CZ20021893A3

CZ20021893A3 - Pojivo pro pojení sypkých materiálů

Info

Publication number: CZ20021893A3
Application number: CZ20021893A
Authority: CZ
Inventors: Greg Connor; Emad Eldemallawy; Christopher Charles Nail
Original assignee: Foseco International Limited
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-11-13
Also published as: EP1122002B1; BR0016128B1; DE60009853T2; DK1122002T3; ATE264149T1; PT1122002E; CA2390338A1; CA2390338C; MXPA02005313A; EP1122002A1; JP2001174163A; DE60009853D1; US6416572B1; BR0016128A; KR100471608B1; KR20010077933A; WO2001039911A2; WO2001039911A3; PL355564A1; CN1225329C

Description

Oblast techniky

Vynález se týká pojiv pro pojení sypkých materiálů. Vynález má zejména využití ve slévárenském průmyslu, pro formování pojených sypkých výrobků, včetně slévárenských forem a jader, a jiných žárovzdorných výrobků, pro použití s horkým roztaveným kovem, například pro vyzdívky a pro dávkovači hubice, včetně izolačních, exotermických a duplexních (t.j. izolačních a exotermických) hubic.

Dosavadní stav techniky

Formování slévárenských forem a jader z pojeného sypkého žárovzdorného materiálu, například z písku, je velice dobře známo. Také je velice dobře známo vytváření dalších žárovzdorných materiálů, jako je vyzdívka pánve, vyzdívka hlavy dávkovače, dávkovači hubice a podobně, z pojeného sypkého materiálu. Dávkovači hubice tvoří rezervoár pro roztavený kov a umožňuje, aby roztavený kov zůstal roztavený déle než odlitek pro nějž se používá. Dávkovači hubice tedy umožňuje, aby roztavený kov byl dále přiváděn do odlitku, když tuhne, čímž se zaručí zdravý a pevný odlitek. Žárovzdorné výrobky, jako jsou vyzdívky a dávkovači hubice jsou proto často vytvářeny z izolačních materiálů, ke snížení tepelných ztrát. Některá použití (jako jsou dávkovači hubice), zahrnují používání odtavných izolačních materiálů, i když některé vyžadují izolační materiály, které jsou trvanlivé a jsou schopné opakovaného cyklu v určitém rozsahu teplot. Vysoce jakostní • · izolační materiály s nízkou hustotou (typicky 0,5 g/cm³) jsou známé a jsou na bázi keramických vláken. Výrobky s vysokou hustotou, na bázi křemíku, mají typicky otevřenou porézní strukturu.

Dávkovači hubice se vyrábějí celou řadou způsobů, včetně pojení pryskyřicí odpadních křemičitých materiálů, jako jsou tak zvané „polétavé popílky („flyash floaters), (někdy známé pod obchodní značkou „Extendospheres nebo „Cenospheres). Slévárenské formy a jádra se často vyrábějí pojením pryskyřicí křemičitého nebo jiného písku. Pojení pryskyřicí se obvykle používá, protože když jsou hubice, formy nebo jádra vytvrzovány plynem v modelním zařízení, pryskyřice umožňuje dosažení dobré pevnosti a rozměrové přesnosti. Avšak v přítomnosti roztaveného kovu použité pryskyřice normálně vyvíjejí značné množství kouře a plynu. V některých případech je tento kouř a plyn absorbován roztaveným kovem, což vede ke snížení jakosti. Kouř je zejména problematický při odlévání odlitků ze slitin o nízké teplotě tavení, například slitin obsahujících hliník, kde existuje nedostatečné teplo roztaveného kovu ke spálení pryskyřice, ale dostatečné teplo roztaveného kovu k uvolňování složek, jako kouř a dým. Bylo by výhodné, kdyby pojené sypké materiály, včetně forem, jader a dávkovačích hubic mohly být vyráběny s dobrou rozměrovou přesností, ale bez problému vyvíjení kouře a dýmu.

Podstata vynálezu

Podle prvního aspektu vynálezu je vytvořen způsob výroby pojeného sypkého materiálu, jehož podstatou je, že obsahuje následující kroky:

·· · · spojí se alkálie se sypkým kovovým oxidem, který je schopen vytvářet metalát za přítomnosti této alkálie a dále se suší částice, potom co část každé částice kovového oxidu vytvořila metalát, takovým způsobem, že po sušení zůstane nezreagovaná částice jádra.

Udržováním jádra kovového oxidu každé částice kovového oxidu ve výsledném pojeném materiálu může být obecně vytvořena žárovzdorná nebo izolační funkce a ještě může být normálně dosaženo vysoké rozměrové stability a přesnosti. Také může být obecně dosaženo vysokého stupně vázání mezi sousedními částicemi kovového oxidu, protože vnější povrch částic kovového oxidu se typicky „rozpustí , a tím umožní vytvoření vazby mezi sousedními částicemi kovového oxidu, a přičemž tato vazba po sušení „ztuhne.

Když se v této přihlášce používá výraz „kov, je tímto výrazem míněno, že zahrnuje kvazi kovy, jako je křemík. Když se použije výraz „kovový oxid, používá se ve vztahu k pevnému kovovému oxidu, který je typicky schopen použití jako žárovzdorný materiál, izolační materiál, konstrukční materiál, nebo další pojený sypký materiál. Když se zde použije výraz „sypký materiál, zahrnuje ve svém rozsahu vláknitý materiál nebo granulovaný materiál nebo práškový materiál nebo jemnozrnný podíl atd. Výraz „metalát, který je zde použit, se týká oxo aniontů (také známých jako „oxyanionty), které mohou být považovány, jako že jsou vytvořeny koordinací oxidu 0²-iontů s kovovými (včetně kvazi kovů, jako je křemík) kationty, pro vytvoření kovových a kyslíkových aniontů, které mohou obsahovat hydroxidové skupiny, zejména v alkalických podmínkách. To jsou normální látky ve vodném roztoku, avšak jejich přesné struktury jsou často složité, spíše než jednoduché nespojité látky, s typickými příklady, zahrnující silikáty, titaničitany, hlinitany, zinečnany, germanáty, atd.

··· ·

Takové kovové a kyslíkové anionty (metaláty) se potom spojují s kationty alkalických kovů (jako je Na⁺ nebo K⁺) z alkálii.

Nejtypičtější alkálie je ve formě vodného roztoku, takže „sušení zahrnuje vypuzování vody ze směsi kovového oxidu a alkalického roztoku. Když se však tato reakce provádí v plynné nebo tavné fázi, znamenalo by „sušeni nastavení podmínek, které by způsobily zastavení reakce mezi kovovým oxidem a alkálii.

Kovové oxidy, které se přednostně používají (a které typicky působí jako pojivo), zahrnují pyrolyzní oxid křemičitý, jemný oxid hlinitý, jemný oxid titaničitý, oxidy zinku (použití výrazu „jemný znamená jemnozrnná sypká forma oxidu). Tyto materiály snadno vytvářejí metalát, za přítomnosti alkalického roztoku.

Tyto typy kovových oxidů přednostně působí jako „pojivo v izolačním materiálu, vyráběném podle tohoto vynálezu.

Kovovým oxidem může být také odpadní křemičitý materiál, jako je polétavý popílek nebo polétavé popílky (flyash nebo flyash floaters - FAF) nebo další oxidovatelný odpadní oxid, tedy může být vyroben hodnotný výrobek za použití odpadního materiálu. (Polétavé popílky jsou duté mikrokuličky z oxidu křemičitého nebo z oxidu hlinitého, které normálně obsahují aluminosilikát, a mohou obsahovat i jiné složky). Může se použít široký výběr dalších kovových oxidů. Může se například použít křemičitý písek, bauxit, oxid hlinitý, perlit, atd. Tyto jmenované materiály (t.j. včetně FAF) však obvykle vytvářejí složku „plniva pojeného sypkého materiálu, a vytvářejí „nahromadění pojeného sypkého materiálu, spíše než zajištění hlavní pojící funkce. Plnivo nebo kombinace plniv se tedy typicky používá ve spojení s pojivém nebo je pojena pojivém (jak bylo shora definováno) . Mělo by však být příznivě vyhodnoceno, že pro vytváření pojeného sypkého materiálu mohou být samostatně použita buď pojivá anebo plniva z kovových oxidů. Také některá plniva, použitá u těchto pojených sypkých materiálů, nemusí mít konzistenci reaktivního oxidu, a tedy mohou pouze vytvářet relativně slabší vazbu s pojivém. Zejména, když se používají neoxidová plniva, mohou se sále vázat s metaláty, jako jsou silikáty, hlinitany, titaničitany, zinečnany, atd.

Alkálií je přednostně roztok, vyrobený ze silné alkálie, jako je hydroxid sodný, hydroxid draselný, hydroxid lithný, atd. Největší přednost se dává hydroxidu sodnému, z důvodu jeho poměrnému nadbytku a nízkým nákladům.

V přednostní variantě tohoto způsobu se vytváří premix, smícháním pojivá s alkalickým roztokem, před smícháním s plnivem. Když je alkalický roztok na bázi hydroxidu sodného, použití premixu může minimalizovat množství vyžadovaného alkalického roztoku. Protože sodík působí jako tavidlo v pojených sypkých materiálech, je žádoucí, minimalizovat jeho přítomnost ve výsledném pojeném sypkém materiálu, a bylo pozorováno, že vytváření tohoto premixu podporuje snížení množství sodíku ve výsledném pojeném sypkém materiálu.

Krok sušení se přednostně provádí v mikrovlnné peci nebo v mikrovlnném zařízení. Bylo pozorováno, že mikrovlnné záření představuje výhodný způsob k dosažení vysušeni a vytvoření vazby, tedy k udržování jádra kovového oxidu. Běžné konvekční nebo sálavé pece a zařízení však mohou být použity pro dielektrický ohřev. Dodatečně nebo alternativně se mohou používat vyhřívané jaderníky nebo se sušení může provádět pomocí vyvozovaného podtlaku. Sušení se přednostně provádí pomocí konvekčního nebo kondukčního nebo sálavého ohřevu (mikrovlnné nebo infračervené záření), nebo pomocí odpařování, zejména použitím sníženého tlaku, t.j. použitím podtlaku nebo částečného podtlaku.

V některých přednostních verzích tohoto vynálezu se provádí krok vytvrzování před krokem sušení, t.j. metalát se může úplně nebo částečně vytvrzovat, předtím než se vysuší. To přináší výhodu zvýšení pevnosti sypkých částic, snížení možnosti zborcení nebo poškození výrobku, před krokem sušení. Krok vytvrzování se může provádět například pomocí reakce s oxidem uhličitým. Vzduch nebo oxid uhličitý v plynném stavu se může s výhodou přivádět do výrobku ze sypkého materiálu, například v jaderníku nebo podobném zařízení, v němž se výrobek formuje. Krok vytvrzování se obecně usnadní, jestliže se premix (z pojivá a alkalického roztoku) nechá stárnout (a zejména, když nastane alespoň určitá dehydrace), například když se nechá stát určitou dobu (přednostně alespoň 6 hodin) následně po svém zhotovení, nebo se premix vystaví působení mikrovlnného záření.

Bylo pozorováno, že materiály mající poměrně vyšší obsah pojivá, mají vyšší vázanou pevnost (t.j pevnost po vytvrzení), ale nižší požární pevnost (t.j. odolnost proti tepelnému šoku). Tyto materiály se jako takové přednostně používají u dávkovačů a hubic pro nálitky a u vyzdívek.

Bylo pozorováno, že materiály mající poměrně nižší obsah pojivá, mají vyšší požární pevnost ale nižší pevnost po vytvrzení. Takové materiály se přednostně používají jako žárovzdorné izolační materiály, jako jsou žárovzdorné cihly.

Pojené sypké materiály se také mohou vyrábět s různou hustotou. Materiály s vyšší hustotou jsou obecně vhodné pro použití jako konstrukční prvky, mající nižší izolační funkci.

Podle druhého aspektu tohoto vynálezu je zajištěn pojený sypký materiál, vytvořený z celé řady pojených části kovových oxidů, kde každá částice má jádro kovového oxidu, obklopené vrstvou metalátu.

Takový pojený sypký materiál se typicky vytváří způsobem

podle prvního aspektu tohoto vynálezu.

Podle třetího aspektu tohoto vynálezu je vytvořeno pojivo pro pojení sypkého materiálu, které obsahuje:

(a) sypký kovový oxid, který je schopen vytvářet metalát, (b) alkálii a (c) vodu.

Sypký kovový oxid přednostně obsahuje oxid křemičitý, v přednostnějším způsobu pyrolyzní oxid křemičitý. Alkálie přednostně obsahuje hydroxid sodný nebo z hydroxid draselný.

Alkálie je přednostně přítomna v množství 3 až 50 % hmotn., sypký kovový oxid je přítomen v množství 10 až 70 % hmotn. a voda je přítomna v množství 30 až 70 % hmotn., na základě celkové hmotnosti pojivá. V přednostnějším způsobu je alkálie přítomna v množství 3 až 25 % hmotn., sypký kovový oxid je přítomen v množství 20 až 55 % hmotn. a voda je přítomna v množství je 40 až 60 % hmotn., na základě celkové hmotnosti pojivá.

Podle čtvrtého aspektu tohoto vynálezu je vytvořeno materiálové složení pro vytvářeni pojeného sypkého výrobku, které obsahuje:

(a) pojivo podle třetího aspektu tohoto vynálezu a (b) žárovzdorný sypký materiál.

V některých provedeních vynálezu může být žárovzdorným sypkým materiálem a sypkým kovovým oxidem tentýž materiál, t.j. „nahromaděný materiál nebo materiál „plniva může obsahovat část materiálového složení pro pojivo, pro vzájemné spojení tohoto materiálu. Dodatečně nebo alternativně může být sypkým kovovým oxidem materiál odlišný od žárovzdorného sypkého materiálu, zahrnutý jako samostatná složka, která je částí materiálového složení pro pojivo. Žárovzdorný sypký materiál přednostně obsahuje oxid křemičitý nebo oxid hlinitý, nebo aluminosilikát (například ve formě dutých mikrokuliček).

Podle pátého aspektu tohoto vynálezu je vytvořen výrobek z pojeného sypkého materiálu, vytvořený z materiálového složení podle čtvrtého aspektu vynálezu. Příklady výrobků z pojeného sypkého materiálu podle vynálezu zahrnují: slévárenské formy, slévárenská jádra, dávkovači hubice (izolační, exotermická nebo duplexní hubice), vyzdívky (například vyzdívky pecí, vyzdívky pánví, vyzdívky mezipánví, atd.), regulátory průtoku (pro roztavený kov), cedítka, scezovací hubice, spouštěcí trubice pro mezipánve, v podstatě jakýkoliv žárovzdorný výrobek pro použití s roztaveným kovem.

Nehledě na ostatní provedení, která mohou spadat do rozsahu tohoto vynálezu, nyní budou popsána přednostní provedení vynálezu, s odkazem na následující neomezující příklady.

Příklady provedení vynálezu

Úvodní pokus usiluje o výrobu hubice pro nálitky (také známé jako dávkovači hubice) se stejnou rozměrovou přesností, ale bez problému dýmu z izolační látky, pojené pryskyřicí. Pokus byl zaměřen na použití křemičitanu sodného a polétavých popílků (FAF).

Příklad 1

Ve snaze vázat polétavé popílky (FAF) s křemičitanem sodným se použilo následujícího postupu:

1. Polétavé popílky byly smíchány s roztokem křemičitanu sodného (byly zkoušeny různé poměry).

2. Potom byl přidán ručně vzor zkušebního dílu (díl ve tvaru „psí kosti) na tahovou zkoušku.

···· · ··»·»· ·· ♦· • ·· · # · · · · • · »···♦ · · ··· · · · · · · ·· ··· ·· ·»· ·· ·*··

3. V předem stanoveném čase (v pozdějším pokusech stanoveném rozsahem rozpouštění oxidu křemičitého nebo jiného kovového oxidu) byl zkušební díl stripován „v syrovém stavu (green) ze vzorů na porézní nebo plastovou obkladovou desku.

4. Zkušební díl byly přepraven do mikrovlnné pece nebo do běžné pece a byl sušen*).

*) t.j. vystaven působení mikrovln při 600 kW po dobu 60 sec nebo sušen v běžné peci při 110 °C po dobu 2 až 3 hod.

Byly zkoušeny různé poměry polétavých popílků ke křemičitanu sodnému, avšak všechny selhaly pro výrobu komerčně uspokojivých pojených sypkých materiálů. Byl pozorován režim selhání, kdy došlo k prasknutí nebo roztrženi během kroku (4), nebo konečná pevnost byla příliš nízká, pro manipulaci se zkušebnímu díly.

Příklad 2

Pyrolyzní oxid křemičitý byl navržen k použití jako gelovací činidlo (pojivo) v nejrůznějších žárovzdorných směsích. Testy byly provedeny jako v příkladu 1, přičemž krok 1 byl následně modifikován:

1. Polétavé popílky byly smíchány s 25% roztokem hydroxidu sodného ve vodě, a potom byl přidán pyrolyzní oxid křemičitý (byly zkoušeny různé poměry).

Tyto různé poměry daly rozsah pevností po vytvrzování. Některé vykazovaly nízkou vázanou pevnost ve vlhkých podmínkách, zatímco jiné vykazovaly nízkou odolnost proti tepelnému šoku po zahřátí na 1000 °C v muflové peci. Výsledky byly následující:

• « « · ♦	«· • · • « • * ·	···· • • · · •	« • • ·	·· <· • « • •
• •	« · • •
• ·	• · ·	* ·	···		• · ··

Test číslo	1	2	3	4	5	6	7
hmotnost FAF	60	60	60	60	60	60	60
hmotnost vody 5	5	5	5	5	5	5
hmotnost 25% NaOH	10	10	10	10	10	10	10
hmotnost pyrolyzního oxidu křemičitého	1	2	3	4	5	6	10
* pevnost po vytvrzení (vázaná pevnost)	296	308	440	633	747	747	1159
+ požární pevnost (odolnost proti tepelnému šoku)	811	783 N/R	723	699	541	398
° vlhkost	pod- průměrná	pod- průměrná	pod- průměrná	pod- průměrná	pod- průměrné	průměrná dobrá L
hustota	0,422	0,426	0,437	0,448	0,451	0,457	0, 485

* vystaven, působení mikrovln po dobu 60 sec + ohříván po dobu 1 hodiny v muflové peci při 1000 °C ° „pocit dotykem zkušebního dílu po vytvrzení, když je uložen ve vlhkém vzduchu

Materiál o složení podle č. 4 byl nejvhodnější pro použití jako izolační „cihly, a bylo pozorováno, že se udržuje nebo zvyšuje jeho původní pevnost po zapálení pece.

Bylo pozorováno, že materiál o složení podle č. 7 byl nejvhodnější pro použití jako hubice pro nálitky, je odtavný, odolný proti vlhkosti a má vysokou pevnost po vytvrzení. Pro

·. · · * »» »»·· ·» »· ··* ·♦» ».·· • · «·»·« » ► · • ·«·« ·»»· » ··« ·· »··♦ ·· «·« »· ·<» ·» ·«··

- 11 materiál podle č. 7 je irelevantní požární pevnost.

Příklad 3

Ve snaze udržovat obsah hydroxidu sodného na minimu, byly vyrobeny premixy pyrolyzního oxidu křemičitého a hydroxidu sodného. (Je to proto, že sodík působí jako tavidlo, a tak bylo pozorováno, že minimální obsah sodíku vytváří nejvyšší žárovzdornost.

Premix FS2 byl vyroben následovně:

pyrolyzní oxid křemičitý 100 dílů

25% NaOH 150 dílů voda 300 dílů

Premix byl potom smíchán s plnivem (například FAF). Bylo dosaženo následujících výsledků:

Test	10	11
hmotnost FAF	60	60
hmotnost FS2	15	15
pyrolyzní oxid křemičitý	0	5
obsah NaOH mokré směsi*	1,36 %	1,28 %
obsah NaOH suché směsi¹	1,60 %	1,49 %
★ pevnost po vytvrzení	470	889
+ požární pevnost	490	169
⁰ vlhkost	dobrá	dobrá

*„mokrá směs znamená, že směs obsahuje vodu před vytvrzováním a sušením ¹ „suchá směs znamená, že ze směsi byla vyloučena voda ·· » « · * » · · « • ··Μ ♦ · · • « a · · » · * ♦ * • « · · * · · · · •a a·· a* ··«= »* ···♦

- 12 Materiál o složení podle č. 10 byl opět použit jako cihla a materiál o složení podle č. 11 byl použit jako hubice pro nálitky, oba asi s polovinou obsahu NaOH materiálu o složení podle příkladu 2.

Příklad 4

Také byl použit premix FS1 podle následující receptury:

pyrolyzní oxid křemičitý 200 dílů

25% NaOH 150 dílů voda 300 dílů

Premix byl potom následujících výsledků:	smíchán	s FAF	a	bylo <	dosaženo
Test	20	21	22	23	24
hmotnost FAF	60	60	60	60	60
hmotnost FS1	15	15	15	20	25
pyrolyzní oxid křemičitý	0	2	5	10	10
* pevnost po vytvrzení	823	791	745	563	419
+ požární pevnost	280	218	N/A	296	224
° vlhkost	dobrá	dobrá	dobrá	dobrá	dobrá
obsah NaOH mokré směsi	1,15	1,12	1,08	1,28	1,52
obsah NaOH suché směsi*	1,36	1,32	1,26	1,54	1,82

*„mokrá směs znamená, že směs obsahuje vodu před vytvrzováním a sušením ^J„suchá směs znamená, že ze směsi byla vyloučena voda.

Bylo pozorováno, že tyto materiály byly uspokojivé pro použití jako hubice pro nálitky, ale ne pro použití jako cihly.

4	•		···#	**
•		• ·	<	• ·	•
	9	• ·	···	• ·
•	•	• ·		• ·	•
	··*		·*·	«·	·<·

Když se také zvýšil obsah pyrolyzního oxidu křemičitého, bylo pozorováno, že se snížila požární pevnost. Bylo to nejpravděpodobněji v důsledku různých rychlostí smršťování, k nimž dochází během chladícího cyklu, potom když byla vytvořena keramická vazba („metalát)Příklad 5

Ke zkoumání dalších aktivních (kovových) oxidů a jejich vazebného účinku byl proveden následovně premix (A2) z oxidu hlinitého:

oxid hlinitý 25% NaOH voda

200 dílů 240 dílů 300 dílů

Premix byl potom smíchán následovně s FAF:

Test	30	31	32
hmotnost FAF	60	60	60
hmotnost A2	20	20	20
hmotnost oxidu hlinitého	0	2	5
* pevnost po vytvrzení	250	200	235
+ požární pevnost	100	129	88
⁰ vlhkost	pod- průměrná	průměrná	dobrá
hustota	0,41	0,43	0,44

Materiály tohoto složení neplní svoji funkci tak jako materiály s obsahem pyrolyzního oxidu křemičitého, ale materiál o složení podle č. 32 je schopený k použití jako hubice pro nálitky, s přídavnou výhodou, že neobsahuje žádný volný oxid • · · ·· · ·· ·.· • · · · · · · • ···· · · · křemičitý, a že má dobrou odolnost proti vlhkosti.

Příklad 6

Další pokusné materiály byly připraveny podobně jako bylo uvedeno shora, a ukázaly, že by mohly být použity materiály podobné jako pyrolyzní oxid křemičitý, hydroxid sodný a polétavé popílky. Materiály tohoto složení zahrnovaly:

Jako alkálie:

NaOH, KOH, LiOH, atd. (typicky všechny silné alkálie).

Jako plniva:

FAF, polétavý popílek, křemičitý písek, bauxit, oxid hlinitý, perlit atd, a jakékoliv další plnivo nebo kombinace plniv, které jsou schopny vázání se „silikáty'¹' nebo ostatními „metaláty.

Jako pojivá:

Pyrolyzní oxid křemičitý, jemný oxid hlinitý, jemný oxid titaničitý, jemný oxid zinečnatý a jakýkoliv další oxid, který vytvořil sodný metalát.

I když typické materiály uvedeného složení obsahovaly jak „pojivo, tak „plnivo, byly provedeny pokusy, kde pojené sypké materiály byly vyrobeny pouze z pojivá nebi pouze z plniva. Použití pojivá společně s plnivem se dávalo přednost, protože výsledkem tohoto spojení byl trvanlivější pojený sypký výrobek. Také to umožňovalo zabudování (jako plniva) materiálů (například křemičitých materiálů, jako FAF), které by se jinak musely vyhodit jako odpad.

Příklad 7

Následující postup byl použit k vytvoření pojených pískových výrobků (díl ve tvaru „psí kosti), pro vyhodnocení • · · ·

- 15 účinnosti materiálového složení podle vynálezu pro formování pískových forem a jader.

1. Vzájemně byly smíchány písek, 25% roztok hydroxidu sodného ve vodě a pyrolyzní oxid křemičitý v hmotnostních poměrech uvedených v následující tabulce.

2. Z této směsi byl vytvarován vzor zkušebního dílu (tzv. „psí kost)

3. V předem stanoveném čase byl zkušební díl stripován „v syrovém stavu (green) ze vzorů na porézní keramickou nebo plastovou obkladovou desku.

4. Zkušební díl byl přepraven do mikrovlnné pece nebo do běžné pece a byl sušen*).

*) t.j. vystaven působení mikrovln při 600 kW po dobu 60 sec

nebo následně ohříván na 700 °C po dobu 2 nebo 30 minut nebo 60 minut.	minuty nebo 15	minut
Test č.	40	41	44	43	44	45
hmotnost písku	100	100	100	100	100	100
hmotnost 25% roztoku NaOH	10	10	3	3	2	1
hmotnost pyrolyz. oxidu křemičitého	-	2	1	0,6	0,6	0,6
ozář. mikrovlnami (1 min)	ano	ano	ano	ano	ano	ne
Pozorování:	ručně držel udělané pohromadě, psi kosti snadná nebyly manipulace spoj eny při dotyku po záření	držel pohromadě, snadná manipulace	držel pohromadě, snadné smíchání a foukání jádra	snadné , smíchání, úplné smáčení písku, dobré foukání jádra	rozpad v horkém jaderníku, nebyl formován ani po 2 min

Optimální

Test č.	• · 4 4 · • 4 4 • 4 • 4 • · 4 4 ·	• · 4 4 4 · • 4 4 • · 4 · 4 • · · 4 4 • · · · · 44	44 ·· • · · 4 4 4 4 4 4 4 44 4 4 4 4 45
40	- 16 -	43
41	44
700 °C	ne	2 min	2 min	2,15,30 & 60 min	2,15,30 & 60 min	2,15,30 & 60 min
kontakt s vodou		rozpad	rozpad	rozpad	rozpad	rozpad
Komentář				pevnost	40 sec	nefungovalo

@ 250 C v horkém po 40 sec= jaderníku 54 psi, po 1 min=

118 psi

Materiálová složení, použitá v testu č. shledána jako uspokojivá pro vázání materiálové složení bylo použito v testu

41, 42, 43 a 44 byla písku, ale optimální č. 44.

Mechanismus

Když povrch oxidu křemičitého (nebo hlinitého, atd.) přišel do styku se „silným hydroxidem sodným, byla zahájena reakce, vytvářející koloidní gel částečně rozpustného křemičitanu sodného. Vnitřní část částic oxidu křemičitého zůstala jako pevný oxid křemičitý, zatímco vnější vrstva obsahovala vzrůstající množství sodíku. Při použití premixu byla tato reakce účinnější.

Aktivovaný pyrolyzní oxid křemičitý potom vytvořil lepivou vazbu s FAF (nebo s jiným plnivem). Výsledný výrobek se vytvrzoval mikrovlnným zářením několik minut (zkušební díl zabral 1 minutu, domovní cihly zabraly 9 minut). Běžné sušení zabralo několik hodin (2 až 3 hodiny na zkušební kus). Také vysokofrekvenční (RF) a dielektrický ohřev byly shledány jako účinné.

Dávalo se přednost záření mikrovlnami, protože umožnilo rychlé sušení, a tím i rychlé ukončení reakce mezi kovovým oxidem a alkálií.

Výhody a přednosti

U pojených sypkých výrobků vyrobených podle tohoto vynálezu byly pozorovány následující výhody a přednosti.

Výrobek Výhody a přednosti hubice pro nálitky Při kontaktu s roztaveným kovem nebyl produkován žádný dým. Rozměrově přesné, vytvrzování bylo prováděno zářením mikrovlnami v transparentním jaderníku. Nižší hustota než u jiných nevláknitých výrobků. Bez vláken.

Písková forma a jádro Při kontaktu s roztaveným kovem nebyl produkován žádný dým.Snadno se rozpadne ve vodě po odlití - obzvláště výhodné pro neželezné odlitky.

Cihla Poloviční hustota než jiné běžné výrobky počítáno na 1500 °C, a tedy podstatně vyšší izolační schopnost.

Žlab dávkovače Třetina hustoty než jiné běžné žlaby, používané v průmyslu tavení hliníku, v důsledku nižší rychlosti tepelných ztrát, a více energeticky účinného výrobku.

Také byla nalezena použití mimo průmysl tavení kovů, například požární zdi, dvířka topeniště, zvuková izolace, žárovzdorné stropní panely, konstrukční materiály (jako cihly, dlažební kostky a dlaždice), u lehkých konstrukcí, atd. Složení hustoty byla lehce měněna (například změnou množství a jakosti plniva a pojivá). Bylo pozorováno, že výrobky (lehčí) s nižší hustotou jsou vhodnější v posledně uvedených použitích.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby pojeného sypkého materiálu, vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

- spojí se alkálie se sypkým kovovým oxidem, který je schopen vytvářet metalát za přítomnosti této alkálie a

- dále se suší částice, potom co část každé částice kovového oxidu vytvořila metalát, takovým způsobem, že po sušení zůstane nezreagovaná částice jádra.
2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že kovové oxidy obsahují pyrolyzní oxid křemičitý, oxid hlinitý, jemný oxid titaničitý, oxidy zinku a další kovový oxid, který je schopen vytvářet metalát za přítomnosti alkalického roztoku.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kovový oxid obsahuje plnivo, zejména polétavé popílky nebo další duté mikrokuličky, polétavý popílek, křemičitý písek, perlit, bauxit, oxid hlinitý, nebo jejich směsi.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že plnivo dodatečně nebo alternativně obsahuje neoxidovatelný materiál, který je schopen vázaní s metalátem.
5. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že metalát se částečně nebo úplně vytvrzuje před krokem sušení částic.

····

- 19
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že se metalát vytvrzuje plynným oxidem uhličitým.
7. Pojivo pro pojení sypkého materiálu, vyznačuj ící se t i m, že obsahuje:

(a) sypký kovový oxid, který je schopen vytvářet metalát za přítomnosti alkálie, (b) alkálii a (c) vodu.
8. Pojivo podle nároku 7, vyznačující se tím, že sypký kovový oxid obsahuje oxid křemičitý, zejména pyrolyzní oxid křemičitý.
9. Pojivo podle nároku 7 nebo 8,vyznačující se tím, že alkálie obsahuje hydroxid sodný nebo hydroxid draselný.
10. Pojivo podle nároků 7 až 9, vyznačující se tím, že alkálie je přítomna v množství 3 až 50 % hmotn., sypký kovový oxid je přítomen v množství 10 až 70 % hmotn. a voda je přítomna v množství 30 až 70 % hmotn., na základě celkové hmotnosti pojivá.
11. Pojivo podle nároku 10, vyznačující se tím, že alkálie přítomna v množství 3 až 25 % hmotn., sypký kovový oxid je přítomen v množství 20 až 55 % hmotn. a voda je přítomna v množství je 40 až 60 % hmotn., na základě celkové hmotnosti pojivá.
12. Materiálové složení pro vytváření pojeného sypkého výrobku, vyznačující se tím, že obsahuje:

(a) pojivo podle nároků 7 až 11 (b) žárovzdorný sypký materiál.
13. Materiálové složení podle nároku 12, vyznačující se t í m, že žárovzdorný sypký materiál obsahuje oxid křemičitý nebo oxid hlinitý nebo aluminosilikát, volitelně ve tvaru dutých mikrokuliček.
14. Pojený výrobek ze sypkého materiálu, vyznačuj ící se t í m, že je vyroben z materiálového složení, podle nároku 12 nebo 13.
15. Pojený výrobek ze sypkého materiálu podle nároku 14, vyznačující se tím, že tímto výrobkem je slévárenská forma, slévárenské jádro, izolační dávkovači hubice, exotermická dávkovači hubice, duplexní dávkovači hubice, vyzdívka, regulátor průtoku roztaveného kovu, cedítko, scezovací hubice, spouštěcí trubice mezipánve.