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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Giessereiwesens und genauer auf selbsthärtende Formgemische zum Herstellen von Giessformen und Kernen.
Es wird zum Herstellen von Giessformen und Kernen weitgehend ein selbsthärtendes Gemisch verwendet, welches Formsand, Natriumsilikat und Kalziumorthosilikat enthält. Dieses Gemisch erhärtet infolge des Zusammenwirkens von Natriumsilikat und Kalziumorthosilikat, wobei feste Kerne und Formen erhalten werden (s. beispielsweise franz. Patentschrift Nr. 1. 342. 529). Das Gemisch wird erfolgreich verwendet, doch entstehen hiebei gewisse Schwierigkeiten. Das Herausschlagen der Kerne aus den Gussstücken ist schwierig, die erhärteten Formen und Kerne sind spröde und das Regeln der Erhärtungsgeschwindigkeit ist kompliziert.
Es wurde, um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ein selbsthärtendes Formgemisch zum Herstellen von Kernen und Formen entwickelt, das zerkleinerten Feuerfeststoff, Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen, Zement und saures Wasser, das durch die Holzstoffpyrolyse in Gaserzeugeranlagen erhalten wird, enthält. Um ein flüssiges Gemisch zu erhalten, wird ein schaumbildendes Agens in das Gemisch eingeführt (s. beispielsweise Schwedische Patentschrift Nr. 323476 der Klasse 31b 1/16).
Es ergeben sich jedoch beim Verwenden dieses Gemisches ebenfalls Schwierigkeiten. Die Erhärtungsgeschwindigkeit der hergestellten Formen und Kerne ist gering (das Erhärten dauert 5 bis 12 h) und die Festigkeit, welche 1 h nach der Herstellung nicht 0, 6 kp/cm2 überschreitet, ist niedrig.
Es ist zum Herstellen von Giessformen und Kernen auch die Verwendung eines Formgemisches allgemein bekannt, welches zerkleinerten Feuerfeststoff, als Bindemittel Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen, als Härter eine Verbindung sechswertigen Chroms, einen Schaumbildner und Wasser enthält.
Die Schwierigkeiten, welche beim Verwenden des erwähnten Gemisches entstehen, sind in erster Linie mit der geringen Gasdurchlässigkeit der aus diesem Gemisch hergestellten Formen und Kerne verbunden. Deshalb müssen letztere im Laufe von 1, 5 bis 2 h bei einer Temperatur von 150 bis 2000C getrocknet werden.
Ausserdem ist die als Härter verwendete Verbindung sechswertigen Chroms giftig und ihr Gebrauch erfordert grosse Vorsicht.
Es ist das Ziel der Erfindung, die erwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen oder wenigstens zu vermindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches selbsthärtendes Formgemisch zum Herstellen von Giessformen und Kernen zu schaffen, welches wesentlich bessere physikalisch-mechanische Eigenschaften der erwähnten Formen und Kerne und schnellere Erhärtung der letzteren gewährleistet. Ausserdem ist es zweckmässig, den aus dem Verdichten der Giessformen und Kerne bestehenden Arbeitsgang beim Herstellen derselben zu eliminieren.
Gemäss der Erfindung wird dies mit einem selbsthärtenden Formsandgemisch zum Herstellen von Giessformen und Kernen, welches Formsand, als Bindemittel Alkali-, Erdalkali-, Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den Formsand, und einen Härter enthält, wobei insbesondere als ein oder mehrere der genannten Lignosulfonate enthaltendes Material Sulfitablauge dient, erreicht, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der Härter aus einem Alkalialuminat enthaltenden Zwischenprodukt der Tonerdegewinnung, nämlich Sinterbauxit oder Sinternephelin, besteht.
Infolge der Reaktion, die zwischen dem Lignosulfonat und dem Alkalialuminat verläuft, entstehen Giessformen und Kerne, die eine hohe Festigkeit besitzen. Hiebei wird die Geschwindigkeit des Erhärtungsprozesses bedeutend vergrössert.
Es ist gemäss einer Ausführungsvariante der Erfindung zweckmässig, dass der Härter in einer solchen Menge im Gemisch vorliegt, dass die Menge des Alkalialuminats in dem Gemisch von 0, 5 bis 5, 0 Gew.-%, bezogen auf den Formsand, beträgt. Durch eine solche Menge wird die höchstmögliche Festigkeit der Giessformen und der Kerne gewährleistet. Zweckmässigerweise ist ds im Härter enthaltene Alkalialuminat Natriumaluminat. Derartige Massen werden am häufigsten in der Industrie angetroffen. Dieses Produkt wird durch Sintern bei einer Temperatur von 12000C des Bauxit- oder Nephelinerzes gewonnen, welches mit Soda und Kalkstein durchgemischt wird. Dann wird das gewonnene Produkt, welches weiterhin in der Beschreibung "Sinterbauxit" bzw."Sinternephelin"genannt wird, gekühlt und bis zu einer Korngrösse von 0, 3 bis 1 mm zermahlt.
Eine solche Korngrösse wird vorzugsweise beim Verfahren zum Herstellen von Giessformen und Kernen gemäss der Erfindung verwendet.
Die folgende Tafel enthält die chemische und die mineralogische Zusammensetzung der Sinter.
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Tafel
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<tb>
<tb> Sinterbezeichnung <SEP> Chemische <SEP> Zusammensetzung <SEP> in <SEP> Gew.. <SEP> I1/o <SEP>
<tb> SiO, <SEP> AlO, <SEP> F <SEP> O, <SEP> CaO <SEP> Na <SEP> O
<tb> Sinterbauxit <SEP> 10-12 <SEP> 29-31 <SEP> 10-11 <SEP> 20-22 <SEP> 21-25
<tb> Sinternephelin <SEP> 24-26 <SEP> 15-17 <SEP> 2-3 <SEP> 43-46 <SEP> 9-10
<tb> Mineralogische <SEP> Zusammensetzung <SEP> in <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP>
<tb> Kalziumortho-Natrium-Natriumsilikat <SEP> aluminat <SEP> ferrit
<tb> Sinterbauxit <SEP> 40-45 <SEP> 30-45 <SEP> 8-17
<tb> Sinternephelin <SEP> 70-80 <SEP> 10-25 <SEP> 2-8
<tb>
Beim Verwenden dieser Sinter hängt die Festigkeit des Gemisches und seine Erhärtungsgeschwindigkeit von der Menge des in ihnen enthaltenen Natriumaluminats ab.
Es ist verständlich, dass, je höher der Gehalt an Natriumaluminat in den Sintern ist, um so höher die Festigkeit und die Erhärtungsgeschwindigkeit des Gemisches werden.
Die Sintermenge, welche in das Gemisch einzuführen ist, um die erforderliche Festigkeit und Erhärtungsgeschwindigkeit der Formen und der Kerne zu erhalten, beträgt 3 bis 10 Gew.-Teile je 100 Gew.-Teile Sand, damit der Natriumaluminatgehalt im Gemisch 0, 5 bis 5, 0 Gew.-% bezogen auf den Formsand beträgt.
Erfindungsgemäss dient als Bindemittel Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen. Die am weitesten verbreitete Masse, welche Natrium- Kalzium- oder Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen enthält, ist das Abfallprodukt, welches bei der Zellulosegewinnung aus Holz nach dem Sulfitverfahren erhalten wird. Weiterhin wird dieses Abfallprodukt in der Beschreibung"Sulfitablauge"genannt.
Der grösste Effekt wird erzielt, wenn der Lignosulfonatgehalt im Gemisch im Bereich zwischen 1 und 5 Gew.-%, bezogen auf den Formsand liegt.
Die Sulfitablauge, welche bei dem erfindungsgemässen Gemisch verwendet wird, wird von der Industrie in flüssiger Form oder in Form von trockenen Konzentraten mit einem Lignosulfonatgehalt im Bereich von 45 bis 97 Gew.-% geliefert. Je höher der Lignosulfonatgehalt in der Sulfitablauge ist, eine um so geringere Menge derselben ist in der Zusammensetzung des Gemisches erforderlich, um dieselben Festigkeitskennwerte der Giessformen und der Kerne zu erreichen. Der Lignosulfonatengehalt in der flüssigen Sulfitablauge kann durch deren Wichte gekennzeichnet werden.
Bei einem der Erfindung entsprechenden Gemisch wird üblicherweise eine wässerige Sulfitablauge mit einer Wichte von 1, 10 bis 1, 27 g/cm3 verwendet, in der der Lignosulfonatgehalt 25 bis 55 Gew.-% beträgt und deren Menge einem Lignosulfonatgehalt im Gemisch im Bereich von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den Formsand, entspricht.
Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Verwendung von Sulfitablauge als Lignosulfonat enthaltendes Material angeführt. Hiebei ist zu beachten, dass diese Erfindung nicht durch die Verwendung nur dieser, Lignosulfonat enthaltenden Masse begrenzt wird.
Beispiel l : 100 Gew.-Teile Quarzsand werden mit 4, 0 Gew.-Teilen Sulfitablauge mit einer Wichte
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Laufe von 1, 5 bis 2, 0 min gemischt. Dann werden in das Gemisch 2, 5 Gew.-Teile Sinterbauxit eingeführt, der 40 Gew.-% Natriumaluminat enthält, und das Gemisch wird noch 0, 5 bis 2, 0 min durchgemischt.
Das zubereitete Gemisch wird in den Kern- oder den Formkasten gegossen und nach einem bekannten Verahren wird der Kern oder die Form hergestellt. Weiterhin erhärten die Form und der Kern an der Luft.
Die Druckfestigkeit (in kp/cm) des Gemisches beträgt : nach dem Erhärten im Laufe von 1 h-4, 5, nach dem Erhärten im Laufe von 3 h-6, 5 und nach dem Erhärten im Laufe von 24 h-9, 0.
Eine zusätzliche Festigkeitserhöhung der Formen und Kerne wird durch das Einführen eines bekannten Zuschlags, welcher das Wasser im Gemisch bindet, in die Härtermasse erreicht.
Ein geeigneter Zuschlag besteht aus Ton, Bentonit, Zement oder Gips, die in einer Menge von 0, 5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den Formsand eingeführt werden.
Beispiel 2 : 100 Gew.-Teile Quarzsand werden mit 4, 0 Gew.-Teilen Sulfitablauge mit einer Wichte
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24Laufe von 1 bis 2 min gemischt. Dann werden in das Gemisch 2, 5 Gew.-Teile Sinterbauxit eingeführt, der 40 Gew.-% Natriumaluminat und 1, 5 Gew.-Teile Zement enthält, und das Gemisch wird im Laufe von 2 bis 3 min durchgemischt.
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Die aus diesem Gemisch nach dem bekannten Verfahren hergestellten Formen und Kerne besitzen nach der Erhärtung an der Luft eine Druckfestigkeit (in kp/cm2) von : 5, 5 nach Ablauf von 1 h, 7, 0 nach Ablauf von 3 h und 10, 5 nach Ablauf von 24 h.
Das Verfahren zum Erhärten des Bindemittels aus Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumlignosulfonat oder einem Gemisch aus ihnen ist auch bei einem flüssigen Formgemisch anwendbar, welches als Zuschlag zum Formsand, zum erwähnten Lignosulfonat und zur Masse, die Alkalimetallaluminat enthält, ein schaumbildendes Material in einer Menge enthält, die ausreicht, um das Gemisch in den flüssigen Zustand zu überführen.
Die Menge des schaumbildenden Materials beträgt 0, 4 bis 1 Grew.-%, bezogen auf den Formsand.
Als Schaumbildner können bei dem Gemisch anionische, kationische und nicht ionogene oberflächenaktive Stoffe verwendet werden. Solche Stoffe können Alkylarylsulfonate, Alkylsulfonate, primäre und sekundäre Alkylsulfate, Oxyäthylierungsprodukte von Alkoholen, Phenolen, Aminen und Quartärammoniumverbindungen der langkettigen aliphatischen Amine sein.
Der geeignetste Schaumbildner ist ein oberflächenaktiver Stoff vom anionischen Typ wie Natriumalkylarylsulfonat, welches das Erhalten eines flüssigen Gemisches sicherstellt, das hohe Fliessbarkeit aufweist, wobei die erforderliche Beständigkeit des Schaums im Gemisch gewährleistet ist. Ein derartiger Schaumbildner verleiht dem Gesamtgemisch somit die Eigenschaft, seine Beweglichkeit während einer Zeitspanne beizubehalten, die zum Ausgiessen des Gemisches in die Kern- und die Formkästen erforderlich ist. Ein Vorteil dieses flüssigen Gemisches ist seine hohe Fliessbarkeit, welche die üblichen bekannten Verfahren zum Verdichten des Gemisches beim Herstellen von Formen und Kernen überflüssig macht und an ihrer Stelle das Eingiessen des Gemisches in die Kernkästen und auf die Modelle ermöglicht.
Es ist zu beachten, dass Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen, das als Bindemittel beim Herstellen der Formen und Kerne verwendet wird, gemäss der Erfindung eine gewisse Schaumbildungsfähigkeit besitzt. Daher kann beim intensiven Durchmischen des Gemisches während seines Herstellungsprozesses dem Gemisch eine höhere Fliessbarkeit erteilt werden.
Beim Verwenden dieses Bindemittels kann besonders leicht ein flüssiges Gemisch durch Zugabe einer geringen Menge des schaumbildenden Materials erhalten werden.
Beispiel 3 : Das flüssige Gemisch kann durch Mischen von 100 Gew.-Teilen Quarzsand, 4, 0 Gew.-Teilen Sulfitablauge mit einer Wichte von 1, 24 bis 1, 26 g/cm3 bei einem Lignosulfonatgehalt von 48 bzw. 52 Gew.-%, 0, 6 Gew.-Teilen Natriumalkylarylsulfonat und 2, 0 Gew.-Teilen Wasser im Laufe von 3 bis 4 min aufbereitet werden. Nach dem Übergang des Gemisches in den flüssigen Zustand werden 2, 5 Gew.-Teile Sinterbauxit eingeführt, der 40 Gew.-% Natriumaluminat enthält. Dann wird das Gemisch in die Kern- und die Formkästen gegossen, wonach man es an der Luft erhärten lässt.
Das flüssige Gemisch hat eine Lebensfähigkeit von 4 bis 10 min, d. h. es befindet sich während dieser Zeit im flüssigen Zustand. Das Gemisch besitzt infolge seiner erhöhten Porosität eine hohe Gasdurchlässigkeit,
Die Druckfestigkeit der Kerne und der Formen (in kp/cm2) beträgt :
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<tb>
<tb> nach <SEP> Ablaut <SEP> von <SEP> 1 <SEP> h <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Aufbereiten <SEP> 3, <SEP> 0, <SEP>
<tb> nach <SEP> Ablauf <SEP> von <SEP> 3 <SEP> h <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP> und
<tb> nach <SEP> Ablauf <SEP> von <SEP> 24 <SEP> h <SEP> 7, <SEP> 0. <SEP>
<tb>
Gemäss der Erfindung wird zum Erhöhen der Endfestigkeit der Kerne in das Formgemisch zusätzlich Harnstoff eingeführt.
Die besten Resultate werden beim Einführen einer Harnstoffmenge von 0, 8 bis 2, 0 Gew.-%, bezogen auf den Formsand, erhalten.
Es wurde festgestellt, dass beim Verwenden von Harnstoff zum Erhöhen der Festigkeit von Formen und Kernen, die aus einem flüssigen selbsthärtenden Gemisch, das einen Schaumbildner enthält, hergestellt sind, bedeutend die Gemischfeuchtigkeit gesenkt und die Menge des in das Gemisch eingeführten Wassers um 1, 0 bis 2, 0 Gew.-%, bezogen auf den Formsand, vermindert werden kann.
Beispiel 4 : 100 Gew.-Teile Quarzsand werden mit 4, 0 Gew.-Teilen Sulfitablauge mit einer Wichte von 1, 24 bis 1, 26 g/cm3, die 48 bzw. 52 Gew.-% Lignosulfonat enthält, gemischt. Vor dieser Zumischung wird der Sulfitablauge 1, 0 Gew.-Teil Wasser zugesetzt, in welchem 0, 8 Gew.-Teile pulverförmigen Harnstoffs aufgelöst worden sind.
Nach Ablauf von 1, 5 bis 2 min werden 2, 5 Gew.-Teile Sinterbauxit, der 40 Gew.-% Natriumaluminat enthält, beigemengt.
Die aus diesem Gemisch hergestellten Formen und Kerne besassen folgende Druckfestigkeit (in kp/cm) : nach dem Erhärten an der Luft im Laufe von 1 h 3, 5, im Laufe von 3 h 7, 0 und nach dem Erhärten an der Luft im Laufe von 24 h 13, 5.
Beispiel 5 : Zum Aufbereiten eines flüssigen Gemisches werden in die im Beispiel 4 angeführte Zusammensetzung zusätzlich 0, 6 Gew.-Teile eines Schaumbildners, u. zw. Natriumalkylarylsulfonat eingeführt. Nach dem übergehen des Gemisches in den flüssigen Zustand werden 2, 5 Gew.-Teile eines Härters, u. zw.
Sinterbauxit, der 40 Gew.-% Natriumaluminat enthält, zugegeben.
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Dieses Gemisch gewährleistet folgende Druckfestigkeit der Formen und Kerne (in kp/crn) : nach Ablauf einer Haltezeit an der Luft von 1 h 3, 0, von 3 h 6, 5 und von 24 h 12, 0.
Wesentliche Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Festigkeit der Giessformen und Kerne auf das 1, 5 bis 2fache beim gleichzeitigen Vergrössern der Erhärtungsgeschwindigkeit auf das 2fache erhöht wird.
Kerne, die gemäss der Erfindung hergestellt sind, können leicht aus den Gussstücken ausgeschlagen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbsthärtendes Formgemisch zum Herstellen von Giessformen und Kernen, welches Formsand, als Bindemittel Alkali-, Erdalkali-, Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den Formsand, und einen Härter enthält, wobei insbesondere als ein oder mehrere der genannten Lignosulfonate enthaltendes Material Sulfitablauge dient, d a d u r c h g e k e n n -
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