DE1458190A1

DE1458190A1 - Auskleidung fuer Giessformen und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE1458190A1
Application number: DE19631458190
Authority: DE
Inventors: Geer Hans Holmar De; Edstroem John Olof
Original assignee: Sandvikens Jernverks AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1962-10-29
Filing date: 1963-10-28
Publication date: 1969-02-06
Also published as: GB977191A; US3297296A

Description

A 48363 28. Oktober I963

EM/P/MU/Zr

Firma Sandvikens Jernverks Aktiebolag, Sandviken / Schweden

Auskleidung für Gießformen und Verfahren zu deren Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf Auskleidungen für Gußformen zum Gießen von Stahl und/oder anderen Metallen und insbesondere auf einen Blockformaufsatz. Diese Auskleidungen oder Aufsätze bzw. Warmhauben haben ein hohes Isolierungsvermögen und einen niedrigen Wärmeinhalt und bilden eine verhältnismäßig dünne Isolierschicht zwischen dem gegossenen Metall und einer äußeren Tragkonstruktion. Bei Blockformen wird die Auskleidung oft innerhalb des oberen Teils der Form eingesetzt und durch Wände der Form getragen, in welchem Falle die Auskleidung vorzugsweise aus einzelnen Platten zusammengesetzt ist. Ein Aufsatz

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kann ferner auf das obere Ende der Blockform aufgesetzt und durch eine gesonderte Tragmuffe getragen werden, in welchem Falle die Auskleidung zweckmäßig die Form, einer sich nach oben verjüngenden einteiligen Haube hat. Ferner sind andere Anwendungsformen der Erfindung für Gießzwecke möglich. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung der Auskleidung.

Die Erfindung ist besonders auf Auskleidungen oder Blockformaufsätze gerichtet, die ein feuerfestes feinkörniges Material enthalten, das mit einem geringeren Teil organischen, vorzugsweise faserhaltigen Materials, einem Bindemittel, gewöhnlich Leim, und gegebenenfalls einem feuerfesten Fasermaterial gemischt ist.

Der Hauptzweck von Auskleidungen bei Gießformen besteht darin, das Erstarren des gegossenen Metalls zu verzögern. Besonders beim Blockgießen ist es wichtig, das Erstarren des oberen Teils des Gußblockes zu verzögern, um Lunkerbildungen und Seigerungen soweit wie möglich auf die obere Fläche des Blockes zu begrenzen. Für diesen Zweck soll die Warmhaube gute Wärmeisolierungseigenschaften und vorzugsweise auch einen geringen Wärmeinhalt haben. Ferner soll sie eifie ausreichende mechanische Festigkeit haben,

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um einen Bruch beim Lagern und Handhaben zu vermeiden. Die Festigkeit muß bis zur Hitzebeständigkeit gehen, so daß die Warmhaube nicht schwelt oder bricht und sich Teile derselben nicht mit dem gegossenen Metall vermischen. Es ist ferner wichtig, daß die Warmhaube eine Zusammensetzung hat, bei der eine möglichst geringe innere Gasbildung innerhalb der Warmhaube stattfindet.

Die Erfindung bringt eine Verbesserung gegenüber den bisher bekannten Auskleidungen in der erwähnten Hinsicht, und eine erfindungsgemäße Auskleidung hat folgende Zusammensetzungsbereiche in Gewichtsprozenten,bezogen auf Trockensubstanz: 3-30 # organisches, wärmeisolierendes, vorzugsweise faserhaltiges Material, wie Papierpulpe, 1 - 20 % eines Bindemittels, vorzugsweise Klebstoff, z. B. organischer Kleber, bis zu 10 % feuerfestes Fasermaterial, wie Asbest, bis zu 40 - 93 % feinkörniges, zumindest ira wesentlichen feuerfestes Material mit einer Schüttdichte in ünveräiehtetem trockenem Zustand von mehr als 0,5 kg/l, wie ÖliviniSiliciumdioxyd, Silicate, Magnesiumoxyd, Schlacke und dgl., und'"2 - 60 % zumindest im wesentlichen feuer- . festes feinkörniges Material, dessen Körner porös und wSrmeisolierend sind und in unverdientetem trockenem Zustand eine Schüttdichte unter 0,5 kg/l hat> wie Infusorienerde,

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Vermiculite und dgl.

Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, ist es wichtig, daß die Zusammensetzung die oben erwähnten Bereiche hat. Die Erfindung bezieht sich besonders auf die Wirkung des porösen feuerfesten Materials, welches, wie sich herausgestellt hat, einen wesentlichen Einfluß auf die gewünschte niedrige Wärmeleitfähigkeit und den niedrigen Wärmeinhalt hat.

Hierbei ist zu erwähnen, daß die Schüttdichte des feinkörnigen feuerfesten Materials, sowohl der schwereren als auch der leichteren Fraktion derselben, mit Bezug auf die Eigenschaft des Materials vor der Herstellung der Auskleidung und vor der Vermischung mit irgendeinem anderen Material bestimmt wird. Zur Bestimmung dieser Schüttdichte wird angenommen, daß das Material im Zustand geraessen wird, der erhalten wird, wenn es frei in einen Behälter ohne Verdichtung und im trockenen Zustand geschüttet wird, im Gegensatz zum spezifischen Gewicht oder Korngewicht, das nach Verdichten festgestellt wird.

Um den Gehalt an organischem, brennbarem Material für verschiedene Auskleidungen mit verschiedenen Verhält-

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nissen zwischen dem schweren und dem leichten feuerfesten Material im wesentlichen gleich bzw. ähnlich zu halten, soll das relative Gewicht des brennbaren Materials in Zusammensetzungen größer sein, in welchen die Menge des leichteren feuerfesten Materials im Verhältnis zu dem schwereren feuerfesten Material größer ist. Dies bedeutet, daß die prozentualen Bereiche für das organische Material näher ihren oberen Grenzen kommen, wenn die Menge des porösen feuerfesten Materials verhältnismäßig groß ist.

Wie erwähnt, soll das leichte poröse feuerfeste Material eine Schüttdichte haben, die 0,5 kg/l für trockenes unverdiehtetes Material nicht überschreitet. In der Regel soll die Schüttdichte geringer als 0,3 kg/l und oft geringer als 0,2 kg/l sein. Pur diesen Zweck hat sich Infusorienerde, wie Diatoraeenerde oder Kieselgur, bestehend aus kleinen, porösen Körnern, mit einer Schüttdichte von weniger als 0,2 kg/l als geeignet erwiesen. Andere ähnliche feuerfeste und wärmeisolierende Materialien mit porösen Körnern sind Vermiculite, bestimmte poröse Schlacken und Materialien mit einer künstlich erreichten Porosität,wie Siliealeichtsteine, Zirkonleichtsteine und dgl. Der Gehalt des feuerfesten porösen Materials soll innerhalb der Grenzen 2 - 60 % liegen. Die Menge soll vorzugsweise, u. a. mit Bezug auf die gewöhnlich verhältnismäßig hohen Kosten

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dieses Materials, in dem unteren Teil dieses Bereichs, d. h. zwischen 2 und 20 % und vorzugsweise zwischen j5 und 15 % gehalten werden.

Als feinkörniges schweres feuerfestes Material können Olivin, Siliciumdioxyd und Silicate, Magnesiumoxyd, Plugasche, Schlacken, Kugelmühlenstaub und andere Materiale mit einer Schüttdichte über 0,6 kg/l, im allgemeinen über 0,8 kg/l und oft über 1,0 kg/l verwendet werden. Bestimmte Materialien, wie Hochofenschlacke, sind innerhalb der tatsächlichen Temperaturbereiche nicht völlig feuerfest, haben jedoch für den vorliegenden Zweck eine ausreichende Hitzebeständigkeit. Als Beispiel für Kugelmühlenstaub kann der Kugelmühlenstaub erwähnt werden, der bei der Aluminiumherstellung erhalten wird. Das schwere Material ist im allgemeinen nicht porös oder hat im wesentlichen keine Porosität. Die Menge dieses Materials soll 40 - 93 % betragen. Ein geeigneter Bereich ist 60 - 90 %, vorzugsweise 70 - 90 %.

Unter der Bezeichnung "feuerfestes Material" sind Materialien mit einem ausreichend hohen Schmelzpunkt zu verstehen, so daß die Auskleidung oder der Aufsatz bzw. die Warmhaube in einer starren Form und Stellung gehalten wird, damit sie ihre Punktion beim Gießen erfüllen kann. Im all-

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gemeinen liegt der Schmelzpunkt der erwähnten Materialien über den tatsächlich auftretenden Temperaturen, jedoch kann in bestimmten Fällen ein etwas niedrigerer Schmelzpunkt für mindestens einen der· feuerfesten feinkörnigen Bestandteile -zugelassen werden, besonders wenn die Gießzeit kurz ist.

Erfindungsgeniäß ist wie erwähnt die Verwendung von zwei Arten von feuer fest ein, feinkörnigem Material vorgesehen, von denen das eine eine verhältnismäßig hohe Schüttdichte und Kömer rait keiner oder nur einer geringen Porosität hat, wSlireM das andere Material eine verhältnismäßig niedrige Schüttdichte und poröse Körner hat. Der Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen den zwei Arten von Materialien kann klein sein oder überhaupt nicht bestehen, da die Porosität 4^r Körner die geringere Schüttdichte in dem leichteren Material bestimmen. Die Körner des schwereren Materials ergeben keine so gute Wärmeisolierung, wie die porösen Körner des leichteren Materials, die Körner des schweren Materials haben jedoch andererseits eine größere mechanische Festigkeit. Daher wirken die beiden Bestandteile des feuerfesten feinkörnigen Materials in der Weise zusammen, daß der Warmhaube sowohl eine gute Wärmeisolierung als auch' mechanische Festigkeit gegeben wird.

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Die Zusammensetzung soll ferner eine geeignete Menge von wärmeisolierendem organischem Material enthalten, das gewöhnlich eine faserhaltige Struktur hat. Geeignete Fasermaterialien sind Papier, Papierpulpe, feinvermahlenes Abfallpapier und dgl. Ferner können feinverteiltes Sagemehl und nichtfaserhaltige Materialien, z. B. Kork, verwendet werden. Der Gehalt an diesem Material soll 3 - 30 %₃ im allgemeinen 4 - 15 % und vorzugsweise 4 - 12 % sein.

Um die Bestandteile der Auskleidung mit einem zugesetzten Bindemittel zusammenzuhalten, wird gewöhnlich ein Kleber, wie synthetischer oder natürlicher Harzleim, welcher härtbar sein kann, verwendet. Wenn der Kleber härtbar ist, kann das Härten in Verbindung mit dem Trocknen des Aufsatzes geschehen. Die Menge des Bindemittels soll 1 - 20 %, im allgemeinen 2 - 10 % und vorzugsweise 2 - 6%, bezogen auf die Trockensubstanz des Klebers, betragen.

Es ist oft zweckmäßig, eine bestimmte Menge von faserhaltigem, feuerfestem, wärmeisοHerendem Material, wie Asbest, Steinwolle oder dgl. zu verwenden, um den Zusammenhang und die mechanische Festigkeit der Auskleidung zu erhöhen. Dieser Bestandteil kann eine Menge bis zu 10 %, im allgemeinen bis zu 5 % haben und vorzugsweise innerhalb

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des Bereichs von 0,5 - 4■% liegen.

Ein erfindungsgemäßer Aufsatz kann z. B. folgende Zusammensetzung haben: 3 - 15 % feinkörniges, feuerfestes poröses Material j 72 - 87 % feinkörniges, schwereres,feuerfestes Material, 4 - 10 % organisches faserhaltiges Material, 2 - 8 % Kleber und bis zu 5 % faserhaltiges feuerfestes Material. Andere Beispiele einer erfindungsgemäßen Auskleidung sind: I. 10 % Diatomeenerde, 8 % vermahlenes Papier, 5 % Leim, 2 % Asbest und 75 % Olivin. II. 15 % Diatomeenerde, 9 % vermahlenes Papier, 4 .% Kleber, 1 % Asbest und 7.1 % Olivin. III. 5 % Diatomeenerde, 7 % vermahlenes Papier, 5 % Kleber, 1,5 # Asbest und 83,5 $ Olivin. IV. 50 % Diatomeenerde, 5 % Kleber, 10 %, Papierpulpe, 3 % Asbest und ^2 % Olivin. ■■■.-·.

Bei der Herstellung der Auskleidung werden die Bestandteile gründlich miteinander vermischt und in die gewünschte Form gebracht. Das Formen geschieht zweckmäßig durch Vermischen der Bestandteile mit einer Flüssigkeit^ zweckmäßig Wasser, zu einem Schlamm, welcher auf einer \_;>Filterform gefiltert wird:, welche die Gestalt der h^erzur· stel!enden Auskleidung hat. Das Filtern soll vorzugsweise unter Druck oder Saugwirkung stattfinden. Der Schlamm setzt sich dann auf das Filter ab, und wenn die Ablagerung die

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gewünschte Dicke erreicht hat, wird der entstandene Kuchen von Filter entfernt und getrocknet. Es ist auch möglich, die Bestandteile zu einem Kuchen ohne den Filterprozeß zu pressen, jedoch hat sich bisher die Herstellung eines Schlamms und dessen Filtern als zweckmäßiger erwiesen.

Für besondere Zwecke kann der Zusammensetzung eine noch bessere Fähigkeit gegeben werden, die Erstarrung des Metalls zu verzögern, und zwar dadurch, daß eine wärmeerzeugende Masse zugesetzt wird, so· daß nicht nur von der Wärmeisolierungseigenschaft der Auskleidung Gebrauch ge- . , macht wird, sondern diese auch als Wärmequelle dient. Für diesen Zweck kann eine exotherme Masse der oben erwähnten Wärmeisolierungsmasse zugesetzt werden. Die exotherme Masse kann z. B. ein leicht oxydierbares Material, wie Aluminium, ein Oxydiermittel, wie Oxyde von Mangan oder Eisen und gegebenenfalls auch ein Zündmittel, wie Fluorid, sein. Diese exotherme Masse wird vorzugsweise in ziemlich kleinen Mengen, z. B. 10 Gewichtsprozent, der Wärmeisolierungsmasse zugesetzt.

Die Wärmeisolierungseigenschaften der erfindungsgemäßen Auskleidung haben in Kombination mit anderen geeigneten Eigenschaften, besonders der hohen mechanischen

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Festigkeit, es ermöglicht, sehr dünne Platten für Blockformaufsätze zu verwenden. Die Dicke kann innerhalb des Bereiches von 6 - JO ram, gewöhnlich 8 - 20 mm liegen, wobei die Dicke von der Größe des Blockes abhängt. Die durch die Erfindung erzielte hohe Wärmeisolierung zeigt sich in dem Umstand, daß eine Auskleidung von einer so geringen Dicke wie erwähnt gegen die Seiten einer Blockform oder einer Gußeisenmuffe, die am oberen Ende einer Blockform angebracht ist, angelegt und an ihrer Außenseite durch einen guten Wärmeleiter, wie Gußeisen, abgestützt werden kann und trotzdem eine ausreichende Wärmeisolierung für den Gießkopf gewährleistet.

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Claims

Patentans prüohe

1. Auskleidung zur Wärmeisolierung von Gußformen zum Gießen von Metallen, insbesondere Warmhaubenauskleidung für Stahlblockformen, wobei die Auskleidung in Gewichtsprozent, bezogen auf eine Trockensubstanz, 3 - j5O % organisches, wärmeisolierendes, vorzugsweise faserhaltiges Material, wie Papier, Papierpulpe und dgl., 1 - 20 % Bindemittel, vorzugsweise Kleber, wie organischer Kleber und dgl., bis zu 10 % eines faserhaltigen feuerfesten Materials, wie Asbest und dgl., sowie 40 - 93 % feinkörniges, zumindest im wesentlichen feuerfestes, relativ schweres Material, das in unverdichtetem trockenem Zustand eine Schüttdichte über 0,6 kg/l aufweist, etwa Olivin und dgl., enthält, gekennzeichnet durch einen Gehalt an zusätzlich 2 - 60 % feinkörnigem, verhältnismäßig leichtem,zumindest im wesentlichen feuerfestem Material mit porösen Körnern, das in unverdientetem trockenem Zustand eine Schüttdichte unter 0,5 kg/l aufweist, etwa Infusorienerde und dgl.

2. Auskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste poröse Material eine Schüttdichte unter 0,3 kg/l aufweist.

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J5. Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste poröse Material eine Schüttdichte unter 0,2 kg/l aufweist.

4. Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste, relativ schwere Material eine Schüttdichte über 0,8 kg/l aufweist.

5. Auskleidung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste, relativ schwere Material eine Schüttdichte über 1,0 kg/l hat.

6. Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 60 - 90 %, vorzugsweise 7Q - 90 % schwerem feinkörnigem und feuerfestem Material.

7. Auskleidung nach einem der vorangehenden Aar Sprüchen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 4 - 15 %, vorzugsweise 4 -12 %, organischem, wärmeisolierendem Material-

8. Auskleidung nach einem der vorangehenden An-

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Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der organische wärmeisolierende Bestandteil aus faserhaltigem Material, wie Papier, Abfallpapier, Papierpulpe und dgl., besteht.

9« Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 2 - 10 %, vorzugsweise 2 - 6 % Kleber.

10. Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kleber ein Kunstharz verwendet ist.

11. Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch bis zu 5 %> vorzugsweise 0,5 - 5 % feuerfestes Pasermaterial wie Asbest, Steinwolle oder dgl.

12. Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 3 - 15 % feinkörniges, hitzebestandiges, poröses Material, 72 - 87 % feinkörniges, schwereres, hitzebestandiges Material, 4 - 10 % organisches Fasermaterial, 2 - 8 % Kleber und bis zu 5 % hitzebestandiges Pasermaterial·.

13· Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gehalt von bis zu 10 % einer exothermen Masse.

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14. Verfahren zur Herstellung einer Auskleidung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 3 - 30 % organisches, wärmeisolierendes, vorzugsweise faserhaltiges Material, wie Papier, Papierpulpe und dgl., 1 - 20 % Bindemittel, wie organischer Kleber und dgl., 0 - 10 % eines faserhaltigen, feuerfesten Materials, wie Asbest und dgl., 40 - 93 % feinkörniges, feuerfestes, verhältnismäßig schweres Material, das in unverdiehtetem trockenem Zustand eine Schüttdichte über 0,6 kg/l, wie Olivin und dgl., hat, 2 - 60 % feinkörniges, verhältnismäßig leichtes, feuerfestes Material, dessen Körner porös sind und in unverdiehtetem trockenem Zustand eine Schüttdichte unter 0,5 kg/l, wie Infusorienerde und dgl., hat, miteinander vermischt und in die gewünschte Form gebracht werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, zu einem Brei vermischt wird, welcher auf einem Filter gefiltert wird, das eine Form entsprechend der gewünschten Form der Auskleidung hat, der Brei auf dem Filter bis zur gewünschten Dicke niedergeschlagen und, dann der durch die Ablagerung des Breies entstandene Kuchen vom Filter entfernt , und getrocknet wird.

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l6. Verfahren nach Anspruch 15 zur Herstellung einer Auskleidung, die einen härtbaren Kleber enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber gleichzeitig mit dem Trocknen des Aufsatzes gehärtet wird.

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