DE2223264A1 - Verbesserte Grundbauteile fuer Gussformen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

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Alchem Limited, Burlington, Oncario/Kanada

Verbesserte Grundbauteile für Gußformen und Verfahren

zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft Verbesserungen von Gußformen und Verfahren diese herzustellen, insbesondere ist sie auf verbe3serte Grundbauteile solcher Formen gerichtet und auf Verfahren, diese zu erzeugen-, wobei man einen feuerfesten Einsatz in ihrer oberen Oberfläche einbringt.

AlIo metallischen Gußblöcke werden aus Formen gegossen. Eine gebräuchliche Forir stellt die sogenannte "big end down" Form dar. Diese Formen ruhen auf Gerüsten, die man üblicherweise als "Stühle" bezeichnet. Die Stühle sind große, normalerweise rechteckige, fla-

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ehe Metallplatten, die normalerweise aus Gußeisen hergestellt sind und als Unterstützung für die Seiten der Form verwendet werden und auch natürlich den Bodenteil der Form darstellen. Die Seiten der Form verjüngen sich im allgemeinen im Durchmesser vom Boden biß zur Spitze. Andere Formtypen sind unter dem Namen "big end up" Formen bekannt. Sie stellen gußpfannenartige Behältnisse für das geschmolzene Metall dar, deren Bodenteil ein integraler, nicht entfernbarer Teil der Gesaratforra ist.

Verschiedenartige Probleme entstehen üblicherweise bei der Verwendung dieser Formen, inabesondere im Hinblick auf die Oberfläche ihrer Grundbauteile. Die ungeschützte Metalloberfläche wird in Gegenwart von geschmolzenen. Metallen, die auf ihre Oberfläche aufgesprüht werden, schnell angefressen und ausgebeult_vIn den Grundbauteilen werden große Unebenheiten durch die Kraft und hohe Temperatur hervorgerufen, die durch das fließende, geschmolzene Metall entwickelt wird, das mit der Oberfläche des Stuhles in Berührung kommt. Da viele Schmelzen im allgemeinen ungefähr 1,5o bis 3,ο m (5 bis 1o Fuß) hoch sind, muß das Metall zumindest aus dieser Höhe und ziemlich häufig aus sogar größeren Höhen gegossen werden. Hierdurch wird ein beträchtlicher Druck entwickelt. Durch eine derartige Kraft und bei einer Temperatur, die zumindest die Verflüssigungstemperatur des geschmolzenen Metalles i3t, bewirkt dos heiße geschmolzene Metall lochartige Vertiefungen in den Grundbauteilen. Darüber hinaus wird das Problem der Bildung von Gruben oder Löchern in den Grundteilen der Formen, die durch die vorstehend genannten Faktoren hervorgerufen werden, dadurch verschlimmert, daß das geschmolzene Metall, besonders in der Nähe des Bodens der Form, in seinem erodierenden, heißen, flüssigen Zustand für eine beträchtliche Zeit nach dem Gießen verbleibt.

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Das geschmolzene Metall hat nach Verfestigung zu einem Metallbarren eine Bodenform, die der unerwünschten, erodierten Oberflächenkonfiguration des Stuhles oder des Grundbauteiles der Form entspricht. Ein beträchtlicher Teil von Metallbarren geht deshalb durch das Abschneiden der unregelmäßig geformten Endstücke der Metallplatten verloren, wenn die Gußteile von der Form gezogen werden und anschließend zu Platten oder Walzenblöcken weiter verarbeitet werden. Dies ist natürlich in hohem Maße unerwünscht, da dies einen unerwünschten Verlust von verwendbarem Metall und ein Ansteigen von Ausschußmetall bewirkt, das anschließend wieder neu bearbeitet werden muß.

Ein anderes äußerst ernstes und kostspieliges Problem entsteht, wenn sich der Guß in der Form zu einem solchen Grad verfestigt hat, daß er sowohl von.den Seiten der Form als auch von seinem Grundbauteil oder Stuhl entfernt werden kann. In vielen Fällen, wenn die Oberfläche des Stuhles ungeschützt oder ungenügend geschützt ist, tritt Erosjon, wie vorstehend beschrieben, ein und der Gußblock hat eine größere Neigung an dem Stuhl fest anhaftend zu bleiben. Somit muß, nachdem die Seiten, der Form von dem Gußblock entfernt sind, was man normalerweise wirksam durch einen minimalen Überzugsfilm aus DberzugsmatRrialien erreichen kann, der Gußblock unter Kraftanwendung von dem Stuhl gelöst werden. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, daß dar Gußblock mit dem anhaftenden Stuhl angehoben wird und gegen einen anderen größeren Gegenstand geworfen wird, wodurch der Gußblock losgestoßen wird. In vielen Fällen werden Stuhl und Gußblock lediglich aus geeigneter Höhe auf den Boden fallen gelassen. In solchen Situationen wird der Stuhl oft in zwei oder mehrere kleinere Teile zerbrochen und kann anschließend nicht mehr zum Gießen anderer Gußblöcke verwendet werden. Auch hier sind die Ersatzkosten dieser Stühle hoch, was diesen Aspekt des

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Gußverfnhren3 unvorteilhaft nacht. Das gleiche Problem existiert auch im Hinblick auf die sogenannten "big end up" Formen, in denen die Gußblöcke ankleben, insbesondere an ihrer. Grundteil. Neue Formen dieses !Typs sind besonders gegen Ankleben empfindlich, was mit ihrer glatten Oberfläche zusammenhängt, die durch keine Metalloxydschicht oder durch Hammerschlag geschützt ist. Dann entsteht eine feste Metallbindung zwischen dein unteren Teil der Form und den Metallblöcken.

Das Reißen der Formen, insbesondere ihrer Grundteile, was auf die vorstehend besprochene rohe Behandlung zurückzuführen ist, die jedoch durch da3 Verkleben der Grundteile mit den Gußblöcken erforderlich ist, wird auch durch den Hitzeschock während der Bildung der Gußblöcke vergrößert. Ungeschützte oder ungenügend geschützte Formgrundoberflächen sind besonders empfindlich gegen solch zerstörerische Schockeinwirkung.

Der bisherige Stand der Technik umfaßt viele Lösungen, um die vorstehend beschriebenen Probleme im Zusammenhang mit dem Erodieren der Grundbauteile der Gußfornien zu mildern. Eine Anzahl von feuerfesten Überzügen ist vorgeschlagen worden, aber diese sind, nicht völlig befriedigend. Eine frühere Lösung betreffend das Erodieren der Gußformstühle schlug vor, feuerfeste Einsätze in den Boden der Form einzubringen, wobei dieser feuerfeste Einsatz das Erodieren verringern soll. Keramische Einsätze konnten nicht mit wirtschaftlichem Erfolg verwendet werden. Ihr Hauptnachteil besteht darin, daß infolge von Kapillarwirkung das geschmolzene Metall in den Raum zwischen dcim Einsatz und der Form eintritt und dazu neigt, den keramischen Einsatz aus seiner Höhlung horauszuzwingen. Wenn dies eintritt, befindet sich der keramische Einsatz oberhalb der oberen Oberfläche des Stuhles und hat

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die Neigung, von dem Gußbarren eingeschlossen zu werden. Dies bewirkt metallische Einschlüsse in dem Gußblock, was wiederum die teure Operation des "EndabschnGidens" erforderlich macht.

Die Möglichkeit, verbesserte Grundbauteile von Gießformen herzustellen, oder die Möglichkeit, erodierte Stühle zu reparieren, wodurch erhöhte Lebensdauer erreicht würde, ergäbe einen erheblichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik.

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Grundbauteile einer Gußform, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie eine rechteckige Platte aus Gußeisen enthalten, in deren oberer Oberfläche eine Höhlung gebildet ist, wobei in der Höhlung zumindest zwei unregelmäßig geformte Metallankerelemente fest auf der Oberfläche angebracht sind und die Höhlung mit einer gehärteten, hitzebeständigen, feuerfesten Komposition völlig ausgefüllt wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung feuerfester Einsätze, die in die obere Oberfläche eines Grundbauteils einer Gaßform eingebracht werden, wobei der Bauteil ursprünglich eine Höhlung in der Oberfläche enthält, oder worin die Oberfläche in Form einer Kühlung ausgeschliffen ist, und zumindest zwei unregelmäßige geformte Metallankerelemente in der Höhlung fest befestigt werden, die Höhlung mit thermisch resistentem, plastischen, feuerfesten Material gefüllt wird und dieses plastische, feuerfeste Material hitzegehärbet wird.

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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Besebreibung, zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, offenbar:

Fig. 1 ist eine horizontale Querschnitts-Seitenansicht einer erodierten Form, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren repariert worden ist;

Fig. 2 stellt eine Draufsicht auf einen erodierten Grundbauteil einer Gußform dar;

Fig. 3 stellt eine horizontale Sicht einer Höhlung dar und zeigt Z-förmige Metallankerelemente, die in der Höhlung befestigt sind.

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In den Zeichnungen., in denen gleiche Teile mit gleichen Nummern bezeichnet sind, ist ein Grundbauteil einer Gußform 1o von im wesentlichen rechteckiger Form, gezeigt. Dieser Grundbauteil oder Stuhl ist normalerweise von großer Dimension und wird aus Gußeisen hergestellt. Typische derartige Stühle können eine Dicke von 3o cm oder mehr und eine Lange von 1,2o m bis zu 1,8o m (4 bis 6 Fuß) erreichen. Stark erodierte Stühle können auf einen Durchmesser von etwa 9o cm (3 Fuß) und auf eine Tiefe von etwa 25 cm (1o inches) erodiert- werden» Im Falle derartiger Erosion werden solche Stühle normalerweise als nicht mehr brauchbar verworfen.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird,- hat der Stuhl 1o eine Höhlung 12, die auf der Oberseite des Stuhles 3 4 gebildet ist.

Die Zeichnungen zeigen 2 oder mehr unregelmäßig geformte Ankerelerne nte 18 in ihrer bevorzugten Z-förmigen Konfiguration, die an die Seitenwände 16 der Höhlung 12 befestigt 3ind. Die Z-Schrauben der Zeichnung sind an die Seitenwände 16 der Höhlung 12 mit Hilfe von Gewindeschrauben 2o, die in größeren. Detail in Fig. 3 gezeigt sind, verankert. Ein bequemes Verfahren der Verankerung der unregelmäßig geformten Z-Elemente besteht in der Verwendung von durch Zündpatronen betriebenen liageleinschlagwerkzeugen, welche die rasche Verankerung der Z-Elemente innerhalb der Höhlung erlauben.

Obgleich die Metallankerelemente in Z-förmiger Form gezeigt sind, können sie auch in anderer unregelmäßiger Form schlfingenförrciger Art vorliegen. So können z.B. korkenzieherartige Form, L-Forrn, V-Form und ähnliches ver-

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wendet werden.

Es wird bevorzugt, die unregelmäßig geformten Ankerelemente so zu verankern, daß ihr Grundteil, der die Höhlung des Stuhles berührt, mehr in der Ebene der Oberfläche als senkrecht dazu liegt. In anderen Worten ausgedrückt, ea ist nicht wünschenswert, Gewindeschrauben mit ihrem spitzen Ende in dem Grundbauteil zu befestigen, da das Ende der Schraube punktförmig die Wärme überträgt, wodurch ein heißer Fleck oder ein Brenneffekt hervorgerufen -würde, wenn der Oberteil einer derart igen.Schraube mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommt. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, berührt der Grundteil des Z-Elementes die Wandung der Höhlung, wodurch eine größere Wärmeübertragungsoberfläche erzeugt wird, um ein lokalisiertes, punktförmiges Erhitzen der Form auf ein Minimum herabzudrücken.

Nachdem die unregelmäßig geformten Metallankerelemente 18 in der Höhlung der Gußform angebracht sind, wird die Höhlung mit keramischem Material gefüllt, das in der Zeichnung die Nummer 22 trägt. Dieses plastische, feuerfeste Material soll hitzeresistent und härtbar sein, um eine dichte keramische Oberfläche zu bilden, die fähig ist, gegossenes; geschmolzenes Metall wie z.B. flüssigen Stahl aufzunehmen.

Wie bereits angegeben, haben die unregelmäßig geformten Metallankereleraente 18 vorzugsweise eine Z-Forra. Sie können innerhalb der Höhlung 12 in einer Vielzahl von Konfigurationen angebracht werden. Ihre Zahl sollte genügend groß sein, um einen guten Verankerungseffekt zwischen der Oberfläche der Höhlung 12 und dem plastischen, feuerfesten Material 22 zu erreichen.

Die plastischen, feuerfesten Materialien, die au3-

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sergewöhnliche Ergebnisse in der Anwendung der Erfindung ergaben, sind überwiegend aus Aluminiumoxyd zusammengesetzt und können andere Bestandteile, wie z.B.· anorganische Phosphate, kleinere Wassermengen, Ton und ähnliches enthalten. Diese sogenannten Aluminiumoxyd -Stampfgemische werden in der US-PS 3 547 ,664 beschrieben, wobei hier auch einige der gegen sie gerichteten Entgegenhaltungen besprochen sind. Ein bevorzugtes Stampfgemisch des Typs, wie er in dieser Patentschrift beschrieben wird, hat die folgende Zusammensetzung:

Gew.-^

Tafelförmiges Aluminiumoxyd 3» 33 rom ( 6 mesh) 6o Kalziniertes Aluminiumoxyd -o,o44 mm(-325 mesh) 28 Zyanit o,295 iran( 48 mesh) 5

Kaolintonerde „3

Phosphorsäure (85#ig) H₅PO. 4

keramische Paser 0.12

Wasser · 4

Zusammensetzungen des vorstehenden Typs werden mit pneumatischen Mitteln oder ähnlichem in die Höhlung der Form «?ingestampft, die zuvor mit den unregelmäßig geformten Metallankerelementen versehen worden war. Zusätzlich zu den keramischen Materialien der vorstehenden Art können im Rahmen der Erfindung auch andere keramische Materialien verwendet werden, soweit diese derart thermisch resistent sind, um mit dem geschmolzenen Metall in Berührung zu koirmen.

Nachdem die Höhlung 12 gefüllt worden ist, wird das plastische, feuerfeste. Material 22 mit Wärme behandelt, um das feuerfeste Material in einer einheitlichen Form zu binden. Derart behandelte Formen sind wieder in den Dienst gestellt worden und haben in vielen Fällen ei-

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ne weitaus höhere Lebensdauer erreicht, als bei Verwendung von neuen gußeisernen Stühlen erreicht wird.

Es ist offenbar, daß die Verfahren, die für die Reparatur erodierter Stühle beschrieben sind, für die Herstellung neuer Stühle verwendet werden können. Zur Herstellung neuer Stühle wird ein gußeiserner Stuhl hergestellt, der in seinem oberen Teil eine geeignete Höhlung, ähnlich der zuvor genannten Höhlung 12, enthält. Innerhalb der Höhlung werden die unregelmäßig geformten Metallankerelemente 18 befestigt und anschließend wird das plastische, feuerfeste Material 22 in die Höhlung eingebracht. Sofern geeignete Gießvorrichtungen vorhanden sind, können die unregelmäßig geformten Metallankerelemente in die vorgebildete Höhlung eher durch den ursprünglichen Gießprozeß, als durch die Verwendung eines nachfolgenden Verankerungsprozesses eingebracht werden.

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Claims (7)

1. .Patentansprüche

   1 . Verbessertes Grundbauteil von Gußformen, dadurch

   gekennzeichnet , daß es aus einer rechteckigen Platte aus Gußeisen besteht, in deren oberer Oberfläche eine Höhlung gebildet ist, worin zumindest zwei unregelmäßig geformte Metallankerelemente fest auf der Oberfläche angebracht sind und die mit einem gehärtete/i, hitzeresistenten, feuerfesten Material völlig angefüllt ist.
2. 2. - Verbessertes Grundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallankerelemente Z-förciig sind und mit dem Unterteil des Z-förmigen Elements an der Gußformoberfläche anliegen»
3. 3. Verbessertes Grundbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallankerelemente in der Höhlung der der Platte aus Gußeisen angegossen sind.
4. 4» Verbessertes Grundbauteil nach einem der Ansprüche

   1 , 2 oder 3, dadurch gekennze ichnet , daß das hitseresistente, feuerfeste Material eine gehärtete Aluüiiniumstampfmasse ist.
5. 5. Verfahren zur Herstellung feuerfester Einsätze, die

   in die obere Oberfläche eines Grundbauteils einer Gußform eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem ursprünglich eine Höhlung in der. Oberfläche enthaltenden Bauteil oder indem die Oberfläche in Form einer Höhlung ausgebe}liffen wurde, zumindest zwei unregelmäßig geformte Metallankerelemente in der Höhlung befestigt werden, die Höhlung mit thermisch restistehtem, plastischen,

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   feuerfesten Material gefüllt wird und dieses plastische, feuerfeste Material hitzegehärtet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch g e kennze lehne t , daß die unregelmäßig geformten Metallankerelemente Z-förmig sind und mit ihrem Grundteil die Oberfläche der Gußform berühren.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische, aus feuerfestem Material bestehende Komposition eine Aluminiumoxyd enthaltende Stampfmasse ist.

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