AT389249B

AT389249B - Zusatz zum regulieren der nach dem giessen zurueckbleibenden festigkeit von wasserglasgebundenen gussformen und/oder kernen

Info

Publication number: AT389249B
Application number: AT184685A
Authority: AT
Inventors: Gyula Szepfoeldi
Original assignee: Petoefi Mgtsz
Priority date: 1985-06-20
Filing date: 1985-06-20
Publication date: 1989-11-10
Also published as: ATA184685A

Description

Die Erfindung betrifft einen Zusatz zum Regulieren der nach dem Giessen verbleibenden Festigkeit von wasserglasgebundenen Gussformen und/oder Kernen.

Unter Verwendung des erfindungsgemässen Zusatzes können Gussformen und Kerne mit grösserer Produktivität und besserer Oberflächenqualität hergestellt werden ; ferner kann die durch die Wänne beim Giessen entstehende bleibende Erstarrungshärte den jeweiligen technologischen Anforderungen entsprechend innerhalb eines breiten Temperaturbereiches in regulierbarer Weise verringert werden.

Dadurch ist es möglich, den Zeit- und Energieaufwand für das Putzen der Gussstücke bedeutend zu vermindern.

Die Gefahr des Einbrennens von Sand, die Häufigkeit von Kalt- und Warmrissen sinkt, die mit dem erfindungsgemässen Zusatz hergestellten Gussformen und Kerne sind von guter Oberflächenqualität, nicht hygroskopisch und unbegrenzt lagerbar. Ein weiterer Vorteil des Zusatzes besteht darin, dass er beim Giessen keinen Rauch und keine toxischen Verbrennungsgase entwickelt, die für den menschlichen Organismus schädlich sind und die Luft in der Giesserei verschlechtern.

Es ist bekannt, dass an der Anwendung des Wasserglas-COi-Verfahrens in Giessereien erneut Interesse besteht.

Dieses wiedererwachte Interesse ist nicht nur auf die wirtschaftlichen und technischen Vorteile des Verfahrens, sondern auch auf die mit ihm erreichbaren arbeitshygienischen und Umweltschutzbedingungen zurückzuführen.

Das Wasserglas-C02-Verfahren hat neben diesen Vorteilen jedoch auch einen den Giessereifachleuten wohlvertrauen Nachteil : in den mit Wasserglas gebundenen Formen und Kernen entsteht nach dem Giessen eine hohe bleibende Festigkeit, wodurch das Entfernen der Form- und Kernteile aus den Gussstücken stark erschwert wird. Die zurückbleibende Härte ist häufig derart hoch, dass die hohe Bruchfestigkeit der mit Wasserglas gebundenen Formen und Kerne die Schrumpfarbeit des Metalls während des Abkühlens verhindert.

Wenn die Bruchfestigkeit die Fliessgrenze beziehungsweise die elastische Dehnbarkeit des erstarrenden Metalls übersteigt, so entstehen Warmrisse, oder in den kritischen Stellen des festgewordenen Gussstückes sind Spannungen entstanden, die häufig dazu führen, dass bei äusseren Einwirkungen (zum Beispiel bei der mechanischen Entformung) Kaltrisse entstehen.

Der Bedeutung des technischen Problems entsprechend gab es zahlreiche Bestrebungen, die zurückbleibende Härte der Gussformen und Kerne zu verringern und die Entfernbarkeit der Form- und Kernteile zu verbessern.

So fand zum Beispiel L. Petrezele für wasserglashaltige Formmischungen als Lockerungsmittel unter anderem Kohlestaub, Graphit, Quarzmehl, Ton, Bentonit, Schamottenmehl und Natriumcarbonat geeignet (Fondrie Belge 1957, Nr. 9, S. 220-222 ; Fondrie 1958, Nr. 155, S. 549-553). Zur Verbesserung der Entformbarkeit von Stahlguss empfahl er nur Ton. Mit Wassserglas gebundene Formen für Gusseisen sollen 3- 7 % Kohlestaub, 1-3 % feuerfesten Ton oder Kaolinit enthalten. Kalziumcarbonat, Magnesit und Zucker sollen zur Lösung des technischen Problems ungeeignet sein (Slévarenstvi 1958 t. 6., Nr. 5, S. 142-149). Als die Entformbarkeit verbessernder Zusatz wird in dieser Literaturstelle der Zusatz von 1 % pulverförmigem Naphthalin und 2-3 % Kohlestaub vorgeschlagen, jedoch ist nachteilig, dass beim Giessen das Naphthalin einen sehr beizenden Rauch entwickelt. Nach E.

Hlavsa wird zur Verbesserung der Entformbarkeit von Gussstücken aus Aluminium beziehungsweise Kupferlegierungen Natriumhydroxyd enthaltende Stärkelösung verwendet (Slévarenstvi 1963 t.

11., Nr. 12, S. 526-529).

Nach einer anderen Publikation (H. Gumienny ; Przeglad Odlewnictva, 1967 t. 7., Nr. 6, S. 161-165) wird zur weiteren Verbesserung der Entformbarkeit neben 4 % Kohlestaub und 4 % Koksstaub der Zusatz von 1 % Asphalt empfohlen.

Nach Untersuchungen von Z. Wertz brachte der Zusatz von Kalksteinmehl und der als Lockerungsmittel bekannten Melasse insbesondere bei Formtemperaturen von über 800 C keine Verringerung der zurückbleibenden Festigkeit. Gemäss der dem Aktenzeichen GE-904 entsprechenden ungarischen Patentschrift wird zur Lockerung der Wasserglas enthaltenden Formmischungen Puderzucker, Eisenoxyd, Magnesiumoxyd und Kreidepulver verwendet.

Die bekannten Zusätze sind jedoch - obwohl sie in vielen Fällen die Rohfestigkeit der Formen verbessernnicht geeignet, die nach dem Guss zurückbleibende Festigkeit zufriedenstellend zu vermindern, weil sie in den beim Giessen üblichen Temperaturbereichen die chemischen Zusammensetzung der entstehenden Silikatschlacke, ihre Viskosität, autektische Schmelztemperatur sowie die mit diesen Parametern eng zusammenhängenden physikalischen und chemischen Eigenschaften nicht in der gewünschten Weise zu ändern vermögen. Der Zusatz von Zucker und Melasse macht die Form hygroskopisch, vergrössert die Neigung der wasserglashaltigen Mischung zum Zusammenbacken, was zum Absinken der Produktivität, einem Qualitätsverlust der Gussstücke und Anwachsen des Ausschusses führt.

Die zurückbleibende Härte der mit Wasserglas gebundenen Formen ist besonders bei Stahl-, Eisen- und Aluminiumguss hoch. Diese Erscheinung kann damit erklärt werden, dass sich bei der Herstellung der Formenabhängend von der Form und Grösse der Teilchen, von der Viskosität der Lösung und den Rührbedingungen - an der Oberfläche der Teilchen Wasserglasschichten unterschiedlicher Dicke ausbilden, aus denen während der C02Behandlung Kieselgelschichten unterschiedlicher Dicke entstehen, und es muss angenommen werden, dass bei den dickeren Schichten die Gelbildung nur bis in kleine Tiefen unter der Oberfläche erfolgt, da mit zunehmender Dicke die Durchlässigkeit der Schicht für C02 schnell abnimmt.

Auf diese Weise entstehen auf der Oberfläche der Teilchen Silikatschichten unterschiedlicher Zusammensetzung, die durch die Wärme beim Giessen schmelzen und

um die Teilchen herum eine hochfeste, Na20-reiche, elastische Glasschmelze bilden, die nach dem Festwerden der Form eine die ursprüngliche Festigkeit um das Mehrfache übersteigende Härte verleiht und die Neigung zum Sandeinbrennen erhöht.

Es ist wahrscheinlich, dass dieses unter dem Aspekt der Giesstechnologie nachteilige Verhalten der Silikatschmelzen von dem ungünstigen Molverhältnis der in der Schmelze vorliegenden sauren und basischen Oxyde beziehungsweise von den ungünstigen physikalischen und chemischen Eigenschaften des Na20-reichen Glases verursacht wird. Das heisst, ohne eine entsprechende Modifizierung der chemischen Zusammensetzung der in der Formmischung eingesetzten Wasserglaslösung können die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Form nicht geändert werden.

Die Erfindung ist nun darauf gerichtet, für das zur Herstellung von Gussformen verwendete Wasserglas-C02- Verfahren einen chemisch aktive Stoffe enthaltenden Zusatz zu finden, der bei der Herstellung der Gussformen beziehungsweise während des Giessens mit dem Wasserglas in chemische Reaktion zu treten und dessen physikalische und chemische Eigenschaften in der gewünschten Richtung zu beeinflussen vermag. Auf diese Weise wird die zuückbleibende Festigkeit vermindert, die Neigung zum Sandeinbrennen gesenkt, Warm- und Kaltrisse vermieden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass dieses Ziel erreicht werden kann, wenn man zu der Wasserglaslösung und/oder der wasserglasgebundenen Formmischung als pulverförmigen Zusatz chemisch aktive Verbindungen oder Verbindungskombinationene gibt, die mit der Wasserglaslösung verträglich sind, in ihr gelöst, suspendiert oder emulgiert werden können, ihren Eigenschaften entsprechend mit der Wasserglaslösung in physikalische und chemische Wechselwirkung treten und dabei aus der Wasserglaslösung in ihrer Menge chemisch äquivalenter Menge ein Kieselsäuregel in homogener Verteilung ausscheiden.

Gleichzeitig entstehen in homogener Verteilung in der ganzen Mischung Nebenprodukte mit vorteilhafter Wirkung, die die sich aus den ursprünglichen Eigenschafen der wasserglasgebundenen Mischung ergebenden schädlichen Wirkungen verringern
EMI2.1

Diese vorteilhafte Wirkung derVerbindungen beruht darauf, dass sie in der Formmischung beziehungsweise den Formen und Kernen die chemische Zusammensetzung der Wasserglaslösung beziehungsweise Silikatverbindungen beeinflussen und-im Verhältnis ihrer Menge - die physikalischen und chemischen Eigenschaften der beim Giessen entstehenden Silikatschmelzen in günstiger Richtung modifizieren.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Zusatz zum Regulieren der nach dem Giessen verbleibenden Festigkeit von wasserglasgebundenen Gussformen und/oder Kerner, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er in homogener Pulverform aus 60 bis 70 Ma.-% Eisenoxidpulver und, als chemisch aktive Substanzen, 10 bis 20
EMI2.2

Gegenstand der Erfindung ist weiters die Verwendung des Zusatzes gemäss Anspruch 1 zur Regulierung der nach dem Giessen verbleibenden Festigkeit von wasserglasgebundenen Gussformen in einer Menge von 0, 01 bis 2, 6 Ma.-%, vorzugsweise 1 Ma.-%, gegebenenfalls zusammen mit höchstens 1 Ma.-% Wasser und/oder höchstens 1, 5 Ma.-% Glycerin als das Abbinden verzögernde Zusätze und Extraktionsöl, zweckmässig Pflanzenlecithin, und/oder Petroleum als die Homogenisierung erleichternden Zusatz.

Gelangt der Zusatz in die wasserglasgebundene Form- oder Kemmischung, so tritt zuerst das Ammoniumlignosulfonat mit den Natriumionen des Wasserglases in Reaktion. Die Borsäure reagiert langsamer mit den Natriumionen. Aus der Wasserglaslösung wird Kieselgel in einer Menge abgeschieden, die der Menge der Chemikalienkombination chemisch äquivalent ist. Die aus der Mischung hergestellte Gussform wird auch ohne C02, spontaan langsam hart. Inzwischen entstehen in der Mischung in homogener Verteilung Natriumlignosulfonat und Natriumtetraborat. Letzteres bindet Kristallwasser und beschleunigt dadurch den Vorgang des Festwerdens.

Das entstehende Natriumlignosulfonat wirkt sich in mehrfacher Weise günstig aus : es vermindert die Natriumkonzentration in der Mischung, und es setzt die Oberflächenspannung und die Viskosität der Wasserglaslösung herab. Dadurch werden bei der Herstellung der Mischung die feuerfesten Teilchen gut benetzt, der sich bildende Überzug aus Wasserglas ist gleichmässig dick. Die Borsäure wird gleichmässig in der Mischung verteilt, die Reibung der Mischung wird vermindert, ihre Raumfüllfähigkeit und Formbarkeit verbessert. Die Mischung klebt nicht, bäckt nicht an und lässt sich auch im Torkretverfahren produktiv verarbeiten.

Durch die Borsäure wird die chemische Zusammensetzung der Wasserglaslösung beziehungsweise der Silikatschmelze in günstiger Weise modifiziert, indem die Menge der sauren Oxyde ansteigt. Dadurch werden die Eigenschaften der beim Giessen entstehenden Silikatschmelze günstiger, nämlich sinkt die Viskosität der Silikatschmelze, ihre eutektische Schmelztemperatur liegt tiefer, Wärmeausdehnungskoeffizient und Elastizität werden kleiner, während die Oxydierfähigkeit ansteigt.

Die in den mit Wasserglas gebundenen Formen und Kernen auftretende hohe zurückbleibende Festigkeit, die durch die Elastizität der in der Schmelze vorliegenden Na20-Komponente verursacht wird, wird-wie anzunehmen ist-durch die Borsäure in der Weise reguliert, dass der Anteil der sauren Oxyde auf Kosten des Anteils der basischen Oxyde ansteigt. Dadurch wird die Elastizität der festgewordenen Schmelze und damit auch ihre

Festigkeit geringer. Die Bruchfestigkeit wird dadurch geringer, dass die Borsäure in homogener Verteilung überall die für kristalline Systeme charakteristischen, zu Sprödbrüchen neigenden Störstellen hervorruft.

Die durch Borsäure modifizierte Silikatschmelze setzt der Schrumpfarbeit des abkühlenden Metalls beziehungsweise dem Entformen einen wesentlich geringeren Widerstand entgegen, d. h. die Gründe der Warmund Kaltrisse entfallen, und auch die Entfernung der Form- und Kernteile ist wesentlich einfacher. Die oxydierende Wirkung verringert die Gefahr des Sandeinbrennens, dadurch wird die zum Putzen aufgewendete Arbeit geringer und die Oberflächenqualität des Gusses wird besser.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Zusatzes enthält neben Borsäure, Eisenoxyd und Ammoniumlignosulfonat noch Ammoniumchlorid. Die Borsäure kann auch in Form von Borax zugesetzt werden.

Der erfindungsgemässe Zusatz hat den weiteren Vorteil, dass durch die Abscheidung von Kieselsäuregel aus der Wasserglaslösung praktisch ein Vorgelieren der Masse stattfindet. Dadurch steigt die Rohfestigkeit der Formen an, und zum Aushärten ist weniger CO2 erforderlich, auch kann die COo-Behandlungszeit verkürzt werden. Das ist besonders bei sehr grossen Formen und im Falle der Serienfertigung von Vorteil.

Da die mit dem erfindungsgemässen Zusatz bereiteten Mischungen abhängend von der Temperatur und der eingesetzten Menge des Zusatzes eine langsame Selbstverfestigung zeigen, sollten sie innerhalb von 70 Minuten verarbeitet werden.

Wenn die Aushärtung zu schnell ist, soll das Wasserglas mit höchstens 1 Masse-% Wasser und oder höchstens 1, 5 Masse-% Gyzerin vermischt werden, um das Verarbeitungsintervall der Mischung zu verlängern.
EMI3.1
dispersen Systemen geeigneten Mischvorrichtung bereitet. Nach Einwiegen von 65 Masse-% Eisenoxydpulver werden langsam, bei einer Drehzahl von 30 min-l 15 Masse-% trockenes, pulverförmiges Ammoniumlignosulfonat zugesetzt. Das Gemisch wird 5 Minuten lang homogenisiert, dann werden 20 Masse-% pulverisierte Borsäure zugegeben. Nach weiteren 20 Minuten Homogenisieren wird das fertige Gemisch in luftdicht schliessende Behälter gefüllt.

Das Gemisch wird in einer Menge von 1 Masse-% mit den feuerfesten Teilchen vermischt, die Mischung wird 2 Minuten lang homogenisiert. Dann werden 5 Masse-% Na-Wasserglaslösung (Modul 3, Dichte 1, 58 g/cm3) zugemischt, die Mischung wird mit einer Drehzahl von 30 min-l nicht länger als 2, 5 Minuten lang homogenisiert und dann in die Formen beziehungsweise Kemformen eingearbeitet. Zweckmässig innerhalb von 70 Minuten wird die COl-Behandlung vorgenommen.

Beispiel 2
Man arbeitet auf die im Beispiel 1 beschriebene Weise, setzt jedoch als Rohstoffe 650 kg Eisenoxyd (FeOq), 150 kg Ammoniumlignosulfonat und 200 kg Ammoniumchlorid ein. Die pulverförmigen Komponenten werden miteinander homogenisiert, Im weiteren geht man wie im Beispiel 1 beschrieben vor.

Wie die bisher vorgenommenen Giessversuche beweisen, werden die gestellten Aufgaben restlos erfüllt. Im Falle von Stahlgussstücken von 18-480 kg Gewicht war keinerlei Haftung, Ankleben des wasserglasgebundenen Kern- und Formsandes zu beobachten. Die Kerne konnten produktiver, unter Verwendung von weniger CO2 hergestellt werden. Beim Formen fiel auf, dass die Mischung plastischer war, was bessere Möglichkeiten zur Formung der Konturen bot. Die Entfernung der Kerne aus den Gussstücken war viel einfacher als im Falle der üblichen Mischung.

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Zusatz zum Regulieren der nach dem Giessen verbleibenden Festigkeit von wasserglasgebundenen Gussformen und/oder Kernen, dadurch gekennzeichnet, dass er in homogener Pulverform aus 60 bis 70 Ma.-% EMI3.2 <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 01gegebenenfalls zusammen mit höchstens 1 Ma.-% Wasser und/oder höchstens 1, 5 Ma.-% Glycerin als das Abbinden verzögernde Zusätze und Extraktionsöl, zweckmässig Pflanzenlecithin, und/oder Petroleum als die Homogenisierung erleichternden Zusatz.