CZ2021456A3 - A mould for casting metal elements and metal products and producing it - Google Patents

A mould for casting metal elements and metal products and producing it Download PDF

Info

Publication number
CZ2021456A3
CZ2021456A3 CZ2021-456A CZ2021456A CZ2021456A3 CZ 2021456 A3 CZ2021456 A3 CZ 2021456A3 CZ 2021456 A CZ2021456 A CZ 2021456A CZ 2021456 A3 CZ2021456 A3 CZ 2021456A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
mixture
geopolymer
amount
weight
mold
Prior art date
Application number
CZ2021-456A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ309569B6 (en
Inventor
Katarzyna Ewa Buczkowska
Buczkowska Katarzyna Ewa Ing., Ph.D
Original Assignee
Technická univerzita v Liberci
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technická univerzita v Liberci filed Critical Technická univerzita v Liberci
Priority to CZ2021-456A priority Critical patent/CZ2021456A3/en
Publication of CZ309569B6 publication Critical patent/CZ309569B6/en
Publication of CZ2021456A3 publication Critical patent/CZ2021456A3/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B22C9/061—Materials which make up the mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/10—Clay
    • C04B14/106—Kaolin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/141—Slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/24—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing alkyl, ammonium or metal silicates; containing silica sols
    • C04B28/26—Silicates of the alkali metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

Forma pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků je vytvořená ze směsi obsahující geopolymerní cement složený z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství s dalšími příměsemi, kterými jsou alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého cementu, šamot v množství 70 až 250 % hmotnosti použitého cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 µm a délkou vláken 6 mm v množství 1 až 4 % hmotnosti použitého cementu, a oxid křemičitý v množství 2 až 8 % hmotnosti použitého cementu. Při výrobě formy se geopolymerní cement ve směsi s alkalickým aktivátorem pomalu míchá po dobu 5-ti minut a po uplynutí této doby se přidá šamot, uhlíková vlákna a oxid křemičitý a směs se míchá po další dobu 5-ti minut při vysoké rychlosti, následně se takto vytvořená směs míchá po dobu jedné minuty při nízké rychlosti pro odvzdušnění směsi a nalije do připravené formy jejíž vnitřní povrch se pokryje separátorem spolu s uhlíkovou sítí s velikostmi ok 10 mm příčně a 15 mm podélně a obsažená směs se poté ještě odvětrá na vibrační plošině. Po zatvrdnutí směsi v připravené formě se tato forma zabalí do fólie a ponechá v klidu 48 hodin, následně se geopolymerní směs vyjme z připravené formy a zabalí do fólie a ponechá 28 dní při pokojové teplotě, načež se po vybalení z fólie geopolymerní směs podrobuje v průběhu šesti hodin postupnému navyšování teploty až na 900 °C a poté se vypaluje při teplotě 900 °C další tři hodiny. Následně se teplota postupně sníží až na pokojovou teplotu, čímž se výroba formy dokončí.The mold for casting metal elements and metal products is created from a mixture containing a geopolymer cement composed of an alumino-silicate binder based on metakaolin and/or ground blast furnace granulated slag and/or fly ash in a selected unit quantity with other additives, which are an alkaline activator consisting of an aqueous solution of silicate sodium or potassium in an amount of 65 to 112% of the weight of the cement used, fireclay in an amount of 70 to 250% of the weight of the cement used, carbon microfibers with a diameter of 6 ±1 µm and a fiber length of 6 mm in an amount of 1 to 4% of the weight of the cement used, and oxide siliceous in the amount of 2 to 8% of the weight of the cement used. When making the mold, the geopolymer cement mixed with the alkaline activator is mixed slowly for 5 minutes, and after this time fireclay, carbon fibers and silicon dioxide are added and the mixture is mixed for another 5 minutes at high speed, then the mixture created in this way is stirred for one minute at a low speed to deaerate the mixture and poured into the prepared mold, the inner surface of which is covered with a separator together with a carbon mesh with mesh sizes of 10 mm transversely and 15 mm longitudinally, and the contained mixture is then further aerated on a vibrating platform. After hardening of the mixture in the prepared form, this form is wrapped in foil and left to rest for 48 hours, then the geopolymer mixture is removed from the prepared form and wrapped in foil and left for 28 days at room temperature, after which, after unpacking from the foil, the geopolymer mixture is subjected to for six hours gradually increasing the temperature up to 900 °C and then fired at 900 °C for another three hours. Subsequently, the temperature is gradually reduced to room temperature, which completes the production of the mold.

Description

Forma pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků a způsob její výrobyA mold for casting metal elements and metal products and a method of its production

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká trvalých, tedy opětovně použitelných forem vyrobených z geopolymerního kompozitu a určených pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků. Tyto formy vykazují zlepšení jejich tepelné odolnosti a mechanických vlastností. Předmětem vynálezu je rovněž způsob výroby formy.The invention relates to permanent, i.e. reusable, molds made of geopolymer composite and intended for casting metal elements and metal products. These forms show improvement in their heat resistance and mechanical properties. The subject of the invention is also a method of manufacturing a mold.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

Geopolymery, tedy materiály vznikající anorganickou polykondenzací hlinitokřemičitanů v alkalickém prostředí, jsou velmi perspektivní materiály pro nejrůznější aplikace, například ve stavebnictví. Předurčují je k tomu výborné mechanické vlastnosti (blízké přírodním kamenům), odolnost vůči teplu, UV záření i dalším vlivům prostředí, energetická nenáročnost výroby a jednoduchá dostupnost surovin k jejich výrobě (hlinitokřemičitany jsou nejběžnější látky v zemské kůře). Též se dají velmi jednoduše tvarovat, neboť se připravují ve formách či pomocí 3D tisku. Jejich nevýhodou je však v současné době cena, neboť jsou dražší než komerčně používané stavební materiály, např. beton.Geopolymers, i.e. materials created by inorganic polycondensation of aluminosilicates in an alkaline environment, are very promising materials for various applications, for example in the construction industry. They are predisposed to this by excellent mechanical properties (close to natural stones), resistance to heat, UV radiation and other environmental influences, low energy production and easy availability of raw materials for their production (aluminosilicates are the most common substances in the earth's crust). They can also be shaped very simply, as they are prepared in molds or with the help of 3D printing. However, their disadvantage is currently the price, as they are more expensive than commercially used building materials, e.g. concrete.

Reakce, při které vznikají geopolymery, je nazývána geopolymerace neboli vytvrzování. Dochází k ní, pokud je hlinitokřemičitý materiál, nejčastěji metakaolin či bezuhlíkový odletový popílek v roztoku s pH vyšším než 12. Jako aktivátor se obvykle používají hydroxidy a oxidy alkalických kovů. Přestože je celý proces podobný výrobě plastů, mají geopolymery vlastnosti bližší keramickým materiálům.The reaction in which geopolymers are formed is called geopolymerization or curing. It occurs if the alumino-silicon material is most often metakaolin or carbon-free fly ash in a solution with a pH higher than 12. Alkali metal hydroxides and oxides are usually used as an activator. Although the whole process is similar to the production of plastics, geopolymers have properties closer to ceramic materials.

Odolnost vůči teplu představuje jednu z hlavních výhod geopolymerů oproti běžně používanému betonu. Zatímco beton při zahřátí na teplotu nad 300 °C rychle degraduje díky tepelnému rozkladu, při kterém navíc dochází k uvolňování toxických látek. Geopolymery jsou stabilní až do bodu roztavení, který se pohybuje okolo teploty 1265 °C.Heat resistance is one of the main advantages of geopolymers compared to commonly used concrete. While concrete, when heated to a temperature above 300 °C, quickly degrades due to thermal decomposition, which also releases toxic substances. Geopolymers are stable up to their melting point, which is around 1265 °C.

Odlévání neboli lití je způsob výroby předmětů, součástek apod. z tavitelných materiálů, například skla, kovů či plastů, při kterém tavenina vyplňuje dutý prostor formy, která je následné odstraněna. Odlévání se často používá pro výrobu předmětů složitých tvarů, které nelze vyrobit pomocí jiných metod, například obráběním či svařováním. Jeho nevýhodou jsou vysoké náklady na modely.Casting or casting is a method of producing objects, components, etc. from fusible materials, for example glass, metals or plastics, in which the melt fills the hollow space of the mold, which is then removed. Casting is often used to produce objects of complex shapes that cannot be produced using other methods, such as machining or welding. Its disadvantage is the high cost of the models.

Při odlévání lze využívat tzv. „ztracené formy“, které lze použít jen jednou a pro získání výrobku musí být následně zničeny. Příkladem může být například „metoda ztraceného vosku“, kdy se z vosku vyrobí model odlévaného předmětu, který je následně obalen cementem či jiným materiálem a vosk je roztaven, aby bylo možné předmět odlít. Následně je forma rozbita, aby byl odlitý výrobek získán. Druhou možností jsou tzv. poloztracené formy, kde je vzor pro odlévání, tzv. pozitiv, možné použít vícekrát. Za tímto účelem se obvykle využívá písek, ve kterém je pomocí pozitivu obtisknut požadovaný tvar a následně může proběhnout lití. Třetí možností je použití tzv. trvalých forem, které lze využívat opakovaně. Obvykle používanými materiály jsou různé kovy, například ocel, hliník či olovo. Další možností je použití grafitu či keramiky, které mají velmi vysoký bod tání.During casting, so-called "lost molds" can be used, which can only be used once and must be subsequently destroyed to obtain the product. An example is the "lost wax method", where a model of a cast object is made from wax, which is then covered with cement or another material and the wax is melted so that the object can be cast. Subsequently, the mold is broken to obtain the cast product. The second option is the so-called semi-lost forms, where the pattern for casting, the so-called positives, can be used multiple times. For this purpose, sand is usually used, in which the desired shape is imprinted with the help of a positive, and casting can then take place. The third possibility is the use of so-called permanent forms, which can be used repeatedly. Commonly used materials are various metals, for example steel, aluminum or lead. Another option is to use graphite or ceramics, which have a very high melting point.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Předmětem vynálezu jsou trvalé formy na odlévání kovových výrobků vyrobené z geopolymerního kompozitu, který krom geopolymerního základu obsahuje ještě příměs uhlíkových vláken, oxidu křemičitého a šamotu. Řešení podle vynálezu spočívá ve využití geopolymerní směsi pro výrobuThe subject of the invention are permanent molds for casting metal products made of a geopolymer composite, which, in addition to the geopolymer base, also contains an admixture of carbon fibers, silicon dioxide and fireclay. The solution according to the invention consists in the use of a geopolymer mixture for production

- 1 CZ 2021 - 456 A3 forem pro odlévání kovových výrobků, a tedy využití tepelné odolnosti geopolymerních směsí a v tom, že používaný geopolymerní materiál obsahuje výše uvedené příměsi, které zajišťují lepší mechanické vlastnosti, a především vyšší tepelnou odolnost, která umožňuje geopolymerní směsi lépe odolávat teplotám roztaveného kovu.- 1 CZ 2021 - 456 A3 molds for casting metal products, and thus the use of the heat resistance of geopolymer mixtures and in the fact that the geopolymer material used contains the above-mentioned additives that ensure better mechanical properties, and above all higher heat resistance, which enables geopolymer mixtures better withstand molten metal temperatures.

Forma pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků byla vytvořena ze směsi na bázi geopolymerního cementu, složeného z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství s dalšími příměsemi kterými jsou alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, šamot v množství 70 až 250 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 1 až 4 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu a oxid křemičitý v množství 2 až 8 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu.The mold for casting metal elements and metal products was created from a mixture based on geopolymer cement, composed of an alumino-silicon binder based on metakaolin and/or ground blast furnace granulated slag and/or fly ash in a selected unit quantity with other additives, which are an alkaline activator consisting of an aqueous solution sodium or potassium silicate in an amount of 65 to 112% of the weight of the geopolymeric cement used, fireclay in an amount of 70 to 250% of the weight of the geopolymeric cement used, carbon microfibers with a diameter of 6 ±1 pm and a fiber length of 6 mm in an amount of 1 to 4% of the weight of the geopolymeric cement used cement and silicon dioxide in the amount of 2 to 8% of the weight of the geopolymer cement used.

Způsob výroby formy pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků zahrnuje pomalé míchání geopolymerního cementu ve směsi s alkalickým aktivátorem po dobu 5-ti minut a po uplynutí této doby byly přidány šamot, uhlíková vlákna a oxid křemičitý a směs byla míchána po další dobu 5-ti minut při vysoké rychlosti. Následně takto vytvořená geopolymerní směs byla míchána po dobu jedné minuty při nízké rychlosti za účelem odvzdušnění směsi a potom nalita do připravené formy jejíž vnitřní povrch byl pokryt separátorem spolu s uhlíkovou sítí s velikostmi ok 10 mm příčně a 15 mm podélně a obsažená směs na bázi geopolymerního cementu byla poté ještě odvětrána na vibrační plošině.The method of making a mold for casting metal elements and metal products involves slowly mixing geopolymer cement in a mixture with an alkaline activator for 5 minutes, and after this time fireclay, carbon fibers and silica were added and the mixture was mixed for another 5 minutes minutes at high speed. Subsequently, the geopolymer mixture created in this way was stirred for one minute at a low speed in order to deaerate the mixture and then poured into the prepared mold, the inner surface of which was covered with a separator together with a carbon mesh with mesh sizes of 10 mm transversely and 15 mm longitudinally, and the contained mixture based on geopolymer the cement was then aerated on a vibrating platform.

Po zatvrdnutí geopolymerní směsi v připravené formě byla tato forma zabalena do fólie a ponechána v klidu 48 hodin, následně byla geopolymerní směs vyňata z připravené formy a zabalena rovněž do fólie a ponechána 28 dní při pokojové teplotě. Po vybalení geopolymerní směsi z fólie byla podrobena v průběhu šesti hodin postupnému navyšování teploty až na 900 °C a poté vypalována při teplotě 900 °C další tři hodiny a následně byla teplota postupně snížena až na pokojovou teplotu. Tímto snížením teploty byl proces výroby geopolymerní formy dokončen a geopolymerní forma mohla začít sloužit svému účelu.After hardening of the geopolymer mixture in the prepared form, this form was wrapped in foil and left alone for 48 hours, then the geopolymer mixture was removed from the prepared form and also wrapped in foil and left for 28 days at room temperature. After unpacking the geopolymer mixture from the foil, it was subjected to a gradual increase in temperature up to 900 °C over the course of six hours, and then fired at a temperature of 900 °C for another three hours, and then the temperature was gradually reduced to room temperature. With this reduction in temperature, the geopolymer form manufacturing process was completed and the geopolymer form could begin to serve its purpose.

Tyto formy se však nedoporučuje používat pro odlévání výrobků z vysoce reaktivních kovů a jejich slitin, především alkalických kovů a kovů alkalických zemin (například slitiny hořčíku). Porozita geopolymerů ztěžuje využití ochranné atmosféry, neboť zachytává vzduch, který by se při procesu mohl uvolňovat a vyvolávat chemické reakce s reaktivními kovy.However, it is not recommended to use these molds for casting products from highly reactive metals and their alloys, especially alkali metals and alkaline earth metals (for example, magnesium alloys). The porosity of geopolymers makes it difficult to use a protective atmosphere, as it traps air that could be released during the process and cause chemical reactions with reactive metals.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention

Následující příklady provedení vynálezu slouží k jeho objasnění, aniž by jimi byl vynález, jakkoliv omezen.The following examples of embodiments of the invention serve to clarify it without limiting the invention in any way.

Přiklad 1Example 1

Forma pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků byla vytvořena ze směsi na bázi geopolymerního cementu, složeného z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu, v množství 1000 g. Další příměsí je 900 g alkalického aktivátoru tvořeného vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného, což činí 90 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu. Dále je přidán šamot v množství 100 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 2,5 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, a nakonec oxid křemičitý v množství 5 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu.The mold for casting metal elements and metal products was created from a mixture based on geopolymer cement, composed of an alumino-silicate binder based on metakaolin, in the amount of 1000 g. Another admixture is 900 g of an alkaline activator consisting of an aqueous solution of sodium or potassium silicate, which is 90% of the weight amount of geopolymer cement used. Next, fireclay is added in the amount of 100% of the weight of the geopolymer cement used, carbon microfibers with a diameter of 6 ±1 pm and a fiber length of 6 mm in the amount of 2.5% of the weight of the geopolymer cement used, and finally silicon dioxide in the amount of 5% of the weight of the geopolymer cement used.

Geopolymerní cement a aktivátor v poměru 1:0,9 byly pomalu míchány po dobu 5 minut. PoGeopolymer cement and activator in a ratio of 1:0.9 was mixed slowly for 5 minutes. After

- 2 CZ 2021 - 456 A3 uplynutí této doby byl přidán šamot, uhlíková vlákna a oxid křemičitý v uvedeném množství a směs byla míchána po dobu 5 minut při vysoké rychlosti. Pro odvzdušnění byla následně geopolymerní směs míchána po dobu 1 minuty při nízké rychlosti. Následně byla geopolymemí směs nalita do připravené separátorem pokryté formy spolu s uhlíkovou sítí o velikostí ok 10 mm příčně a 15 mm podélně. Nalitá geopolymerní směs do formy byla poté ještě odvětrána na vibrační plošině.- 2 CZ 2021 - 456 A3 after this time fireclay, carbon fibers and silicon dioxide were added in the specified amount and the mixture was stirred for 5 minutes at high speed. The geopolymer mixture was then stirred for 1 minute at low speed to deaerate. Subsequently, the geopolymer mixture was poured into a prepared form covered with a separator together with a carbon mesh with a mesh size of 10 mm transversely and 15 mm longitudinally. The geopolymer mixture poured into the mold was then vented on a vibrating platform.

Po zatvrdnutí geopolymerní směsi v připravené formě byla tato forma zabalena společně s obsahem směsi na bázi geopolymerního cementu do fólie a ponechána v klidu 48 hodin. Následně byla geopolymerní směs vyňata z připravené formy a znovu zabalena do fólie a ponechána 28 dní při pokojové teplotě, načež po vybalení geopolymerní směsi z fólie byla podrobena v průběhu šesti hodin postupnému navyšování teploty až na 900 °C a poté vypalována při teplotě 900 °C další tři hodiny. Následně byla teplota postupně snížena až na pokojovou teplotu.After the geopolymer mixture had hardened in the prepared form, this form was wrapped together with the contents of the geopolymer cement-based mixture in foil and left to rest for 48 hours. Subsequently, the geopolymer mixture was removed from the prepared form and re-wrapped in foil and left for 28 days at room temperature. another three hours. Subsequently, the temperature was gradually reduced to room temperature.

Výše uvedeným postupem byla připravena geopolymerní forma, představovaná vyjmutým odlitým geopolymerem, která byla následně použita jako geopolymerní forma pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků. Získaná geopolymemí forma byla rovněž použita pro testování struktury a hodnocení vlastností geopolymerního materiálu jako trvalé formy pro kovy.Using the above-mentioned procedure, a geopolymer mold was prepared, represented by the removed cast geopolymer, which was subsequently used as a geopolymer mold for casting metal elements and metal products. The obtained geopolymer mold was also used for testing the structure and evaluating the properties of the geopolymer material as a permanent mold for metals.

Měřením byly u tohoto vzorku zjištěny následující fyzikální vlastnosti: ohybová pevnost 9 MPa, tlaková pevnost 60 MPa, impaktní pevnost 15 kJ/m2, tepelná vodivost 0,54 W/mK, hustota 1809 kg/m3.By measuring, the following physical properties were found for this sample: bending strength 9 MPa, compressive strength 60 MPa, impact strength 15 kJ/m 2 , thermal conductivity 0.54 W/mK, density 1809 kg/m 3 .

Příklad 2Example 2

Výše uvedeným postupem byla připravena trvalá geopolymerní forma, která byla následně použita pro odlití zkušebního výrobku z litiny.A permanent geopolymer mold was prepared using the above-mentioned procedure, which was subsequently used to cast the cast iron test product.

Forma pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků byla vytvořena ze směsi na bázi geopolymerního cementu, složeného z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu a mleté vysokopecní granulované strusky v množství 1 000 g, které představuje stoprocentní použité množství geopolymemího cementu. Další příměsí je 900 g alkalického aktivátoru tvořeného vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného, což činí 90 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu. Dále je přidán šamot v množství 100 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 2,5 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, a nakonec oxid křemičitý v množství 5 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu.The mold for casting metal elements and metal products was created from a mixture based on geopolymer cement, consisting of an alumino-silicon binder based on metakaolin and ground blast furnace granulated slag in an amount of 1,000 g, which represents one hundred percent of the amount of geopolymer cement used. Another admixture is 900 g of an alkaline activator consisting of an aqueous solution of sodium or potassium silicate, which amounts to 90% of the weight of the amount of geopolymer cement used. Next, fireclay is added in the amount of 100% of the weight of the geopolymer cement used, carbon microfibers with a diameter of 6 ±1 pm and a fiber length of 6 mm in the amount of 2.5% of the weight of the geopolymer cement used, and finally silicon dioxide in the amount of 5% of the weight of the geopolymer cement used.

Další postup přípravy geopolymerní směsi a výroba geopolymerní trvalé formy je shodná s příkladem 1.The next procedure for the preparation of the geopolymer mixture and the production of the geopolymer permanent form is identical to example 1.

Příklad 3Example 3

Výše uvedeným postupem byla připravena forma, která byla následně použita pro výrobu zkušebního výrobku ze siluminu (slitina hliníku).Using the above-mentioned procedure, a mold was prepared, which was subsequently used for the production of a test product from silumin (aluminum alloy).

Forma pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků byla vytvořena ze směsi na bázi geopolymerního cementu, složeného z mleté vysokopecní granulované strusky a odletového popílku v množství 1000 g, které představuje stoprocentní použité množství geopolymerního cementu. Další příměsí je 900 g alkalického aktivátoru tvořeného vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného, což činí 90 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu. Dále je přidán šamot v množství 200 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 3,5 % hmotnosti použitého geopolymemího cementu, a nakonec oxid křemičitý v množství 7 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu.The mold for casting metal elements and metal products was created from a mixture based on geopolymer cement, consisting of ground blast furnace granulated slag and fly ash in the amount of 1000 g, which represents one hundred percent of the amount of geopolymer cement used. Another admixture is 900 g of an alkaline activator consisting of an aqueous solution of sodium or potassium silicate, which amounts to 90% of the weight of the amount of geopolymer cement used. Fireclay is added in an amount of 200% of the weight of the geopolymer cement used, carbon microfibers with a diameter of 6 ±1 pm and a fiber length of 6 mm in an amount of 3.5% of the weight of the geopolymer cement used, and finally silicon dioxide in an amount of 7% of the weight of the geopolymer cement used.

- 3 CZ 2021 - 456 A3- 3 CZ 2021 - 456 A3

Další postup přípravy geopolymerní směsi a výroba geopolymerní trvalé formy je shodná s příkladem 1.The next procedure for the preparation of the geopolymer mixture and the production of the geopolymer permanent form is identical to example 1.

Příklad 4Example 4

Výše uvedeným postupem byla připravena forma, která byla následně použita pro výrobu zkušebního výrobku ze slitiny mědi.A mold was prepared by the above-mentioned procedure, which was subsequently used for the production of a test product from a copper alloy.

Forma pro odlévání kovových prvků a kovových výrobků byla vytvořena ze směsi na bázi geopolymerního cementu, složeného z mleté vysokopecní granulované strusky a odletového popílku v množství 1000 g, které představuje stoprocentní použité množství geopolymerního cementu. Další příměsí je 900 g alkalického aktivátoru tvořeného vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného, což činí 90 % hmotnosti použitého množství geopolymerního cementu. Dále je přidán šamot v množství 200 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 3,5 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, a nakonec oxid křemičitý v množství 7 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu.The mold for casting metal elements and metal products was created from a mixture based on geopolymer cement, consisting of ground blast furnace granulated slag and fly ash in the amount of 1000 g, which represents one hundred percent of the amount of geopolymer cement used. Another admixture is 900 g of an alkaline activator consisting of an aqueous solution of sodium or potassium silicate, which amounts to 90% of the weight of the amount of geopolymer cement used. Next, fireclay is added in an amount of 200% of the weight of the geopolymer cement used, carbon microfibers with a diameter of 6 ±1 pm and a fiber length of 6 mm in an amount of 3.5% of the weight of the geopolymer cement used, and finally silicon dioxide in an amount of 7% of the weight of the geopolymer cement used.

Další postup přípravy geopolymerní směsi a výroba geopolymerní trvalé formy je shodná s příkladem 1.The next procedure for the preparation of the geopolymer mixture and the production of the geopolymer permanent form is identical to example 1.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Řešení podle vynálezu je možno využít pro výrobu trvalých geopolymerních forem použitelných pro odlévání kovů. Použité příměsi zlepšují fyzikální vlastnosti geopolymerních forem a umožňují snášet vyšší teploty při odlévání kovů, včetně těch s vysokou teplotou tání, například litiny.The solution according to the invention can be used for the production of permanent geopolymer forms usable for metal casting. The additives used improve the physical properties of the geopolymer forms and allow them to withstand higher temperatures when casting metals, including those with a high melting point, such as cast iron.

Claims (2)

1. Forma pro odlévání kovových prvků a výrobků, vytvořená ze směsi na bázi geopolymerního cementu, vyznačující se tím, že uvedená směs obsahuje geopolymerní cement složený z hlinitokřemičitého pojiva na bázi metakaolinu a/nebo mleté vysokopecní granulované strusky a/nebo odletového popílku ve zvoleném jednotkovém množství s dalšími příměsemi, kterými jsou alkalický aktivátor tvořený vodným roztokem křemičitanu sodného nebo draselného v množství tvořícím 65 až 112 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, šamot v množství 70 až 250 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, uhlíková mikrovlákna o průměru 6 ±1 pm a délkou vláken 6 mm v množství 1 až 4 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu, a oxid křemičitý v množství 2 až 8 % hmotnosti použitého geopolymerního cementu.1. A mold for casting metal elements and products, created from a mixture based on geopolymer cement, characterized in that said mixture contains geopolymer cement composed of an alumino-silicon binder based on metakaolin and/or ground blast furnace granulated slag and/or fly ash in the selected unit amount with other additives, which are an alkaline activator consisting of an aqueous solution of sodium or potassium silicate in an amount constituting 65 to 112% of the weight of the geopolymer cement used, fireclay in an amount of 70 to 250% of the weight of the geopolymer cement used, carbon microfibers with a diameter of 6 ±1 pm and a length 6 mm fibers in an amount of 1 to 4% of the weight of the geopolymeric cement used, and silicon dioxide in an amount of 2 to 8% of the weight of the geopolymeric cement used. 2. Způsob výroby formy pro odlévání kovových prvků a výrobků podle nároku 1, vyznačený tím, že geopolymerní cement ve směsi s alkalickým aktivátorem se pomalu míchá po dobu 5 -ti minut a po uplynutí této doby se přidá šamot, uhlíková vlákna a oxid křemičitý a tato směs se míchá po další dobu 5-ti minut při vysoké rychlosti, následně se takto vytvořená směs míchá po dobu jedné minuty při nízké rychlosti pro odvzdušnění směsi a nalije se do připravené formy, jejíž vnitřní povrch se pokryje separátorem spolu s uhlíkovou sítí s velikostmi ok 10 mm příčně a 15 mm podélně, a nalitá směs se poté ještě odvětrá na vibrační plošině, po zatvrdnutí směsi v připravené formě se tato forma zabalí do fólie a ponechá v klidu 48 hodin, následně se geopolymerní směs vyjme z připravené formy a zabalí do fólie a ponechá 28 dní při pokojové teplotě, načež se po vybalení z fólie tato geopolymerní směs podrobuje v průběhu šesti hodin postupnému navyšování teploty až na 900 °C, poté se vypaluje při teplotě 900 °C další tři hodiny a následně se teplota postupně sníží až na pokojovou teplotu.2. The method of manufacturing a mold for casting metal elements and products according to claim 1, characterized by the fact that geopolymer cement mixed with an alkaline activator is slowly mixed for 5 minutes and after this time fireclay, carbon fibers and silicon dioxide are added and this mixture is mixed for another 5 minutes at high speed, then the mixture thus formed is mixed for one minute at low speed to deaerate the mixture and is poured into the prepared mold, the inner surface of which is covered with a separator together with a carbon mesh with sizes mesh of 10 mm transversely and 15 mm lengthwise, and the poured mixture is then aired out on a vibrating platform, after the mixture has hardened in the prepared form, this form is wrapped in foil and left to rest for 48 hours, then the geopolymer mixture is removed from the prepared form and packed in film and left for 28 days at room temperature, after which, after unpacking from the film, this geopolymer mixture is subjected to a gradual increase in temperature up to 900 °C over the course of six hours, then it is fired at a temperature of 900 °C for another three hours and then the temperature is gradually reduced to to room temperature.
CZ2021-456A 2021-09-30 2021-09-30 A mould for casting metal elements and metal products and producing it CZ2021456A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-456A CZ2021456A3 (en) 2021-09-30 2021-09-30 A mould for casting metal elements and metal products and producing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2021-456A CZ2021456A3 (en) 2021-09-30 2021-09-30 A mould for casting metal elements and metal products and producing it

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ309569B6 CZ309569B6 (en) 2023-04-19
CZ2021456A3 true CZ2021456A3 (en) 2023-04-19

Family

ID=85986991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2021-456A CZ2021456A3 (en) 2021-09-30 2021-09-30 A mould for casting metal elements and metal products and producing it

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2021456A3 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB575734A (en) * 1943-07-26 1946-03-04 Clifford Shaw Improvements in or relating to moulds for casting of metals or metal alloys
US3196505A (en) * 1961-01-02 1965-07-27 Mo Och Domsjoe Ab Methods of making sand molds or cores for casting
DE4112701A1 (en) * 1991-04-18 1992-10-22 Dossmann Gmbh Eisengiesserei U METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING SAND CORE FOR METAL CASTING
GB0026902D0 (en) * 2000-11-03 2000-12-20 Foseco Int Machinable body and casting process

Also Published As

Publication number Publication date
CZ309569B6 (en) 2023-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Comrie et al. Composite cold ceramic geopolymer in a refractory application
Shaikh et al. Compressive strength of fly‐ash‐based geopolymer concrete at elevated temperatures
US3024125A (en) Cement composition
US20140047999A1 (en) Acid and high temperature resistant cement composites
NZ547756A (en) Geopolymer concrete and method of preparation and casting
Gomathi et al. Synthesis of geopolymer based class-F fly ash aggregates and its composite properties in concrete
Sarıdemir et al. Effect of high temperature, acid and sulfate on properties of alkali-activated lightweight aggregate concretes
Jeyaseela Study on workability and durability characteristics of self-compacting geopolymer concrete composites
Thirukumaran et al. Utilizing rice husk ash as a bio-waste material in geopolymer composites with aluminium oxide
PL226104B1 (en) Geopolymer material and method for manufacturing geopolymer material
CN114988735A (en) Method for preparing phosphoric acid-based polymer by using low-activity solid waste
US9539637B2 (en) Investment casting refractory material
Arasu et al. Experimental analysis of waste foundry sand in partial replacement of fine aggregate in concrete
Çelikten The influence of blast furnace slag content on the mechanical and durability properties of raw perlite-based geopolymer mortars
Vykoukal et al. GEOPOL®. the innovated environment friendly inorganic binder system
CN111718175A (en) CO (carbon monoxide)2Hardened inorganic binder and method for producing same
CZ2021456A3 (en) A mould for casting metal elements and metal products and producing it
CZ36829U1 (en) Mould for casting glass elements and glass products
Alnkaa et al. Performance evaluation and cost analysis of ternary blended geopolymers for sustainable built environment under different curing regimes
Sravani et al. Experimental study on partial replacement of fine aggregate with waste foundry sand in concrete
Bagci et al. Sustainable activation of pumice with partially variable substitutions of metakaolin and/or fumed silica
Jeyalakshmi et al. Fire related temperature resistance of fly ash based geopolymer mortar
US3784385A (en) Method of preparing mix for producing refractory gas concrete and the product obtained thereby
JPS6061138A (en) Production of collapsible core
JPH08157246A (en) Ceramic fine aggregate for concrete