Sehleudergiessverfahren zur Herstellung hohler Metallkörper. Die Erfindung betrifft ein Schleudergiess verfahren zur Herstellung von hohlen Metall körpern, beispielsweise langen, Busseisernen Röhren.
Gussstücke dieser Art werden bisher durch Eingiessen von geschmolzenem Metall in eine, um ihre Achse drehbare, feuerfeste und zweckmässig kippbar gelagerte Form hergestellt, wobei die Form während des Eingiessens geneigt ist. Die Form wird bei oder unmittelbar nach Vollendung des Ein gusses in die Wagrechte gehoben, um so das Metall gleichmässig über die Formwandung zu verteilen.
Hohle Gegenstände, welche in der be schriebenen Weise gegossen sind, besitzen wohl ein gefälliges Aussehen; aber infolge der Anwesenheit von Unreinigkeiten, wie Sand, Schlacken, Oxyden und dergleichen von ge ringem spezifischem Gewicht und der Tat sache, dass solche Unreinigkeiten während des Giessens an die innere Oberfläche gelangen und sich dort gewöhnlich' in der Nähe der Enden als Schlackenkruste sammeln, befrie digt die innere Oberfläche weniger, so dass das Gussstück als G'ranzes nicht zufrieden stellend ist.
Während der Beschickung, das heisst wäh rend die Form in verhältnismässig langsame Drehung versetzt ist, ist die Neigung zur Oxydbildung infolge des ständigen Zurück- fallens kleiner, losgelöster Teile nach unten vergrössert, da diese Teile beim Fall durch den Sauerstoff der Atmosphäre in der Form an der Oberfläche oxydiert werden.
Da der Schmelzpunkt des Oxydes höher ist als der des Metalles, wird diese oxydierte Oberfläche nicht mehr in den flüssigen Zu stand des Schmelzbades, in welches sie fällt, übergeführt. Das geschmolzene Innere dieser Teile wird, wenn es das geschmolzene Bad aus gleichartigem Stoff erreicht, von dem selben durch zwei Oxydschichten von höhe rem Schmelzpunkt getrennt, so dass von da ab das verhältnismässig reine Metall des Teil chens nicht mit verhältnismässig reinem Me tall des Bades innig vereinigt ist.
Eine ziemlich grosse Anzahl dieser Teil chen durchdringt die den Guss überziehende Kruste oder Schlacke nicht vollständig, son dern verbindet sich mit dieser Kruste und vergrössert dadurch ihr spezifisches Gewicht beträchtlich, so dass dieses beinahe das des Gusses erreicht. Die Folge davon ist, dass keine reine Trennung zwischen Metall und Schlackenkruste vorhanden ist. Die Verbin dung ist verhältnismässig innig, wobei die Schlackenkruste stellenweise tief in die Guss wände eingebettet ist, was eine Schwächung derselben zur Folge hat und Vertiefungen hinterlässt, wenn die Kruste entfernt wird.
Es wurden verschiedene Versuche ge macht, um die Bedingungen abzustellen, wel che zur Krustenbildung führen. Es wurde zum Beispiel vorgeschlagen, das Metall mit einer sauerstoffentziehenden Atmosphäre zu umgeben, zum Beispiel Kohlenmonoxyd, Wasserstoff, Dampf oder dergleichen. Dieses Verfahren ist jedoch schwierig durchzuführen und wenn es auch in der Verhütung von Sauerstoffbildung vorteilhaft ist, so beein flusst es in keiner Weise die andern vor handenen Unreinigkeiten, welche an der Bil dung der Kruste teilnehmen.
Es wurde ferner vorgeschlagen, in einem bestimmten Zeitpunkt des Giessvorganges ei nen emaillierenden Stoff einzuführen, um die durch die Schlackenkruste hervorgerufenen Unregelmässigkeiten mit einer Emaille schicht zu bedecken. Dieses Verfahren ver meidet die Vergrösserung des spezifischen Gewichtes der Kruste durch hinzugekom mene Eisenteile und die dadurch entstehen den Übelstände nicht, und der Emailleüber zug ändert nur das Aussehen des Gussstückes wesentlich.
Bei dem Verfahren gemäss der vorliegen den Erfindung sind die erwähnten Übel stände vermieden. Nach der Erfindung, wird während des Giessvorganges ein Flussmittel von niedrigerem Schmelzpunkt als das Metall in die Form eingeführt, welches Flussmittel mit im flüssigen Metall enthaltenen Unreinig- keiten eine sich auf der Metallinnenseite sam melnde flüssige Schlackenschicht bildet und ein nicht oxydierendes, in der Form vorhan dene oxydierende Gase austreibendes Gas er zeugt. Die beiliegende Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine zur Durchführung des Verfahrens zubereitete Giessform.
Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Grünsandform ist in der üblichen Weise hergestellt, wobei der Sand wie sonst gebräuchlich zusammengesetzt sein kann. Die Innenwandungen der Form sind jedoch mit einer Verkleidung versehen, die aus einem Gemisch aus Wasser und einem unlöslichen kohlenstoffhaltigen Material, zum Beispiel fein zerteilter Anthrazitkohle, besteht. Das auftragfertige Gemisch hat gewöhnlich un gefähr die Beschaffenheit von schlammigem Wasser und wird auf irgend eine geeignete Weise in die Form gebracht.
Die flüssige Verkleidung kann aber auch von irgend einer andern geeigneten Beschaf fenheit sein, zum Beispiel von der, in der ge wöhnlichen Giessereipraxis verwendeten Art. Der Hauptzweck dieser Verkleidung, bei welcher Kohlenstoff gewöhnlich 80% der ganzen Masse ausmacht, ist, auf der Sand oberfläche eine Schutzschicht zu schaffen, so dass sich das heisse Metall nicht mit dem Sand verbinden kann.
Obwohl diese Verkleidung in Sauerstoff verbrennbar ist, wird sie -während des Giess- vorganges infolge des Mangels an Sauerstoff rieht, angegriffen. Ausser der Abnahme an Feuchtigkeitsgehalt bleibt sie unverändert, wenn der Guss vor der Entfernung aus der Form abkühlen kann. Sie bildet eine vom Guss leicht abtrennbare Schicht und lässt eine natürlich dunkelgraue Farbe zurück.
Um die der heftigsten Einwirkung des ge schmolzenen Metalles beim Giessvorgange unterworfenen Teile der Form vor etwaiger ausspülender oder einschneidender @Virhun@; zu schützen, kann der Feurlitigkcitsehalt der Formoberflächen in Zonen, -welche dieser Wirkung am meisten ausgesetzt sind, da durch vermindert werden, dass diese Zonen unmittelbar vor dem Giessen einige Minuten lang der trocknenden Wirkung von Hitze, zum Beispiel einer Flamme, unterworfen werden.
Die Form kann auch zu Beginn der Be schickung vor dem eigentlichen Giessvorgang mit verhältnismässig niedriger Geschwindig keit gedreht werden, so dass die Zentrifugal kraft nicht ausreicht, um das geschmolzene, in geringem Mass in die Form eingeführte Metall über die höchste Stelle der Form hin wegzuführen und die Hauptmasse der Ladung im wesentlichen längs des tiefsten Teils der Form verbleibt.
Auf diese Weise wird die Form durch die vorübergehenden Berührungen mit dem ge schmolzenen Metall getrocknet bevor die Formwand vollständig mit einer Lage ge schmolzenen Metalles bedeckt ist, was das freie Entweichen des erzeugten Dampfes ver= hindern würde.
Die Trocknung der Form schreitet von innen nach aussen fort, wobei die Feuchtig keit in Gestalt von Dampf an die Aussenseite der Form und zu den Auslassöffnungen des Giesskastens gelangt, ohne die innere Ober fläche der Formwand zu zerstören.
Diese Behandlung verringert den Feuch tigkeitsgehalt der Verkleidung und des San des in den Zonen, welche der stärksten Einwirkung des flüssigen Metalles ausgesetzt sind, bevor die schnelle Drehung der Form und der eigentliche Giessvorgang eingeleitet wird. Der Sand und die Verkleidung sind in solchen Zonen fast, wenn nicht vollständig, trocken und der Sand und Verkleidung in den unmittelbar angrenzenden Zonen, welche ebenfalls der Einwirkung des geschmolzenen Metalles, jedoch in geringerem Masse als die erstgenannten Zonen, unterworfen sind, ha ben wesentlich verringerten Feuchtigkeitsge halt.
Entsprechend der Zeichnung, in welcher der Feuchtigkeitsgehalt der im Giesskasten B angeordneten Sandform A angedeutet ist, be trage der Feuchtigkeitsgehalt des Sandes im Innern (Zone E) ungefähr 11 %. Die Zonen C an den Enden der Form, welche der stärk sten Einwirkung des geschmolzenen Metalles während des Giessvorganges ausgesetzt sind, haben ungefähr auf 1 % verringerten Feuch tigkeitsgehalt und in den angrenzenden Zo- nen D, welche der weniger heftigen Einwir- kung unterworfen sind, ist der Feuchtigkeits grad auf etwa 5 % verringert.
Die so behandelte Form ist fertig zum Giessen und das geschmolzene Metall kann auf irgend eine geeignete Weise eingeleitet werden. Jede beliebige Giessvorrichtung kann dazu verwendet werden. Eine besonders zweckmässige Art des Füllens ist die, bei welcher der Eingiessvorgang stattfindet, -wäh rend die Form zur Wagrechten geneigt ist und bei oder nahe bei Beendigung des Ein- giessvorganges in die wagrechte Lage zurück geschwenkt wird, um das geschmolzene Me tall gleichmässig über die ganze Oberfläche der Form zu verteilen.
Wird das geschmolzene .Metall in die Form eingegossen, so bestreicht es zunächst die Zone C am vordern Teil des Rohres, welche, wenn das Rohr in der oben be schriebenen Weise mit der Gasflamme be handelt ist, fast vollständig trocken ist und einen, Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 1"/o besitzt. Das Metall fliesst dann über die Zone D, welche teilweise trocken ist, hierauf zum rückwärtigen Ende des Rohres. Die stärkste Einwirkung des geschmolzenen Metalles am rückwärtigen Ende findet in der Zone C statt, wo die Strömungsrichtung wechselt und wo die Fliessgeschwindigkeit den Höchst wert erreicht hat. Diese Zone entspricht der trockenen Zone am vordern Teil des Rohres.
Daraus ist ersichtlich, dass an Stellen, wo die Einwirkung des geschmolzenen Metalles am heftigsten ist, dieses nicht unmittelbar mit Sand oder Verkleidung von höchstem Feuch tigkeitsgehalt in Berührung kommt.
Der Feuchtigkeitsgehalt des Sandes wird durch die Anwendung der nassen Verklei dung etwas vergrössert. Der angewendete Sand ist gewöhnlicher Sand mit oder ohne Zusatz von andern Stoffen.
Eine geeignete Sandmischung besteht aus Kieselsand, saurem Sand und Formsand, und zwar aus ungefähr 50% der ersten, W5% der zweiten und 15'/o der dritten Art.
Auf die Oberfläche des geschmolzenen, in die Form eintretenden Metalles wird eine als Flussmittel geeignete Mischung voll Stof fen gebracht, zum Beispiel borsaures Na- rium (gewöhnlicher Borax), Chlornatrium (gewöhnliches Salz), rolles kohlensaures (Soda) oder dergleichen. Dies zu dein Zwecke, um im Metall enthaltene Unreinig- keiten in Schlacken umzuwandeln.
Das Flussmittel kann auf irgend eine ge eignete Weise und zu irrend einem Zeit punkt, solange das Metall flüssig ist, einge führt werden. Es ist ,jedoch augenscheinlich, dass, je eher es eingeführt wird und je nähur die Einführungsstelle an der Giessstelle ist, desto weniger Gelegenheit zur Oxydbildung gegeben wird und desto länger die Zeit zur Erzielung der angestrebten Wirkung ist. Am zweckmässigsten findet die Einführung des genannten Stoffes bleichzeitig mit der Einführung des geschmolzenen Metalles in die Form statt. Wenn in eine geneigte Form gegossen wird, kann das Flussmittel in einer geeigneten Menge auf das Metall begeben werden, während es in die Form fliesst. Die Menge des angewendeten Flussmittels hängt in gewissem Masse von der Beschaffenheit des Metalles und der Grösse der Gussstück ab.
So ist zum Beispiel 14 kg Soda. für ein 360 cm langes und 70 bis 15 am im Durch messer messendes Rohr gewöhnlich genügend. Das Flussmittel, in pulverisierter Form, wird infolge seines niedrigen Schmelzpunktes fast augenblicklich in flüssigen Zustand versetzt, schwimmt auf dem geschmolzenen Metall und tritt mit diesem in die Form ein, wobei es seine Labe auf der Oberfläche beibehält, sofort alle mit ihm in Berührung kommenden Unreinigkeiten, wie Schlacken, oxydiertes Eisen, Sand und dergleichen sammelt. schmilzt und mit ihnen eine dünnflüssige Schlacke bildet, welche ein spezifisches Ge wicht von ungefähr dem dritten Teil des metallischen Eisens besitzt.
Dank dieses ge ringen spezifischen Gewichtes bedeckt die Schlacke die freie Fläche des Metalls und verhindert den Zutritt von Luft zum Metall, was die Bildung voll Metalloxyd zur Folge hätte.
Die dünnflüssige Schlacke nimmt ihren Weg längs der Innenfläche des Metalles bis an das andere Ende des Rohres oder Guss stückes. Metallteile, welche vom Scheitel der Form in die untere Metallpartie fallen, wer den, wie weiter unten erläutert, bei dem Fall nicht oxydiert und gehen sofort durch den dünnen Schlackenbelag hindurch zum reinen Metallkern und werden vollständig in dem selben aufgenommen.
Das Flussmittel ist so beschaffen, dass es beim Schmelzen ausserdem ein hinsichtlich des Giessmetalles neutrales Gas liefert. Das selbe entstellt bei Anwendung von kohlen saurem Natrium in Anwesenheit von Kiesel erde nach folgender Formel: Na2 C03 + SiO3 = N a2 SiO3 + CO3.
Diese Einwirkung findet in ausgiebiger Weise in der Form statt, so lang als kiesel säurehaltiges Material verfügbar ist. Auch aus Na2 CO3 allein wird sich bei der hohen Temperatur Kohlensäure entwickeln. In der Form vorhandene, Sauerstoff enthaltende Gase werden durch das neutrale Gas aus der Form ausgetrieben und in der Form eine schliesslich neutrale Atmosphäre geschaffen, so dass keine Oxylation der Metalloberfläche stattfinden kann.
Infolge ihres niedrigen Sohmelzpunktes bleibt die Schlacke noch flüssig, nachdem das 11etall fest geworden ist, entwickelt weiter hin neutrale Gase und wirkt als Reiniger des Metalles und der Atmosphäre in der Form.
Da im spezifischen Gewicht der durch das Flussmittel hervorgebrachten, von Metall völlig freien Schlacl,:e und des Metalles ein <B>0, 0</B> sser Unterschied besteht, ist kein Bestre ben zu einer innigen Verbindung der beiden Stoffe vorhanden; die Trennungslinie ist ge nau bestimmt. und im wesentlichen gleich mässig. Der Schlackenüberzug ist nur ober flächlich und kann, da. er nur leicht anhaftet, nach dem Erkalten leicht, zum Beispiel durch Abschaben, entfernt werden.
Er kann auch durch Behandlung finit Wasser entfernt wer den, da. die Schlacke im Wasser löslich ist. Nach Entfernen des Schlackenüberzuges hat das Gussstück eine glatte Innenfläche von natürlicher Farbe und normalem Aussehen. Die Vorteile, welche durch Anwendung des in der beschriebenen Weise eingeführten Flussmittels oder schlackenbildenden Materials erzielt werden, sind mannigfaltig.
Die nach dem Verfahren hergestellten Gussstücke sind von grosser Gleichmässig keit und frei von Fremdkörpern. Diese Eigenschaften sind dadurch entstanden, dass das geschmolzene Eisen in einem Zustand von aussergewöhnlicher Flüssigkeit ist, die ein gleichmässiges Ausbreiten über die Form und das sichere Ausscheiden von Fremdkörpern ermöglicht, wobei die Unreinigkeiten leicht durch das flüssige Metall hindurchgehen. Die erzeugte Schlacke ist somit ein wirksames Reinigungsmittel, da sie die Fremdkörper leicht in flüssigen Zustand umwandelt.
Es wird ferner Brennstoff erspart, da die zum Giessen nötige Flüssigkeit des Metalles bei Anwendung eines Flussmittels der genannten Art leichter erreicht wird, dies deshalb, weil das Metall bei einer niedrigeren Tempe ratur als bisher gegossen werden kann infolge des Mangels des Widerstandes einer Schlak- kenkruste.
Da das Metall durch Anwendung des Ver fahrens gereinigt wird, kann es mit verhält nismässig geringem Kohlenstoffgehalt zum Giessen verwendet und vollkommene Vertei lung erreicht werden, was die Herstellung von Gussstücken mit grösserer Zugfestigkeit ohne Einbusse an Biegungsfestigkeit ermöglicht, da ja bekanntlich die Zugfestigkeit von Gusseisen vom Kohlenstoffgehalt abhängig ist. Hohlkörper, welche in der beschriebenen Weise gegossen sind, sind homogen. Bei den gewöhnlichen Schleudergiessverfahren, das ist ohne Kern, befindet sich eine grössere oder geringere Gusshaut an der innern Ober fläche infolge der Luftkühlung; das gleiche tritt bei Schleudergussstücken in einer Metall form an der äussern Oberfläche auf.
Durch das beschriebene Verfahren wird jedoch die Gusshaut an der innern und äussern Oberfläche vermieden, da. der dünnflüssige Schlackenbelag an der Innenseite das ge schmolzene Metall vor der Gusshautbildung beim Erkalten schützt, während die Aussen seite durch die durch das flüssige Metall aus getrocknete Formwand geschützt ist.