DD140213A1 - Verfahren zur regulierten erstarrung anorganischer formstoffbinder - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischer Formstoffbinder für Gießereisandgemische mittels Alkali» Silikat, Härterfeststoffsubstanzen und einem Inhibitor. Mit der Erfindung wird bezweckt, unter Verwendung eines toxikologisch unbedenklichen und problemlos zu handhabenden Inhibitors kostengünstig und umweltfreundlich bei gleichzeitiger Gewährleistung der arbeitsschutztech» nischen Bestimmungen Gießereiformen und -kerne in hoher Qualität herzustellen. Das Wesen der erfinderischen·Aufgabe besteht darin, anorganische Formstoffbinder auf Dasis Alkalisilikat und Härterfeststoffsubstanzen unter Vermeidung des Einsatzes von Säure und unter Beibehaltung des Wasserglasmoduls reguliert erstarren zu lassen, indem unter Verwendung eines geeigneten Inhibitors die sofort einsetzende Abbindereaktion zwischen Alkalisilikat und Härterfeststoffsubstanzen in Gießereisandgemischen in Abhängigkeit von Gußsortiment und jeweiligem Formvolumen gezielt so gesteuert wird, daß ein vorzeitiges Erstarren des Formstoffes ausgeschlossen und vor dem Gießen eine erhöhte Formblockstabilität gewährleistet ist, danach jedoch eine Minderung der Druckfestigkeit ein

Description

ffitel der Erfindung

Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischer Formstoffbinder

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischer Formstoffbinder für Gießereisandgemische mittels Alkalisilikat, Härterfeststoffsubstanzen und einem Inhibitor· ^T

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Selbsthärtende Formstoffbinder für Gießereiformen und -kerne auf Basis Alkalisilikat sind seit langem im Einsatz· Neben der beim COp - Verfahren als Härtemittel eingesetzten Kohlensäure, die den'Erstarrungsprozeß bekanntlich unter Bildung von Kieselsäuregel und gleichzeitiger Wasserabspaltung herbeiführt, finden auch eine Reihe anderer flüssiger oder pulverförmiger Zusätze als Härter Verwendung ₀

Als bekannteste sind hier dikalziumsilikathaltige Substanzen, wie Ferrochromschlacke, Nephelinschlamm, Zemente oder auch Metallsilizid.e zu nennen· Diese besitzen jedoch die wesentlichen Nachteile, daß sie den Abbindevorgang, der teilweise schon im Mischwerkzeug einsetzt, außerordentlich beschleunigen und darüber hinaus im Formstoff zu Festigkeiten führen, die sich auf den nach dem Gießen angestrebten leichten Zerfall ungünstig, auswirken» Zur Beseitigung dieser Mangel wurde deshalb viel.experimentiert« Versuche, die Zugabemengen der Härtersubstanzen zu reduzieren, scheiterten daran, daß zwar be-

friedigende Zerfallseigenschaften zu erzielen waren, die jedoch mit einer verminderten Formblockstabilität vor dem Gießen erkauft werden mußten· Auch der Zusatz von Zerfallsförderern» wie Zucker, Dextrin, Stärke, Holzmehl, Kohlenstaub o· ä# brachte bisher nur bedingt Erfolge », .

Die Mittelgußfertigung, d· h· die Fertigung .von Guß*- sortimenten, die sich im Stückmassebereich von etwa 100 bis 3000 kg bewegt, erfordert beispielsweise für die manuelle bzw· mechanisierte Herstellung der mitunter sehr fornistoffintensiven Gießformen Formstoffbinder, die möglichst kostengünstig, umweltfreundlich und problemlos in ihrer Handhabung sind und je nach Arbeitsaufwand für die Formherstellung auf unterschiedliche Aushärtezeiten eingestellt werden können«. Wasserglasbinder kommen diesen Erfordernissen zwar weitestgehend entgegen, bedürfen aber bei Verwendung genannter Härterfeststoffsubstanzen hinsichtlich unterschiedlicher Aushärtezeiten stets eines inhibierenden Zusatzes. In HU-PS 166 575 wurde dazu vorge« schlagen, Wasserglas-Zement-Formstoffgemischen zur Verzögerung der sofort einsetzenden Abbindereaktion konzentrierte Phosphorsäure zuzugeben* Die mit dem Einsatz der Säure erzielte Verzögerungsentwicklung war ausreichend, beinhaltete aber eine Reihe von Arbeitsschutzproblemeru Da die Handhabung konzentrierter Säuren, ungeachtet der. zusätzlich auftretenden Umweltbelastungen, unter Produktionsbedingungen stets einen Risikofaktor darstellt, zu dessen Entschärfung es nicht unerheblich aufwendiger Sicherheitsvorkehrungen bedarfg ist die Anwendung von Phosphorsäure in der genann«* ten Form als Inhibitor arbeitsschutztechnisch abzulehnen«» Hervorzuheben ist dabei das Problem der Bevorratung sowie die unmittelbare Kontaktnahme durch das Personal, wobei in der Vergangenheit neben auftretenden Allergien speziell in den Gießereien immer häufiger eine gewisse Aversion gegen die Verarbeitung bzw« den Umgang mit Säuren anzutreffen iste

Damit ist eine Besserung des unbefriedigenden Sustandes, über keine geeignete in vorgenanntem Zusammenhang die Aushärtegeschwindigkeit regulierende Komponente verfügen zu können, noch immer nicht gegeben·

Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung wird bezweckt, ein Verfahren zu schaffen, welches ermöglicht, durch eine regulierte Erstarrung anor~ ganischer Formstoffbinder unter Verwendung eines toxikologisch unbedenklichen und problemlos zu handhabenden Inhibitors kostengünstig und umweltfreundlich bei gleichzeitiger Gewährleistung der arbeitsschutztechnischen Bestimmungen bei der Kontaktnahme durch das Personal auch formstoffintensive Gießereiformen und -kerne in hoher Qualität herzustellen«

Ί5 Darlegung des Wesens der Erfindung

Das Wesen der erfinderischen Aufgabe besteht darin₉ mittels eines bestimmten Verfahrens gegenüber herkömmlichen zu ermöglichen, anorganische Formstoffhinder auf.Basis Alkali« Silikat und Härterfeststoffsubstanzen unter Vermeidung des Einsatzes von Säure und unter Beibehaltung des Wasserglasmoduls reguliert erstarren zu lassen, indem unter Verwendung eines geeigneten Inhibitors die sofort einsetzende Abbindereaktion zwischen Alkalisilikat und Härterfestsubstanz in Gießereisandgemischen in Abhängigkeit von Gußsortiment und jeweiligem Formvolumen gezielt so gesteuert wird, daß • .. ein vorzeitiges Erstarren des Formstoffes ausgeschlossen , und vor dem Gießen eine erhöhte Formblockstabiiität gewähr» leistet ist, danach jedoch eine Minderung der Druckfestigkei eintritt© . '

Das erfindungsgemäße Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischere Formstoffbinder für Gießereisandgemische • mittels Alkalisilikat, Härterfeststoffsubstanzen und einem Inhibitor beruht darauf, daß .unge-waschonera und trockenem^ über einen vorbestimmten Zeitraum mit Zement homogen ver**·

mengtem, schlämmst of fhaltigem Quarzsand unter fortgesetztem Mischen phosphationeninhibiertes Natriumsilikat zugegeben wird, welches in Abhängigkeit vom gewünschten Erstarrungsintervall des Formstoffbinders zuvor durch Zusatz von Alkaliorthophosphate vorzugsweise Natriumdihy« drogenphosphat der Formel NaH^PO^ * H₂O (oder 2 H₂O) und/ oder Mnatriutnhydrogenphosphat der Formel Na₂HPO^ »12 H₂O eine strukturelle Korrektur erhalten hat» Dabei hat sich gezeigt, daß anstelle von Zement auch andere Härterfest-

Ί0 stoffsubstanzen₅ insbesondere Kalziumsulfat in Form von Selenitg Anhydrit, Polyhalitj Sygenit sowie Glaub er it und/ oder Dikalziumsilikat und/oder Metallsilizid und/oder Hüttenschlacke ₉ Verwendung finden können,, deren Reaktions*« verhalten in Verbindung mit Natriumsilikat etwa.dem des

Zements entspricht« . .

Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn sich die Anteile Quarzsand mit einem Schlämsstoffgehalt bis 1,5 % und Härter« feststoffsubstanzen zueinander etwa wie 1s1₉09 · 10 bis . 1*4-93? * 10 verhalten und zunächst über einen Zeitraum vonii- 30 s homogen vermengt weTden_$ bevor der Zusatz des phosphationeninhibierten Natriumsilikats in einem Verhältnis

"~2 von Quarzsand zu Natriumsilikat von 1s7$52 · 10 bis 1s14_s99 · 10""² erfolgt j wobei der Natriumorthophosphatgelialt im Natriunisilikat etwa 0,1 bis 2,0 % beträgt β Darüber hinaus hat es sich als positiv erwiesen, wenn das strukturkorrigierte Natriumsilikat- ein Molverhältnis von Ha₂O su SiO₂ gleich 1_S8 bis 3₈O_S vorzugsweise 2_$M- bis 2₅6₉ bei einer gleichzeitigen Dichte· von 1,30 bis I₅45 kg/dnr ' aufweist und anstelle von Natriumorthbphosphat mit Phosphor-' pent oxid der Formel PpOr versetzt-wird.· Nach Erkennen der. Problematik des Umgangs mit konzentrierter Phosphorsäure im Gießereibetrieb war zunächst versucht worden, auf deren handelsübliche Derivate Superphosphat und Doppelsuperphos«» phö.t .auszuweichen«· Diese Versuche verliefen jedoch, negativ

und schlugen völlig fehl«

Die Zusammenhänge des Reaktionsverlaufes in Bezug auf die inhibierende Einflußnahme von Phosphorsäure bei Alkalisilikat ist bisher nicht genau bekannt» Bekannt ist nur, daß Phosphorsäure im Gegensatz au anderen Säuren, z« B* Essigsäure, welche Alkalisilikat nahezu schlagartig verfestigen läßt, als einzige eine Abbindeverzögerung herbeiführt» Weder aus der Fachliteratur noch aus der Praxis waren bis-

ΊΟ her Verfahren zu. ermitteln, welche den Einsatz analoger Derivate vorsehen, die die beschriebene vorteilhafte Wirkung eintreten lassen· In RO-PS 51 778 ist zwar die Anwendung eines Vertreters des Natriumpolyphosphats, das Natriumtriphosphat mit der Formel Na^-P^O,..,, bei Wasserglas-Zement-Formstoffgemischen erwähnt«. Dem Natriumtriphosphat ist hier jedoch in Verbindung mit einem Alkylarylsulfondetergenten die technische Aufgabenstellung einer Verbesserung des Fließvermögens der Formstoffmi- " schlingen zugeordnet·

Völlig überraschend stellte sich nun heraus, daß es entgegen allen bisherigen Erfahrungen möglich ist, mittels spezieller Phosphate, nämlich primärem und sekundärem liatriumphosphat, die durch die jeweilige verwendete Härterfest st off komponente vorgegebene Erstarrungsgeschwindigkeit des Binders Natriumsilikat durch eine Veränderung seiner Struktur wahlweise zu verzögern«, Diese Strukturveränderung geschieht dadurch₉ daß infolge Zusatzes von Natriumdihy~ drogenphosphat und/oder Dinatriumhydrogenphosphat zum EFatriumsilikat in diesem eine P07~- bzw® HPO^T*«· Ionenkonzentration bewirkt wird, die ihrerseits das Bindemittel inhibiert und damit zu der erwünschten reaktionsverzögernden Wirkung führt· Wie herausgefunden wurde, ν bleibt jedoch die angestrebte reaktionsverzögernde Wirkung aus, wenn die Strukturveränderung des Natriumsilikats entweder mittels tertiärem Natriumphosphat oder auch einem der Vertreter der Natriumpolyphosphate einzustellen ver-

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sucht wird« Gleichermaßen wirkungslos erweist sich jede ΡθΤ"Ξ bzwV HPCC""«- Ionenkonzentration im Bindemittel, wenn sich zugleich die Anwesenheit von die inhibierende Wirkung ausschließende Kalziumionen nachweisen läßt· Damit ist erkennbar, daß auch Phosphate auf Kalziumbasis nicht zum gewünschten Erfolg führen können«

Die Vorteile des Verfahrens bestehen darin, daß die als Inhibitor eingesetzten speziellen Salze der Phosphorsäure hinsichtlich ihrer Verarbeitung keinen besonderen Be-Stimmungen unterliegen, ungefährlich sowie ungiftig sind und leicht wasserlöslich sich gut mit Alkalisilikat mischen lassen* Des weiteren gestatten diese die Beibehältung des Wasserglasmoduls, der im Gegensatz bei Verwendung von Phosphorsäure stets durch Natriumhydroxid einer Beein« flussung bedarf und damit die Steuerbarkeit der Verzögerung erheblich beeinträchtigt« Neben der durch Anwendung dieser Phosphate gegebenen Möglichkeit, die Erstarrungs« zeiten von alkalisilikatgebundenen Formstoffen in weiten Grenzen zu variieren, ist gleichzeitig ein verbesserter Zerfall nach, dem Gießen und somit auch eine Verringerung des Putzaufwandes zu verzeichnen« Als weitere Vorteile zu nennen sind sowohl die ausgesprochene Regenerierungsfreund»= lichkelt als auch die Unbedenklichkeit bei der Verhaldung der Altsandfraktionen\e

AusführungsbeispieX .

Die Erfindung soll nachstehend an drei Ausführungsbeispie« !en näher erläutert werden«

Beispiel 1s

3000 g»jeines ungewaschenen trockenen Quarzsandes mit einem Schlämmstoffgehalt von 1 % und einer mittleren Korngröße von 0,28 mm wurden 131 g Zement zugegeben und 45 s vorge-, · mischte Anschließend erfolgte unter fortgesetztem Mischen

der Zusatz von 22p g Binderflüssigkeit, die aus Natriumsilikat, Wasser und 0,2 % Natriumorthophosphat, bezogen auf das Natriumsilikat, bestand·

Aus dieser Formstoffmischung wurden zylindrische Probekörper von 50 mm Durchmesser hergestellt· Die Mischung war 10 min verarbeitungsfähig«' Nach 45 min wiesen die Probekörper eine Druckfestigkeit von »0,18 MPa und nach zwei Stunden eine Druckfestigkeit von 0,5 MPa auf»

Beispiel 2: .

3000 g eines ungewaschenen trockenen Quarzsandes mit . einem Schlämmstoffgehalt von 1,2 % und einer mittleren Korngröße von 0,28 mm wurden 32,5 S gemahlener Anhydrit zugesetzt und 45 s vorgemischt· Unter sich anschließendem fortgesetztem Mischen erfolgte die Zugabe von 222 g Binderflüssigkeit}' bestehend aus Natriumsilikat mit einem Malverhältnis SiO₅ : Na₅O von 2,5> einer Dichte von 1,40 kg/dnr* und einem P0O5 ^m Gehalt von 0,8 %, bezogen auf das Natriumsilikate Diese Mischung war 11 min verarbeitungsfähige Die an den Probekörpern durchgeführten Druckfestigkeitsuntersuchungen zeigten Werte nach 30 min von 0,15 MPa und nach drei Stunden von 0,72 MPa.· Die gemessene Gasdurchlässigkeit betrug 240 Einheiten»

Beispiel 3:

Auf einer Anlage zur mechanisierten Herstellung von Ker~» nen_? deren bestimmendes Aggregat ein kontinuierlicher ' Durchlaufmischer ist, wurden 52 Kerne mit einera Volumen von 1,2 bis 85O am? hergestellt© Die Formstoffmischung dazu enthielt folgende Komponenten«

3OOO g trockenen Quarzsand mit einem Schlammstoffgehalt von 1 % und einer mittleren Korngröße von 0,28 mm_?

65 g gemahlenen Anhydrit$ 222 g. Natriumsiiikat mit einem P_p0n ~ Gehalt von 0,8 %·

"

Die Verarbeitbarkeitsdauer des Förmstoffgemisches betrug 2 min bei analogen Festigkeitswerten zum Beispiel 2v

Claims (3)

- 8 Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischer Formstoffbinder für Gießereisandgemische mittels Alkalisilikat, Härterfeststoffsubstanzen und einem Inhibitor, gekennzeichnet dadurch, daß ungewaschenem und trockenem, über einen vorbestimmten Zeitraum mit Zement homogen vermengtem, Schlämmstoffhaltigem Quarzsand unter fortgesetztem Mischen phosphat!oneninhibiertes Natriumsilikat zugegeben wird, welches in Abhängigkeit vom gewünschten Erstarrungsintervall des Formstoffbinders zuvor durch Zusatz von Alkaliorthophosphat, vor-• zugsweise Natriumdihydrogenphosphat der Formel NaH₂PO₂, · HgO (oder 2 HpO) und/oder Dinatriumhydrogenphosphat der Formel Na₂HPOj, »12 H₂O eine strukturelle Korrektur erhalten hat»

2· Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischer Forinstoffbinder nach Punkt 1_S gekennzeichnet dadurch, daß anstelle von Zement Härterfeststoffsubstanzen, insbesondere Kalziumsulfat in Form von Selenit, Anhydrit, Poly« haut, Sygenit sowie Glauberit und/oder Dikalziumsilikat und/oder Metallsilizid und/oder Hüttenschlacke Verwendung finden, deren Reaktionsverhalten in Verbindung mit Natriumsilikat etwa dem des Zements entspricht·

3« Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischer Formest off binder nach Punkt 1 und 2_S gekennzeichnet dadurch^ daß sich die Anteile Quarzsand mit einem Schlämmstoffgehalt bis 1_t5 % und Härterfeststoffsubstanzen zueinander etwa wie 1 * 1,09 · 10""² bis 1 : 4^37 * 10~² verhalten und zunächst über einen Zeitraum γοη^*· 30 s homogen ver*·* mengt v/erden, bevor der Zusatz des phosphat!oneninhibierten Natriumsilikats in einem Verhältnis von Quarzsand zu Natriumsilikat von 1 s 7_g52 · 10~² bis 1 : 14,99 · 10~² erfolgtt wobei der Natriumorthophosphatgehalt im Natriumsilikat etwa O₉I bis 2_s0 % beträgt*

Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischer Formstoffbinder nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß das strukturkorrigierte Natriumsilikat ein Molverhältnis von XTapO zu SiO₂ gleich 1,8 bis 3,o, vorzugsweise 2,4- bis 2,6, bei einer gleichzeitigen Dichte von 1,30 bis 1,45 kg/dnr aufweist und anstelle von Natriumorthophosphat mit Phosphorpentoxid der mel P₂°5 ^^e^^se^^z^ wird*