Die vorliegende Erfindung betrifft Giessereiwesen, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Giessformen und -kernen, bei dem eine selbsterhärtende verformbare oder flüssige Masse verwendet wird.
Besonders erfolgreich kann die Erfindung bei der Herstellung von grösseren Giessformen und -kernen ihre Anwendung finden. Bei der Verwendung solcher Formen und Kerne, die nach dem an sich bekannten Verfahren herge-.
stellt worden sind, entsteht die Schwierigkeit, die damit verbunden ist, dass diese Formen und Kerne Verformungsneigung bei höheren Temperaturen aufweisen. Diese Erscheinung kann man, beispielsweise, bei der Verwendung eines Gemisches von zerkleinertem feuerfestem Material, wie Quarzsand. Olivin, Zirkon, das als Füllstoff dient und im folgenden als Formsand bezeichnet wird, sowie bei der Verwendung von Natriumsilikat als Bindemittel, von Bikalziumsilikat oder von Bikalziumsilikat enthaltenden Materialien beobachten. Ausserdem verwendet man Wasser und es kann ein schaumbildendes Mittel verwendet werden. (Siehe z. B.
die französische Patentschrift Nr. 1 342 529, die englische Patentschrift Nr. 1 085 651, die deutsche vorläufige Patentschrift Nr. 1 249 461). Das Verfahren enthält Arbeitsgänge, die mit dem Formen der Giesskerne und der Bildung der Formen aus der hergestellten Masse zusammenhängen, die man in der Luft erhärten lässt. Die Erhärtungsdauer ist relativ lang und sie bewegt sich in einem Bereich von 40 bis 50 Minuten. Die Druckfestigkeit der hergestellten Formen und Kerne übersteigt die Grösse 1,5 bis 2,0 kp/cm2 nicht.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten Schwierigkeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur Herstellung von Giessfor.men und -kernen zu schaffen bei dem aus Formsand und einem Bindemittel eine Masse zubereitet wird, aus der zubereiteten Masse Formen und Kerne geformt und anschliessend erhärtet werden.
Erfindungsgemäss verwendet man ein Bindemittel das Orthophosphorsäure und ein Material aufweist, das zumindest 30 Gew.% Eisen(II)-oxyd enthält. Durch die Umsetzung der Orthophosphorsäure mit Eisen(ll)-oxyd können sich hochfeste Giessformen und -kerne bilden. Dabei erhöht sich wesentlich die Erhärtungsgeschwindigkeit. Die Arbeitsgänge und deren Reihenfolge sind beim erfindungsgemässen Verfahren ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Verfahren.
Der grösste Effekt wird bei einem Gehalt von Orthophosphorsäure von 2,0 bis 10,0%, bezogen auf das Gewicht vom Formsand erreicht.
Als ein Material. das Eisen(ll)-oxyd enthält, wird zweckmässigerweise Eisenzunder verwendet. Das ist ein besonders verbreitetes Material, das in grossen Mengen Eisen(II)- oxyd (bis zu 70%) enthält.
Die besonders geeignete Menge von Eisen(II)-oxyd im Bindemittel beträgt 1,5 bis 6,0%, bezogen auf das Gewicht des Formbandes.
Eine zusätzliche Erhöhung der Festigkeit der Giessformen und -kerne wird durch das Zusetzen eines Oxydes oder eines Hydroxydes von einem solchen Metall wie Kalzium, Kadmium, Zink bzw. Kupfer der Zusammensetzung des Bindemittels erreicht.
Die Erfahrungen haben gezeigt, dass eine Menge von Oxyd oder Hydroxyd in Höhe von 0,005 bis 0,12%, bezogen auf das Gewicht des Formsandes, ausreicht.
Die genannten Bestandteile gestatten es, verformbare Massen herzustellen. Wenn man im Bindemittel zusätzlich noch als Bestandteil einen Schaumbildner verwendet, sind die Massen in diesem Fall flüssig. Ein besonders geeigneter Schaumbildner ist das Natriumalkylarylsulfonat, beispielsweise Sulfonsäurebutylnaphthalin. Eine Menge dieses Salzes von 0,1 bis 1,0%, bezogen auf das Gewicht des Formsandes, reicht aus.
Dieselben Eigenschaften, wie die genannten Oxyde oder Hydroxyde, kann der verformbaren Masse auch der mehrwertige Alkohol der Fettreihe verleihen. Als solcher Alkohol können Äthylenglycol, Diäthylenglycol, Propylenglycol oder Glyzerin verwendet werden. Ein entsprechender Effekt kann erreicht werden, wenn dieser Alkohol in Höhe von 0,5 bis 3,0%, bezogen auf das Gewicht des Formsandes, in der Masse enthalten ist.
Das Eisen(ll)-oxyd kann der Masse in feinvermahlener Form zugesetzt werden. Die Mahlfeinheit oder die Grösse der spezifischen Oberfläche, die durch die Filtration der Luft durch eine Schicht vom vermahlenen Material bestimmt und nach der Kozeny-Kármán-Methode berechnet wird, betrug 500 bis 3000 cm2/g. Je höher dabei die Grösse der Spezifischen Oberfläche war, desto höher waren die Erhärtungsgeschwindigkeit der Masse und die Festigkeit der herzustellenden Formen und Kerne. Neben dem Eisenzunder kann man auch Konzentrate von Magneteisenerz, Titaneisenerz (Ilmenit), Siderit sowie auch Chromeisenerz verwenden. Bei der Verwendung dieser Materialien sind jedoch die Festigkeit der Masse und die Erhärtungsgeschwindigkeit derselben von der Menge des in diesen Materialien enthaltenen Eisen(II)oxydes abhängig.
Es ist verständlich, dass je höher der Gehalt von Eisen(II)-oxyd in diesen Materialien ist, desto höher die Festigkeit und die Erhärtungsgeschwindigkeit sind.
Die Konzentration der Orthophosphorsäure kann sich in einem Bereich von 30 bis 80% bewegen. Man darf jedoch nicht vergessen, dass sich bei einer höheren Konzentration die Festigkeit der Masse und die Erhärtungsgeschwindigkeit der Masse erhöhen.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sich die Wärmefestigkeit der Giessformen und -kerne um das 2- bis 3fache und die Erhärtungsgeschwindigkeit um das 4- bis Sfache erhöhen.
Es wird bedeutend das Ausleeren der erhärteten Masse aus den Güssen erleichtert.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens angeführt.
Beispiel 1
92,0 Gewichtsteile Formsand werden mit 8,0 Gewichtsteilen des feinvermahlenen Eisenzunders mit einer spezifischen Oberfläche von 2000 cm2/g und einem Eisen(II)oxyd-Gehalt von 50% während 1 bis 2 min vermischt. Die zubereitete Mischung von trockenen Bestandteilen wird mit 5,0 Gewichtsteilen Orthophosphorsäure mit 40%oder Konzentration während einer Minute vermischt. Es ergab sich eine verformbare Masse, aus welcher nach dem bekannten Verfahren Kern oder Form angefertigt wurden, die dann in der Luft während 3 min erhärteten.
Nach einer Stunde Erhärtung betrug die Druckfestigkeit
5,0 kp/cm2, nach 24 Stunden -7,0 kp/cm2.
Beispiel 2
94,5 Gewichtsteile Formsand wurden während 1 bis 2 min mit 5,5 Gewichtsteilen vom feinvermahlenen Eisenzunder mit einer spezifischen Oberfläche von 2000 cm2/g mit einem Eisen(II)-oxyd von 50% vermischt. Die zubereitete Mischung von trockenen Bestandteilen wurde mit 8,0 Gewichtsteilen Orthophosphorsäure mit einer 35 %igen Konzentration und 0,15 Gewichtsteilen Natriumsalz der Butylnaphthalinsulfonsäure vermischt, wobei das Vermischen während 1 bis 1,5 min fortgesetzt wurde. Es wurde eine flüssige Masse mit einer Schaumdauer von 13 min hergestellt. Die Masse wurde in die Kernkästen oder auf die Modelle gegossen und anschliessend während 20 min in der Luft erhärtet.
Nach einer Stunde betrug die Druckfestigkeit 5,0 kp/cm2, nach 24 Stunden -10 kp/cm2.
Beispiel 3
92,0 Gewichtsteile Formsand wurden während 1 bis 2 min mit 8,0 Gewichtsteilen von feinvermahlenem Eisenzunder mit einer spezifischen Oberfläche von 2000 cm2/g bei einem Eisen(II)-oxyd-Gehalt von 50% vermischt. Die zubereitete Mischung wurde während einer Minute mit 5,0 Gewichtsteilen Orthophosphorsäure mit einer 40%gen Konzentration und mit 0,01 Gewichtsteilen Kadmiumoxyd vermischt. Aus der hergestellten verformbaren Masse wurde nach einem an sich bekannten Verfahren ein Kern oder eine Form angefertigt und in der Luft erhärtet. Man kann nach 7 min den Kern oder das Modell aus der Form ausziehen.
Nach einer Stunde Erhärtung betrug die Druckfestigkeit 7,5 kp/cm2, nach 24 Stunden 16,0 kp/cm2.
Beispiel 4
94,5 Gewichtsteile Formsand wurden während 1 bis 2 min mit 5,5 Gewichtsteilen von feinvermahlenem Eisenzunder mit einer spezifischen Oberfläche von 1700 cm2/g bei einem Eisen(II)-oxyd-Gehalt von 50% vermischt. Die zubereitete Mischung von trockenen Bestandteilen wurde mit 8,0 Gewichtsteilen Orthophosphorsäure mit einer 35%igen Konzentration. 0,01 Gewichtsteilen Kupferoxyd und 0.15 Gewichtsteilen Natriumsalz der Butylnaphthalinsulfonsäure vermischt. Die Vermischung wurde während 1 bis 1,5 min fortgesetzt. Es wurde eine flüssige Masse hergestellt, deren Schaumdauer 10 min betrug. Die Masse wurde in die Kernkästen oder auf die Modelle gegossen und in der Luft innerhalb von 15 min erhärtet.
Nach einer Stunde Erhärtung betrug die Druckfestigkeit 7,0 kp/cm2, nach 24 Stunden -13 kp/cm2.
Beispiel 5
92,0 Gewichtsteile Formsand wurden während 1 bis 2 min mit 8,0 Gewichtsteilen von feinvermahlenem Eisenzunder mit einer spezifischen Oberfläche von 2000 cm2/g bei einem Eisen(II)-oxyd-Gehalt von 50% vermischt. Die zubereitete Mischung von trockenen Bestandteilen wurde mit 2,7 Gewichtsteilen Orthophosphorsäure mit einer 80%gen Konzentration und 2,3 Gewichtsteilen Äthylenglykol vermischt. Die Vermischung wurde während einer Minute durchgeführt. Es wurde eine verformbare Masse hergestellt, aus welcher nach einem an sich bekannten Ver5 min in der Luft erhärtet wurde.
Nach einer Stunde Erhärtung betrug die Druckfestigkeit der Masse 8 kp/cm2, nach 24 Stunden -14 kp/cm2.
The present invention relates to foundries, in particular to a method for producing casting molds and cores in which a self-hardening, deformable or liquid mass is used.
The invention can be used particularly successfully in the production of larger casting molds and cores. When using such forms and cores, which herge- according to the method known per se.
have been established, the problem arises which is associated with the fact that these shapes and cores have a tendency to deform at higher temperatures. This phenomenon can be seen, for example, when using a mixture of crushed refractory material, such as quartz sand. Observe olivine, zirconium, which is used as a filler and is referred to below as molding sand, as well as when using sodium silicate as a binder, of bicalcium silicate or materials containing bicalcium silicate. In addition, water is used and a foaming agent can be used. (See e.g.
French Patent No. 1,342,529, English Patent No. 1,085,651, German Provisional Patent No. 1,249,461). The process includes operations related to the molding of the casting cores and the formation of molds from the mass produced, which is left to harden in the air. The hardening time is relatively long and ranges from 40 to 50 minutes. The compressive strength of the molds and cores produced does not exceed 1.5 to 2.0 kp / cm2.
The purpose of the present invention is to eliminate the aforementioned difficulties.
The invention is based on the object of creating such a method for producing casting molds and cores, in which a mass is prepared from molding sand and a binding agent, molds and cores are formed from the prepared mass and then hardened.
According to the invention, a binder is used which has orthophosphoric acid and a material which contains at least 30% by weight of iron (II) oxide. The conversion of orthophosphoric acid with iron (II) oxide can form high-strength casting molds and cores. This increases the hardening speed significantly. The operations and their sequence in the method according to the invention are similar to those in the method described above.
The greatest effect is achieved with an orthophosphoric acid content of 2.0 to 10.0%, based on the weight of the molding sand.
As a material. containing iron (II) oxide, iron scale is expediently used. This is a particularly common material that contains large amounts of iron (II) oxide (up to 70%).
The particularly suitable amount of iron (II) oxide in the binder is 1.5 to 6.0%, based on the weight of the molding tape.
An additional increase in the strength of the casting molds and cores is achieved by adding an oxide or a hydroxide of such a metal as calcium, cadmium, zinc or copper to the composition of the binding agent.
Experience has shown that an amount of oxide or hydroxide of 0.005 to 0.12%, based on the weight of the molding sand, is sufficient.
The components mentioned make it possible to produce deformable masses. If a foaming agent is also used as a component in the binding agent, the masses are liquid in this case. A particularly suitable foaming agent is sodium alkylarylsulphonate, for example sulphonic acid butylnaphthalene. An amount of this salt of 0.1 to 1.0%, based on the weight of the molding sand, is sufficient.
The same properties as the oxides or hydroxides mentioned can also be imparted to the deformable mass by the polyhydric alcohol of the fatty series. As such alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol or glycerin can be used. A corresponding effect can be achieved if this alcohol is contained in the mass in an amount of 0.5 to 3.0%, based on the weight of the molding sand.
The iron (II) oxide can be added to the mass in finely ground form. The grinding fineness or the size of the specific surface, which is determined by the filtration of the air through a layer of the ground material and calculated using the Kozeny-Kármán method, was 500 to 3000 cm2 / g. The higher the size of the specific surface, the higher the hardening speed of the mass and the strength of the molds and cores to be produced. In addition to the iron scale, concentrates of magnetic iron ore, titanium iron ore (ilmenite), siderite and chrome iron ore can also be used. When using these materials, however, the strength of the mass and the hardening rate of the same are dependent on the amount of ferrous oxide contained in these materials.
It is understandable that the higher the ferrous oxide content in these materials, the higher the strength and the hardening rate.
The concentration of orthophosphoric acid can range from 30 to 80%. However, it should not be forgotten that the higher the concentration, the greater the strength of the mass and the hardening speed of the mass.
An essential advantage of the present invention is that the heat resistance of the casting molds and cores increases by 2 to 3 times and the hardening speed by 4 to 5 times.
It is significantly easier to empty the hardened mass from the castings.
Embodiments of the method according to the invention are given below.
example 1
92.0 parts by weight of molding sand are mixed with 8.0 parts by weight of the finely ground iron scale with a specific surface area of 2000 cm2 / g and an iron (II) oxide content of 50% for 1 to 2 minutes. The prepared mixture of dry ingredients is mixed with 5.0 parts by weight of orthophosphoric acid at 40% or concentration for one minute. The result was a deformable mass from which a core or mold was made according to the known method, which then hardened in the air for 3 minutes.
After one hour of hardening, the compressive strength was
5.0 kp / cm2, after 24 hours -7.0 kp / cm2.
Example 2
94.5 parts by weight of molding sand were mixed with 5.5 parts by weight of finely ground iron scale with a specific surface area of 2000 cm2 / g with an iron (II) oxide of 50% for 1 to 2 minutes. The prepared mixture of dry ingredients was mixed with 8.0 parts by weight of orthophosphoric acid at a 35% concentration and 0.15 part by weight of the sodium salt of butylnaphthalenesulfonic acid, the mixing continued for 1 to 1.5 minutes. A liquid mass was produced with a foam duration of 13 minutes. The mass was poured into the core boxes or onto the models and then hardened in the air for 20 minutes.
After one hour the compressive strength was 5.0 kp / cm2, after 24 hours -10 kp / cm2.
Example 3
92.0 parts by weight of molding sand were mixed for 1 to 2 minutes with 8.0 parts by weight of finely ground iron scale with a specific surface area of 2000 cm2 / g and an iron (II) oxide content of 50%. The prepared mixture was mixed with 5.0 parts by weight of orthophosphoric acid at a concentration of 40% and with 0.01 parts by weight of cadmium oxide for one minute. A core or a mold was made from the deformable mass produced by a method known per se and hardened in the air. You can pull the core or the model out of the mold after 7 minutes.
After one hour of hardening, the compressive strength was 7.5 kp / cm2, after 24 hours 16.0 kp / cm2.
Example 4
94.5 parts by weight of molding sand were mixed with 5.5 parts by weight of finely ground iron scale with a specific surface area of 1700 cm2 / g and an iron (II) oxide content of 50% for 1 to 2 minutes. The prepared mixture of dry ingredients was mixed with 8.0 parts by weight of orthophosphoric acid at a 35% concentration. 0.01 part by weight of copper oxide and 0.15 part by weight of the sodium salt of butylnaphthalenesulfonic acid. Mixing was continued for 1 to 1.5 minutes. A liquid mass was produced, the foam duration of which was 10 minutes. The mass was poured into the core boxes or onto the models and hardened in the air within 15 minutes.
After one hour of hardening, the compressive strength was 7.0 kp / cm2, after 24 hours -13 kp / cm2.
Example 5
92.0 parts by weight of molding sand were mixed for 1 to 2 minutes with 8.0 parts by weight of finely ground iron scale with a specific surface area of 2000 cm2 / g and an iron (II) oxide content of 50%. The prepared mixture of dry ingredients was mixed with 2.7 parts by weight of orthophosphoric acid at an 80% concentration and 2.3 parts by weight of ethylene glycol. Mixing was carried out for one minute. A deformable mass was produced from which it was hardened in air after a known Ver5 min.
After one hour of hardening, the compressive strength of the mass was 8 kp / cm2, after 24 hours -14 kp / cm2.