DD213369B1

DD213369B1 - coating material

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Publication number: DD213369B1
Authority: DD
Publication date: 1987-02-04

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Überzugsstoff mit speziellen feuerfesten Füllstoffen zur Anwendung in der metallurgischen und Gießereiindustrie zur Beschichtung von Formen, Werkzeugen, Gießereimodellen, Masseln, Kokillen u. a. Bauteilen unterschiedlichster Werkstoffart.The invention relates to a coating material with special refractory fillers for use in the metallurgical and foundry industry for coating molds, tools, foundry models, pigs, molds u. a. Components of different material types.

Der Begriff Überzugsstoff beinhaltet in dieser Komplexität, also z. B. Form- oder Kernüberzüge, Modellaufgieß- oder Anlegemassen, Feingußsuspension u.a. Anwendungsfälle in der metallurgischen und Gießereiindustrie.The term coating material includes in this complexity, so z. As molding or core coatings, Modellaufgieß- or Anlegemassen, Feingußsuspension u.a. Use cases in the metallurgical and foundry industry.

Characteristic of the known technical solutions

Überzugsstoffe mit feuerfesten Füllstoffen werden insbesondere in der Gießerei- bzw. metallurgischen Industrie in steigendem Ausmaß angewendet. Sie enthalten Lösungs- und Bindemittel, spezielle Hilfsstoffe sowie als wesentlichsten Bestandteil feuerfeste, feinkörnige Füllstoffe z. B. auf der Basis Graphit und/oder Quarzmehl.Coating materials with refractory fillers are being used increasingly in the foundry and metallurgical industries. They contain solvents and binders, special auxiliaries and, as the most essential ingredient, refractory, fine-grained fillers, for example. B. based on graphite and / or quartz flour.

Die Anwendungsbreite der Überzugsstoffe ist unmittelbar abhängig von den Eigenschaften des eingesetzten Füllstoffes und dem konkreten thermisch-mechanischen Belastungs- und Anwendungsfall des Überzugsstoffes. Insbesondere bei der Herstellung von Gußstücken aus Stahl ist die Anwendung von reinen Graphit- oder Quarzmehl-Überzugsstoffen sowie auch ihre Kombination auf ein geringfügiges Anwendungsgebiet beschränkt. Dies hängt bekanntermaßen von den komplexen technologischen sowie chemisch-physikalischen Eigenschaften dieser Überzugsstoffe einerseits und denen des zu beschichtenden Werkstoffes andererseits ab.The range of application of the coating materials is directly dependent on the properties of the filler used and the specific thermal-mechanical load and application of the coating material. In particular, in the production of castings made of steel, the use of pure graphite or quartz powder coating materials as well as their combination is limited to a minor field of application. As is known, this depends on the complex technological and chemical-physical properties of these coating materials on the one hand and those of the material to be coated on the other hand.

Quarzmehl neigt auf Grund seines chemisch sauren Charakters sowie seiner physikalisch hohen Oberflächenenergie, die im Ergebnis des Herstellungs- bzw. Vermahlungsprozesses dem Quarzkorn aufgeprägt wird, zu einer großen Reaktionsfreudigkeit mit heißen Metallen insbesondere Eisen-Kohlenstoff-Legierungen (SU-PS 94813). Weitere Legierungszusätze z. B. Mangan verstärken diesen Effekt und machen die Anwendung dieses billigen Feuerfeststoffes unmöglich. (Gartazar, J. L. de, Fundicion Nr. 65,1965)Due to its chemically acidic character and its physically high surface energy, which is imparted to the quartz grain as a result of the production or grinding process, quartz powder has a high reactivity with hot metals, in particular iron-carbon alloys (SU-PS 94813). Other alloying additives z. As manganese strengthen this effect and make the application of this cheap refractory impossible. (Gartazar, J.L. de, Fundicion No. 65,1965)

Graphit wird als Bestandteil von Überzugsstoffen insbesondere zur Herstellung von Gußeisen sehr häufig angewendet (DDR-PS 39108). Durch die Bildung von Glanzkohlenstoff wird eine chemische Atmosphäre geschaffen, die die Reaktion bzw. Benetzung der Formoberfläche mit dem heißen Gießmetall verhindert. Bei der Herstellung von Stahlgußstücken ist die Anwendung von reinen Graphit-Überzugsstoffen jedoch aus verschiedenen Gründen begrenzt. Insbesondere bei Formen mit großer Oberflächenrauhigkeit z. B. bei chemisch härtenden rieselfähigen Formstoffen ist infolge geringerer Packungsdichte als bei Verdichtungsformstoffen durch Graphit allein der Verschluß der Poren, d.h. das Schlichten der Form nicht möglich, so daß Penetrationserscheinungen die Fertigung unmöglich machen.Graphite is used very often as a constituent of coating materials, in particular for the production of cast iron (DDR-PS 39108). The formation of lustrous carbon creates a chemical atmosphere that prevents the reaction or wetting of the mold surface with the hot cast metal. However, in the manufacture of steel castings, the use of pure graphite overlay materials is limited for a variety of reasons. In particular, in forms with high surface roughness z. B. in chemically curing free-flowing molding materials due to lower packing density than compression molding materials by graphite alone, the closure of the pores, i. the sizing of the mold is not possible, so that penetration phenomena make production impossible.

Eine weitere Ursache der begrenzten Anwendungsbreite von graphithaltigen Überzugsstoffen insbesondere bei der Stahlgußfertigung, ist ihre hohe Gaszahl, die zu Blasenbildung im Guß führen kann.Another cause of the limited range of application of graphite-containing coating materials, especially in the steel casting, is their high gas count, which can lead to blistering in the casting.

Die Kombination von Quarzmehl mit Graphit ist ebenfalls bekannt. Die DDR-PS 45261 beschreibt eine Schwärze auf der Basis von Graphit, Quarzmehl und Ton. Das angegebene Verhältnis Graphit zu Quarzmehl beträgt vorzugsweise 2:1. Dieser Überzug ist jedoch nur bei der Gußeisenfertigung anwendbar, wie durchgeführte Untersuchungen zeigen, da die Kombination der Feuerfeststoffe Graphit und Quarzmehl ihre Nachteile nicht aufhebt. Bei der Herstellung von Gußstücken aus Stahl begrenzt die hohe Gaszahl des Graphits die Anwendungsbreite, da bei gleichzeitiger Anwendung von Quarzmehl die Poren der Form dicht verschlossen werden und damit die Gasdurchlässigkeit der Formoberfläche bis zum Zehnfachen verringert werden kann. Weiterhin unterdrückt der Zusatz von Graphit nicht grundlegend die Reaktionsfreudigkeit des Quarzmehles mit dem flüssigen Stahl. Die Fertigung ist aus diesem Grund ebenfalls nur begrenzt möglich, z.B. für thermisch gering belastete Formen aus Verdichtungsformstoffen und für unlegierte Gußmarken.The combination of quartz flour with graphite is also known. The DDR-PS 45261 describes a blackness on the basis of graphite, quartz powder and clay. The stated ratio of graphite to quartz powder is preferably 2: 1. However, this coating is only applicable to the production of cast iron, as conducted studies show that the combination of the refractory graphite and quartz powder does not offset their disadvantages. In the production of castings made of steel, the high gas count of graphite limits the scope of application, since the simultaneous use of quartz powder, the pores of the mold are sealed, and thus the gas permeability of the mold surface can be reduced up to ten times. Furthermore, the addition of graphite does not fundamentally suppress the reactivity of the quartz flour with the liquid steel. For this reason, production is also limited, e.g. for thermally low loaded molds made from compression molding materials and for unalloyed cast marks.

Bei der Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen ist die Kombination von Quarzmehl und Graphit nicht in jeder Mengenrelation möglich. Da die Aufgabe des Graphits darin besteht, die Reaktion des flüssigen Gußeisens mit der Quarzsandform zu verhindern, wirkt der Zusatz von pulverförmigen, oberflächenaktiven Quarzteilchen zu Graphitschwärzen der Lösung dieser Aufgabe entgegen. In Abhängigkeit von der Feinheit des Quarzmehles und seines oberflächenaktiven Zustandes sowie der durch Graphit oder andere Kohlenstoffträger entstehenden Menge an Glanzkohlenstoff ist die Kombination von Graphit zu Quarzmehl bis zu einem Mengenbereich von 2:1 möglich. Wird der Quarzmehlanteil weiter erhöht, treten in proportionaler Wirkung Ansinterungen und in schweren Fällen Eisendiffussionserscheinungen in den Formgrundstoff auf. Ein umgekehrtes Mengenverhältnis von Graphit zu Quarzmehl von 1:2 bis 1:10 ist derzeit nicht realisierbar.In the production of cast iron castings, the combination of quartz flour and graphite is not possible in any quantity relationship. Since the task of the graphite is to prevent the reaction of the molten cast iron with the quartz sand mold, the addition of powdered, surface-active quartz particles to graphite blacks counteracts the solution to this problem. Depending on the fineness of the quartz meal and its surface-active state as well as the amount of lustrous carbon produced by graphite or other carbon carriers, the combination of graphite to quartz flour is possible up to a quantity range of 2: 1. If the proportion of quartz powder is further increased, sintering occurs in proportional effect and, in severe cases, iron diffusion phenomena occur in the molding base material. An inverse ratio of graphite to quartz powder of 1: 2 to 1:10 is currently not feasible.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, diese Nachteile zu vermeiden.The aim of the invention is therefore to avoid these disadvantages.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Überzugsstoff auf der Basis von Quarzmehl für sich allein oder in Verbindung mit Glanzkohlenstoffträgern vorzugsweise Graphit zu schaffen, der die bisherigen Nachteile vermeidet und das Anwendungsgebiet grundlegend erweitert, indem die mechanischen Eigenschaften des Überzuges wie die Dichte und Dicke, die Gleit- und Verdichtungsfähigkeit des Überzugsstoffes erhöht und verbessert werden und die chemisch-physikalischen Feuerfesteigenschaften der Füllstoffe derartig verändert werden, daß die Reaktionsfähigkeit des feuerfesten Überzuges mit dem heißen Metall erheblich eingeschränkt ist.The invention has for its object to provide a coating material based on quartz powder alone or in conjunction with lustrous carbon, preferably graphite, which avoids the previous disadvantages and extends the field of application fundamentally by the mechanical properties of the coating such as the density and thickness, the lubricity and compaction ability of the coating material are increased and improved, and the chemical-physical refractory properties of the fillers are changed such that the reactivity of the refractory coating with the hot metal is considerably limited.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erfüllt, daß der Überzugsstoff als feuerfester Füllstoff mit oder/ohne einem Anteil an Glanzkohlenstoffträgern vorzugsweise Graphit ein Feuerfeststoffgemisch aus Titandioxid und Quarzsand bzw. -mehl enthält, das durch eine bestimmte chemische Zusammensetzung und granulometrische Struktur charakterisiert ist. Überzugsstoffe mit einem derartigen titandioxidhaltigen Füllstoff sind durch eine Anzahl neuer bzw. verbesserter Eigenschaften und damit einer erheblich größeren Anwendungsbreite gekennzeichnet. Der definierte Zusatz von Titandioxid sichert eine erhöhte Packungsdichte des aufgetragenen und verfestigten Überzuges. Dies ist einerseits durch die physikalisch verschiedenen Dichten von TiO₂, SiO₂ und Graphit und andererseits durch die erheblich verbesserte Deck-, Gleit- und Verdichtungsfähigkeit infolge desTiO₂-Zusatzes bedingt. Weiterhin wurdefestgestellt, daß Überzugsstoffe mit einem derartigen Füllstoff im Gegensatz zu üblichen Quarzmehl- oder Quarzmehl/Graphit-Überzugsstoffen durch eine äußerst geringe Reaktionsfähigkeit in der Grenzfläche Metall-Überzugsstoff gekennzeichnet sind und somit verbesserte Feuerfesteigenschaften aufweisen. Insgesamt ist es bei Anwendung des erfindungsgemäßen Überzugsstoffes möglich, Anwendungsbreite und Sicherheit gegenüber herkömmlichem Quarzmehl oder Quarzmehl/Graphit-Überzugsstoffen so zu erhöhen, daß beispielsweise bei der Herstellung von Gußstücken aus Gußeisen der Anteil vom hochwertigen Gießereigraphit oder anderen Glanzkohlenstoffträgern bis zu 95% durch ein titandioxidhaltiges Quarzmehl ersetzt werden kann. Bei der Herstellung von Gußstücken aus Stahlguß ermöglicht die Anwendung derartiger Überzugsstoffe die vollständige oder teilweise Substitution von im Stahlgußsektor üblichen Feuerfeststoffen wie Zirkonsilikat oder Korund.This object is achieved in that the coating material as a refractory filler with or without a share of lustrous carbon supports preferably graphite contains a refractory mixture of titanium dioxide and quartz sand or flour, which is characterized by a particular chemical composition and granulometric structure. Coating materials with such a titania-containing filler are characterized by a number of new or improved properties and thus a considerably wider range of applications. The defined addition of titanium dioxide ensures an increased packing density of the applied and solidified coating. This is due, on the one hand, to the physically different densities of TiO ₂ , SiO ₂ and graphite and, on the other hand, to the significantly improved covering, sliding and compaction capability as a result of the TiO ₂ addition. Furthermore, it has been found that coating materials with such a filler are characterized by extremely low reactivity in the metal-coating interface, and thus have improved refractory properties, in contrast to conventional silica flour or silica flour / graphite coating materials. Overall, it is possible with the application of the coating material according to the invention to increase application breadth and safety over conventional quartz powder or silica flour / graphite coating materials so that, for example, in the production of cast iron castings, the proportion of high-quality foundry graphite or other lustrous carbon carriers up to 95% by a titandioxidhaltiges Quartz flour can be replaced. In the production of castings from cast steel, the use of such coating materials allows the complete or partial substitution of common in the steel casting sector refractories such as zirconium silicate or corundum.

embodiment

I.BeispielI.Beispiel

Eine herkömmliche Stahlgußschlichte besteht aus 70% Korund- oderZirkonsilikatmehl 3% Kolophonium 2% Benton 25% Spiritus (Angaben in Ma.-%)A conventional cast steel sizing consists of 70% corundum or zirconium silicate 3% rosin 2% benton 25% spirit (in% by mass)

Mit Anwendung des nachfolgenden erfindungsgemäßen Überzugsstoffes gelingt die Substitution der Feuerfeststoffe Zirkonsilikat oder Korundmehl.With the application of the following inventive coating material succeeds the substitution of the refractory zirconium silicate or corundum.

70% Feuerfeststoffgemisch der Zusammensetzung 2,5% TiO₂-MeM und 97,5% Quarzmehl 3% Kolophonium 1,5% Benton 25,5% Spiritus (Angaben in Ma.-%)70% refractory mixture of the composition 2.5% TiO ₂ -MeM and 97.5% quartz flour 3% rosin 1.5% benton 25.5% spirit (in% by mass)

2. Beispiel2nd example

Zur Oberflächenverfestigung und Glättung einer Gießereiform kann anhydrolisiertes Äthylsilikat verwendet werden, wenn es aufgetragen und durch Abbrennen des Lösungsmittels verfestigt wird. Wird ein erfindungsgemäßer Überzugsstoff der ZusammensetzungFor surface hardening and smoothing of a foundry mold, anhydrolyzed ethyl silicate may be used when applied and solidified by burning off the solvent. If an inventive coating material of the composition

5% Feuerfeststoffgemisch bestehend aus 15%TiO₂- und 85% Quarzmehl 5% Gießereigraphit5% refractory mixture consisting of 15% TiO ₂ and 85% quartz flour 5% foundry graphite

30% anhydrolisiertes Äthylsilikat30% anhydrolyzed ethyl silicate

60% Spiritus60% alcohol

(Angaben in Ma.-%)(Data in% by mass)

erhält der Überzug eine größere Härte und Dichte und schützt somit die Gießform besser vor chemisch-physikalischen Reaktionen mit dem flüssigen Gießmetall.gives the coating a greater hardness and density and thus protects the mold better against chemical-physical reactions with the liquid casting metal.

3. Beispiel3rd example

Eine herkömmliche Schwärze für Gußeisen besteht aus 50% Gießereigraphit 3% Silikonharzlösung 47% SpiritusA conventional blackness for cast iron consists of 50% foundry graphite 3% silicone resin solution 47% spirit

Durch Anwendung eines erfindungsgemäßen Überzugsstoffes der Zusammensetzung 25% GießereigraphitBy applying a coating composition according to the invention the composition 25% foundry graphite

25% Feuerfeststoffgemisch aus 15% TiO₂- und 85% Quarzmehl 3% Silikonharzlösung 1 % Benton 46% Spiritus25% refractory mixture of 15% TiO ₂ and 85% quartz flour 3% silicone resin solution 1% benton 46% spirit

werden die Packungsdichte, die mögliche Dicke des aufgetragenen Überzugsstoffes und damit der Penetrations- und Erosionswiderstand des Überzugsstoffes wesentlich erhöht.The packing density, the possible thickness of the applied coating material and thus the penetration and erosion resistance of the coating material are substantially increased.

Claims

1. A coating material consisting of refractory fillers with or without graphite additive and a binder / solvent system, characterized in that it contains as a refractory filler a refractory mixture of titanium dioxide and quartz powder / quartz sand of the following chemical composition:

2.5-15% titanium dioxide

97.5-85% quartz sand or quartz flour

2. coating material according to item 1, characterized in that the proportion of the refractory mixture based on the total composition of the coating material is 5-70 wt .-%.