NO820397L

NO820397L - Kjerne for blaaseforming av foringen i en beholder for smeltet metall, foringsmetode ved omvendelse av nevnte kjerne, og foringssammensetning for bruk ved denne metode

Info

Publication number: NO820397L
Application number: NO820397A
Authority: NO
Inventors: Masaru Takashima; Shigeru Matsuyama; Yoshihiro Hayashi; Hisaji Ito; Kotaro Fujita; Kenji Inai; Shoji Takemoto
Original assignee: Aikoh Co
Priority date: 1982-02-09
Filing date: 1982-02-10
Publication date: 1983-08-11
Also published as: CA1194894A; DE3264825D1; ZA82830B; FI69259C; ATE14393T1; FI820412L; EP0086923B1; US4469309A; AU8039082A; EP0086923A1; FI69259B; BR8201002A

Description

Foreliggende o<p>pfinnelse vedrører forbedringer ved

en kjerne for blåseforming av den forbrukbare foring i beholdere for smeltet metall, en foringsmetode som anvender nevnte kjerne, og en fSringssammensetning benyttet i f oringsmetoden..

I beholdere for smeltet metall slik som støpeøser

og mellomtrakter for smeltet jern eller stål, er innsiden av deres ytre jernskall foret med mursten eller støpbar ildfast sten som et ildfast fSringsmateriale, og videre er nevnte mursten eller støpbare ildfast stein foret med et forbrukbart fSringsmateriale som også tjener som et varmeisolerende materiale. Den forbrukbare ildfaste foring benyttes for kun én sats og erstattes av en ny for hver sats. Den forbrukbare ildfaste foring må følgelig ofte erstattes slik at arbeidseffektiviteten for foringen er en av de viktige faktorer for bestemmelse av det konstruksjonsmessig utstyrsomfang i dette området. Foringsmetoden er mekanisert for derved å forøke arbeidseffektiviteten som angitt ovenfor, og det anvendes en støpemetode, en formingsmetode med kjernevibrering o.l.

For oppnåelse av en god utstansing må man benytte et høyt

trykk eller en tung kjerne og det kreves en lang utstansings-tid slik at det er nødvendig med en spesiell konstruksjon og/ eller trykkanordning for løfting av kjernen, og derfor må det vanligvis installeres en del enheter med relativt store for-ingsapparater for å øke arbeidseffektiviteten og det kreves dermed et stort arbeidsareal. Som et annet eksempel kan nevnes anvendelse av varmebevarende plater hvori det på forhånd er dannet forbrukbart foringsmateriale i plateform og hvilket materiale tørkes, men det er kjent at korrosjon sprer seg til det ildfaste foringsmaterialet etter flere satser og at man må ty til tungvinte reparasjonsarbeider med det ildfaste foringsmaterialet og for skjærearbeid, montering, sammenføying og adhesjon av nevnte varmebevarende plater og denne metode bidrar derfor ikke til å korte ned på tiden for reparasjon av foringen.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å unngå de forskjellige ulemper ved de konvensjonelle metodene. Oppfinnelsen anvender en kjerne for blåseforming av en forbrukbar fåring i spesielt konstruerte beholdere for smeltet metall og en foringssammensetning som omtalt senere, og det er mulig å fremstille den forbrukbare foring på lett måte og i løpet av et kort tidsrom.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives i detalj under henvisning til de medfølgende tegninger hvor: Fig. 1 er et vertikalt snitt av en utførelse av en kjerne for blåseforming, og viser en måte hvorved nevnte kjerne er herdet i en kontinuerlig støpe-mellomtrakt som skal repareres; og

fig. 2 er et vertikalt snitt lik det i fig. 1, som viser et eksempel på en annen kjerne.

I fig. 1 er et ildfast foringsmateriale 2 anbragt inntil et traktskall 1, og høyden på et kjernelegeme 3 jus-teres ved å forlenge eller sammentrekke en bærer 4 på en slik måte at sideflaten og den nedre flate på kjernelegemet 3 kan danne et rom 8 for påføring av det forbrukbare foringsmaterialet på overflaten av nevnte ildfaste foringsmateriale 2. Bæreren 4 er anordnet på en slik måte at den kan påvirkes

under en flens 9 anordnet omtrent horisontalt fra området ved den øvre enden av nevnte kjernelegeme 3, og den beveges ved hjelp av en sylinder, tannhjul, kjetting, hevarm o.l. som be-nytter et fluidtrykk som av luft, vann, olje osv. En lufttetning og støtdemper 5 er videre anordnet under flensen 7

for å hindre at materialet som er blåst inn i rommet 8 ut-støtes. Lufttetningen og støtdemperen 5 er laget av elastisk materiale slik som gummi og plast, og på grunn av vekten av selve kjernen hindrer den kommunikasjon med utsiden, ved den øvre enden av det ildfaste foringsmaterialet i beholderen for smeltet stål, med unntagelse for kommunikasjon med rommet 8, innblåsningshull 6a, 6b og en utløpsåpning 7. Kjernelegemet er laget av stivt materiale slik som metall, tre eller plast, det utsettes ikke for/deformasjon ves statisk trykk eller kine-tisk trykk ved tidspunktet for innblåsningsdannelsen, og det er tilstrekkelig at det har en slik vekt at det ikke flytter seg fra den anbragte stilling, slik at man kan øke vekten med en dødvekt i tilfelle av en liten tykkelse. Kjernen opphenges

først over traktrommet ved hjelp av f.eks. en kran, den sen-kes deretter ned i rommet, en horisontal stilling bestemmes for nøyaktig definisjon av det hulsom som skal dannes, og ben-høyden på bæreren 4 innstilles på en slik måte at høyden, dvs. tykkelsen på bunnforingen enten kan bli den samme som tykkelsen på sideforingen eller kan gis en ønsket tykkelse. Inn-blåsningsformingen utføres ved å blåse formdannelsesmateriale gjennom innblåsningshullene 6a, 6b fra et rør (ikke vist) ved hjelp av en høytrykksgass slik som komprimert luft. I praksis bevirkes innblåsningen først fra hullet 6a ved bunnen slik at man først danner bunndelen, og deretter flyttes blåsestilling-en gradvis oppover fra den nedre stilling til innblåsnings-hullet 6b på siden. Utløpsluft tømmes fra utløpsåpningen 7

og åpningen er forsynt med en spalt-plate som har smale åpninger for derved å unngå at fast stoff unnslipper. Et lufttrykk på over 2 kg/cm vil være tilstrekkelig til å gi formmaterial-et en fast form. Siden et bindemiddel med hvilket formmateri-alet herder anvendes, begynner materialet å herdes umiddelbart etter blåsing og derfor er det mulig å fjerne kjernen nesten umiddelbart etter blåsingen. En liten mengde vann i formdannelsesmaterialet vil fordampe på grunn av den eksoterme reak-sjon under herding slik at det ikke er nødvendig med noen separat tørkeoperasjon.

Ifølge oppfinnelsen vil man kunne anvende foreliggende fremgangsmåte i forbindelse med konvensjonell vibrasjons-forming. Som vist på fig. 2 tilveiebringes et større rom 8

ved bunnen, rommet fylles med formdannelsesmateriale og deretter anvendes en vibrator (ikke vist), mens vekten av kjernen utøves slik at siden blåseformes når materialet ved siden blan-des med det materialet som kommer opp til sidelfaten fra bunnen på grunn av kjernens vekt, hvorved det dannes en fullsten-dig foring.

En foringssammensetning ifølge oppfinnelsen utgjøres av en blanding som adheres sterkt til bunnen ved påføring av en fQring i beholdere for smeltet metall, i pulverform eller granulær form, enten uten vanninnhold eller med et svært lite vanninnhold, og som hurtig herder etter forming. Sammensetning en inneholder også et aggregat og et selvherdende harpiksbindemiddel eller som inneholder et herdemiddel. Starten på herdingen vil akselereres ved å innblande en liten mengde syre i det selvherdende harpiksbindemiddel like før blåsing av formdannelsesmaterialet. En fenolharpiks blir f.eks. tilsatt, i omtrent halve mengden, til en blanding av xylensulfonsyre og en liten mengde mineralsyre.

Aggregatet er et surt, nøytralt eller basisk ildfast materiale slik som silisiumdioksyd, kiselsand, chamotte, grafitt, aluminiumoksyd, korund, mullitt, spinell, dolomitt, magnesiumoksyd, kalsiumoksyd, kromoksyd, zirkoniumoksyd, mursten eller malm, idet det ildfaste materialet har en partik-kelstørrelse på under 3 mm siktstørrelse og er i blandeom-rådet 45 - 97%. Partikkelstørrelser på over 3 mm bevirker en feilaktig fordeling under blåsing og dette er ikke foretrukket. Med en innblandingsmengde på over 9 7% av aggregatet, bibehol-der det harpiksholdige bindemiddel foringsstyrken ved romtemperatur som et blåseformdannelses-foringsmateriale slik at det ikke frigjøres selv under innvirkning av den utvendige kraft som utøves når kjernen fjernes, eller bindemidlet blir ikke sterkt nok når det smeltede stål mottas, hvorved aggregatet frigjøres på grunn av forbrenning. Videre, dersom aggregatet utgjør mindre enn 45%, får foringen for liten ildfasthet.

Som selvherdende harpiksbindemiddel kan nevnes fenolharpiks, furanharpiks eller umettet polyesterharpiks, men i de fleste tilfeller anvendes en blanding som fremmer herdehas-tigheten ved tilsetning av et herdemiddel basert på ca. 50% xylensulfonsyre til fenolharpiks. Blandingsforholdet for det selvherdende harpiksbindemiddel bør være minst 3%. Med en mindre prosentandel blir styrken for dårlig uansett aggregat-ets partikkelstørrelse og form, og selv om forholdet overskri-der 15% blir ikke styrken bedre.

Herdemidlet anvendes fortrinnsvis for å herde formdannelsesmaterialet i løpet av meget kort tid etter at det er innblandet, slik at herdemidlet f.eks. kan tilsettes til sammensetningen i en skruemater eller harpiksen og herdemidlet kan tilsettes i materen gjennom separate åpninger. Utløpet i mater en er beliggende nær en innblåsningsdyse og sammensetningen føres gjennom rør ved hjelp av komprimert luft når den fylles i rommet mellom kjernen og beholderveggen. Kjernen fjernes etter at sammensetningen er størknet i en slik grad at selv om kjernen fjernes, kan foringen ikke frigjøres. Det er også mulig å benytte den selvherdende harpiksen og en termoherdende harpiks i kombinasjon, og bevirke tørking og herding ved blåsing av en varm gass mot overflaten av foringslaget etter fjerning av kjernen, hvorved foringslaget blir ytterligere styrket. Det er forskjellige termoherdende harpikser, men den mest kommersielt benyttede harpiks er en hvori fenol-harpiksen inneholder mindre enn 20% heksametylentetramin som herdemiddel.

Dersom fluiditeten er for stor, kommer den selvherdende og den termoherdende harpiks begge inn i porene i det tilfelle aggregatet er porøst når en ekstra blanding utøves. For derfor å minske fluiditeten blir mengden av oppløsnings-middel i harpiksene nedsatt og både den selvherdende og den termoherdende harpiks bør utgjøres av mer enn 70% ikke-flyktige bestanddeler ved 135°C, hvilket gjør at fluiditeten ikke blir for høy ved romtemperatur eller under varmeherding. Videre, for å opprettholde foringslagets mekaniske styrke, blir det som sekundært bindemiddel når smeiten mottas benyttet mer enn ett uorganisk bindemiddel slik som magnesiumsulfatheptahydrat (MgSO^"71^0), sodafosfat, magnesiumfosfat, borsyre, boraks og sodametasilikat. Magnesiumsulfatheptahydrat frigjør f.eks. krystallvann ved omkring 70°C slik at blandingen gis en fuktighet hvorved man får en råstyrke, og det taper krystallvann ved ca. 200°C slik at det herdes, og derfor kan styrken på foringen opprettholdes selv etter at det harpiksholdige bindemiddel er blitt brent slik at det taper sin adhesive kraft når beholderen for smeltet metall har blitt for-varmet. Med mindre enn 3% av det sekundære bindemiddel som blandingsforhold er den adhesive kraft ikke tilfredsstillende, men selv med mer enn 15% vil foringslagets styrke ikke øke slik at en ekstra mengde av nevnte sekundære bindemiddel vil være bortkastet.

Videre, nevnte sammensetning blir en gang,iblant blandet med varmeisolerende materiale valgt blant ildfaste fibre slik som asbest, stenull, glassull, kaolinfiber, slaggull, karbonfiber, zirkoniumoksydfiber, silisiumkarbidfiber, porøse ildfaste materialer slik som diatomerjord, perlitt, hul aluminiumoksyd og pimpsten, samt organiske stoffer slik som sagmugg, treflis, cellulosefiber, syntetiske fibre, trekull, kull og koks. Disse stoffer minsker massetettheten ved forming av foringen eller brennes når smeiten mottas, for derved å nedsette den totale massetetthet, hvilket etterlater porer samtidig som man får en ytterligere forbedring av foringslagets varmeretensjon. Siden massetettheten nedsettes allerede ved tidspunktet for høy temperatur av harpiksene,

må det varmeisolerende materialet innblandes i en mengde på opptil 2% for å bibeholde den mekaniske styrke.

Oppfinnelsen skal beskrives under henvisning til nedenstående eksempel.

Beholder for smeltet metall:

500 mm bredde x 750 mm høyde x 6,00 mm lengde (innside);

Kontinuerlig stålstøpetrakt;

Foringsdelen har en tykkelse på 4 0 mm fra overflaten

av de permanente foringsmursten.

Blandingstrau:

Rulleblander av kantløp-mølletypen.

Mateapparat:

Apparat hvori et tilførselsrør for komprimert luft kommuniserer med blåseåpningen i et innblåsnings-rør forbundet med den nedre delen av en tilførsels-tank med en skruemater.

Blandinger ( vektdeler):

Blanding:

I blandingen (1) ovenfor blir kiselsanden tilført til beholderen i mateapparatet, mens den selvherdende harpiks og herdemidlet tilsettes separat av skruemateren ved den nedre delen.

I blandingen (2) ovenfor blir murstenspulveret., den termoherdende harpiks og magnesiumsulfatet tilsatt til en blandebeholder, blandingen omrøres i 5 minutter og tilsettes deretter til beholderen i mateapparat mens, som i blandingen (1) ovenfor, den selvherdende harpiks og herdemidlet tilsettes separat av skruemateren ved den nedre delen.

Blåsing:

Formdannelsesmaterialet blåses ved hjelp av gassrør med en diameter på 19 mm under et lufttrykk på 5 kg/cm 2, fra en innblåsningsdyse direkte forbundet med utløpet på skruemateren inn i et rom mellom den ildfaste stenvegg på trakt-foringen og kjernen, mens kjernen vibreres med 1500 Hz vibrasjoner.

Fjerning av kjernen:

Kjernen fjernes 10 minutter etter blåsingen. Vibrasjoner brukes bare når kjernen fjernes.

Tørking:

(1) 30 minutters tørking ved hjelp av oppvarmet luft ved 100 - 120°C. (2) 30 minutters tørking ved hjelp av oppvarmet luft ved 150 - 200°C.

Fysikalske egenskaper til støpt forbrukbar foring:

Prøver av 50 0 x 50 mm (høyde) ble tatt fra hjørner i formede foringslag for å måle deres porøsitet, massetetthet, varmeledningsevne og varmkompresjonsstyrke. De midlere ver-dier for 10 satser er vist i følgende tabell.

I prøve (1) ovenfor er varmeledningsevnen relativt høy, men prisen er lav slik at foringen er egnet for en elek-trisk ovn der temperaturen er fritt justerbar. På den annen side, i prøve (2) ovenfor, er forholdene det motsatte og foringen holder godt på varmen slik at den er egnet for en kon-verter eller en Siemens-Martin-ovn hvor det er noe vanskelig å justere temperaturen.

Nevnte innblåsningsforming kan ferdiggjøres av en enkelt arbeider i løpet av 1 time. Det ble videre funnet at nevnte forbrukbare foring ikke skadet det ildfaste foringsmaterialet i trakten i det hele tatt, selv om det ble utført fem kontinuerlige støpinger.

Som i en beholder for ikke-ferrometallsmelter, dersom en ildfast foring ikke er nødvendig, vil det dessuten være klart for en fagmann at oppfinnelsen også dekker dannelsen av et rom mellom beholderens skall og kjernen ifølge oppfinnelsen .

Claims

1. Kjerne for blåseforming av foringen i en beholder for smeltet metall, karakterisert ved at kjernen har et hovedlegeme som har innblåsningshull og en utløpsåpning, idet legemets sideflate og nedre flater har de samme dimensjoner og former som de til innsiden av beholderens fSring, en flens anordnet omtrent horisontalt ragende utover ved hovedlegemets øvre periferi, flere bærere som kan påvirkes nedover fra nevnte flens, og lufttetning og støt-dampere anordnet under nevnte flens.

2. Kjerne ifølge krav 1, karakterisert ved at hovedlegemet er forsynt med en dødvekt.

3. Kjerne ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at hovedlegemet har en vibrator hvis vibrasjoner ligger i området 1000 - 10.000 pr. min. og en ampiityde i området 0,1 - 5 mm.

4. Kjerne ifølge krav 1 -3, karakterisert ved at bærerne bærer kjernen, i nevnte beholder, ved beholderens øvre ende, ved hjelp av fluidtrykk, tannhjul, kjetting, hevarm osv., hvilke bærere inkluderer forlengbare legemer som omfatter totalvekten av kjernen båret av nevnte lufttetninger og støtdempere, idet bærernes lengde kan forkortes slik at deres bæreevne blir null.

5. Kjerne ifølge krav 1-4, karakterisert ved at hver av lufttetningene og støtdemperne utgjøres av kontinuerlige, ringformede, elastiske legemer.

6. Fremgangsmåte for foring av en beholder for smeltet metall, karakterisert ved at man i beholderens åpningsdel innfører og anordner en kjerne for blåseforming, hvilken kjerne har et hovedlegeme som har innblåsningshull og en utløpsåpning, idet legemets sideflate og nedre flater har de samme dimensjoner og former som de til innsiden av beholderens foring, en flens anordnet omtrent horisontalt utoverragen-de ved hovedlegemets øvre periferi, flere bærere som kan påvirkes nedover fra nevnte flens, og lufttetning og støtdem-pere anordnet under nevnte flens; og at man blåser en bland ing bestående av et aggregat, en selvherdende harpiks og et herdemiddel inn i et rom som dannes mellom kjernens ytre periferi og beholderens jernskall eller ildfaste foring for derved å fylle nevnte rom.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at en blanding inneholdende en termoherdende harpiks blåses ved hjelp av komprimert luft for fylling av nevnte rom, og at foringens overflate hvorfra kjernen er blitt fjernet oppvarmes ytterligere for å herde foringslaget.

8. Sammensetning for blåseforming av foringen i en beholder for smeltet metall, karakterisert ved at den omfatter 45 - 97% av et aggregat som har en partikkel-størrelse under 3 mm siktstørrelse, og 3 - 15% av et selvherdende harpiksbindemiddel inneholdende mer enn 70% ikke-flyktige bestanddeler ved 135°C.

9.. Sammensetning ifølge krav 8, karakterisert ved at den inneholder 1,5 - 8% av et herdemiddel basert på xylensulfonsyre.

10. Sammensetning ifølge et hvilket som helst av kravene 8 og 9, karakterisert ved at den inneholder 3 - 15% av et termoherdende harpiksholdig bindemiddel som har mer enn 70% ikke-flyktige bestanddeler ved 135°C.

11. Sammensetning ifølge krav 10, karakterisert ved at det termoherdende harpiksholdige bindemiddel er en fenolharpiks inneholdende mindre enn 20% heksametylentetramin.

12. Sammensetning ifølge krav 8 -11, karakterisert ved at den inneholder 3 - 15% av et uorganisk bindemiddel.

13. Sammensetning ifølge krav 8 -12, karakterisert ved at den inneholder mindre enn 2% av et varmeisolerende materiale.

14. Sammensetning ifølge krav 8 -13, karakterisert ved at aggregatet utgjøres av ett eller flere av følgende stoffer: silisiumdioksyd, kiselsand, chamotte, grafitt, aluminiumoksyd, korund, mullitt, spinell, dolomitt, magnesiumoksyd, kalsiumoksyd, kromoksyd, zirkoniumoksyd, mur sten og malm.

15. Sammensetning ifølge krav 8-14, karakterisert ved at det selvherdende harpiksholdige bindemiddel er valgt fra ett eller flere av stoffene: fenolharpiks, furanharpiks og umettet polyesterharpiks.

16. Sammensetning ifølge krav 8 -15, karakterisert ved at det uorganiske bindemiddel er valgt fra ett eller flere av følgende stoffer: magnesiumsulfatheptahydrat (MgSO^<*> 7H2 0), sodafosfat, sodametasilikat, magnesiumfosfat, borsyre og boraks.

17. Sammensetning ifølge krav 8 -16, karakterisert ved at det varmeisolerende materialet er valgt fra mer enn ett av følgende stoffer: asbest, stenull, glassull, kaolinfiber, slaggull, karbonfiber, silisiumkarbidfiber, zirkoniumoksydfiber, diatomerjord, perlitt, hul aluminiumoksyd, pimpsten, vermikulitt, sagmugg, treflis, cellulosefiber, syntetisk fiber, trekull, kull og koks.