DE3608373A1 - Giessform - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gießform zum Herstellen von Anoden und eine Gießmaschine für eine solche Gießform.

Beim Vergießen einer Schmelze zum Herstellen von Anoden für die elektrolytische Raffination, wird die Schmelze im allge­ meinen in eine offene Gießform gegossen, die auf der Unter­ seite durch ein Sprühsystem, oder ein inneres Kanalsystem mit Wasser gekühlt wird. Der wiederkehrende Kontakt der Gießform mit der heißen Schmelze auf ihrer Oberseite und dem Kühlungsmittel an ihrer Unterseite bzw. in ihrer Wandung, führt zu einem fortschreitenden Verziehen. Die Ecken der im wesentlichen rechteckigen Gießform wölben sich schließlich nach oben und führen zu einer konkaven Gießform bzw. Anode. Zusätzlich treten Risse in der Gießform auf, woraufhin diese dann ausgesondert werden muß. Die durch­ schnittliche Lebensdauer einer zur Zeit in Benutzung befind­ lichen Gießform für Kupferanoden beträgt ca. 550 bis 750 t vergossenes Metall. Daraufhin muß die Gießform wegen Beschä­ digung des Formhohlraumes oder wegen zu starker Verformung (-12 bis -14 mm) ausgesondert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gieß­ form zu schaffen, die nicht mehr der Gefahr eines allzu starken Verziehens unterliegt, sowie ein entsprechendes Gießverfahren und eine Gießmaschine zu dessen Durchführung.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Gießform mit je einem Gießhohlraum auf zwei einander gegenüberliegenden Sei­ ten.

Die Schmelze wird in den Gießhohlraum der Oberseite gegos­ sen und das Erstarren der Schmelze durch Besprühen der Formunterseite mit Kühlflüssigkeit oder durch eine interne Kühlung mittels eines inneren Kanalsystems beschleunigt. Ein periodisches Drehen der Gießform begrenzt die Verfor­ mung auf ein Minimum und erhöht die Lebensdauer der Gieß­ form, weil jede Formseite abwechselnd sequenzweise bean­ sprucht wird und die Verformung dabei einmal in die eine und einmal in die entgegengesetzte Richtung geht.

Anodenschmelze, die im allgemeinen in Kupferformen gegossen wird, bestehen aus verunreinigtem Nickel, verunreinigtem Kupfer und verunreinigtem Nickelsulfid die der Raffination unterworfen werden, um Metall von handelsüblicher Reinheit herzustellen.

Die Gießform besitzt vorzugsweise einen doppel-T-förmigen Querschnitt; sie kann auch innenliegende Kühlmittelkanäle enthalten oder unterseitig mit einem Kühlmittel beauf­ schlagt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Gießverfahrens be­ steht vorzugsweise aus einem Formenträger, einer Gießsta­ tion, einer Kühlstation mit einem Kühlmittelverteiler, einer Entnahmevorrichtung und einer Wendestation, die an der Peripherie eines Gießrades angeordnet sein sollten. An den Enden radialer Arme eines Gießrades können die Gießfor­ men angeordnet sein. Des weiteren können sich in der Kühl­ station Sprühdüsen und in der Entnahmestation ein Wasserbad befinden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestelltem Ausführungsbeispiel des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt eines Gießrades, einer Gießpfanne und einer Kühlvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Gießrad der Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungs­ gemäße Gießform,

Fig. 3a einen Querschnitt einer außengekühlten Gießform gemäß Fig. 3.

Fig. 3b einen Querschnitt einer Gießform mit Innenkühlung gemäß Fig. 3.

Fig. 1 und 2 stellen ein vereinfachtes Schema eines Gießsy­ stems für Anoden dar. Die Gießpfanne 11, die an Zapfen 12 hängt, befindet sich in der Gießstellung. Die Anodenschmel­ ze fließt kontinuierlich in die Gießpfanne 11 und wird von dieser intermittierend in die Doppel-Hohlraumgießformen 13 gegossen. Je nach Größe des Gießrades bzw. -tischs 14 sind sechzehn bis achtundzwanzig Gießformen 13 zwischen den Gieß­ radarmen 15 befestigt. Unter dem Gießrad 14 sind Sprühdüsen 16 angeordnet und durch Rohre 17 mit einem Ventil 18 verbunden, das den Kühlmittelzufluß reguliert. Nachdem die Anodenschmelze in die Gießform 13 geflossen ist, dreht sich das Gießrad um eine Position. In ihrer neuen Position wird die Gießform mit dem Kühlmittel besprüht und dadurch ge­ kühlt. In den folgenden fünf bis zwölf Positionen, je nach Gießradgröße, wird die Gießform weiterhin mit Kühlmittel besprüht. Alternativ kann die Gießform 13 auch durch innere Kühlungskanäle gekühlt werden.

Fig. 1 und 2 sind vereinfachte und schematische Darstel­ lungen. So können Gießpfanne 11 und Gießrad 14 auch durch Erfindung besteht in der zweiseitig verwendbaren Gießform, wie sie in Fig. 3, 3a und 3b dargestellt ist. Danach besitzt die Kupferform 13 eine Unterseite 19 und Oberseite 20. Jede Seite weist einen identischen Gießhohlraum 21 auf.

Die beiden Teilräume für die Anodenlaschen sind ein inte­ grierender Bestandteil jeden Gießhohlraumes. Während der Anodenherstellung mittels einer Gießform, der in Fig. 3a dargestellten Art, wird die Schmelze in den oberen Hohlraum gegossen und die Form auf der Unterseite mit Wasser be­ sprüht. Die Gießform wird periodisch umgedreht, sobald, oder bevor die maximale Verformungstoleranz erreicht ist. Nach dem Umkehren findet eine verlangsamte Verformung, je­ doch in entgegengesetzter Richtung statt. Hierdurch wird die vorherentstandene Verformung korrigiert. Bei einer Gieß­ form mit dem Querschnitt gemäß Fig. 3b wird in derselben Weise verfahren. Bei dieser Gießform läuft das Kühlwasser durch innere Kanäle 23. Das Versichern tritt bei dieser Gießform gleichfalls auf, da in beiden Fällen der Wärmefluß durch die Gießform im wesentlichen lotrecht zur Oberfläche der Gießform verläuft.

Die erfindungsgemäße Gießform eignet sich insbesondere im Bereich der Massenfertigung von Gußstücken, beispielsweise in der Kupferraffination. Je nach Raffineriegröße werden pro Jahr 0,2 bis 1,5×10⁶ Anoden gefertigt. Hierfür wird im allgemeinen ein mit 16 bis 28 Gießformen bestücktes Gießrad verwandt. Die Gießformen bestehen sämtlich aus Kupfer, mit einer Dicke von 25 cm und einem Gewicht von ca. 2.700 kg. Herkömmliche Gießformen besitzen lediglich auf ihrer Oberseite eine Ausnehmung in Form der zu gießenden Anode. In diese Ausnehmung wird geschmolzenes Kupfer gegos­ sen (ca. 1.150°C), das während der weiteren Drehung des Gießrades erstarrt. Die erstarrten Anoden werden durch eine Vorrichtung 22 aus der Gießform entfernt und im Wasserbad 23 abgekühlt. Während des Erstarrens der Kupferschmelze, werden die Formen auf der Unterseite mit Kühlflüssigkeit besprüht oder durch Innenkanäle gekühlt.

Aus dem mehrmaligen Vergießen einer heißen Kupferschmelze in den oberseitigen Hohlraum einer Gießform mit lediglich einem Gießhohlraum bei gleichzeitiger Wasserkühlung der Formunterseite resultiert ein fortschreitendes Verziehen der Gießform. Ab einem bestimmten Verformungsgrad, tauschen die Mehrzahl der Kupferanoden produzierenden Firmen, die diese Gießformen verwenden, die Gießform aus. Firmen, die Anoden mit sogenannten "Baltimore Laschen" herstellen, kön­ nen eine Verformung nicht tolerieren. Deren Gießformen wer­ den periodisch, durch wiederholten Stoß mit einer Stahlku­ gel (ca. 450 kg) aus etwa 3 m Höhe gerichtet. Dies ist sehr materialbeanspruchend und führt zu Rissen in der Gießform sowie zu einer Verkürzung der Lebensdauer. Andere Firmen verwenden kostenintensive hydraulische Pressen, um die Ano­ den und die Laschen zu begradigen oder aufwendige Walzge­ rüste, um die Laschen zu walzen, und die entstandene Verfor­ mung zu kompensieren.

Durch die Erfindung, läßt sich die Form des Gußstücks bis auf eine minimale Abweichung einhalten. Bei der Gießform mit doppelseitigen Gießhohlräumen gemäß Fig. 3, kann die Fließrichtung der Gießhitze durch Umkehren der Form, umge­ kehrt werden. Dies wirkt einer Verformung der Gießform entgegen, die Lebensdauer verlängert sich und entstandene Risse automatisch wieder versiegelt.

Zur Zeit befinden sich drei Gießformen mit doppelseitigem Gießhohlraum im Funktionstest unter Betriebsbedingungen. Zu diesem Zeitpunkt lassen sich folgende Ergebnisse festhalten:

Zur Zeit sind alle drei Gießformen in funktionell einwand­ freiem Zustand und werden fortwährend zur Anodenproduktion eingesetzt. Zum Vergleich beträgt die Lebensdauer einer herkömmlichen Gießform 550 bis 750 t Anodenguß. Dann muß die Gußform entweder wegen Beschädigung oder zu starker Verformung (-12 bis -14 mm) ausgesondert werden.

Die laufenden Tests mit Formen nach der Erfindung, weisen darauf hin, daß eine Gießform mit doppelseitigem Hohlraum etwa vier- bis sechsmal pro ca. 900 t Anodenguß gedreht werden muß. Auf diese Weise läßt sich die Verformung bei ± 2 mm halten. Wegen der daraus resultierenden gleichblei­ benden Laschengröße, ist bei der Kupferraffination eine größere Stromausbeute möglich, die Schrottmenge verringert sich, und die Lebensdauer ist wesentlich größer.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine Kupfer­ gießform. Die Gießform kann jedoch aus jedem Metall mit guter thermischer Leitfähigkeit und Hitzebeständigkeit be­ stehen.

Claims (9)

1. Gießform insbesondere zum Herstellen von Anoden, ge­ kennzeichnet durch je einen Gießhohlraum (21) auf einan­ der gegenüberliegenden Formseiten (19, 29).

2. Gießform nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen doppel-T-förmigen Querschnitt.

3. Gießform nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch innenliegende Kühlmittelkanäle (23).

4. Verfahren zum Gießen insbesondere von Anoden unter Ver­ wendung einer Gießform nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gießhohlräume wechselweise benutzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4 unter Verwendung einer Gieß­ form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform unterseitig mit einem Kühlmittel beauf­ schlagt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen Formenträ­ ger (14), eine Gießstation (11, 12), eine Kühlstation mit einem Kühlmittelverteiler (16), eine Entnahmevor­ richtung (22) und einer Wendestation.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gieß-, die Kühl-, die Entnahme- und die Wende­ station (11, 12; 16, 22) an der Peripherie eines Gießrades (14) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden radialer Arme (15) eines Gießrades (14) Gießformen (13) angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlstation Sprühdüsen (16) und in der Entnahmestation ein Wasserbad (23) angeord­ net sind.