sich die Unterseite des Trägers 13 dicht über der Oberfläche der Gießform befindet. Dann wird der Motor 2 betätigt und dadurch die Bühne 9 in Drehung versetzt. Gleichzeitig wird der Hubzylinder 14 ausgefahren, so daß unter Dre­ hung des Trägers 13 dessen Schneidzähne 22 eine Ringboh­ rung um den Speiser ausheben. Wenn die Trennmesser 21 die vorgesehene Trennebene erreicht haben, wird der Hub­ zylinder 14 stillgesetzt und der Hubzylinder 20 wird be­ tätigt. Dadurch dreht sich die Teleskopwelle 18, die über den Zahnkranz 17 die Schwenkwellen 15 in Drehung versetzt. Die Trennmesser 21 schwenken aus ihrer Ruhe­ position langsam nach innen in die in den Fig. 2 und 3 mit gestrichelten Linien dargestellten Positionen. Dabei wird der Speiser abgetrennt. Der Trennvorgang wird durch weiteres Drehen der Bühne 9 unterstützt. Wenn der Spei­ ser abgetrennt ist, wird der Hubzylinder 20 stillgesetzt und wiederum der Hubzylinder 14 betätigt, wodurch der Träger 13 mit dem abgetrennten Speiser angehoben wird.

Der abgetrennte Speiser kann zunächst gekühlt werden, er kann aber auch sogleich aus der Form entfernt werden. Das Entleeren des Trägers 13 erfolgt durch Rückstellen der Trennmesser 21.

Claims (17)

1. Verfahren zum Abtrennen von Speisern und verlorenen Köpfen eines metallischen Gußstückes oder metallischen Blockes, insbesondere Stahlgußstückes oder Stahl­ blockes, dadurch gekennzeichnet, daß der Speiser oder verlorene Kopf beim Abkühlen der Schmelze im Temperaturbereich unterhalb der Solidus­ temperatur, oberhalb der Temperatur der Warmstreck­ grenze des Metalles abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Speiser oder verlorene Kopf unterhalb der Solidustemperatur im Bereich des teigi­ gen Zustandes des Metalles abgetrennt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Speiser mechanisch abgetrennt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform in unmittelbarer Nähe des Speisers bis auf das Niveau der Trennebene freigelegt wird, daß in den Freiraum ein Trennwerkzeug eingeführt wird und daß dann der Speiser abgetrennt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine den Speiser umgebende Ring­ bohrung niedergebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetrennte Spei­ ser angehoben wird, bis die Trennflächen so weit abge­ kühlt sind, daß sie nicht mehr miteinander verschweißen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennflächen aktiv gekühlt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Speiser wieder abge­ setzt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1-8, gekennzeichnet durch einen kranzartigen Träger (13) für darin gelagerte Schwenkwellen (15), die einerseits an wenig­ stens einen Antrieb (17-20) angeschlossen sind und an denen andererseits Trennmesser (21) aus hochhitze­ beständigem Material befestigt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger (13) zylindrisch aus­ gebildet ist und daß die Trennmesser (21) mit dem Zy­ linderradius angepaßter Kontur an der Unterseite des Trägers (13) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmesser (21) in gleichen Ebenen angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennmesser in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schwenkwellen (15) im oberen Bereich des Trägers (13) an ein Getriebe (16-19) angeschlossen sind, dem ein Antrieb (20) zugeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-13, da­ durch gekennzeichnet, daß der Trä­ ger (13) höhenverstellbar und drehfest an einer um ei­ ne vertikale Achse drehbaren Bühne (9) gehalten ist und daß an der Unterseite des Trägers (13) unter die Ebene der Trennmesser (21) vorstehende Schneidzähne (22) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Büh­ ne (9) einen Zahnkranz (10) für ein Antriebsritzel (4) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-15, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen Träger (13) und Bühne (9) ein Hubzylinder (14) ange­ ordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-16, da­ durch gekennzeichnet, daß der An­ trieb (20) für die Trennmesser (21) bühnenfest ange­ ordnet ist und auf einer Teleskopwelle (18) arbeitet, die an das Getriebe (16, 17) angeschlossen ist.