5 . Januar 2007

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IMPFMITTELHALTIGE FLüSSIGSCHLICHTE AUF

WASSERBASIS

Die Erfindung betrifft eine Schlichte, welche insbesondere für den Schleuderguss geeignet ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks sowie eine Gießform mit einem Formüberzug.

Die meisten Erzeugnisse der Eisen- und Stahlindustrie sowie der Nichteisenmetallindustrie durchlaufen zur ersten Formgebung Gießprozesse. Dabei werden die Schmelzflüssigwerkstoffe, Eisenmetalle bzw. Nichteisenmetalle, in geometrisch bestimmte Gegenstände mit bestimmten Werkstückeigenschaften überführt . Für die Formgebung der Gussstücke müssen zunächst zum Teil sehr komplizierte Gießformen zur Aufnahme der Schmelze hergestellt werden. Die Gießformen werden unterteilt in verlorene Formen, die nach jedem Guss zerstört werden, sowie Dauerformen, mit denen jeweils eine große Anzahl von Gussstücken hergestellt werden kann.

Die verlorenen Formen bestehen meist aus einem mineralischen, feuerfesten, körnigen Formstoff, der oft noch mit verschiedenen weiteren Zusätzen versetzt wird, z.B. zur Erzielung guter Gussoberflächen, der mit Hilfe eines Bindemittels verfestigt wird. Als feuerfester, körniger Formstoff wird meist gewaschener,

klassierter Quarzsand verwendet. Für bestimmte Anwendungen, bei denen besondere Anforderungen erfüllt werden müssen, wird auch Chromit-, Zirkon- und Olivinsand eingesetzt. Daneben werden noch Formstoffe auf Schamotte-, sowie Magnesit-, Silimanit- oder Korundbasis benutzt. Die Bindemittel, mit welchen die Formstoffe verfestigt werden, können anorganischer oder organischer Natur sein. Kleinere verlorene Formen werden überwiegend aus Formstoffen hergestellt, welche durch Bentonit als Bindemittel verfestigt werden, während für größere Formen meist organische Polymere als Bindemittel verwendet werden. Die Herstellung der Gießformen verläuft meist in der Weise, dass der Formstoff zunächst mit dem Bindemittel vermengt wird, sodass die Körner des Formstoffs mit einem dünnen Film des Bindemittels überzogen sind. Diese Formstoffmischung wird dann in eine entsprechende Form eingebracht und ggf. verdichtet, um eine ausreichende Standfestigkeit der Gießform zu erreichen. Anschließend wird die Gießform ausgehärtet, beispielsweise indem sie erwärmt wird oder indem ein Katalysator zugegeben wird, der eine Aushärtungsreaktion bewirkt. Hat die Gießform zumindest eine gewisse Anfangs- festigkeit erreicht, so kann sie aus der Form entnommen werden und zur vollständigen Aushärtung beispielsweise in einen Ofen überführt werden, um dort für eine vorbestimmte Zeit auf eine bestimmte Temperatur erhitzt zu werden.

Dauerformen werden für die Herstellung einer Vielzahl von Guss- stücken verwendet. Sie müssen daher den Gießvorgang und die damit verbundenen Belastungen unbeschädigt überstehen. Als Werkstoff für Dauerformen haben sich je nach Anwendungsbereich besonders Gusseisen sowie unlegierte und legierte Stähle, aber auch Kupfer, Aluminium, Grafit, Sintermetalle und keramische Materialien bewährt. Zu den Dauerformverfahren zählen das Kokillen-, Druck-, Schleuder- und Stranggießverfahren.

Gießformen sind während des Gießvorgangs sehr hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. An der Kontaktfläche zwischen flüssigem Metall und Gießform können daher Fehler entstehen, beispielsweise indem die Gießform reißt oder indem flüssiges Metall in das Gefüge der Gießform eindringt. Meist werden daher diejenigen Flächen der Gießform, die mit dem flüssigen Metall in Berührung gelangen, mit einer schützenden Beschichtung versehen, die auch als Schlichte bezeichnet wird. Eine solche Schlichte besteht meist aus einem anorganischen feuerfesten Stoff und einem Bindemittel, die in einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise Wasser oder Alkohol, gelöst oder aufgeschlämmt sind.

Durch diese BeSchichtungen kann also die Oberfläche der Gießform modifiziert und auf die Eigenschaften des zu verarbeitenden Metalls abgestimmt werden. So kann durch die Schlichte das Aussehen des Gussstücks verbessert werden, indem eine glatte Oberfläche erzeugt wird, da durch die Schlichte Unregelmäßigkeiten ausgeglichen werden, die durch die Größe der Körner des Formstoffs verursacht werden. Weiter kann die Schlichte das Gussstück metallurgisch beeinflussen, indem beispielsweise über die Schlichte selektiv an der Oberfläche des Gussstücks Zusätze in das Gussstück übertragen werden, welche die Oberflächeneigenschaften des Gussstücks verbessern. Ferner bilden die Schlichten eine Schicht, welche die Gießform beim Gießen vom flüssigen Metall chemisch isoliert. Dadurch wird jegliche Haftung zwischen Guss- stück und Gießform verhindert, sodass sich das Gussstück ohne Schwierigkeiten aus der Gießform entfernen lässt. Darüber hinaus gewährleistet die Schlichte eine thermische Trennung von Gießform und Gussstück. Dies ist insbesondere bei Dauerformen von Bedeutung. Wird diese Funktion nicht erfüllt, erfährt z.B. eine Metallform im Laufe der aufeinander folgenden Gießvorgänge solch hohe thermische Belastungen, dass sie vorzeitig zerstört wird. Die Schlichte kann aber auch dazu genutzt werden, die Wärmeüber-

tragung zwischen flüssigem Metall und Gießform gezielt zu steuern, um beispielsweise durch die Abkühlungsrate die Ausbildung eines bestimmten Metallgefüges zu bewirken.

Die üblicherweise verwendeten Schlichten enthalten als Grundstoffe z.B. Tone, Quarz, Kieselgur, Cristobalit, Tridymit, Aluminiumsilicat, Zirkonsilicat, Glimmer, Schamotte oder auch Koks bzw. Grafit. Diese Grundstoffe bedecken die Oberfläche der Gießform und verschließen die Poren gegen ein Eindringen des flüssigen Metalls in die Gießform. Wegen ihres großen Isoliervermögens werden häufig Schlichten verwendet, welche Siliziumdioxid oder Kieselgur als Grundstoffe enthalten, da diese Schlichten mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden können und in großen Mengen verfügbar sind.

Wichtige Verfahren zur Herstellung von Metallteilen, beispielsweise aus Gusseisen, sind das Großgussverfahren und das Schleudergussverfahren.

Beim Großgussverfahren, mit dem größere Gussstücke hergestellt werden, werden meist verlorene Formen verwendet. Durch die Größe der herzustellenden Gussstücke wirken sehr hohe metallostatische Drucke auf die Gießform ein. Durch die langen Abkühlzeiten wird die Gießform auch über sehr lange Zeiträume einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt . Bei diesem Verfahren übernimmt die Schlichte eine ausgeprägte Schutzfunktion, um ein Eindringen des Metalls in das Material der Gießform (Penetration) , ein Reißen der Gießform (Ausbildung von Blattrippen) oder eine Reaktion zwischen Metall und dem Material der Gießform (Vererzung) zu vermeiden.

Beim Schleuderguss wird das flüssige Metall in eine um ihre Achse rotierende röhr- oder ringförmige Kokille gefüllt, in der das Metall unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zu z.B. Büchsen, Ringen und Rohren geformt wird. Dabei ist es unbedingt notwen-

dig, dass das Gussstück vor der Entnahme aus der Gießform vollständig verfestigt ist. Es bestehen deshalb ziemlich lange Kontaktzeit zwischen Gießform und Gussstück, während denen die Gießform durch das abkühlende Gussstück nicht nachteilig beein- flusst werden darf. Die Gießformen sind hier als Dauerformen ausgeführt, d.h. die Gießform darf auch nach der Belastung durch den Gießvorgang ihre Eigenschaften und ihre Form nicht verändern. Beim Schleuderguss wird die Gießform daher mit einer isolierenden Schlichte beschichtet, welche in einer einzelnen Schicht oder in Form mehrerer Schichten aufgebracht wird.

Für die Fertigung von Schleudergussrohren werden zur Zeit im wesentlichen drei Verfahren angewandt. Beim ersten Verfahren wird eine Pulverschlichte verwendet, welche ein Impfmittel und Grafit sowie manchmal auch Anteile an Aluminium umfasst. Diese Schlichte wird mit Hilfe eines aufgeschnittenen und mit der Pulverschlichte gefüllten Rohres in der rotierenden Kokille verteilt. Dazu wird das mit der Pulverschlichte gefüllte Rohr von einer entsprechend ausgebildeten Person zunächst in die Kokille eingeführt und dann langsam wieder aus der Kokille herausgezogen, wobei das Rohr um seine Längsachse gedreht wird, so dass die Pulverschlichte aus dem Rohr herausfällt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass sich die Pulverschlichte nicht maschinell in einem automatisierten Verfahren aufbringen lässt und daher der Auftrag der Pulverschlichte nicht reproduzierbar und absolut gleichmäßig erfolgt. Dies bedingt im fertigen Gussstück QualitätsSchwankungen, welche durch eine entsprechende Nachbearbeitung ausgeglichen werden müssen. Ein weiteres Verfahren verwendet eine Fertigschlichte auf Wasserbasis, in welcher als Feuerfeststoffe Zirkonsilicat, Aluminiumsilicat und/oder Aluminiumoxid suspendiert ist. Diese Schlichte wird aus einem Druckkessel mit einer Sprühlanze mit Sprüh- oder Flutdüse in einem oder mehreren Durchgängen auf die heiße rotierende Kokille gesprüht. Ein weiteres Verfahren verwendet eine Wasserschlichte, welche im

Wesentlichen aus calciniertem Kieselgur, Bentonit und Wasser besteht .

Die heute im Wesentlichen verwendeten Schleudergussschlichten basieren auf Kieselgur. Die Drehbewegung der Gießform beim Auf- schleudern und die Nachbearbeitung des Gussstücks führt jedoch häufig dazu, dass ein Teil der Schlichte als Staub oder Aerosol in die Umgebung gelangt. Diese Stäube, welche Kieselgur, gebrannten Kieselgur und Produkte, die beim Brennen von Kieselgur entstehen, wie z.B. Cristobalit, enthalten, werden mittlerweile als silikose- und auch als krebserzeugend eingestuft. Hierdurch entsteht ein hohes Gefährdungspotenzial für das Bedienungspersonal . Es besteht deshalb ein großer Bedarf nach alternativen Zusammensetzungen für Schlichten, welche auf der einen Seite hochisolierend sind und auf der anderen Seite feuerfest.

In der GB 818,165 wird eine halbautomatische Vorrichtung für die Serienfertigung von Zylinderhülsen für Verbrennungsmotoren durch Schleuderguss beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Station, in welcher die Formen mit Hilfe einer Sprühvorrichtung ausgekleidet werden, wobei die Sprühvorrichtung mit Hilfe einer entsprechenden Vorrichtung in die Form hinein und wieder herausbewegt wird. Als Schlichte wird beispielsweise eine Silicatlösung vorgeschlagen.

In der GB 722,459 wird eine Kokille für den Schleuderguss beschrieben, welche auf ihrer Innenfläche eine feuerfeste isolierende Beschichtung trägt. Die Beschichtung wird auf die Innenfläche der Kokille aufgebracht, indem diese in Rotation versetzt und mit Hilfe einer Sprühvorrichtung eine wässrige Schlichte in die Kokille eingebracht wird. Die Schlichte umfasst einen feuerfesten Werkstoff, einen Ton als Bindemittel, sowie ein Netzmittel, welches die Oberflächenspannung des Wassers herabsetzt. Dadurch wird die Homogenität der Schlichte verbessert und als Folge das Bindemittel besser auf den Partikeln des feuerfesten

Werkstoffes verteilt, wodurch die Beschichtung eine bessere Festigkeit erhält. Die Oberfläche der Beschichtung ist im Wesentlichen glatt und weist eine Vielzahl kleiner Vertiefungen auf, die sich in radialer Richtung nach außen in die Beschichtung hinein erstrecken. Wird flüssiges Metall in die rotierende Kokille eingebracht, dringt es in die Vertiefungen der Beschichtung ein und erstarrt dort sehr rasch. Dadurch wird das geschmolzene Metall rasch auf der Oberfläche der Beschichtung verankert und nimmt die Rotationsbewegung der Kokille auf, so dass die Wirkung der Zentrifugalkraft relativ schnell auf das Metall einwirkt und dieses daher gleichmäßig entlang der Wand der Kokille verteilt wird. Die Kokille wird zunächst aufgeheizt, so dass das in der Schlichte enthaltene Wasser sehr rasch verdampft, wenn die Schlichte auf die Oberfläche der Kokille aufgesprüht wird. Beim Ziehen des Gussstücks wird die Beschichtung der Kokille zusammen mit dem Gussstück ausgestoßen, wobei die Beschichtung fest an der Außenseite des Gussstücks haftet. Als Bindemittel wird vorzugsweise Bentonit verwendet. Als feuerfester Werkstoff ist in der Schlichte vorzugsweise pulverförmiges Siliciumdioxid vorgesehen. Als Netzmittel kann beispielsweise Natriumlaurylsulfat verwendet werden. Die aus der Schlichte erzeugte Beschichtung weist eine stark isolierende Wirkung auf, so dass das flüssige Metall langsam abgekühlt wird und Gussfehler vermieden werden.

In der FR 2 829 048 wird eine Schlichtezusammensetzung beschrieben, welche Metakaolin als feuerfesten Werkstoff, zumindest ein Bindemittel, ein Lösungsmittel sowie ein Netzmittel enthält. Die Schlichte umfasst ferner ein Treibmittel, um die Porosität der Beschichtung zu erhöhen.

In der EP 0 806 258 Bl wird ein Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Beschichtung für Metallformen zum Gießen eisenhaltiger Metalle beschrieben, wobei dieses Verfahren insbesondere für den Schleuderguss geeignet ist. Auf die Oberfläche der Gieß-

form wird zumindest eine GrundbeSchichtung aufgebracht und diese GrundbeSchichtung verbleibt ständig in der Form. Auf der Grund- beschichtung wird eine Deckbeschichtung aufgebracht, welche nach jedem Gussvorgang teilweise oder komplett erneuert wird. Die Deckbeschichtung enthält Metakaolin.

In der GB 868,959 wird ein Verfahren für den Schleuderguss beschrieben, wobei auf der Innenfläche der rotierenden Gießform eine dünnen Beschichtung aus einem im Wesentlichen trockenen feinteiligen Siliciumdioxidpulver in einer Stärke von weniger als 0,1 mm aufgebracht wird. Die Siliciumdioxidkörner weisen eine langgestreckte Form auf, wobei der größte Durchmesser zwischen 0,03 und 0,09 mm liegt. Die Beschichtung wird mit Hilfe von Pressluft auf die innere Oberfläche der Gießform aufgebracht, wobei die Gießform mit einer Frequenz rotiert, wie sie auch anschließend beim Schleuderguss angewendet wird. Durch die hohe Geschwindigkeit der Partikel und die Wirkung der Zentrifugalkraft bildet sich eine dünne Schicht aus, wobei die Silicum- dioxidpartikel an der Innenwand der Form festhaften. Gleichzeitig werden Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche auf der Gießform durch die Beschichtung ausgeglichen. Nachdem die Beschichtung aufgebracht worden ist, wird die Gießform weiter in Rotation gehalten und flüssiges Metall in die Gießform gegeben. Die Beschichtung bewirkt eine thermische Isolierung der Gießform von dem flüssigen Metall, so dass thermische Schocks vermindert werden. Nach dem Erstarren können die Rohre einfach aus der Gießform gezogen werden, wobei die Rohre eine sehr gute Qualität der Oberfläche aufweisen. Das Bindemittel wird bei dem in der GB 868,959 beschriebenen Verfahren trocken aufgebracht und umfasst kein Bindemittel, so dass unmittelbar nach Aufbringen der Beschichtung das flüssige Eisen in die Form eingebracht werden kann.

In der GB 865,301 wird ein Verfahren zum Auskleiden einer Gießform für den Schleuderguss mit einer Beschichtung beschrieben. Die Beschichtung wird erzeugt, indem mehrere Schichten einer Mischung eines Siliciumdioxidpulvers und Bentonit, welche in Wasser suspendiert ist, auf der Oberfläche der Gießform aufgebracht werden. Dabei wird zunächst eine erste Lage aufgetragen, welche eine im Wesentlichen glatte Oberfläche aufweist und eine gleichmäßige Dicke besitzt. Nachdem die Schicht getrocknet ist, wird eine weitere Schicht aufgebracht, die eine raue Oberfläche aufweist. Vor dem Gießen des Gussstücks wird auf der Oberfläche der Beschichtung eine sehr dünne Schicht eines pulverförmigen Produkts aufgebracht, wie Calciumsilicid, Ferro-Calciumsilicid usw. , die als Kristallisationskeim für die Ausbildung des gewünschten Kristallgefüges wirken.

In der DE 30 09 490 Al wird eine Schlichte für die Auskleidung einer metallischen Schleudergusskokille für Kupfer oder dessen Legierungen und Verfahren zu ihrer Aufbringung beschrieben. Die Schlichte besteht im Wesentlichen aus Titandioxid, welches in einem rückstandsfrei verdunstenden Dispergiermittel, insbesondere Wasser aufgeschlämmt ist. Zum Aufbringen der Schlichte wird die Kokille zunächst vorgewärmt und die Schlichte als bindemittelfreie und netzmittelfreie Suspension in Form einer möglichst gleichmäßig dünnen Schicht auf die Innenwand der um ihre Achse rotierenden Kokille aufgesprüht. Das Dispergiermittel der Schlichte wird rückstandsfrei verdampft, so dass die Beschichtung eine poröse Struktur erhält. Die Beschichtung kann in mehreren Schritten aufgesprüht werden, wozu der Sprühkopf mehrmals innerhalb der rotierenden Kokille hin- und herbewegt wird, wobei das Aufsprühen in der Weise durchgeführt wird, dass die zuvor aufgesprühte Schicht bereits getrocknet ist ehe die nächste Schicht aufgesprüht wird.

Ein wesentliches Problem, dass es beim Schleuderguss zu lösen gilt, ist die Erzeugung eines bestimmten Metallgefüges, sodass das Gussstück die erwünschten Eigenschaften erhält . Beim Schleuderguss wird die Gießform zunächst auf eine bestimmte Temperatur gebracht . Dies kann zu Beginn eines Prozesses durch Heizen erfolgen oder während einer kontinuierlichen Produktion durch die Wärme des vorhergehenden Gießvorgangs. In die rotierende Gießform wird flüssiges Metall eingebracht. Dabei erfährt das Metall eine rasche Abkühlung und erstarrt. Beim Erstarren kann ein unerwünschtes Gefüge entstehen, welches die Eigenschaften des Gussstücks nachteilig beeinflusst. So kann beispielsweise beim Grauguss eine Weißerstarrung auftreten. Die äußere Schicht des Gussstücks wird sehr hart und spröde und lässt sich daher nur schlecht bearbeiten. Um das richtige Gefüge beim Erstarren des Metalls zu erhalten, setzt man daher Impfmittel ein. Diese werden vor dem Einbringen des flüssigen Metalls in die rotierende Kokille eingebracht. Allerdings lässt sich die Menge an Impfmittel, welches in die Kokille eingebracht wird, nur schlecht steuern. Im Allgemeinen wird ein Rohr verwendet, welches vorne geöffnet ist und mit dem pulverförmigen Impfmittel gefüllt ist . Von einer Bedienperson wird das Rohr in die Kokille eingeführt und dann unter Drehen herausgezogen, wobei das pulverförmige Impfmittel aus dem Rohr austritt und in der Kokille verteilt wird. Diese Verteilung erfolgt aber zwangsläufig mit einer gewissen Unregelmäßigkeit und ist daher nicht reproduzierbar.

Als Alternative werden isolierende Schutzschichten auf der Innenwand der Kokille aufgebracht. Dadurch kühlt das Metall beim Auftreffen auf die Kokillenwand langsamer ab, so dass das gewünschte Gefüge entstehen kann. Bei diesem Vorgehen wird auch die Kokille einem geringeren Temperaturschock ausgesetzt, so dass sie in geringerem Ausmaß einem Verschleiß unterliegt. Im Allgemeinen ist die Isolierwirkung jedoch nicht ausreichend, so dass auch in diesem Fall zusätzlich Impfmittel auf die Beschich-

tung aufgebracht wird. Auch hier ergeben sich Schwierigkeiten mit der Dosierung. Dies ist insbesondere auch deshalb nachteilig, da die Impfmittel relativ teuer sind und daher nach Möglichkeit nur in der geringsten erforderlichen Menge in die Kokille eingebracht werden sollen.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Schlichte bereitzustellen, welche insbesondere für den Schleuderguss geeignet ist, welche die Eigenschaften des beim Gießen erhaltenen Gussstücks positiv beeinflusst, insbesondere die Initiierung des gewünschten Metallgefüges zuverlässig bewirkt. Außerdem soll die Schlichte die automatische und reproduzierbare Herstellung einer SchutzbeSchichtung ermöglichen, welche die Initiierung des Metallgefüges zuverlässig und reproduzierbar ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einer Schlichte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schlichte sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche .

Die erfindungsgemäße Schlichte, welche insbesondere für den Schleuderguss geeignet ist, umfasst zumindest:

eine Trägerflüssigkeit; zumindest einen pulverförmigen Feuerfeststoff; zumindest ein Stellmittel; sowie

- ein metallisches Impfmittel, welches die Kristallisation des für einen Guss verwendeten Metalls initiieren kann.

Die erfindungsgemäße Schlichte enthält neben einem Feuerfeststoff bereits ein metallisches Impfmittel, welches die Kristallisation bzw. die Gefügebildung beim Gießen des Metalls initiieren kann. Die erfindungsgemäße Schlichte vereinigt daher zwei Effekte: zum einen kann mit Hilfe des pulverförmigen Feuerfest-

Stoffs eine isolierende SchutzbeSchichtung in bzw. auf der Gießform erzeugt werden. Zum zweiten enthält die Schlichte bereits das Impfmittel, so dass mit der Herstellung der Schutzbeschich- tung bereits Kristallisationskeime in der Gießform bereitgestellt werden und es nicht mehr erforderlich ist, das Impfmittel in einem getrennten Schritt in die Gießform einzubringen. Die erfindungsgemäße Schlichte bildet eine Suspension, d.h. sie lässt sich durch eine entsprechende Sprühvorrichtung automatisch auf der Gießform aufbringen. Dadurch lässt sich die Herstellung der Schutzschicht automatisieren, bzw. reproduzierbar durchführen. Die Schlichte umfasst weiter ein Stellmittel, welches das Absinken des metallischen Impfmittels verhindert. Das metallische Impfmittel ist daher annähernd homogen in der Schlichte verteilt und wird daher auch gleichmäßig auf der Wand der Gießform aufgebracht. Dadurch lässt sich die Menge an metallischem Impfmittel, welches auf der Oberfläche der Gießform aufgebracht wird, sehr genau steuern und es ist möglich, die Menge des metallischen Impfmittels, welches für eine zuverlässige Gefügebildung erforderlich ist, im Vergleich zu einer manuellen Aufbringung des Impfmittels deutlich zu verringern.

Die Schlichte umfasst zunächst eine Trägerflüssigkeit, in welcher die weiteren Bestandteile der Schlichte suspendiert bzw. gelöst werden können. Diese Trägerflüssigkeit wird geeignet so ausgewählt, dass sie bei den im Metallguss üblichen Bedingungen vollständig verdampft werden kann. Die Trägerflüssigkeit sollte daher bevorzugt bei Normaldruck einen Siedepunkt von weniger als etwa 130 ⁰ C, vorzugsweise weniger als 110 ⁰ C aufweisen. Als Trägerflüssigkeit wird vorzugsweise Wasser oder ein Alkohol verwendet, wie beispielsweise Ethanol oder Isopropanol, oder auch Gemische dieser Trägerflüssigkeiten. In der Trägerflüssigkeit ist zumindest ein pulverförmiger Feuerfeststoff suspendiert. Als Feuerfeststoff können im Metallguss übliche Feuerfeststoffe verwendet werden. Beispiele für geeignete Feuerfeststoffe sind

Quarz, Aluminiutnoxid, Aluminiumsilicate, wie Pyrophyllit, Kya- nit, Andalusit oder Schamotte, Zirkonsande, Olivin, Talk, Glimmer, Grafit, Koks, Feldspat. Der Feuerfeststoff wird in Pulverform bereitgestellt. Die Korngröße wird dabei so gewählt, dass in der Beschichtung ein stabiles Gefüge entsteht und dass sich die Schlichte mit der Sprühvorrichtung problemlos auf der Wand der Gießform verteilen lässt. Geeignet weist der Feuerfeststoff eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,1 bis 500 μm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 bis 200 μm auf. Als Feuerfeststoff sind insbesondere Materialien geeignet, welche einen Schmelzpunkt aufweisen, der zumindest 200 ⁰ C oberhalb der Temperatur des flüssigen Metalls liegt und die keine Reaktion mit dem Metall eingehen.

Die erfindungsgemäße Schlichte umfasst weiter mindestens ein Stellmittel. Das Stellmittel bewirkt eine Erhöhung der Viskosität der Schlichte, so dass die festen Bestandteile der Schlichte in der Suspension nicht bzw. nur in geringem Ausmaß absinken. Zur Erhöhung der Viskosität können sowohl organische als auch anorganische Materialien oder Gemische dieser Materialien eingesetzt werden. Geeignete anorganische Stellmittel sind beispielsweise starke quellfähige Tone.

Als organische Stellmittel kommen beispielsweise quellfähige Polymere in Frage, wie Carboxymethyl-, Methyl-, Ethyl-, Hydroxy- ethyl- und Hydroxypropylcellulose, Pflanzenschleime, Polyvinyl- alkohole, Polyvinylpyrrolidon, Pektin, Gelatine, Agar Agar und Polypeptide, sowie Alginate.

Die erfindungsgemäße Schlichte umfasst weiter ein metallisches Impfmittel. Dieses Impfmittel wird entsprechend zum Metall ausgewählt, welches beim Guss verwendet wird. Als Impfmittel können dabei die Materialien verwendet werden, welche bereits bisher als Impfmaterialien verwendet wurden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schlichte als weiteren Bestandteil zumindest ein Bindemittel . Das Bindemittel ermöglicht eine bessere Fixierung der Schlichte bzw. des aus der Schlichte hergestellten Schutzüberzugs auf der Wand der Gießform. Außerdem wird durch das Bindemittel die mechanische Stabilität der SchutzbeSchichtung erhöht, so dass eine geringere Erosion unter der Einwirkung des flüssigen Metalls beobachtet wird. Als Bindemittel können übliche Bindemittel verwendet werden, wie beispielsweise Tone, insbesondere Bentonit.

Die erfindungsgemäße Schlichte lässt sich in einer bevorzugten Ausführungsform so ausgestalten, dass sie insbesondere für den Eisenguss geeignet ist. Als Impfmittel wird dabei bevorzugt eine eisenhaltige Legierung verwendet . Der Eisenanteil der Legierung beträgt bevorzugt zwischen 5 und 60 Gew.-%, insbesondere bevorzugt zwischen 8 und 30 Gew.-%.

Als eisenhaltige Legierung wird bevorzugt eine Ferrosiliciumle- gierung verwendet. Der Siliciumanteil der Ferrosiliciumlegierung wird dabei bevorzugt im Bereich von 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 50 bis 70 Gew.-% gewählt.

Das Impfmittel hat bevorzugt eine Korngröße von weniger als 0,5 mm. Die in der erfindungsgemäßen Schlichte eingebrachten Impf- mittel weisen gewöhnlich eine relativ hohe Dichte auf und sinken daher in der Schlichte rasch ab. Dieses Absinken wird zwar durch das Stellmittel abgebremst . Durch eine Verkleinerung der Korngröße kann jedoch das Absinken des Impfmittels weiter verringert werden, so dass das Impfmittel homogen in der Schlichte suspendiert verbleibt. Als weiterer Vorteil verstopft bei Verwendung einer Sprühvorrichtung zum Aufbringen der Schlichte die Düse der Sprühvorrichtung bei Verwendung eines Impfmittels mit feiner Körnung weniger leicht. Insbesondere bevorzugt weist das Impf- mittel eine mittlere Korngröße von weniger 0,3 mm auf. Bei einer

zu feinen Körnung können jedoch Schwierigkeiten mit der Impfwir- kung auftreten. Ferner nimmt mit abnehmender Körnung die spezifische Oberfläche des Impfmittels zu und damit auch die Reaktivität mit der in der Schlichte enthaltenen Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Bei einer Reaktion des Impfmittels mit beispielsweise Wasser wird eine Gasbildung beobachtet, was zu einer Schaumbildung führt. Die Schlichte lässt sich dann nicht mehr zuverlässig pumpen bzw. versprühen. Vorzugsweise wird daher die mittlere Korngröße größer als 50 μm, insbesondere bevorzugt größer als 80 μm gewählt. Besonders bevorzugt wird das Impfmittel mit einer Körnung im Bereich von 80 bis 300 μm verwendet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Impfmittel bzw. die Ferrosiliciumlegierung auch noch weitere Legierungsbestandteile enthalten, um die Eigenschaften des Impfmittels positiv zu beeinflussen. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schlichte umfasst das Impfmittel einen Anteil an Aluminium im Bereich von 2 bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 6 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 3 bis 5 Gew.-%.

Das metallische Impfmittel kann auch noch weitere Legierungsbestandteile enthalten, die beispielsweise ausgewählt sein können aus Cer, Magnesium, Chrom, Molybdän. Die Anteile dieser Legierungsbestandteile betragen bevorzugt zwischen 0,01 und 2 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% bezogen auf das metallische Impfmittel . Als weiteren Legierungsbestandteil kann das metallische Impfmittel auch Calcium enthalten. Der Gehalt an Calcium wird dabei bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 2 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,5 bis 1,5 Gew.-% gewählt.

Das Impfmittel wird im Allgemeinen in einer Menge zugegeben, die zwischen 0,1 und 0,3 Gew.-% bezogen auf das Metall, welches gegossen wird, entspricht. Bezogen auf die erfindungsgemäße Schlichte beträgt der Anteil des Impfmittels vorzugsweise zwischen 0,2 und 40 Gew.-%, insbesondere bevorzugt zwischen 1 und

30 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 20 Gew.-%.

Wie bereits weiter oben diskutiert, umfasst die erfindungsgemäße Schlichte eine Stellmittel, welches ein Absinken des metallischen Impfmittels verhindert. Das Stellmittel ist dabei bevorzugt ausgewählt aus organischen Verdickungsmitteln und hochquellenden Schichtsilicaten. Die organischen Verdickungsmittel bzw. die hochquellenden Schichtsilicate werden dabei so ausgewählt, dass bei einer geringen Zugabemenge bereits eine deutliche Erhöhung der Viskosität erreicht wird.

Vorzugsweise werden als Stellmittel organische Verdickungsmittel ausgewählt, da diese nach dem Aufbringen der Schutzbeschichtung soweit getrocknet werden können, dass sie beim Kontakt mit dem flüssigen Metall kaum noch Wasser abgeben. Bevorzugte organische Verdickungsmittel sind beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe von Carboxymethylcellulose, Alginaten, Ethylcellulose, Pektin, Gelatine, Agar Agar sowie Polypeptiden.

Als hochquellfähiges Schichtsilikat können sowohl Zwei-Schicht- Silikate wie auch Drei-Schicht-Silikate verwendet werden, wie z.B. Attapulgit, Serpentine, Kaoline, Smektite, wie Saponit, Montmorillonit, Beidellit und Nontronit, Vermiculit, Illit, Hec- torit und Glimmer. Hectorit verleiht der Schlichte auch thi- xotrope Eigenschaften, wodurch die Ausbildung der Schutzschicht auf der Gießform erleichtert wird, da die Schlichte nach dem Aufbringen nicht mehr fließt. Da Schichtsilicate in den Zwischenschichten Wasser enthalten, welches beim Aufbringen der Schlichte auf die heiße Gießform, welche eine Temperatur im Bereich von etwa 250 bis 350 ⁰ C aufweist, nicht verdampft, wird die Menge des Tons vorzugsweise möglichst gering gewählt. Die Menge des hochquellfähigen Schichtsilicats wird bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 5,0 Gew.-%, insbesondere bevorzugt im Bereich von

0,1 bis 1,0 Gew.-% ausgewählt, bezogen auf das Gewicht der Schlichte.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Schlichte Kieselsol als Bindemittel. Der Anteile des Bindemittels wird dabei bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schlichte gewählt. Das Kieselsol wird bevorzugt durch Neutralisieren von Wasserglas hergestellt. Die erhaltene amorphe Kieselsäure weist dabei bevorzugt eine spezifische Oberfläche im Bereich von 10 bis 1000 m ² /g, insbesondere bevorzugt im Bereich von 30 bis 300 m ² /<? auf.

Insbesondere wenn Wasser als Dispergierflüssigkeit verwendet wird, neigt das metallische Impfmittel dazu, mit dem Wasser zu reagieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die eisenhaltige Legierung mit Phosphorsäure vorimprägniert . Durch das dabei entstehende Eisenphosphat kann die Gasbildung nahezu vollständig unterdrückt werden, so dass die Schlichte auch über längere Zeiträume hinweg gelagert werden kann.

Um ein Absinken der festen Bestandteile der Schlichte zu verhindern und gleichzeitig einen gleichmäßigen Auftrag auf der Gießform erreichen zu können, wird die Viskosität der Schlichte vorzugsweise im Bereich von 1000 bis 3000 mPas, insbesondere bevorzugt 1200 bis 2000 mPas gewählt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Schlichte einen Anteil an Grafit . Dies unterstützt die Ausbildung von Lamellenkohlenstoff an der Grenzfläche zwischen Guss- stück und Gießform. Der Anteil des Grafits wird vorzugsweise im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schlichte, gewählt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks zur Verwendung der oben beschriebenen Schlichte.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Gießform bereitgestellt. Dies kann sowohl eine verlorene Form sein, die in üblicher Weise aus einem Feuerfestmaterial, beispielsweise Quarzsand, und einem Bindemittel hergestellt wurde, als auch eine Dauerform, wie sie üblicherweise zur Herstellung von Rohren, Lagern oder Hülsen verwendet wird.

Die Gießform wird dann mit einer Schlichte, wie sie oben beschrieben wurde, beschichtet, so dass eine Schutzbeschichtung erhalten wird. Hierzu können übliche Verfahren verwendet werden. Die Schlichte kann durch Tauchverfahren, Aufpinseln oder bevorzugt durch Aufsprühen aufgetragen werden. Die in der Schlichte enthaltene Trägerflüssigkeit wird anschließend verdampft. Dazu kann die Wärme genutzt werden, welche in der Gießform noch vom vorangegangenen Gussvorgang verblieben ist. Es ist jedoch auch möglich, die Gießform entsprechend zu erwärmen. Die Gießform weist nun auf zumindest den Flächen, welche mit dem flüssigen Metall in Kontakt gelangen, eine Schutzbeschichtung auf, welche das flüssige Metall von der Gießform isoliert und welche die Gefügebildung im erstarrenden Metall initiieren kann. In die vorbereitete Gießform wird nun flüssiges Metall eingeleitet, vorzugsweise Eisen oder einer Eisenlegierung. Das flüssige Metall wird anschließend zu einem Gussstück erstarren gelassen und dann das Gussstück von der Gießform getrennt. Dazu werden übliche Verfahren angewendet. Bei verlorenen Formen wird die Gießform mechanisch zerstört, beispielsweise durch Rütteln. Bei Dauerformen wird das Gussstück mit üblichen Verfahren aus der Gießform gezogen.

Das Verfahren eignet sich insbesondere für den Schleuderguss, wobei das flüssige Metall durch Aufschleudern in die Gießform

eingebracht wird. Dazu wird in üblicher Weise die Gießform in Rotation um ihre Achse versetzt und dann das flüssige Metall in die Dauerform eingeleitet.

Die oben beschriebene Schlichte wird bevorzugt in die rotierende Dauerform eingebracht, da dies eine gleichmäßige Verteilung der Schlichte auf der inneren Wand der Dauerform ermöglicht. Besonders bevorzugt wird dazu die Schlichte mittels einer geeigneten Sprühvorrichtung auf die Innenwand der Dauerform aufgesprüht . Dieser Vorgang lässt sich vorteilhaft automatisieren, so dass reproduzierbare Schichtdicken der Schutzschicht bereitgestellt werden können.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Gießform, welche einen Formüberzug aufweist, der aus der oben beschriebenen Schlichte hergestellt worden ist. Eine derartige Gießform weist vorteilhaft eine Isolierung zwischen dem flüssigen Metall und der Gießform auf, wodurch die thermische Belastung der Gießform beim Gussvorgang vermindert wird und sich dadurch die Haltbarkeit der Gießform erhöht. Als weiterer Vorteil weist der Formüberzug Impfkristalle auf, welche die Gefügebildung beim Erstarren des flüssigen Metalls initiieren können.

Die Erfindung wird im weiteren anhand von Beispielen näher erläutert .

Beispiel 1

Als Impfmittel wurde das Impfmittel VP 216 der SKW Gießerei- Technik GmbH, D-84579 Unterneukirchen, verwendet. Das Impfmittel enthält 68 bis 73 Gew.-% Silizium, 3,2 bis 4,5 Gew.-% Aluminium, sowie 0,3 bis 1,5 Gew.-% Calcium, wobei der Rest durch Eisen ergänzt wird. Das Impfmittel wies eine Körnung von 80 bis 300 μm auf .

Das Impfmittel VP 216 wurde in eine Schlichte eingerührt, die ausgehend von der in Tabelle 1 wiedergegebenen Zusammensetzung hergestellt wurde.

Tabelle 1: Zusammensetzung der Schlichte

Wasser 27,4 kg

Hectorit 0,2 kg

Carboxymethylcellulose 0,2 kg

Biozid 0,2 kg

Schamotte 50,0 kg

Quartz 5,0 kg

Aluminiumoxid 15,0 kg

Kieselsol 2,0 kg

Die in Tabelle 1 angegebene Schlichte wurde mit Wasser auf einen Feststoffgehalt von 33% verdünnt. Die verdünnte Schlichte wies eine Viskosität von 1300 mPas auf, gemessen mit einem Brookfield DV II Pro + Messgerät, 20 Upm, Spindel 4, in Anlehnung an DIN 53019

Die Schlichte wurde mit 28 Gew.-% eines Impfmittelgemischs bestehend aus 50% Impfmittel VP 216 und 50% Elektrodengrafit (Körnung < 0,2mm versetzt, wobei das Impfmittel unter intensivem Rühren zugegeben wurde .

Als Vergleich wurde die Kokille mit der gleichen verdünnten Schlichte beschichtet, der jedoch kein Impfmittel zugesetzt worden war.

Die Schlichten wurden jeweils mit Hilfe einer Sprühlanze (1,8 mm Sprühkopfdurchmesser, Druck: 1 - 2 bar, 2 Hübe) auf die Innenfläche einer rotierenden Kokille aufgetragen, welche eine Temperatur von etwa 35O ⁰ C aufwies. Es wurden zwei Hübe mit der Sprühlanze ausgeführt, wodurch sich eine Schichtdicke des Formüberzugs von ca. 200-300 μm ergab. In die vorbereitete Kokille wurde

anschließend eine flüssige Eisenlegierung (Zusammensetzung siehe Tabelle 2) gegeben (Schmelztemperatur 1630°C, Gießen 1580- 1600 ⁰ C, Kokillentemperatur während des Gießens: 1500-1530 ⁰ C) . Es wurden jeweils 30 Rohre mit einem Außendurchmesser von 52 mm, einem Innendurchmesser von 28 mm und einer Länge von 500 mm erhalten. Nach dem Erkalten wurden die Rohre aus der Kokille gezogen und die Oberfläche auf Weißerstarrung untersucht.

Tabelle 2: Zusammensetzung der Eisenlegierung

Bestandteil Gew .-%

Kohlenstoff 3 ,30 - 3, 50 Gew. -%

Silizium 1 ,90 - 2, 20 Gew. -%

Schwefel 0, 025 - o, 30 Gew.-%

Eisen ad 100 Gew. -%

Bei dem mit der erfindungsgemäßen Schlichte hergestellten Rohr war lediglich auf den ersten 4 bis 5 cm, gemessen von der Eingießstelle an, Weißerstarrung zu erkennen. Bei den im Vergleichsbeispiel, d.h. ohne Zusatz eines Impfmittels erhaltenen Rohren wurde auf der gesamten Rohrlänge Weißerstarrung festgestellt.