EP0141966B1 - Verfahren zum Schleudergiessen von Rohren - Google Patents
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Classifications
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- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/18—Measures for using chemical processes for influencing the surface composition of castings, e.g. for increasing resistance to acid attack
Definitions
- the invention relates to a method for centrifugally casting pipes, in which liquid cast iron is introduced into a rotating metallic mold, and an additive in powder form is also introduced into it.
- the application possibilities for the tubes manufactured by the centrifugal casting process are numerous. A particularly important and extensive area of application is the use of these pipes for the transportation of liquids of all kinds.
- the lines created for this are often laid in the ground, whereby they come into direct contact with the surrounding soil material. Through this contact there is the possibility that a chemical or electrochemical reaction of the pipe material with its surroundings can occur, which can lead to the destruction of the pipe material.
- the known measures mean an additional treatment of the finished pipe, for which appropriate facilities are required.
- the tarring of the pipes should be mentioned, for which the pipes are immersed in a tar bath.
- Other known measures include wrapping the tube with a loose plastic film, spray galvanizing or extruding a polyethylene coating. It is also known to apply an additional coating reinforced with glass fibers.
- a nickel alloy in powder form is introduced as an additive onto the inner surface of the rotating mold before the liquid cast iron is introduced, so that an alloyed outer layer is formed on the outer surface of the tube.
- Flux material (DE-A-3 105 145), which is used to form a sealing slag on the inner surface of the pipe, which picks up any impurities contained in the molten metal and protects the inner surface from oxidation.
- a nickel alloy which has a nickel content of 80% and more nickel has proven to be particularly suitable.
- the other alloying elements can be boron, silicon, chromium and copper. Such alloys are known as corrosion and heat resistant materials and are commercially available. This alloy is introduced into the centrifugal casting mold in powder form with a grain size of approximately 0.1-1 mm.
- the specific weight of such alloys is above the specific weight of the cast iron melt and is approximately 7.8 g / cm 3 .
- the melting point of such nickel alloys is said to be lower than 1300 ° C and is therefore lower than the casting temperature of the cast iron melt of approximately 1350 - 1380 ° C. Particularly favorable conditions are achieved when the melting point of the nickel alloy is below the liquidus temperature of the liquid cast iron, i.e. below approx. 1150 ° C.
- centrifugal cast iron pipes made by centrifugal casting, made using the described method:
- the liquid iron was introduced into the mold in a second operation.
- the result was an alloyed outer skin of the pipe made of austenitic nodular iron.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleudergiessen von Rohren, bei welchen flüssiges Gusseisen in eine rotierende metallische Kokille eingebracht wird, wobei auch ein Zusatzmittel in pulvriger Form in diese eingebracht werden.
- Die Herstellung von Rohren nach dem Schleudergiessverfahren ist schon seit langer Zeit bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine vorbestimmte Menge einer Metallschmelze über einen Giesskanal in eine rotierende, die Giessform bildende Kokille eingegossen, wobei der Giessvorgang innerhalb einer vorbestimmten Zeit zu erfolgen hat, damit die gewünschten Eigenschaften des Materials erreicht werden. In grossem Umfang ist es bekannt, für das Schleudergiessen von Rohren eine Gusseisenschmelze zu vergiessen, wobei es sich hierbei sowohl um ein Gusseisen mit Lamellengraphit als auch um ein Gusseisen mit Kugelgraphit handeln kann.
- Die Anwendungsmöglichkeiten für die nach dem Schleudergiessverfahren hergestellten Rohre sind überaus zahlreich. Ein besonders wichtiges und umfangreiches Anwendungsgebiet ist die Verwendung dieser Rohre beim Transport von Flüssigkeiten aller Art. Die hierfür erstellten Leitungen sind oft im Boden verlegt, wobei sie unmittelbar mit dem umliegenden Bodenmaterial in Berührung kommen. Durch diesen Kontakt besteht die Möglichkeit, dass eine chemische oder elektrochemische Reaktion des Rohrmaterials mit seiner Umgebung auftreten kann, die zur Zerstörung des Rohrmaterials führen kann.
- Dem Auftreten von chemischen und/oder elektrochemischen Reaktionen an diesen im Erdboden verlegten Rohren kann mit verschiedenen Massnahmen begegnet werden. Die bekannten Massnahmen bedeuten jedoch eine zusätzlich Behandlung des fertigen Rohrs, wofür entsprechende Einrichtungen erforderlich sind. Von den bekannten Massnahmen sei das Teeren der Rohre erwähnt, wozu die Rohre in ein Teerbad eingetaucht werden. Andere bekannte Massnahmen stellen das Einwickeln des Rohrs mit einer losen Kunststoffolie, die Spritzverzinkung oder das Aufextrudieren einer Polyäthylen-Beschichtung dar. Auch ist das Aufbringen einer mit Glasfasern verstärkten Zusatzbeschichtung bekannt. Trotz des verhältnismässig grossen Aufwandes für das Anbringen solcher Schutzschichten kann ein zuverlässiger Schutznicht gewährleistet werden, da diese Schutz schichten beschädigt werden können, insbesondere bei der Lagerung, beim Transport und beim Verlegen. Aber selbst dann, wenn bis zum Verlegen der Rohre keine Verletzung der Schutzschicht auftritt, ist eine solche auch nachher noch möglich, z.B. beim Auffüllen der Gräben infolge von Belastungen, die durch den Verkehr entstehen, und infolge von Erdbewegungen wie Senkungen o.dgl.
- Weisen die erwähnten Schutzschichten verletzte Stellen auf, zeigt es sich, dass diese besonders gefährdet sind; die auftretende Korrosion konzentriert sich auf diese Stellen und schreitet deshalb besonders rasch voran. Hierbei beginnt die Korrosion an der Aussenumfangsfläche des Rohres und schreitet von aussen nach innen fort.
- Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass unter Einhaltung eines gleichwertigen Schutzes wie bei bekannten Schutzschichten gegen chemische und/oder elektrochemische Reaktionen des Rohrmaterials mit seiner Umgebung eine Beschädigung dieses Schutzes zuverlässig vermieden wird.
- Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass als Zusatzmittel eine Nickel- Legierung in Pulverform auf die Innenfläche der rotierenden Kokille vor dem Einbringen des flüssigen Gusseisens eingebracht wird, damit eine legierte Randschicht an der Aussenfläche des Rohres gebildet wird.
- Es ist bekannt, beim Schleudergiessen von Rohren nach dem Eingiessen der Metallschmelze in die rotierende Kokille und während desselben Zusatzmittel zuzusetzen, z.B. Flussmaterial (DE-A-3 105 145), das zur Bildung einer dichtenden Schlacke an der Innenfläche des Rohres verwendet wird, welche etwaige in der Metallschmelze eingeschlossene Verunreinigungen aufnimmt und die Innenfläche vor Oxydation schützt.
- Weiter ist es bei einem Schleudergussverfahren (DE-A-2 254 705) bekannt, nach dem Eingiessen der flüssigen Metallschmelze in die rotierende Kokille pulverförmige oder körnige Feststoffe höherer Dichte, z.B. pulverförmige oder körnige von Metallen oder Metallegierungen umhüllte Hartstoffe, aufzustreuen und diese bei fortgesetzter Drehung der Kokille in die Metallschicht hineinzuzwingen. Da beim Eingiessen die Metallschmelze an der Kokillenwand abgeschreckt wird und erstarrt, können die Materialpartikel zwar wegen ihrer grösseren Dichte in die Metallschicht hineingezwungen werden, jedoch nur bis zum Rand der Erstarrungsfront der Metallschicht. Damit kann jedoch keine korrosionsfeste Aussenwandung gebildet werden.
- Beim Schleudergiessen von Bimetallrohren ist es bekannt (DE-A-2 852 030), nacheinander verschiedene Schmelzen zur Bildung unterschiedlicher Schichten und Eigenschaften in die rotierende Kokille einzubringen. Hierbei wird die nächste Schicht erst eingebracht, wenn die vorher eingebrachte Schicht eine unter der Solidustemperatur liegende Temperatur erreicht hat. Zwar kann die äussere Schicht eines solchen Rohres eine, Nickel als Legierungselement enthaltende Plattierungsschicht sein, jedoch ist das Verfahren aufwendiger und benötigt einen grösseren Zeitaufwand. Im Gegensatz zu den bekannten Anwendungen von Zusatzmitteln beim Schleudergiessen von Rohren geht die Erfindung von der Ueberlegung aus, dass die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe nur dann erreicht wird, wenn auf die Bildung einer zusätzlichen Schutzschicht an der Aussenfläche des Rohres verzichtet und dafür die Schutzschicht als Teil der Metallwandung des Rohrs unter entsprechender Veränderung des Gefüges gebildet wird.
- Es hat sich nun überraschend gezeigt, dass die Bildung einer solchen Schutzschicht in verhältnismässig einfacher Weise beim Einbringen der Metallschmelze erreicht werden kann, wenn als Zusatzmittel eine Nickel- Legierung vor dem Einbringen der Schmelze in die Kokille eingebracht wird. Als besonders geeignet hat sich eine Nickellegierung erwiesen, die einen Nickelgehalt von 80 % und mehr Nickel enthält. Die weiteren Legierungselemente können Bor, Silizium, Chrom und Kupfer sein. Solche Legierungen sind als korrosions- und hitzebeständige Materialien bekannt und im Handel erhältlich. Diese Legierung wird in Pulverform mit einer Korngrösse von etwa 0,1-1 mm in die Schleudergiesskokille eingebracht.
- Das spezifische Gewicht solcher Legierungen liegt hierbei über dem spezifischen Gewicht der Gusseisenschmelze und beträgt etwa 7,8 g/cm3.
- Der Schmelzpunkt solcher Nickellegierungen soll tiefer sein als 1300° C und liegt damit tiefer als die Giesstemperatur der Gusseisenschmelze von etwa 1350 - 1380°C. Besonders günstige Verhältnisse werden erreicht, wenn der Schmelzpunkt der Nickellegierung unterhalb der Liquidustemperatur des flüssigen Gusseisens, d.h. unterhalb ca. 1150° C, liegt.
- Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für im Scheuderguss hergestellte Rohre aus Gusseisen mit Kugelgraphit angeführt, das nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde:
- In die in Rotation begriffene Stahlkokille einer Schleudergiessmaschine wurde ein Metallpulver der chemischen Zusammensetzung 94 % Ni, 3 % B, 3 % Si eingebracht, das einen Schmelzpunkt von 1050°C aufweist. Das Einbringen erfolgt gleichmässig, beispielsweise mit einer Siebeinrichtung, über die gesamte Innenfläche der Kokille. Damit das Metallpulver mit dem eingebrachten flüssigen Gusseisen seinerseits in der Aussenwandzone des zu schleudernden Rohres eine Legierung eingeht, musste es in einer solchen Menge eingebracht werden, dass eine legierte Aussenwandzone von 0,1 - 1,0 mm, vorzugsweise 0,4 mm aus austenitischem Sphärogusseisen (21 - 24 % Ni) entsteht.
- Nach dem Einbringen des Metallpulvers wurde in einem zweiten Arbeitsgang das flüssige Eisen in die Kokille eingebracht. Es entstand dabei eine legierte Aussenhaut des Rohres aus austenitischem Sphärogusseisen.
Claims (5)
1. Verfahren zum Schleudergiessen von Rohren, bei welchem flüssiges Gusseisen in eine rotierende metallische Kokille eingebracht wird, wobei auch ein Zusatzmittel in pulvriger Form in diese eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmittel eine Nickel-Legierung in Pulverform auf die Innenfläche der rotierenden Kokille vor dem Einbringen des flüssigen Gusseisens eingebracht wird, damit eine legierte Randschicht an der Aussenfläche des Rohres gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nickel-Legierung mit 80 % oder mehr Nickel in die Kokille eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Legierungselemente der Nickel-Legierung Elemente der Gruppe Bohr, Silizium, Chrom und Kupfer sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt der Nickel-Leigierung tiefer gewählt wird als 1300° C.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmelzpunkt der Nickel-Leigerung eine Temperatur gewählt wird, welche unterhalb der Liquidustemperatur des flüssigen Gusseisens von ca. 1150° C liegt.
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