Verfahren zur Herstellung von Sandkernen für die Gie & ereitechnik unter Verwendung von Salfitablauge. Die in der Giessereitechnik verwendeten Bindemittel für die Sandkerne sollen dem Kern die erforderliche Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung verleihen, sollen ihn jedoch möglichst porös lassen, sel ber beim Guss möglichst wenig Gase ent wickeln und den Kernsand nach dem Guss in möglichst lockerer, aus dem Gussstück leicht zu entfernender Form zurücklassen.
Mit den bisher bekannten Bindemitteln, wie Leinöl oder andern trockenen Ölen, bituminösen Stoffen, Harzen und Harz ölen, Stärke und ihren Derivaten, Leim, Kunstharzen oder Sulfitablauge, lassen sich die genannten Anforderungen nur mangel haft erfüllen. Insbesondere hat Sulfitablauge den Nachteil, da.ss sie den Kernen nur un genügend mechanische Festigkeit erteilt, die zudem infolge der hygroskopischen Eigen- sehaft.en der Sulfitablauge an der Luft oder nach dem Einbringen in feuchte Formen rasch zurückgehen.
Es wurde nun gefunden, dass man Kerne mit den gewünschten Eigenschaften erhalten kann bei Verwendung von Sulfitablauge, wenn man der Sulfitablauge Substanzen zu setzt, die mindestens bei höheren Tempera turen sauer reagieren, z. B. Säuren, saure Salze, durch Hydrolyse sauer reagierende Salze oder andere bei der beim Trocknen der Kerne zur Anwendung kommenden höheren Temperaturen Säuren bildende Stoffe, und das so erhaltene Produkt als Bindemittel für den Sand verwendet.
Der genannte Zusatz zur Sulfitablauge bewirkt, dass die Sulfit- ablauge beim Trocknen in eine harte, mehr oder weniger verkohlte Masse übergeht, die dem Kern die gewünschten Eigenschaften in hohem Masse erteilt.
Als Ausgangsmaterial verwendet man die bei der Fabrikation von Zellstoff aus Holz nach dem Sulfitverfahren als Nebenprodukt anfallende und eventuell vorher auf Alkohol verarbeitete Lauge, deren Trockensubstanz neben anorganischen Stoffen und Kohlehydraten hauptsächlich aus Salzen der Ligninsulfonsäure besteht, und zwar kommt vorzugsweise die eingedickte, beispiels weise etwa 50 % Wasser enthaltende und die bis zur Trockne eingedampfte pulverförmige Lauge für die Ausführung des vorliegenden Verfahrens in Betracht.
Zweckmässigerweise verwendet man die durch direktes Eindamp fen ohne vorheriges Ausfällen der Kalk- und Eisensalze gewonnene Lauge.
Als für, das vorliegende Verfahren alsl Zusatz zu der Sulfitablauge geeignete Säu ren kommen vorzugsweise Mineralsäuren in Betracht, beispielsweise Schwefelsäure oder Phosphorsäure. Leicht flüchtige Säuren, wie Salzsäure oder leicht reduzierbare wie Sal petersäure, sind weniger günstig, ebenso wie organische Karbonsäuren, da sie bei den für die Trocknung der Kerne zur Anwendung kommenden Temperaturen von beispielsweise 150-250'C zu rasch sich verflüchtigen resp. sich zersetzen. An Stelle der freien Säuren können auch deren saure Salze verwendet werden.
Auch kann man die freien Säuren ganz oder zum Teil ersetzen durch ihre Salze mit mehrwertigen Metallen, da diese unter den beim Trocknen der Kerne herrschenden höheren Temperaturen infolge Hydrolyse freie Säure bilden. Auch kommen als gänz licher oder teilweiser Ersatz der freien Säu ren diejenigen ihrer organischen Derivate in Betracht, die unter den beim Trocknen der Kerne herrschenden Bedingungen die freien Säuren. bilden. Beispiele dafür. sind orga nische Sulfonsäuren odere Ester.
Die Säuren können ferner auch in Form ihrer- Ammo- niumsalze Verwendung finden, die bei hö herer Temperatur, wie sie beim Brennen der Kerne zur Anwendung kommen, durch Disso ziation freie Säuren bilden.
Die Menge des Zusatzes zu der Sulfit- ablauge, an Säure oder säurebildenden Stof fen, richtet sich nach der Zusammensetzung der Sulfitablauge, den zu erreichenden me chanischen Eigenschaften der zu gewinnen den Kerne sowie nach dem für die Kerne zu verwendenden Sand. Zweckmässigerweise soll bei der vorzugsweise zu verwendenden kalkhaltigen, eingedickten Sulfitablauge der Zusatz gegenüber dem in der Sulfitablatage vorhandenen Kalk im Überschuss sein.
Im allgemeinen wird man mit wachsendem Zu satz an Säure oder säurebildendem Stoff Kerne mit höherer Druck- und Biegefestig keit erhalten. Bei Verwendung eines ba sische Bestandteile enthaltenden Sandes, bei spielsweise eines tonhaltigen Sandes, kann ein höherer Zusatz am Platze sein als bei Verwendung von reinem Quarzsand.
Auch die Art des Zusatzes au Säure oder säurebildenden Stoffen kann der Zusammen setzung des zu bindenden Sandes angepasst werden. Für reinen Quarzsand wird man im allgemeinen vorteilhaft Säure verwenden, da man damit die besten mechanischen Eigen schaften der fertigen Kerne erhält, während für ein Bindemittel, mit dem Kerne aus un reinem, etwa tonhaltigem Sand hergestellt werden sollen, Sulfitäblauge mit einem erst bei- höherer Temperatur säurebildenden Zu- Satz, beispielsweise einem Ammoniumsalz, vorteilhafter sein kann. Es können auch ver schiedene Zusätze gleichzeitig Verwendung finden.
Um die korrodierende Wirkung gegenüber Metallen, wie sie bei dem gemäss vorliegender Erfindung verwendeten Kernbinder unter Umständen auftreten kann, zu verhindern, können ihm weiterhin an sich bekannte korro sionsverhindernde Substanzen zugesetzt wer den. Als solche korrosionsverhindernde Stoffe oder Korrosionsinhibitoren, wie sie in ver schiedenen Zweigen der Technik bekannt sind, kommen beispielsweise in Betracht qua- ternäre Ammoniumverbindungen, Alkaloide, Kondensationsprodukte aus Aminen und Aldehyden, basische Bestandteile aus Erdöl- und Teerfraktionen, Tannin,
Merkaptane, Harnstoff und Thioharnstoff.und deren Deri vate, Leim, Kleister, Hefe oder Melasse. Für weitere Beispiele von Korrosionsinhibitoren sei auf das Buch von U. R. Evans : Korrosion, Passivität und, Oberflächenschutz- von Me tallen, Berlin 1939, verwiesen.
Da die Sulfitablauge im allgemeinen Deri vate der schwefeligen Säure enthält, die beim Zusatz sauer reagierender Stoffe Schwefel dioxyd bilden, kann es vorteilhaft sein, dieses Gas aus dein gemäss vorliegendem Verfahren zu verwendenden Kernbinder zu entfernen, bevor er für die Herstellung der Sand mischung verwendet wird.
Dazu können an sich bekannte Verfahren Verwendung finden, wie Durchblasen von Luft oder andern Gasen, Erwärmimg, Rühren, Evakuieren, Ober- flächenvergrössertnig durch Fliessenlassen durch mit Füllkörpern versehene Gefässe oder Kombination dieser Verfahren.
Wünscht man die Viskosität der gemäss vorliegendem Verfahren zu verwendenden Kernsandbindemittel zu erhöhen, so kann dies zweckmässigerweise durch länger dauernde Erwärmung geschehen.
Vermutlich dürfte die dabei auftretende Viskositätserhöhung mit der in der Literatur bekannten Poly- merisation der Ligninsulfonsäure unter dem Einfluss saurer Reagenzien stehen. Anderseits kann. eine Viskositätserniedrigung durch Ver- dünnen mit - Wasser oder wässerigen Lösun- geii herbeigeführt werden. Im allgemeinen empfiehlt es sich, die Viskositätserhöhung mit der Entfernung des freien Schwefeldioxydes in der gleichen Operation vorzunehmen.
Der gemäss vorliegendem Verfahren ver wendete Kernsandbinder kann sowohl allein als auch in Kombination mit andern Binde mitteln verwendet werden.
Mit Hilfe des gemäss dem vorliegenden Verfahren verwendeten Kernbinders lassen sich auch Kerne von genügender Grünfestig keit im ungebrannten Zustande erhalten, da die damit gebundenen Kerne bereits beim Stehen an der Luft weitgehend erhärten. Man kann das Verfahren auch in der Weise ausführen, dass man die aus Sand und Binde mittel in üblicher Weise erzeugte Mischung zunächst durch längeres Liegemassen an der Luft weitgehend eintrocknen lässt und diese eingetrocknete Mischung dann als Zusatz zu einer frisch hergestellten Mischung verwen det. Eine solche Arbeitsweise ergibt Kerne mit gutem Stehvermögen in ungebranntem Zustand und erübrigt die Verwendung von Erstarrungsbindern.
Die gemäss vorliegendem Verfahren ge wonnenen Sandkerne ergeben, wenn die zur Anwendung gelangte Sulfitablauge mit Säu ren versetzt wurde, im allgemeinen die besten Resultate, wenn sie einer Trocknung bei etwa 220 C bei einer Trockendauer von etwa einer Stunde unterworfen werden. Tiefere Trok- kentemperaturen von etwa 200 C erfordern eine etwas längere Trockendauer von 2 bis Stunden. Wünscht man die Kerne über Nacht zu trocknen, so geht man am besten mit der Temperatur auf etwa 180 'C hinun ter. Wird das Bindemittel mit Hilfe von Stoffen erzeugt, die erst bei höherer Tem peratur Säure bilden, wie Ammoniumsulfat, so empfiehlt sich eine höhere Trockentem peratur.
<I>Beispiel 2:</I> Kernsand wird in üblicher Weise in einem Mischapparat mit Sulfitablatige vermischt, die in folgender Weise vorbehandelt war: 100 Gewichtsteile eingedickte, etwa 50 % Wasser enthaltende, kalk- und eisenhaltige Sulfitablauge des Handels, wie sie durch direktes Eindampfen der Sulfitablaugen- schlempe erhalten wird,
mit einem Kalkgehalt von etwa 4 %, berechnet als Ca0, wird unter Rühren mit 10 Gewichtsteilen konzentrierter Schwefelsäure, die zuvor mit ihrem eigenen Gewicht Wasser verdünnt wurde, vermischt. Das Gemisch wird unter Rühren und Durch leiten von Luft bei einer Temperatur von <B>70'C</B> von freiem SO, befreit und weiterhin die Behandlung so lange fortgesetzt, bis das Produkt bei der Viskositätsbestimmung im Fordbecher Nr. 8 eine Auslaufzeit von 25 bis 30 Sekunden erreicht hat.
Als Korrosionsinhibitor wird dem Produkt 1 kg Hexamethylentetramin nach dem Er kalten zugesetzt und darin durch Rühren gelöst.
Das auf diese Weise erhaltene Kernsand- bindemittel ist eine lagerbeständige, ölige Flüssigkeit.
Das gemäss Beispiel 1 gewonnene Gemisch aus Sand und Binder liefert bei Verwendung von etwa 5 bis 8 Gewichtsprozent an Binder nach einstündigem Trocknen bei 220 C Kerne mit hoher Druck- und Biegefestigkeit, grosser Porosität und geringer Gasentwick lung, die nach dem Guss leicht zerfallen und infolgedessen nur geringe Putzarbeit erfor dern.
<I>Beispiel 2:</I> Kernsand wird in üblicher Weise in einem Mischapparat mit Sulfitablauge vermischt, die in folgender Weise vorbereitet war: 100 Gewichtsteile feste, pulverisierte Stil fitablauge, deren Gehalt an Kalziumverbin- dungen 8 % CaO entspricht, wird mit 20 Ge- wichtsteilen Ammoniumsulfat innig gemischt.
Das gemäss diesem Beispiel erzeugte Ge misch aus Sand und Binder, das gegebenen falls auch mit grubenfeuchtem Sand herge stellt werden kann, hat den Vorteil, dass sich sein Stehvermögen in -angebranntem Zustand durch Variation der Wassermenge in weiten Grenzen variieren lässt. Nach der Herstel- lung der Kerne brennt man diese zweckmässi- gerweise bei etwa 240 eine Stunde.