DE1225824B - Verfahren und Vorrichtung zum Giessen von Metallen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.:

BllßCO

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutschem.: 31c-30/01

tt 10, 3#

Nummer: 1225 824

Aktenzeichen: S 89285 VI a/31 c

Anmeldetag: 30. Januar 1964

Auslegetag: 29. September 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metallgußteilen, wie Stäben oder Rohren, insbesondere aus Uran. Dieses Verfahren beruht auf dem allgemein bekannten Prinzip des Schwerkraft-Gießens. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung für die Durchführung eines solchen Verfahrens, insbesondere auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Stäben oder Rohren aus Uran.

In der folgenden Beschreibung ist das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung der Klarheit und Einfachheit wegen für den Fall der Herstellung von Uranstäben beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Uran als Gießmetall beschränkt, denn sie läßt sich ebensogut bei allen anderen Gußteilen und allen anderen Metallen anwenden, die zunächst geschmolzen, dann vergossen werden und in den Formen erstarren.

Bekanntermaßen ist es notwendig, für die Gießoperation einen gewissen Überschuß an geschmolzenem Metall vorzusehen, da mit der—unmöglich exakt bestimmbaren — Metallmenge, die nach dem Guß im Tiegel zurückbleibt, eine vollständige Füllung der Formen gewährleistet ist. Dieser Überschuß wird im allgemeinen in eine Kokille für das Resteisen abgelassen, wo er erstarrt und so in geeigneter Form für einen späteren Schmelz- und Gießvorgang vorliegt.

Gemäß gewisser Verfahren wird beim fallenden oder Schwerkraft-Guß das zuvor im Tiegel geschmolzene Metall nacheinander in die einzelnen Formen und der gegebenenfalls verbleibende Überschuß oder Rest in einen Sammelbehälter aus keramischem Material abgelassen, wofür ein bewegliches Leitorgan, wie eine schwenkbare Rinne, unterhalb des Bodenausgusses des Tiegels angeordnet ist. Leider ist jedoch eine präzise Füllung der verschiedenen Formen sehr schwierig einzuhalten, und die erlangten Produkte sind kaum miteinander identisch, was vor allem bei der Verarbeitung von wertvollen Metallen und insbesondere bei der Herstellung von Uranstäben ein schwerwiegender Nachteil ist.

Diese Stäbe werden daher bislang ausgehend von Rohbarren nach einem Schwerkraft-Gießverfahren gefertigt, bei dem man unterhalb des Schmelzgefäßes oder -tiegels ein etwa wannenartiges Verteilerorgan anordnet und so die Verteilung des geschmolzenen Metalls in die verschiedenen Formen sicherstellt. Diese werden dabei also gleichzeitig und gleichmäßig mit gleichen Metallmengen gefüllt.

Nach diesem Verfahren kann eine ausgezeichnete Verteilung des Metalls und damit eine genaue Ausführung der gefertigten Gegenstände erzielt werden. Ein wesentlicher Nachteil dieser Arbeitsweise besteht Verfahren und Vorrichtung zum Gießen
von Metallen

Anmelder:

Societe Industrielle de Combustible Nucleaire,

Annecy, Haut-Savoie (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht,

Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Yves Baudet, Seyssins, Isere;

Hubert Fournial,

Annecy, Haute-Savoie (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 30. Januar 1963 (923 225)

jedoch darin, daß der Überschuß des geschmolzenen Metalls im unteren Teil des Verteilers erstarrt und eine feste Schicht bildet, die üblicherweise als »Kuchen« bezeichnet wird.

Um die in den Formen gegossenen Stäbe auszuformen, muß man sie zunächst von den Kuchen trennen, was eine längere und sorgfältig durchzuführende Arbeit bedingt, die ein automatisches Ausformen stark erschwert. Außerdem muß nach Abtrennen und Herausnehmen des Kuchens dieser natürlich von neuem eingeschmolzen werden, um das überschüssige Uran dieses Kuchens wieder verwenden zu können. Im allgemeinen ist jedoch der Durchmesser eines solchen Kuchens größer als der Innendurchmesser des Schmelzgefäßes, so daß man den Kuchen nicht unmittelbar in das Schmelzgefäß zur Herstellung bzw. als Zusatz zu einer neuen Gießcharge einführen kann. Es ist also meist notwendig, die Kuchen zunächst einem besonderen Schmelzprozeß zu unterwerfen und in eine Form zu gießen, die die Wiederverwendung des Metalls in den Schmelzgefäßen gestattet.

Der vorliegenden Erfindung liegt im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben, die in der Hauptsache auf die Bildung eines festen Urankuchens zurückzuführen sind, der sich aus dem Überschuß des Gießmetalls im Bodenteil des Verteilers bildet. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfin-

609 668/353

dung besteht infolgedessen darin, die Bildung dieses festen, großen Kuchens zu vermeiden.

Das diese Aufgabe lösende erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Stäben oder Rohren durch Schwerkraft-Gießen eines Metalls, das zuvor in einem Schmelztiegel geschmolzen wurde, in einen Verteiler, aus dem das flüssige Metall in die Gießformen hineinfließt, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß man die überschüssige, sich im Bodenteil des Verteilers befindende Menge des geschmolzenen Metalls in zumindest eine Hilfsform abfließen läßt, die normalerweise gegen den Verteiler abgeschlossen ist und deren Verbindung mit dem unteren Teil des Verteilers erst vorgenommen wird, wenn die eigentlichen Gießformen gefüllt sind und das Metall in diesen Formen sich verfestigt oder verdichtet hat.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Gießverfahrens. Diese Vorrichtung enthält ein Schmelzgefäß, das an seinem unteren Teil eine Abstichöffnung aufweist; einen unter dem Schmelzgefäß angeordneten Verteiler, der in dauernder Verbindung mit den Gießformen steht; ein Mittel zum Öffnen der Abstichöffnung des Schmelzgefäßes, die diesen mit dem Verteiler verbindet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest eine verschließbare Verbindung zwischen dem Verteiler und einem zusätzlichen Aufnahmebehälter aufweist, die durch einen Verschluß, beispielsweise einen Stopfen, während des Füllens der Gießformen geschlossen ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um diesen Verschluß nach dem Füllen dieser Formen zu öffnen bzw. den Stopfen zu durchbrechen.

Die Mittel zum Öffnen des Verschlusses der Abstichöffnung des Schmelztiegels zur Vornahme des Gusses können in an sich bekannter Weise aus einem Stempel bestehen, dem eine senkrecht nach unten gerichtete Ausstoßbewegung aufgedrückt wird.

Aus praktischen Gründen des Aufbaues und der Einfachheit sieht man zweckmäßigerweise einen einzigen zusätzlichen Aufnahmebehälter vor, der an dem unteren Teil des Verteilers im Zentrum der aus dem Verteiler und den normalerweise für die Herstellung der Stäbe vorgesehenen Gießformen gebildeten Anordnung vorgesehen wird.

Die obenerwähnten Mittel zum Öffnen des Verschlusses bzw. zum Durchbrechen des Stopfens, der den Zufluß zu dem Aufnahmebehälter sperrt, können zweckmäßigerweise der gleichen Art sein, wie sie zum Öffnen der Abstichöffnung des Schmelzgefäßes verwendet werden, und es ist besonders einfach, den gleichen Stempel, der zum Durchbrechen des Schmelzgefäßverschlusses dient, und damit das Ausfließen des Metalls in den Verteiler auslöst, auch zum Öffnen des Verschlusses des zusätzlichen Behälters zu benutzen, dessen Öffnen das Einfließen des Metalls in den als Hilfsform gestalteten Aufnahmebehälter bewirkt. Es genügt in diesem Falle, den die Hilfsform verschließenden Verschluß in gleicher Weise auszubilden, wie den Verschluß des Schmelzgefäßes und diese beiden Verschlüsse oder Stopfen zweckmäßigerweise in der Symmetrieachse der gesamten Anordnung vorzusehen.

Bei der letzteren vorteilhaften Durchführungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt man die Zeitdauer zwischen dem Beginn des Gießens des geschmolzenen Metalls aus dem Schmelzgefäß in den Verteiler und dem Beginn des Abfließens des überschüssigen Metalls aus dem Verteiler in die zusätzliche Aufnahmeform in der Weise, daß einerseits die normalen Gießformen während dieser Zeit vollständig und genau gefüllt werden können und daß anderseits das im Überschuß im Verteiler vorhandene Uran noch genügend flüssig ist, so daß es in die Hilfsform abfließen kann. Dies setzt grundsätzlich voraus, daß der Verteiler genügend heiß ist, damit das Metall sich in ihm nicht zu schnell verfestigen kann. In der Praxis ίο arbeitet man in drei Zeitstufen:

1. Öffnen des Verschlusses des Schmelzgefäßes;

2. Wartezeit, deren Dauer nach dem oben angegebenen Prinzip bestimmt wird, und

3. Öffnen des Verschlusses am Einlaß des als Hilfsform ausgebildeten Aufnahmebehälters.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bleibt nach dem Abfließen des geschmolzenen Metalls aus dem Verteiler in die Hilfsform im unteren

ao Teil des Verteilers nur ein dünner Uranfilm zurück, dessen Dicke einige ZehntelmiHimeter beträgt. Durch die Erfindung hat man also die Bildung des aus verfestigtem, überschüssigem Metall bestehenden Kuchens vermieden und damit gleichzeitig auch alle die

as Nachteile, die sich bisher aus der Bildung eines solchen Kuchens ergaben. Die Menge des Metalls, die bei dem bekannten Verfahren den Kuchen ergibt, findet sich im wesentlichen vollständig in der zusätzlichen Form in Gestalt eines Stabes oder Barrens, der gegebenenfalls nach entsprechendem Zerschneiden oder Zersägen unmittelbar zur Auffüllung der Charge in den Schmelzgefäßen benutzt werden kann.

Die metallische Verbindung zwischen dem im unteren Teil des Verteilers zurückbleibenden dünnen Uranfilms und den Gußstücken, die durch das in den Einlaßöffnungen der Formen verfestigte Metall gebildet wird, kann durch die Wirkung einer zusätzlichen Maßnahme zerrissen werden, die in einer speziellen Gestaltung des unteren Endes der Gießformen besteht, wodurch bei der Verfestigung des Metalls in der Form eine Verankerung der Gußstücke am unteren Teil der Formen bewirkt wird. Die Zusammenziehung des Metalls beim späteren Abkühlen bewirkt sicher einen Bruch der obenerwähnten Verbindung.

Dieses erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßigerweise mit Hilfe einer Vorrichtung durchgeführt, für die ein die Erfindung in keiner Weise einschränkendes Beispiel in der Zeichnung schematisch veranschaulicht ist.

In der Zeichnung bedeutet: 11 den Schmelztiegel, 12 den Verteiler, 12 a, 12 b usw. die am Umfang angeordneten, den Verteiler mit den vertikal angeordneten Gießformen 13 a, 13 b usw. verbindenden Ausflußöffnungen, 14 den Verschluß der Abstichöffnung am unteren Teil des Schmelztiegels, 15 den Stempel, der zum Durchbrechen des Verschlußstopfens 14 dient.

Gemäß der Erfindung ist nun am Boden des Verteilers ein zentrales Loch 17 α vorgesehen, das eine Verbindung zwischen dem Verteiler und einer zentralen zusätzlichen Form 16 gestattet, und durch einen Stopfen 17 verschlossen ist. Der Stopfen 17 ist an seinem oberen Teil mit einem Verlängerungsansatz 18 versehen (dieser Ansatz ist nur dann notwendig, wenn die zulässige Bewegungslänge des Stempels nicht ausreicht, damit dieser unmittelbar den Stopfen

17 erreichen kann). Diese Verlängerung wird der Wirkung des Stempels 15 unterworfen und ist mit einem flanschartigen Kragen 19 versehen, der die Aufgabe hat, zu verhindern, daß der Verlängerungsansatz 18 in die Form 16 fällt, wenn der Stopfen 17 durch den Stempel 15 unterbrochen wird; der Kragen 19 ist außerdem gelocht, um das Hindurchfließen des Urans zu gestatten.

Um gemäß der Erfindung Stäbe oder Rohre aus Metall, insbesondere aus Uran, unter Anwendung des Prinzips des Schwerkraftgießens herzustellen, geht man in folgender Weise vor.

Zuerst werden die Metallbarren in dem Schmelztiegel 11 geschmolzen. Dann wird der Metallguß durchgeführt, indem man das flüssige Metall aus dem Schmelztiegel in den Verteiler 12 einfließen läßt, d. h. indem man den Verschluß 14 mit Hilfe des Stempels 15 durchbricht. Das in den Verteiler einfließende Metall fließt dann durch die dauernd offenbleibenden Ausflußöffnungen 12 α, 12 & usw. in die Gießformen 13 a, 13 b usw. hinein, während der Stopfen 17 noch den oberen Teil bzw. den Zugang zu der Hilfsform 16 verschließt.

Wenn die eigentlichen Gießformen gefüllt sind, kommt der Stempel 15 in Berührung mit dem oberen Teil des Verlängerungsansatzes 18, nachdem er den Boden des Schmelztiegels durch das Abstichloch (in dem vorher der Stopfen 14 saß) durchquert hat. Bei der abwärts gerichteten Bewegung des Stempels, der mit dem Verlängerungsansatz 18 zusammenwirkt, wird der Stopfen 17 ebenfalls durchbrochen und das überschüssige geschmolzene Metall, das sich im unteren Teil des Verteilers befindet, fließt durch die Löcher in dem Kragen 19 in die Hilfsform 16 ab.

Um während des Abkühlens das Zerreißen der aus verfestigtem Metall bestehenden »Zapfen« zu sichern, die den Abflußkanälen 12 α, 12 b usw. entsprechen, ist der untere Teil 20 der einzelnen Formen zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß das gegossene Metall bei seiner Verfestigung dort eine Verdickung bildet, wodurch der gegossene Stab nach seiner Verfestigung im unteren Teil der Form verankert ist. Wenn sich das Metall abkühlt und dabei zusammenzieht, erfolgt die Trennung an den Zapfen von selbst und das Ausformen ist wesentlich erleichtert.

Wie bereits vorher gesagt wurde, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß die Bildung des festen Metallkuchens aus überschüssigem Metall am Boden des Verteilers vermieden wird, eine sehr weitgehende Mechanisierung der Gießvorgänge, insbesondere beim Gießen von Uran, weil das Ausformen erleichtert ist und das Überschußmetall, das in der Hilfsform erstarrt, unmittelbar bei einem weiteren folgenden Gußvorgang als Zugabe zur nächsten Charge verwendet werden kann.

Es konnte auch festgestellt werden, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stäbe oder Rohre aus Uran ein besseres Aussehen zeigen und auch gerader waren als diejenigen Stäbe, die nach dem bekannten Schwerkraft-Gießverfahren erzeugt waren, bei dem der obere Teil der Stäbe den Beanspruchungen unterworfen war, die beim Abkühlen des Kuchens im Verteiler auftraten.

Außerdem verringert das erfindungsgemäße Verfahren wegen des Vermeidens der Kuchenbildung auch die Abnutzung und die Deformationskräfte, die beim Ausformen am oberen Teil der Formen auftreten, so daß eine bessere Haltbarkeit der Formen und infolgedessen eine längere Lebensdauer der Vorrichtung erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die eine Ausführungs- und Anwendungsform beschränkt, die als Beispiel unter Hinweis auf die Zeichnung beschrieben wurde. Man kann selbstverständlich sämtliche technischen Varianten vorsehen und anwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Insbesondere kann man die Verbindung zwischen dem

ίο Schmelztiegel und dem Verteiler im Augenblick des Gusses und die Verbindung zwischen dem Verteiler und der oder den Hilfsformen nach dem Füllen der eigentlichen Gießformen durch irgendeine andere geeignete Vorrichtung bewirken, die nicht unbedingt ein Stempel sein muß, der mit einem Stopfenverschluß des Schmelztiegels oder des Verteilers zusammenwirkt. Man kann auch an sich bekannte Steuereinrichtungen vorsehen, die selbsttätig die Verbindung zwischen dem Verteiler und der oder den Hilfsformen durchführen, wobei das von dem geschmolzenen Uran in den eigentlichen Gießformen erreichte Höhenniveau und die Temperatur des sich im unteren Teil des Verteilers befindenden überschüssigen Urans zur Steuerung des Öffnungszeitpunktes benutzt werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Stäben oder Rohren durch Schwerkraft-Gießen eines Metalls, das zuvor in einem Schmelztiegel geschmolzen wurde, in einen Verteiler, aus dem das flüssige Metall in die Gießformen hineinfließt, dadurch gekennzeichnet, daß man das im unteren Teil des Verteilers zurückbleibende überschüssige geschmolzene Metall in zumindest einen normalerweise von dem Verteiler getrennten Aufnahmebehälter abfließen läßt, dessen Verbindung mit dem unteren Teil des Verteilers erst nach dem Füllen der Gießformen hergestellt wird, und daß das Ausformen der Gußstücke erst nach völliger Verfestigung der Stücke in den Formen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zumindest einen zusätzlichen Behälter unter einer Ausflußöffnung des Verteilers befestigt, die Ausflußöffnung durch ein dicht abschließendes Organ verschließt, das Metall in dem Schmelztiegel schmilzt, das flüssige Metall unter Einwirkung der Schwerkraft in den Verteiler einbringt, aus dem es ebenfalls durch Schwerkraft in die Gießformen abfließt, die dauernd mit dem Verteiler in Verbindung stehen, bis diese Gießformen vollgefüllt sind, daß man dann das Verschlußorgan für den Auslauf in den Hilfsbehälter durchbricht und die gesamte Menge des überschüssigen geschmolzenen Metalls in den oder die Hilfsbehälter abfließen läßt, anschließend abwartet, bis das Metall festgeworden ist, dann die Gußstücke ausformt und das in dem Hilfsbehälter befindliche Metall von neuem in den Schmelztiegel zum Schmelzen hineingibt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Schmelz- und Gießgefäß, einem unter dem Schmelzgefäß angeordneten Verteiler, der mit Verbindungsauslassen zu den Gießformen versehen ist und schließlich einem Mittel zum Öffnen der Verbindung zwischen dem Schmelzgefäß und dem Verteiler, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest

eine Verbindungsöffnung (17 α) zwischen dem Verteiler (12) und einem zusätzlichen Behälter

(16) vorgesehen ist, die durch ein Verschlußorgan

(17) während des Füllens der Gießformen (13 a) verschlossen ist und daß Mittel (15) vorgesehen sind, die es gestatten, nach dem Füllen der Formen das Verschlußorgan zu durchbrechen und das Einlaufen des geschmolzenen Metalls in den Hilfsbehälter freizugeben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß der Boden des Verteilers (2) eine zentrale Öffnung (17 α) zur Verbindung des Verteilers mit einem Hilfsbehälter „(16) aufweist, die in gleichem Abstand von den unterschiedlichen Gießformen (13) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen vertikal nach abwärts bewegbaren Stempel (15) zum Durchbrechen des Verschlusses (17) der Auslaßöffnung (17 a) des Verteilers (2) und des Verschlusses (14) der Abstichöffnung des Schmelzgefäßes (11) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Gießformen (13) eine Ausnehmung oder Erweiterung aufweist, die eine Verankerung des in der Form erstarrenden Gußstückes gestattet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 652 823;
»Gießerei-Lexikon«, 1958, S. 522.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 668/353 9.66 © Bundesdruckerei Berlin