DE102007045649B4 - A method of making a mold and / or a core using comminuted natural particulate amorphous silicic materials in the foundry area and binder composition - Google Patents
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Abstract
Binderzusammensetzung für Formen und/oder Kerne für Gießereizwecke, welche neben Wasserglas, das als solches zugesetzt und/oder auch erst in situ aus Kieselsaure und einer alkalischen Lösung hergestellt sein kann, mindestens ein zerkleinertes natürliches partikuläres amorphes Kieselsäurematerial beinhaltet, wobei das natürliche partikuläre amorphe Kieselsäurematerial ein natürliches amorphes Siliziumdioxid mit einem Schmelzpunkt von 1500 bis 1900°C, einem spezifischen Gewicht von 2,3 bis 2,6 g/cm3 und einer Schüttdichte von 590 bis 630 kg/m3, ist.Molding composition for molds and / or cores for foundry purposes, which in addition to water glass, which may be added as such and / or may also be prepared in situ from silica and an alkaline solution, at least one comminuted natural particulate amorphous silica material, wherein the natural particulate amorphous silica material is a natural amorphous silica having a melting point of 1500 to 1900 ° C, a specific gravity of 2.3 to 2.6 g / cm3 and a bulk density of 590 to 630 kg / m3.
Description
Die Erfindung betrifft Binderzusammensetzungen für (nach einem Gießereivorgang entfernbare) Formen und/oder Kerne für Gießereizwecke, die Verwendung einer amorphen Kieselsäure zur Herstellung von Formen und/oder Kernen für Gießereizwecke und ein Verfahren zur Herstellung von Formen und/oder Kernen für Gießereizwecke.The invention relates to binder compositions for foundry casting molds and / or cores, the use of an amorphous silica for the production of molds and / or cores for foundry purposes, and a process for the production of molds and / or cores for foundry purposes.
Formen und/oder Kerne für Gießereizwecke basieren in der Regel auf einem feuerfesten partikulären Material, wie Sand, und einem Bindemittel, das die Partikel des feuerfesten partikulären Materials zusammenhält, um eine hinreichende mechanische Festigkeit der Form und/oder des Kerns beim Gießen zu ermöglichen.Foundry molds and / or cores are typically based on a refractory particulate material, such as sand, and a binder that holds together the particles of the refractory particulate material to provide sufficient mechanical strength of the mold and / or core during casting.
Die Formen und/oder Kerne müssen beim Gießvorgang eine hinreichende Festigkeit aufweisen, um das flüssige Metall in Form zu bringen, andererseits aber nach dem Gießvorgang einfach entfernen lassen, beispielsweise durch Rütteln oder dergleichen, wozu die anfänglich erforderliche Bindewirkung des Binders während des Gießvorgangs mindestens teilweise aufgehoben werden muss.The molds and / or cores must have sufficient strength in the casting process to shape the liquid metal, but otherwise can be easily removed after casting, for example by shaking or the like, including at least partially the initial binding effect of the binder during the casting process must be lifted.
Wasserglas, eine wässrige Lösung von vor allem Alkalisilikaten, erhältlich beispielsweise als Reaktionsprodukt von Siliziumdioxid und Alkalimetallbasen, wie Ammonium- oder vorzugsweise Lithium-, Natrium- und/oder Kaliumbasen, wie den entsprechenden Hydroxiden, ist als Material zur Behandlung beispielsweise in der Bauindustrie bekannt. So kann Wasserglas in Kombination mit Kohlendioxid ausgehärtet werden, was jedoch zu keinem besonders guten Aushärten führt, beispielsweise, weil die Reaktion nur oberflächlich erfolgt. Bekannt ist auch die Verwendung von Wasserglas als Bindermaterial zur Herstellung von Formen und/oder Kernen. So wurde beispielsweise versucht, Phosphate oder Borate als Härter von Wasserglas einzusetzen, um so die Vorteile der Härte von Wasserglas und der Dispergierbarkeit aufgrund eines Zusatzes von Phosphaten und/oder Boraten zu kombinieren, siehe
Die
Auch werden verschiedene Zusätze beschrieben, um störende Eigenschaften von Wasserglas, die trotz der Vorteile, die durch dieses anorganische Material gegeben sind, abzumildern oder die Eigenschaften von wasserglasbasierten Bindern zu verbessern, beispielsweise wie in der Patentanmeldung
Nachteilig bei der Verwendung von Wasserglas ist, dass es (vermutlich infolge einer teilweisen Verglasung im direkten Kontaktbereich mit dem Metall) zu einer relativ starken Anhaftung des feuerfesten partikulären Materials (z. B. Sand) an die gegossenen Metallgegenstände kommt, so dass eine mehr oder weniger stark haftende Sandschicht an der Oberfläche des Gutes resultieren kann, insbesondere z. B. bei Aluminium oder dessen Legierungen oder anderen Leichtmetallen oder deren Legierungen, aber auch bei Stahl oder Grauguss oder dergleichen. Die Gießereiprodukte weisen somit Sandanhaftungen auf, die zu einer unreinen und rauen Oberfläche führen können, die für viele Zwecke nicht akzeptabel ist. Auch kommt es zum Einschluss von Sandkörnern in die hergestellten Gussteile.A disadvantage of the use of water glass is that it (probably due to partial glazing in the direct contact area with the metal) to a relatively strong adhesion of the refractory particulate material (eg sand) comes to the cast metal objects, so that a more or less strongly adhering sand layer on the surface of the material may result, in particular z. As in aluminum or its alloys or other light metals or their alloys, but also in steel or gray cast iron or the like. The foundry products thus have sand buildup which can lead to an impure and rough surface that is unacceptable for many purposes. It also comes to the inclusion of grains of sand in the castings produced.
Auch zeigt sich, dass die Zugabe synthetischer amorpher Siliziumdioxide (wie pyrogener oder gefällter Kieselsäure) wohl aufgrund deren Aktivität eine relativ feste Bindung mit dem Wasserglas eingehen, so dass ein späteres Entfernen aus dem Gussteil deutlich erschwert werden kann. Dies kann insbesondere bei feinteiligen oder stark hinterschneidenden Formen und/oder Kernen zu Problemen führen, die nur schwer vollständig entfernbar sein können. Mindestens können relativ lange Entformungs- und/oder Entkernungszeiten resultieren, die insbesondere bei großen Stückzahlen zu unerwünschter Prozessverlangsamung führen können.It is also found that the addition of synthetic amorphous silicon dioxides (such as pyrogenic or precipitated silica) probably due to their activity enter into a relatively strong bond with the water glass, so that a later removal from the casting can be significantly more difficult. This can lead to problems, especially with finely divided or strongly undercutting shapes and / or cores, which can only be completely removed with difficulty. At least relatively long demolding and / or Entkernungszeiten result, which can lead to undesirable process slowdown, especially for large quantities.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe, neue Zusammensetzungen für in der Gießerei verwendbare Formen und/oder Kerne und dafür verwendbare Binder mit vorteilhaften Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, insbesondere solche, die eine ausreichende Härte für den Gießvorgang aufweisen bzw. ermöglichen und dennoch nach dem Gießvorgang leicht und ohne störende Rückstände die Entfernung der Formen und/oder Kerne auf den Gießereiprodukten ermöglichen, mindestens ohne dass dabei weitere wichtige Eigenschaften in störendem Umfang beeinträchtigt werden.Against this background, the object is to provide new compositions for molds and / or cores which can be used in the foundry and binders which can be used for this purpose with advantageous properties, in particular those which have sufficient hardness for the casting process and still after the casting process easy and without disturbing residues the removal of the molds and / or cores on the foundry products, at least without affecting other important properties to a disturbing extent.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass bei Verwendung aus der Natur stammender (quasi mineralischer) partikulärer amorpher Kieselsäurematerialien in Form eines zerkleinerten Siliziumdioxids mit einem Schmelzpunkt von 1500 bis 1900°C, einem spezifischen Gewicht von 2,3 bis 2,6 und einer Schüttdichte von 590 bis 630 kg/m3 die genannten Nachteile abgemildert oder gar beseitigt werden können. Formen und/oder Kerne, welche mit einem solchen natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerial hergestellt werden, können mühelos aus Gussstücken entfernt werden. Die Entkernzeiten können deutlich vermindert werden.It has now surprisingly been found that when using natural (quasi-mineral) particulate amorphous silicic acid materials in the form of a comminuted silica having a melting point of 1500 to 1900 ° C, a specific gravity of 2.3 to 2.6 and a bulk density of 590 to 630 kg / m 3, the aforementioned disadvantages can be mitigated or even eliminated. Shapes and / or cores made with such a natural particulate amorphous silica material can be easily removed from castings. The coring times can be significantly reduced.
Weiter wurde überraschend gefunden, dass bei Verwendung des genannten natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerials deutlich weniger, im Idealfall so gut wie keine feuerfestes partikuläres Material wie Sand an der Oberfläche der gegossenen Material gefunden wird und auch Restmengen, die im Gussstück verbleiben, deutlich vermindert werden können.Furthermore, it was surprisingly found that when using said natural particulate amorphous silica significantly less, ideally almost no refractory particulate material such as sand on the surface of the cast material is found and also residual amounts that remain in the casting, can be significantly reduced.
Dies ist vor allem deshalb sehr vorteilhaft, weil auch der Preis natürlicher partikulärer amorpher Kieselsäurematerialien deutlich unter dem der synthetischen Silikate liegt, so dass darüber hinaus die Gießerei ökonomisch vorteilhaft durchgeführt werden kann.This is particularly advantageous because the price of natural particulate amorphous silicic acid materials is significantly lower than that of synthetic silicates, so that moreover the foundry can be carried out economically advantageously.
Die anderen vorteilhaften Eigenschaften, wie Festigkeitserhöhung und bessere Feuchtigkeitsstabilitt, können dabei auch mit dem genannten Kieselsäurematerial erreicht werden.The other advantageous properties, such as increase in strength and better moisture resistance, can also be achieved with said silicic acid material.
Ein weiterer unerwarteter Vorteil ist, dass sich unter Verwendung des genannten Kieselsäurematerialshergestellte Bindermischungen auch schon im fertig gemischten Zustand deutlich länger lagern lassen als bei der Verwendung synthetischer (wohl deutlich aktiverer) pyrogener oder gefällter Kieselsäure, ohne dass es zu störenden Ereignissen wie einer Gelbildung kommt. Somit kann einfacher mit bereits vorformulierten Bindern gearbeitet werden, der Binder muss nicht erst kurz vor der Mischung mit dem feuerfesten partikulären Material und eventuellen anderen Komponenten gemischt werden.Another unexpected advantage is that binder mixtures made using the silica material mentioned can be stored much longer in the already mixed state than when using synthetic (probably much more active) fumed or precipitated silica, without resulting in disturbing events such as gelation. Thus, it is easier to work with already pre-formulated binders, the binder must not be mixed just before mixing with the refractory particulate material and any other components.
Weitere Vorteile der unter Verwendung des genannten Kieselsäurematerials herstellbaren Formen und/oder Kerne liegen beispielsweise darin, dass die verwendeten Zusammensetzungen hervorragend mit verschiedenen Mitteln zur Verbesserung der Fließfähigkeit vertragen kann.Further advantages of the forms and / or cores which can be produced using said silicic acid material are, for example, that the compositions used can be well tolerated with various flowability improvers.
Sehr vorteilhaft ist auch, dass nach dem Entfernen der Kerne oder Formen (Überführung in eine schüttfähige Form) besonders leicht eine Abtrennung des feuerfesten partikulären Materials, z. B. Sand, von den übrigen Materialresten erreicht werden kann, beispielsweise durch einfaches Sichten. Bei synthetischen Kieselsäuren besteht, möglicherweise aufgrund erhöhter Aktivität und/oder stärkerer Neigung zur Verglasung, eine größere Neigung zur Verklebung und somit einer schwierigeren Trennbarkeit und damit Regenerierbarkeit des feuerfesten partikulären Materials.It is also very advantageous that after removal of the cores or molds (transfer to a free-flowing form) a separation of the refractory particulate material, for. B. sand, can be achieved by the remaining material residues, for example, by simple sifting. With synthetic silicic acids, possibly due to increased activity and / or greater tendency to glaze, there is a greater tendency to stick together and thus a more difficult separability and thus regenerability of the refractory particulate material.
Die Erfindung betrifft eine Binderzusammensetzung für Formen und/oder Kerne für Gießereizwecke, welche neben Wasserglas, das als solches zugesetzt und/oder auch erst in situ aus Kieselsaure und einer alkalischen Lösung hergestellt sein kann, mindestens ein zerkleinertes natürliches partikulares amorphes Kieselsäurematerial beinhaltet, wobei das natürliche partikulare amorphe Kieselsäurematerial ein natürliches amorphes Siliziumdioxid mit einem Schmelzpunkt von 1500 bis 1900°C, einem spezifischen Gewicht von 2,3 bis 2,6 und einer Schüttdichte von 590 bis 630 kg/m3, ist. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung von zerkleinertem natürlichem amorphen Siliziumdioxid mit einem Schmelzpunkt von 1500 bis 1900°C, einem spezifischen Gewicht von 2,3 bis 2,6 und einer Schüttdichte von 590 bis 630 kg/m3 zur Herstellung von Wasserglas beinhaltenden Binderzusammensetzungen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Form und/oder eines Kerns für Gießereizwecke unter Verwendung des genannten Siliziumdioxids.The invention relates to a binder composition for molds and / or cores for foundry purposes, which in addition to water glass, which may be added as such and / or may also be prepared in situ from silica and an alkaline solution, at least one comminuted natural particulate amorphous silica material, wherein the natural particulate amorphous silica material is a natural amorphous silica having a melting point of 1500 to 1900 ° C, a specific gravity of 2.3 to 2.6 and a bulk density of 590 to 630 kg / m 3 . Furthermore, the invention relates to the use of crushed natural amorphous silica having a melting point of 1500 to 1900 ° C, a specific gravity of 2.3 to 2.6 and a bulk density of 590 to 630 kg / m 3 for the preparation of water glass-containing binder compositions and a method for producing a mold and / or a core for foundry purposes using said silica.
Die vor- und nachstehenden allgemeinen Begriffe haben vorzugsweise, sofern nicht anders angegeben, die nachfolgend genannten spezifischeren Bedeutungen, wobei bei Gruppen von Eigenschaften, die zur Charakterisierung eines Erfindungsgegenstands (Produkt, Verfahren, Verwendung) gewählt werden, ein oder mehrere oder alle der allgemeineren Ausdrücke/Merkmale durch spezifischere ersetzt werden können, was zu bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung führt: Der Begriff ”Formen und/oder Kerne” beinhaltet neben Kernen oder Formen sowie Kern/Form-Kombinationen (beispielsweise Formen mit ”nasenartig” ausgeprägten Kern-Anteilen) auch Varianten, bei denen die entsprechenden Formen, Kerne oder Kern/Form-Kombinationen sogenannte ”Speiser” beinhalten, d. h., Bereiche, welche als Ausgleichreservoir wirken und es ermöglichen, zu gießendes Metall länger flüssig zu halten als in den formgebenden Abschnitten der Kerne und/oder Formen und so ermöglichen, dass durch Volumenschwindung beim Erstarren verlorengehendes Volumen durch nachfließendes Metall ausgeglichen werden kann.The preceding and following general terms preferably have, unless otherwise indicated, the more specific meanings below, with groups of properties chosen to characterize a subject matter (product, method, use) having one or more or all of the more general terms / Features can be replaced by more specific ones, resulting in preferred embodiments of the invention: The term "molds and / or cores" also includes variants in addition to cores or molds and core / mold combinations (for example molds with "nose-like" shaped core portions) in which the respective molds, cores or core / mold combinations contain so-called "feeders", ie areas which act as a balancing reservoir and make it possible to keep the metal to be cast liquid longer than in the forming sections of the cores and / or molds and thus make it possible that by volume shrinkage during solidification lost volume can be compensated by inflowing metal.
Wo der Plural verwendet wird (z. B. ”...materialien”), beinhaltet dies auch den Singular (z. B. ”...material”).Where the plural is used (eg "... materials"), this also includes the singular (eg "... material").
”Mindestens ein” bedeutet ”ein oder mehrere”, vorzugsweise ”ein”."At least one" means "one or more", preferably "a".
”Metall kann ein (mindestens im Wesentlichen, d. h. praktisch bis auf unwesentliche Verunreinigungen) reines Metall, wie Aluminium, Magnesium oder Eisen, oder eine Legierung, wie Stahl, Grauguss, Messing, Magnesium- und/oder Aluminiumlegierungen oder dergleichen, bedeuten."Metal may mean a pure metal (at least substantially, i.e., virtually insignificant, impurities) such as aluminum, magnesium, or iron, or an alloy such as steel, gray cast iron, brass, magnesium and / or aluminum alloys, or the like.
Unter ”Binderzusammensetzung” ist die Mischung zu verstehen, welche noch nicht das feuerfeste partikuläre Material beinhaltet. Eine Binderzusammensetzung beinhaltet folglich neben Wasserglas, das auch erst in situ aus Kieselsäure und einer alkalischen Lösung hergestellt sein kann, natürliche partikuläre amorphe Kieselsäure, mit oder ohne ein oder mehreren weiteren in Bindern üblichen Zusätzen, jedoch (noch) nicht das feuerfeste partikuläre Material.By "binder composition" is meant the mixture which does not yet include the refractory particulate material. Thus, in addition to waterglass, which may also be made in situ from silica and an alkaline solution, a binder composition includes natural particulate amorphous silica, with or without one or more further additives customary in binders, but not yet the refractory particulate material.
Wasserglas, das auch erst in situ aus Kieselsäure und einer alkalischen Lösung hergestellt sein kann, bedeutet insbesondere ein Gemisch von Ammonium- oder (zugunsten geringerer Gasentwicklung vorzugsweise) Alkalimetall-, wie Natrium- und/oder Kaliumsilikaten, das als Komponente in getrockneter Form, direkt als wässrige Lösung und/oder durch Erzeugung in situ hergestellt werden kann. Im letzten Falle werden als Vorstufen von Wasserglas Siliziumdioxid in Form einer kolloidalen und/oder amorphen Kieselsäure (beispielsweise mindestens einer erfindungsgemäß verwendeten bzw. zugesetzten natürlichen partikulären amorphen Kieselsäure, einer synthetischen amorphen Kieselsäure und/oder einer kolloidalen Kieselsäure) und eine Base, insbesondere ein Ammonium- oder vorzugsweise ein Alkalimetallhydroxid, wie Kalium- und/oder Natriumhydroxid, miteinander gemischt, wobei mindestens teilweise eine Reaktion zu Wasserglas stattfindet. Die Mischung kann dabei erfolgen, indem die Festkomponenten in einer wässrigen Lösung gemischt werden, eine oder beide Komponenten bereits in einer wässrigen Lösung vorgelöst bzw. dispergiert sind und/oder Kombinationen solcher Mischungsverfahren verwendet werden. Durch das molare Wasserglasmodul (Molverhältnis SiO2 zu MetOH, wobei Met insbesondere für Ammonium oder vorzugsweise ein Alkalimetallkation steht, wie Natrium und/oder Kalium, können die Eigenschaften der erhältlichen Formen und/oder Kerne feinmoduliert werden. Beispielsweise kann dieses Modul bei 1 zu 1 bis 10 zu 4 liegen. Wasserglas (dessen Feststoffanteil beispielsweise bei 10 bis 80 Gew.-%, insbesondere von 30 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gemisch aus Feststoff und Wasser, das zusammen als Wasserglas bezeichnet wird, ausmachen kann) kann im Binder vorzugsweise in einem Anteil von 97 bis 50 Gew.-%, beispielsweise von 95 bis 60 Gew.-%, wie etwa von 80 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Binders, vorgesehen bzw. vorhanden sein.Water glass, which may also be prepared only in situ from silica and an alkaline solution, means in particular a mixture of ammonium or (in favor of lower gas evolution preferably) alkali metal, such as sodium and / or potassium silicates, as a component in dried form, directly can be prepared as an aqueous solution and / or by generating in situ. In the latter case, silicas in the form of a colloidal and / or amorphous silica (for example at least one natural particulate amorphous silica used or added according to the invention, a synthetic amorphous silica and / or a colloidal silicic acid) and a base, especially an ammonium, are used as precursors of water glass - Or preferably an alkali metal hydroxide, such as potassium and / or sodium hydroxide, mixed together, wherein at least partially a reaction takes place to water glass. The mixture can be carried out by mixing the solid components in an aqueous solution, one or both components are already predissolved or dispersed in an aqueous solution and / or combinations of such mixing methods are used. The molar water glass modulus (molar ratio SiO 2 to MetOH, where Met is in particular ammonium or preferably an alkali metal cation, such as sodium and / or potassium) allows the properties of the available forms and / or cores to be finely modulated to 10 to 4. Water glass (the solid content of which may constitute, for example, from 10 to 80% by weight, in particular from 30 to 75% by weight, based on the mixture of solid and water, collectively referred to as water glass) in the binder preferably in a proportion of 97 to 50 wt .-%, for example from 95 to 60 wt .-%, such as from 80 to 60 wt .-%, based on the weight of the binder, provided or be present.
Bei den – obligatorisch in erfindungsgemäßen Bindergemischen sowie damit hergestellten Kernen und/oder Formen beinhalteten bzw. in den erfindungsgemäßen Verfahren und Verwendungen zuzusetzenden-natürlichen partikulären (insbesondere mikropartikulären) amorphen Kieselsäurematerialien handelt es sich beispielsweise um als Puzzolane (oder Pozzolane) bekannte Stoffe, das heisst, silikatische oder alumosilikatische Stoffe, die wegen ihrer geringen Calciumhydroxidgehalte weder hydraulisch noch latent hydraulisch (nach alkalischer Anregung durch OH– oder sulfatischer Anregung durch SO4 2–) erhärten können, sondern erst durch chemische Reaktion mit Calciumydroxid in Gegenwart von Wasser ein hydraulisch härtendes Bindemittel bilden, und amorph (oder mindestens teilweise amorph) sind, insbesondere um Microsilica 600 der Firma ”Microsilica New Zealand Ltd.”, Te Ngae, Rororua, Neuseeland, oder solches mit einem Lassenite®, insbesondere Lassenite SR Type N (Western Pozzolan Corp., Doyle, CA, USA), oder ein anderes in den Beispielen genanntes Puzzolan, oder Gemische von zwei oder mehreren solchen Stoffen.The naturally particulate (in particular microparticulate) amorphous silicic acid materials which are necessarily included in the binder mixtures according to the invention and the cores and / or forms produced therewith or in the processes and uses of the invention are substances known as pozzolans (or pozzolans), ie , silicate or aluminosilicate materials, because of their low Calciumhydroxidgehalte neither hydraulically nor latent hydraulic - can harden (after alkaline excitation by OH 4 2- or the sulphate excitation by SO), but only by chemical reaction with Calciumydroxid in the presence of water, a hydraulically hardening binder form, and amorphous (or at least partially amorphous) are, in particular silica fume 600 from "microsilica New Zealand Ltd." Te Ngae, Rororua, New Zealand, or such a Lassenite ®, especially Lassenite SR Type N (Western Pozzol to Corp., Doyle, CA, USA), or another pozzolan named in the examples, or mixtures of two or more such substances.
”Natürlich” bedeutet dabei, dass das Material nicht gezielt durch Pyrolyse oder durch Fällen gewonnen wird (wie synthetische Kieselsäuren), sondern aus natürlichen Vorkommen unter Zerkleinern gewonnen wird."Natural" means that the material is not specifically obtained by pyrolysis or precipitation (such as synthetic silicas), but is obtained from natural resources under crushing.
Partikulär bedeutet im Falle des natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerials vorzugsweise, dass die Kieselsäurematerialpartikeln eine durchschnittliche Größe von 500 Mikrometern oder kleiner, insbesondere 99 oder mehr Gewichts-Prozent (Gew.-%) der Partikeln des Materials einen (unter Verwendung eines Micrometrics Sedigraph 5100 (Micrometrics, Norcross, GA, USA; Parameter: Run Time (Laufzeit) 0:08 Stunden/min, Analysis Type: High Speed (Analysetyp: Hochgeschwindigkeit), Analysetemperatur 34.6 deg. C, Gesamtgewicht 100%) ermittelten) Durchmesser von 60 Mikrometern oder kleiner, vorzugsweise 85 Gew.-% oder mehr einen Durchmesser von 5 Mikrometer oder weniger haben.Particulate in the case of the natural particulate amorphous silica material preferably means that the silica material particles have an average size of 500 micrometers or smaller, more preferably 99 or more weight percent (weight percent) of the particles of the material (using a Micrometrics Sedigraph 5100 (Micrometrics , Norcross, GA, USA; Parameters: Run Time (runtime) 0:08 hrs / min, Analysis Type: High Speed (analysis type: high speed), analysis temperature 34.6 deg C, total weight 100%)) diameter of 60 microns or smaller , preferably 85 wt.% or more, have a diameter of 5 microns or less.
Der Gewichtsanteil des natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerials, bezogen auf die fertige (”wässrige”) Bindermischung, kann beispielsweise bei 3 bis 50%, wie bei 5 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 36 Gew.-%, beispielsweise als eine mögliche bevorzugte Variante 15 bis 35 Gew.-%, liegen. The proportion by weight of the natural particulate amorphous silica material, based on the finished ("aqueous") binder mixture, for example, at 3 to 50%, as at 5 to 40 wt .-%, preferably 10 to 36 wt .-%, for example as a possible preferred variant 15 to 35 wt .-%, are.
Neben den genannten Komponenten Wasserglas und natürliches partikuläres amorphes Kieselsäurematerial kann der Binder auch weitere Zusätze, wie Kohlestaub (wie Russ oder Grafit), beispielsweise in einem Anteil von 1 bis 20 Gew.-% (vorteilhaft für Kerne für Eisen, Messing oder Grauguss), Alkalimetalllauge, beispielsweise in einem Anteil von 0 bis 20 Gewichtsprozent (z. B. als 30 bis 50-%ige Natronlauge), und/oder Dispergier- oder Netzmittel (wie anionische Detergentien, z. B. Natriumlaurylsulfat, kationische Detergentien, nicht-ionische Netzmittel, wie Polyethylenglykole oder Polypropylenglykole oder Silane oder amphotere Detergentien), beispielsweise in einem Anteil von 0,01 bis 5 Gew.-%, wie insbesondere von 0,1 bis 1,0 Gew.-%, Tone, Bentonite, Borgte oder Polyborate, beispielsweise in einem Anteil von 0,1 bis 10 Gew.-%, z. B. von 2 bis 6 Gew.-%, beinhalten, bezogen jeweils auf das Gesamtgewicht des Binders. Auch schwerlösliche Metallsalze, wie CaF oder AlF3, sind möglich als Zusätze, beispielsweise in einem Gewichtsanteil im Bereich vom 0,5- bis 3-fachen des Gewichtsanteils an Festsubstanz im Wasserglas. Schließlich sind auch Zusätze von nicht amorphem oder kolloidalem Kieselgel möglich, beispielsweise in einem Gewichtsanteil von 0,5 bis 60 Gewichts-Prozent, bezogen auf den Binder (beispielsweise, wenn das Wasserglas in situ hergestellt wird). Auch Wasser (z. B. in einem Mengenanteil von 0,01 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den Binder) kann zugesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden keine kolloidalen Kieselgele zugesetzt.In addition to the above-mentioned components water glass and natural particulate amorphous silica material, the binder may also contain other additives, such as carbon dust (such as soot or graphite), for example in a proportion of 1 to 20 wt .-% (advantageous for cores for iron, brass or gray cast iron), Alkali metal, for example in a proportion of 0 to 20 weight percent (eg., As 30 to 50% sodium hydroxide solution), and / or dispersing or wetting agents (such as anionic detergents, eg., Sodium lauryl sulfate, cationic detergents, non-ionic Wetting agents, such as polyethylene glycols or polypropylene glycols or silanes or amphoteric detergents), for example in a proportion of 0.01 to 5 wt .-%, in particular from 0.1 to 1.0 wt .-%, clays, bentonites, borrowed or polyborates , for example in a proportion of 0.1 to 10 wt .-%, z. From 2 to 6% by weight, based in each case on the total weight of the binder. Also sparingly soluble metal salts, such as CaF or AlF 3 , are possible as additives, for example in a weight fraction in the range of 0.5 to 3 times the weight fraction of solid substance in water glass. Finally, additions of non-amorphous or colloidal silica gel are also possible, for example in a proportion by weight of from 0.5 to 60% by weight, based on the binder (for example, if the waterglass is prepared in situ). Also water (eg in a proportion of 0.01 to 30 wt .-%, based on the binder) can be added. In a preferred embodiment of the invention no colloidal silica gels are added.
Unter feuerfestem partikulärem Material sind ein oder mehrere beim Gießvorgang nicht schmelzende (”feuerfeste”) partikuläre Materialien, wie beispielsweise hitzebeständige körnige Materialien, wie Chromitsand, Aluminiumoxid, Zirkonsand, Aluminiumsilikat, Schamott, Siliziumcarbid, Mullit, Graphit, Fosterit, synthetischer Keramiksand oder insbesondere hitzebeständige Sande, wie Quarz- oder Giesssand, Metallkügelchen oder -granulate, z. B. von Eisen oder Kupfer, aber auch lösliche Salze, wie Natriumchlorid, Aluminiumsilikathohlkugeln (sog. Microspheres), Glasperlen, Glasgranulat, kugelförmige keramische Grundstoffe (beispielsweise wie unter der Bezeichnung ”Cerabeads” oder ”Carboaccust bekannt) oder Mischungen von zwei oder mehr derartigen Komponenten, zu verstehen. Bezogen auf das Gesamtgewicht des ”grünen” Körpers einer Form und/oder eines Kerns, wie erfindungsgemäß erhältlich, kann der Anteil des feuerfesten partikulären Materials im Bereich von 60 bis 99,9 Gew.-%, beispielsweise von 80 bis 99,8%, wie beispielsweise bei 90 bis 99,8 Gew.-% oder z. B. vorzugsweise bei 95 bis 99,8 Gew.-% liegen, der Anteil des erfindungsgemäßen Binders bei 0,1 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise bei 0,2 bis 20 Gew.-%, insbesondere bei 0,2 bis 10 Gew.-%, so beispielsweise vorzugsweise bei 0,2 bis 8, wie 0,2 bis 5 Gew.-%.Among refractory particulate material, one or more non-melting ("refractory") casting materials are particulate materials such as refractory granular materials such as chromite sand, alumina, zircon sand, aluminum silicate, chamotte, silicon carbide, mullite, graphite, fosterite, synthetic ceramic sand, or particularly heat resistant Sands, such as quartz or casting sand, metal beads or granules, eg. As iron or copper, but also soluble salts, such as sodium chloride, aluminum silicate hollow spheres (so-called Microspheres), glass beads, glass granules, spherical ceramic base materials (for example, as under the name "Cerabeads" or "Carboaccust known) or mixtures of two or more Components, to understand. Based on the total weight of the "green" body of a mold and / or a core as obtainable according to the invention, the proportion of the refractory particulate material in the range of 60 to 99.9 wt .-%, for example from 80 to 99.8%, such as at 90 to 99.8 wt .-% or z. B. preferably 95 to 99.8 wt .-%, the proportion of the binder according to the invention at 0.1 to 40 wt .-%, preferably 0.2 to 20 wt .-%, in particular 0.2 to 10 % By weight, for example, preferably at 0.2 to 8, such as 0.2 to 5% by weight.
”Ungefähr” bedeutet, dass der entsprechende Zahlenwert insbesondere um ±10%, vorzugsweise um ±5, beispielsweise sehr bevorzugt um ±2% nach oben und unten abweichen kann. Sehr bevorzugt ist genau der genannte Wert gemeint. ”Ungefähr” ist auch bei Zahlenwerten im Rahmen der vorliegenden Offenbarung hinzu zu denken, bei denen es nicht explizit erwähnt ist. Der Durchmesser der Partikeln kann dabei z. B. vorzugsweise im Bereich unter 5 mm liegen, beispielsweise bei weniger als 1000 μm, wie bei 600 μm oder darunter, aber auch in anderen Bereichen, je nach Verwendungszweck und dafür sinnvollen Spezifikationen."Approximately" means that the corresponding numerical value can differ in particular by ± 10%, preferably by ± 5, for example very preferably by ± 2%, upwards and downwards. Very preferably, exactly the named value is meant. "Approximately" is also to be added to numerical values in the context of the present disclosure in which it is not explicitly mentioned. The diameter of the particles can be z. B. preferably in the range below 5 mm, for example, less than 1000 microns, as at 600 microns or below, but also in other areas, depending on the purpose and meaningful specifications.
”Beinhalten”, ”umfassen”, oder ”mit” in (auch grammatikalisch passend angewendeten Formen) bedeutet, dass neben den genannten Komponenten keine oder ein oder mehrere weitere Materialien (z. B. Zusätze) vorhanden sein können."Include", "include", or "with" in (also grammatically appropriate applied forms) means that in addition to the components mentioned none or one or more other materials (eg additives) may be present.
Bei der Verwendung von mindestens einem natürlichem partikulärem amorpher Kieselsäurematerial zur Herstellung von Wasserglas beinhaltenden Bindern für Formen und/oder Kerne für Gießereizwecke wird das beschriebene natürliche partikuläre amorphe Kieselsäurematerial mit dem wässrigen Wasserglas und ggf. einem oder mehreren weiteren üblichen Binderzusätzen gemischt, wobei die Reihenfolge der Komponenten beliebig ausgewählt werden kann, beispielsweise so, wie es für eine jeweilige Mischung für die Praxis vorteilhaft ist, oder das Wasserglas wird erst in situ hergestellt durch Mischung entsprechender Laugen (insbesondere eines Alkalimetall-, wie Lithium-, Natrium- und/oder Kaliumhydroxids, in wässriger Lösung) mit mindestens einem erfindungsgemäß zu verwendenden natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerial (das dann beispielsweise mindestens oberflächlich zum entsprechenden Silikat umgesetzt werden kann) oder mit einer kolloidalen Kieselsäure im Gemisch mit oder unter weiterem Zusatz mindestens eines erfindungsgemäß zu verwendenden natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerials hergestellt werden, was das Zusetzen des oder der erfindungsgemäß zu verwendenden natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerialien bereits beinhaltet. Gewünschtenfalls können weitere Zusätze mit verwendet werden.When using at least one natural particulate amorphous silica material for the preparation of waterglass-containing binders for molds and / or cores for foundry purposes, the described natural particulate amorphous silica material is mixed with the aqueous waterglass and optionally one or more other common binder additives, the order of Components can be arbitrarily selected, for example, as it is advantageous for a particular mixture in practice, or the water glass is first prepared in situ by mixing appropriate alkalis (in particular an alkali metal, such as lithium, sodium and / or potassium hydroxide, in aqueous solution) with at least one natural particulate amorphous silica material to be used according to the invention (which can then be reacted, for example, at least superficially to the corresponding silicate) or with a colloidal silica in a mixture with or with the further addition of at least one natural particulate amorphous silica material to be used according to the invention, which already involves the addition of the natural particulate amorphous silicic acid materials to be used according to the invention. If desired, other additives can be used with.
Bei der Verwendung zur Herstellung entsprechender Formen und/oder Kerne wird entweder ein wie vorstehend erhältlicher Binder mit partikulärem feuerfestem Material gemischt, wobei gewünschtenfalls ein oder mehrere weitere Zusätze zugefügt werden können, oder die Herstellung des Binders erfolgt direkt im Gemisch aus den im vorstehend genannten Absatz genannten Komponenten (mindestens Wasserglas, das auch wie beschrieben erst in situ hergestellt werden kann, und das oder die natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerialien, gegebenenfalls zusätzlich kolloidale Kieselsäure) mit dem partikulären feuerfesten partikulären Material und gewünschtenfalls ein oder mehreren weiteren Zusätzen. Jede beliebige Reihenfolge ist denkbar. Anschließend wird zur Herstellung der Formen und/oder Kerne das erhältliche Gemisch in ein Form- und/oder Kernwerkzeug eingebracht, beispielsweise durch Einschießen, wobei durch Erwärmen (z. B. sog. Hot-Box-Verfahren), beispielsweise auf Temperaturen im Bereich von 200°C unterhalb der Schmelztemperatur des Metalles, für dessen späteren Guss die Form und/oder der Kern vorgesehen sind, vorzugsweise bei absolut 250°C oder darunter, wie etwa zwischen 80 und 200°C, beispielsweise vorteilhaft zwischen 100 und 150°C, wobei das Erwärmen gleichzeitig mit dem Einbringen ins Werkzeug und/oder anschließend daran erfolgen kann (beispielsweise durch Heissgas, Mikrowelle oder anderweitiges Erwärmen), und/oder beispielsweise durch Zufuhr von Kohlendioxid die Aushärtung des Binders bewirkt wird. So sind ”grüne” Formen und/oder Kerne zu erhalten, die eine ausreichende Stabilität für Gießereizwecke haben. When used to make such molds and / or cores, either a binder as available above is mixed with a particulate refractory material, with one or more further additives added if desired, or the binder is prepared directly in admixture with those described in the paragraph above mentioned components (at least water glass, which can also be prepared as described in situ only, and the one or more natural particulate amorphous silica materials, optionally additionally colloidal silica) with the particulate refractory particulate material and, if desired, one or more further additives. Any order is conceivable. Subsequently, for the production of the molds and / or cores, the available mixture is introduced into a mold and / or core tool, for example by injection, wherein by heating (eg., So-called hot-box method), for example to temperatures in the range of 200 ° C below the melting temperature of the metal, for the subsequent casting of the mold and / or the core are provided, preferably at absolutely 250 ° C or below, such as between 80 and 200 ° C, for example advantageously between 100 and 150 ° C, wherein the heating may occur simultaneously with the introduction into the tool and / or subsequently thereto (for example by hot gas, microwave or other heating), and / or, for example, by supplying carbon dioxide, the curing of the binder is effected. Thus, "green" shapes and / or cores are obtained, which have sufficient stability for foundry purposes.
Die erhältlichen grünen Formen sind geeignet und können, erforderlichenfalls nach Entfernung aus dem Form- und/oder Kernwerkzeug, zum Herstellen eines Gießereiproduktes (als Beispiele hierfür seien, ohne dass dies eine Einschränkung bedeuten soll, Saugrohre etwa für Motoren, Motorblöcke Kühlrohre, Türscharniere, Zapfpistolen z. B. für Tankstellen, Gussrohre, Wasserhähne, Hydraulikventile, andere als die vorgenannten Motorteile oder dergleichen mehr) durch Gießen beliebiger Schmelzen von Metallen (wie oben definiert, also auch Legierungen), wie insbesondere von Zinn, Blei, Zink, Bronze, Eisen, Grauguss, Stahl oder Aluminium oder Aluminiumlegierungen verwendet werden. Beispielsweise lassen sich bei Aluminium und dessen Legierungen besonders gute Ergebnisse (z. B. niedrige Sandanhaftung nach dem Entformen/Entkernen, geringer Einschluss von Sand) erzielen, oder auch mit höher schmelzenden Metallen, wie Eisen oder Stahl.The available green molds are suitable and can, if necessary, after removal from the mold and / or core tool, for producing a foundry product (as examples, without being limiting, suction pipes such as for engines, engine blocks cooling tubes, door hinges, fuel nozzles for example for gas stations, cast iron pipes, taps, hydraulic valves, other than the aforementioned engine parts or the like) by pouring any melting of metals (as defined above, including alloys), in particular of tin, lead, zinc, bronze, iron , Cast iron, steel or aluminum or aluminum alloys. For example, it is possible to achieve particularly good results with aluminum and its alloys (eg low sand adhesion after demoulding / coring, low inclusion of sand), or even with higher melting metals, such as iron or steel.
Beim anschließenden Gießen unter Verwendung der wie vorstehend beschrieben erhältlichen Formen und/oder Kerne, was gemeinsam mit den vorstehend beschriebenen Schritten eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung betrifft, steigt die Temperatur der Formen und/oder Kerne soweit an, dass beginnend mit dem Gießprozess und auch während der Abkühlungsphase die verwendeten Formen und/oder Kerne in einen solchen Zustand überführt werden, dass sie in einem weitern, zu einer noch weiter bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Verwendungserfindung gehörenden Schritt der Entformung/Entkernung anschließend leicht in eine schüttfähige Form überführt und so mechanisch, beispielsweise durch Schütteln, Ultraschall oder Klopfen, Kombinationen davon, oder dergleichen, entfernt werden können.In the subsequent casting using the molds and / or cores available as described above, which together with the steps described above relates to a further particular embodiment of the invention, the temperature of the molds and / or cores increases so far that starting from the casting process and also during the cooling phase, the molds and / or cores used are converted to such a state that, in a further step of demoulding / de-coring, belonging to a still further preferred embodiment of the present use invention, they are subsequently easily transferred into a pourable form and thus mechanically, for example by shaking, ultrasound or tapping, combinations thereof, or the like.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des beschriebenen natürlichen partikulären amorpher Kieselsäurematerials zur Verringerung der Sandanhaftung nach dem Gießvorgang bei Formen und/oder Kernen für Gießereizwecke, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die genannten Kieselsäurematerialien bei der Herstellung der Formen und/oder Kerne (dem dabei zugesetzten Binder und/oder direkt dem feuerfesten partikulären Material) zugesetzt werden, insbesondere wie bei den vor- und nachstehend beschriebenen Verwendungen und Verfahren gezeigt. Die Verringerung der Sandanhaftung bezieht sich vorzugsweise auf die Verringerung im Vergleich zu einer Probe, bei der anstelle des oder der erfindungsgemäßen natürlichen partikulären amorphen Kieselsäurematerialien eine pyrogene Kieselsäure, insbesondere Elkem 971, Lichtbogenkieselsäure von Elkem Materials, Kristiansund, Norwegen, zugesetzt ist, insbesondere unter Versuchsbedingungen wie in Beispiel 6c).The invention also relates to the use of the described natural particulate amorphous silica material for reducing sand adhesion after casting in foundry molds and / or cores, characterized in that the one or more of the silicic acid materials mentioned are used in the manufacture of the molds and / or cores Binder and / or directly to the refractory particulate material), in particular as shown in the uses and methods described above and below. The reduction in sand adhesion preferably refers to the reduction as compared to a sample in which a pyrogenic silica, in particular Elkem 971, arcane silica from Elkem Materials, Kristiansund, Norway, is added instead of the natural particulate amorphous silicic acid materials of the invention, especially under experimental conditions as in Example 6c).
Wo vor- und nachstehend von Formen und/oder Kernen die Rede ist, beinhaltet dies auch, dass nur eine Form und/oder ein Kern (in Einzahl) gemeint sein kann – die Erfindung bezieht sich mithin auch auf einzelne Kerne und/oder Formen.Where, above and below, forms and / or cores are mentioned, this also implies that only one form and / or one core (in singular) can be meant - the invention thus also relates to individual cores and / or shapes.
Die oben als Zusätze für den Binder genannten Materialien (oder andere Zusätze) können auch (alle oder ein oder mehrere, jeweils insgesamt oder teilweise) erst beim Mischen mit dem feuerfesten partikulären Material zugesetzt werden und müssen folglich nicht alle bzw. nicht vollständig im Binder beinhaltet sein.The materials (or other additives) mentioned above as additives for the binder can also (all or one or more, in total or in part) be added only when mixing with the refractory particulate material and consequently do not have to include all or not completely in the binder be.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung Bindern oder von Formen und/oder Kernen für Gießereizwecke, wobei für den Binder das beschriebene natürliche partikuläre amorphe Kieselsäurematerial und Wasserglas und/oder alkalischen Lösungen und für die Kerne und/oder Formen zusätzlich partikuläre feuerfeste Materialien, wie Sand, in An- oder Abwesenheit weiterer Zusätze miteinander gemischt werden.In particular, the invention relates to a process for the production of binders or of molds and / or cores for foundry purposes, wherein for the binder the described natural particulate amorphous silica material and waterglass and / or alkaline solutions and for the cores and / or molds additionally particulate refractory materials, such as Sand, in the presence or absence of other additives are mixed together.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der Illustration der Erfindung, ohne ihren Umfang einzuschränken. Alle %-Angaben beziehen sich auf Gewichtsprozent (Gew.-%), Anteilsangaben auf Gewichtsanteile. The following examples serve to illustrate the invention without limiting its scope. All% data are by weight (% by weight), parts by weight.
Beispiel 1 Binder für AluminiumgussExample 1 Binder for aluminum casting
Folgende Komponenten werden zu einem Binder vermischt:
Na-Silikat-Lösung Betol 50T (Woellner GmbH & Co KG, Ludwigshafen, Deutschland) 65%
Wasser 10%
Texapon K 12 (Natriumlaurylsulfat, Cognis GmbH, Düsseldorf, Deutschland) 0,3%
NaOH 40%-ig 4,7%
Pozzolan Lasenite-SR Type N (Western Pozzolan Corp., Doyle, CA, USA) 20%The following components are mixed to form a binder:
Na silicate solution Betol 50T (Woellner GmbH & Co. KG, Ludwigshafen, Germany) 65%
Water 10%
Texapon K 12 (sodium lauryl sulfate, Cognis GmbH, Dusseldorf, Germany) 0.3%
NaOH 40% -4.7%
Pozzolan Lasenite SR Type N (Western Pozzolan Corp., Doyle, CA, USA) 20%
Beispiel 2 Binder für Messingguss:Example 2 Binder for brass casting:
Folgende Komponenten werden zu einem Binder vermischt:
Wasserglas Silikat 24 (Van Baerle GmbH & Co, Gernsheim, Deutschland) 70%
Wasser 10%
”Carbon Black” (Russ) 10%
Silan 0,5%
Vulcanasche aus Pozzouli 9,5%The following components are mixed to form a binder:
Water Glass Silicate 24 (Van Baerle GmbH & Co, Gernsheim, Germany) 70%
Water 10%
"Carbon Black" (Russ) 10%
Silane 0.5%
Vulcan ash from Pozzouli 9.5%
Beispiel 3 Binder für GraugussExample 3 Binder for gray cast iron
Folgende Komponenten werden zu einem Binder vermischt:
Silikat 24 (Van Baerle) 70%
Wasser 10%
Kohlenstoffpulver (S & B Minerals) 10%
Natürliches amorphes Microsilica aus Trinidad 10%The following components are mixed to form a binder:
Silicate 24 (Van Baerle) 70%
Water 10%
Carbon powder (S & B Minerals) 10%
Natural Amorphous Microsilica from Trinidad 10%
Beispiel 4 PulverbinderExample 4 Powder Connector
Folgende Komponenten werden zu einem Binder vermischt:
Wasserglas Lithopix S2 (Tschimmer & Schwarz GmbH & Co KG, Lahnstein, DE) 72%
Natürliches Puzzolan (aus Neuseel and Microsilica 600) 18%
Polyborat 4%
Sillitin (nicht amorphes SiO2) (Hoffmann Mineral GmbH & Co KG, Neuburg, Deutschland) 6%The following components are mixed to form a binder:
Waterglass Lithopix S2 (Tschimmer & Schwarz GmbH & Co. KG, Lahnstein, DE) 72%
Natural pozzolan (from New Zealand and Microsilica 600) 18%
Polyborate 4%
Sillitin (non-amorphous SiO2) (Hoffmann Mineral GmbH & Co. KG, Neuburg, Germany) 6%
Beispiel 5 Binder ohne Wasserglas (bzw. erst in situ dessen mindestens teilweise Herstellung)Example 5 Binder without water glass (or at least partially in situ)
Folgende Komponenten werden zu einem Binder vermischt:
Natürl. Amorphe Kieselsäure (Flugasche Pozzolan aus Montserrat) 30%
Kolloidales Kieselsol (Ludox HS 40, Grace Chemicals, Columbia, Maryland, USA) 50%
NaOH 40%-ig 20%The following components are mixed to form a binder:
Nat. Amorphous silica (fly ash pozzolan from Montserrat) 30%
Colloidal silica sol (Ludox HS 40, Grace Chemicals, Columbia, Maryland, USA) 50%
NaOH 40% 20%
Beispiel 6: Formen und Kerne und deren HerstellungExample 6: Shapes and cores and their production
Untersuchung des Einflusses von natürlichem Puzzolanzusatz zu einem WasserglasbinderInvestigation of the influence of natural pozzolan addition to a waterglass binder
- a) Vergleich zwischen den Festigkeiten von Formkörpern, welche mit Quarzsand als Formgrundstoff unda) Comparison between the strengths of moldings, which with quartz sand as molding material and
- A) Wasserglasbinder, Modul 2,4, 40%-ig, Binderzugabe 2% (Vergleich)A) water glass binder, modulus 2,4, 40% strength, binder addition 2% (comparison)
- B) Wasserglasbinder, Modul 2,4, 40%-ig, Binderzugabe 2% + 0,4% Puzzolan Zusatz (Vulkan-Flugasche) (erfindungsgemäß)B) water glass binder, modulus 2.4, 40% strength, binder addition 2% + 0.4% pozzolan addition (volcanic fly ash) (according to the invention)
- C) Wasserglasbinder, Modul 2,4, 40%-ig, Binderzugabe 2% + 0,4% Zusatz eines synthetisch hergestellten amorphen Silikats (Elkem 971, Lichtbogenkieselsäure von Elkem Materials, Kristiansund, Norwegen) (Vergleich) hergestellt werden.C) Waterglass binder, modulus 2,4, 40%, binder addition 2% + 0.4% addition of a synthetically produced amorphous silicate (Elkem 971, arc silicic acid from Elkem Materials, Kristiansund, Norway) (comparison) getting produced.
Für die Prüfung der Formstoffmischungen werden sog. Georg-Fischer-Prüfriegel mit den Abmessungen 150 mm × 22,36 mm × 22,36 mm hergestellt. Die Herstellung der Prüfriegel erfolgte in einer Laempe Laborkernschiessmaschine M1 (Laempe & Moessner Gmbh, Schopfheim, Deutschland). Die Kernkastentemperatur beträgt 160°C und der Schiessdruck 4 bar. Die Aushärtung erfolgt durch eine 20 Sekunden dauernde Backzeit und eine anschließende 10 Sekunden dauernden Spülzeit, wobei mit 30°C warmer Spülluft mit 2 bar gespült wird.For the testing of the molding material mixtures, so-called Georg Fischer test bars measuring 150 mm × 22.36 mm × 22.36 mm are produced. The test bars were produced in a Laempe laboratory core shooter M1 (Laempe & Moessner Gmbh, Schopfheim, Germany). The Core box temperature is 160 ° C and the shooting pressure 4 bar. Curing takes place by means of a baking time of 20 seconds and a subsequent rinsing time of 10 seconds, whereby warm purging air at 30 ° C is rinsed with 2 bar.
Die Biegebruchwerte (Biegefestigkeit oder Bruchmodul) werden mit einem Georg-Fischer-Festigkeitsprüfgerät, ausgerüstet mit einer 3-Punkt-Biegevorrichtung (DISA Industrie AG, Schaffhausen, Schweiz) (Georg-Fischer-Methode) durch Einlegen und Ermittlung der Last, die zum Bruch führt, nach folgenden Behandlungen ermittelt:
- – 10 Sek. nach der Entnahme aus dem Kernkasten (Heissfestigkeiten)
- – 1 Std. nach der Entnahme (Kaltfestigkeiten)
- – Nach 12 Std. Lagerung der Kerne im Klimaschrank, bei 30°C und 80% relativer Luftfeuchte.
- - 10 seconds after removal from the core box (hot strength)
- - 1 hour after removal (cold strength)
- - After 12 hours of storage of the cores in the climatic chamber, at 30 ° C and 80% relative humidity.
ErgebnisResult
Der Zusatz von 20% Puzzolan bezogen auf die zugesetzte Bindermenge erhöht die Heissfestigkeit, die Kaltfestigkeit und besonders auch die Festigkeit nach einer Lagerung im Klimaschrank bei 30°C und 80% relativer Luftfeuchtigkeit.The addition of 20% pozzolan based on the amount of binder added increases the hot strength, cold strength and especially the strength after storage in a climatic chamber at 30 ° C and 80% relative humidity.
Zwischen dem Binder mit zugesetztem synthetisch hergestelltem Siliziumdioxid und dem mit natürlich vorkommender Vulkan-Flugasche bestehen bei den Heiss- und Kaltfestigkeiten keine wesentliche Unterschiede. Auch bei einer Klimabelastung von 12 Stunden im Klimaschrank zeigt sich bei beiden Zusätzen eine deutliche Verbesserung der Lagerstabilität gegenüber den Prüfriegeln, die ohne Zusatz gefertigt werden.There are no significant differences in the hot and cold strengths between the binder with added synthetically produced silica and the naturally occurring volcanic fly ash. Even with a climate load of 12 hours in the climatic cabinet, both additives show a significant improvement in storage stability compared to the test bars, which are manufactured without additives.
b) Untersuchung der Entkernbarkeit:b) Investigating the decorability:
Abgegossene Kerne sollten nach dem Erkalten des Metalls auch wieder gut aus dem Gussteil zu entfernen sein. Dies geschieht in der Regel durch Vibration auf einer entsprechenden Vibrationsanlage. Zur Beurteilung der Entkernbarkeit werden mit den 3 Vergleichsbindern A), B) und C) jeweils 5 Saugrohrkerne hergestellt. Die Herstellung erfolgt auf einer Laempe BeachBox Maschine (Laempe & Mössner). Die Kernkastentemperatur beträgt 160°C, der Schiessdruck 5 bar. Die Aushärtung erfolgt durch 20 Sekunden Backzeit und nachfolgend 40 Sekunden Spülung mit einer 40°C warmen Luft, mit 2,5 bar. Das Kerngewicht beträgt 8 kg.Cast-off cores should also be easy to remove from the casting after the metal has cooled. This is usually done by vibration on a corresponding vibration system. In order to assess decorability, 5 suction tube cores are produced using the 3 comparative binders A), B) and C). The production takes place on a Laempe BeachBox machine (Laempe & Mössner). The core box temperature is 160 ° C, the shooting pressure 5 bar. Curing takes place by 20 seconds baking time and then 40 seconds rinsing with a 40 ° C warm air, with 2.5 bar. The core weight is 8 kg.
Alle 15 Kerne werden nacheinander in einer Kokille abgegossen. Die Kokillentemperatur beträgt 360°C und der Abguss erfolgt mit Aluminium durch Schwerkraft. Nach einer Abkühlzeit von ca. 90 Minuten und einer Gussteiltemperatur von 80°C werden die Teile in eine gießereiübliche Vibrationsanlage eingelegt und 30 Sek. einer Vibrationsschwingung ausgesetzt.All 15 cores are poured off one after the other in a mold. The mold temperature is 360 ° C and the casting is done with aluminum by gravity. After a cooling time of approx. 90 minutes and a casting temperature of 80 ° C, the parts are placed in a foundry-standard vibration system and subjected to vibration vibration for 30 seconds.
Ergebnis:Result:
Die Gussteile, welche nur mit Wasserglasbinder gefertigt waren, sowie die Gussteile, welche mit einem erfindungsgemäßen Puzzolanzusatz gefertigt waren, ließen sich in 30 Sekunden problemlos entkernen. Hingegen können die Gussteile, welche mit dem synthetischen Siliziumdioxid gefertigt sind, auch nach 90 Sekunden noch nicht vollständig entkernt werden. Es zeigt sich, dass das natürliche Puzzolan (erfindungsgemäß) deutlich bessere Entkerneigenschaften bewirkt als das synthetisch hergestellte Siliziumdioxid (Vergleich). Die mit synthetischem Siliziumdioxid hergestellten Kerne sind für eine Serienfertigung nicht geeignet. Die mit reinem Wasserglas hergestellten Gussteile können zwar gut entkernt werden, sie zeigen jedoch eine sehr starke Sandanhaftung an der Gussoberfläche und sind deshalb für eine Serienfertigung ebenfalls ungeeignet.The castings, which were made only with water glass binder, and the castings, which were made with a Puzzolanzusatz invention, could be cored easily in 30 seconds. On the other hand, the castings, which are made with the synthetic silicon dioxide, can not be completely gutted even after 90 seconds. It turns out that the natural pozzolan (according to the invention) produces significantly better deinking properties than the synthetically produced silica (comparison). The cores made with synthetic silica are not suitable for mass production. Although the castings produced with pure water glass can be gutted well, they show a very strong adhesion of sand to the casting surface and are therefore also unsuitable for mass production.
c) Untersuchung der Sandrückstände auf der Gussoberfläche nach der Vibrationsentkernung c) Examination of the sand residues on the casting surface after vibration de-coring
Alle Gussteile werden hierfür mit einer Kamera optisch im Kanalinneren beurteilt.All castings are judged visually inside the channel with a camera.
Ergebnis:Result:
- – Die Gussteile mit dem Wasserglasbinder (A) zeigten eine durchgehende Sandkruste auf der Gussoberfläche, welche nicht zu entfernen geht (Vergleich).- The castings with the water glass binder (A) showed a continuous sandy crust on the casting surface, which can not be removed (comparison).
- – Die Gussteile mit dem Puzzolanzusatz (B) zeigen keinerlei Anhaftungen (erfindungsgemäß).The cast parts with the pozzolan addition (B) show no adhesions (according to the invention).
- – Die Gussteile mit dem synthetischen Siliziumdioxid (C) zeigen in den Ecken und Kanten noch deutliche Sandreste, welche ebenfalls sehr schwer entfernbar sind und somit für eine Serienfertigung ungeeignet sind (Vergleich).- The castings with the synthetic silicon dioxide (C) show in the corners and edges still clear sand residues, which are also very difficult to remove and thus unsuitable for mass production (comparison).
Außerdem werden die nachträglich entfernten Sandrückstände gewogen und verglichen.In addition, the subsequently removed sand residues are weighed and compared.
ErgebnisResult
- – Die mit reinem Wasserglasbinder hergestellten Gussteile können nicht untersucht werden, da sich die Sandrückstände nicht völlig entfernen lassen (Vergleich).- The castings made with pure water glass binder can not be examined, because the sand residues can not be completely removed (comparison).
- – Die Gussteile mit dem erfindungsgemäßen Puzzolanzusatz weisen einen Rückstand von durchschnittlich 20 mg Sand pro Gussstück auf (erfindungsgemäß).The castings with the pozzolan addition according to the invention have a residue of, on average, 20 mg of sand per casting (according to the invention).
- – Die Gussteile mit dem Zusatz eines synthetischen Siliziumdioxides weisen einen Rückstand von durchschnittlich 2000 mg auf (Vergleich).- The castings with the addition of a synthetic silicon dioxide have a residue of an average of 2000 mg (comparison).
Es zeigt sich deutlich, dass das natürliche Puzzolan wesentlich bessere Eigenschaften bewirkt als das synthetisch hergestellte amorphe Siliziumdioxid. Die verbleibenden Sandrückstände an der Gussoberfläche sind bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform derart gering, dass es für eine Seriengussproduktion einsetzbar ist.It can be clearly seen that the natural pozzolan produces much better properties than the synthetically produced amorphous silica. The remaining sand residues on the casting surface are so small in the embodiment according to the invention that it can be used for series casting production.
d) Untersuchung der Sandregenerierbarkeitd) investigation of sand regeneration
Aus dem Gussteil entfernter Sand sollte möglichst einfach wieder zu regenerieren gehen, sodass man den Sand ohne viel Verluste wieder dem Prozess zuführen kann. Wasserglas neigt jedoch dazu, sich mit den Additiven unter der Hitzeeinwirkung des Metalls an den Sandkörnern anzulagern und dadurch zu einem ständigen Kornwachstum zu führen.Sand removed from the casting should be able to regenerate as easily as possible, so that sand can be returned to the process without much loss. However, water glass tends to adhere to the sand grains with the additives under the action of heat of the metal, thereby leading to continuous grain growth.
Untersucht werden die Kornverteilungen der Sande, welche aus den Gussteilen entfernt. Sie werden durch Sieben ermittelt:
ErgebnisResult
Es zeigt deutlich, dass der mit synthetischem Siliziumdioxid hergestellte Gießereisand deutlich stärker zu einem Kornwachstum neigt als der mit Puzzolan hergestellte Sand. Die Haftung am Sandkorn scheint beim synthetischen SiO2 deutlich stärker zu sein, nach Beeinflussung durch die Gusstemperatur, als dies bei einem natürlichen Puzzolanzusatz der Fall ist.It clearly shows that the foundry sand made with synthetic silica tends to be much more prone to grain growth than the sand produced with pozzolan. The adhesion to the sand grain seems to be much stronger with the synthetic SiO 2 , after being influenced by the casting temperature, than is the case with a natural pozzolan addition.
Die Sandwiederaufbereitung bzw. der erzeugt Ausschuss aus der Aufbereitung liegt bei der Verwendung eines synthetischen Materials, wie es beispielsweise hier für die Versuche verwendet wird (Elkem 971) deutlich höher. Dies erklärt auch, weshalb sich das natürliche Material in Kombination mit dem Wasserglas viel besser aus dem Gussteil wieder entfernen lässt.The sand recycling or the generated rejects from the treatment is significantly higher when using a synthetic material, as used here for the experiments (Elkem 971). This also explains why the natural material in combination with the water glass can be much better removed from the casting.
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