DE1287263B

DE1287263B - Verfahren zum Herstellen kleiner Ferrolegierungsgussstuecke und Giessform zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1287263B
Application number: DEJ29703A
Authority: DE
Inventors: Tachimoto Dazuo; Akagawa Tsugio; Kamoshida Tsugio Yokohama
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1964-12-26
Filing date: 1965-12-23
Publication date: 1969-01-16
Also published as: FR1466629A; US3429362A; GB1075810A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen kleiner Ferrolegierungsgußstücke und eine Gießform zur Durchführung des Verfahrens, die mehrere in gleichem Abstand in die Form vorstehende Rippen aufweist. _

Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen kleiner Ferrolegierungsgußstücke bekannt, bei dem mehrere nebeneinander und hintereinander in Quadratform angeordnete Rippen mit der Querschnittsform eines Dreiecks die Trennung der einzelnen, hierdurch gebildeten kleinen Gußblöcke voneinander erleichtern sollen. Die ganze Form wird mit flüssigem Guß so hoch aufgefüllt, daß durch die Rippen begrenzte pyramidenstumpfförmige Teile mit einer darüberliegenden, durchgehenden Schicht einstückig ausgebildet werden. Bei einem so großen, zunächst einheitlichen Gußstück sind naturgemäß die .Schrumpfspannungen nach dem Erkalten verhältnismäßig groß, so daß es bei dem darauffolgenden Zerkleinern nicht nur an den durch die Rippen gebildeten Sollbruchstellen bricht, sondern in unkontrollierbarer Weise auch an anderen Stellen. Daher entsteht verhältnismäßig viel Ausschuß mit Teilen, die kleiner oder größer sind als die beabsichtigten Gußblöckchen.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß sich der verhältnismäßig große Gußblock schwer aus der Form lösen läßt. Daher ist es in aller Regel erforderlich, dies durch Schläge mit einem Hammer auf die Rückseite der Form durchzuführen, wobei bereits Risse entstehen, die nicht dem Verlauf der Rippen folgen. Dieses erschwerte Herauslösen des Gußstückes aus der Form ist auch darauf zurückzuführen, daß. die pyramidenstumpfförmigen Teile allseitig von den Rippen ummantelt sind und daß das Gußstück eine größe Breite aufweist, so daß die Schrumpf spannungen auch in dieser Richtung große Werte annehmen.

Schließlich zeigt das bekannte Verfahren auch noch den Nachteil, daß es sich nur schwer automatisieren läßt und daher praktisch nur für verhältnismäßig kleine Stückzahlen geeignet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, daß ein leichtes Herauslösen des Gußstückes aus der Form, ein leichteres und genaueres Trennen der einzelnen Gußblöckchen voneinander sowie eine leichte Automatisierung der Fertigung gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß mehrere parallel zueinander liegende Stangen gleichzeitig miteinander gegossen werden, wobei nur so viel Schmelze in die einzelnen Hohlräume für die einzelnen Stangen gegossen wird, daß diese nicht miteinander kommunizieren, worauf die Stangen in an sich bekannter Weise an Umgebungsluft gekühlt und bei einer Temperatur von nicht unter 700° C aus der Form genommen, weiter an Umgebungsluft gekühlt und sodann in noch warmem Zustand auf eine harte Unterlage fallengelassen werden. Wesentliche Schrumpfspannungen entstehen dadurch nur in Längsrichtung der Stangen im Sinne einer Trennung an den durch die Rippen gebildeten Sollbruchstellen. Die Stangen lassen sich auch sehr viel leichter aus der Form herauslösen als die bekannten Gußstücke. Dabei liegt die Produktionsgeschwindigkeit aber nicht niedriger als bei dem bekannten Verfahren, weil ja mehrere beliebig viele Stangen parallel zueinander angeordnet sein können, wodurch eine vergrößerte Schrumpfspannung nicht zu befürchten ist wie bei dem bekannten Verfahren. Obschon die Höhe der Rippen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr viel geringer gewählt werden kann als bei dem bekannten, erfolgt der Bruch mit sehr viel größerer Genauigkeit stets an der Sollbruchstelle. Es ist vorgesehen, daß mehrere Stangen gleichzeitig mittels einer gemeinsamen Gießwanne mit mehreren Gießrinnen gegossen werden. Gegenüber dem beo kannten Verfahren ist die Zahl der Gußstücke zwar vervielfacht, die Arbeitsgeschwindigkeit kann jedoch ganz erheblich gesteigert und die Fertigung rationalisiert werden. Für jede Stange ist eine Gießrinne vorgesehen, jedoch ist zum Füllen der Gießwanne nur eine einzige Gießpfanne erforderlich.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß Gießen in an sich bekannter Weise kontinuierlich durchzuführen, indem die Gießformen unter der Gießpfanne in ihrer Längsrichtung bewegt werden. Die Gießformen so können dabei miteinander verbunden sein und eine endlose Kette bzw. einen Zug bilden, der in einer Richtung umläuft, wobei natürlich die Geschwindigkeit der endlosen Kette oder des Zuges der Durchflußgeschwindigkeit der Gießwanne angepaßt wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Zerbrechen der Stangen in einem Trommelsieb vorgenommen werden.

Wie bereits erwähnt, können die Rippen der Gießform durch das erfindungsgemäße Verfahren weniger hoch gehalten sein als bei dem bekannten, so daß das Verhältnis der Querschnittsfläche der Stange im höchsten Punkt der Rippen zur Querschnittsfläche im rippenlosen Teil der Stange zwischen 0,35 und 0,7 liegen kann. Dabei können die Rippen nur an den Seitenwänden oder auch durchgehend angeordnet sein.

Im weiteren werden die als Masseln zu Stangen verbundenen Einzelgußstücke der Einfachheit halber als aus »Stangenabschnitten« und »Ansätzen« zusammengesetzt bezeichnet, wobei es sich bei den Stangenabschnitten um die kleinen Gußstücke handelt, die schließlich als Endprodukt gewonnen werden sollen. Die »Ansätze« bilden sich an beiden Enden eines Stangenabschnitts oberhalb der Rippen. •45 Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Hinweis auf die Zeichnung, aus der ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Gießform ersichtlich ist. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf eine beispielsweise, für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Form, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A -A in F ig. 1, F i g. 3 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 5-BinFig. 1,

F i g. 4 einen Schnitt in vergrößerter Darstellung längs der Linie C-C in F i g. 1,

F i g. 5 eine Draufsicht, die die Verbindung zwischen den Gießformen erkennen läßt, F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie D-D in F i g. 5. In den Fig. 1 und 2 sind mit 1 eine Gießform, mit 2 ein Gießhohlraum, mit 3 eine Rippe, in den F i g. 5 und 6 mit 4 weitere Gießformen, mit 5 eine Gießwanne und mit 6 Gießrinnen (F i g. 6) bezeichnet.

(a) Beispiel für Ferromangan

In den Hohlraum 2 der Gießform 1 (F i g. 1 und 2) wurde schmelzflüssiges Ferromangan mit der in

Tafel 1 genannten chemischen Zusammensetzung gegossen. Die mit »nach dem ersten Fallenlassen« und »nach dem zweiten Fallenlassen« bezeichneten Zeilen nach Tafel 2 stellen das Ergebnis eines wiederholten Fallenlassens der Stangen aus einer Höhe von 1500 mm auf eine 10 mm dicke Stahlplatte dar. Nach zweimaligem Fallenlassen waren also keine zwei noch miteinander verbundenen Stangenabschnitte vorhanden, die das gewünschte Endprodukt darstellen. Insgesamt 97,7 Gewichtsprozent der voneinander getrennten Stangenabschnitte (94,6 Gewichtsprozent) und anfallenden Bruchstücke (3,1 Gewichtsprozent) blieben auf einem Sieb mit 20 mm Maschenweite liegen. 2 Gewichtsprozent waren Bruchstücke unter 20 mm Maschenweite, und nur 0,25 Gewichtsprozent bestanden aus unbrauchbaren Bruchstücken, die durch ein Sieb mit 4 mm Maschenweite durchfielen.

(b) Beispiel Silizium—Mangan

20

In den Hohlraum 2 wurde schmelzflüssiges Silizium—Mangan mit der chemischen Zusammensetzung nach Tafel 3 gegossen. Die in Tafel 4 »vor dem Fallenlassen« bezeichnete Zeile gibt den Zustand an, in dem die Stangenabschnitte in dem Augenblick getrennt wurden, als sie als Masseln aus der Gießform 3 Minuten nach dem Gießen herausgenommen wurden. Die mit »nach dem ersten Fallenlassen«, »nach dem zweiten Fallenlassen« und »nach dem dritten Fallenlassen« nach Tafel 4 bezeichneten Zeilen geben das Ergebnis eines mehrfach wiederholten Fallenlassens des Stangenmaterials aus einer Höhe von 1500 mm auf eine 10 mm dicke Stahlplatte wieder.

Die Überschrift in Tafel 4 »Stangenabschnitte in Ketten von mehr als zwei Abschnitten« bezieht sich nicht nur auf Stücke aus zwei oder mehr ganzen Stangenabschnitten, sondern auch auf aus einem oder mehreren Stangenabschnitten und einem Teilabschnitt, der zwischen den Ansätzen in der Mitte gebrochen wurde, zusammengesetzten Stücken. Hierbei wurde ein nicht getrennter Stangenabschnittsteil als halber Abschnitt gewählt.

Bei diesem Beispiel wurden die meisten Stangenabschnitte beim zweiten Fallenlassen voneinander getrennt, und ein weiteres Wiederholen dieses Vorgangs führt zu einem erhöhten Aufbrechen der einzelnen Stangenabschnitte selbst. Es ist also hierbei zu empfehlen, das Material nach jedem Fallenlassen abzusieben, so daß nur die aus zwei oder mehr Stangenabschnitten bestehenden Brocken übrigbleiben und erneut fallengelassen werden. Bei dem in Tafel 4 erläuterten Versuch wurden nur die Stangenabschnitte und Bruchstücke, die von einem Sieb mit 20 mm Maschenweite zurückgehalten wurden, weiteren Fallvorgängen ausgesetzt; Das Ergebnis dieser drei Fallvorgänge zeigt, daß 97,5 Gewichtsprozent des endgültig erhaltenen Materials aus Stangenabschnitten in Ketten von mehr als zwei Abschnitten (5,1 Gewichtsprozent), einzelnen Stangenabschnitten (78,4 Gewichtsprozent) und Bruchstücken über 20 mm Maschenweite (14 Gewichtsprozent) gesammelt werden konnten. 1,4 Gewichtsprozent lagen unter 20 mm Maschenweite, und nur 1,10 Gewichtsprozent unter 4 mm Maschenweite mußten als Verlust hingenommen werden.

Wie die Beispiele deutlich zeigen, brechen die der Gießform entnommenen Stangen auf und werden in einzelne oder zusammenhängende, d. h. Gußstücke vorbestimmter Größe, sowie ein paar Bruchstücke getrennt, indem man sie fallen läßt. Zusätzliche mechanische oder Handbearbeitung zur Herstellung kleiner Gußstücke ist nicht notwendig, abgesehen davon, daß in gewissen Fällen ein Absieben vorteilhaft ist. Wie in den Tafeln 2 und 4 gezeigt, kann die Ausbeute oder der Anteil der Gewichtsprozente der voneinander getrennten Stangenabschnitte und der Bruchstücke, z. B. denjenigen über 20 mm Siebmaschenweite, über 97 Gewichtsprozent (nämlich 94,6 und 3,1 Gewichtsprozent, Tafel 2) oder 92 Gewichtsprozent (nämlich 78,4 und 14 Gewichtsprozent, Tafel 4) liegen, wenn man das Fallenlassen mehrere Male wiederholt. Die Ausbeute kann über 99 Gewichtsprozent liegen, wenn die Bruchstücke über 4 mm Siebmaschenweite mitgezählt werden, wobei der unbrauchbare Verlust (unter 4 mm Maschenweite) dann weniger als 0,5 Gewichtsprozent (Tafel 2) beträgt.

Bei einem anderen Versuch wurde festgestellt, daß der Anteil der Bruchstücke mit Untergröße sich nur wenig ändert, selbst wenn man eine Fallhöhe von 1800 mm wählt.

Der Verfahrensabschnitt des Fallenlassens kann in Anpassung an die Bedingungen des Einzelfalls verändert werden, vorausgesetzt, daß man Faktoren, wie die schmale Ausbildung der Ansätze, insbesondere deren Tiefe, die Sprödigkeit des Materials, die gewünschte Größe der Einzelabschnitte bzw. der kleinen Gußstücke und deren Toleranzen oder das Gewicht der Masseln richtig einschätzt. Zum Beispiel können die Masseln einfach auf Betonfußböden fallengelassen werden. Es können auch Trommelsiebe oder Putztrommeln entsprechenden Durchmessers angewandt werden. Die Anwendung von Trommelsieben hat einen weiteren Vorteil, da dann das Sieben von gebrochenen oder abgetrennten Stücken automatisch durchgeführt wird.

Besonders wichtig für das erfindungsgemäße Verfahren ist:

(a) Die Gestalt der Gießform,

(b) die mit dem Abkühlen nach dem Gießen verbundenen Maßnahmen und

(c) die Temperatur der Ferrolegierungsmasseln zum Zeitpunkt der Entnahme aus der Gießform.

Diese Merkmale haben großen Einfluß auf das Auftreten von Bruchstücken mit Untergröße.

Die eben genannten Zustände werden näher erläutert:

(a) Form der Gießform

Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Ansatzes zur Querschnittsfläche der Stangenabschnitte oder des eigentlichen Formhohlraums ist wichtig. Die Stangenabschnitte neigen zum Bersten, wenn das Verhältnis von S₁ZS₂ groß ist, wobei S₁ die Querschnittsfläche des Hohlraumes der Gießform über der Rippe, nämlich des Ansatzes, wie in F i g. 3 gezeigt, bedeutet und S₂ die Querschnittsfläche des eigentlichen, in F i g. 4 gezeigten Formhohlraumes. Hierbei bersten die Stangenabschnitte selbst leichter als die verbindenden Ansätze während des Kühlvorganges. Infolgedessen entstehen größere Gußstücke als vorbestimmt ist. Wenn S₁ZS₂ dagegen zu gering ist, treten

beim Fallenlassen Bruchstücke mit Untergröße häufiger auf. Die wesentliche Bedingung lautet daher: S₁AS₂ = 0,35-0,7.

(b) Kühlabschnitt nach dem Gießen

Es wird in Umgebungsluft gekühlt, da eine Druckluftkühlung oder eine Wasserkühlung das Auftreten von Bruch mit Untergröße begünstigt

(c) Temperatur bei der Entnahme der Masseln aus Ferrolegierung aus der Form

Die Zeitdauer zwischen dem Gießen und der Entnahme der Masseln aus der Gießform kann in Abhängigkeit von der Stangenabschnitte verändert werden. Gute Ergebnisse werden erhalten, wenn diese Dauer nicht mehr als 6 Minuten beträgt. Dies bedeutet, daß die Masseln bzw. die Stangenabschnitte nicht unter 700° C gekühlt sein sollen. Wird diese Zeitdauer über- bzw. diese Temperaturgrenze unterschritten, so nimmt der Anteil an Bruchstücken mit Untergröße zu.

Zusätzlich zu den vorstehend genannten Merkmalen (a), (b) und (c) muß die Fallhöhe berücksichtigt werden. Der günstigste Wert liegt in der Nähe von 1500 mm. Ist die Höhe zu groß, nimmt der Anteil an Bruchstücken mit Untergröße zu. Ist sie zu klein, nimmt der Wirkungsgrad beim Trennen der Stangenabschnitte ab.

Die optimale Vereinigung dieser Merkmale wird innerhalb bestimmter Bereiche unter Beachtung der Große der herzustellenden Gußstücke, der Ferrolegierungsart und der zulässigen Werte für den Anteil an Bruchstücken mit Untergröße festgelegt.

In den F i g. 5 und 6 ist ein Beispiel für ein kontinuierliches Verfahren gegeben. Eine Anzahl von weiteren Gießformen 4 mit einer Vielzahl von Hohlräumen 2 sind miteinander verbunden und bilden eine endlose Kette bzw. einen Zug, der in einer Richtung umläuft. Eine darüber angeordnete Gießwanne 5 ist mit genauso vielen Gießrinnen 6 versehen, wie Hohlräume 2 vorhanden sind. Die Kette aus Gießformen 4 wird bewegt, während die schmelzflüssige Ferrolegierung über die Gießrinnen 6 vergossen wird. Hierbei wird der von der einzelnen Form durchlaufene Weg bis zum Ende der Oberseite der endlosen Kette bzw. die Zeit zwischen Gießvorgang und Umkippen der Form entsprechend den erfindungsgemäßen Vorschlägen angepaßt. Wird die Gießwanne 5 mit schmelzflüssigem Metall z. B. von einer Pfanne kontinuierlich versorgt, so kann das Verfahren auf die Herstellung von Ferrolegierungsgußstücken geeigneter Größe in Massenherstellung durchgeführt werden.

Es sei hervorgehoben, daß nach der Erfindung eine große Anzahl kleiner Ferrolegierungsgußstücke bestimmter Größe, z. B. zwischen 20 und 40 mm, in einfacher Arbeitsweise erhalten werden. Bisher war eine solche Herstellung äußerst schwierig. Von besonderem Gewicht ist der Vorteil, daß nach der Erfindung nur sehr wenig Bruchstücke mit Untergröße anfallen. Bei Anordnung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Arbeitskosten gesenkt und infolgedessen die Herstellungskosten von Ferrolegierungsgußstücken geringer Größe gesenkt werden.

Tafel 1

Mn

Chemische Zusammensetzung, % C I Si

Fe*

74,30

6,78 0,24

Rest

* Einschließlich P, S und anderen Verunreinigungen.

Tafel 2 Fallversuch (Fallhöhe 1500 mm)
Trennung von Einzelabschnitten

Stangenabschnitte in Ketten von mehr als zwei Abschnitten

einzeln voneinander getrennte Stangenabschnitte

Il

C3 *o

•Se

i!

Bruchstücke

8|

brauchbare
Gußstücke
insgesamt

Bruchstücke

(Verlust)

unter 4 mm

Maschenweite

BO

Vor dem Fallenlassen....

Nach dem ersten Fallenlassen

Nach dem zweiten Fallenlassen

66,0

15,2

20 52 57

34,0 84,7 94,6

0
0
3,1

0
0
2,0

5940!(10O)

5935

5925

99,91

99,75

15

0,09

0,25

Tafel 3

Chemische Zusammensetzung, °/o

Mn	Si	C	Fe*
61,20	15,53	2,37	Rest

* Einschließlich P, S und anderen Verunreinigungen.

Tafel 4

Fallversuch (Fallhöhe 1500 mm)

Stangenabschnitte in Ketten von mehr als zwei Abschnitten

Il

einzeln voneinander getrennte Stangenabschnitte

es »

3-5

Bruchstücke

JiI

brauchbare Gußstücke insgesamt

S g

Bruchstücke

(Verlust)

unter 4 mm

Maschenweite

BS

O o.

Vor dem Fallenlassen

Nach dem ersten Fallenlassen

Nach dem zweiten Fallenlassen

Nach dem dritten Fallenlassen

5,5

71,7

24,1

6,8

25 28,3

54

72

3,5 5,1

72,9

84,5

68 78,4

52

72

77,5 2,1 0,5

7,0

0,8

71,5 14,0 1,4

8450

8425

8380

8357

(100)

99,7

99,2

98,9

25

70

0,30

0,80

93 1,10

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen kleiner Ferrolegierungsgußstücke, mit einer Gießform, die mehrere in gleichem Abstand in die Form vorstehende Rippen aufweist, dadurchgekennzeichnet, daß mehrere parallel zueinander liegende Stangen gleichzeitig miteinander gegossen werden, wobei nur so viel Schmelze in die einzelnen Hohlräume für die einzelnen Stangen gegossen wird, daß diese nicht miteinander kommunizieren, worauf die Stangen, wie an sich bekannt, an Umgebungsluft gekühlt und bei einer Temperatur von nicht unter 700° C aus der Form genommen, weiter an Umgebungsluft gekühlt und sodann in noch warmem Zustand auf eine harte Unterlage fallengelassen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerbrechen der Stangen in einem Trommelsieb vorgenommen wird.

3. Gießform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) der Gießform (4) einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.

4. Gießform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche (S₁) der Stange (2) im höchsten Punkt der Rippen (3) zur Querschnittsfläche (S₂) im rippenlosen Teil der Stange zwischen 0,25 und 0,9 liegt.

5. Gießform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (3) nur an der Seitenwand angeordnet sind.

6. Gießform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen, wie an sich bekannt, durchgehend an den Seiten und an dem Boden der Gießform (4) angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909 503/1312