Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Flüssigkeit, die als Bindemittel für eine Giessformsandmischung geeignet ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Alkalimetallsilikat, ein wasserlösliches, mit dem Alkalimetallsilikat verträgliches Oxydationsmittel und 10-40% des Gesamtgewichtes der Flüssigkeit eines mit dem Oxydationsmittel bei Normaltemperatur verträglichen, jedoch bei erhöhter Temperatur durch das Oxydationsmittel oxidierbaren organischen Materials miteinander vermischt werden.
Irgendein Alkalimetallsilikat kann dafür verwendet werden, es ist jedoch üblicher in der Giessindustrie, Natriumsilikate zu verwenden, und die Erfindung wird in bezug auf die letztere näher dargestellt. Die Verwendung von Natriumsilikat weist den Nachteil auf, dass nach dem Giessen die Sandmischung sehr hart wird; dies ist ein besonderer Nachteil bei Kernen, die schwer aus den Gussstücken zu entfernen sind und bei solchen Formen, die einspringende Teile aufweisen. Versuche zur Überwindung dieser Nachteile bewegten sich im wesentlichen in den folgenden zwei Richtungen:
1. Systeme, bestehend aus Natriumsilikatlösungen, denen verschiedene organische Materialien wie Glukose, Rohrzukker, Gasteer, Pech, Dextrine, Stärken, Zellulosen und ähnliche Verbindungen von relativ niedriger thermischer Stabilität beigemengt wurden.
Diese Art von Systemen hat den Vorteil, billig zu sein und Formen und Kerne zu liefern, die nicht zu Schäden infolge zu grosser Härte und Mangel an Backfähigkeit neigen. Ihre Zerstörung ist nicht besonders leicht durchzuführen, obschon sie in dieser Hinsicht eine Verbesserung gegenüber den reinen Natriumsilikatbindemitteln bedeuten. Die hauptsächlichste Schwäche dieser Art von System bis heute besteht in der Wirkung der organischen Zugaben auf die Viskosität der Natriumsilikatlösungen, welche die Basis bilden. Wenn genügend organisches Material einer Natriumsilikatlösung zugefügt wird, damit es einen nennenswerten Einfluss auf die Zerstörung ausübt, dann wird die Lösung derart viskos, dass sie sich nicht mehr wirksam mit einem Giesssand mischen lässt, woraus sich eine ganze Reihe von Schwierigkeiten beim Giessen ergibt.
Diese reichen von weichen und zum Verkleben neigenden Formen und Kemen über Entgasungsschwierigkeiten bis zu Gussporosität.
2. Zufügen von Materialien in den Mischer zum trockenen Sand, bevor die Natriumsilikatlösung beigefügt wird. Diese Materialien umfassen einen grosseq Bereich von organischen und anorganischen Materialien, und den meisten ist vorzuwerfen, dass sie die Kern- und Formfestigkeit herabsetzen, das Zusammenbacken erhöhen, gesundheitsschädlich sind oder unerwünschte Dämpfe erzeugen, die Feuchtigkeitsaufnahme der Formen und Kerne erhöhen, deren leichte Zerstörung beeinträchtigen, die Verarbeitungszeit der Formsande vor dem Entgasen und/oder die Lebensdauer der Formen und Kerne nach dem Entgasen reduzieren, oder dass sie die Gussporosität erhöhen.
Die Verwendung von irgendwelchen Pulveradditiven ist natürlich ebenfalls nachteilig, da eine weitere Operation in den Giessprozess eingeführt wird, verglichen mit einem Einkomponenten-Bindemittel, und führt zudem zu Schwierigkeiten mit den zunehmend verwendeten Förderschnecken-Mischgeräten infolge des normalerweise bei solchen Geräten kurzen Mischzyklus.
Im britischen Patent Nr. 1 087 767 ist eine Giessformsandkomposition beschrieben, die ein körniges, hitzebeständiges Material, innig vermischt mit einer wässrigen Natriumsilikatlösung und mit 0,25 bis 0,5 Gew. % (oder eines anderen, Glukose an Ort und Stelle erzeugenden Kohlehydrates), bezogen auf das Gewicht des hitzebeständigen Materials zusammen mit einem festen Oxydationsmittel, aufweist, wobei als letzteres vor allem Eisenoxyde oder Mangandioxyde in Frage kommen, welche bei den während des Giessprozesses herrschenden Temperaturen wirksam genug sind, um die Glukose im wesentlichen vollständig abzubauen.
Diese früheren Kompositionen ermöglichten es dem Giesser, die Vorteile der leichteren Zerstörungsfähigkeit wahrzunehmen, die durch Natriumsilikate geboten wurden, deren Gewichtsverhältnis zwischen SiO2 und Na2O grösser als 2 ist, ohne die geringe Bindefestigkeit und Backfähigkeit, die normalerweise durch die Verwendung solcher Materialien entsteht. Hingegen litten diese Kompositionen unter den Nachteilen, die durch ungenügende Kontrolle in der Giesserei entstanden. Die Zugabe übermässiger Mengen von Natriumsilikat zu Sandmischungen mit diesen Additiven hat die Giesser davon abgehalten, den vollen Nutzen aus der korrekten Verwendung dieser Materialien zu ziehen.
In der genannten britischen Patentschrift war es notwendig, ein mildes Oxydationsmittel, wie Eisenoxyde oder Mangandioxyde in fester Mischung mit der Glukose zu verwenden, um Explosionsgefahr zu vermeiden. Es wäre jedoch wünschenswert, ein starkes Oxydationsmittel zu verwenden, um ein schnelles und komplettes Ausbrennen der Giessform oder des Kernes während des Giessens zu erzielen. Der Vorteil dieser Erfindung liegt daher darin, das organische Material und das Oxydationsmittel erst in wässriger Lösung in Gegenwart von grossen Mengen von Sand und Natriumsilikat zusammenkommen zu lassen, damit ein starkes Oxydationsmittel ohne Gefahr verwendet werden kann.
Ein Nachteil bei der Verwendung von separaten wässrigen Flüssigkeiten mit dem Oxydationsmittel und dem zu oxydierenden organischen Material liegt darin, dass der Giesser zu viel oder zu wenig von der einen oder anderen Flüssigkeit verwenden kann. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine einzige als Sandbindemittel geeignete wässrige Flüssigkeit zur Schaffung einer Giessform- sandmischung verwenden zu können.
Auf diese Weise kann diese Flüssigkeit im richtigen Verhältnis ihrer Bestandteile zueinander hergestellt werden, ohne sich auf Mischpraktiken in der Giesserei verlassen zu müssen. Im weiteren kann die wässrige Flüssigkeit leicht und schnell mit dem Sand in einem einzigen Arbeitsgang in einem Schneckenmischgerät vermengt werden.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Alkalimetallsilikate sind vorzugsweise die in den Formsandmischungen verwendeten Natriumsilikate, welche handelsüblich in Form von konzentrierten wässrigen Lösungen geliefert werden. Natriumsilikate mit einem Gewichtsverhältnis von 2,0 bis 3,3 zwischen SiG2 :Na2O werden bei der vorliegenden Erfindung mit Vorteil verwendet, obschon auch andere Natriumsilikate zur Anwendung gelangen können. Die Lösungen haben vorzugsweise eine Viskosität von 100 bis 2000 Centipoise und mehr bei 200C und eine Twaddell Dichte von 84 bis 1200. Die erfindungsgemässe wässrige Flüssigkeit enthält vorzugsweise zwischen 50 und 80 Gew.%, insbesondere zwischen 60 und 75 % Natriumsilikatlösung, mit einer Twaddell-Dichte von 84 bis 1200.
Das wasserlösliche Oxydationsmittel sollte mit dem Natriumsilikat in dem Sinne verträglich sein, dass seine Gegenwart das letztere nicht daran hindert, seine Funktion als Sandbindemittel auszuführen. Beispiele solcher Oxydationsmittel sind die Nitrate, Chromate, Dichromate, Permanganate und Chlorate der Alkalimetalle, insbesondere von Natrium und Kalium. Mischungen von Oxydationsmitteln können verwendet werden. Der Vorteil der Erfindung liegt in der Verwendung starker Oxydationsmittel.
Das leicht oxydierbare, d. h. bei erhöhter Temperatur durch das Oxydationsmittel oxydierbare organische Material sollte mit den übrigen Komponenten der wässrigen Flüssig kein im zweierlei Hinsicht verträglich sein. Vorerst sollte es, nachdem es in wässriger Lösung oder Dispersion mit denselben gemischt ist, nicht derart mit ihnen reagieren, dass die Flüssigkeit während der Lagerung verdirbt. Zweitens sollte es in der wässrigen Flüssigkeit während langer Zeit in Lösung, stabiler Suspension oder Dispersion verbleiben. So kann beispielsweise Glukose als organisches Material verwendet werden, trotz seiner langsamen Reaktion mit Natriumsilikatlösungen, da die Reaktion die wünschenswerten Eigenschaften der wässrigen Flüssigkeit nicht zerstört.
Ebenso scheint der langsame Zerfall von Kaliumpermanganat in der Gegenwart von Natriumsilikat die wünschenswerten Eigenschaften der wässrigen Lösung nicht zu verderben. Die erfin dungsgemäss erhaltenen wässrigen Flüssigkeiten sind unter geeigneten Lagerbedingungen mindestens 3 Monate, oft sogar ein Jahr und mehr, haltbar.
Beispiele solcher leicht oxydierbarer Materialien sind Stärke, Dextrine, Zellulose, Harze, Kunstharze, lignitartige Materialien, die verschiedenen Zucker und Kohlehydrate im allgemeinen, synthetische Polymere wie z. B. Polyäthylen und Polystyrol sowie Kohlenwasserstoffe, wie Gasteere und Holzteere, und diese Materialien können entweder separat oder in Mischung verwendet werden. Die Verwendung solcher organischer Materialien wie die obigen in Formsandmischung ist nicht neu. Es ist allgemein üblich, chlorhaltige Materialien wegen ihrer unerwünschten Dämpfe, und stickstoffhaltige Materialien wegen ihrer Wirkung auf Metallguss zu vermeiden.
Es ist einfach und praktisch, festzustellen, ob ein bestimmtes organisches Material im Sinne dieser Erfindung leicht oxydierbar ist; wenn dieses Material durch das Oxydationsmittel in einer Giessform während des Giessens oxydiert wird, wie nachher anhand der zerstörten Form festgestellt werden kann, dann ist dieses organische Material geeignet.
Kohlenwasserstoffartige Materialien, Peche und Gasteere sind gute organische Materialien, wenn Eisenmetalle gegossen werden sollen, neigen aber dazu, bei Nichteisenmetallguss Porosität zu verursachen. Saccharose ist bevorzugt, da es billig ist und Formen mit einer guten Zusammensetzung von Eigenschaften zum Giessen verschiedener Metalle ergibt. Eine besonders bevorzugte Komposition enthält Saccharose als oxydierbares organisches Material und eine Mischung, die zur Hauptsache aus Natriumchlorat und im übrigen Natriumdichromat als Oxydiermittel enthält.
Das leicht oexydierbare organische Material sollte in der erfindungsgemäss erhaltenen Flüssigkeit in solchen Mengen vorhanden sein, dass eine leichte Zerstörung der Form nach Gebrauch möglich ist. Diese Mengen variieren zwischen 10 bis 40 Gew. %, vorzugsweise zwischen 15 bis 30 %, bezogen auf das Gewicht der wässrigen Flüssigkeit. Das wasserlösliche Oxydationsmittel sollte in solchen Mengen vorhanden sein, dass es das organische Material beim Giessen in der Sandgiessform oxydiert. Das Gewicht des Oxydationsmittels ist normalerweise nicht mehr als die Hälfte desjenigen des organischen Materials und kann etwa im Bereich von 1 bis 15 Gew.% der wässrigen Flüssigkeit liegen.
Es wird normalerweise als unerwünscht betrachtet, Natriumsilikatlösungen für Formsandkompositionen Wasser beizugeben, wegen des Risikos, besonders weiche Sande zu erhalten. Überraschenderweise ergab sich nun, dass eine zusätzliche Wasserzugabe beim erfindungsgemässen Verfahren von Vorteil ist (mit zusätzlichem Wasser wird dasjenige Wasser bezeichnet, das zusätzlich zu dem normalerweise in der handelsüblichen Natriumsilikatlösung enthaltenen Wasser zugesetzt wird). Einer bevorzugten Ausführung entsprechend wird zwischen 6 und 10% Wasser zugesetzt, und kann zwischen 0 bis 20 und mehr Prozent desselben zugegeben werden. Ein niedriger Wasserzusatz ergibt eine Flüssigkeit, die in den Gussformen und Kernen eine starke Bindung bewirkt.
Ein höherer Wasserzusatz ergibt Flüssigkeiten von niedrigerer Viskosität, welche daher leichter mit dem Sand gemischt werden können, und welche Formen und Kerne bilden, die bessere Zerstörungseigenschaften nach dem Giessen aufweisen. Es ist ein Vorteil dieser Erfindung, dass das Vorhandensein eines Oxydationsmittels in Lösung die Flüssigkeit weniger empfindlich auf die Zugabe von Wasser machen kann, und dass es die Viskosität der Flüssigkeit als Ganzes merkbar reduzieren kann; ohne Oxydationsmittel kann die Viskosität einer Lösung aus organischem Material und Natriumsilikat unerwünscht hoch sein. Das Vorhandensein eines Oxydationsmittels kann es ermöglichen, mehr organische Bestandteile zuzusetzen, als es sonst ohne übermässige Zunahme der Viskosität möglich wäre.
Die Bestandteile der erfindungsgemäss erhaltenen wässrigen Flüssigkeiten können in Lösung, in stabiler Suspension oder in Dispersion vorhanden sein. Natriumsilikat bildet eine kolloidale Dispersion von gelatinartigen Silikaten bei Vorhandensein in manchen wasserlöslichen Oxydationsmitteln, insbesondere Natriumchlorat, und es kann sein, dass dieser Effekt zu der oben erwähnten Viskositätsreduktion beiträgt.
Diejenigen der oben erwähnten organischen Materialien, die nicht wasserlöslich sind, können in stabile kolloidale wässrige Dispersionen in der aus Natriumsilikat und Oxydationsmittel bestehenden Flüssigkeit übergeführt werden.
Da manche organische Substanzen brennbar, ja sogar explosionsgefährlich sind, wenn sie mit stark oxydierenden Substanzen gemischt werden, empfiehlt es sich, das Oxydationsmittel und das organische Material in wässriger Lösung oder in Suspension zu mischen. Es ist daher zweckmässig, das erfindungsgemässe Verfahren so durchzuführen, dass zuerst eine Mischung einer wässrigen Lösung des Oxydationsmittels mit der Natriumsilikatlösung hergestellt wird, welche dann zur Erzielung einer Lösung oder Dispersion unter Umrühren zum organischen Material zugegeben wird;
Wenn die oxydierende Substanz zuerst in Wasser aufgelöst wird, und dann unter konstantem Umrühren der Na triumsilikatlösung bei 70 bis 100" C beigegeben wird, ergibt sich eine Ausfällung von gelatineartigem Silikat in kolloidaler Form.
Organische Materialien können solch einer komplexen und stark oxydierenden Grundmischung ohne Gefahr während der Herstellung, des Gebrauchs oder der Lagerung beigefügt werden, selbst wenn die Flüssigkeit später in ein trokkenes Pulver durch Verdampfung oder Aussetzung an Luft umgewandelt wird.
Die wässrige Flüssigkeit kann durch spezifische Wahl der Natriumsilikatlösung an die besonderen Giessereizwecke angepasst werden. Ferner kann, falls gewünscht, die Viskosität der erhaltenen Flüssigkeit durch Zugabe von bis zu 20% Wasser zusätzlich zu der mit der Silikatlösung eingeführten Menge, wie bereits oben erwähnt, und von- anderen Substanzen den Bedürfnissen angepasst werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei der Herstellung -einer Giessformsandmischung, welche ein körniges, hitzebeständiges Material enthält. Dabei werden 2 bis 8 Gewichtsteile der gesamten Flüssigkeit mit 100 Teilen des hitzebeständigen Materials innig vermischt.
Das körnige, hitzebeständige Material kann z. B. ein Kieselerde-, Zirkon-, Chrom- oder Olivinsand oder Sillimanit sein.
Bei Anwendung des Verfahrens zur Hersrellung einer Formsandmischung, wie oben beschrieben, ist -es nicht notwendige die wässrige Flüssigkeit für sich vor der Verwendung herzustellen; die verschiedenen Komponenten der wässrigen Flüssigkeit können auch separat zum hitzebeständigen Material zugegeben und mit diesem vermischt werden zur Bildung der wässrigen Flüssigkeit an Ort und Stelle. Dafür können dasAlkalisilikat und das organische Material auch in Form von wässrigen Lösungen, oder von stabilen Suspensionen oder Dispersionen zugegeben werden während die Zugabe des Oxydationsmittels vorzugsweise in wässriger Lösung erfolgt.
Die Formsandkomposition kann durch die Wirkung von Hitze allein aushärten, durch diejenige von Kohlendioxyd oder durch die Kombination beider Wirkungen. Temperaturen von 160 bis 200"C sind für die thermische Aushärtung der Komposition geeignet, es wird jedoch bei der Herstellung von Schalenformen vorgezogen, vorerst eine teilweise Härtung durch mässiges Erwärmen zu bewirken, und die restliche Aushärtung des Silikat-Bindemittels durch Behandlung mit Kohlendioxyd vorzunehmen.
Die Verwendung eines flüssigen Bindemittels ergibt eine gleichmässige Verteilung desselben durch den fertigen Silikatbinder und ermöglicht dessen gleichmässiges Zerbrechen, wenn die Saccharose sich primär zur Bildung von sehr weit zerstreuten Kohlenstoffpartikeln zersetzt hat.
Die Aushärtung der Formen und Kerne, welche aus der durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltenen Formsandkomposition gebildet werden, kann nach irgendeinem der in Giessereien gebräuchlichen Verfahren durchgeführt werden; so ergibt beispielsweise die Verwendung von erhitztem Kohlendioxydgas ein rascheres Aushärten der Formen und Kerne. Darüber hinaus ist es möglich, die Aushärtung der Formen und Kerne ohne Verwendung irgendwelchen Kohlendioxydgases zu bewerkstelligen, und wie üblich in Giessereien können diese Formen und Kerne durch Erhitzen über Zeiträume von 15 min bis zu einer Stunde bei Temperaturen zwischen 160 und 250 0C ausgehärtet werden.
Dabei hängt die Erwärmungszeit sowohl von der Temperatur wie auch vom Gewicht und der Dicke der Formen und Kerne ab; Sandformen und Kerne, die weniger als 4,5 kg wiegen, können innerhalb 15 min genügend ausgehärtet werden, während üblicherweise die grössten Formen und Kerne dazu eine Zeitdauer von 1 Stunde benötigen.
Eine weitere Möglichkeit zur Aushärtung der.Formen und Kerne besteht darin, diese der vorerwähnten Wärmeeinwirkung auszusetzen, während gleichzeitig Kohlendioxyd durch den Sand hindurchströmt, das auch vorgewärmt sein kann.
Durch die Kohlendioxydbehandlung mit anschliessender Trocknung wird die Aushärtungszeit von 15 min bzw.
1 Stunde auf 5 bzw. 30 min herabgesetzt. Es ist zu erwähnen, dass auch Schwefeldioxyd anstelle von Kohlendioxyd zur Aushärtung der Formen und Kerne verwendet werden kann, und dies kann sogar bei der Herstellung von Magnesiumguss vorteilhaft sein, da das Vorhandensein von Schwefelverbindungsrückständen in den Formen und Kernen die bei Magnesiumguss vielfach anzutreffende Porosität eliminiert oder mindestens herabsetzt; es wird angenommen, dass diese Porosität eine Folge von Reaktionen zwischen dem geschmolzenen Metall und dem Formen- oder Kernmaterial ist.
Sandmischungen unter Verwendung der erfindungsgemäss erhaltenen wässrigen Flüssigkeiten sind ebenfalls erfolgreich in sogenannten hot-box -Prozessen verwendet worden.
Für gewisse Anwendungen ist es wünschenswert, dass die Form oder der Kern eine gute sogenannte Grünfestigkeit (Festigkeit unmittelbar nach dem Pressen, vor Verwendung) aufweist. Die Zugabe von kleinen Anteilen von Bentonit und löslichen Dextrinen zwischen beispielsweise je 0,5 bis 2% zum Sand vor der Zugabe der normalen Menge wässriger Flüssigkeit ergibt Festigkeiten in der Grössenordnung von 0,55 bis 0,85 kg/cm2 durch Mahlen während 5 bis 10 min.
Wenn geschmolzenes Metall in eine Form oder um einen Kern gegossen wird, der ein Mittel zum leichteren Zerbrechen der Form enthält, zersetzt die Hitze des geschmolzenen Metalls dieses Mittel an der Oberfläche der Form oder des Kernes. Sehr oft wird jedoch ein solches Mittel, das sich nicht an der Oberfläche befindet, nicht abgebaut, wodurch die bekannten Probleme der harten Kernzentren entstehen. Dabei zeigte es sich, dass Form und Kern aus einer Formsandmischung mit der erfindungsgemäss erhaltenen wässrigen Flüssigkeit während des Giessens vollständig durchgebrannt werden, wobei es keine Rolle spielt, ob der Guss eine dünne Aluminiumschicht um einen massiven Kern oder dickwandiges Gusseisen um einen kleinen Kern ist.
Es wird angenommen, dass die Reaktion zwischen dem organischen Material und dem Oxydiermittel derart exothermisch ist, dass die entstehende Hitze die Reaktion durch die gesamte Sandmasse hindurch fördert.
Die folgenden Beispiele illustrieren die erfindungsgemässe Herstellung der wässrigen Flüssigkeit sowie die Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung von Giessformsandmischungen:
Beispiel 1
Bestandteile Gew.%
Natriumsilikatlösung
Nr. 120 Grad 33
Natriumsilikatlösung
Nr. 100 gewöhnlich Grad 33
Wasser 8
Natriumchlorat 4
Rohrzucker 22
100
Das Natriumchlorat wurde in Wasser aufgelöst und den vermischten Natriumsilikatlösungen unter Umrühren bei 70 bis 1000C beigemengt, wobei Ausfällungen von gelförmigem Silikat in kolloidaler Form auftraten. Der Rohrzucker wurde der Mischung beigemengt, bis er sich auflöste. Das Ergebnis war eine sehr dünne wässrige Flüssigkeit, die sich ohne erkennbare Änderungen über manche Monate hindurch lagern liess.
Formsandkompositionen, die aus zwei bis 8 Teilen dieser Flüssigkeit auf 100 Gew.-Teile Sand hergestellt wurden, zeigten gute Formfestigkeiten nach dem Aushärten und gute Brecheigenschaften nach dem Giessen.
Die Viskosität der wässrigen Flüssigkeit betrug 700 bis 750 cP bei 20 C. Dies ist weniger als die 800 cP des Nr. 112-Grad-Silikates, welches das übliche Giessereibindemittel ist, und zwischen diesem Grad und Nr. 100 gewöhnliche Grade ist alles geeignet. Natürlich variiert die Viskosität mit dem jeweils verwendeten Silikatgrad und der Zugabe von Wasser, ist jedoch üblicherweise weniger als die Silikat- und Zuckermischungen, da Wasser allein -die Viskosität reduziert, und Natriumchloratlösungen einen noch stärkeren Einfluss auf die Viskosität aufweisen; ähnliche Effekte können auch durch andere lösliche und verträgliche Salze nachgewiesen werden, welche Silikate ausfällen.
Beispiel 2
Bestandteile Gew. %
Natriumsilikatlösung
Nr. 120 Grad 33
Natriumsilikatlösung
Nr. 100 gewöhnlich Grad 33
Wasser 8
Natriumchlorat 3
Natriumdichromat 1
Rohrzucker 22
100
Dieses Beispiel war ähnlich dem vorhergehenden, ausgenommen die Verwendung von Natriumchlorat und Natriumdichromat als Oxydiermittel. Die Flüssigkeit wurde in gleicher Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt und zeigte ähnliche Eigenschaften.
Das Bindemittel ist eine dünne Flüssigkeit, welche, wenn sie im Verhältnis von 0,8 bis 1,1 l auf 45 bis 50 kg von irgend welchem, im wesentlichen lehmfreiem Silikatsand zugefügt wird, eine frei fliessende und nichtklebrige Mischung, die sich ideal zum Stampfen oder Blasen eignet, ergibt. Eine derart hergestellte Mischung härtet rascher aus, wenn sie mit CO2 in der üblichen Weise behandelt wird, und ergibt harte Kerne und Formen, welche eine hohe Kratzfestigkeit, eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsabsorption und ausgezeichnete Brecheigenschaften aufweisen.
Der herausgeschlagene Sand befindet sich in einem Zustand, der zur vollständigen Wiederverwendung nicht mehr als einen gewöhnlichen Wasch- und Trocknungsprozess verlangt, wodurch die Nachteile des CO2 -Prozesses überwunden und auch weitere Vorteile gegenüber organisch verbundenen Sanden geboten werden. Die Verarbeitungszeit von Sandmischungen mit diesem wässrigen Bindemittel beträgt mehr als zwei Stunden, und Mischungen können in geschlossenen Metallbehältern oder Polyäthylensäcken für mehr als eine Woche aufbewahrt werden, ohne zu verderben. Die Lebensdauer von Kernen und Formen, die mit diesem Bindemittel hergestellt werden, kann unter günstigen Bedingungen als unbeschränkt betrachtet werden.
Die Kerne und Formen zeigen eine bemerkenswerte Unempfindlichkeit gegenüber Giesstemperaturen, wobei dieselben ausgezeichneten Brecheigenschaften unter allen Bedingungen erhalten werden. Dieselbe Unempfindlichkeit ist auch feststellbar gegenüber der Zugabemenge.
Obschon die empfohlenen Mengen bei 45 bis 50 kg Sand 0,55 bis 0,85 1 Bindemittel betragen, kann diese Menge ohne weiteres auf 1,7 1 erhöht werden, wenn besonders feine
Sande verwendet werden oder ungewöhnlich hohe Festigkeiten verlangt werden, ohne dass deswegen die Brecheigen schaften sich verschlechtern.
Formen und Kerne aus dieser Komposition zeigen einen guten Widerstand gegen das Eindringen des Gussmetalls.
Auf diese Weise wurden gute Stücke durch Giessen von blei haltiger Phosphorbronze (eine für ihr Eindringen bekannte
Legierung) bei 1200 C in eine nicht überzogene, mit CO2 gehärtete Form erhalten.
Eine quantitative Auswertung des Zerstörungsverhaltens wurde wie folgt durchgeführt. A.F.S.-Kerne wurden von den nachstehenden Sandmischungen hergestellt und mit Kohlen dioxydgas gehärtet. Eisen wurde bei 1430"C um jeden Kern herum gegossen, in Form eines Gussstückes von ungefähr
2,5 cm Wandstärke und mit einem offenen Ende. Die Guss stücke konnten sich hierauf bis auf Raumtemperatur abküh len, bevor die Eindrückbarkeit des Kerns mittels eines
Schlageindruckmessers festgestellt wurde.
Die Ergebnisse sind als Schlagwiderstandszahl angegeben.
Als Schlagwiderstandszahl wird die mittlere Anzahl von
Schlägen definiert, die für eine Eindringtiefe von 1 cm in den Kern notwendig ist, wobei die totale Eindringtiefe 4 cm beträgt.
Sandmischungen
Mischung A 100 Teile trockener 3,5 Teile Natriumsili (Kontrolle) Silikatsand katlösung (AFS Korngrösse (SiO2 :Na2O 2,5:1)
Nr. 44)
Mischung B 100 Teile trockener 3 Teile wässrige Flüs
Silikatsand (AFS sigkeit von Beispiel 2
Korngrösse Nr. 44)
Mischung C 100 Teile trockener 4 Teile wässrige Flüs Silikàtsand (AFS sigkeit von Beispiel 2
Korngrösse Nr. 44)
Mischung D 100 Teile trockener 5 Teile wässrige Flüs
Silikatsand (AFS sigkeit von Beispiel 2
Korngrösse Nr. 44)
Feststellung der Zerstörungseigenschaften Mischung Schlagwiderstandszahl A 10,9 B < 0,25 C < 0,25 D < 0,25
Nachstehend folgen weitere Beispiele von wässrigen Flüs sigkeiten.
Beispiel 3
Bestandteil Gew 112" -Natriumsilikatlösung 79
Wasser 6
Weichholzmehl, Siebgrösse 300 (etwa 0,05 mm) 10
Kaliumnitrat 5
100
Beispiel 4
Bestandteil Gew 112" -Natriumsilikatlösung 79
Wasser 6 Weichholzmehl,
Siebgrösse 300 (etwa 0,05 mm) 8
Gasteer 2 Natriumnitrat 5 ?00
Beispiel 5
Bestandteil Gew
1200 -Natriumsilikatlösung 65 Stärkepulver 5 Zellulosefiber 5 Glukosepulver 5
Rohrzucker 5 Wasser 10 Kaliumpermanganat 5
100
Beispiel 6 Bestandteil Gew 84" -Natriumsilikatlösung 35 96" -Natriumsilikatlösung 35 Kolophonium 5 Harzesterpulver 5 Stockholm-Teer 4 Wasser 10 Natriumchlorat 6
100
Beispiel 7 Bestandteil Gew 84" -Natriumsilikatlösung 30 112" -Natriumsilikatlösung 30 Glukosepulver 23 Kreosot 2 Wasser 10 Natriumchlorat 5 100
Beispiel 8 Bestandteil Gew
1200 -Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Kohlenstaub
16 Bitumen 5
100
Beispiel9 Bestandteil Gew 120 0-Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Kohlenstaub 10 Rohrzucker 5 Gasteer 4 Natriumdichromat 2
100
Beispiel 10 Bestandteil Gew 1200 -Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Rohrzucker 11 Harzester 10
100
Beispiel 11 Bestandteil Gew 120 -Natriumsulikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Rohrzucker 11 Zellulosefasern 10
100
Beispiel 12 Bestandteil Gew 1200 -Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Rohrzucker
5 Glukosepulver 5 Kohlenstaub 5 Kreosot 6
100
Beispiel 13
Bestandteil Gew.%
120 0-Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33
Wasser 8
Natriumchlorat 5
Dextrinpulver 21
100
Die folgenden Beispiele zeigen die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf die Herstellung von Giessformsandmischungen:
Beispiel 14
Die Flüssigkeiten der Beispiele 3 bis 13 wurden dem Sand beigefügt, in Verhältnissen von 2 bis 8 Teilen auf 100 Teile Sand, um Formsandkompositionen mit guten Brecheigenschaften zu erhalten. Die Flüssigkeiten dieser Beispiele wurden ebenfalls mit verschiedenen Mengen von zusätzlichem Wasser verwendet. Ohne zusätzliches Wasser waren die Flüssigkeiten dick, aber für eine starke Haftung zwischen den Sandpartikeln verwendbar.
Mit 20% zusätzlichem Wasser waren die Flüssigkeiten verwendbar für Formen und Kerne mit weicherer Haftung der Sandpartikeln, was bei niedrigerer Wärmeleitung, wie z. B. in dünnwandigen Formgussstücken von Vorteil sein kann.
Beispiel 15
Dieses Beispiel zeigt die getrennte Zugabe der einzelnen Flüssigkeitskomponenten zum hitzebeständigen Material zur Herstellung einer Formsandmischung.
Auf 100 Teile trockenem Silikatsand wurden die folgenden Komponenten separat und in irgendeiner beliebigen Reihenfolge zugegeben: a) 2,66 Teile einer Mischung von gleichen Teilen von handelsüblicher Nr. 1200 Natriumsilikatlösung und
Nr. 100" gewöhnlicher Natriumsilikatlösung, b) 0,27 Teile einer Lösung von drei Teilen Natriumchlorat und einem Teil Natriumdichromat in drei Teilen Wasser, und c) 1,07 Teile Sirup, bestehend aus 5 Teilen Wasser und
22 Teilen Rohrzucker.
Die sich daraus ergebende Formsandkomposition hatte die Eigenschaften gemäss Beispiel 2.
Die handelsüblichen Natriumsilikatlösungen in den obigen Beispielen haben die nachstehenden Eigenschaften: Grad Mittleres spezifisches Gewicht bei S.G. Mittleres Ge- Mittlerer Durchschnittliche Twt) "Be wichtsverhältnis Feststoffanteil Viskosität bei SiO2 : Na2O 20"CPoises 120 1,6 120 54,1 2,00 48,3 20 112 1,56 112 52,1 2,00 45,9 8 100* 1,50 100 48,1 2,50 43,6 4
96 1,48 95 46,8 2,85 43,1 5
84 1,42 84 42,7 3,20 39,5 6,5-12,0 * gewöhnlich 1 TwaddellGrade = (spez Gew.-1)X 200
Obschon in der obigen Beschreibung speziell Natriumsilikat-Bindemittel erwähnt wurden, können im Rahmen dieser Erfindung auch andere Alkalimetallsilikate eingesetzt werden.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Flüssigkeit, die als Bindemittel für eine Giessformsandmischung geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alkalimetallsilikat, ein wasserlösliches, mit dem Alkalimetallsilikat verträgliches Oxydationsmittel und 10 bis 40% des Gesamtgewichtes der Flüssigkeit eines mit dem Oxydationsmittel bei Normaltemperatur verträglichen, jedoch bei erhöhter Temperatur durch das Oxydationsmittel oxydierbaren organischen Materials miteinander vermischt werden.