-
Verfahren zur Herstellung aus dem Schmelzfluß gegossener feuerfester
Erzeugnisse . Feuerfeste 'Erzeugnisse von vorteilhaften Eigenschaften können bekanntlich
durch Schmelzen feuerfester Versätze auf elektrischem Wege und Gießen des geschmolzenen
Gutes in geeignete Formen hergestellt werden. Während der folgenden Kühlung verfestigt
sich die Schmelze zu einem nicht porösen, hochkristallinen, feuerfesten Körper,
wobei die Kristallisation von der Außenfläche der Form nach innen allmählich entsprechend
der Mengen an'.latenter Wärme fortschreitet, die aus dieser Außenfläche abgeführt
wird. Da jedoch das Volumen jedes kristallinen, feuerfesten Erzeugnisses kleiner
ist als das Volumen in geschmolzenem Zustand, " entsteht, wenn die Form nur gerade
mit der Schmelze gefüllt wird, ein Lunker. Diese innere Blase in einem gegossenen
Körper ist natürlich von Nachteil bei jedem feuerfesten Erzeugnis, welches Korrosionsbeanspruchungen
Widerstand leisten soll, wie z. B. solchen, die für-GI'asschmelzöfen Verwendung
finden.
-
Zweck der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Verfahren zu schaffen,
durch welches
die Größe dieses Hohlraums verringert oder die wirksame
Wandstärke des ihn umgebenden feuerfesten Materials gesteigert wird.
-
Ein bekanntes Verfahren zur Verringerung der Größe dieses Lunkers
besteht darin, dem gegossenen Körper aus einem Schmelzebehälter zusätzlich geschmolzenes
Material zuzuführen, welches in die Hohlräume des Gußkörpers eindringt, nachdem
dieser teilweise verfestigt ist. Die Anwendung dieses Verfahrens ist dadurch beschränkt,
daß die zusätzliche Schmelze praktisch mit der gleichen Geschwindigkeit erstarrt
wieder lIanptgußkörper, so daß, damit in den letzten Stufen der Kristallisation
des Hauptgußkörpers noch geschmolzenes Material vorhanden ist, der Behälter für
die zusätzliche Schmelze .praktisch - ebenso groß sein müßte wie dez @Gußkörper
selbst. Dies ist offenbar unwirtschaftlich, und in der Praxis wird ein Nachgießbehälter,
der vielleicht io°/o des Inhalts der Hauptform aufnimmt, verwendet. Das, ist im
allgemeinen ausreichend, da der größte Teil des Volumens *des Gußkörpers in der
äußeren Schale liegt, welche verhältnismäßig schnell erstarrt. Im Fall eines Körpers
von Kugelform beispielsweise sind bereits 7/a des Gesamtvolumens erstarrt, wenn
der Durchmesser des geschmolzenen Kerns halbiert ist.
-
Da das in dem Nachgießbehälter erstarrte Material Abfall darstellt,
ist es zweckmäßig, nur kleine Behälter dieser Art aufeinanderfolgend zu entleeren.
Praktisch werden nur zwei Behälter üblicherweise verwendet wegen der Schwierigkeit,
durch die Gießöffnung in den Hohlraum einzudringen, um das Nachfüllen zu ermöglichen.
Das auf diese Weise in den Hohlraum eingegossene Schmelzgut verringert selbst beim
Erstarren sein Volumen, und es wird ein Hohlraum von kleineren Abmessungen belassen,
so daß der Fehler, der durch die Anwendung dieses INTachgießverfahrens ausgeglichen
werden soll, nicht völlig behoben wird.
-
Eine weitere Maßnahme zu dem Zweck, die Nachteile, die durch das Entstehen
des erwähnten Hohlraums bei dem beschriebenen Gießverfahren bedingt sind, zu vermeiden,
ist die, die örtliche Lage dieses Hohlraums innerhalb des gegossenen Körpers so
zu beeinflussen, daß er sich an einer Stelle befindet, wo sein Vorhandensein den
Verwendungszweck des Gußkörpers am wenigsten ungünstig beeinflußt. So befindet sich
für einen Gußkörper, der als Wannenstein verwendet werden soll und Abmessungen von
etwa 45,7 cm Breite, 3o,5 cm Dicke und einer Länge, die von der Tiefe der Glasmasse
abhängt, beispielsweise 101,5 cm, besitzt, der logisch günstigste Platz für die
Gußöffnung an der äußeren 457X 10 1,5 cm großen, dem Glas abgekehrten Fläche.
Da jedoch das Maß der Korrosionsangriffe mit der Vergrößerung der Entfernung vom
Schmelzespiegel nach unten abnimmt, ist der sicherste Ort, d. h. der, an welchem
der Lunker am wenigsten stört, nahe der 45,7X30,5 cm großen Endfläche, auf welcher
der Block steht. Die Lage der Eingußstelle an diesem Ende würde jedoch gefährlich
sein, da geschmolzenes Glas, welches unterhalb des Blocks hindurchsickert, lediglich
eine dünne Schale zu durchdringen hätte, um in den Hohlraum einzudringen und nun
den Stein von innen aus allseitig gleichzeitig anzugreifen. In einem nicht zum Stand
der Technik gehörenden Vorschlag sind verschiedene Möglichkeiten zur Änderung der
örtlichen Lage des Hohlraums nach dem Gießen des Blocks in seiner üblichen Lage
beschrieben, nämlich ein folgendes Kippen, Schaukeln oder Drehen des Gußkörpers.
Ein Stein von den oben beispielsweise angegebenen Abmessungen würde nach diesen
Vorschlägen auf seiner 45,7X101,5 cm großen Fläche gegossen werden, um so die Eingußsteil'e
auf die Rückseite der Steine zu verlegen, und der Gußkörper nach Entleerung der
Gießkelle gekippt werden, so daß, nachdem eine teilweise Kontraktion des Volumens
erfolgt ist, das noch geschmolzene Gut im Innern des nunmehr angehobenen Endes nach
unten sickert und die Mitte des Körpers ausfüllt. Ein so hergestellter Block würde
dann auf dem Ende, -an welchem sich der Hohlraum befindet, stehend verwendet werden,
wo er durch die beschriebene Maßnahme eine glatte und verhältnismäßig dicke Schale
besitzt, die vor dem Kippen des Blocks erstarrt war.
-
Gemäß der Erfindung wird die vorstehend erläuterte Kipptechnik mit
der Nachfülltechnik kombiniert, und es wird so eine außerordentliche Verbesserung
dadurch erzielt, daß bei einem gekippten Block eine wesentlich vollkommenere Nachfüllung
erreicht werden kann als dann, wenn diese Nachfüllung in horizontaler Lage des Gußkörpers
vor sich geht.
-
In den Abbildungen, in welchen einander entsprechende Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind, ist das neue Verfahren schematisch dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i das Gießen eines Blocks in der bisher üblichen Weise und die sich
hierbei ergebende Ausbildung und Lage des Lunkers; Fig. a, 3 und 4 veranschaulichen'
aufeinanderfolgende Stufen beim Gießen eines Blocks nach dem Verfahren entsprechend
der Erfindung, und Fig. 5 stellt einen Schnitt durch einen nach der Erfindung gegossenen
Block dar.
-
Die überraschenden Ergebnisse, welche, wie oben erwähnt, durch Anwendung
der neuen Verfahren erzielt werden, sind aus dem
Charakter des Hohlraums,
der in beiden Fällen verbleibt, erkennbar. Beispielsweise stellt in Fig.
I I das am Boden des Gießbehälters erstarrte Gut nach Entleerung desselben
dar, 2 den Lunker, der sich als Folge der Kontraktion des Gußkörpers beim Erstarren
ergibt, 3 den verfestigten kompakten Teil des Gußkörpers, q. die Form, in welcher
der Block gegossen worden ist, und 5 den Gießbehälter. Bei einem rechteckigen Wannensteinblock,
wie er hier dargestellt ist, mit Abmessungen von beispielsweise 3o,5X45,7Xio6,7
cm, der normalerweise 30,5 cm tief auf seiner größten Seite liegend gegossen
wird, schreitet die Kristallisation und Erstarrung im Innern des Blocks in Richtung
nach innen zu von allen Seiten fort, solange die Entleerung des Gießbehälters dauert.
Von diesem Zeitpunkt an sinkt der Spiegel der in der Form befindlichen flüssigen
Masse wegen ihrer weiterenKontraktion ab, und es bildet sich der Lunker, während
je nach der Isolation der Gußform die Kristallisation im Innern des Gußkörpers von
den Seiten und vom Boden und den Enden aus fortschreitet. Der in einem solchen horizontal
liegenden Gußkörper entstehende Lunker besitzt daher eine verhältnismäßig große
flächenmäßige Ausdehnung, jedoch ist sie nur wenige Zentimeter tief. Ferner stellt
dieser Lunker im allgemeinen nicht einen gleichmäßigen Hohlraum dar, sondern weist
in der Regel quer liegende feine und dünne Scheidewände auf, die entweder eine Folge
eines Überlaufens der Flüssigkeit beim Gießen oder einer ungleichmäßigen Isolation
der Form oder schließlich irgendwelcher Zufälligkeiten beim Wachsen der Kristalle
sein können. In jedem Fall sind die Kanäle innerhalb des Lunkers eng und unregelmäßig.
-
Ein feuerfestes Material, welches in Berührung mit-- ungeschmolzener
Masse geschmolzen wird, wird nur wenig über seinen Erstarrungspunkt erhitzt und
erstarrt daher sehr schnell, wenn es mit einer kälteren Fläche in Berührung kommt.
Wenn solches Material in den verhältnismäßig dünnen Lunker 2 der Fig.i eines in
horizontaler Lage gegossenen Körpers eingegossen wird, kann dieses schnelle Erstarren
die Durchtrittswege bei einem langsamen Gießen verschließen, oder das geschmolzene
Material kann bei schnellem Gießen Luft in sich einschließen, so daß in dem einen
wie in dem anderen Fall die von der Eingußstelle am weitesten entfernt liegenden
Hohlräume vielleicht nur unvollständig gefüllt werden. Da nun der Hauptzweck des
Verfahrens der ist, die Dicke eines kompakten feuerfesten Erzeugnisses, insbesondere
nach der Seite hin, welche mit dem Glasspiegel in Berührung kommt, zu steigern,
wird dieser Zweck in einem gewissen Maße illusorisch durch das Vorhandensein von
Aasen an unbekannten Stellen.
-
Andererseits nimmt, wenn ein solcher Gußkörper gekippt wird, um den
Lunker nach dem einen Ende zu verlagern, die Oberfläche der freien Flüssigkeit in
erheblichem .Maße ab. Da der Rauminhalt des Hohlraums der gleiche bleibt, ist deshalb
ihre Tiefe zwangsläufig größer, und es ergibt sich ein leichter ausfüllbarer Lunker.
Wenn geschmolzenes Material in einen solchen Lunker von gewissermaßen konzentrierter
Gestalt, der sich beim Kühlen in gekippter Lage ergibt, gegossen wird, wird die
Wirksamkeit dieses Nachgießens erheblich gesteigert, und es verbleiben in dem unteren
Teil des ursprünglichen Lunkers keine ungefüllten Hohlräume. Hierdurch wird erreicht,
daß das endgültige Gußerzeugnis seine noch verbleibenden Hohlräume an der günstigsten
Stelle besitzt und ferner, daß der Hohlraum erheblich kleiner ist als der, welcher
beim Nachfüllen eines in horizontaler Lage gekühlten Gußkörpers verbleibt.
-
Um das neue Verfahren ausführlicher zu veranschaulichen, wird im folgenden
das zum Gießen eines Wannensteins angewendete Verfahren beschrieben.
-
Die Form wird mit ihrer langen Achse horizontal liegend angeordnet,
so daß die größte Seitenfläche nach unten kommt. Die Eingießform kann, statt in
der Mitte des Gußkörpers angeordnet, nach dem Ende desselben, welches später angehoben
werden soll, verschoben werden, da der Kippwinkel erhöht werden kann, ohne die Entleerung
des in der Eingießform befindlichen Schmelzgutes zu hindern. Der Block wird nach
dem Gießvorgang ohne Entfernung der Eingießform wenige Minuten später in einem solchen
Winkel' gekippt, wie er etwa aus Fig. 2- ersichtlich ist, nämlich einem solchen,
daß das Schmelzgut gleichzeitig aus der Eingießform und in dem Maße, in welchem
die Kontraktion stattfindet, von dem angehobenen Ende der Hauptform nach unten fließet<
kann. Um die Zeitdauer der Entleerung der Gießform zu verlängern und die Menge an
Schmelzgut zu verringern, welches durch Erstarren in der Eingießform selbst verlorengeht,
empfiehlt es sich, die Eingießform wie die Hauptform zur Zurückhaltung der Wärme
mit einem isolierenden Pulver 6 zu bedecken. Nachdem das Innere des Blocks weitgehend
verfestigt worden ist, wobei der Lunker 20 in der in Fig. 3 ersichtlichen Lage verbleibt,
wird die in der Eingießform 5 gebildete Schale aufgebrochen, das Loch in dem Lunker
durch Durchstoßen mittels einer Stange erweitert, eine andere Eingießform 5 über
das Loch gesetzt, und es erfolgt nunmehr das Nachfüllen des Lunkers in horizontaler
Lage des Güßkörpers, wie die
Fig. 4 erkennen läßt. Praktisch läuft
aus der zweiten Eingießform nur sehr wenig Schmelze aus, und sie braucht daher nicht
groß zu sein. Wenige Minuten sind ausreichend, um eine verschließende Schicht zum
Erstarren zu bringen, die hinreichend dick ist, um dem Flüssigkeitsdruck zu widerstehen,
worauf der Block wieder in gekippte Lage gebracht wird. Da nunmehr die Ermöglichung
des Zufließens aus der Eingießform nicht mehr berücksichtigt zu werden braucht,
kann jetzt, falls erwünscht, der Kippwinkel gesteigert werden. Das endgültige Kühlen
in dieser Stellung ergibt einen kleinen noch verbleibenden Lunker 2b in der in Fig.
5 dargestellten örtlichen Lage. Das Gewicht des Blocks ist ein Anzeichen für die
Wirksamkeit des Nachfüllvorgangs, und. es zeigt sich, daß durch das neue Verfahren
schwerere Blöcke erhalten werden.
-
Im allgemeinen kann das neue Verfahren mit guten Ergebnissen immer
dann angewendet werden, wenn durch das Kippen die Flächengröße der flüssigen Oberfläche
von noch nicht erstarrtem Schmelzgut erheblich verringert wird, -so daß sich ein
Hohlraum von kompakterer Gestalt ergibt. Als weitere Beispiele von dieser Vorbedingung
entsprechenden Fällen seien die folgenden erwähnt: i. Es ist erwünscht, einen Block
herzustellen, der in der Längsrichtung in der oberen Schicht der Seitenwandung einer
Glaswanne Verwendung finden soll. Da das Höchstmaß an Korrosion im Niveau des Schmelzespiegels
eintritt, ist die günstigste Lage des Lunkers die an der unteren Außenkante. Wenn
der Block beispielsweise 45,7 cm hoch, 30,5 cm dick und 61 cm lang ist, wäre
er auf der 45,7X6i-cm-Fläche zugießen und die45,7-cm-Achse dann nach oben zu kippen,
um nunmehr den Lunker längs der aufgerichteten langen 6i-cm-Achse zu konzentrieren.
Obwohl` der Lunker dann immer noch lang sein wird, ist doch seine Breite erheblich
verringert und seine Tiefe gesteigert, beides als Folge des Kippens mit dem Ergebnis,
daß ein kompakter, leicht füllbarer Hohlraum gebildet wird.- Der fertige nachgefüllte
Gußkörper wird in die Wanne mit der Eingußstelle nach außen und der Kante, an welcher
der Hohlraum liegt, nach unten eingebaut.
-
2. Es soll ein Eckstein für einen Einlagevorbau einer Glaswanne in
einem Arbeitsgang hergestellt werden. In diesem Fall wird die in die Wanne vorspringende
Kante in hohem :Maße der Korrosion durch die frische Glasmasse ausgesetzt, und die
am wenigsten ungünstige Lage des Lunkers ist die dieser Kante diagonal entgegengesetzte
unten am Boden. Wenn der Stein Allmessungen von 45,7X45,7 cm und ioi,5 cm Höhe besitzt,
wird er auf einer der 45,7Xioi,5-cm-Flächen gegossen und dann eine Ecke dieser Fläche
angehoben. In diesem Fall wird die freie Oberfläche der noch flüssigen Masse sowohl
in bezug auf ihre Länge als auch auf die Breite verkleinert, und es entsteht ein
für das Nachfüllen sehr geeigneter kompakter Lunker. Der Stein wird in die Wanne
so eingebaut, daß die Ecke, in welcher sich der verbliebene kleine Hohlraum befindet,
unten, von dem Glasinhalt der Wanne entfernt, liegt.