Verfahren zur Herstellung eines frei fliessenden, körnigen Stoffes
Im Hauptpatent wird ein Verfahren zur Herstellung eines frei ,fliessenden körnigen Stoffes und dessen Ver wendung zur Herstellung von Metallgiessformen be schieben, wobei der körnige Stoff trocken ist, frei fliesst und sich schütten lässt und demzufolge sich leicht der Oberflächenform des Modells beim Aufschütten anpasst und dieselbe ohne Stampfen oder andere Hilfs- massnahmen, wie sie bei Verwendung feuchter Formmassen nötig werden,
genau wieldergibt. Nach dem Aufschütten der mit Silikaten überzogenen Formmisohung auf das Modell wird jene mit Kohlendioxyd begast, wo beli leinle Reaktion mit indem Silikat auf den Einzelkörnern der Mischung eintritt und das trockene Bindemittel aktiviert wird (z. B. durch Freisetzung von Hydratwasser), so dass zwischen den Körnern eine feste Bindung und damit eine in sich beständige Giessform von beachtlicher Zug- und Druckfestigkeit entsteht.
Bei der gewerblichen Anwendung dieses Verfahrens hat es sich nun gezeigt, dass Schwierigkeiten auftraten hinsichtlich der Erzielung optimaler Resultate, sowie stich auch Qualitätsschwankungen ergaben bei Veränderung der ursprünglich angegebenen Mischungsverhältnisse und Verfahrensmassnahmen. Bessere Ergebnisse sind nun bei gleichzeitig leichterer Durchführbarkeit in industriellem Massstab, erhöhter Wirtschlaft- lichkeit und erweitertem Anwendungsbereich gemäss den hier gemachten Ausführungen über das verbesserte Verfahren sowie die verbesserten Mischungsverhältnisse zu erzielen.
Bei Betrachtung beispielsweise der Alkalimetallsili- kate als Bindlemittel enthält das Hauptpatent Angaben bezüglich Ider Veränderungen der Bindlemittollleigenschaf- ten, wie Festigkeit der Bindung, Dimensionsstabilität usw., in Abhängigkeit vom Verhältnis von Metalloxid zu Kieselsäure im betreffenden Silikat.
Aus diesen Angaben könnte und geschlossen werden, dass Silikatverbindungen mit eher hohem Basenanteil im Basen- Säureverhältnis zu bevorzugen sind. Vorzugsweise werden jedoch, insbesondere bei grosstechnischer Anwendung, die zu beachtenden Kriterien anhand der vorliegenden Angaben überprüft und dementsprechend ausgerichtet.
So können gemäss vorliegender Verbesserung in der Mischung hydratisierte Silikatbindemittel mit niedrigerem Basenanteil im Basen-Säureverhält nis verwendet werden, wobei sich beachtliche Einsparungen bei gleichzeitig leichterer Durchführbarkeit und grösserer Vielseitigkeit des Verfahrens ergeben, ungeachtet dessen, ob Kompromisse bezüglich Bindefestigkeit oder Dimensionsstabilität beim Formen und Gie ssen gemacht werden oder nicht.
Trotzdem die Silikat-Sand-Verhältnisse, wie sie im Hauptpatent angegeben werden, sowie die besonderen Misch- und Begasungsverfahren nach wie vor für die entsprechenden Silikate vollumfänglich Gültigkeit haben, wurden durch Veränderung einer Anzahl von Einflussgrössen überraschende Verbesserungen erzielt. Diese sind das Ergebnis sorgfältiger Koordination und Korrelation spezifischer abhängiger und unabhängiger Variablen, wie Basen-Säuren-Verhältnis, Mischverfahren, Menge des gebundenen Wassers, Bindemittel-Sand-Ver- hältnis, Mischtemperatur, Begasungszeit und -verfahren usw. wobei besonders Gewicht auf hohe Wirtschaft- lichkeit und grossen Ausstoss gelegt wurde.
In Fällen, wo hierin gemachte Angaben Kompromisse bezüglich beispielsweise der Dimensionsstabilität oder anderer Grössen erfordern, werden solche durch neue Verfahrensmassnahmen ausgeglichen.
Giessformen der im Hauptpatent beschriebenen Art können mit vielseitigerer Verwendbarkeit dadurch hergestellt werden, dass eine Anzahl von abhängig und unabhängig variierenden Verfahrensgrössen zur Erzie lung optimaler Wirkung entsprechend in Beziehung gesetzt werden, wobei unter diese veränderten Verfahrens grössen die Verwendung von Silikaten mit unter dem Maximalwert liegender Alkalinität und mit anfänglich höchstens dem maximal möglichen Gehalt an gebunde- nem Hydratwasser, das Mischen zwecks Beschichtung des Sands bei nicht wesentlich erhöhter Temperatur,
die Anwendung niedrigerer Bindemittel-Sand-Verhältnisse, die Begasung wobei niedrigerem Druck und in Gegen- wart von Luft, die Verwendung reaktionsfähiger oder inerter Füllstoffe zur Beeinflussung von Dimensionsschwankungen, welche durch die spezifische Wahl einer der vorgenannten Grössen entstehen können, die Anwendung besonderer Formverfahren zur Verminderung oder Vermeidung von Dimensionsänderungen, das Arbeiten bei niedrigeren Temperaturen, wodurch die Auswahl verwendbarer Konstruktionsmaterialien für die Modelle erweitert wird, usw. zu wählen sind.
Der erfindungsgemäss erhaltene, als Formmischung verwendbare körnige Stoff eignet sich besonders für die Massenfertigung von silikabgelbundenen hitzebeständigen Giessformen unter Verwendung von Modellen.
Es werden einfache und schnelle Methoden zur Begasung oder zum Abbinden beschrieben, die ein Minimum an Zeit sowie geringe Gasmengen erfordern und eine Giessform von genügender Handhabungsfestigkeit liefern, welche trotzdem hohe Masstreue und eine gewisse Plastizität aufweist und leicht vom Modell zu entfernen ist, und die einen minimalen Temperaturanstieg beim Begasen verursachen und so die Verwendung einer Vielzahl von Konstruktionsmaterialien für die Modelle gestatten. Ferner werden Mischungen beschrieben, die bessere Beständigkeit d'er beschichteten Einzellkör- ner während der Herstellung und beim Lagern in der Atmosphäre aufweisen, die weniger Bindemittel erfolr- dern und sich leicht herstellen lassen und so zur Sicherheit und Bequemlichkeit des Arbeitsvorgangs beitragen.
Die hergestellten Giessformen widerstehen dem abrupten Temperaturwechsel beim Eingiessen des geschmolzenen Metalls, ohne dass übermässige Massänderungen auftreten würden.
Ferner werden gewisse Schwierigkeiten, die sich bei der Herstellung oder beim Begasen und bei der Handhabung der silikatbeschichteten Formmassen ergeben, beseitigt oder doch verringert. So beispielsweise die korrodierende Wirkung bei hochalkalischen Verhältnissen (worunter sowohl die Arbeiter als auch die aus Metall gefertigten Modelle leiden), die Feuchtempfindlichkeit des beschichteten Materials beim Lagern, übermässige Brüchigkeit der Silikatbindung (insbesondere wenn diese Brüchigkeit die Trennung von Form und Modell erschwert), die Entwicklung hoher Temperaturen beim Begasen (von nachteiligem Einfluss auf bestimmte Konstruktionsmateriallen für die Modelle), übermässig lange Begasungszeiten oder verwickelte Begasungsvorrichtungen (die gegebenenfalls eine besondere Gaskammer und/oder Evakuieren nötig werden lassen), usw.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines frei fliessenden, trocken erscheinenden körnigen Stoffes ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Einzelkörner eines trockenen hitzebeständigen körnigen Ausgangsmaterials gleichmässig mit einem Silliksats!irup durch Vermischen überzieht, dass man der Mischung eine konzentrierte wässrige Natronlauge zugibt, wobei auf den Einzelkörnern eine Reaktion zwischen Silikatsirup und Natriumhydroxyd eintritt, und dass man das Vermischen bis zur Beendigung der Reaktion fortsetzt, wodurch auf den Einzelkörnern ein Überzug aus kristallwasserhaltigem Natriumsilikat mit einem Verhältnis von Na3O : SiO2 entsteht, welches grösser als dasjenige im Ausgangssilikat ist, und wodurch der Überzug praktisch nur chemisch gebundenes Wasser enthält.
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Fig. 1 gibt ein schematisches Fliessbild der Verfahrensstufen sowie die darin verwendeten Vorrichtungen wieder.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnittes durch einen mit dem erfindungsgemässen Ma terial gefüllten Formkasten während des Begasens.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ferti gen Giessform nach dem Abheben von Modell im Formkasten.
Fig. 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch die umgekehrte Giessform nach Fig. 2, bereit zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls.
In den Figuren der Zeichnung entsprechen gleiche Bezugszahlen den gleichen Teilen. Die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird beispielsweise in Fig. 1 gezeigt. Eine entsprechende Form mischung wird vorerst durch Vermischen eines körnigen, hitzebeständigen Materials mit einem Silikatbindelmittel hergestellt, wobei die einzelnen Körner mit dem Bindemittel beschichtet werden und letzteres dann hydratisiert wird, so dass eine praktisch trockene und freifliessende Mischung erhalten wird. Ein körniges hitzebeständiges Material, z. B. Sand, wird dem Vorrat, wie bei 10 angegeben, entnommen, während die Bindemittelbestandteile aus verschiedenen Vorratsbehältern lla, 11 b, 1 lc zugemischt werden.
Das überziehen der Einzelkörner mit dem Bindemittel und dessen Hydratisierung vollzieht sich in einer Mischanlage 12, die hier ein Mischkollengang ist, welche das Bindemittel (flüssig) mit dem körnigen hitzebeständigen Material innig zu vermischen gestattet und auch das Trocknen und die Hydratisierung des Überzugs sowie die Zerkleinerung sich bildender Agglomerate ermöglicht. Der abgebildete Kollergang 12 weist einen Schaber 13 zum Wenden des Materials sowie in bekannter Art rotie rende Mahisteine 14 auf.
Nach dem Mischen, Trocknen und Hydratisieren kann die trockene Formmischung vor Gebrauch gela- gert werden, wie gezeigt, wobei die erfindungsgemässen Mischungen während mindestens eines Tages aufbewahrt werden können, ohne dass sich Klumpen bilden oder dass dieselbe zusammenbackt unter dem Einfluss der Luftfeuchtigkeit oder des Kohlendioxyds der Atmosphäre. Es ist äusserst wichtig, dass die Mischung beim Gebrauch freifliessend und schüttfähig ist und praktisch keine Grünfestigkeit aufweist, wenn befriedigende Ergebnisse erzielt werden sollen.
Nur wenn die einzelnen Körner frei gegeneinander beweglich sind und sich so der Modelloberfläche anschmiegen können, wird letztere samt ihren Vertiefungen usw. form- und mass geltreu wiedergegeben, und zwar lediglich unter Einwirkung der Schwerkraft older aber unter Benutzung eines Vibrators oder einer Klopfvorrichtung.
Die Herstellung einer Giessform aus einer solchen Formmischung geschiert erfindungsgemäss (wie in Fig. 1 unter Formen gezeigt) dadurch, dass ein gebräuchliches Modell 15 in einen Formkasten 16 gestellt und mit der Formmischung 17 überschüttet wird, bis der Kasten gefüllt ist. Wie oben augedeutet, kann der Formkasten 16 samt Inhalt vibriert, beklopft oder gerüttelt werden, um die Formmischung 17 zu verdichten. Die beispielsweise Verwendung eines Vibrators ist bei 18 angedeutet. Vorzugsweise weist die Formmischung eine derartige freie Beweglichkeit auf, dass die Oberfläche des Modells 15 getreu wiedergegeben wird, dass die Hohlräume ausgefüllt werden, und dass eine genügend hohe Verdichtung im Kasten 16 ohne Stamp- fen, Blasen oder Pressen erreicht wird.
Nachdem die Formmischung 17 in Kasten 16 eingebracht und das Modell damit bedeckt ist, wird die Begasung mit Kohlendioxyd vorgenommen, welches durch die Mischung geleitet wird, indem es durch den Deckel 20 des Kastens 16 eingeführt wird.
Dabei rela- giert das Kohlendioxyd mit dem sich auf den Einzelkörnern befindenden Bindemittel unter Freisetzung von Hydratwasser oder in anderer Weise, so dass das Silikat aktiviert, d. h. klebend wird und die erwiinschte feste Bindung zwischen den Einzelkörnern an deren Berührungspunkten herbeigeführt Es entsteht dann eine zusammenhängende, in sich beständige Giessform, die vom Modell 15 abgehoben und aus dem. Forinkasten 16 entfernt werden kann und zur Aufnahme von geschmolzenem Metall bereit ist, wie bei 25 angedeutet.
Mit Vorteil wird, wie nachfolgend noch beschrieben wind, ein Gummipolster 21 auf die körnige Mischung 17 in Formkasten 16 und unter Deckplatte 20 gelegt, um wöhrend des Begasens einen gewissen Druck auf der Masse aufrechtzuerhalten. Wie noch ausgeführt wird, kann auch der Mischkollergang 12 mit einer Kühlung für die. Bodenplatte ausgerüstet sein, wie in Fig. 1 schematisch gezeigt ist, wo durch einen Wassermantel 27 mit Einlass 28 und Auslass 29 Wasser oder ein anderes Kühlmittel zirkulieren kann.
In Fig. 2 ist schematisch eine beispielsweise An ordnung zur Durchführung des Verfahrens, insbeson- dere des Begasens abgebildet. Modell 30 ist auf einer Grundplatte 31 montiert und von Formkasten 16 umgeben. Mit Vorteil wird zwischen den Unterkanten des Formkastens 16 und der Grundplatte 31 eine Gummi dichtung 32 eingelegt. Körnige, überzogene Formmasse 17 wird in Formkasten 16 und über Modell 30 geschüttet und mittels Vibrator 18 wird die ganze Anordnung zur Verdichtung der Formmasse vibriert.
Bevor der Formkasten ganz gefüllt ist, wird eine Halte vorrichtung in denselben eingelegt.
Die abgebildete H.aitevorrichtung besteht aus zwei Griffen 40 und 41 au den gegenüberliegenden Enden zweier Stangen 42 und 43, deren Länge grösser ist als der Durchmesser des Formkastens 16. Mehrere Quer verbindungsstücke 46 und 47 sind auf den Stangen 42 und 43 derart angeordnet, dass sie in den Formkasten hineinragen und es können Schlitze 48 am obern Rand desselben angebracht sein, um die Haltevorrichtung quer in den Formkasten und unterhalb dessen Oberkante einlegen zu können, wie die Abbildung zeigt.
Bei Anordnung der Haltevorrich,tung wie in Fig. 2 gezeigt ist, befindet sich dieselbe nach Aufschütten der Formmischung darin eingebettet und bildet nach Verfestigung oder Mischung eine praktische Hilfe zum Ab heben der fertigen Giessform (velrgl. Fig. 3 und 4).
Nachdem der Formkasten 16 mit der Formmischung gefällt und diese mittels Vibrator 18 genügend verdichtet ist, wird ein Gummipolster 21 .auf die verdichtete Mischung 17 aufgelegt, das so zugeschnitten ist, dass es nicht über die Oberkante ,des Formkastens 16 hinausragt.
Hierauf wird die Deckplatte. 20 a'nge- bracht und die ganze Anordnung beispielweise durch Klammern 51 und 52 dioht zusammengefügt. Mit Vorteil werden ebenfalls zwischen der Oberkante des Formkastens 16 und der Deckplatte 20 Gummidichtungen 53 eingelegt, wobei .die Klammern 51 und 52 es mit Vorteil gestatten, über Gummipolster 21 einen festen, jedoch elastischen Druck lauf Formmischung 17 lasten zu lassen, wie noch ausgeführt wird.
Wie festzustellen ist, weist Deckplatte 20 (und das darunterliegende Gummipolster 21) eine Mehrzahl von Gaseintrittsöffnungen mit zugehörigen Zuführungsstutzen auf, wie in Fig. 2 bei 53, 54 und 55 gezeigt.
Durch Idiese Zuführungsstutzen und Öffnungen wird Kohlendioxyd zur Aktivierung des Silikatbindemittels auf den Körnern der Formmischung 17 eingeleitet und bewirkt dann das Abbinden der Mischung.
Als Hilfsmittel zur genügenden und gleichmässigen Begasung der gesamten Formmischung sind verschiedene Entlüftungs öffnungen 58 vorgesehen, die durch das Modell 30 und durch die Grundplatte 31 hindurchgehen und bei nicht durchgeführter Evakuation des Formkastens den Austritt von Luft und überschüssigem Kohlendioxyd gestatten.
Ähnliche Öffnungen 59 können in der Grundplatte 31 ausserhalb Ides durch Modell 30 belegten Bereichs vorgesehen sein. Diese Entlüftungsöffnungen 58 und 59 sind auf der Innenseite mit Vorteil mit Gittern versehen, um das Durchrieseln von Formmischung zu verhindern, und auf das Modell und dessen Umgebung so verteilt, dass keine Luft oder kein Kohlen dioxid in oder unter bestimmten Teilen ,des Modells eingeschlossen wird, wie dies ebenfalls in bekannter Art bei der Herstellung von Giessformen im Sandblas- verfahren geschieht.
In diese Anordnung wird über Zuführungsstutzen 53-55 Kohlendioxyd eingeblasen und durchströmt die ganze Masse 17 des sililkatbeschichteten Materials, wo- bei die ursprünglich lose Mischung durch Aktivierung Ides Bindemittels auf den Einzelkörnern zu einer festen, in sich beständigen Giessform abbindet.
Nach Beendigung der Begasung werden die Deckplatte 20 und das Gummipolster 21 entfernt, worauf die fertige Giessform mit Hilfe der Griffe 40 !unsd 41 vom Modell 30 abgehoben und aus dem Formkasten 16 herausgenommen werden kann (vergl. Fig. 3). Die Giessform wird kann umgedreht (vergl. Fig. 4) und zur Giesserei transportiert, wo geschmolzees Metall eingegossen wird, das dann nach dem Erstarren ein Modell 30 entsprechendes Gussstück bildet.
Falls zusammenpas- sende Ober- und Unterformkasten für besondere Gussstücke gebraucht werden, können dieselben ebenfalls leicht durch entsprechende Markierung und Orientierung des Modells in Überestimmung gebracht werden, so dass dann die in Ober- und Unterkasten gebilde- tell Hohlräume beim Zusammenfügen -der Giessform aufeinanderpassen. Nach Herausheben der fertigen Giessform, wie in Fig. 3 dargestellt, sind Formkasten 16 und Modell 30 zur weitern Verwendung frei, d. h.
der beschriebene Vorgang kann sich beliebig oft wiederholen.
Wie aus dem Gesagten hervorgeht, bewirkt die An wendung einer solchen Anordnung überraschende und unerwartete Einsparungen und führt zu zu leichterer Hand- habung insbesondere bei Massenfertigung und im Vergleich zum Verfahren !des Hauptpatents. Die möglichen Einsparungen und die erreichten Verbesserungen sind der Verwendung und der Entwicklung neuer oder unterschiedlicher Mischungen und der Anwendung neuartiger Verfahren und Bedingungen zuzuschreiben,
wobei letztere insbesondere auf Silikatbindemittel mit wenider alkalischen Verhältnissen von Metalloxyd zu Kie oelsäure im hydratisierten Silikatbindemittel zugeschnitten sind. Zudem wird der Anwendungsbereich dieser Art der Giessformenherstellung auf eine Vielzahl von verschiedenen Metallen erweitert unter Berücksichti- gung der besonderen jeweils zu beachtenden Giessbe- dingungen.
(Zum Beispiel der unterschiedlichen Schmelztemperatur von Aluminium und Eisen und der damit verbundenen unterschiedlichen Auswirkung auf die Dimensionsstabilität oder das Verwerfen der Giessform beim Giessen des betreffenden --Metalls).
Wie bereits hier und im Hauptpatent dargelegt, können Silikatbindemittel mit höherer Alkalinität gewisse Vorteile hinsichtlich Festigkeit der Bindung, massgetreuer Wiedergabe usw. bringen, während solche mit niedrigener Alkalinität in derselben Hinsicht ungünstigele Ergebnisse liefern, jedoch andere Vorteile aufweisen, wie z.B. gute Löslichkeit, geringere Hygroskopizität beim Lagern usw.
Beim Gebrauch derartiger Materialien und beim Versuch, Höchstwerte für Bindefestigkeit und Formtreue zu erhalten, taucht eine derartige Vielzahl von abhängigen und unabhängigen Variablen im Zusammenhang mit dem Beschichten, Formen und Begasen auf, dass diese Materialien nicht einfach als Alternative zu bewerten sind, sowenig wie die bevorzugten Arbeitsverfahren bei Verwendung von hochalkalisehen Silikaten im Vergleich zu denjenigen bei Verwendung weniger alkalischer Silikate.
Während also die hochalkalischen Stoffe grössere Anfangsfestigkeit der Bindung besonders bei Anwendung grösserelr Verhältnisse von Bindemittel zu Sand, bewirken, treten gleichzeitig Nachteile auf, wie z. B.
übermässige korrodierende Wirkung, unangenehmere Arbeistbedingungen, grössere Wasseraufnahme aus der Luft beim Lagern, die Modelle schädigende Temperaturerhöhung beim Begasen und Brüchigkeit der ferti gen Giessform, was das Abheben vom Modell er schwert. In ähnlicher Weise führt der Versuch, das Verhältnis von Bindemittel zu sand auf etwa 10% Bindemittel zu erhöhen, zu Schwierigkeiten beim Mischein und Beschichten. Bei Verwendung von hochalkalischen Silikaten wären beispielsweise etwas höhere Verhältnisse von Bindemittel zu Sand erwünscht, d!amit die auftretende Brüchigkeit durch festere Bindung behoben würde.
Da gemäss den gestellten Anforderungen das die Sandkörner umhüllende Bindemittel nach erfolgter Beschichtung ein trockener Feststoff, anfäug- lich zur Ermöglichung der Beschichtung, jedoch eine
Flüssigkeit sein muss, kann durch Erhöhung des Ver hältnisses von Bindemittel zu Sand ein Erwärmen des
Materials beim Beschichten erforderlich werden, um das für die Beschichtung jedes Einzelkorus erforder liche Fliessvermögen der Lösung zu erhalten, insbesondere wenn die Gesamtmenge an Silikat auf einmal zugesetzt wird.
Die Anwendung solcher Mischver,fah- ren bei Gebrauch von weniger alkalischen Bindemit teln, besonders wenn das Bindemitteal-San!d-Verhältnis auch niedriger ist, kann zum Verlust von unerwünsch- tem Hydratwasser beim Beschichten führen. Ähnliche Überiegungen gelten auch dann, wenn versucht wird, die anfängliche Viskosität durch Zusatz von Wasser entsprechend einzustellen und das überschüssige Was ser anschliessend zu verdampfen.
Überdies scheint ein wesentlicher Unterschied in der Art der Bindung nach dem Begasen zwischen niedriger- und höheralkalischen Silikaten zu bestehen.
Im Bereiche niedriger Alkalinität entwickelt sich eine
Bindung mit schwacher, jedoch bestimmter Plastizität aus, was sich vorteilhaft auf die Trennungsmöglichkeit der fertigen Form vom Modell auswirkt, indem weniger Sorgfalt darauf verwendet werden muss, die Form in möglichst gerader Richtung aus dem Formkasten zu heben, um eine Beschädigung der Kanten oder des gebildeten Hohlraums zu vermeiden. Trotzdem muss natürlich nebst solcher Plastizität gleichzeitig eine genügrende Festigkeit der Bindung auftreten, um ein brauchbares Produkt zu erhalten.
Diese Plastizität kann aber nicht einfach durch Verminderung der letztlich er3iält- lichten Festigkeit erzielt werden, trotzdem gewisse Kom promisse möglich sind. So weisen bei Verwendung von höher -alkalischen Silikaten die begasten und aktivierten Mischungen eine eher schwache Bindung auf, wenn Plastizität auftritt, insbesondere wenn diese einem Überschuss an aktivierender Feuchtigkeit zuzuschreiben ist, wobei es dann nötig werden kann, die Abbindung durch verlängertes Begasen so weit zu bringen, dass die Form vom Modell abgehoben werden kann.
Es scheint, dass die Ausbildung der Silikatbindung beim Begasen schrittweise erfolgt, indem der beschichtete Sand erst nass wird durch freigesetztes Hydratwasser und erst dann nach und nach mit dem Fortschreiten der Reaktion mit dem Kohlendioxyd abbindet. Bei grossen Alkalitätverhältnissen (und besonders bei gro ssen Bindemittel-Sand-Verhältnissen) kann anfänglich derart viel Hydratwasser freigesetzt werden, dass der Sand richtig nass wird und Plastizität auftritt, jedoch bei geringer Festigkeit der Bindung.
Bei Weiterführung der Begasung und/o-der der Reaktion entwickelt sich dann eine festere Bindung, wobei ein Zwischenstadium durchlaufen wird, in welchem beachtliche Festigkeit zusammen mit der gewünschten Plastizität auftritt.
Bei höheren Alkalinitätsverhältnissen kann dieses Zwischenstadium, während welchem die Form am leich- testen vom Modell abzuheben ist, zu schnell durchschritten werden oder zusätzliches Begasen zur Erzie lung der gewünschten Festigkeit erforderlich machen, so dass es nicht zuträglich ist, die Giessform in diesem Zeitpunkt abzuheben. Auch wenn bei hohen A1- kalinitätsverhältnissen eine vermehrte Bildung von Natriumcarbonaten auftreten, die ihrerseits zu Brüchigkeit der Bindung führen.
Bei niedrigen Alkalinitätsverhältnissen, wie sie hier in Betracht fallen, und Ibei geeigneter Bemessung des Hydratwassers bleibt jedoch dieses Zwischenstadium mit Plastizität und gleichzeitig fester Bindung beim
Begasen eine gewisse Zeit bestehen, so dass die Be gasung unterbrochen und die Giessform vom Modell abgehoben werden kann und letztere dann genügend hohe Festigkeit besitzt und keiner weitern Begasung mehr wbedNarf. Tatsächlich werden die besten Ergebnis- se dann erzielt, wenn die Begasung so geführt wird, dass nicht zu rasch eine vollständige Erhärtung des
Bindemittels zu einer brüchigen Bindung erfolgt, wie etwa bei übermässig langem Begasen.
In ähnlicher Weise ist es wichtig, die Menge des Hydratwassers zu be messen, da ein Überschuss eine Festigkeitseinbusse in genanntem Zwischenstadium bedingen und ein Mangel das Auftreten von Plastizität verhindern könnte.
Wie aus dem Gesagten hervorgeht, ist die Bega sungszeit bei Silikaten mit hohem Alkalitätsverhältnis länger und kann sogar untragbar lang sein, während bei Silikaten m-it niedrigem Alkalitätsverhältnis kurze Be gasungszelten ausreichen, wobei diese Begasung keine
Evakuation des Formkastens -und auch nicht die An wendung von hohen Drücken erfordert wie bei Sil-i- katen mit hohem Alkaiitätsverh'ältnis, wobei letztere erst noch grössere Mengen an Kohlendioxyd verbrauchen und oft in grösserer Menge angewandt werden müssen, und die erforderliche Festigkeit der Bindung zu erhalten.
Besonders bei der Massenfertigung bedeutet eine Reduktion der Zeitaufwands zum Begassen um 50% oder mehr einen ungemein wichtigen wirtschaftlichen Vorteil, da beispielsweise eine Produktionssteigerung bei der Herstellung von Giessformen aus einem einzigen Modell daraus resultiert, da dasselbe während kürzerer Zeit in der Formerei benötigt wird, in Gie ssereien mit Massenproduktion bedeutet beispielsweise die Erfindung eines Auftrags über mehrere tausend gleichartige Gussstücke die Herstellung entsprechend vieler Giessformen, so dass die zur Herstellung einer solchen Giessform erforderliche Zeit als wichtiger Faktor in die Kostenberechnung eingeht, da die fertigen Gussstücke nicht schneller als die dafür benötigten Giessformen hergestellt werden können.
Wenn die vorgängig als für die erhöhte Wirtschaftlichkeit entscheinend betrachteten Faktoren, wie z.B.
einfaches Begasen unter Atmosphärenbedingungen bei geringem Zeitaufwand, schwache Plastizität der Bindung zur Erleicherung des Abhebens der Form, ge rnger Temperaturanstieg beim Begasen von nicht mehr als etwa 5 , bessere Beständigkeit des beschichtteten Formsands vor dem Giessen und beim Lagern an der Atmosphäre, verringerte Unannehmlichkeiten bei der Handhaburg durch die Arbeiter, geringerer Bindemittelbedarf, genügende Handhabungsfestigkeit der Formen, Formgenauigkeit und Masshaltigkeit während des Begasens und beim Giessen usw., zur Forderung erhoben werden, zeigt es sich, dass die ersten fünf dieser Kriterien hinreichend befriedigt werden, falls Silikatbindemittel mit niedrigem Verhältnis von Metalloxyd zu Säure Verwendung finden, während weitere hier genannte Verfahrensmassnahmen nicht nur dazu beitragen,
diese Bindemittel mit niedrigem Alkalitätverhältnis in befriedigender Weise einzusetzen, sondern auch der Verbesserung derselben dienen, so dass ein annehmbarer Kompromiss zwischen den Anforderungen bezüglich hoher Bindungsfestigkeit und vollständiger Formstabilität resultiert.
Als bezeichnende Bereiche solcher niedriger Alkalität sind im hydratisierten Bindemittel auf den Körnern Verhältnisse von Natriumoxyd zu Siliziumdioxyd allgemein von 0,8:1,0 bis 1,4:1,0 zu nennen, wobei vorzugsweise Verhältnisse von 1:1 bis 1,3:1 angewendet werden, insbesondere beim Vergiessen von Aluminium und Kupfer. Bei Verwendung von silikatbindemitteln mit derartigem Alkalitätverhältnis, die in Übereinstimmung mit den hier gemachten Angaben bereitet wurden, werden befriedigende Resultate erhalten, wenn das Bindemittel dem Sand oder einem andern hitzebeständigen Stoff zu etwa 1,5 bis 2 Gew.%, berechnet als Bindemittelfeststoff, zugesetzt wird. Diese Angaben beziehen sich auf Formsand mit einer Korngrösse, die etwa Nr. 100 A. F. S. entspricht (z.B.
Portage Sand 705), während für einen Sand mit einer Siebgrösse von > 0,297 mm (z. B. für Ottawa Band Sand) 1,0 bis 1,5% Bindemittelfeststoffe erforderlich sind. Dichtere Sande, z.B. Zirkonsand, können bis 1,7mal soviel Bindemittel erfordern wie Quarzsande, während weniger dichter Kohlesand nur etwa 2/3 davon erheischt.
Die Festigkeit der Bindung hängt selbstretend bis zu einem gewissen Punkt von Verhältnis Bindemittel zu Sand ab, wobei nach Erreichen dieses Punkts weiter erhöhte Bindemittelzusätze keine Verbesserung der Festigkeit mehr bringen. Anderseits können unerwünschte Dimensionsänderungen der fertigen Form (sowohl beim Begasen als auch beim Giessen des Metalls) mit steigenden Mengen an Silikatbindemittel ebenfalls zunehmen. Der heisst durch Wärmeeinwirkung verursachte Dimensionsänderungen sowie solche, die durch chemische Reaktionen in Bindemittel und/oder Änderungen in Hydratwassergehalt desselben hervogerufen werden können in der Bindemittelschicht auf den einzelnen Sandkörnern und auch im Sand selbst auftreten.
In allgemeinen führt die Erhöhung des Verhältnisses von Bindemittel zu Sand zu stärkerer Bindung, während gleichzeitig ebenfalls die unerwünschte Tendenz zu Dimensionsänderungen der Form beim Lagern, Begassen oder Abgiessen austeigt. Bei den genannten Verhältnissen handelt es sich un einen optimalen Kompromiss zwischen den unterschiedlichen Forderungen, mindestens in dem Ausmasse, dass der einem über die genannten Grenzen erhöhten Bindemittelzusatz zuzuschreibende Anstieg der Festigkeit keine entsprechende praktische Verbesserung bringt im Vergleich zur gleichzeitig auftretenden unerwünschten Einbusse an Masshaltigkeit und Formtreue zufolge eben desselben erhöhten Bindemittelzusatzes. Oft kann die Erhöhung des Bindemittelzusatzes (bei Verwendung von Silikaten niedriger Alkalität) einen nachteiligen Einfluss auf die schliesslich erreichte Festigkeit der Giessform haben.
Bei Ider Bereitung und Verwendung der hier beschriebenen beschichteten Formsandmischungen mit kleinen Mengen an Bindemittel mit niedrigerem Alkalitätverhältnis sind verschiedene wichtige Überlegungen zu beachten, und zu befriedigenden Resultaten zu kommen. Darunter ist die Vermeidung des Zusatzes von mehr Wasser, als in Form von Hydratwasser durch das Bindemittel aufgenommen werden kann, au nennen. Wenn beim Mischen und Beschichten überschüssiges Wasser vorhanden ist, treten insbesondere bei niedrigen Alkalitätverhältnissen Schwierigkeiten auf, dasselbe wieder zu verdampfen, so dass der beschichtete Sand effektiv trocken und freifliessend wird ohne jedoch einen Teil des erwünschten Hydratwassers auch noch zu entfernen.
Unter Berücksichtigung des Gesagten ist jedoch in Erinnerung zu rufen, dass der die gewünschte Beschichtung bildende hydratisierte Stoff bei Raumtemperatur fest ist, zur geeigneten Verteilung bei der Beschichtung während des Mischens jedoch in flüssiger Form sein sollte. Wird Ider flüssige Zustand durch Verdünnung mit Wasser aufrechtzuerhalten versucht, so sind beträchtliche überschüssige Wassermengen nachträglich zu verdampfen. Wird anderseits das Silikatbindemittel durch Anwendung von Wärme beim Zumischen zum Sand flüssig erhalten, können andere Schwierigkeiten auftreten.
Beispielsweise liegt die anzuwendende Temperatur für Silikate im bevorzugten Bereich des Alkalitätsverhältnisses bei etwa 45 , so dass sich dieselbe bei Berührung der Lösung mit dem Sand sofort erniedrigt und ein Zustand eintritt, wo gleichmässige Verteilung schwierig wird. Es wurde festgestellt, dass die gewünschten Überzuge mit Silikaten im bevorzugten Alkalitätsbereich oberhalb etwa 55 bereits Hydratwasser verlieren und auch schon solches oberhalb lediglich etwa 42 in beträchtlichen Mengen abgeben. Es scheint daher, dass sich widersprechende Überlegungen anzustellen sind, falls versucht wird, unter Verwendung von Ausgangsmaterialien geeigneter Viskosität auf den Sandkörnern einen in gewünschtem Mass hydratisierten Überzug zu erzeugen.
Eine befriedigende Methode, diese scheinbaren Widersprüche zu überwinden, besteht darin, dass das Siili- kat und der alkalisch Stoff beim Mischen dem Sand getrennt zugegeben werden, wobei die Reaktion dann auf diesem stattfindet, nachdeim die ursprünglich flüs sigen Komponenten gleichmässig auf den einzelnen Körnern verteilt sind.
Wird beispielsweise ein Silikat mit genügend hohem Siliziumgehalt, um bei Raumtemperatur noch flüssig zu sein (z.B. mit einem Oxyd-Säure- Verhältnis von etwa 1:1,6), zuerst dem Sand im Mischkollergang zugefügt und auf jenem gleichmässig verteilt, so kann eine wässrige Natriumhydroxydlösung (mit entsprechender Alkalikonzentration, um das letztlich gewünschte Oxyd-Säure-Verhältnis zu erreichen, und mit nicht höherem Wassergehalt als in Form von Hydratwasser aufgenommen werden kann) nachträgLich zugesetzt werden, weiche Idann mit dem ibeits auf die einzelnen Körner verteilten sirupösen Silikat reagiert.
Welcher der beiden Zusätze zuerst erfolgt, ist nicht entscheidend (trotzdem wird in Übereinstimmung mit vorliegender Erfindung vorzugsweise erst das betreffende Silikat zugesetzt), da mehrere Minuten verstreichen, bis die einzelnen Körner in einem gebräuchlichen Mischkollergang (z.B. in einem Simpson-Mischer) vollständig beschichtet sind, nachdem der Zusatz der zweiten Reaktionskomponente erfolgte, und das gewünschte, hy gdratisierte Bindemittel dann lauf Iden einzelnen Körnern ausfällt.
Die Erhöhung der Mischintensität der Mischvorrichtung bringt nur geringe Vorteile, wenn überhaupt solche auftreten, da grösserer Energieaufwand auch zu erhöhten Verlusten an gebundenem Wasser führt. Wie bereits beschrieben, wird mit Vorteil eine Kühlvorrich- tung für das Gemisch im Kollergang vorgesehen, z.B.
ein Wassermantel 27 wie in Fig. 1, der die Bodenplatte kühlt, da durch das Mischen und die einsetzende Reaktion ein Temperaturanstieg einsetzen kann, der sich durch die Bildungswärme des kristallinen, hydratisierten Pordukts noch um 4-5 erhöhten kann.
Bei Verwendung ven Wasser mit etwa 250 im Wassermantel 27 wird solche überschüssige Wärme in be- friedigender Weise abgeführt und es werden gleichmässige Bedingungen während des Mischvorgangs geschaffen, wodurch nachträglich auftretende Sahwankun- gen in der Festigkeit der Bindung oder in andern charakteristischen Eingenschaften der Mischung vermieden werden, Schwankungen, wie sie zufolge leichter Temperatur- und Feuchtigkeitsilinderungen im Mischer (oder auch im Mischraum) bei diesen Alkalitätsverhältnissen vorkommen.
Zur Illustration der gemachten Ausführungen wird ein besonderes Mischungverhältnis sowie eine zu bevorzugende Mischmethode angeführt. Daraus erhellen auch die verschiedenen zu beachtenden Einflussgrössen.
Eine spezifische Mischung umfasste 300 Gewichtsteile feinen Giessereiquarzsand (Portage 705, A. F. S. Feinheit Nr. 100), zu welchen eine Silikatbeschichtung zugefügt wurde, die aus 81,3 Gewichsteilen eines sirupartigen und hochsiliziumhaltigen Silikats (B. W. Silikat, hergestellt von der Philadelphia Ouartz Co, mit einem Oxyd-Säure-Verhältnis von etwa 1:1,6) mit 15,9 Teilen Natriumoxyd, 25,3 Teilen Siliziumdioxyd uad 40,1 Teilen Wasser, aus 33,6 Teilen einer 50%igen Natriumhydroxydlösung 16,2 Teielen zusätzlichen Wassers und etwa 2 Teilen Rohrzucker bereitet wurde. Der Zuckerzusatz vermindert die Tendenz zum Zusammenbacken bei der Lagerung.
Gemischt wurde nach folgender Methode: Etwa 1/3 des Sands wurde in einen Simpson-Mischer gegeben und nach Anlaufen desselben wurde das zusätzliche Wasser, das den Zucker gelöst enthielt, beigefügt. Nach etwa 2 Min. wurde das sirupartige Silikat zugesetzt, das sich unter der Wirkung des Mischers gleichmässig auf die Sandkörner verteilte. Nach weitern 7 Minuten erfolgte die Zugabe des restlichen Sands, worauf während etwa 9 Min. gemischt wurde. Dann gab man das Natrium- hydroxyd zu. In etwa 12 bis 13 Min. bildete sich der hydratisierte Silikatüberzug auf den einzelnen Sandkörnern, wobei das Silikat mit dem Natriumhydroxyd reagierte. Nach insgesamt 20 bis 23 Min.
Mischzeit wurde die Mischung entleert und als trockene schüttfähige freifliessende Formmasse gelagert. Es sei noch erwähnt, dass die Sandtemperatur bei der Aufgabe annähernd der Raumtemperatur (d. h. etwa, 20 bis 22 ) entspach und beim Entleeren um etwa 100 angestiegen war, und dass der Sand unmittelbar gebrauchsfertig anfiel oder aber auch noch während etwa 1 Tag gelagert werden konnte.
Der Hauptgrund, warum anfänglich lediglich 1/3 des Sands eingesetzt wird, liegt darin, eine bessere Verteilung des sirupartigen Silikats zu erhalten (welches in vorliegendem Beispiel recht viskos war). Der erhaltene, beschichtete Sand war trocken und zeigte das gewünschte Verhalten beim Aufschütten auf ein Modell und anschliessendem Verdichten durch Vibrieren. Eine Analyse ergab etwa 1,8 % Silikatfeststoffe auf den beschichteten Sand bezogen. Das Gewicht des vom Bindemittel als Hydratwasser zurückgehaltenen Wassers betrug etwa 2,56 % des Gewichts des beschichteten Sands, während das verhältnis von Natriumoxyd zu Siliziumdioxyd im Bindemittel etwa 1,13 : 1 war.
Mit derart beschichtetem Sand werden in der Praxis zufriedenstellende Resultate erzielt und eine solche Formischung lässt sich leicht begasen, trotz der niedrigen Alkalität und dem niedrigen Verhältnis von Bindemittel zu Sand. Die Begasungszeit geträgt, je nach Grösse der hergestellten Giessform, 30 Sek. bis 3 Min.
In allen niedrigen Alkalitätsbereichen, wie sie hier bevorzugt werden, werden befriedigende Engeb- nisse bezüglich Begasungszeit und Festigkeit der Bin dung erhalten, und des bei beträchtlich niedrigerem Druck als Atmosphärendruck bei der Begasung mit Kohlendioxyd, so dass es weder nötig ist,die vorhandene Luft vor dem Begasen aus der Mischung abzusaugen, noch die zu begasende Giessform in eine dichte Kammer einzusetzen. Die Begasung kann lediglich mit Hilfe der beschriebenen Deckplatte im Formkasten vor genommen werden.
Zur Begasung wurden Gemische mit Luft mit einem Kohlendioxydgehalt im Bereiche von 25 bis 100% Kohlendioxyd unter ungefähr Atmosphärendruck erfolgreich verwendet, insbesondere, wenn ein kontinuierlicher Gasstrom die Mischung passierte, wie dies dank der Entlüftungsöffnungen 58 und 59 im Modell und in der Grundplatte möglich war. Mit der beschriebenen Vorrichtung konnte mit einem Kohlendioxyddruck von 0,15 kg!cm in der Zuleitung gearbeitet werden, wobei dann unterhalb der Deckplatte 20 und über der zu begasenden masse noch ein Kohlendioxyddruck von 0,035 bis 0,14 kg/cmê herrschte.
In Übereinstimmung mit vorliegender Erfindung ist es wichtig, die Begasungszeit zu beschränken, und zwar sowohl, um die Produktion zu beschleunigen als auch, um vollständige Reaktion zu vermeidien, was zu brüchiger Bindung führen würde.
Beispielsweise neigt die an Formen, welche aus genannten Mischungen im beschrie- benen Verfahren hergestellt wurden, gemessene Zugfestigkeit zur Zunahme innerhalb der ersten fünf oder 10 Minuten nach Beendigung der Begasung, so dass der Kohlendioxydstrom im gewünschten Zeitpunkt während des genannten plastischen Zwischenstadiums unterbrochen und die Form vom Modell abgehoben werden kann, wobei dann die Festigkeit der Form nachträglich noch bis zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls zunimmt. Diese Zunahme der Festigkeit nach der Begasung ist teilweise von der Dauer der Belga- sung abhängig.
Beispielsweise kann eine während 30 Sek. begaste Giessform innerhalb der ersten 2¸ Min. nach der Begasung eine Zugfestigkeit von 0,35 bis 0,42 kglom aufweisen, die dann nach etwa 11 Min. nach Beendi- gung der Begasung auf etwa 1,6 kg/cmê ansteigen kann.
In ähnlicher Weise kann eine vergleichbare Form, die aber während 60 Sek. begast wurde, nach 2,5 Min. eine Zugfestigkeit von 1,2 kg/cm zeigen, die dann innerhalb von 7,5 Min. nach Abschluss der Begasung auf etwa 2,2 kg/cm2 anwachsen kann. Ein weiterer Vergleichsversuch ergab bei einer anfänglichen Begasungszeit von 120 Sek. etwa 1,5 kg/cm nach 21/2 Min.
und dieser Wert war nach 11 Min. nur noch unwe- sentlich angestiegen. Sämtliche der angegebenen Werte für die Zugfestigkeit sind mehr als genügend für die normalen Erfordernisse bei der Handhabung und beim Abgiessen. Die Druckfestigkeit solcher Giessformen variiert im Bereiche von 2,8 bis 10,5 kg/cm2 und entspricht ebenfalls den Anforderungen beim Giessen von Eisen oder Aluminium.
Wie erwähnt, ist man primär darauf bedacht, nicht mehr Wasser beim Mischen einzubringen, als in Form von Hydratwasser im kristallinen, hydratisierten Bindemittel aufgenommen werden kann, da ein Überschluss abgedampft werden müsste, um das gewünschte trokkene Endprodukt zu erhalten. Gleichzeitig ist aber erwünscht, das Silikat zur leichtem Verteilung in flüssiger Form zuzusetzen, wobei der flüssige Zustand bei Raumtemperatur erreicht ist, um ,ein Erwärmen, das zu Verlusten an Hydratwasser führen müsste, zu vermeiden.
Silikate mit nach der Siliziumseite verschobenem Verhältnis von Oxyd zu Säure sind ilm Handel als sirupartige Flüssigkeiten erhältlich (z. B. das erwähnte Produkt mit einem anfänglichen Verhältnis von Oxyd zu Säure von etwa 1:1,6). Andere besondere Verhältnisse können im Rahmen vorliegender Erfindung angewandt werden, vorausgesetzt, d;ass dieselben genügend auf der Siliziumseite liegen, so dass amorphe, bei Raumtemperatur sirupartige Silikate erhalten werden.
Beispielsweise neigen Silikate mit einem sich dem Bereich des Metasilikats annähernden Verhältnis von Oxyd zu Säure (1:1) zu Kristallisation (da hydratisierte Silikate kristallin sind) und sind schwer in flüssigen Zustand zurückzuführen, ohne dass Wärme angewendet oder lmit Wasser verdünnt wird. Wie erwähnt, ist jedoch beides unerwünscht.
Die Verwendung von Silikaten, die noch ausgeprägter der Siliziumseite zu neigen, fällt ebenfalls in Betracht, vorausgesetzt, dass die benötigte Natriumhydroxydmenge beim Mischen ein gebracht werden kann, ohne dass gleichzeitig ein Wasser uberschuss auftritt. Das Natriumhydroxyd wurde als 50%ige Lösung verwendet, und muss zur Gewährlei- stung gleichmässiger Verteilung ebenfalls flüssig sein.
Verständlicherweise kann es undurchführbar sein, das Natriumhydroxyd in konzentrierterer Lösung als 50%ig zuzusetzen. Wird das Silikat in zu betont siliziumhalti- der Form verwendet, kann der Zusatz der benötigten Menge Natriumhydroxyd (in Form von 50%iger Lösung) rdann nur erfolgen, wenn gleichzeitig mehr Wasser eingebracht wird, als letztlich in Form von Hydratwasser gebunden werden kann.
Bei Anstrebung eines Oxyd-Säure-Verhältnisses im Bereiche von 1:1 bis 1,4:1 zeigten die lauf dein Sand gebildeten Hydrate die Fähigkeit, sowohl ldas im sirup- ösen Silikat enthaltende als auch das mit der 50%igen Natronlauge eingebrachte Wasser in Form von Hydratwasser zu binden. Die 50%ige Natronlauge zeigt bei R'aumtemperatur eine Viskosität, die das Mischen mit dem Sand und gleichmässiges Verteilen darauf noch erlaubt.
Im Bereiche der Verhältnisse 1,05:1 bis 1,30:1 kann zusätzlich noch etwas freies Wasser als Hydratwasser abgebundlen werden. So scheint es, dass die Höchstmenge an zusätzlichem Wasser (nelbst der Wassermenge, die aus dem sirupösen Silikat und der Natronlauge stammt), die in Form von Hydratwasser noch aufgenommen werden kann, beli etwa 30 Gew.% der Silikatfeststoffe, im Ausgangsmaterial liegt. Vorzugsweise wird jedoch kein zusätzliches Wasser beigefügt, wenn sich das Verhältnis von Oxyd zu Säure nicht innerhalb des Bereichs von 1,1:1 bis 1,25:1 bewegt.
Wie sofort klar wird, beeinflusst auch die Feinheit des Sandes und die insgesamt eingebrachte Binde- mittelmenge die vorgängig genannten Eigenschaften, je doch in geringem Masse. Die genannten Verhältnisse eignen sich insbesondere für feine Sand (z. B. A. F. S.
Nr. 100), die einen Bindemittelzusatz von etwa 1,8 Gew.% Silikatfeststoffen, bezogen auf den Sand, erfahren.
Wie erwähnt, treten Dimensionsänderungen zufolge verschiedener Ursachen auf. Diesen Änderungen wird am besten dadurch entgegenzuwirken versucht, indem die Mischungen und die Verfahrensvorschriften entsprechend angepasst werden, was leichter sein dürfte als die Anpassung der Modellform, bzw. der Modellgrösse an den Schwund.
Von diesen Dimensionsände rungen sind einige chemischen oder andern Veränderungen beim Begasen zuzuschreiben, da das ursprüng llch trockene Silikat lauf den einzelnen Sandkörnern ver- ändert wird, was die gegenseitige räumliche Anordnung dSer Körner beeinflusst. Beispielsweise wird bei der Reak- tion mit Kohlendioxyd erst Hydratwasser freigesetzt und der beschichtete Sand wird aass. Trotzdem diese anfängliche Nässung bereits zu beachtlicher Bindung führen kann l(im Vergleich zum trockenen,
freifliessenden Sand), hat die Festigkeit in diesen Moment noch nicht das Stadium vorübergehender Plastizität erreicht, die das Abheben der Form vom Modell gestatten würde.
Nichtsdestoweniger tritt durch die Freisetzung von Hydratwasser und durch die Aktivierung des ursprünig- lich trockenen Silikatüberzugs ein Schwund ein. Zudem scheint das freigesetzte Wasser eine Sohmierwir- kung auf die einzelnen Körner zu haben, so dass sich die ganze Masse nochmals setzt im Vergleich zum trockenen Zustand.
ZUf Illustration dieses Effekts wunde leine Probe der gemäss obenstehendem Beispiel bereiteten Mischung in einen 25 om tiefen Formkasten gegeben und unter Wirkung der Schwerkraft mittels eines Vibrators ver- dichtet. Die Masse sank zwischen 1,25 und 2,5 nun zusammen im ersten oder Benetzungsstadium der Begasung. Auf gleiche Art neigt die Masse auch dazu, sich zusammenzuzi-ehen, wenn nicht ein Druck auf ihr lastet.
Beispielsweise lastet auf dem am Grund !des Formkastens liegenden Sand das Gewicht des darüiber- liegenden Sands, während der Sand im Oberteil des Kastens keinen Druck erfährt, so dass eine Längsschrumpfung von 0,005 bis 0,05 mFm/cm in der obersten Schicht von 7,5 bis 10 cm Höhe festzustellen war.
Diesen durch die Abbindereaktion verursachten Dimensionsschwankungen ist in der Praxis leicht zu begegnen. Beispielsweise besitzt der in beschriebener Art bereitete Sand die Fähigkeit, unter Druck zu fliessen, sobald er dieses Stadium anfänglicher Plastizität erreicht. Das Modell ist zu jenem Zeitpunkt noch immer unter dem Sand plaziert, so dass ein gewisser abwärts und seitwärts wirkender Druck auf --die Oberfläche der Masse genügt, diese um den durch Schwund bedingten Betrag wieder gegen die Modelloberfläche zu drücken.
Auf ähnliche Art kann auch der Längsschrumpfung entgegengewirkt werden, z.B. durch Verwendung eines Presspolsters 21 aus Schaumgummi usw. unter der Deckplatte 20, wodurch ein gewisser Druck auf die zu begasende Masse ausgeübt wird und vertikale sowie horizontale Schrumpfungen im Oberteil ausgeglichen werden. So zeigte beispielsweise im 25 cm tiefen Formkasten ein Schaumgummipolster von nur 18 mm Dicke unter der Deckplatte 20 die gewünschte Wif- kung. Im Presspolster 21 können nicht nur Öffnungen zum Durchlass des Kohlendioxyds, sondern !auch horizontale Kanäle zur bessern Gasverteilung vorgesehen sein.
Ferner ist für die Ursachen der Schrumpfung auch der anfängliche Verdichtungsgrad der Formmasse vor dem Begasen in Betracht zu ziehen, sowie auch de im ersten Stadium der Begasung und der Eintritt auch nur einer plastischen Bindung freigesetzte Wassermenge, solange die Masse noch auf dem Modell aufliegt.
Beispielsweise ergeben sich trotz den genannten Gergen- massnahmen durch das Zusammenwirken all dieser genannten Dimensionsänderungen von 0,03 bis 0,035 mm/om im Extremfall. Solchen vorauszusehenden Schwankungen ist leicht zu begegnen.
Allgemein tritt der geringste Schwund nach dem Begasen bei Verwendung von Mischungen auf, bei welchen das hydratisierte Bindemittel' möglichst genau den maximalen Hydratwassergehalt aufweist. Trotzdem können sich aus der Verwendung geringerer Wassermen- gen andere Vorteile ergeben, wie noch dargelegt wird.
Der Schwund beträgt ziemlich konstant 0,01 mm/cm und der Hauptschwund (etwa 60 bis 70% vom genannten Wert) tritt in den ersten Stunden nach der Begasung auf, während in den nächsten 24 Stunden 85 bis 90% dieses Wertes erreicht werden. Bei der gewerbsmässigen Herstellung solcher Giessformen bat dieser zusätzliche Schwund rein theoretischen Charakter, da die fertiggestellten Formen sofort nach dem Begasen weiterverwendet werden.
Anfänglich höhere Verdichtung im Formkasten 16 (z.B. durch intensiveres Vibrieren) ergibt Formmischungen, durch welche einige oder sämtliche der genannten Ursachen des Schwunds ausgeschaltet werden.
Gegebenenfalls kann sogar auf das Presspolster 21 verzichtet werden. Giessformen bestimmter Form neigen jedoch oft dazu, sich beim Eingiessen des Metalls zu verwerfen. Diese Neigung nimmt mit zunehmendem Verdichtungsgrad zu. Es ist deshalb nach einem praktischen Kompromiss zu suchen, indem zwischen hoher Verdichtung (bei geringerer Durchlässigkeit und grö sserer Neigung der Form zu Verwerfung) und niedri- gerer Verdichtung (bei erhöhter Durchlässigkeit, jedoch auch erhöhter Neigung zu Schwund) entsprechend gewählt wird. Auf alle Fälle kann diesen Ursachen aufgrund der gemachten Ausführungen, z.B. durch Anwendung mechanischen Drucks beim Begasen, Verwendung bestimmter Zusätze, usw., begegnet werden.
Unter Umständen jedoch, wo ein solcher nach dem Begasen auftretender Schwund von Bedeutung ist,wer- den befriedigende Ergebnisse erzielt, wenn der ursprünglichen Mischung gewisse Zusätze beigefügt wer- den. Beispielsweise wird durch Beimischen von etwa 0,1 Natriumcarbonat (bezogen auf das Gewicht des beschichteten Sands) dieser Schwund praktisch ganz eliminiert (die Zugabe erfolgt am besten zusammen mit dem Wasser im Mischer). Ein Überschuss jedoch kann die Bindungseigenschaften nachteilig beeinflussen (z. B.
ein Zusatz von mehr als 0,3 %), wobei nach dem Begasen Risse auftreten können. Wie noch ausgeführt wird, können verschiedene Zusatzstoffe verwendet werden, wie z. B. Stärke, Harnstoff Gelatine und verschiedene Faserprodukte, wie im Hauptpatent angegeben, mit dem Z'vecke, Dimensionsveränderungen auf ein Minimum zu beschränken oder auch ganz zu unterbinden, trotzdem mit den hier beschriebenen Mi schungen befriedigende Ergebnisse auch ohne irgendwelche Zusatzstoffe erreicht werden.
Eine weitere Ursache für unerwünschte Formver änderungen der fertigen Giessform ist die ungleichmässige thermische Belastung beim Eingiessen von flüssigem Metall. Da die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Giessform fest abgebunden und in sich beständig ist, ist sie auch thermisch bedingten Dimensionsänderungen unterworfen. Der Einfluss hoher Temperaturen, wie sie in Berührung mit geschmolzenen Metallen auftreten, wirkt sich einerseits auf die einzelnen Sandkörner und anderseits auf die dlazwi- schenliegende begaste Silikatbindemittelschicht aus.
Beispielsweise ist eine Verwerfung bei Giessformen besonderer geometrischer Form, insbesond'ere bei solchen mit konvexen Flächen, beim Eingiessen des Metalls festzustellen. Speziell bei konvexen Flächen tritt eine Ausbuchtung nach innen sein, wobei sich sogar die oberflächliche Sandschicht ablösen kann.
Solche Verwerfungen zeigen sich besonders beim Vergiessen von Eisenmetallen, jedoch weniger oft bei niedriger schmelzenden Metallen wie Aluminium, und sind wahrscheinlich der Wärmeausdehnung der Sandkörner zuzuschreiben, besonders dann, wenn diese in der Mischung dicht gepackt vorliegen. In gewissem Masse ist dafür natürlich auch der Hydratwassergehalt in der fertigen, begasten Giessform verantwortUich, da ein Teil dieses Hydratwassers an der Berührungsfläche zwischen Me- tall und Giessform freigesetzt wird.
Auch für das Gie ssen von Eisen lassen sich solche Verwerfungen, die auf die Wärmeausdehnung der Sandkörner zurückzuführen sind, relativ leicht vermeiden indem Sande mit besonders niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizient (z.B.
Zirkonsand, Olivinsand, Silimanit, Kohlesand usw.) anstelle von Quarzsand verwendet werden. Solche Sande sind jedoch wesentlich teurer als Quarzsand und sind demzufolge für den normalen Gebrauch nicht zu cmp- fehlen.
Solchen Auswirkungen der Ausdehnung kann auch dadurch begegnet werden, dass die Hydratwassermenge im Bindemittel nicht auf dem maximal möglichen Betrag gehalten wird. In ähnlicher Weise lassen sich Dimensionsänderungen auch durch gleichzeitige oder wahlweise Verwendung von inerten oder reaktionsfähigen Zusätzen unterdrücken, Idie so ge-wählt werden, dass sich die Ausdehnung ohne Ausbuchtung oder Verwerfung ausgleicht.
Aufgrund des Gesagten ist also anzunehmen, dass die Hauptkräfte für diese Dimensionsänderungen der thermischen Expansion der dichtgepackten Sandkörner entstammen und zusammen mit der Freisetzung von Wasser an der Giessformoberfläche zu den beschriebenen Auswirkungen führen. Wenn dieses freigesetzte Wasser von der heissen Oberfläche des Formhohlraums weg in die Form hineinverdampft und an kühlern Stel- len kondensiert, so kann dort die Silikatbindung geschwächt werden, so dass sich dann eine oberflächliche Schicht gewisser Dicke aufwölben kann.
Werden beispielsweise die begasten Giessformen vor dem Eingie- ssen des Metalls bei etwa 1200 getrocknet, so treten praktisch keine Verwerfungen an konvexen Flächen auf.
Da eine Trocknung der Giessformen gewöhnlich nicht erwünscht ist, muss Ider Neigung solcher konvexen Fiä- chen, sich beim Giessen auszuwölben, durch begag- net werden, dass man von Anfang an die zuzusetzende Wassermenge etwas reduziert.
Als Beispiel einer solchen Mischung mit vermindertem Wassergehalt kann die beschriebene Mischung gelten, der jedoch anstelle der 16.2 Teilen Wasser lediglich 8,06 Teilen Wasser zugefügt wurden. Natür lich kann die Wassermenge nicht beliebig reduziert werden, ohne Idass dabei eine Einbusse an Abbinde- festigkeit einträte.
In der Praxis hat es sich gezeigt, dass eine Verminderung des maximal möglichen Hydratwassergehalts um 10% die gewünschte Wirkung hat, ohne dass eine spürbare Festigkeitseinbusse auf tritt während eine Verminderung um 20 % bereits unlieb- same Schwächung der Bindung zur Folge hat.
Insbesondere bei der Ausführung von Mischrezep- ten mit reduziertem Wasserzusatz (und/oder andern darin lentaltenen Zusätzen wie nachstehend erwähnt) wird bevorzugt so gemischt, Idiass zuerst nur ein Teil des Sands dem Mischer aufgegeben und dann etwa die Hälfte der Natronlauge zugesetzt sswird. Nach mehr minutigem Mischen wird der Silikatsirup zugegeben und verteilt, worauf der restliche Sand und die übrigen Zu sätze beigefügt werden. Folgendes Beispiel ist bezeich- nend zur Erzielung befriedigender Ergebnisse.
Etwa 1/3 des Sands (3000 Gewichtsteile total, bezogen auf die fertige Mischung) wurden zusammen mit 16,5 Teilen (d.h. etwa der Hälfte) der 50%igen Natronlauge in den Mischer gegeben. Nach einigen Minuten wurden die 81,3 Teile an Silikat beigefügt und während 5 Min. vermischt und über die Sandkörner verteilt.
Hierauf wurde der REest des Sands zugemischt und nach wenigen Minuten erfolgte die Zugabe von 8,06 Teilen Wasser mit 2 Teilen gelöstem Zucker sowie oder restlichen 16,5 Teilen Natronlauge, worauf das Mischen fortgesetzt wurde, bis der Sanid gleichmässig beschichtet und das Silikat durch Hydratisierung in den gewünschten trockenen Zustand übergeführt war. Nach 22 bis 23 Min. totaler Mischzeit wurde eine Mischung mit etwa 1,81% Bindemittelfeststoffen und etwa 2,24% gebundendem Wasser, bezogen auf das Gewicht des beschichteten Sands, erhalten.
Unter diesen Bedingungen vollzieht sich der Mischvorgang rasch Ibei gleichmässiger Verteilung des Bindemittels über die Sandkörner (dadurch wird reprolduier- bare Bindungs,festigkeit von Ansatz zu Ansatz erreicht) und wird dadurch beschleunigt, dass anfänglich nur die Hälfte der Natronlauge zugesetzt wird, um zu verm!ei- dien, dass das Silikat der Gesamtmenge an Natronlauge beigefügt werden muss, wobei kristallines Hydrat vorzeitig ausfallen könnte.
Als weiteres Beispiel von Mischungen. die mit zufriedenstellenden Ergebnissen bereitet und verwendet wurden, kann folgendes dienen. Etwa 1000 Gewichtsteile Sand wurden dem Mischkollergang zusammen mit etwa 21,5 Teilen 50 % iger Natronlauge aufgegeben.
Nach etwa 2 Min. dauerendem Mischen wurden etwa 74,0 Gewichtsteile sirupöses Silikat (1: 1,6) zugefügt und während 5 Min. eingemengt. Dann wurden weitere 2000 Teile Sand zugegeben. Nach weitern 2 Min. Misch- zeit wurden nochmals 21,5 Teile 50 % iger Natronlauge zugesetzt. Nach 25 bis 30 Min. totaler Mischzeit, während welcher die verschiedenen Stoffe unter Bildung des gewünschten hydratisierten Überzugs reagierten, wurde die Mischung als trockene, freifliessende Masse entleert.
Das hydratisierte Silikatbindemittel wies ein Verhältnis von Oxyd zu Säure von etwa 1,35:1 auf und lag demzufolge im höher alkalischen- Bereich der angegebenen, zu bevorzugenden Verhältnisse.
Als weiteres Beispiel wird die Bereitung einer Mischwung mit weniger alkalischem oder mehr auf der Siliziumsseite liegendem Verhäi-tm.s beschrieben. Etwa 1000 Teile Sand wurden zusammen mit 13,8 Teilen 50%iger Natronlauge dem Mischer aufgegeben. Nach 2 Min. dauerndem Vormischen wurden 86.1 Teile des sirupartigen Silikats zugegeben, während weitergemischt wurde.
Nach 5 Min. werden dann weitere 2000 Teile Sand aufgegeben, worauf nach 2 Min. oder Zusatz von weitern 13,8 Teilen Natronlauge erfolgte. Es wurde dann 10 bis 13 Min. weitergem'ischt, wobei die Hydratation vor sich ging, bis ber Sand ein trockenes Aussehen hatte und freifliessend war. Hierauf wurde die Mischung entleert und gelagert und wies schliesslich ein Verhältnis von Oxyd zu Säure von 1:1 fiauf.
Wenn versucht wird, dm niedrigen Alkalitätsbe- reich innerhalb der angegebenen Grenzen noch näher zu erreichen, so wird es schwierig, im Mischer rasche Hydratation des beschichteten Sands zu erzielen. Bei spielsweise wurde eine Mischung mit einem Oxyd Säure-Verhältnis von 0,93:1 im Bindemittel dadurch bereitet, dass 1000 Teile Sand zusammen mit 11,3 Teilen 50% iger Natronlauge in den Mischer gegeben und während etwa 2 Min gemischt wurden. Hierauf gab man 93,4 Teile des sirupartigen Silikats zu, nebst weitern 2000 Teilen Sand, die während etwa 5 Min. zugemischt wurden.
Dann erfolgte die Zugabe der rest- lichen 11,3 Teile Natronlauge. Trotzdem das Mischen während 30 Min. fortgesetzt wurde, war der Sand noch immer klebrig, fast gummiartig, jedoch gleichmässig überzogen, als er schliesslich entleert wurde. Zufolge des hohen Siliziumtgehalts in diesem Beispiel ging die Hydratation im gemischten Sand nur langsam vor sich, selbst noch nachdem der Mischvorgang abgebro chen worden war. Nach etwa 1¸ Stunden war die
Hydratation dann so weit fortgeschritten, dass der Sand ein trockenes Aussehen hatte und frei floss.
Wie aus dem Gesagten hervorgeht, sind Bindemit- tel mit derart extrem tiefem basischem Verhältnis eben falls brauchbar, wobei sie die erforderliche längere Mischzeit jedoch für viele industrielle Verwendu,ngs- zwecke ungeeignet erscheinen lässt. Es wurde auch fest gestellt, dass beziglich der Fähigkeit der Silikatüberzüge, auf dem Sand rasch zu hydratisieren, eine recht scharfe Grenze in der Nähe des Oxyds-Säure-Verhältnisses von 1:1 auftritt. Trotzdem können natürlich befriedigende Resultate auch mit Bindemitteln erreicht werden, die ein niedrigeres Alkalitätsverhältnis aufweisen, oder auch mit solchen, die lalkalischer sind.
In besonderen Fällen, z. B. zufolge besonderer Aus bildung der Giessform oder anderer Gründe, wo die
Ausschaltung von Dimensionsveränderungen nicht durch
Reduktion des Wassergehalts erreicht werden kann, können Zusätze zur Verminderung oder Ausschaltung der genannten Erscheinungen gemacht werden, trotzdem solche Zusätze unter Umständen zu einer Einbusse an Bindungsfestigkeit führen. Inerte Zusatzstoffe (z. B. Holzmehl Alphacellulose usw, desen ein gewisser Puffereeffekt zwischen den Sandkörnen bei deren Wärmeausdehnung zugeschrieben werden kann) werden erfolgleich zur Verminderung solcher Dimensionsveränderungen eingesetzt, trotzdem die Festigkeit der Bindung dabei beträchtlich abnimmt.
Andere Zusatzstoffe können unter der Hitzeeinwirkung beim Eingiessen des geschmolzenen Metalls zersetzt werden (so dass zusätzlicher Raum für die Wärmeausdehnung der Sandkörner geschaffen wird) und werden bevorzugt angewendet, insbesondere solche, welche der Mischung in Form einer wässrigen Lösung zugesetzt werden können un.d nachher einen integrierenden Bestandteil der jedes Korn überziehenden Schicht bilden. Selbstredend dürfen diese Zusatzstoffe die Bildung des Silikathydrats nicht beeinflussen und müssen in erster Linie mit den betreffenden Silikaten verträglich sein. Gleichfalls sollten sie werder mit dem geschmolzenen Metall reagieren noch die Schrumpfung der Formmasse während oder nach der Begasung beeinflussen.
Als Beispiel für leinen Stoff, der die genannten Bedingungen erfüllt, bann Harnstoff genannt werden, der in Mengen von etwa 0,75%, bezogen auf das Gewicht des beschichteten Sands, befriedigende Wirkung bezüglich der Auschaltung von Expansionsschäden während des Giessens zeigt, und zwar unabhängig vom Verdichtungsgrad des Sands bei der Herstellung der Giessform. Geringere Mengen ergeben nicht die gewünschte Wirkung, während aber Mengen bis zu 2% ohne grosse Schwächung der Bindung zugesetzt werden können.
Vorzugsweise wird der Harnstoff im zuzusetzenden Wasser gelöst und mit diesem dem Mischer aufgegeben. Bei Verwendung von Harnstoff oder eines andern aufgeführten Zusatzstoffs wird mit Vorteil die maximal' bei der Hydratisierung aufgenommente Wassermenge eingesetzt un gute Bindung zu gewährleisten, da der Zusatzstoff die Dimensionsänderungen auszugleichen vernag, ohne dass der Wassergehalt der fertigen Giessform reduziert wird.
Trotzdem schon ein Zusatz von 0,75% Harnstoff die durch Wärmeausdehnung auftretenden Schäden zu vermeiden vermag, treten doch grössere Mengen von lästigen Dämpfen beim Giessen auf, besonders wenn eine grosse Anzahl von Giessformen gleichzeitig mit Metall gefüllt wird. In diesem Falle können anidere Stoffe mit relativ niedriger Zersetzungstemperatur (die sich beim Erhitzen rasch zersetzen, um die anfängliche Ausdehnung des Sands auszugleichen) und ähnlichem Verhalten wie Harnstoff verwendet werden.
So eignen sich beispielsweise Dicyandiamid und Melamin, trotz dem sie gegenwärtig beträchtlich teurer sind als Harn stoff und aus diesem Grunde nicht bevorzugt werden.
Diese Stoffe werden, da ziemlich schwerlöslich, als Pulver dem Mischer zugesetzt.
Die Menge an zugesetztem Harnstoff kann auf etwa 0,25 % verringert werden bei gleicher Wirkung, wenn gleichzeitig ein weiterer Zusatzstoff, z.B. 0,5 % Na triumnitrat verwendet wird. Trotzdem Natriumnitrat zusammen mit Harnstoff äusserst wirksam zum Aus gleich von Dimensionsänderungen beträgt, zeigt es allein verwendet eine Neigung, das Reaktionsvermögen des hydratisieren Silikats mit Kohlendioxyd zu erhöhen.
Dem kann gesteuert werden, indem das Alkalitätsverhältnis im Bindemittel bei Verwendung von Natriumnitrat etwas erhöht wird, jedoch wird mit Vorteil nicht mehr als 0,75 % davon zugesetzt, um die Hydratation beim Mischen nicht zu beeinflussen und auch im Hinblick darauf, dass der beschichtete Sand zufolge der erhöhten Empfindlichen bereits mit dem Kohlendioxyd der Atmosphäre reagiert.
Tatsächlich kann es bei industrieller Durchführung deis Verfahrens von Vorteil sein, Idie Mischung an einer von der Begasuntgs- stelle entfernt liegenden Stelle zuzubereiten und zu lagern, insbesondere wenn Natriumnitrat als Zusatzstoff im Bindemittel vorliegt, da der etwas erhöhte Kohlendioxydgehalt der Luft in der Umgebung der Begasungsstelle bereits genügt, um lauf dem beschichteten Sand vor Gebrauch unerwünschte Wirkungen hervorzurufen.
Als typisches Beispiel einer Mischung, mit welcher zufriedenstellende Resultate erzielt werden und die Natriumnitrat und Harnstoff als die Wärmeausdehnung unterdrückende Zusatzstoffe enthält, kann folgendes dienen: 1000 Gewichtsteile Quarzsand, 10 Teile 50 prozentige Natronlauge, 26,13 Teile sirupartiges Silikat (Oxyd-Säure-Verhältnis etw'a 1:1,6), 5,38 Teile Wasser, in welchem 5 Teile Natriumnitrat und 2,5 Teile
Harnstoff gelöst sind (diese Lösung wird mit einer Temperatur von etwa 700 dem Sand zugesetzt). Bei der Bereitung des beschichteten Sands aus diesen Ausgangsmaterialien wird vorerst etwa 1/, des Sands dem Mischer aufgegeben, zusammen mit etwa der Hälfte der Natronlauge.
Nach mehreren Minuten dauerndem Mischen wird der Silikatsirup zugefügt und etwa 5 Min.
später der Rest des Sands. Wenige Minuten später wird dann noch die wässrige Lösung mit dem Natriumni- trat und dem Harnstoff zusammen mit dem Rest an Natronlauge zugegeben. Das Mischen wird fortgesetzt, bis der beschichtete Sand trocken und freifliessend ist, beispielsweise während 28 bis 30 Min.
In gewissen Fällen wurde beobachtet, dass eine innige Mischung von Natriumnitrat und Harnstoff in der Formmischung zu Verflüssigung neigt und zu schwerwiegenden Nachteilen der beschichteten Mischung beim Lagern und/oder Gebrauch führt. Insbesondere kann dies auftreten, wenn Igrosse Mengen Mischung auf einmal hergestellt werden. Diese Verflüssigung tritt jedoch nicht in Erscheinung, wenn nur Harnstoff oder Natriumni- trat allein verwendet wird.
Unter solchen Umständen ist es daher vorziziehen, diese Zusatzstoffe getrennt und/oder in einem Zustand beizufügen. in welchem sie in der beschichteten Mischung getrennt bleiben. Werden beispielsweise etwa 0,25 Gew.% Natriumnitrat, bezogen auf die Sandmenge, beim Mischen im zuzusetzenden Wasser gelöst eingebracht, und wird dann der Harnstoff in kristalliner Form dem trockenen Sand am Ende des Mischvorgangs zugegeben, so wird eine solche Verflüssigung vermieden. Auf diese Weise wird der Harnstoff ebenfalls gleichmässig mit Idem beschichteten Sand vermischt, jedoch in trockener, kristalliner Form und nicht als Bestandteil oder jedes Korn umhüllenden Schicht.
Selbstverständlich kann auch das umgekehrte Verfahren gewählt werden, indem der Harnstoff in Lösung und das Natriumnitrat als kristallines Pulver zugesetzt wird, jedoch ist Idieses nicht zu empfeh- len, da einzelne Natriumnitratkristalle auf der letzlich in der Form erzeugten Gussoberfläche zu Grübchenbildung führen, während Harnstoff diesen Effekt nicht zeigt.
Es ist festzustellen, dass diese Methode der getrennten Beitfügung der Zusatzstoffe (oder des Auflösens nur einer Komponente beim Mischen) nicht nur die Anwendung geringerer Natriumnitratmengen gestattet, sondern auch die Verwendung solcher Zusätze in Mischungen mit reduziertem Wassergehalt, ohne dass sich die genannten Nachteile einer Einbusse an Festig- keit bemerkbar machen und/oder zusätzliches Wasser lediglich ans Löslichkeitsgründen während des Mischens zugefügt werden muss.
Es wurden Verfahren und Mittel zur Durchfüh- rung derselben beschrieben, die vermehrte wirtschaftliche und praktische Vorteile bringen durch Verwendung silikatbeschichteter körniger hitzebeständiger Formmischungen, welche insbesondere im Bereiche niedriger Alkalitätverhältnisse eine verminderte Feuchtigkeitsabsorption beim Lagern, geringere Wärmeentwicklung beim Mischen und Begasen und verminderte Brüchigkeit nach dem Abbinden aufweisen sowie eine bessere Ausnützung Ides Kohlendioxyds beim Begasen unter Atmosphärenbedingungen gestatten. Die Bemessung der <RTI
ID=11.28> Wasserzuigaben beim Mischen, die einen bei der Hydration nicht absorbierbaren Wasserüberschuss vermeidet, macht ein Verdampfen oder Trocknen über- flüssig, während die Verwendung und getrennte Zugabe von hochsiliziumhaltigen, sirup artigen Silikaten und damit reagierendem Natriumhydroxyd zu gleichmässiger Beschichtung der Körner fahrt, IdZa beli,de in flüssiger Form sind, wobei die Ausfällung des gewünsch- ten kristallinen Hydrats nachträglich auf den Körnern erfolgt.
Trotzdem die genaue Überwachung insbesondere der Wassermenge, zu verbesserten Ergebnissen bezüglich Dimensionsänderungen während des Formens oder Lagern führt, müssen unter Umständen Kompro- misse hinsichtlich Festigkeit der Bindung undjoder Wärmebeständigkeit in Kauf genommen werden, wobei jedoch diese Kompromisse Idurch Verwendung bestimmter Zusatzstoffe gemildert oder ausigeglichen weMen können, falls die Umstände dies erfordern.
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zur Herstellung eines frei fliessenden, trocken erschienenden körnigen Stoffes, dessen Körner mit einem kristallinen, Hydratwasser enthaltenden Sili- kat als Bindemittel überzogen sind dadurch gekenn zeichnet, dass man die Einzelkörner eines trockenen hitzebeständigen körnigen Ausgangsmaterials gleichmä Big mit einem Silikatstrup durch Vermischen überzieht, dass man der Mischung eine konzentrierte wässrige Natronlauge zugibt, wobei auf den Einzelkörnern eine Reaktion zwischen Silikatsirup und Natriumhydroxid eintritt, und dass man das Vermischen bis zur Beendigung Ider Reaktion fortsetzt,
wodurch auf den Einzelkörnern ein Überzug aus kristallwasserhaltigem Natriumsilikat mit einem Verhältnis von Na2O : SiO2 entsteht, welches grösser als dasjenige in Ausgangssilikat ist, und wodurch der Überzug praktisch nur chemisch gebundenes Wasser enthält.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, zur Herstel- lung eines körnigen Stoffes mit einem Überzug, dessen Molverhältnis von Na2O zu SiO2 0,8 bis 1,4 beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass Iman die mit dem Silikatsirup und der Natronlauge eingebrachte Wassermenge derart bemisst, dass die als Hydratwasser maximal aufnehmbare Wassermenge in fertigen Überzug nicht überschritten wird.
2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingebrachte Wassermenge ge reiniger list als die maximal aufnehmbare Hyldratwasser- menge, vorzugsweise um 10 bis 20 % geringer.
3. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass das Molverhältnis von Na2O zu SiOe im fertigen Überzug zwischen 1,0 und 1,3 eingestellt wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermischen der Komponenten in einem Mischraum unter kontinuierlichen mechanischem Rühren und Mischen erfolgt.
5. Verfahren nach Unteranspruch 4, zur Herstellung eines körnigen Stoffes, dessen Silikatüberzug bei erhöhter Temperatur zur Abgabe von Hydratwasser neigt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum gekühlt wird und dadurch die Komponenten unterhalb der Temperatur gehalten werden, bei der die Abgabe von Hydratwasser erfolgt.
6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, Idass die Komponenten während Idies Mischens und dem Reaktionsablauf lauf einer Temperatur von weniger als 430 gehalten werden.
7. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum unid die darin enthaltenen Komponenten auf einer Temperatur von 30 bis 350 C gehalten werden.
8. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man als körniges Ausgangsmaterial Quarzsand verwendet, und dass die Menge an Über- zug, als Trockenmasse berechnet, 1 bis 2 % des Ge- wichtes des überzogenen Sandes beträgt.
9. Verfahren nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil des Überzugs bei einer Korngrösse des Sandes von maximal 0,297 mm 1,0 bis 1,5% und bei einer Korngrösse von maximal 0,149 mm 1,5 bis 2,0 % ausmacht.
10. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man beim Vermischen einen Zusatzstoff zugibt, der sich bei erhöhter Temperatur zersetzt.
11. Verfahren nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als thermisch zersetzlichen Zusatzstoff Harnstoff, Dicyandiamid oder Melamin zugibt.
12. Verfahren nach Unteranspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, dass mian den Zusatzstoff als wässrige Lösung zugibt, so dass er nach Beendigung des Mischens im Überzug Ider Körner vorliegt.
13. Verfahren nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass man als Zusatzstoffe Harnstoff und Natriumnitrat beimischt.
14. Verfahren nach Unteranspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, dass man den einen Zusatzstoff als wässrige Lösung zumischt und den anderen Zusatzstoff in
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