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"Procédé de fabrication de noyaux de fonderie."
La présente invention se rapporte à des liants pour noyaux de fonderie et à un procédé nouveau de fabrication de noy- aux propres à la fabrication de moulages métalliques.
La présente invention fournit une composition destinée à lier le sable à noyaux comprenant un liant à base de céréales, un sucre, une quantité suffisante d'eau pour malaxer le mélange @ et un produit additionnel inorganique tel que de l'acide chlorhy- drique, du chlorure 'de sodium, un mélange de paraformaldéhyde et
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de chlorure d'ammonium, un mélange de paraformaldéhyde et d'acide chlorhydrique ou de l'acide borique.
La présente invention fournit également un nouveau noyau de fonderie comprenant une masse agglomérée obtenue en cuisant un mélange formé de sable à noyauµ d'un liant à base de céréales, d'un sucre, d'une quantité suffisante d'eau pour délayer le mélange et d'un produit additionnel inorganique tel que de l'acide chlorhydrique, du chlorure de sodium, un mélange de para- formaldéhyde et de chlorure d'anonium, un mélange de paraformal- déhyde et d'acide chlorhydrique ou de l'acide borique.
La présente invention fournit également un procédé de production d'un noyau de fonderie comportant le mélange de 100 parties de sable, 0,25 à 2 parties de liant de céréales 0,5 à
5 parties de sucre, 0,002 à 1,05 partie d'un produit additionnel et assez d'eau pour malaxer le mélange, et le moulage et la cuis- sondu mélange ainsi obtenu à une température d'au moins 177 C, ledit produit additionnel étant de l'acide chlorhydrique, du chlorure de sodium, un mélange de paraformaldéhyde et de chlorure d'ammonium, un mélange'de paraformaldéhyde et d'acide chlorhydri- qu'e ou de...l'acide borique.
Dans la pratique ordinaire de fabrication des noyaux, on délaye 100 parties de sable, 1 partie en poids de liant à base de céréales avec 3 parties en poids d'eau, puis.on introduit 1 partie en poids d'huile à noyaux que l'on malaxe. Dans certains cas, quand les noyaux doivent avoir des propriétés spéciales, on peut également utiliser d'autres liants tels que de la bentonite.
La durée du malaxage dépend du type de machine utilisé et la pro- portion des liants dépend du modèle de noyau, des propriétés du liant et du métal à couler, tous facteurs connus des spécialistes.
Le mélange malaxé est tuasse ou soufflé dans un moule à noyau qui est ensuite ouvert ; noyau en est 'soigneusement enlevé et trans- féré dans une étuve chaude où on le cuit. Las variables opératoi-
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res sont de même bien connues des spécialistes. Après sortie de l'étuve et refroidissement, le noyau constitue un objet dur de forme précise qui résiste aux manipulations brutales. En cours d'usage, il doit conserver sa forme, lorsque le métal fondu coup- le et se refroidit autour de lui. Il doit ensuite perdre sa co- hésion en vue d'un décochage aisé du fait que les liants s'éli- minent lentement par combustion.
Dans la description de la technique ordinaire donnée ci-dessus, le liant à base de céréales tel que de l'amidon pré- gélatinisé, est ajouté principalement pour que le noyau humide fraîchement formé conserve sa forme jusqu'à ce qu'il soit placé dans l'étuve. De plus, le noyau cuit doit avoir une "résistance à sec", élevée, et celle-ci est fournie en majeure partie par l'huile à noyaux dans le procédé type décrit.
Les composants introduits pour obtenir la résistance à vert et la résistance à sec peuvent se contrarier. C'est ains que les huiles à noyaux diminuent la résistance à vert des mélap- ges contenant du sable, ce qui,dans certains cas,, constitue un grand inconvénient, et l'un des buts de l'invention est de sup- primer ces inconvénients en remplaçant l'huile par un liant ne diminuant pas la résistance à vert.
En fonderie, on recherche un liant unique sec, mobile, donnant aux noyaux de la résistance,à la fois à l'état humide et à l'état sec. Ainsi, l'invention se propose également de four- nir un liant facile à préparer, sec, mobile, donnant aux noyaux à la fois la-résistance à vert et la résistance à sec.
Les noyaux libèrent des gaz quand le métal coule au- tour d'.eux, et étant donné que ces gaz peuvent être emprisonnés dans les objets moulés, tout moyen de réduire au minimum le volume des gaz dégagés est très important dans la mesure ou il permet au fondeur de fabriquer des objets métalliques d'une seul. pièce complètement exempts de piqûres Jt de soufflures. La prése-
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te invention se propose également de diminuer le volume des gaz mis en liberté par les noyaux de sable cuits avec des liants or- ganiques, en particulier des liants à base de céréales et des su- cres. L'invention est encore intéressante pour diminuer le volume des gaz mis en liberté par les agglomérants en pâte et les cou- ches à noyaux contenant des liants organiques, lorsque les noyau: agglomérés ou enduits de couche sont étuvés.
D'autres buts appa- raîtront de la description qui suit.
Quand on remplace dans les mélanges de sable à noyaux l'huile à noyaux usuelle par certains sucres associés à un liant. de céréales et certains sels ou acides, tels. que ceux décrits ci- dessus, on constate,,de manière inattendue,,,que l'on peut obtenir des noyaux ayant une résistance satisfaisante à vert et une ré- sistance élevée à sec. On a,de plus.,constaté;,de manière inatten- due.,,que les noyaux préparés à l'aide d'un mélange de liant de céréale et de certains sucres associés à certains acides.ou cer- tains sels se cuis ent aussi vite ou nettement plus vite que ceux fabriqués à l'aide d'un liant de céréaleset d'une huile à noyau*.
La demanderesse.à.en outre trouvée de manière inattendue, que les noyaux cuits préparés à l'aide d'un mélange de liant de céréale et de cartains sucres associés'avec certains acides ou sels dé- gagent sensiblement moins de gaz que ceux fabriqués à l'aide d'un liant de céréale et de certains sucres en'l'absence des com- posés additionnels spécifiés ci-après. Ces découvertes s'écartent nettement de la pratique ordinaire en fonderie et ne pouvaient être prévues-par les spécialistes. Quand on mélange le liant de céréales avec les sucres ci-après spécifiés et certains sels, on obtient.une composition mobile et sèche de matière beaucoup plus facile à manipuler que le liant de céréales et L'huile à noyaux.
La présente invention comprend un mélange, en propor- tions convenables, de liant de céréale de certains sucres spéci-
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fiés ci-après et d'un composé additionnel choisi dans le groupe qui suit.
Les liants de céréalessont des produits industriels bien connus et comprennent des amidons pré-gélatinisés et des ,farines amylacées pré-gélatinisées, ces dernières contenant gé- . néralement de petites quantités de protéines ou de fibres. De plus, le terme de liant de céréales couvre également les dextri- nes que l'on peut utiliser dans certains usages particuliers.
On entend par sucres' les mono- et di-saccharides des types aldose ou cétose ou des saccharides non réducteurs qui peuvent être hydrolysés dans les conditions d'emploi ici décrites avec formation de saccharides des types aldose et céto- se. C'est ainsi que le saccharose constitue un composant effica- ce du liant décrit et entre dans le cadre de l'invention tandis que le sorbitol ne l'est pas.
Les sucres préférés sont le dextrose, le saccharose et le fructose, ou leurs mélanges mais le maltose et le lactose sont également satisfaisantsbien que moins pratiques pour des raisons de prix. On peut également utiliser de manière satisfai- sante des. mélasses de betteraves ou de canne à sucre (liqueurs mères de la fabrication du saccharose) et des égouts ou de l'hydrol (liqueurs mères de la préparation du dextrose) conjoin- tement avec les composés chimiques additionnels spécifiés, bien qu'évidemment les mélasses et l'hydrol ne soient pas aussi faci- les à manipuler, en raison de leur nature visqueuse,que les sucres sus mentionnés Les sirops que l'on peut préparer par hydrolyse de l'amidon ou du sucre de canne par des traitementsappropriés sont également efficaces dans l'utilisation de l'invention.
Les égouts ou hydrols de dextrose peuvent être traités de manière à éviter la.cristallisation du dextrose qu'ils contiennent par ébullition avec un acide ou une base conformément¯aux procédés 'connus. Ces sous-produits peuvent être moins efficaces que le,
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dextrose ou le.saccharose, comme il ressort du tableau 1, mais entrant dans le cadre de l'invention en raison de leurs avantages économiques.
Les composés chimiques additionnels propres aux fins que se propose l'invention.sont l'acide chlorhydrique, le chlo- -rure de sodium, un mélange de paraformaldéhyde et de chlorure d'ammonium, un mélange de paraformaldéhyde et d'acide chlorhy- dr.ique et l'acide borique. Les composés sus-mentionnés peuvent agir comme des agents catalysants facilitant la condensation des sucres ou peuvent se décomposer dans les conditions appliquées avec formation de ces agents catalysants. Toutefois, la présente théorie invention n'est limitée par aucune/opératoire sur cee composés.
Les composés additionnels sus mentionnés doivent être utilisés dans des proportions donnant le maximum d'avatages. Ces proportions peuvent différer pour chacun des composés addition- nels.
La quantité de composés additionnels, de liants de cére ales et de sucres peuvent varier largement. Pour 100 parties de sable, on peut utiliser de 0,25 à 2 parties de liant, de céréa- le' 0,5 à 5 parties de sucre et de 0,002 à 1,05 partie de pro- duit additionnel. La quantité d'eau peut varier de 1,5 à 6% par rapport au sable. D'une manière générale, le volume des gaz mis en liberté par les noyaux cuits ainsi que la durée du chauffage nécessaire pour que les noyaux atteignent les résistances maxima, 'diminuent quand on augmente la proportion de composé additionnel présent dans le sable.
Un type de malaxeur peut produire un noyau d'une résistance à l'état cuit différente de celle produite par un autre: Toutefois) les spécialistes, à l'aide de la présente invention et de quelques essais simples, seront capables de par- venir aux'proportions les plus convenables à leur propres opé- rations.
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On avait déjà proposé d'utiliser certains hydrates de carbone avec ou sans huiles à noyaux dans les liants pour noyaux ainsi que divers produits additionnels. Voir par exemple le brevet britannique n 515.470 du 28 avril 1938, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.215.825 du 24 septembre 1940, et le brevet alle- ' mand n 552.380 du 13 juin 1932. Toutefois, comme il ressort de ce quiprécède, la présente invention difère radicalement des anciens procédés et donne des améliorations inattendues.
Les exemples suivants illustrent la présente invention, mais sont donnés seulement à titre d'information et ne limitent. nullement l'invention.
EXEMPLES .
Cet exemple montre l'augmentation de la résistance des noyaux cuits obtenus par usage de certains composés addition- nels dans les liants.
On prépare de la manière suivante divers mélanges pour noyaux contenant un liant de céréale un sucre et un composé additionnel.
On verse dans un malaxeur une quantité pesée de sable standard pour'fonderie de 0,3-0,2 *.)auquel on ajoute 1% en poids de liant de céréales pré-gélatinisé préparé conformément aux principes du brevet des @tats-Unis d'Amérique n 1.939.973. du 13 décembre 1933 et vendu sous le npm déposé de "Mogul" On ajoute alors,l% en poids de sucre (dont la nature est décrite dans le tableau I). Ce mélange sert de témoin. On prépare alors des mélanges'identiques de liant de céréales et de sable,aux- quels on ajoute 1% en poids d'un mélange préparé en mélangeant @ avec soin 100 parties de sucre et la quantité de composé addi- tionnel figurant au tableau.
Dans chacun des cas,,on mélange la masse entière pendant un temps approprié, on arrête la malaxeur, on ajoute 3% d'eau et on travaille de nouveau pendant une période appropriée. Quand
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on utilise l'acide chlorhydrique, on 1."a.-,.IIIf- ...'
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solution aqueuse plutôt qu'en mélange avec le sucre. On prépare des échantillons de noyaux suivant un procédé recommandé par l'american Foundrymen's Society (Foundry Sand Handbook, 6 éd., édité en 1952 par l'American Foundryrnents Society, Chicago) et on les cuit dans une étuve à 205 + 5 C pendant le temps indiqué dans le tableau I. On évalue la résistance à la traction de ces noyaux par le procédé décrit dans le manuel ci-dessus. Les ré- obtenus sultats figurent au tableau I.
La cuisson terminée, on enlève les échantillons de l'étuve- , on les refroidit à la température ambiante et on détermine la résistance à la rupture à l'aide d'une machine appropriée. Les résultats figurent au tableau I.
Dans les cas indiqués au tableau I, où le liant est liquide, le liant de céréalesest malaxé avec le sable ; on ajoute ensuite l'eau, le liant liquide et on malaxe. Si le produit addi- tionnel est une poudre sèche, on l'ajoute au liant de céréales, et s'il est un liquide, on l'ajoute à l'état de solution.aqueuse.
TABLEAU I Résistance à la traction des échantillons de noyaux cuits
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<tb> Sucre <SEP> @ <SEP> Composé <SEP> chimique <SEP> Parties <SEP> Durée <SEP> Rés.tract.
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<tb> Hydrate <SEP> de <SEP> dex-
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<tb> Hydrate <SEP> de <SEP> dex- <SEP> acide <SEP> chlorhy-
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<tb> trose <SEP> drique <SEP> 0,2 <SEP> 1 <SEP> 16,2
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<tb> d <SEP> " <SEP> 10,0 <SEP> 1 <SEP> 19,
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<tb> Hydrate <SEP> de <SEP> dex-
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<tb> trose <SEP> acide <SEP> borique <SEP> 10,0 <SEP> 1 <SEP> 13,9
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<tb> Hydrate <SEP> de <SEP> dex- <SEP> chlorure <SEP> de <SEP> sodium <SEP> 1.0 <SEP> 1 <SEP> 15. <SEP> 0
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<tb> trose <SEP> 1.0 <SEP> 15,0
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<tb> Hydrate'de <SEP> dex- <SEP> paraformaldéhyde
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<tb> trose <SEP> 5.0 <SEP> 1 <SEP> 14,1
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<tb> d <SEP> . <SEP> acide <SEP> chlorhydrique <SEP> Oeil <SEP> :.. <SEP> , <SEP>
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<tb> Hydrate <SEP> de <SEP> dex-
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<tb> trose <SEP> paraformaldéhyde <SEP> 5,0 <SEP> 1 <SEP> 15,7
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<tb> d <SEP> chlorure <SEP> d'ammonim <SEP> 0,1
<tb>
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"A method of manufacturing foundry cores."
The present invention relates to binders for foundry cores and to a novel process for the manufacture of cores suitable for the manufacture of metal castings.
The present invention provides a composition for binding core sand comprising a grain-based binder, a sugar, a sufficient amount of water to knead the mixture and an additional inorganic product such as hydrochloric acid, sodium chloride, a mixture of paraformaldehyde and
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of ammonium chloride, a mixture of paraformaldehyde and hydrochloric acid or boric acid.
The present invention also provides a new foundry core comprising an agglomerated mass obtained by firing a mixture formed of sand with a coreµ of a cereal-based binder, a sugar, a sufficient quantity of water to dilute the mixture. and an additional inorganic product such as hydrochloric acid, sodium chloride, a mixture of paraformaldehyde and anonium chloride, a mixture of paraformaldehyde and hydrochloric acid or boric acid .
The present invention also provides a process for producing a foundry core comprising the mixture of 100 parts of sand, 0.25 to 2 parts of grain binder 0.5 to
5 parts of sugar, 0.002 to 1.05 parts of an additional product and enough water to knead the mixture, and molding and cooking the mixture thus obtained to a temperature of at least 177 C, said additional product being hydrochloric acid, sodium chloride, a mixture of paraformaldehyde and ammonium chloride, a mixture of paraformaldehyde and hydrochloric acid or ... boric acid.
In the ordinary practice of manufacturing cores, 100 parts of sand, 1 part by weight of cereal-based binder are diluted with 3 parts by weight of water, then 1 part by weight of core oil is introduced. 'we knead. In some cases, when the cores are to have special properties, other binders such as bentonite can also be used.
The duration of the mixing depends on the type of machine used and the proportion of the binders depends on the core model, the properties of the binder and the metal to be cast, all factors known to those skilled in the art.
The kneaded mixture is packed or blown into a core mold which is then opened; The kernel is carefully removed and transferred to a hot oven where it is cooked. The operating variables
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res are likewise well known to specialists. After leaving the oven and cooling, the core constitutes a hard object of precise shape which withstands rough handling. In use, it should retain its shape, when the molten metal cuts it and cools around it. It must then lose its cohesion for easy release because the binders are slowly eliminated by combustion.
In the description of the ordinary art given above, the grain-based binder such as pre-gelatinized starch is added mainly so that the freshly formed wet core will retain its shape until it is placed. in the oven. In addition, the fired kernel must have a high "dry strength", and this is largely provided by the kernel oil in the typical process described.
The components introduced to achieve green resistance and dry resistance may conflict with each other. It is in this way that core oils decrease the green resistance of mixtures containing sand, which in certain cases constitutes a great drawback, and one of the objects of the invention is to eliminate these drawbacks by replacing the oil with a binder that does not reduce the resistance to green.
In foundry, we are looking for a unique dry binder, mobile, giving the cores resistance, both in the wet state and in the dry state. Thus, the invention also proposes to provide an easy to prepare, dry, mobile binder, giving the cores both the green resistance and the dry resistance.
Nuclei release gases when metal flows around them, and since these gases can be trapped in molded articles, any means of minimizing the volume of gases given off is very important as it allows the smelter to make metal objects from a single. piece completely free of pitting Jt blowholes. The pres-
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The invention also proposes to reduce the volume of the gases released by the sand cores cooked with organic binders, in particular binders based on cereals and sugars. The invention is also advantageous for reducing the volume of the gases released by the paste agglomerants and the core layers containing organic binders, when the cores: agglomerates or coated with layer are steamed.
Other objects will become apparent from the description which follows.
When we replace in the mixtures of core sand the usual core oil by certain sugars associated with a binder. of cereals and certain salts or acids, such. As compared to those described above, it is unexpectedly found that cores having satisfactory green strength and high dry strength can be obtained. It has, moreover, been observed;, unexpectedly. ,, that the stones prepared using a mixture of cereal binder and certain sugars associated with certain acids. Or certain salts are cooked are as fast or significantly faster than those made with a grain binder and kernel oil *.
The Applicant has also unexpectedly found that the cooked kernels prepared using a mixture of cereal binder and sugar cartins associated with certain acids or salts give off appreciably less gas than those produced. using a cereal binder and certain sugars in the absence of the additional compounds specified below. These findings are a marked departure from ordinary foundry practice and could not be predicted by specialists. When the cereal binder is mixed with the sugars specified below and certain salts, a mobile and dry composition of material is obtained which is much easier to handle than the cereal binder and stone oil.
The present invention comprises a mixture, in suitable proportions, of cereal binder of certain specific sugars.
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listed below and an additional compound selected from the following group.
Cereal binders are well known industrial products and include pre-gelatinized starches and pre-gelatinized starch flours, the latter containing ge-. usually small amounts of protein or fiber. In addition, the term cereal binder also covers dextrins which can be used in certain particular uses.
The term “sugars” is understood to mean mono- and disaccharides of the aldose or ketose types or non-reducing saccharides which can be hydrolyzed under the conditions of use described here with formation of saccharides of the aldose and ketose types. Thus, sucrose constitutes an effective component of the binder described and falls within the scope of the invention, while sorbitol is not.
The preferred sugars are dextrose, sucrose and fructose, or mixtures thereof, but maltose and lactose are also satisfactory although less practical for reasons of cost. It is also possible to use satisfactorily. molasses from beets or sugar cane (mother liquors from the manufacture of sucrose) and sewage or hydrol (mother liquors from the preparation of dextrose) together with the additional chemical compounds specified, although of course molasses and hydrol are not as easy to handle, due to their viscous nature, as the above-mentioned sugars. Syrups which can be prepared by hydrolysis of starch or cane sugar by suitable treatments are also effective in the use of the invention.
Drains or hydrols of dextrose can be treated in such a way as to avoid crystallization of the dextrose they contain by boiling with an acid or a base according to known methods. These by-products may be less effective than,
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dextrose or sucrose, as shown in Table 1, but coming within the scope of the invention because of their economic advantages.
Additional chemical compounds suitable for the purposes of the invention are hydrochloric acid, sodium chloride, a mixture of paraformaldehyde and ammonium chloride, a mixture of paraformaldehyde and hydrochloric acid. .ic and boric acid. The above-mentioned compounds can act as catalyzing agents facilitating the condensation of sugars or can decompose under the conditions applied with the formation of these catalyzing agents. However, the present invention theory is not limited by any procedure on these compounds.
The additional compounds mentioned above must be used in proportions giving the maximum benefit. These proportions may differ for each of the additional compounds.
The amount of additional compounds, cereal binders and sugars can vary widely. Per 100 parts of sand, 0.25 to 2 parts of binder, grain, 0.5 to 5 parts of sugar and 0.002 to 1.05 parts of additional product can be used. The amount of water can vary from 1.5 to 6% compared to sand. In general, the volume of gases released by the fired cores as well as the duration of the heating necessary for the cores to reach the maximum strengths, 'decrease when the proportion of additional compound present in the sand is increased.
One type of kneader can produce a core of different baked strength than another: However, those skilled in the art, with the aid of the present invention and a few simple tests, will be able to succeed. in the most suitable proportions for their own operations.
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It had already been proposed to use certain carbohydrates with or without core oils in the binders for cores as well as various additional products. See, for example, British Patent No. 515,470 of April 28, 1938, United States Patent No. 2,215,825 of September 24, 1940, and German Patent No. 552,380 of June 13, 1932. However, as is apparent from from the foregoing, the present invention radically differs from the old methods and gives unexpected improvements.
The following examples illustrate the present invention, but are given for information only and are not limiting. not the invention.
EXAMPLES.
This example shows the increase in the strength of the fired cores obtained by the use of certain additional compounds in the binders.
Various kernel mixes containing a cereal binder, a sugar and an additional compound are prepared in the following manner.
A weighed amount of 0.3-0.2 * standard foundry sand is poured into a kneader, to which is added 1% by weight of pre-gelatinized cereal binder prepared in accordance with the principles of the United States patent. of America No. 1,939,973. of December 13, 1933 and sold under the registered npm of "Mogul" Then added 1% by weight of sugar (the nature of which is described in Table I). This mixture serves as a control. Identical mixtures of grain binder and sand are then prepared, to which is added 1% by weight of a mixture prepared by carefully mixing 100 parts of sugar and the amount of additional compound shown in the table.
In each case, the whole mass is mixed for a suitable time, the mixer is stopped, 3% water is added and the work is carried out again for a suitable period. When
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hydrochloric acid is used, 1. "a .- ,. IIIf- ... '
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aqueous solution rather than mixed with sugar. Samples of kernels are prepared according to a method recommended by the American Foundrymen's Society (Foundry Sand Handbook, 6th ed., Published in 1952 by the American Foundrymen's Society, Chicago) and baked in an oven at 205 + 5 C for the time shown in Table I. The tensile strength of these cores was evaluated by the method described in the manual above. The results are shown in Table I.
When curing is complete, the samples are removed from the oven, cooled to room temperature and the tensile strength determined using a suitable machine. The results are shown in Table I.
In the cases indicated in Table I, where the binder is liquid, the cereal binder is mixed with the sand; water and liquid binder are then added and kneaded. If the additional product is a dry powder, it is added to the grain binder, and if it is a liquid, it is added as an aqueous solution.
TABLE I Tensile strength of fired core samples
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<tb> Sugar <SEP> @ <SEP> Chemical <SEP> compound <SEP> Parts <SEP> Duration <SEP> Res.tract.
<tb>
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<tb> additional <SEP> comp.ch./ <SEP> cook- <SEP> kg / cm
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<tb> Hydrate <SEP> of <SEP> dex- <SEP> chloride <SEP> of <SEP> sodium <SEP> 1.0 <SEP> 1 <SEP> 15. <SEP> 0
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<tb> <SEP> dex- <SEP> paraformaldehyde hydrate
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<tb> Hydrate <SEP> of <SEP> dex-
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