DE905194C

DE905194C - Aluminothermische Mischung

Info

Publication number: DE905194C
Application number: DEF5918A
Authority: DE
Inventors: Ronald Frederick Boddey; Kossy Strauss
Original assignee: Foundry Services Ltd
Current assignee: Foundry Services Ltd
Priority date: 1947-08-19
Filing date: 1951-03-30
Publication date: 1954-02-25

Description

Aluminothermische Mischung Die Erfindung bezieht sich auf eine wärmespendende Mischung aus Aluminium und sauerstoffabgebenden Stoffen, die vornehmlich dazu bestimmt ist, mit feuerfesten keramischen Stoffen zusammen zur Herstellung von Formlingen zu dienen, die in Gußstücke oder beim Abgießen von Blöcken dort eingesetzt werden sollen, wo es darauf ankommt, die Erstarrung des Metalls zu verzögern. Das muß zur Vermeidung von Gußfehlern, beispielsweise in Steigern, Eingüssen und verlorenen Köpfen geschehen, die mit Einsätzen oder Ummantelungen entsprechend gestalteter Formlinge aus der wärmespendenden Mischung versehen werden. Da, wo es nicht erwünscht oder angebracht ist, die aus Aluminium und sauerstoffabgebenden Stoffen bestehende Masse in Form von Formlingen zu verwenden, z. B. bei kleineren verlorenen Köpfen, kann die Masse auch in Form von Pulver für sich allein verwendet und aufgestreut werden. Das den Grundbestandteil der aluminothermisch wirkenden Mischung bildende Gemisch aus Aluminium, oxydierenden Stoffen und Fluoriden soll nach der Erfindung so zusammengesetzt sein, daß der Anteil an oxydierend wirkenden Stoffen weit unter der für die Verbrennung des Aluminiums theoretisch notwendigen Menge liegt und i bis 5 °/o Fluoride im Gemisch vorhanden sind, die dazu dienen, den zeitlichen Ablauf der aluminothermischen Reaktion zu regeln. An Fluoriden können dabei Metallfluoride oder Doppelfluoride, vorzugsweise Alkalifluoride, wie Natriumfluoride oder Natrium-Aluminium-Fluoride (Cryolith) oder Kalium-Aluminium-Fluoride (Kaliumcryolith) oder Gemische von Natriumfluorid und Cryolith oder Kaliumcryolith Verwendung finden. Bis zu 10/0 dieser Stoffe verzögert den Beginn der Reaktion, die dann etwa erst nach 3 Minuten beginnt. Auch der Ablauf der Reaktion selbst ist dann verhältnismäßig langsam und ruhig. Ein Zusatz von 5 °/o an Fluoriden wirkt auf ein schnelles Ingangsetzen der aluminothermischen Reaktion und deren raschen und intensiven Ablauf. Die Reaktion verläuft dabei aber ruhig und keineswegs stürmisch. Für ihren Beginn und Ablauf ist weiterhin das anteilmäßige Verhältnis des Aluminiums zu den oxydierend wirkenden Stoffen und in Mischung mit feuerfesten Stoffen auch von deren Anteil abhängig.
In der aluminothermischen Mischung nach der Erfindung kann das Aluminium zum Teil auch durch Magnesium ersetzt sein.
Zum Herstellen von Formlingen, die, in Gußstücke oder Blöcke eingesetzt, die Erstarrung des Metalls verzögern, hat sich folgende aluminothermisch-keramische Mischung besonders bewährt: Feinverteiltes Aluminium, z. B. ein Gemisch von Pulver und Sägespänen ...................... 3o bis 50 °/o Natriumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . o bis io °/o Braunstein oder Eisenoxyd oder eine Mischung von beiden ..... 5 bis 2o0/, Alkahfluorid oder Alkali-Aluminium-Fluorid . . . . . . . . . . . i bis 5 % Natürliche Tonerde (Bentonit) ... o bis 2 °/o Kernbinder (als Bindemittel für geformte Artikel) . . . . . . . . . . . . . 2 bis 704 Gekörnte Schamotte oder Sand .. Rest Die Verwendung von natürlicher Tonerde (Bentonfit) kann auch unterbleiben, Braunstein allein oder zusammen mit Eisenoxyd benutzt werden und der Zusatz von Natriumnitrat unterbleiben.
Folgende Mischungen sind für spezifische Anwendungsgebiete besonders brauchbar.
Beispiel i Für die Herstellung von Formlingen zur Verwendung im Stahlguß hat sich folgende Mischung bewährt: Aluminium als Gemisch eines feinen Aluminiumpulvers mit Aluminiumsägespänen ............................ 50 Natriumnitrat .... ... . . . . ... ..... . . . .. 7 Braunstein oder Eisenoxyd oder eine Mischung von beiden . . . . . . . . . . . . . . . 10 "/, Alkalifluorid oder Alkali-Aluminium-Fluörid, wie Kalium- oder Natriumcryolith .........:.................. 3 % Gekörnte Schamotte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 % Natürliche Tonerde (Bentonit) . . . . . . . . . 2 % Kernbinder (als Bindemittel für geformte Artikel) . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 5 °/o Die Masse wird mit genügend Wasser angefeuchtet, sorgfältig gemischt und in für die Herstellung keramischer Stücke üblicher Weise geformt. Die Foren kann ein gewöhnlicher zylindrischer Körper sein, der in die Sandform eingebaut wird und eine Rinne bildet, durch die das Metall fließt und die das Metall, das sich in der Rinne befindet, für eine beträchtliche Zeit flüssig hält. Es ist von Vorteil, wenn das Metall; das sich in der Rinne befindet, mit dem reinen aluminothermischen Pulver nach dieser Erfindung abgedeckt wird, wobei natürliche Tonerde (Bentonit) und Binder, die nur zur Herstellung von geformten Artikeln nötig sind, fortfallen.
Beispiel e Für Kupfer und Kupferlegierungen, bei denen die Temperatur nicht so hoch wie für Stahl ist, muß eine Mischung verwendet werden, die bei etwas niedrigerer Temperatur reagiert. Hier ergab die folgende Zusammensetzung gute Resultate: Aluminium als Gemisch von feinem Aluminiumpulver und Aluminiumsägespänen . . . . . . . -. . 50 % Natriumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 °/o Braunstein oder Eisenoxyd oder eine Mischung von beiden ..... io bis 15 % Natürliche Tonerde (Bentonit) . . . 2 % Alkalifluorid oder Alkali-Aluminium-Fluorid, wie Kalium-oder Natriumcryolith . . . . . . . . . 5 °/o Kernbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 % Gekörnte Schamotte oder andere hitzebeständige Materialien .... Rest Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die in den Beispielen genannten oxydierenden Verbindungen. Es können eine oder eine Anzahl anderer oxydierender Verbindungen verwendet werden. Der Beginn und der Ablauf der Reaktion kann innerhalb weiter Grenzen gemäß der Menge und der Art der verwendeten oxydierenden Verbindung vor sich gehen.
Bei Aluminium und Aluminiumlegierungen ist es möglich, daß die Metalltemperatur nicht genügt, um die Reaktion in Gang zu bringen. In diesem Falle ist es nur notwendig, mit Hilfe einer Gcbläseflamme die Mischung an einer Stelle zu entzünden. Die Reaktion setzt sich dann von selbst weiter fort.
Eine Mischung, die in Berührung mit flüssigem Aluminium zu brennen beginnt, ohne daß Wärme zugeführt werden muß, liegt innerhalb der zuvor beschriebenen Grenzen. Ihre typische Zusammensetzung ist folgende Aluminiumpulver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 °/Q Formsand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 % Natriumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . io °/o Alkalifluorid oder Alkali-Aluminium-Fluorid, wie Kalium- oder Natriumcryolith . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : . . . . . . . 5 °/o Eisenoxyd ........................... 511/0 Kernbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30/0 Bei Mischungen, in denen Aluminiumspäne verwendet werden, spielt die Größe der Späne eine wichtige Rolle. Die Zeit, in der die Reaktion beginnt, ist in einem gewissen Grade von ihr abhängig. Zufriedenstellende Resultate werden erzielt mit Spänen, die durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von o,7 mm hindurchgehen, aber manchmal ist es von Vorteil, noch kleinere Späne zu- verwenden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: _. Aluminothermische Mischung aus Aluminium und sauerstoffabgebenden - Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an oxydierend wirkenden Stoffen weit unter der für die völlige Verbrennung des Aluminiums theoretisch nötigen Menge liegt und ein Zusatz von i bis 5 % Fluorid im Gemisch vorhanden ist zum Regeln des zeitlichen Ablaufes der aluminothermischen Reaktion.
2. Mischung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie, mit hitzebeständigen Stoffen versetzt, zur Herstellung von Formlingen verwendet wird, die in der Metallformerei und beim Gießen in Kokillen dort eingesetzt werden, wo die Erstarrung des Metalls verzögert werden soll.
3. Mischung nach den Ansprüchen i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorid ein Alkalifluorid, Natriumfluorid, Natrium-Aluminium-Fluorid (Cryolith), Kalium-Aluminium-Fluorid oder ein Gemenge von Natriumfluorid mit Cryolith ist. q..
Mischung nach Anspruch :z und den davon abhängigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem der bekannten Formbinder versetzt ist.
5. Mischung nach den Ansprüchen i bis q., gekennzeichnet durch folgende Gehalte: Feinverteiltes Aluminium, ein Gemisch von Aluminiumpulver undAluminiumsägespänen 3o bis 5o 0/0 Natriumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . o bis io 0/0 Braunstein oder Eisenoxyd oder eine Mischung von beiden .. 5 bis 2o 0/0 Alkalifluorid oder Alkali-Aluminium-Fluorid . . . . . . . . 3 0/0 gekörnte Schamotte . . . . . . . . . 23 % natürliche Tonerde (Bentonit) a 0/0 Kernbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0/0
6. Mischung nach Anspruch i bis q. zur Anwendung bei der Herstellung von Stahlgußstücken als Steiger, verlorene Köpfe usw., gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung: Aluminium als Mischung von feinem Aluminiumpulver und Aluminiumsägespänen ...................... 5o 0/0 Natriumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0/0 Braunstein oder Eisenoxyd oder eine Mischung von beiden .......... . 10-% Alkalifluorid oder Alkali-Aluminium-Fluorid ......................... 3 % Gekörnte Schamotte . . . . . . . . . . . . . . . 23 0/0 Natürliche Tonerde (Bentonit) ...... 2 0/0 Kernbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0/0
7. Mischung nach Anspruch i bis q. zur Anwendung bei der Herstellung von Gußstücken aus Kupfer oder Kupferlegierungen, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung: Aluminium als Mischung von feinem Aluminiumpulver und Aluminiumsägespänen ...... 50()/o Natriumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . 7 0/0 Braunstein oder Eisenoxyd oder eine Mischung von beiden .. io bis 15 0/0 Natürliche Tonerde (Bentonit) 2 0/0 Alkalifluorid oder Alkali-Aluminium-Fluorid . . . . . . . . 5 0/0 Kernbinder .... . . . . . . . . . . . . . 5 0/0 Gekörnte Schamotte oder andere hitzebeständige Materialien.. Rest B. Mischung nach Anspruch i bis q. zur Anwendung bei der Herstellung von Gußstücken aus Aluminium und Aluminiumlegierungen als Steiger, verlorene Köpfe usw., gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung: Aluminiumpulver . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5o o/, Formsand ......................... 27 0/ 0 Natriumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . io 0/0 Alkalifluorid oder Alkali-Aluminium-Fluorid ......................... 5 0/0 Eisenoxyd ........................ 5 0/, Kernbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0/0 g. Mischung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorid Kalium-Aluminium-Fluorid ist. io. Mischung nach Anspruch i bis g, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung der Reaktion das Aluminium in so feiner Verteilung benutzt wird, daß es durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von o,7 mm hindurchgeht.