DE1198474B

DE1198474B - Surface treatment agent for sand molds and cores for foundry purposes

Info

Publication number: DE1198474B
Application number: DEB59366A
Authority: DE
Inventors: James Maurice Middleton; Paul Geoffrey Mcilroy
Original assignee: BRITISH STEEL CASTINGS RES ASS
Current assignee: BRITISH STEEL CASTINGS RES ASS
Priority date: 1959-09-18
Filing date: 1960-09-14
Publication date: 1965-08-12

Description

Oberflächenbehandlungsmittel für Sandformen und -kerne für Gießereizwecke Die Erfindung betrifft die Verwendung von wäßrigen Dispersionen zur Behandlung der mit Metall in Berührung kommenden Oberflächen von Sandformen und Kernen, um diesen Widerstand gegenüber dem Eindringen von Metall zu erteilen und saubere glatte Gußstücke zu erzeugen, die frei von Oberflächenfehlern sind.Surface treatment agents for sand molds and cores for foundry purposes The invention relates to the use of aqueous dispersions for treating the surfaces of sand molds and cores that come into contact with metal Provide resistance to metal penetration and clean smooth castings that are free from surface defects.

Solche Dispersionen und Pasten bestehen üblicherweise aus einer Suspension eines hitzebeständigen, unschmelzbaren Pulvers in Wasser, welcher ein Bindemittel zur Schaffung einer guten Adhäsion des sich ergebenden Filmes und ein Suspendiermittel zur Verzögerung der Sedimentation der festen Teilchen zugesetzt ist.Such dispersions and pastes usually consist of a suspension a heat-resistant, infusible powder in water, which is a binder to provide good adhesion of the resulting film and a suspending agent is added to delay the sedimentation of the solid particles.

Die chemische Zusammensetzung des hitzebeständigen Pulvers hängt von dem zu gießenden Metall und auch von der chemischen Zusammensetzung des Formsandes ab, d. h., um die größte Wirksamkeit zu erzielen, soll das hitzebeständige Material nicht schmelzen, nicht mit dem geschmolzenen Metall reagieren oder sich mit dem Formsand bei den Metallgießtemperaturen vereinigen. Daher kann das hitzebeständige Material, in Abhängigkeit von den auf der Oberfläche der Gießform herrschenden Bedingungen, z. B. aus Zirkonsilikat (Zirkon), Siliciumdioxyd, Magnesiumoxyd, Magnesit, Chromit, Aluminiumoxyd, Titanoxyd, Olivin, Graphit oder einem gesinterten Kaolin (Molochit), bestehen. Beispielsweise werden beim Gießen von Stahl, wenn es sich bei dem Material der Gießformen vorwiegend um Siliciumdioxydsand handelt, vorzugsweise Zirkon, Siliciumdioxyd, Magnesiumoxyd oder Aluminiumoxyd verwendet; jedoch kann bei Olivinsandformmischungen Olivin verwendet werden.The chemical composition of the heat-resistant powder depends on the metal to be cast and also the chemical composition of the molding sand from, d. that is, in order to achieve the greatest effectiveness, the refractory material should be used do not melt, do not react with the molten metal, or interact with the Combine molding sand at the metal casting temperatures. Therefore, it can be heat-resistant Material, depending on the conditions prevailing on the surface of the casting mold, z. B. from zirconium silicate (zirconium), silicon dioxide, magnesium oxide, magnesite, chromite, Aluminum oxide, titanium oxide, olivine, graphite or a sintered kaolin (molochite), exist. For example, when casting steel, when it comes to the material the casting molds are mainly silicon dioxide sand, preferably zirconium, silicon dioxide, Magnesium oxide or aluminum oxide used; however, with olivine sand mold mixes Olivine can be used.

Der Anteil des hitzebeständigen Materials, in Gewichtsprozent der Dispersion, hängt weitgehend von der verwendeten Aufbringungsmethode ab; so kann er bei den gegenwärtig hergestellten Formanstrichmitteln oder Formschlichten 40% bei Aufsprühen, etwa 40 bis 500!o beim Tauchen und etwa 60 bis 70% beim Aufbürsten betragen. Natürliche, trockene Öle, z. B. Leinöl, und andere organische Materialien, wie Sulfitlauge, Melasse oder ein Getreideprodukt, z. B. Dextrin, haben sich in befriedigender Weise als Bindemittel erwiesen, wenn sie in einem Anteil von 1 bis 3 Gewichtsprozent verwendet werden. Quellende Tone, wie ein quellfähiger Bentonitton, sind in ähnlichen Anteilen als Suspendiermittel verwendet worden.The proportion of refractory material, in percent by weight of the Dispersion, largely depends on the method of application used; so can 40% of the currently produced molding paints or molding coatings when spraying, about 40 to 500% when diving and about 60 to 70% when brushing be. Natural, dry oils, e.g. B. linseed oil, and other organic materials, such as sulphite liquor, molasses or a cereal product, e.g. B. dextrin, have become in has been found to be a satisfactory binder when used in a proportion of 1 to 3 percent by weight can be used. Swelling clays, like a swellable bentonite clay, have been used as suspending agents in similar proportions.

Jedoch hat Ton als Suspendiermittel den Nachteil, daß er bei Anwendung in Anteilen, die hoch genug sind, um gute Suspendiereigenschaften zu ergeben, ausnahmslos dazu führt, daß der aufgebrachte Überzug beim Trocknen an der Luft oder im Ofen stark schrumpft und sogar rissig wird und von der Oberfläche abblättert. überdies findet, selbst wenn ein getrockneter Überzug ohne Risse erhalten wird, dennoch ein Rissigwerden bis zu einem beachtlichen Ausmaß statt, wenn beim Gießen des geschmolzenen Metalls der Überzug plötzlich einer Temperatur von etwa 1300° C ausgesetzt wird, was ein Eindringen des geschmolzenen Metalls in den Sand zuläßt, bevor eine Oberflächenverfestigung des Formstückes stattfindet, wobei das Eindringen unter den Bedingungen eines hohen ferrostatischen Druckes besonders weitgehend ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein dicker Überzug zur Anwendung gelangt. überdies bedingen hohe Tonanteile sehr hohe Konsistenz der Anstrichmittel, die sich deshalb bei der Aufbürst-oder Sprühanwendung als ungeeignet erweisen.However, clay as a suspending agent has the disadvantage that when used in proportions high enough to give good suspending properties, without exception results in the applied coating drying in air or in the oven shrinks and even cracks and flakes off the surface. moreover still occurs even if a dried coating without cracks is obtained Cracking to a considerable extent takes place when pouring the molten one Metal the coating is suddenly exposed to a temperature of around 1300 ° C, allowing the molten metal to penetrate the sand before surface solidification of the molding takes place, with the penetration under the conditions of a high ferrostatic pressure is particularly extensive. This is particularly the case Case when a thick coating is used. in addition, require high tones very high consistency of the paint, which is why when brushed or Spray application prove unsuitable.

Es wurde nun gefunden, daß die vorerwähnten Nachteile vermieden werden, wenn als Formanstrichmittel oder Formschlichten wäßrige Dispersionen verwendet werden, die hitzebeständige pulverige Stoffe, organische Bindemittel, Ton und Alginsäure oder ein wasserlösliches Alginat enthalten.It has now been found that the aforementioned disadvantages are avoided, if aqueous dispersions are used as molding paints or molding coatings, the heat-resistant powdery substances, organic binders, clay and alginic acid or contain a water-soluble alginate.

Derartige Gemische zeigen langanhaltende Suspendiereigenschaften und sind für Aufbürst- oder Sprühanwendungen sehr geeignet. Mit ihnen ist die Herstellung von dicken Überzügen, d. h. solchen mit einer Stärke von 0;5 mm und mehr, die praktisch nicht rissig werden, selbst wenn sie plötzlich hohen Temperaturen unterworfen und als einziger Überzug angewendet werden, möglich. - -Gemäß der Erfindung wird Gebrauch von Alginsäure oder wasserlöslichen Alginaten gemacht. Derartige Verbindungen besitzen bekanntlich Verdikkungs- und Suspendiereigenschaften (M a n t e l 1, »The Water-Soluble Gums«, 1947, S. 116) und wurden in Anstrichmitteln verwendet (M an t e11, a. a. O. S. 193 und »Fette, Seifen, Anstricbmittel«, 1956, S. 1083 bis 1084). Sie wurden auch in - dei USA-Patentschrift 2 441695 als Bestandteile von feuerfesten überzugsmassen beschrieben.Such mixtures show long-lasting suspension properties and are very suitable for brush-on or spray applications. With them is the manufacture from thick coatings, d. H. those with a thickness of 0.5 mm and more that are practical not crack even if suddenly high Temperatures subjected and applied as the only coating is possible. - According to the invention use is made of alginic acid or water-soluble alginates. Such connections are known to have thickening and suspending properties (M a n t e l 1, »The Water-Soluble Gums', 1947, p. 116) and were used in paints (M an t e11, a. a. O. S. 193 and "Fette, Seifen, Anstricbmittel", 1956, pp. 1083 to 1084). They were also disclosed in US Pat. No. 2,441,695 as components of refractories coating compositions described.

Während bei früheren Formanstrichmitteln oder Formschlichten, die -zur Anwendung durch Aufsprühen vorgesehen waren, der Gehalt an hitzebeständigem Pulver so -niedrig wie 40 % sein konnte, ist bei einem Formanstrichmittel oder einer Formschlichte, das für die gleiche Anwendung vorgesehen ist, aber gemäß der Erfindung Alginsäure oder ein wasserlösliches Alginat als Suspendiermittel enthält, ein Mindestgehalt von 55 % erwünscht, um jede Neigung zu verhüten, daß ein dicker Film des als einziger Überzug durch Aufsprühen oder Eintauchen aufgebrachten Formanstrichmittels an senkrechten Oberflächen der Gußform oder des Kernes abläuft. Die Verwendung eines im allgemeinen höheren Anteiles an hitzebeständigem Pulver als üblich verringert nicht die Möglichkeit, das Formanstrichmittel oder die Formschlichte durch Sprühen oder Tauchen aufzubringen, da auf Grund der Anwesenheit von Alginsäure oder eines wasserlöslichen Alginats eine Zusammensetzung, die hauptsächlich zur Anwendung durch Aufbürsten oder Aufpinseln bestimmt ist, auch durch Tauchen aufgebracht werden kann. Beispielsweise können Kerne -durch Tauchen in dieselbe Zusammensetzung, mit einem Gehalt an hitzebeständigem Pulver bis zu 70 oh, wie sie zum Überziehen von Formen durch Aufbürsten verwendet wird, überzogen werden.While with earlier mold paints or mold finishes, the - intended for use by spraying, the content of heat-resistant Powder could be as low as 40% is with a mold paint or one Mold coating intended for the same application, but according to the invention Contains alginic acid or a water-soluble alginate as a suspending agent, a minimum content of 55% is desirable in order to prevent any tendency that a thick film of the is the only one Coating by spraying or dipping applied molding paint on vertical Surfaces of the mold or the core runs off. The use of one in general higher proportion of heat-resistant powder than usual does not reduce the possibility of to apply the molding coating or the molding coating by spraying or dipping, because of the presence of alginic acid or a water-soluble alginate a composition primarily for brush or brush application is determined, can also be applied by dipping. For example, can Cores -by dipping in the same composition, with a content of heat-resistant Powders up to 70 oh, as used for coating molds by brushing will be coated.

Es kann bei 55 bis 70% hitzebeständigem Pulver 1 bis 3 % eines Bindemittels und dem Rest aus Wasser und Suspendiermittel, ein Natriumalginat hohen Viskositätsgrades (Molekulargewicht etwa 173 000) bis zu einem Maximum von 0,2%, aber auch in so geringen Mengen 0,050%, verwendet werden. Obwohl vorzugsweise Natriumalginat hohen Viskositätsgrades verwendet wird, kann auch ein solches mit einer niederen Viskosität bis zu einem Maximum von 1,2%, jedoch vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,8% Anwendung finden.With 55 to 70% heat-resistant powder, 1 to 3% of a binder can be used and the remainder of the water and suspending agent, a high viscosity sodium alginate (Molecular weight about 173,000) up to a maximum of 0.2%, but also so low Amounts 0.050% can be used. Although preferably high viscosity sodium alginate is used, one with a low viscosity up to one can also be used A maximum of 1.2%, but preferably in the range from 0.2 to 0.8%, are used.

Die Fähigkeit eines erfindungsgemäß zu verwendenden Formanstrichmittels oder einer Formschlichte, einen Überzug zu bilden, der gegenüber Rißbildung weitgehend widerstandsfähig ist, selbst wenn er plötzlich hohen Temperaturen unterworfen wird, ist auf physikalische und chemische Stabilität des Überzugs sowohl. bei Zimmertemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen zurückzuführen. Die Stabilität des Überzugs kann nach dem Gießen des Metalls und vor dem Eintreten einer Oberflächenverfestigung dadurch beeinträchtigt werden, daß das organische Bindemittel durch die Hitze des geschmolzenen Metalls einem Ausbrennen unterliegt. Es ist jedoch gefunden worden, daß der Einschluß einer geringen Menge Ton in -die Suspension die kontinuierliche Stabilität des Überzugs, wenigstens bis eine Oberflächenverfestigung des Gußstückes stattgefunden hat, gewährleistet, und daß sogar quellende Tone in Anteilen, welche das frühere Erfordernis der Mindestmenge von 10% als Suspendiermittel nicht übersteigen, als Streckmittel ohne irgendwelche nachteilige Wirkung.in, das Bindemittel eingeschlossen werden können. Auf Grund ihrer schwächeren Bindewirkung sind nichtquellende Tone in etwas größeren Anteilen als die quellenden Tone erforderlich, sie sollen jedoch 3 % der Gesamtzusammensetzung nicht überschreiten; beispielsweise sind 2% Bindeton (ball clay) im wesentlichen 1% quellendem Bentonitton äquivalent.The ability of a molding paint to be used in accordance with the invention or a mold wash to form a coating that is largely resistant to cracking is resilient, even when suddenly exposed to high temperatures, is due to both physical and chemical stability of the coating. at room temperature as well as at elevated temperatures. The stability of the coating can after the metal has been poured and before surface solidification occurs are affected by the fact that the organic binder by the heat of the molten metal is subject to burnout. However, it has been found that the inclusion of a small amount of clay in the suspension the continuous Stability of the coating, at least until the casting surface has solidified has taken place, and that even swelling clays in proportions which do not exceed the previous requirement of a minimum quantity of 10% as a suspending agent, as an extender without any adverse effect, including the binder can be. Due to their weaker binding effect, clays are non-swelling in slightly larger proportions than the swelling clays, but they should Do not exceed 3% of the total composition; for example, 2% is binding clay (ball clay) essentially 1% swelling bentonite clay equivalent.

Wenn ein wasserlösliches Suspendiermittel in wäßriger Lösung verwendet wird, muß der Wassergehalt dieser Lösung so eingestellt werden, daß der Gesamtwassergehalt der Endzusammensetzung erreicht wird. So muß es, wenn Natriumalginat das verwendete Suspendiermittel ist, das Ziel sein, die gleiche Viskosität der Endzusammensetzung je nach der Qualität oder Art des Natriumalginats zu erreichen. Jedoch ist es im allgemeinen sehr zweckmäßig, das Bindemittel und eine starke Lösung von Natriumalginat zur Bildung eines Konzentrats, welches in geschlossenen Behältern gelagert und transportiert werden kann, mit einer geringen Menge Ton als Streckmittel für das Bindemittel vorzumischen, wobei das Konzentrat dann zum Mischen mit dem hitzebeständigen Pulver und einer ausreichenden Menge Wasser, um die endgültige Zusammensetzung herzustellen, bereit ist. Oder es können das hitzebeständige Pulver, das Bindemittel und Natriumalginat mit einem Anteil Wasser zusammen mit Ton zur Bildung einer Paste vorgemischt werden, die dann in geschlossenen Behältern gelagert und transportiert werden kann und zum Mischen mit der genügenden Menge Wasser zur Herstellung des Ausgleichs in der endgültigen Zusammensetzung fertig ist.When using a water soluble suspending agent in aqueous solution the water content of this solution must be adjusted so that the total water content the final composition is achieved. So it must if sodium alginate used that Suspending agent is, the aim is to have the same viscosity of the final composition depending on the quality or type of sodium alginate. However, it is in the generally very useful the binder and a strong solution of sodium alginate to form a concentrate, which is stored and transported in closed containers can be premixed with a small amount of clay as an extender for the binder, the concentrate then for mixing with the refractory powder and a enough water to make the final composition is. Or it can be the heat-resistant powder, the binder and sodium alginate be premixed with a portion of water together with clay to form a paste, which can then be stored and transported in closed containers and to Mix with enough water to make the balance in the final Composition is ready.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of examples.

Die folgenden Zusammensetzungen haben sich als sehr zufriedenstellend erwiesen. Beispiel 1 Zur Anwendung durch Aufbürsten 57,0% Zirkomnehl, 1,7% Dextrin als Bindemittel, 0,75% Leinöl 0,75% quellender Bentonitton als Streckmittel für das Bindemittel, 0,1511o Natriumalginat und 39,65% Wasser. Beispiel 2 Zur Vereinfachung der Lagerung und des Transportes können Dextrin, Leinöl und Natriumalginat vom Beispiel l zur Bildung eines Konzentrats vorgemischt werden, welches folgende Bestandteile aufweist: 14,82% Dextrin, 6,60/0 Leinöl, 1,3% Natriumalginat, 6,6% Bentonit und 70,6811/o Wasser, sämtlich auf das Gewicht des Endkonzentrats bezogen. 15,2 Teile dieses Konzentrats werden mit 79,8 Teilen Zirkonmehl und 5 Teilen Wasser zur Herstellung einer Paste gemischt. Davon werden etwa 3 bis 3,5 kg mit 11 Wasser zur Bildung des Formanstrichmittels oder der Formschlichte vermischt.The following compositions have been found to be very satisfactory proven. Example 1 For use by brushing 57.0% zirconia flour, 1.7% dextrin as a binder, 0.75% linseed oil, 0.75% swelling bentonite clay as an extender for the binder, 0.1511o sodium alginate and 39.65% water. Example 2 For the sake of simplicity storage and transportation can include dextrin, linseed oil and sodium alginate from the example l can be premixed to form a concentrate containing the following ingredients contains: 14.82% dextrin, 6.60 / 0 linseed oil, 1.3% sodium alginate, 6.6% bentonite and 70.6811 / o water, all based on the weight of the final concentrate. 15.2 parts this concentrate will be with 79.8 parts of zircon flour and 5 parts Water mixed to make a paste. Of this, about 3 to 3.5 kg are with 11 Water mixed to form the mold paint or the mold wash.

Beispiel 3 Es können wiederum die ersten fünf Bestandteile mit Wasser vorgemischt werden, um eine Paste zu bilden, welche folgende Bestandteile aufweist: 75,5% Zirkonmehl, 2,25% Dextrin, 1,01/0 Leinöl, 1,0% quellender Bentonitton, 0,2% Natriumalginat und 21,05% Wasser, sämtlich auf das Gewicht der fertigen Paste bezogen. Davon werden etwa 3 bis 3,5 kg in 11 Wasser zur Bildung des Formanstrichmittels oder der Formschlichte verwendet.Example 3 Again the first five ingredients can be mixed with water be premixed to form a paste comprising the following ingredients: 75.5% zirconium flour, 2.25% dextrin, 1.01 / 0 linseed oil, 1.0% swelling bentonite clay, 0.2% Sodium alginate and 21.05% water, all based on the weight of the finished paste. About 3 to 3.5 kg of this is used in 11 water to form the mold paint or the mold wash used.

Ein Konservierungsmittel oder antibakterielles Mittel wird vorzugsweise dem Formanstrichmittel oder der Formschlichte einverleibt.A preservative or antibacterial agent is preferred incorporated into the molding paint or molding wash.

Claims

Claim: Use of aqueous dispersions, the organic Binders, heat-resistant powdery substances, clay and alginic acid or a water-soluble one Contain alginate as a surface treatment agent for sand molds and cores for Foundry purposes. U.S. Patent No. 2,441,695; Mantell, "The Water Soluble Gums," 1947, p.116, 193; "Fette, Seifen, Anstrichmittel", 1956, pp.1083, 1084.