DE1913092A1

DE1913092A1 - Verfahren zum Vorbereiten von Formsand fuer Giessformen

Info

Publication number: DE1913092A1
Application number: DE19691913092
Authority: DE
Inventors: Schumacher Joseph Stuart
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-03-19
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1969-10-02
Also published as: US3461941A; NL6904201A; DE1913092C3; JPS5222923B1; FR2004254A1; CH493290A; DE1913092B2; GB1266606A; NL159302B; BE730097A

Description

Patentanwalt» Dipl Ing. Walter Meissner München, 14. März 1969 Dipl. Ing. Herbert Tischer '

Büro München München 2, Tal 71

Joseph Stuart Schumacher, Cincinnati, Ohio (V»St»A»)

Verfahren zum Vorbereiten von sand für Gießformen

Sie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten von Formsand für Gießformen) wobei der heisse Altsand wieder verwendet wird·

In einem Aufsatz "Survey of Methods to Cool Hot Send" von A*J. Filipovitch in der Zeitschrift "Foundry¹¹, Band 95t Nr· 1o vom Oktober 1967t Seite 92 ist eine Aufstellung der von 211 Gießereien benutzten Verfahren zum Kühlen dee heissen Altsandes enthalten«. Der Verfasser berichtet, daß die meist benutzten Methoden zum Kühlen kostspielige Vorrichtungen erfordern, ζ·Β· Kollergänge, Band-Windeichter, Trommelsieb·, Fluidieiereinrichtungen, gelochte Kühlförderbäa» der, Kühl-Elevatoren und Kühltische· Nach den Feststellungen des Verfassers wird bei allen Verfahren zunächst Wasser verwendet, um die Temperatur des heissen Altsand·* auf etwa 76° α herabzusetzen« und dann findet ein· Luftkühlung statt, um die Temperatur noch weiter abzusenken, QIe optimal·

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Temperatur, auf die der Sand heruntergekühlt werden muß, ist etwa die Raumtemperatur· -

Wenn Altsand vor seiner Wiederbenutzung nicht gekühlt wird, ergeben sich mehrere Probleme* In dem genannten Aufsatz wird ausgeführt, daß heiseer Sand sehr unstabil ist und sich seine Eigenschaften verändern, wenn seine Feuchtigkeit verdampft·

Durch die Feuchtigkeit entstehen auch schlecht ausgeprägte Formhohlräume, was zu minderwertigen Gußstücken führt* Es ist ferner bekannt, daß Veränderungen hinsichtlich der Feuchtigkeit, obwohl dies inkonsequent erscheint, radikale Änderungen der Druckfestigkeit, Durchlässigkeit und Fließfähigkeit verursachen können· Diese Änderungen können zu schlecht ausgebildeten, mangelhaften. Gußstücken und zu erhöhtem Ausschuß führen* Wenn dem Sand zu viel Feuchtigkeit zugesetzt wird, neigt der Sand zum Zusammenballen« Ein weiteres £roblem ergibt sich bei der Förderung des heissen Sandes* Er fließt bzw* rieselt nicht sehr gut* Es können Stauungen und Klumpenbildung in der ganzen Anlage, den Behältern, den Förderern und den Elevatoren entstehen· Der konstante und schnelle Feuchtigkeitsverlust durch Verdampfung, während sich der Sand abkühlt, ergibt in einer Sandmeng· einen trockenen Zustand an der Oberfläche, während der Sand in der lütte der Sandmenge feucht ist* Für die Qualität des Sandes ist jedoch entscheidend, daß die ganze Sindmenge überall den gleichen Zustand hat* Dies ist bei heiesem Sand nicht gegeben·

Di· Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren sun Kühlen von Altsand bis auf etwa Baumtemperatur zu schaffen, ohn· daß kostspielig· und kompliziert· Kühlanlagen erforderlich sind.«

Ferner ist für di· Aufgabe der Erfindung wesentlich,

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•-3 -

daß für di· Kühlung des Forasandes weder Luft noch Wasser als Kühlmedium -verwendet wird«

Schließlich soll eine Fomaandbehandlungsanlage ge* schaffen werden, in der die Zusammensetzung des Formsandes leicht kontrolliert und eingestellt werden kann, wobei Veränderungen in der Zusammensetzung minimal bleiben· *.* ,,

Bein Gießen von Metall in Sandformen wird di· Menge des für eine Tora benutzten Forasandes gewöhnlich als Funktion der Menge des in di* Tora einzugießenden Metalls auegedrückt, was als Sand-Jfetall-Terhältni· bezeichnet wird« Sine genügende Sandaenge für eine bestimmte Fora iet gegeben, wenn das Sand-Metall-Verhältnie etwa von 5 «u 1 bis 2o au 1 betragt· Ausser diesen üblichen Verhältnis zahlen werden aber auch andereYerhältniszahlen oft benutzt. Ein übliches Verhältnis ist etwa 6 zu 1, d.h» die hergestellte Fora enthält 6 kg Sand auf 1 kg zu gießendes Metall«

Xorasand ist bekanntlich kein, reiner Sand, sondern enthält zusätzliche Bestandteile wie Tone, Kohlenstoffe und/oder andere Zusätze* Allgemein in Gebrauch befindliche Kohlen·«· stoff· sind Kohlepulver, Kohlenteer, Sech, Asphalt, Graphit und Koks· Andere Zusätze sind beispielsweise Zellulose, Getreidebinder usw«« Nach einem oder mehreren Gießvorgängen kann dem Altsand Neusand, Lena und Kohlenstoff zugefügt werden, um den Seil des ursprünglichen- Sandes zu ersetzen, der unbenutzbar geworden ist· Si.· folgende typische Tabelle zeigt die Menge der Zusätze, die Üblicherweise einer benutzten Sandmenge zugesetzt werden müssen« Die Tabelle bezieht sich auf das Gießest von. Eisensorten ausser Stahl« Entsprechend· Werte, die für Nichteisenmetalle, Stahl und ziehfähige Metalle gelten, sind bekannt·

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Tabelle I

Empfehlenswerte Zusätze in Teilen auf 1ooo Teile Sand

Ssnd-4ietall^<-	Ton	Kohlenstoff	Memsand
Verhältnis	Bentonit
3/1	9,8	8,0	5o
4/1	7,4	5,5	57_S5
5/1	5,56	4_$75	3o
6/1	4,2o	4,oo	25
8/1	3,58	3,o2	18_S75
Ιο/Ι	2,83	2,53	15_so
12/1	2,36	2,o	12,5
14/1	2_fo3	1,71	1o_s7
16/1	1,8o	1,51	9₉35
18/1	1,58	1₈33	8₈3
2o/1	1^41	1,2o	7.5

Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß bei einem Sand« Metall-Verhältnis von 3 au 1 etwa 17,8 % frischer Ton und Zusätze plus 50 Teile Neusand erforderlich sind_s um d©n Formsand zur Wiederbenutzung aufzubereiten® Bei einem Sand-Metall-Verhältnis von 2o zu 1 werden Jedoch nur 2₉6 % frischer Ton und Zusätze plus 7$5 Seil© Neusand benötigt₉ um den Altsand aufzubereiten» ■

Es isrurde gefunden, daß im Betrieb eines Formsanösystams bei einem normalen Sand-Metall-Verhältnis von etwa 4 zu 1 bis 6 zu 1 die üblichen Kühlverfahren entfallen können₉ wenn eine Menge Formsand gemischt wird₈ laei d@m ein 2o zu 1-Verhältnis vorgesehen wird_s während di© Formen beispielsweise mit einem 4 zu 1 bis 6 zu ""'1 "Verhältnis her= gestellt werden ₉ und wenn unmittelbar nach der Benutzung der Form und ihrer Auflösung der verbleibend©₀ kühle Teil an irischsaad im gemscjrfcas Baad mit dem heissen Altsana

all 3o4U / I i d u

gemischt wird» Durch das Mischen des Frischsandes mit dem Altsand wird die Temperatur des entstehenden Sandgemisches so weit vermindert, daß ein Teil der Sandmenge unmittelbar nach dem Wiedervermahlen ohne weiteres Kühlen wieder benutzt werden kann» Es ist also kein weiterer Kühlvorgang erforderlich» Darüber hinaus ist die Kon·· stitution des in dieser Weise gewonnenen Sandgemisches leicht wieder einzustellen, weil der beim Gießvorgang verlorene Anteil der Zusätze ausgedrückt in Prozenten der Gesamtmenge sehr klein ist*

Gemäß der Erfindung wird also ein neues Verfahren zum Kühlen von Formsand vorgesehen, wobei zugleich ein Verfahren zum Kontrollieren und Einstellen der Zusammensetzung des Formsandes geschaffen wird und ,Änderungen in der Zusammensetzung minimal gehalten werden»

Im allgemeinen ist es erwünscht, den Altsand soweit als möglich bis zur Raumtemperatur herunterzukühlen, nachdem die Gießformen aufgelöst sind und bevor das Wiedervermahlen und Wiedereinstellen der Badzusammensetzung stattfindet« Obwohl Raumtemperatur bevorzugt wird, kann Formsand mit einer Temperatur von 5o° O benutzt werden· Es ist Jedoch erwünscht, den Formsand bis unter 5o° 0 abzukühlen, um beste * Mischergebnisse zu erhaltene Die meisten Tone sind schwierig anzufeuchten und zu plastifizieren, wenn die Temperatur oberhalb 5o° 0 liegt* Wenn Formsand bei 5o° G zubereitet wird, findet ein schnelles Austrocknen infolg© Verdampfung statt, bis die Raumtemperatur erreicht ist. Feuchtigkeits-Verluste verändern die Eigenschaften des Formsandes_β Ein beständiger Formsand ist aber für beste Ergebnisse erwünscht» Demgemäß wurde festgestellt₉ daß das wirksamste Mischen erreicht wird, wenn sich der Sand auf Raumtemperatur befindet» Die Menge an Neusand, die dem Altsand zugesetzt werden muß, um ein Gemisch aus Alstand und Neusand von bestimmter

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Temperatur zu erhalten, hängt natürlich you der Temperatur und den Mengen des Altsandes und Neusand@s ab ο Ss wurd© gafunden_s daß in der nachfolgend "beschriebenen. Weis© ungefähr die Menge an Neusand, die dem Altsand zug©setst werden muß_s "berechnet werden kann© Sin.® annähernd® Schätzimg der Temperatur des lo^maanaea 'beim Auflösen der Form kann, er£olg©&₈ wenn angenommen wird_g daß di© ganse aus dem haissea Metall stammend© Wärm® auf dan Sand übertragen wirdo Die Temperatur des Metalls bei einem Durchschnittsguß beträgt bei Eisen 14-5©° G₀ Di® dabei abgegebene Wärme kann nach der Formel H - cp (t-16) berechnet werden, wobei cp di® spezifische Wärm© von reinem Eisen bei 14-5©° C_t t die Äuefostittiiperatuz? bedeutet und 16 C die übliche normale Haumteaperatur ist© Erstarnmgs= wärme wurde hierbei im Hinblick auf die verschiedenen₉ zu vergisß©ad®n Metalle nicht berücksichtigte Di© folgend© Tabelle zeigt die bei der angegebenen Ausformtamperatur abgegebene WMx-Ia-Q₉ wesa die Gieß taupe ratiir 145©° O b©trägt₀

Tabelle II

Ausformtemperatur in ⁰G. Wärmemenge in WE ■

111o . 116

1ooo 141

817 167

538 22©

427 23o

316 248

2o5 267

93 284

38 292

16 296

Aus diesen Werten kann eine Kurve gezeichnet werden, so daß Zwischenwerte leicht entnommen werden können«

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Ist die vom Metall abgegebene Wärmemenge bekannt und wird angenommen, daß die ganze Wärmemenge auf den Formsand übertragen wird, so kann die Temperatur des Formsandes bei verschiedenen Ausformtemperaturen berechnet werden«. Die dabei zu benutzende Formel ist H-Op χ Sandgewicht pro kg Eisen χ (t-16), wobei H die vom Bisen abgegebene Wärme, Op die Wärme von SiOp für t-16 und t die Sandtemperatür beim Ausformen ist*

Die folgende Tabelle veranschaulicht die Temperaturen des Formsandes bei verschiedenen Äusformtemperaturen*

Tabelle III

Sand-Metall-Yerhältnis » 2o zu Ausformtemperatur in ⁰G Sandtemperatur in ⁰G,

1110	Tabelle IV	5o
873	6o
648	71
427	82
205	93

Sand-Metall-'Verhältnis <* 1o zu Ausformtemperatur in ⁰G Sandtemperatur in ⁰G,

82

873 1o4

648 127

427

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Tabelle V
Sand-iietall-Yerhältnis ■ 4 zu 1

Atisformt@mperatur in ⁰G^ Sandtemperat-ur in

111o 182

873 232

64-8 282

427 332

Auch hier wurde angenommen,₈ daß die Gri@ßfc@mperatu3e &<§s Metalle 145o° 0 beträgt» Di® in den Tabellen @athalt©a®n Temperaturen können zur Auf zeichnung von Kurven foasratzt werden, um Zwischentemperaturen schnell ablesen zu können_β Im übrigen ist bei den berechneten Sanatemperaturen unterstellt, daß der Formsand keine Feuchtigkeit enthält© In Wirklichkeit ist aber gewöhnlich 3 bis 5 % Wass©5? im Iomsand enthalten· Die Verdampfung dieses Wasserpateiis küMt den formsand noch mehr hemnter₉ beispielsweise wird der Formsand bei einem Saad-Metall-Terhältnis τοπ 1o ro 1 μ etwa 29j5 % °ö- P^o Ί % ®S· verdampftem Wasser abgekühlt_ö In den meisten Gießereien liegt die Ausfosait@mperatur sehen 538° und 7o5° Ge Damit also der formsand bei®. Aufgeben in den Kollergang nicht wärmer als 5o^ö O ist^ muß das Sand-Metsll—Yerhältnis hierbei zwischen Io mn 1 uad 2© zu 1 liegene Eine 1o zu 1-Mischung wird dies© ^temperatur ergeben_B weil etwa 3 % Wasser verdampft worden iste

Die für das Herstellen der "Botel tatsächlich benutzt© Sandmenge kann einem beliebigen Yeriiältnis entsprechen·;, J©«= doch werden gewöhnlich Sand-Metall-VerMltniss© von 4 zu 1 bis etwa 6 zu 1 angev/endet«

Normale Gießereien, habon gewöhnlich einen ICollergang_s 909840/1 134

einen Sandsilo, eine Formmaschine und Einrichtungen zum Aufbrechen der Sandformen und Entfernen der Gußstücke· Bin derartiges übliches Sandsystem mit den Förderern usw. ist in dem eingangs erwähnten Aufsatz (Seiten 9 und 1o) beschrieben· Bei einem gemäß der Erfindung betriebenen Sandsystem können verschiedene Arten von KoI-lergängen mit chargenweisem oder kontinuierlichem Betrieb} Formmaschinen und Ausformeinrichtungen benutzt werden· Alle diese Einrichtungen sind bekannt und die Benutzung einer bestimmten Art dieser Einrichtungen ist für die Erfindung nicht ausschlaggebend·

Als Ausführungsbeispiel wird nachstehend ein in einer Gießerei mit Erfolg praktisch durchgeführtes Verfahren beschrieben, in der vorher ein Kühlen des Altsandes stattgefunden hat«

Es wurde ein Kollergang mit kontinuierlichem Betrieb benutzt, d«h* in den Kollergang wurde kontinuierlich Sand eingeführt und der vermahlene Sand wurde kontinuierlich aus dem Kollergang abgeführt« Sie ungefähre Zusammensetzung des benutzten Formsandes war» 89 % Siliziumdioxyd, 6 % (Don, 5,$ % Kohlenstoffe und 4· % Wasser? Periodische Zusätze von Tonen, Kohlenstoff· und Frischeand, berechnet nach den Werten in Tabelle I wurden dem Sand am Kollergang während des Kreislaufs zugegeben· Eine größere Menge an Formsand wurde vorbereitet· Die Formen wurden mit einem Sand-Metall-Verhältnis von 4 zu 1 hergestellt« Es wurde Eisen mit einem Gehalt von etwa 3,5% Kohlenstoff und o,6 % vergossen« Der für das Herstellen der Formen nicht benutzte Sand wurde in einen Sandsilo gefördert· Nach dem Gießvorgang wurden die Formen mit den Gußstücken einer Ausformstation zugeführt und die Formen aufgebrochen» Unmittelbar nach dem Entfernen der Gußstücke aus den aufgebrochenen Formen an der Ausfornstation wurden etwa 16 Teile kühlen Neusandes

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- 1ο -

"bei Raumtemperatur aus dem Sandsilo entnommen und dem heissen Altsand zugemischt·

Die Temperatur des Altsandes vor dem Zufügen des Neusandes lag über 177° G* Innerhalb des Zeitraums, während das Gemisch aus he iss em Altsand und kühlem Neusand mittels eines üblichen Förderers einem zweiten Sandsilo zugeführt wurde, wobei die Entfernung etwa 60 m betrug, ging die !Temperatur des Formsandes auf etwa 38° 0 herunter. Hiernach wurde der Formsand in den Kollergang geführte Nach dem Vermählen betrug die Temperatur des Formsandes etwa 32° G* Ein zusätzliches Kühlen des Formsandes fand nicht statt· Der Formsand wurde dann in den ersten Vorratsbehälter überführt» Nachdem dieses Sandsystem mehrere Wochen benutzt worden war, ergab sich, daß die Qualität der Formen und der fertigen Gußstücke gegenüber dem früher benutzten Sandsystem, bei dem ein üblicher Sandkühlapparat eingeschaltet war, erheblich verbessert war· Darüber hinaus wurde festgestellt₉ daß die Zusammensetzung des Formsandes leichter zu kontrollieren bzw* zu steuern war, und daß sich erheblich geringere Veränderungen in der Zusammensetzung ergaben· Ferner wurde festgestellt, daß der Sand viel leichter gehandhabt werden konnte, weil seine Fließfähigkeit verbessert war· Als weiteres unerwartetes Ergebnis wurde festgestellt, daß die Luftverschmutzung erheblich reduziert war» Es ist anzunehmen, daß aufwendige Luftreinigungeanlagen entfallen können ₉ wenn das Verfahren gemäß der Erfindung benutzt wird·

Das beschriebene Beispiel ist selbstverständlich nur eine Ausführungsart de* Verfahrens gemäß der Erfindung· Wesentlich für die Erfindung ist das Prinzip, daß ein· größere Menge verhältnismäßig kühlen ^ormsandes zum Kühlen einer viel kleineren Menge von heißem "Altsand benutzt wird»

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Claims

Patentanwälte
Dipl. Ing. Walter Meiesnei

Dipl. Ing. Herbert Tischer München, 14-» März 1969

Büro München
München 2, Tal 71

Patentansprüche

1o Verfahren zum Vorbereiten von Formsand für Gießformen, dadurch gekennzeichnet, daß dem beim ^sformen der Gußstücke anfallenden heissen Altsand eine verhältnismäßig größere Meng© an Heusand bzw· gekühltem Sand zugemischt wird, so daß das erhaltene Sandgemisch eine Temperatur von weniger als 5o° & hat,

2ο Verfahren nach -%spruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dem Altsand geringe Mengen an Zusätzen zugefügt werden*

3« Verfahren naoh ^spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnetj daß die. Temperatur des dem Altsand zugefügten ifeusandes bzw· kühlen Sandes weniger als 32° 0 beträgt«

4-, Gießverfahren, bei dem ein Vorrat an formsand bereitet wird, aus diesem Formen hergestellt werden und der ■formsand nach dem Gießvorgang zur Wiederverwendung vorbereitet wird, da durch gekennzeichnet, daß ein Vorrat an Formsand mit einem Gewicht von wenigstens zehnmal des Gewichts des zu vergießenden Metalls bereitet wird, und daß die Formen aus einem kleinen Teil dieses Vorrats hergestellt werden, wobei sie ein Gewicht von zwischen, dreimal und sechsmal dem Gewicht des zu vergießenden Metalls haben, und daß der Altsand nach dem Ausformen durch Mischen mit dem Rest des Vorrats an Formsand gekühlt wird, so daß das erhaltene Sandgemisch eine Temperatur von weniger als 5o° 0 hat.

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5· Gießverfahren nach -^ispruch 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die Formen ein Gewicht von etwa viermal dem Gewicht des zu vergießenden Metalls haben und das Gewicht des Hauptteils des Sandgemisches wenigstens sechzehnmal so groß ist wie das Gewicht des zu vergießenden Metalls«

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