EP3986684A1 - Herstellung von formlingen aus einer silizium-legierung durch wasserstrahlschneiden von platten - Google Patents

Herstellung von formlingen aus einer silizium-legierung durch wasserstrahlschneiden von platten

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Publication number
EP3986684A1
EP3986684A1 EP20747338.0A EP20747338A EP3986684A1 EP 3986684 A1 EP3986684 A1 EP 3986684A1 EP 20747338 A EP20747338 A EP 20747338A EP 3986684 A1 EP3986684 A1 EP 3986684A1
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EP
European Patent Office
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weight
plates
cast iron
alloy
plate
Prior art date
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Pending
Application number
EP20747338.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Huber
Hermann Huber
Heinrich Hock
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Ask Chemicals Metallurgy GmbH
Original Assignee
Ask Chemicals Metallurgy GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE102019131210.8A external-priority patent/DE102019131210A1/de
Application filed by Ask Chemicals Metallurgy GmbH filed Critical Ask Chemicals Metallurgy GmbH
Publication of EP3986684A1 publication Critical patent/EP3986684A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
    • B24C1/045—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C21C1/105—Nodularising additive agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/08—Making cast-iron alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C35/00—Master alloys for iron or steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/04—Cast-iron alloys containing spheroidal graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/08—Manufacture of cast-iron

Definitions

  • the subject matter of the present invention is a method for the production of briquettes from a silicon alloy, comprising the production of plates and the water jet cutting of the plates to form a plurality of briquettes.
  • the moldings obtainable in this way contain, in particular, further inoculant additives and are used in particular as inoculants for metal casting.
  • Inoculating a molten metal is understood as the addition of solid substances in the form of an inoculant, in particular with the aim of influencing the solidified casting with regard to its metallurgical structure and thus its mechanical and thermal properties during the transition from the molten metal to the casting.
  • Cast iron is one Iron-carbon alloy widely used in the production of
  • Castings is used. Cast iron is obtained by mixing the desired components in the liquid state at a temperature between 1260 and 1450 ° C before casting, whereupon the mixture is poured into a casting mold and the cast iron solidifies in the desired shape by cooling.
  • Cast iron is an iron-carbon alloy with a carbon content higher than 2.06% by weight. When it cools down, the carbon in cast iron can take on several physico-chemical structures. The carbon forms differently shaped graphite phases within the alloy.
  • EN 1560 differentiates between four types of cast iron, depending on the graphite geometry;
  • GJS nodular cast iron
  • GJS G ⁇ cast
  • J iron (Iran)
  • S spherical (spherical). If carbon is associated with iron and forms iron carbide Fe 3 C (also called cement!), The resulting cast iron is called white cast iron.
  • White cast iron has the property of being hard and brittle, which is undesirable for many applications.
  • gray cast iron When carbon occurs in the form of graphite, the resulting cast iron is called gray cast iron or ductile iron. Both types of cast iron: white cast iron and gray cast iron (as well as transition or intermediate forms of these, such as graphite) have special properties, are softer and can be machined. It is therefore desirable to influence the cooling process in such a way that carbon is formed in the form of graphite in the cooled melt.
  • the liquid cast iron is subjected to an inoculation treatment aimed at introducing graphitizing components or graphitization carriers into the cast iron, which are also generally referred to as nuclei and which, when the cast iron cools in the casting mold, the appearance of graphite promote and reduce the tendency to form iron carbide.
  • the constituents of an inoculant for obtaining gray cast iron therefore consist of elements that promote the formation of graphite and the decomposition of iron carbide or prevent the formation during the solidification of the cast iron.
  • Each of the possible graphite shapes can be promoted through a special inoculation treatment of the cast iron using specific components.
  • spheroidal graphite can be promoted by adding a sufficient amount of magnesium to the cast iron so that the carbon can grow in such a way that round particles (spheroids or nodules) are formed.
  • These spheroidal graphite components are generally added to the cast iron in the form of a special alloy (spheroidal graphite alloy).
  • the spheroidal graphite alloy thus makes it possible to influence the shape of the graphite nodules, while the inoculant product increases the number of these nodules and is intended to homogenize the graphitic structures.
  • Another type of treatment is the addition of desulphurisation products or products that allow specific treatment of some defects in the cast iron, depending on the initial composition of the liquid cast iron bath, such as micro-shrinkage and pinholes, in order to avoid such defects occurring during cooling.
  • a suitable connection is e.g. Calcium carbide
  • the inoculation can be carried out once or several times and at different times during the manufacture of the cast iron.
  • ferrosilicon base alloy such as e.g. FeSi60, FeSi65 or FeSI75 containing iron with a silicon content of 40, 65 or 75% by weight in addition to other metals, compounds or elements such as those mentioned above as alloy components, the chemistry or the selection of the inoculant additives and their ratio corresponding to the desired properties of the inoculant is set.
  • inoculants in the form of alloys with different compositions or ferrosilicon alloys in lump form to an iron melt in order to produce the desired doping.
  • the vaccine as granules, as a cast molding, as a powder in a cored wire, as fragments or as a pellet obtained from a powder or granulate material! and a binder.
  • the object of the present invention is to provide a new production route for briquettes in the form of an alloy which is simple, allows lumpy production with a low volume or weight tolerance, keeps rejects during production low and the formation of dusts and avoids the use of binders. Furthermore, it must be ensured that the molding can be gripped by a robot arm.
  • the moldings should have a lumpy shape, the same shapes having approximately the same weight and thus allowing the addition as inoculant additives in portions in a defined amount. It should also be possible to put together the appropriate amount of inoculant additives by using a modular system to assemble the amount from different numbers and / or differently sized moldings, comparable to a set of suitable weights for a scale.
  • Another object of the invention is to increase the molding yield of the pre-alloy
  • the present invention relates to a process for the production of briquettes comprising the production of a plate, for example by pouring a melt in the form of plates, and the water jet cutting of the plates to form briquettes of defined volume, the plates being cut into the briquettes by water jet cutting using an abrasive will.
  • the top surface and the foot surface of the briquettes are defined by the top of the plate and the side faces of the briquettes at least in part by the water jet cutting.
  • Suitable methods for making panels are
  • the plates have two plane-parallel surfaces.
  • the expansion of the plate is otherwise in principle arbitrary.
  • the thickness should not exceed 8 cm because of the better cutting ability and should not be less than 10 mm because of the ease of handling, panel thicknesses of 16 mm to 50 mm are preferred.
  • Preferably 3 to 12 briquettes per row are produced from the plates by water jet cutting.
  • the plates predominantly comprise silicon alloys, i. the plates are greater than 50% by weight, in particular greater than 80% by weight, or even greater than 90% by weight, made of:
  • iron - silicon e.g. in the form of an FeSi alloy
  • iron - silicon - magnesium e.g. in the form of a FeSiMg alloy
  • iron - silicon - titanium e.g. in the form of a FeSiTi alloy
  • Chromium - silicon e.g. in the form of a CrSi alloy
  • Aluminum - calcium - silicon e.g. in the form of an AICaSi alloy. Then the aforementioned metal combinations each make up at least 50% by weight, preferably at least 80% by weight and in particular 90% by weight of the plate.
  • Plates or bricks made from the following silicon alloys are particularly suitable: (a) an FeSi alloy, in particular with Fe: 10-50% by weight, in particular 15 to 40% by weight, Si: 40-80% by weight, in particular 60-75% by weight, Fe and Si together more than 50% by weight of the plate preferably make up at least 80% by weight and in particular 90% by weight
  • an FeSiMg alloy in particular with Fe: 35 to 55% by weight, Si: 35 to 55% by weight and Mg: 3 to 30% by weight, where Fe, Si and Mg together more than 50% by weight make up the plate, preferably at least 80% by weight and in particular 90% by weight
  • an FeSiTi alloy in particular with Fe: 35 to 55% by weight, Si: 35 to 55% by weight and Ti: 3 to 15% by weight, where Fe, Si and Ti together are more than 50% by weight make up the plate, preferably at least 80% by weight and in particular 90% by weight
  • a CrSi alloy in particular with Cr: 20 to 45% by weight, Si: 25 to 55% by weight and Fe: 10 to 35% by weight, with Cr and Si together more than 50% by weight of the plate make up, preferably at least 80% by weight and in particular 90% by weight.
  • an AlCaSi alloy in particular with Al: 0.1 to 7% by weight, Ca: 0.1 to 30% by weight and Si: 45 to 65% by weight, with Al, Ca and Si together more than 50 Make up% by weight of the plate, preferably at least 80% by weight and in particular 90% by weight.
  • additional ingredients of the above plates are, for example, manganese, barium, ger, lanthanum, bismuth, zirconium, antimony, strontium or other elements or their combinations, or the following metals: aluminum, calcium, iron, magnesium, titanium and / or chromium if not listed above.
  • the briquettes are the inoculant.
  • Essential components of the inoculant are silicon, calcium, manganese and aluminum and optionally the following metals barium, cerium and lanthanum, bismuth, titanium, zirconium, antimony, strontium or other elements or their combinations,
  • the composition of the plate corresponds to the composition of the inoculant or molding.
  • the molding is used as an inoculant.
  • the inoculant contains in particular at least the following components
  • a typical inoculant is e.g. from the following main components (total 100% by weight)
  • the vaccination center! is typically added in amounts of 0.05 to 0.8% by weight, in particular 0.08 to 0.3% by weight, of the metal melt / cast iron melt, based on the metal melt / cast iron melt.
  • the inoculants are used in the manufacture of metal castings, in particular for the manufacture of cast iron, and are added to the melt, in particular:
  • GJS nodular cast iron
  • a melt (a) to (e) is first produced.
  • the Schmeize usually has a temperature of 1350 to 1700 ° C.
  • the inoculant additives or moldings are mixed into the melt, e.g. by pouring the melt into a pan and adding the inoculant additives while stirring or pouring in, to obtain a mixed melt.
  • the mixed melt has e.g. a temperature of 1300 to 1550 ° C.
  • Plates are poured from the mixed melt, the corresponding shapes, usually molds, which represent the negative shape of the plate, having upright nests for the respective plates, in particular being arranged perpendicular to the main plane of the plate and having a size of eg 10 to 40 cm in width, 20 to 60 cm in height, in particular 22.5 cm.
  • the plates have, for example, a thickness of 10 to 80 mm, in particular they are plates of different thicknesses from 10 mm to 80 mm, in particular from 16 mm to 50 mm. For example, 6 panels of different thicknesses are produced in one casting run.
  • the plates are preferably upright in order to be sufficiently compressed by the metallostatic pressure. This makes it easier to produce panels of uniform thickness and homogeneity.
  • the plates are poured out of the pan directly or via a pouring basin with several holes, e.g. 3 holes per row. It is advantageous if the plates cool down slowly.
  • the mold is preferably constructed from steel plates ST37 or from gray cast iron GG25, which are finished and assembled in such a way that a mold forms several plate-shaped nests.
  • the coatings are characterized by the fact that they build up a protective layer that is heat-resistant up to 1400 ° C on the surface of the mold and thus protects the molds.
  • water-based zirconium silicate coatings are used.
  • a commercial product suitable for this is, for example, the Solitech WP 601 size from ASK Chemicals GmbH, Hilden.
  • the chill mold is opened after the plates have cooled down by opening the front side wall (Guerboxwand) together with the partition walls downwards. A joint is provided for this at the bottom of the front soap wall.
  • the plates can now be removed.
  • Several molds (casting baskets) are welded onto a driving pallet.
  • the driving pallet is used to move the pouring baskets together with the plates and for stacking and storing.
  • the pouring baskets are preferably only opened when the plates are fed to the next processing step. This is the water jet cutting.
  • the material removal in water jet cutting is based on the high pressure that the jet causes on the surface of the workpiece.
  • the water jet which contains an abrasive, separates microscopic particles near the surface. There is therefore no expansion of the workpiece due to heat or machining forces.
  • the water flowing transversely from the point of action also causes shear forces, which also contribute to material removal.
  • Water jet cutting can be carried out with several cutting heads at the same time.
  • an abrasive is added to the cutting head in an additional mixing chamber.
  • Garnet or olivine sand sometimes also corundum or metal silicides, is used as the abrasive.
  • the high jet speed creates a negative pressure in the cutting head, as a result of which the abrasive is sucked into the mixing chamber and mixed with the water. The mixture is focused and accelerated by the abrasive nozzle.
  • the jet diameter is about 0.2 mm larger than with pure water cutting. It was found that the cutting ability increases with the hardness of the abrasive used.
  • water jet cutting the plate is separated by a high pressure water jet with the addition of abrasives such as sharp-edged cutting sand. This jet generates a pressure of, for example, 4500 to 6000 bar on the workpiece surface and reaches exit speeds of, for example, up to 1000 m / s.
  • abrasive e.g. Garnet or olivine sand used.
  • the abrasive preferably meets the following specification (in each case independently of one another):
  • - Grain sizes from 0.1 mm to 1 mm, in particular 0.16 mm to 0.8 mm.
  • the water jet cutting machine can e.g. be an STM 2020 PremiumCut (2xTAC-12 °).
  • the briquettes are preferably cut conically so that truncated cones or truncated pyramids result, but the shape of the base surface (head and foot surface) can be almost any, the main thing is that the result is conical side surfaces.
  • the bevel cut for forming the conical shape is approximately from 2 * to 15 ° and in particular 6 to 12 °. Due to the conical shape, the briquettes remain in the plate.
  • the possibility of swiveling the cutting head (3-D machining) means that even complex shapes can be cut in space using a cutting vector control.
  • the cutting line has a thickness of 1.5 mm.
  • a water jet cutting machine consists of various components that can be combined in different ways. Components are usually among other things: accumulator, high-pressure piping, CNC-controlled guide machine, pressure intensifier, oil tank, oil pump, electric motor, valve and nozzle.
  • the machine frame which is usually assembled from tubular steel of different formats, carries the individual axes of the machine.
  • the standard design for waterjet cutting is the so-called portal design as a flat bed. In the case of portal machines, the two guide axes move in a so-called gantry network and are therefore coupled via the CNC control (two axes behave as one).
  • the design variant as a support arm, in which the crossbeam is only guided on one side
  • the residual energy of the water jet that remains after the cutting work has been performed can be dissipated in various ways.
  • a water basin which acts as a "prisoner".
  • the water basin should usually have a sufficient water column of e.g. 600 mm so that the residual energy of the water jet can be converted into heat.
  • high-pressure pumps that use a hydraulic unit are used in water jet cutting
  • the cutting water mixed with abrasives is removed from the jet arrester, and the recyclable materials can be returned to the electric low-shaft furnace. It is also possible to work up the abrasives. This is done either continuously through disposal or manually at intervals.
  • the continuous disposal consists either of a scraper conveyor, which removes the cutting agent residues from the jet shredder, or of a water circulation, which separates the residues from the jet shredder.
  • the water from the jet shredder is then filtered and fed back into the cutting basin.
  • Water jet cutting systems are consistently equipped with CNC controls. In addition to the simplest versions that only allow a plotter control, higher-quality machines have controls that interpolate all axes and also perform an adaptive feed rate reduction depending on the cutting process. In addition to a CAD interface, there is often a CAM connection.
  • a water jet machine in flat bed design an arm moves over the portal surface with the plates placed on it, so that the plates that have already been trimmed can be removed before the arm is retracted and new plates are placed. Since the panels have a standard dimension, they can easily be placed, for example against a stop that defines two sides that are at right angles to one another. Then the cutting heads can already cut the newly placed panels when they move back.
  • the plates are preferably placed on the other side of the cutting areas in the water bed.
  • the cutting head moves a wavy line on the way there and a wavy line on the way back, so that the waves complement each other to form circles or rectangles, so that the time-consuming cutting into the material is minimized.
  • the briquettes Due to the conical shape, the briquettes can be bent particularly well in that the plate is rotated while a storage plate, which may already have corresponding depressions, is placed on the plate. According to another variant, a bed of nails is arranged under the plate that is raised so that the briquettes are pushed out of the plate and a receiving device slides laterally between the briquettes, the briquettes being held in the receiving device by their conical shape.
  • the moldings can be gripped by robots, it is expedient to pack them in an orderly manner, for example in a box in which a cardboard box is inserted per layer of moldings, which is punched out as an intermediate layer and the moldings are fixed against lateral displacement.
  • the punching is preferably the size of the smaller end surface, so that it encompasses the upper molding relatively far below, but cannot slide over the next molding with the larger end surface above.
  • the method according to the invention has much less rejects.
  • the rejects are usually melted or ground again and sold as granules.
  • all moldings were weighed and those outside the target weight range were sorted out.
  • the tolerance is less than 5% by weight, based on the basic weight of the molding, so that each molding does not have to be weighed for quality control.
  • the yield is significantly higher because no individual molds are cast, but only plates.
  • the plates can be cast at a significantly higher flow rate and a lower temperature.
  • FIGS. 1 and 2 shows the first pouring basket of the pouring pallet according to FIGS. 1 and 2 in plan view and enlargement
  • FIG. 4 shows a partition wall of the pouring basket of FIG. 3 in a side view
  • Watering basket. 1 shows a top view of a pouring pallet 1 with six pouring baskets 2, which are arranged in a row on a driving pallet 3.
  • the driving pallet 3 has tabs 4 at the end, by means of which the pouring pallet 1 can be removed from a forklift or crane can be seized.
  • 3 to 8 casting baskets 2 are arranged on a driving pallet 3.
  • the watering baskets 2 are each opened.
  • the individually unfolded longitudinal walls 5 are each in pairs in the horizontal.
  • the longitudinal walls 5 are each articulated to the carriage 3 by means of two hinges 6.
  • the axis of rotation is parallel to the longitudinal axis of the driving pallet.
  • the partition walls 8 and the panel walls 10 have already been removed. In the course of this, the cast and solidified panels were also removed.
  • Each watering basket 2 has two longitudinal walls 5. All of the longitudinal walls 5 are foldable. After opening one or the second longitudinal wall 5, the partition 8 can be removed. The partition 8 can be pulled sideways or upwards. The partition walls 8 can be removed by means of manual labor or robot operation. For this purpose, eyelets 9 are provided in the partition 8 with which it is easier to handle. After removing the partition 8, the plate can be removed.
  • the G cordpaletlen 1 can also be used as a store for the plates, because they are stackable.
  • the cast pallets 1 can be conveyed by means of a forklift or a crane.
  • Each watering basket 2 can have 2 to 5 nests 13, for example.
  • the plates each have
  • Casting basket 2 approximately the same width (from one panel wall 10 to opposite panel wall 10) and heights / lengths (from the upper edge of the partition 8 to the lower one), but panels of different thicknesses are preferably produced in a casting basket 2 at the same time.
  • the height resulting from the vertical alignment of the nests 13 results in a metallostatic pressure which has a positive effect during casting. The casting process is also faster as a result.
  • the different cast components such as the longitudinal wall 5, partition wall 9, plate wall 10 can each be exchanged / exchanged with one another.
  • the cast components are made of e.g. made of GJS. All cast components can be finished. It is possible to pour into the nests via pouring basins 14 or directly from the pouring ladle into the plate slot opening.
  • a pouring basin 14 is shown in FIG. 5 in plan view and in FIG. 6 in section. The nests are separated by dividing plates. The distances between the nests depend on the run-out holes 15 of the pouring basins 14, which are arranged in rows, and the desired panel thickness.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus einer Silizium-Legierung umfassend das Herstellen von Platten und das Wasserstrahlschneiden der Platten zu einer Vielzahl von Formlingen, Die so erhältlichen Formlinge enthalten insbesondere weitere Impfmittel-Additive und werden insbesondere als Impfmittel für den Metallguss eingesetzt.

Description

Herstellung von Formlingen aus einer Silizium-Legierung durch Wasser- strahlschneiden von Platten.
Einleitung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus einer Silizium-Legierung umfassend das Herstellen von Platten und das Wasserstrahlschneiden der Platten zu einer Vielzahl von Formlingen. Die so erhältlichen Formlinge enthalten insbesondere weitere Impfmitel-Additive und werden insbesondere als Impfmittel für den Metallguss eingesetzt.
Technisches Umfeld und Stand der Technik
Unter Impfen einer Metallschmelze versteht man die Zugabe fester Stoffe in Form eines Impfmittels, insbesondere mit dem Ziel, das erstarrte Gussteil hinsichtlich seines metallurgischen Gefüges und damit seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften bei dem Übergang von der Metallschmelze in das Gussteil zu be- einflussen Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung, die häufig zur Herstellung von
Gussteilen verwendet wird. Gusseisen wird erhalten durch Mischen der erwünsch- ten Bestandteile im flüssigen Zustand bei einer Temperatur zwischen 1260 und 1450 °C vor dem Gießen, worauf die Mischung in eine Gießform gegossen wird und durch Abkühlen das Gusseisen in der gewünschten Gestalt erstarrt.
Einer der Bestandteile des Gusseisens neben Eisen ist Kohlenstoff. Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt höher als 2,06 Gew.%. Beim Abkühlen kann der Kohlenstoff im Gusseisen mehrere physikalisch- chemische Strukturen annehmen. Der Kohlenstoff bildet unterschiedlich geformte Graphitphasen innerhalb der Legierung. Die EN 1560 unterscheidet Je nach der Graphitgeometrie vier Gusseisensorten;
- Gusseisen mit lamellarem Graphit (GJL, graues Gusseisen, Grauguss),
- Gusseisen mit vermicularem Graphit (GJV) und
- Gusseisen mit Kugelgraphit, auch Sphäroguss genannt (GJS)
- ausferritisches Gusseisen (ADI) Die Abkürzung GJS steht für G ~ Guss, J = Eisen (Iran), S = kugelförmig (sphä- risch) Wenn Kohlenstoff mit Eisen assoziiert ist und Eisencarbid Fe3C (auch Ze- ments! genannt) bildet, wird das resultierende Gusseisen als weißes Gusseisen bezeichnet. Weißes Gusseisen hat die Eigenschaft, hart und spröde zu sein, was für viele Anwendungen nicht wünschenswert ist.
Wenn Kohlenstoff in Form von Graphit auftritt, wird das resultierende Gusseisen Grauguss oder Sphäroguss genannt. Beide Gusseisensorten: weißes Gusseisen und Grauguss (sowie Übergangs- bzw. Zwischenformen davon, wie z.B. Graphit) weisen spezielle Eigenschaften auf, sind weicher und können bearbeitet werden. Es ist daher gewünscht, den Abkühivorgang so zu beeinflussen, dass sich Kohlen- stoff in Form von Graphit in der erkalteten Schmelze ausbildet.
Um Gussteile mit guten mechanischen und / oder thermischen Eigenschaften zu erhalten, Ist es vorteilhaft ein Gusseisen zu erhalten, das ein Maximum an Kohlen- stoff in Form von Graphit enthält und die Bildung der aushärtenden Eisencarbide so weit wie möglich zu begrenzen Bei Abwesenheit von Impfmitteln neigt Kohlen- stoff jedoch dazu, Eisen so zu ordnen, dass Eisencarbid entsteht Daher ist es not- wendig, die Gusseisenschmelze vor dem Erstarren im flüssigen Zustand mit ei- nem Impfmittei zu behandeln, um die Assoziationsparameter von Kohlenstoff zu modifizieren und die gewünschte Struktur zu erhalten. Zu diesem Zweck wird das flüssige Gusseisen einer Impfbehandlung unterzogen, die darauf abzielt, in das Gusseisen graphitisierende Komponenten oder Graphitisierungsträger einzufüh- ren, die allgemein auch als Keime bezeichnet werden und die, wenn das Gussei- sen in der Gussform abkühlt, das Auftreten von Graphit fördern und die Neigung zur Bildung von Eisencarbid zurücktreten lassen.
Im Allgemeinen bestehen die Bestandteile eines Impfmittels zum Erhalt von Grau- guss daher aus Elementen, die die Bildung von Graphit und die Zersetzung von Eisencarbid bzw. das Verhindern der Bildung während des Erstarrens des Gussei- sens fördern. Es kann in Abhängigkeit von den geforderten Eigenschaften weiter- hin erwünscht sein, nicht nur die Bildung von Eisencarbid (Zementit) durch das Impfmittel zugunsten von lamellarem Graphit (= Grauguss) oder Kugelgraphit (= spheroidales Graphit) zurückzudrängen, sondern auch gezielt vermiculares Gra- phit auszubilden.Jede der möglichen Graphitformen kann durch eine spezielle impf-Behandlung des Gusseisens mittels spezifischer Komponenten promotet werden. So kann beispielsweise die Bildung von Kugelgraphit (GJS) dadurch gefördert werden, dass dem Gusseisen eine ausreichende Menge an Magnesium zugeführt wird, so dass der Kohlenstoff so wachsen kann, dass runde Teilchen (Sphäroide oder Knötchen) gebildet werden. Diese Kugelgraphitkomponenten werden im All- gemeinen in Form einer speziellen Legierung (Kugelgraphitlegierung) dem Guss- eisen zugegeben. Somit ermöglicht die Kugelgraphitlegierung, die Form der Gra- phitknötchen zu beeinflussen, während das Impfmittelprodukt die Anzahl dieser Knötchen erhöht und die graphitischen Strukturen homogenisieren soll.
Eine andere Art der Behandlung ist Zugabe von Entschwefelungsprodukten oder Produkten, die eine spezifische Behandlung einiger Defekte des Gußeisens in Ab- hängigkeit von der anfänglichen Zusammensetzung des flüssigen Gußeisenbades ermöglichen, wie Mikroschrumpfungen und Nadeilöcher, um zu vermeiden dass solche während des Abkühlens auftreten. Eine hierfür geeignete Verbindung ist z.B. Caiciumcarbid
Was Wismut betrifft, so ist bekannt, dass letzteres die Dekantierung von Magne- sium in Gusseisen beschleunigt und dass dieses dadurch mehr aktive Magnesium verliert, das zur Umwandlung von Lamellengraphit in Kugelgraphit dient.
Das Impfen kann einmal oder mehrmals und zu verschiedenen Zeitpunkten wäh- rend der Herstellung des Gusseisens durchgeführt werden.
Viele bekannte Impfmittel umfassen eine Ferrosilizium-Basis Legierung wie z.B. FeSi60, FeSi65 oder FeSI75 enthaltend Eisen mit einem Silizium Anteil von 40, 65 oder 75 Gew.% neben weiteren Metallen, Verbindungen oder Elemente wie die oben genannten als Legierungsbestandteile, wobei die Chemie bzw. die Auswahl der impfmittel-Additive und deren Verhältnis entsprechend der angestrebten Ei- genschaften des Impfmittels eingestellt wird.
Es können auch mehrere Impfmittel in Form unterschiedlich zusammengesetzter Legierungen bzw. Ferrosiliziumlegierungen in stückiger Form zu einer Eisen- schmelze zugegeben werden, um die gewünschte Dotierung herzustellen. Bisher ist es bekannt, die impf mitel als Granulat zuzugeben, als gegossenen Formling, als Pulver in einem Fülldraht, als Bruchstücke oder als Pressling erhal- ten aus einem Pulver- oder Granulatmatena! und einem Bindemittel.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Herstellungsweg für Formlinge in Form einer Legierung zur Verfügung zu stellen, der einfach ist, eine stückige Herstellung mit geringer Volumen- bzw. Gewichtstoleranz erlaubt, den Ausschuss bei der Herstellung gering hält und die Bildung von Stäuben und den Einsatz von Bindemitteln vermeidet. Weiterhin muss gewährleistet sein, dass der Formling von einem Roboterarm gegriffen werden kann.
Die Formlinge sollen dabei eine stückige Form haben, wobei gleiche Formen etwa ein gleiches Gewicht haben und damit die Zugabe als impfmitel-Additive portions- weise in definierter Menge erlauben. Es soll auch möglich sein, die geeignete Menge an Impfmittel-Additiven dadurch zusammenzustellen, dass mit Hilfe eines Baukastensystems die Menge aus unterschiedlich vielen und/oder unterschiedlich großen Formlingen zusammengestellt wird, vergleichbar etwa mit einem Satz von geeigneten Gewichten für eine Waage.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Formlingsausbeute der Vorlegie- rung zu erhöhen
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist definiert durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche, vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nach- folgend beschrieben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formlingen umfassend das Herstellen einer Platte, z.B durch Gießen einer Schmelze in Form von Platten, und das Wasserstrahlschneiden der Platten zu Formlingen definierten Volumens, wobei die Platten durch Wasserstrahlschneiden unter Verwendung eines Abrasivmittels in die Formlinge geschnitten werden. Die Kopfflächen und die Fußfläche der Formlinge wird durch die Plattenoberseite und die Seitenflächen der Formlinge zumindest zum Teil durch das Wasserstrahl- schneiden definiert.
Geeignete Verfahren zur Herstellung von Platten sind
* Gießen, d. h eine Schmelze wird vergossen und erstarrt,
* Pressen, d h. Stäube mit oder ohne Bindern versehen werden in platten- förmige Formen gepresst,
* Sintern, d.h. Stäube oder Pulver werden mittels Hitze verbacken bzw. kompaktiert,
oder Kombination vorgenannter Verfahren (z.B. heiß - isostatisches Pressen)
Die Platten weisen zwei planparallele Flächen auf. Die Ausdehnung der Platte ist ansonsten prinzipiell beliebig. Gut geeignet hinsichtlich der Handhabbarkeit und Stabilität sind Platten von z.B. 10 bis 40 cm Breite, 20 bis 60 cm Höhe. Die Stärke sollte wegen der besseren Schneidbarbeit 8 cm nicht überschreiten und wegen der Handhabbarkeit 10 mm nicht unterschreiten, Plattenstärken von 16 mm bis 50 mm sind bevorzugt. Bevorzugt werden 3 bis 12 Formlinge pro Reihe aus den Plat- ten durch Wasserstrahlschneiden hergestellt.
Die Platten umfassen Silizium-Legierungen überwiegend, d.h. die Platten sind zu größer als 50 Gew.%, insbesondere zu größer als 80 Gew.%, oder sogar zu grö- ßer als 90 Gew.%, aus:
(a) Eisen - Silizium (z.B. in Form einer FeSi-Legierung), oder
(b) Eisen - Silizium - Magnesium (z.B. in Form einer FeSiMg-Legierung), oder
(c) Eisen - Silizium - Titan (z.B. in Form einer FeSiTi-Legierung), oder
(d) Chrom - Silizium (z.B. in Form einer CrSi-Leg rung), oder
(e) Aluminium - Calcium - Silizium (z.B in Form einer AICaSi-Legierung). Dann machen die vorgenannte Metallkombinationen jeweils mindestens 50 Gew%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.% der Platte aus.
Besonders geeignet sind Platten bzw. Formlinge aus folgenden Silizium-Legierun- gen: (a) eine FeSi-Legierung, insbesondere mit Fe: 10-50 Gew %, insbesondere 15 bis 40 Gew.%, Si: 40-80 Gew.%, insbesondere 60-75 Gew.%, wobei Fe und Si zusammen mehr als 50 Gew.% der Platte ausmachen vorzugsweise mindes- tens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.%
(b) eine FeSiMg-Legierung, insbesondere mit Fe: 35 bis 55 Gew.%, Si: 35 bis 55 Gew.% und Mg: 3 bis 30 Gew.% , wobei Fe, Si und Mg zusammen mehr als 50 Gew.% der Piatte ausmachen, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere 90 Gew.%
(c) eine FeSiTi-Legierung, insbesondere mit Fe: 35 bis 55 Gew.%, Si: 35 bis 55% Gew.% und Ti: 3 bis 15 Gew.% wobei Fe, Si und Ti zusammen mehr ais 50 Gew.% der Platte ausmachen, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und ins- besondere 90 Gew.%
(d) eine CrSi-Legierung, insbesondere mit Cr: 20 bis 45 Gew.%, Si: 25 bis 55 Gew.% und Fe: 10 bis 35 Gew.% , wobei Cr und Si zusammen mehr als 50 Gew.% der Platte ausmachen, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und ins- besondere 90 Gew.%.
(e) eine AiCaSi-Legierung, insbesondere mit Al: 0,1 bis 7 Gew.% Ca: 0,1 bis 30 Gew.% und Si: 45 bis 65 Gew.%, wobei AI, Ca und Si zusammen mehr als 50 Gew.% der Platte ausmachen, vorzugsweise mindestens 80 Gew.% und ins- besondere 90 Gew.%.
Weitere mögliche zusätzliche inhaitsstoffe der obigen Platten sind z.B, Mangan, Barium, Ger, Lanthan, Wismut, Zirkonium, Antimon, Strontium oder auch weitere Elemente bzw. deren Kombination, bzw. folgende Metalle: Aluminium, Calcium, Eisen, Magnesium, Titan und/oder Chrom soweit jeweils oben noch nicht aufge- führt.
Detaillierte Darstellung der Erfindung
Die Formlinge sind das Impfmittel. Essentielle Bestandteile des Impfmitels sind Silicium, Calcium, Mangan und Aluminium und fakultativ die folgenden Metalle Ba- rium, Cer und Lanthan, Wismut, Titan, Zirkonium, Antimon, Strontium oder auch weitere Elemente bzw. deren Kombination, Die Zusammensetzung der Platte entspricht der Zusammensetzung des impfmit- tels bzw. des Formlings. Der Formling wird als Impfmittel eingesetzt.
Das Impfmitel enthält insbesondere zumindest folgende Bestandteile
als Impfmittel-Additive:
* Ca 0,2-10 Gew.%, insbesondere 0,2 - 5 Gew.%,
* AI 0,2-10 Gew.%, insbesondere 0,5 - 4,5 Gew.%,
* Mn 0,2-10 Gew.%; insbesondere 0,5 - 4,5 Gew %,
sowie
* Si 40-80 Gew.%, insbesondere 60-75 Gew %,
* Rest Eisen,
und fakultativ als weitere Impfmittel-Additive:
* Seltene Erden 0,05-3 Gew.% (einschließlich Lanthan)
* Ba 1-15 Gew.%,
* Zr 2-6 Gew.%,
* Bi 0,05-3 Gew.% insbesondere 0.2-1 ,2 Gew.%,
* Sb 0,1-2 Gew.%,
* Mg 3 ~ 16 Gew.% insbesondere 6 bis 12 Gew%.
Die obigen Angaben beziehen sich auf 100 Gew% = Summe alle Metalle (ein- schließlich Halbmetalle wie Si) berechnet als Element. Kohlenstoff oder Sauerstoff ist hierbei z.B. nicht eingerechnet.
Ein typisches Impfmittel besteht z.B. aus folgenden Haupt -Bestandteilen (Summe 100 Gew.%)
* Si: 68,0 Gew.%
* Fe: 26,5 Gew.%
* Ca: 2,3 Gew.%
* AI: 1 ,2 Gew.%
* Ce: 1 ,0 Gew.%
* Bi: 1 ,0 Gew.%
Wenn hier von den Elementen oder Metallen oder weiteren Elementen die Rede ist, schließt dies Verbindungen ein, die diese Metalle oder Elemente enthalten. Be- vorzug werden Metalle bzw. Legierungen eingesetzt. Das Impfmitte! wird typischerweise in Mengen von 0,05 bis 0,8 Gew.%, insbeson- dere 0,08 bis 0,3 Gew .-% der Metallschmelze / Gusseisenschmeize zugesetzt, bezogen auf die Metaiischmeize / Gusseisenschmeize.
Die impfmittei werden bei der Metaiigussherstellung eingesetzt, insbesondere zur Hersteiiung von Gusseisen, und sind hierbei der Schmeize zugesetzt, insbeson- dere:
~ Gusseisen mit lamellarem Graphit (GJL, graues Gusseisen, Grauguss),
- Gusseisen mit vermicularem Graphit (GJV) und
- Gusseisen mit Kugelgraphit, auch Sphäroguss genannt (GJS)
- ausferritisches Gusseisen (AD!)
Bevorzugt ist der Einsatz für den Grauguss.
Zur Hersteilung des Formlings wird i.d.R. so verfahren, dass zunächst eine Schmelze (a) bis (e) hergestellt wird. Die Schmeize hat i.d.R. eine Temperatur von 1350 bis 1700°C. Die Impfmittel-Additive bzw Formlinge werden der Schmelze zugemischt, z.B. indem die Schmelze in eine Pfanne vergossen wird und unter Rühren oder Umschütten die Impfmittel-Additive hinzugefügt werden, zum Erhalt einer gemischten Schmelze. Die gemischte Schmelze hat z.B. eine Temperatur von 1300 bis 1550 °C.
Aus der gemischten Schmelze werden Platten gegossen, wobei die entsprechen- den Formen, i.d.R. Kokillen, die die Negativ-Form der Platte darstellen, aufrechte Nester für die jeweiligen Platen aufweisen, insbesondere lotrecht in Bezug auf die Hauptebene der Platte angeordnet sind und eine Größe von z.B. 10 bis 40 cm Breite, 20 bis 60 cm Höhe, insbesondere 22,5 cm haben. Die Platten haben z.B. eine Stärke von 10 bis 80 mm, insbesondere handelt es sich um Platen unter- schiedlicher Stärke von 10 mm bis 80 mm insbesondere von 16 mm bis 50 mm. In einen Gießgang werden z.B. 6 Platten unterschiedlicher Stärke hergestelit. Die Platten stehen bevorzugt aufrecht, um durch den metallostatischen Druck ausrei- chend verdichtet zu werden. So lassen sich einfacher Platten einheitlicher Stärke und Homogenität herstellen. Die Platten werden aus der Pfanne direkt oder über einen Eingusstümpel mit mehreren Löchern, z.B, 3 Löchern pro Reihe vergossen. Es ist vorteilhaft, wenn die Platen langsam auskühlen. Die Kokille ist vorzugsweise aus Stahlplatten ST37 oder aus Grauguss GG25 auf- gebaut, die geschlichtet werden und so zusammengesetzt sind, dass eine Kokille mehrere plattenförmige Nester ausbildet. Die Schlichten zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf der Oberfläche der Kokille eine bis 1400°C Hitze-resistente Schutzschicht aufbauen und die Kokillen somit schützt. Es werden z.B, wasserba- sierte Zirkonsilikat-Schlichten eingesetzt. Ein hierfür geeignetes Handelsprodukt ist z.B die Schlichte Solitech WP 601 der ASK Chemicals GmbH, Hilden.
Die Kokillenform wird nach dem Abkühlen der Platten geöffnet, indem die vordere Seitenwand (Guerseitenwand) mit den Trennwänden zusammen nach unten auf- geklappt wird. Hierfür ist unten an der vorderen Seifenwand ein Gelenk vorgese- hen. Die Platten können nun entnommen werden. Mehrere Kokillen (Gießkörbe) sind auf einer Fahrpalette verschweißt. Die Fahrpalette dient zum Verfahren der Gießkörbe samt den Platten und zum Stapeln und Lagern, Die Gießkörbe werden vorzugsweise erst dann geöffnet, wenn die Platten dem nächsten Bearbeitungs- schritt zugeführt werden. Dies ist das Wasserstrahischneiden.
Der Materialabtrag beim Wasserstrahlschneiden beruht auf dem hohen Druck, den der Strahl auf der Oberfläche des Werkstücks verursacht, Der Wasserstrahl, der ein Abrasivmittel enthält, trennt dabei oberflächennahe mikroskopische Partikel ab. Es kommt daher zu keinen Dehnungen des Werkstücks aufgrund von Wärme oder Bearbeitungskräften Das von der Wirkstelle quer abfließende Wasser verur- sacht zusätzlich noch Scherkräfte, die ebenfalls zum Materialabtrag beitragen.
Das Wasserstrahlscheiden kann mit mehreren Schneidköpfen gleichzeitig durch- geführt werden.
Um aus dem Reinwasserstrahl einen Abrasivwasserstrahl zu erzeugen, wird im Schneidkopf, in einer zusätzlichen Mischkammer, ein Abrasivmitel hinzugefügt.
Als Abrasivmittel dient meist Granat- oder Olivinsand, manchmal auch Korund o- der Metallsilizide, Durch die hohe Strahlgeschwindigkeit entsteht ein Unterdruck im Schneidkopf, dadurch wird Abrasivmittel in die Mischkammer gesaugt und mit dem Wasser vermischt. Das Gemisch wird durch die Abrasivdüse fokussiert und beschleunigt. Der Strahldurchmesser ist etwa 0,2 mm größer als beim Reinwas- serschneiden, Dafür wurde festgestellt, dass das Schneidvermögen mit der Härte des verwendeten Abrasivmittels steigt. Beim Wasserstrahlschneiden wird die Platte durch einen Hochdruckwasserstrahl unter Beimischung von Abrasivmitei wie scharfkantigem Schneidsand getrennt. Dieser Strahl erzeugt auf der Werkstückoberfläche z.B. einen Druck von z.B 4500 bis 6000 bar und erreicht Austrittsgeschwindigkeiten von z.B. bis zu 1000 m/s.
Das Schneidgut erwärmt sich dabei kaum.
Als Abrasivmittel wird z.B. Granat- oder Olivinsand eingesetzt. Das Abrasivmittel genügt (jeweils unabhängig voneinander) vorzugsweise folgender Spezifikation:
- Härte: ca. 6 - 7,5 Mohs
- Komform: kantig
- Spezifisches Gewicht: ca. 3,5 - 4,3 g/cm3
- Schüttgewicht (je nach Korngröße): ca. 1 ,9 - 2,2 g/cm3
- Korngrößen von 0,1 mm bis 1 mm, Insbesondere 0,16 mm bis 0,8 mm.
Es Ist überraschend, dass etwas das selbst eine Härte von rund 9,5 nach Mohs hat, sich effektiv von Granatsand im Wasserstrahl scheiden lässt. Der Wasser- druck beträgt Insbesondere 4500-6500 bar. Überraschenderweise Ist die Wasser- Stoffentwicklung beim Wasserstrahlschneiden sehr gering. Die Wasserstrahl- schneidmaschine kann z.B. eine STM 2020 PremiumCut (2xTAC-12°) sein.
Die Formlinge werden vorzugsweise konisch geschnitten, so dass sich Kegei- stümpfe oder Pyramidenstümpfe ergeben, die Form der Grundfläche (Kopf- und Fußäche) kann aber nahezu beliebig sein, Hauptsache es ergeben sich konusför- mig zulaufende Seitenflächen. Insbesondere beträgt der Schrägschnitt zum Aus- bilden der konischen Form etwa von 2* bis 15° und insbesondere 6 bis 12°. Die Formlinge verbleiben durch die konische Form in der Platte Durch die Möglichkeit des Schwenkens des Schneidkopfes (3-D-Bearbeitung) lassen sich mitels einer Schneidvektorsteuerung auch komplizierte Formen im Raum schneiden. Die Schneidlinie hat nach einer Ausführungsform eine Stärke von 1 ,5 mm.
Eine Wasserstrahlschneidemaschine besteht aus verschiedenen Komponenten, die unterschiedlich kombiniert werden können. Komponenten sind i.d.R unter an- derem: Speicher, Hochdruckverrohrung, CNC-gesteuerte Führungsmaschine, Druckübersetzer, Öltank, Ölpumpe, Elektromotor, Ventil und Düse. Der Maschinenrahmen, der meist aus Stahlrohr unterschiedlichen Formats zusam- mengebaut wird, trägt die einzelnen Achsen der Maschine. Standard bauform beim Wasserstrahlschneiden ist die sogenannte Portalbauweise als Flachbett. Bei Por- talmaschinen fahren die beiden Führungsachsen in einem sogenannten Gantry- Verbund, und sind somit über die CNC-Steuerung gekoppelt (zwei Achsen verhal- ten sich wie eine einzige). Neben dem Portal existiert noch die Konstruktionsvari- ante als Tragarm, bei der der Querbalken nur einseitig geführt wird
Die Restenergie des Wasserstrahls, die nach der geleisteten Schneidarbeit ver- blieben ist, kann auf verschiedene Weise abgebaut werden. Vorzugsweise wird ein Wasserbecken genutzt, das als„Strahffänger“ fungiert. Das Wasserbecken sollte i.d.R. über eine ausreichende Wassersäule von z.B, über 600 mm verfügen, damit die Restenergie des Wasserstrahls in Wärme umgewandelt werden kann.
Nach einer Ausführungsform werden beim Wasserstrahlschneiden Hochdruck- pumpen eingesetzt, die eine Hydraulikeinheit verwenden
Das mit Abrasivstoffen vermischte Schneidwasser wird aus dem Strahlfänger ent- fernt, Rückführung der Wertstoffe in den Elektroniederschachtofen ist möglich. Es ist auch möglich die Abrasivstoffe aufzuarbeiten. Dies geschieht entweder kontinu- ierlich durch eine Entsorgung oder in Abständen manuell. Die kontinuierliche Ent- sorgung besteht entweder aus einem Kratzförderer, der die Schneidmittelreste aus dem Strahlvernichter entfernt, oder aus einem Wasserumlauf, der die Reste aus dem Strahlvernichter aussondert. Das Wasser aus dem Strahlvernichter wird dann gefiltert und dem Schneidbecken wieder zugeführt.
Wasserstrahlschneidanlagen werden durchgängig mit CNC-Steuerungen ausge- rüstet. Neben einfachsten Ausführungen, die nur eine Plottersteuerung zulassen, verfügen höherwertige Maschinen über Steuerungen, die sowohl alle Achsen in- terpolieren als auch eine adaptive Vorschubgeschwindigkeitsreduktion abhängig vom Schneidprozess durchführen können. Hier existiert neben einer CAD~Schnitt- stelle auch oft eine CAM-Anbindung. Bei einer Wasserstrahlmaschine in Flachbettausführung verfährt ein Arm über Portalfläche mit aufgelegten Platten, so dass die Platten die bereits beschnitten wurden entfernt werden können bevor der Arm zurückgefahren ist und neue Plat- ten aufgelegt werden. Da die Platten ein Normmaß haben, können diese leicht aufgelegt werden, z.B. gegen einen Anschlag, der zwei rechtwinkelig zueinander- stehende Seiten festlegt. Dann können die Schneidköpfe beim Zurückfahren schon die neu aufgelegten Platten schneiden. Vorzugsweise werden die Platten jenseits der Schneidbereiche im Wasserbett aufgelegt.
Nach einer Ausführungsform fährt der Schneidkopf eine Wellenlinie auf dem Hin- weg und eine Wellenlinie auf den Rückweg, so dass sich die Wellen zu Kreisen o- der Rechtecken ergänzen, damit das zeitaufwendige Einschneiden in das Material minimiert wird.
Durch die konische Form lassen sich die Formlinge besonders gut abiegen, indem die Plate gedreht wird während eine Ablageplatte, die ggf bereits entsprechende Vertiefungen aufweist, auf die Platte aufgelegt ist. Nach einer anderen Variante ist unter der Platte ein Nagelbett angeordnet, dass hochgefahren wird, so dass die Formlinge aus der Platte geschoben werden und eine Aufnahmevorrichfung schiebt sich seitlich zwischen die Formlinge ein, wobei die Formlinge durch Ihre konische Form in der Aufnahmevorrichtung festgehalten werden.
Damit die Formlinge von Robotern greifbar sind, ist es zweckmäßig diese geord- net zu verpacken, beispielsweise in einer Box in der pro Formlingsschicht eine Kartonage eingelegt ist, die ausgestanzt ist als Zwischenlage und die Formlinge gegen seitliches Verschieben fixiert. Die Ausstanzung hat dabei vorzugsweise die Größe der kleineren Endfläche, so dass diese den oberen Formling relativ weit un- ten umfasst, sich aber nicht über den nächsten Formling mit der größeren Endflä- che oben schieben kann.
Gegenüber einer herkömmlichen Herstellung, wonach die Formlinge In den Kokil- len einzeln gegossen werden und dann mechanisch längs die Gießverbinden ge- brochen werden, hat das erfindungsgemäße Verfahren viel weniger Ausschuss. Der Ausschuss wird in der Regel wieder aufgeschmolzen bzw. vermahlen und als Granulat verkauft. Nach dem herkömmlichen Verfahren wurden alle Formlinge verwogen und diejenigen außerhalb des Sollgewichtsbereichs aussortiert. Nach dem neuen Verfahren ist die Toleranz kleiner 5 Gew.%, bezogen auf das Grundgewicht des Formlings, so dass das Wiegen jedes Formlings zur Qualitäts- kontrolle entfallen kann.
Im Vergleich zu bestehenden Techniken ist die Ausbeute wesentlich höher, weil keine einzelnen Formen vergossen werden, sondern nur Platten, Die Platten las- sen sich mit einer wesentlich höheren Fließgeschwindigkeit und einer geringeren Temperatur vergießen, Für die herkömmliche Herstellung, wonach die Formlinge jeweils bereits in der gewünschten Form durch Gießen oder durch Verpressen von Stäuben mit Bindemitteln in einer Form hergesteilt werden, ergibt sich gar nicht die Notwendigkeit einer nachträglichen Formgebung.
Dies erhöht die Ausbeute beim Vergießen wesentlich im Vergleich mit dem Gie- ßen der Formlinge selbst. Eine niedrige Temperatur verringert den Verschleiß an Kokillen für die Formen Das Verfahren erniedrigt durch höhere Ausbeuten die Ofen-Produktionszeiten was energietechnisch sinnvoll ist.
Durch das Schneiden der Formlinge aus Platten ergibt sich eine wesentlich hö- here freigelegte Angriffsfläche der Formlinge ohne Gusshaut für die Guss- schmelze, als bestehende Presslinge oder vergossene Formlinge im jetzigen Stand der Technik, Dies erleichtert das Verteilen der Impfmittel-Metalls des Form- lings in der Metallschmelze.
Die Erfindung wird weiterhin durch nachfolgende Figuren erläutert, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
Fig.1 eine Gießpalete geschlossen in Draufsicht,
Fig.2 eine aufgeklappte Gießpalette in Draufsicht,
Fig 3 den ersten Gießkorb der Gießpalette nach Fig. 1 und 2 in Draufsicht und Vergrößerung,
Fig.4 eine Trennwand des Gießkorbes der Fig. 3 in Seitenansicht, und
Fig.5 und 6 den Eingusstümpel in Draufsicht und im Schnitt zum Befüllen eines
Gießkorbes. In Fig. 1 ist eine Gießpalette 1 mit sechs Gießkörben 2, die in einer Reihe auf ei- ner Fahrpalette 3 angeordnet sind, in der Draufsicht dargestellt Die Fahrpalete 3 weist am Ende Laschen 4 auf, mittels derer die Gießpalette 1 von einem Stapler oder Kran ergriffen werden kann. Typischerweise werden 3 bis 8 Gießkörbe 2 auf einer Fahrpalette 3 angeordnet.
In Figur 2 sind die Gießkörbe 2 jeweils aufgeklappt. Die einzeln ausgeklappten Längswände 5 befinden sich jeweils paarweise in der Horizontalen. Die Längs- wände 5 sind jeweils mittels zweier Geienke 6 an der Fahrpaiette 3 angeienkt. Die Drehachse ist parallel zur Längsachse der Fahrpalette. Die Trennwände 8 und die Plattenwände 10 sind bereits entnommen. In diesem Zuge wurden auch die ge- gossenen und erstarrten Platten entnommen.
Wenn die Längswände 5 wieder vertikal aufgerichtet werden, werden gegenüber- liegende Längswände 5 mittels jeweils eines Schnellverschlusses 11 in der Verti- kalen fixiert. Hierzu wird der Schnellverschluss 11 umgeklappt und rastet in einen Einrasthaken 12 der gegenüberliegenden Längswand 5 ein. Jetzt können die Trennwände 8 und die Plattenwände 10 eingeschoben werden. Die Trennwände 8 überbrücken jeweils gegenüberliegende Längswände 5 des Gießkorbs 2, sind in Querrichtung in den Gießkorb 2 nach oben oder seitlich her- ausnehmbar eingebaut und formen die planparallelen Seitenflächen der jeweiligen Platte aus. Die Platenwand 10 definiert das Ende der Platte an der schmalen Längsseite. Die Plattenwand 10 verläuft jeweils parallel zur Längsachse der Fahr- platte 3. Zwischen zwei gegenüberliegenden Trennwänden 8 und zwei gegenüber- Siegenden Plattenwänden 10 formt sich ein Nest 13 zur Herstellung der jeweiligen Platte aus. Die Trennwände 8 sind in der Stärke (Dicke) je nach Dicke der zu ver- gießenden Platen unterschiedlich gewählt, z.B. 10 mm bis 30 mm. Jeder Gießkorb 2 hat zwei Längswände 5. Alle Längswände 5 sind klappbar. Nach öffnen einer bzw. der zweiten Längswand 5 kann die Trennwand 8 entfernt wer- den. Die Trennwand 8 kann seitlich oder nach oben gezogen werden. Das Entfer- nen der Trennwände 8 ist mittels Handarbeit bzw. Roboterbetrieb möglich. Hierzu sind Ösen 9 in der Trennwand 8 vorgesehen mit denen diese besser handhabbar wird. Nach Entfernen der Trennwand 8 kann die Platte entfernt werden. Die Gießpaletlen 1 können auch als Lager für die Platen verwendet werden, weil diese stapelbar sind. Eine Beförderungsmöglichkeit der Gießpaietten 1 ist über ei- nen Stapler bzw einen Kran gegeben. Jeder Gießkorb 2 kann z.B. 2 bis 5 Nester 13 aufweisen. Die Platten haben je
Gießkorb 2 etwa gleiche Breite (von einer Plattenwand 10 zu gegenüber liegenden Plattenwand 10) und Höhen/Längen (von der oberen Kante der Trennwand 8 bis zur unteren), aber bevorzugt werden Platten unterschiedlicher Stärke in einem Gießkorb 2 gleichzeitig hergestelit. Durch die sich aufgrund der vertikaien Ausrich- tung der Nester 13 ergebende Höhe, resultiert jeweils ein sich positiv auswirken- der metallostatischer Druck beim Gießen. Die Gießvorgang geht hierdurch auch schneller von statten.
Die unterschiedlichen Gusskomponenten wie Längswand 5, Trennwand 9, Plat- tenwand 10 sind untereinander jeweils wechselbar/austauschbar. Die Gusskom- ponenten sind aus z.B. aus GJS gefertigt. Alle Gusskomponenten können ge- schlichtet werden. ln die Nester kann über Eingusstümpel 14 bzw. unmittelbar aus der Gießpfanne in die Plattenschlitzöffnung gegossen werden. Ein Eingusstümpel 14 ist in Figur 5 in der Draufsicht und in Fig.6 im Schnitt gezeigt. Die Nester sind über Trennplatten getrennt. Die Abstände der Nester richten sich nach den in Reihen angeordneten Auslaufiöchern 15 der Eingusstümpel 14 sowie der gewünschten Plattenstärke.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Formlingen umfassend zumindest die folgenden Schritte:
~ Bereitstellen einer Plate umfassend eine Silizium-Legierung umfassend zumin- dest die Metailkombinationen:
(a) Eisen - Silizium oder
(b) Eisen - Silizium - Magnesium, oder
(c) Eisen - Silizium - Titan, oder
(d) Chrom - Silizium, oder
(e) Aluminium ~ Calcium - Siiizium,
wobei die Metallkombinationen jeweils mindestens 50 Gew.% der Platte ausma- chen; und
- Wasserstrahlschneiden der Platten zu Formlingen, wobei die Platten durch
Wasserstrahlschneiden unter Verwendung eines Abrasivmittels in Formlinge geschnitten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Silizium-Legierung ist:
(a) eine FeSi-Legierung, oder
(b) eine FeSIMg-Legierung, oder
(c) FeSiTi-Legierung, oder
(d) CrSi-Legierung, oder
(e) AICaSi-Legierung.
3. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallkombinationen jeweils mindestens 80 Gew % der Platte ausmachen, vor- zugsweise mindestens 80 Gew.% und insbesondere bevorzugt mindestens 90 Gew.%.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Platten und insbesondere die Formlinge weiterhin aufweisen ein, zwei oder alle der folgenden drei Metalle:
Calcium, Mangan und Aluminium und
vorzugsweise fakultativ weiterhin eines oder mehrere der folgenden Metalle:
Barium, Cer und Lanthan, Wismut, Titan, Zirkonium, Antimon und Strontium.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formling eine Ferro-Silizium- (FeSi-)Legierung ist enthaitend:
als Impfmittel-Additive folgende Metalle:
* Ca 0,2-10 Gew.%, insbesondere 0,2 - 5 Gew %,
* AI 0,2-10 Gew.%, insbesondere 0,5 - 4,5 Gew,%,
* Mn 0,2-10 Gew.%; insbesondere 0,5 - 4,5 Gew.%,
sowie
* Si 40-80 Gew.%, insbesondere 60-75 Gew.%,
* Rest Eisen,
und fakultativ als weitere Impfmittel-Additive eines oder mehrere der folgenden Metalle:
* Seltene Erden 0,05-3 Gew.%, einschließlich Lanthan
* Ba 1-15 Gew.%,
* Zr 2-6 Gew.%,
* Bi 0,05-3 Gew.% insbesondere 0.2-1 ,2 Gew.%,
* Sb 0,1-2 Gew.%,
* Mg 3 - 16 Gew.% insbesondere 6 bis 12 Gew%.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Platte durch
* Gießen, d. h. eine Schmelze wird vergossen und erstarrt, oder
* Pressen, d. h. Stäube oder Pulver mit oder ohne Bindern versehen wer- den in platenförmige Formen gepresst, oder
* Sintern, d.h. Stäube oder Pulver werden mittels Hitze verbacken bzw. kompaktiert,
oder Kombinationen dieser Verfahren hergestellt wird, insbesondere durch Gießen in vertikalen Formen.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Platte hergestellt wird durch Gießen einer Schmelze und erstarren, wobei das Gie- ßen vorzugsweise in Formen mit vertikal aufrecht-stehenden Nestern erfolgt.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Formling eine konische Form mit einem verjüngten Ende bat, insbesondere unter Anwendung eines Schrägschnitts von 2° bis 15°, insbesondere 6° bis 12°, zum Ausbilden der konischen Form, und auch unabhängig hiervon die Formlinge vor- zugsweise mit dem verjüngten Ende nach dem Schneiden in der Platte verbleiben.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei rei- henweise 1 bis 12 Formlinge in einer Linie oder leicht versetzt voneinander in ei- ner Linie aus der Platte durch das Wasserstrahlschneiden geschnitten werden, insbesondere 3 bis 8 Formlinge.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wasserstrahischneidemaschine in Flachbettausführung ausgeführt ist und die Platten auf eine Portalfläche aufgelegt sind.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abrasivmittel eine Mohshärte von 6 bis 7,5 aufweist und vorzugsweise ein Sand ist, insbesondere Granatsand oder Olivinsand.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
(A) wobei die Platten zumindest zwei planparallele Flächen aufweisen, und/oder
(B) wobei die Platten eine Breite von 10 bis 40 cm und eine Höhe von 20 bis 60 cm aufweisen, und/oder
(C) wobei die Platten eine Stärke von 10 mm bis 80 mm insbesondere von 16 mm bis 50 mm aufweisen.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Platten die Kopffläche und Fußfläche der Formlinge jeweils durch die Plattenober- seite und die Plattenunterseits definieren und die Seitenfläche(n) der Formlinge zumindest zum Teil durch das Wasserstrahlschneiden, insbesondere vollständig.
14. Formlinge hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 13.
15. Verwendung der Formlinge nach Anspruch 14 als Impfmittel-Formlinge für den Metallguss, bevorzugt Eisenguss und besonders bevorzugt zur Herstellung von Gusseisen, insbesondere:
- Gusseisen mit lamellarem Graphit (Grauguss),
- Gusseisen mit vermicularem Graphit und
- Gusseisen mit Kugelgraphit, oder
- ausferhtisches Gusseisen,
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