DE102005043754A1

DE102005043754A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kernformlingen für die Gießereitechnik

Info

Publication number: DE102005043754A1
Application number: DE200510043754
Authority: DE
Inventors: Ralf-Joachim Gerlach
Original assignee: Minelco GmbH
Current assignee: Gerlach Ralf-Joachim De
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: DE102005043754B4

Abstract

Zur Herstellung von Kernformlingen für die Gießereitechnik wird ein Sand-Binder-Gemisch aus einem anorganischen feuerfesten Formsand und einem anorganischen Bindemittel hergestellt, das Sand-Binder-Gemisch wird in einen kalten Kernkasten eingefüllt, das in dem Gemisch enthaltene Wasser so weit entzogen, bis die für einen Grünling erforderliche Grünfestigkeit erreicht ist, und dann der Grünling zur abschließenden Behandlung dem Kernkasten entnommen. Daraufhin werden die Partikel des Formsands zur Einstellung einer Oberflächenalkalität von pH > 11 mit NaOH-Lösung benetzt und dann direkt ohne Trocknung mit Bindemittel benetzt und in den kalten Kernkasten der benetzte Formsand mit einem Druck von bis zu 7 bar eingeschossen. Der Kernkasten wird geschlossen und ein Wasserdampfpartialdruck im kalten Kernkasten in einem Bereich von kleiner 1,8 È 10·-2· bar eingestellt. Unmittelbar nach dem Öffnen des Kernkastens wird der Grünling entnommen und physikalisch getrocknet. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem Kernkasten mit Zu- und Ableitungen für Gase, einem Mischer zur Herstellung eines Sand-Binder-Gemisches aus einem anorganischen feuerfesten Formsand und einem anorganischen Bindemittel und einer Befüllungs- und Entnahmevorrichtung, wobei an die Zu- und Ableitungen mindestens eine Pumpe zur Erzeugung eines Differenzdruckes im Kernkasten angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kernformlingen für die Gießereitechnik wobei eine Mischung aus einem anorganischen feuerfesten Formsand und einem anorganischen Bindemittel hergestellt, die Mischung in einen Kernkasten eingefüllt, das in der Mischung enthaltene Wasser entzogen und der Kernformling dem Kernkasten entnommen wird.

Nach dem Stand der Technik werden bevorzugt organische Bestandteile als Bindemittel verwendet, wobei am gebräuchlichsten das Cold-Box-Verfahren zur Kernherstellung ist. (z.Zt. ca. 78%) Dabei wird der feuerfeste Grundstoff, z.B. Quarzsand mit dem Bindemittel auf PU-Basis vermischt und unter Druck in eine kalte Form gepresst.

Anschließend erfolgt die Einleitung einer Vernetzungsreaktion durch das Spülen des im Kernkasten befindlichen Formlings mit gasförmigen Härtern (z.B. Diethyl-/Triethylamin).

Nach Abschluss der Vernetzungsreaktion ist der Formling aus dem Werkzeug entnehmbar und lagerfähig.

Daneben sind Verfahren unter Verwendung von Bindemitteln auf Furan-, Phenol-, Harnstoff- und Alkydharz-Basis in Gebrauch. Häufig wird das Abbinden des Kunststoffharzes durch Beaufschlagung des Sand-Bindemittel-Gemisches mit einem Reaktivgas zusätzlich beschleunigt. Die dazu oft verwendeten toxischen Amingase machen jedoch eine gasdichte Gaszuführung mit nachgeschalteter Absaug- und Wiederaufbereitungsanlage nötig (vgl. Prinzipbild in 1).

Bei den bekannten Verfahren unter Verwendung von Bindemitteln auf Kunstharzbasis zeigen die in der Kernherstellung eingesetzten Mischungen sehr gute Verarbeitungseigenschaften. Ein Erhöhen der Temperatur während des Aushärtens ist nicht notwendig, weshalb die Kernkästen aus preisgünstigeren, nicht thermoschockstabilen Materialien gefertigt sein können. Die hergestellten Kerne weisen eine hohe Kernfestigkeit auf und liefern beim Abgießen gute Zerfallseigenschaften des Kerns nach Entnahme des Gussteils aus der Gussform. Ein entscheidender Nachteil der Kunstharzbindemittel liegt jedoch darin, dass während des Abgießens durch die hohen Temperaturen von ca. 650 bis 1400°C die verwendeten Harzpolymere pyrolisieren und eine Reihe von organischen Kohlenwasserstoffen wie Phenole, Formaldehyd, Lösungsmittel, Katalysatoren und weitere Verbindungen, wie z.B. BTX emittieren, die zu einer erheblichen Umweltbelastung führen. Entsprechend sind bei der Verwendung derartiger Bindemittelsysteme spezielle Absaug- und Entsorgungseinrichtungen notwendig, die die Kosten zusätzlich zu den ohnehin teuren Polymergrundstoffen erhöhen.

Ein weiteres gängiges Verfahren ist das Hot-Box-Verfahren.

Unter Verwendung flüssiger Phenol-. Furan- und Aminoharze, beziehungsweise deren Kombinationen und unter Zusatz eines latenten, d.h. in der Wärme besonders reaktiven Härters, wie z.B. Amoniumstearat, wird eine feuchte Kernsandmischung hergestellt. Diese wird nach dem sog. Verschießen im heißen Kernkasten bei Temperaturen von 200 bis 270°C in sehr kurzer Zeit ausgehärtet.

Beide Verfahren haben den großen gießereitechnischen Nachteil, dass während Herstellung, Lagerung und der thermischen Belastung beim Abguss der Kernformlinge Geruchsbelastungen und Emissionen in Form von BTX, Aminen, Phenol, organische Stoffgemische, usw. freiwerden, was zur Gesundheitsgefährdung der Mitarbeiter in der Gießerei-Industrie führt.

Weiterhin sind bestehende anorganische Verfahren auf dem Markt, welche den großen Vorteil besitzen emissionsfrei zu sein (Wasserglas/CO₂ AWB = anorganisches Warmbox-Verfahren).

Anorganische Binder haben gemeinsam, dass sie Polysäuren bis hin zu glasartigen Netzwerken bilden können. Als einfaches Beispiel sei die Vernetzung von zwei Anionen des Mononatriumsalzes der Kieselsäure in einer wässrigen Wasserglaslösung betrachtet: 2 Na⁺ + 2 H₃SiO₄ ^- = 2 Na⁺ + H₄Si₂O₇ ^2- + H₂O 1a)

Hierbei bilden die beiden Si-Atome über jeweils eine OH-Gruppe im Rahmen einer Vernetzungsreaktion eine gemeinsame Sauerstoffbrücke unter Abspaltung von Wasser aus. Wiederholt sich dieser Reaktionstyp an verbleibenden OH-Gruppen, so entstehen immer größere Makromoleküle, bis schließlich große Netzwerke mit glasartigen Eigenschaften erhalten werden. Die vollständige Verglasung kann jedoch nur bei sehr hohen Temperaturen und längeren Reaktionszeiten erzielt werden.

Beim Wasserglas/CO₂-Verfahren ist der thermisch belastete Kernsand aufgrund der Chemischen Reaktion des Binders zwischen 640 und 1400°C zu Soda, und dessen weiterer Reaktion (beginnend bei 850°C) mit SiO₂ zu einer Glasphase aufgrund der resultierenden schlechten Zerfallseigenschaften problematisch. Auch die Regenerierung ist nur bedingt möglich.

Beim anorganischen Warmbox-Verfahren (AWB-Verfahren) kommen die oben erwähnten Umwandlungsreaktionen nicht zum Tragen, da die Aushärtung des Bindersystems einzig durch Vortrocknung/Erzeugung einer festen Randschale im heißen Kernkasten und einer Endtrocknung im Mikrowellenofen erfolgt, und die beschriebene Reaktion von CO₂ zu Soda nicht stattfindet.

Jedoch sind zur Durchführung teurere, beheizbare, metallische Werkzeuge als Teil eines thermoschockstabilen Kernkastens notwendig, was mit einer deutlich anspruchsvolleren Prozessregelung einhergeht. Hinzu kommt, das dies bereits aus Kostengründen für einen Großteil der Gießerei-Produktionen, die mit kalten Kernkästen arbeiten nicht wirtschaftlich ist.

Aufgabe und Lösung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die genannten Nachteile der beschriebenen Verfahren zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von Kernformlingen für die Gießereitechnik anzugeben, bei dem anorganische Bindemittel in einem nicht erwärmten Kernkasten mit kaltem Kernherstellungswerkzeug verwendet werden können und dennoch innerhalb kürzester Behandlungszeiten die für eine Handhabung erforderliche Grünfestigkeit des Kernformlinges erreicht wird, um ihn abschließend, z.B. unter Einwirkung von Mikrowellen, vollständig trocknen zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Es hat sich gezeigt, dass folgende Schritte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich erforderlich sind:

1. Homogene Verteilung/Dispergierung eines anorganischen Bindemittels unter Ausbildung einer dünnen Benetzungsschicht auf dem Formsand
2. Inkontaktbringen der mit Bindemittel benetzten Formsandpartikel
3. Steuerung des Wasserdampfpartialdruckes zur Verhinderung einer kristallinen Phase unter Herbeiführung einer Vernetzungsreaktion (Gel)

Verschiedene Bindemittelmischungen auf Basis von Alkalisalzen der Kieselsäure (H₄SiO₄), der Borsäure (H₃BO₃) und der Phosphorsäure (H₃PO₄) wurden hierbei auf ihr Bindungsverhalten hin untersucht, um die wesentlichen Parameter der angestrebten Kernformling-Herstellung im kalten Werkzeug zu ermitteln. Da mit Bindern auf Alkalimetall-Wasserglas-Basis die besten Ergebnisse erzielt wurden, wird die Erfindung im Folgenden an den für diese Binderklasse erzielten Ergebnissen erläutert.

Im Rahmen von Vergleichsversuchen zur Herstellung eines Kernformlings aus mit Wasserglasbindemittel vermischtem Formsand unter Normaldruck wurde festgestellt, dass die Reaktion innerhalb eines Bereichs von 10 bis 15 sek/kg Gemisch abgeschlossen sein muss. Wenn die Reaktionszeit zu lange bemessen war erfolgte reines Trocknen durch Entfernen überschüssigen Wassers mit der Folge, dass

a) Hydrate der Alkalimetall-Monosilikate entstanden, da der Wasserdampfpartialdruck nicht kontrolliert wurde
b) Durch CO₂-Eintrag über die Raumluft unter Ausbildung von Soda Kieselsäuren ausgeschieden wurden
c) keine ausreichenden Kontaktstellen für eine haftvermittelnde Vernetzungsreaktion zwischen den Formsandpartikeln vorhanden waren

Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile war eine gezielte Vernetzungsreaktion unter Kontrolle der Luftfeuchtigkeit und -temperatur erforderlich. Die Aufdeckung und Erklärung dieser Defizite war der erste Schritt für die erfolgreiche Herstellung der Kernformlinge nach dem vorliegenden Verfahren. Es konnte gezeigt werden, dass eine ausreichende Grünfestigkeit über eine Vernetzungsreaktion erreicht werden kann. Die Ausbildung von Kristallen der Hydrate der Alkalimonosilikate wie dem Sesquisilicat Na₃HSiO₄·5H₂O oder den Metasilicaten Na₂H₂SiO₄·5H₂O und Na₂H₂SiO₄·8H₂O war zu unterdrücken, da durch die vorwiegend in den Zwickeln des Formsands sich bildenden Kristalle eine Gasphasendiffusion des Wassers behindert wurde. Der erforderliche Wasserdampfpartialdruck über dem einzelnen Formsandpartikel ließ sich dann nicht mehr einstellen und die Vernetzungsreaktion fand nicht ausreichend statt.

Bevorzugter Anwendungsbereich
Um eine gleichmäßige Verbindung der Sandpartikel untereinander gewährleisten zu können, sollten sämtliche Korn-Korn-Kontakte in Geometrie, Fläche und ausgebildeter Zwischenkornverbindung möglichst ähnlich sein. Anzahl, Geometrie und Fläche der intergranularen Kontakte sind eine Funktion der Morphologie des Schüttguts und lassen sich im Rahmen der Dichteberechnungen des späteren Formlings gut abschätzen bzw. berechnen. Mit natürlichen und synthetischen Sanden einer mittleren Korngröße von 0,2–0,36 (z.B. Quarzsand H32) bei einer Korngrößenverteilung von AFS 52-42 , ließen sich wiederholbar gute Ergebnisse erzielen. Für gleichmäßig ausgebildete Zwischenkornverbindungen ist jedoch eine ebenmäßige Umhüllung der Körner mit dem Bindemittel sicherzustellen. Daher wurde der Formsand mit 30 bis 33%iger Natronlauge vorbehandelt, um eine saubere und ausreichend alkalische Oberfläche zu gewährleisten. Zusätze von handelsüblichen Surfactants wie z.B. aus dem Bereich der Silikonverbindungen konnte zwar eine erhöhte Benetzung gewährleisten, waren aber deutlich teurer in Anschaffung und Verbrauch und erlaubten nicht das gezielte Einstellen der Oberflächenalkalität. Bei der Verwendung eines alkalisch eingestellten, gewaschenen Formsandes und einem alkalisch eingestellten Bindergemisch ist eine preiswerte, bessere Benetzungsfähigkeit gegeben. Sande mit entgegengesetzt zum Binder beschaffener Acidität bzw. Alkalität zeigen Neutralisationsreaktionen, welche sowohl die Qualität der Benetzung als auch das Ergebnis des Kernfomlings deutlich ändern. Bei ähnlich eingestellter Alkalität von Sand und Binder konnte stets mit mechanischen Hilfsmitteln wie einem Flügelmischer oder einem vertikalen Schleudermischer (z.B. STATORMIX der Fa. Klein) eine gute, gleichmäßige Bedeckung aller Kornoberflächen mit Binder mit einer Gewichtskonzentration X im Gemisch um 8 Gewichtsprozent erzielt werden. In Abhängigkeit der Krongröße des Sandes kann bei geringerer Oberfläche pro Gramm Sand die Menge an zugesetztem Binder verringert werden. Sehr grobkörnige Sande können bereits mit einem Anteil von X = 1Gew% an Binder im Gemisch vollständig benetzt werden.
Die Gewichts-Konzentration B der Wasserglaslösung konnte ihrerseits zwischen 20% und 50% variiert werden. Konstant gute Ergebnisse wurden im Bereich 30% bis 45% erzielt, wobei sich eine besonders umfassende Benetzung bei einer Konzentration um 33% regelmäßig erzielen ließ.
Des Weiteren gestatten es Flügel- oder vertikale Schleudermischer, unmittelbar vor dem Kernschuss einen flüssigen oder pulverförmigen Zusatz homogen in der Mischung zu verteilen. So können metastabile Mischungen mit reaktiven Zusätzen erzeugt werden, deren gleichzeitige Äquilibrierung den Herstellungsprozess beschleunigen. Die Vorteile dieser Zusätze werden später im Detail erläutert.
Das angesetzte Sand-Binder-Gemisch wurde in einen Kernkasten des Cold-Box-Typs im Kernschießverfahren mit einem Druck von bis zu 10 bar eingefüllt (verschossen). Eine ausreichend dichte Ausfüllung des Hohlraums konnte mit Drücken im Bereich von 1 bis 7 bar wiederholbar erzielt werden. Vorteilhafterweise wurde das Gemisch nach dem Einfüllen mit bis zu 7 bar nachträglich verdichtet.
Der verwendete Kernkasten des Cold-Box-Typs weist neben den kalten Werkzeugen (4) eine oder mehrere Zu- (1) und Abführungen (2) für Gase auf (vgl. Prinzipbild in 2). Hierbei können Leitungen für die bei organischen Bindern häufig notwendigen Reaktionsgase verwendet werden, so dass eine Altanlage leicht umgerüstet werden kann.
Nach dem Befüllen mit dem angesetzten Gemisch wurde eine Gasdruckdifferenz zwischen Zu- (1) und Abführung (2) eingestellt. Der so erzwungene Gasstrom erlaubte mit Hilfe von Feuchtigkeitssensoren (3) zu- und abflusseitig das Bestimmen des Wasserdampfpartialdrucks. Um den Verlauf der Vernetzungsreaktion charakterisieren zu können, wurde intermittierend die Druckdifferenz stark erhöht und der Kern mit einem Gas mit niedrig eingestelltem Wasserdampfpartialdruck geflutet. Anschließend wurde in Intervallen der Wasserdampfpartialdruck bei niedrigem Druckgradienten geprüft. Hierbei zeigte es sich, dass bei mehreren, intermittierend durchgeführten Atmosphärenwechseln eine beschleunigte Reaktion in Verbindung mit einer erhöhten Kernformlingsqualität erzielt werden konnte.
Es zeigte sich ferner, dass Wasserdampfpartialdrücke im Bereich von 1·10^-2 bar bis 1·10^-10 bar mit Grünlingen ausreichender Festigkeit einhergehen. Bei Wasserdampfpartialdrücken unterhalb von 2·10^-2 bar konnte eine deutliche Beschleunigung der Reaktion erzielt werden. In einem Bereich von 1,8·10^-2 bis 1·10^-6 wurden die besten Ergebnisse erzielt. Eine ausreichende Grünfestigkeit wurde so bei verkürzten Reaktionszeiten zugänglich.
Untersuchungen der hergestellten Grünlinge zeigten, dass es bei zu hohem Wasserdampfpartialdruck und zu langer Reaktionszeit zur Ausscheidung von kristallinen, voluminösen Alkalisalzhydraten wie dem Sesquisilicat Na₃HSiO₄·5H₂O oder den Metasilicaten Na₂H₂SiO₄·5H₂O und Na₂H₂SiO₄·8H₂O kommt. Diese Salze sind an Luft bis ca. 50°C (Octahydrat) bzw. bis ca. 70°C (Pentahydrat) stabil und bilden sich daher in einem kalten, nicht temperierten Kernkasten. Die benötigte Vernetzungsreaktion des Binders und das Ausbilden von Binderbrücken zwischen den einzelnen Sandpartikeln blieb dann aus. Die voluminösen Hydratkristalle behindern durch ihr großes Volumen die Diffusion des gasförmigen Wassers im Kern und verlangsamen dadurch die Reaktion zusätzlich. Die durch die Kristalle erzeugte Korn-Korn-Verbindung ist von mangelhafter Qualität. Hinzu kommt das solche Kristalle bei intrakristallin einsetzender Wasserabgabe zerspringen und eine Verbindung zwischen den Körnern weiter geschwächt wird. Wird jedoch ein Wasserdampfpartialdruck in der Gasphase eingestellt, bei dem die Hydrate auch bei Raumtemperatur nicht mehr stabil sind, so bilden sich die angestrebten, teilvernetzten, amorphen Schichten aus.
Vor allem bei drastischen, intermittierend ausgeführten Wechseln des Wasserdampfpartialdruckes wurden bei verkürzter Reaktionszeit amorphe, ausreichend teilvernetzte Schichten im Grünling gefunden, die keine kristalline Form aufwiesen und eine gute und gleichmäßige Korn-Korn-Verbindung bedingten.
Eine weitere Möglichkeit, die Reaktion zu beschleunigen, ist die Verwendung von temperierten Sand-Binder-Gemischen. Während der Kasten selbst nicht temperiert ist, lässt das Kernkastenmaterial durchaus das Befüllen mit temperierten Mischungen zu. So sind die meisten Kunststoffe bei einer Temperatur von 80°C stabil, was ausreicht, um die Stabilitätsgrenze der aufgefundenen Hydrate zu überschreiten. Die Temperatur kann durch Verwendung von warmem Sand oder auch durch Zusatz eines Reaktivstoffs erzielt werden.
Der Zusatz von Natriumoxid/Natriumhydroxid-Pulver kurz vor dem Einschießen bietet z.B. den Vorteil, dass durch die exotherme Reaktion des Natriumoxids mit vorhandenem Wasser zum einen die Temperatur der Gesamtmischung erhöht wird, während zum anderen der Wassergehalt sowie der Wasserdampfpartialdruck in der Mischung chemisch abgesenkt wird.
Die Feuchtigkeit des zugeführten Gases kann durch Ausfrieren des gasförmig enthaltenen Wassers exakt eingestellt werden. So konnte in zuvor feuchter Raumluft nach innigem Kontakt mit einer auf –70°C abgekühlten Kühlplatte eine Verminderung der Feuchtigkeit um 99,99% festgestellt werden.
Da entsprechende Kühl- und Entfeuchtungssysteme jedoch einen hohen Energieverbrauch aufweisen, wurden auch Feststoff-Trocknungsmittel getestet. Hierbei bieten die Oxide der Alkali bzw. Erdalkalimetalle den Vorteil, dass sie zusätzlich das in der Raumluft enthaltene Kohlendioxid unter Bildung der entsprechenden Karbonate binden. So konnte z.B. mit preiswertem, gebranntem Kalk (CaO) gemäß der folgenden Gleichungen eine CO₂-arme, trockene Raumluft erzeugt werden: CaO + CO₂ = CaCO₃ (CO₂-Entfernung) CaO + H₂O = Ca(OH)₂ (Trocknung)
Durch CO₂-Eintrag aus der Raumluft entstanden während des Ansetzens des Sand-Binder-Gemisches im Mischer Spuren von Natriumcarbonat, welches die nachteilige Verglasung des Kerns während des Gussprozesses begünstigt. Dies konnte durch das Einleiten von gereinigtem, CO₂-armem Gas in den Mischraum vor und während des Ansetzens der Mischung verhindert werden.
Des Weiteren erlauben solche Schüttungen das Entfernen von industriellen Verunreinigungen wie SO₂ , NO_x und den entsprechenden Säuren aus dem verwendeten Gas. Daher können auch belastete, industrielle Gase nach dem einfachen Durchleiten durch eine solche Schüttung in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
Die Vernetzungsreaktion kann zusätzlich durch zuflussseitiges Erwärmen des einströmenden Gases beeinflusst werden. Bereits bei Gastemperaturen von 10°C oberhalb der Temperatur der Sand-Binder-Mischung konnte eine messbare Beschleunigung erreicht werden. Wurde die Gastemperatur höher eingestellt als die Stabilitätsgrenze der wasserhaltigen Bindersalze (hier: 70°C), so ließen sich die angestrebten Grünfestigkeiten wiederholbar erreichen. Mit Gastemperaturen in einem Temperaturbereich von 70°C bis 90°C wurde eine ausreichende Grünfestigkeit des Kerns unter verkürzter Behandlungszeit erzielt.
Bei konstanten Gasströmen durch den Kern hindurch in Verbindung mit zuflussseitig sehr niedrig eingestellten Wasserdampfpartialdrücken war die Reaktion im Bereich der Gaseinlässe schneller hinreichend fortgeschritten. Dies erlaubte bei Kernen einfacher Form bereits im teilverfestigten Zustand die Entnahme, da die Haltepunkte der Transportvorrichtung eine hinreichende Grünfestigkeit aufwiesen. Allerdings muss ein solcher Grünling umgehend der vollständigen Trocknung bzw. Vernetzung zugeführt werden, da sonst die im Kern verbliebene Feuchtigkeit die Auflagepunkte wieder schwächt und der Kern seine Form verliert.

1: Gaszuführung
2: Gasabführung
3: Feuchtigkeitssensor und/oder CO₂-Sensor
4: kalte Werkzeuge

Claims

Verfahren zur Herstellung von Kernformlingen für die Gießereitechnik, wobei a) ein Sand-Binder-Gemisch aus einem anorganischen feuerfesten Formsand und einem anorganischen Bindemittel hergestellt wird, b) das Sand-Binder-Gemisch in einen kalten Kernkasten eingefüllt wird, c) das in dem Gemisch enthaltene Wasser soweit entzogen wird, bis die für einen Grünling erforderliche Grünfestigkeit erreicht ist und d) der Grünling zur abschließenden Behandlung dem Kernkasten entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass e) die Partikel des Formsands zur Einstellung einer Oberflächenalkalität von pH > 11 mit NaOH-Lösung benetzt und dann direkt ohne Trocknung, mit Bindemittel benetzt werden, f) in den kalten Kernkasten der benetzte Formsand mit einem Druck von bis zu 7 bar eingeschossen wird, g) der Kernkasten geschlossen und ein Wasserdampfpartialdruck im kalten Kernkasten in einem Bereich von kleiner 1,8·10^-2 bar eingestellt wird, h) der Grünling unmittelbar nach dem Öffnen des Kernkastens entnommen und physikalisch getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung einer Oberflächenalkalität mit pH > 11 des Sandes eine Natronlauge mit einer Konzentration von 30% verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine anorganische Binder-Lösung mit einer Gewichtskonzentration zwischen 20% und 60% verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer vor und während des Ansetzens des Sand-Binder-Gemisches mit einem gereinigten Gas mit eingestelltem Wasserdampfpartialdruck und reduziertem CO₂-Anteil kleiner 0,03 vol% gespült wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sand-Binder-Gemisch vor dem Einschießen auf eine Temperatur kleiner 75°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kurz vor dem Einschießen ein Reaktivstoff gleichmäßig in der Sand-Binder-Mischung verteilt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktivstoff aus mindestens einem Oxid der Alkali- oder Erdalkalimetalle besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einschiessen eine Gasdruckdifferenz zwischen Gaszu- und – abführung vorgegeben wird zur Einstellung eines Gasstroms durch den Kernkasten.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdruckdifferenz des Gasstroms intermittierend variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des zuströmenden Gases um mindestens 10°C über der Temperatur des Sand-Binder-Gemisches liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zuströmende Gas vor dem Zufluss gereinigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Kernkasten entnommene Grünling unter Einwirkung von Mikrowellen abschließend vollständig getrocknet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungszeit des Gemisches im Kernkasten vom Einfüllen des Gemisches bis zur Entnahme des Grünlings unter 15 Sekunden pro Kilogramm Sand-Binder-Gemisch liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernsandgemisch mit einem Druck von 1 bis 7 bar verdichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzungsreaktion durch folgende Parameter definiert ist: – Gasdruck von 3 bar bis 0,005 bar – Gastemperatur von 25°C bis 90°C – Kerntemperatur von 25°C bis 75°C – H₂O-Partialdruck von 1,8·10^-2 bar bis 1·10^-10 bar – Behandlungszeit von bis 15 s pro Kilogramm Gemisch – pH-Wert des Gemisches 11 ≤ pH ≤ 14 – Binder-Konzentration X im Gemisch 1 wt% ≤ X ≤ 8 wt% – Feststoffkonzentration B im Binder 20 wt% ≤ B ≤ 50 wt%
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, bestehend aus einem Kernkasten mit Zu- und Ableitungen für Gase, einem Mischer zur Herstellung eines Sand-Binder-Gemisches aus einem anorganischen feuerfesten Formsand und einem anorganischen Bindemittel und einer Befüllungs- und Entnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass an die Zu- und/oder Ableitungen mindestens eine Pumpe zur Erzeugung eines Differenzdruckes im Kernkasten angeschlossen ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer aus einem Flügel- oder vertikalen Schleudermischer besteht.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Befüllungsvorrichtung eine Kühler-Absorbereinheit zur Trocknung und/oder Reinigung des zuströmenden Gases vorgesehen ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Messung des Wasserdampf-Partialdruckes im Bereich der Entnahmevorrichtung angeordnet ist und der Sensor mit der Kühler-Absorbereinheit zur Steuerung des Wasserdampf-Partialdruckes verbunden ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor aus einem Feuchtigkeitssensor und/oder einem CO₂-Gas-Sensor besteht.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühler/Absorbereinheit als Vortrockner für das Gasdruckmedium eingesetzt wird.