DE1458104B1 - Kohlenstoffhaltiger Zusatz für Giessereiformmassen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kohlenstoffhaltigen Zusatz für Gießereiformmassen, so für Formsande und Kerne.

Bisher werden natürlichen oder synthetischen Formsanden unter Verwendung von Quarzsanden zum Herstellen von Gießformen Zusätze an Steinkohlenstaub zugegeben, um die Oberflächengüte der erhaltenen Gußstücke zu verbessern. Die Zugabe von Steinkohlenstaub erfolgte dabei in der Annahme, daß sich in gleicher Weise, wie das beim Schwärzen von For- ίο men der Fall ist, beim Gießen zwischen der Formsandoberfläche und dem Gießmetall ein dünnes Gaspolster bildet, das die von der Korngröße des verwendeten Sandes und dem Grad dessen Verdichtung abhängigen Rauheiten der Oberfläche der Gießform ausgleicht und somit ein Gußstück mit weitgehend glatter Oberfläche erhalten wird. Auch wurde gefunden, daß die Verwendung von Steinkohlenstaub im Formsand zum Ausgleich der Sandausdehnung und zur Vermeidung von Sandfehlern beiträgt.

Die Verwendung von Steinkohlenstaub in Formsanden wird bisher von Fachleuten sehr unterschiedlich beurteilt. So wird beispielsweise die Auffassung vertreten, Steinkohlenstaub sei gegen eine Schülpenneigung von Formsanden nur bedingt wirksam. Auch schreiben von Fachleuten der Gießerei-Industrie ausgearbeitete Lieferbedingungen vor, ein zur Verwendung in Formsanden bestimmter Steinkohlenstaub dürfe nicht Torf, Braunkohle, Holzmehl od. dgl. enthalten. Auf der anderen Seite wurde bereits vorgeschlagen, das Steinkohlenmehl durch Braunkohlenmehl oder nach einem anderen Vorschlag durch Schiefermehl zu ersetzen.

Zur Herstellung von Kernen für Gießereien ist es bekannt, einem Kernsand als Bindemittel feinpulverisiertes Pech zuzugeben. Um das feinstzerteilte Pech zu strecken und dessen ungünstige Eigenschaft vor der Zugabe, etwa beim Lagern bereits zusammenzubacken, aufzuheben, wurde auch bereits vorgeschlagen, dem in feinster Pulverform vorliegenden, als Bindemittel dienenden Pech Magermittel, wie Lehm, Ton, Letten, Kaolin, Schieferton, Porzellanerde, Zement, Portlandzement, Magnesiazement, Kalk, Gips, Alkalien, Gichtstaub usw. oder Braunkohlen-, Torf-, Lignitstaub usw., zuzusetzen.

Es ist auch schon vorgeschlagen, daß in Gießereien als Zusatz zum Formsand mit seinen Bindemitteln verwendete Steinkohlenmehl zu verbessern und dem Steinkohlenmehl in einer schnellaufenden Mahlvorrichtung 29 bis 40 %> Steinkohlenhartpech zuzusetzen, damit die Kohlenstaubteilchen von Hartpech gleichmäßig umhüllt werden. Steinkohlenstaub hat einen Anteil an flüchtigen Bestandteilen von weit unter 50%.

Bisherige kohlenstoffhaltige Zusätze für Formmassen zur Herstellung von Gießformen unter Verwendung natürlicher oder synthetischer Formsande mit üblichen Bindemitteln erfüllen jeweils nur einen Teil der gestellten Anforderungen. Sie sind nicht geeignet, die Oberflächengüte der Gußstücke zu verbessern und zugleich Sandausdehnungsfehler zu vermeiden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kohlenstoffhaltigen Zusatz für Formmassen zu schaffen, der beide Forderungen gleichzeitig erfüllt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung ein kohlenstoffhaltiger Zusatz für Formmassen zum Herstellen von Gießformen unter Verwendung natürlicher oder synthetischer Formsande mit üblichen Bindemitteln dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu mehr als 60 °/o aus einer ersten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit einem Erweichungswert (EK-Wert) von 0,2 bis 0,7 und einem Erweichungsintervall von mindestens 100° C und der Rest aus einer zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit mehr als 50% wasserfreien flüchtigen Bestandteilen besteht.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorschlag geht dahin, daß die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit dem Erweichungskennwert von 0,2 bis 0,7 eine Glanzkohlenstoff bzw. im wesentlichen Teer, schwere Kohlenwasserstoffe und Benzol bildende Substanz aufweist, die in der Mischung mit der zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit mehr als 50 % flüchtigen Bestandteilen einen Betrag von mehr als 6 Gewichtsprozent ausmacht.

Die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit dem Erweichungskennwert von 0,2 bis 0,7 und die zweite kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit mehr als 50 % flüchtigen Bestandteilen können aus einzelnen Stoffen, aber auch jeweils aus einer Mischung mehrerer Stoffe bestehen.

Ein erfindungsgemäßer kohlenstoffhaltiger Zusatz für Formmassen zum Herstellen von Gußformen kann in der Weise zusammengesetzt sein, daß die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit dem Erweichungskennwert von 0,2 bis 0,7 aus Kohlenstaub und Bitumen und die zweite kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit mehr als 50% wasserfreien flüchtigen Bestandteilen aus Braunkohle und/oder Torf besteht.

Unter Erweichungskennwert wird die Maßzahl für das Erweichungsverhalten der kohlenstoffhaltiger Substanz verstanden. Dieser Erweichungskennwert wird ermittelt durch die Gleichung

EK = EI: 275 - 0,3.

In dieser Gleichung bedeuten EI das Erweichungsintervall des kohlenstoffhaltigen Gemenges, das ir den kritischen Bereich der Quarzausdehnung fäll· und die Zahl 275 den kritischen Ausdehnungsbereicl· des Quarzes von 300 bis 575° C. Der Erweichungskennwert (EK-Wert) gibt somit an, welcher Antei des kritischen Bereichs der Quarzausdehnung (30( bis 575° C) vom Erweichungsintervall des Zusätzeüberdeckt wird.

Der erfindungsgemäße, aus zwei kohlenstoffhalti gen Stoffgruppen mit jeweils verschiedenen Eigen schäften vorgeschlagene kohlenstoffhaltige Zusatz fü Formmassen erfüllt folgende Eigenschaften:

Die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit einer Erweichungskennwert von 0,2 bis 0,7 und einem Er weichungsintervall von mindestens 100° C erfüllt di Aufgabe, die Oberflächengüte der Gußstücke zu ver bessern und somit rauhe Oberflächen zu vermeider Die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe hat zusätzlic die Eigenschaft, daß sie bei der Quarzausdehnun beim Gießen im Bereich von 300 bis 575° C weic wird, das Haufwerk kurzzeitig beweglicher macht un dadurch den Spannungen als Folge der Quarzausdei nung begegnet. Die zweite kohlenstoffhaltige Stot gruppe mit mehr als 50% flüchtigen Bestandteils, läßt gleichzeitig beim Erhitzen durch das Entweicht der flüchtigen Bestandteile Räume frei, in die si<_ die Quarzkörner ausdehnen können. Der Nachteil ve Stoffen dieser zweiten Stoffgruppe ist aber, daß s für sich allein dem Formsand zugemischt, in starke Maße die Oberflächengüte der Gußstücke verschlec. tem.

QAD ORIGINAL

COPY

3 4

Da die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit dem F i g. 3 die Änderung der Druckspannung mit den

Erweichungskennwert 0,2 bis 0,7 Glanzkohlenstoff flüchtigen Bestandteilen und dem Erweichungsverhal-

bildet und dieser Gehalt an Glanzkohlenstoff in der ten der kohlenstoffhaltigen Zusätze.

Mischung der ersten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Kurven wurmit der zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe einen 5 den erhalten mit einem Formsand, der Quarzsand der

Betrag von mehr als 6 Gewichtsprozent ausmachen Korngröße H 32 mit 6% kohlenstoffhaltigem Zusatz

soll, wird an der Formfläche der Gießform und in nach der Erfindung, 6% Bentonit und 3,5% Wasser

deren nahen Bereich durch die hohe Hitze der Gieß- enthielt.

schmelze Glanzkohlenstoff gebildet, der glatte Guß- Fig. 2 zeigt, daß die Schuppenbildung von kohlenoberflächen ergibt. Es wurde gefunden, daß sich mit io stoffhaltigen Formsanden von den Druckspannungen

der Menge glanzkohlenstoffibildender Substanz im im Formsand abhängig ist.

Formsand die Rauheit der Gußoberfläche gesetzmäßig Durch Zusatz eines feinkörnigen Stoffes zum Sand verringert. Da andererseits durch die Anwesenheit werden allgemein die Druckspannungen proportional einer zu großen Menge der Glanzkohlenstoff bzw. im der zugesetzten Menge erhöht. Bei Zusatz von kohwesentlichen Teer, schwere Kohlenwasserstoffe und 15 lenstoffhaltigen Stauben jedoch werden die Druck-Benzol bildenden Substanzen bekanntlich Schwierig- spannungen je nach flüchtigen Bestandteilen des Zukejten entstehen durch Zusammenbacken des Form- satzstoffes und seinem Erweichungsverhalten in untersandes, Knollenbildung und auch durch Explosion schiedlichem Maße wieder erniedrigt, wodurch die der sich im Formhohlraum bildenden Gase, bestand an sich verschlechternde Wirkung eines feinkörnigen die Notwendigkeit, den Zusatz dieser ersten Stoff- 20 Zusatzes verringert wird. Das Verhältnis der vergruppe auf ein optimale Maß einzustellen. Das wurde schlechternden und verbessernden Eigenschaften eines erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß die zweite kohlenstoffhaltigen Zusatzes werden daher bei An-Stoffgruppe die Wirkungen der ersten in der beschrie- wendung des erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen benen Weise ergänzt, ohne daß dabei in der Hitze Zusatzes derart abgestimmt, daß zufolge ausreichend backende Substanzen bzw. explosive Gase entwik- 25 niedriger Druckspannungen im Formsand keine kelnde Stoffe verwendet werden. Schülpen entstehen. Die verschiedenen Wirkungen

Durch die Wahl der prozentualen Anteile der ersten der erfindungsgemäßen Zusätze werden bei Zugabekohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit großem Erwei- mengen in Gehalten von 5 bis 10% im Formsand chungskennwert und der zweiten kohlenstoffhaltigen besonders deutlich erkennbar. Deshalb wurden die Stoffgruppe mit dem hohen Anteil flüchtiger Bestand- 30 Versuche zur Beeinflussung der Druckspannungen teile lassen sich Zusatzstoffe, Formstoffe und somit nach dem Ausführungsbeispiel mit 6% kohlenstoffauch Gießformen den gewünschten Anforderungen haltigem Zusatz zum Formsand ausgeführt,
entsprechend einstellen. Fig. 2 zeigt, daß die Schülpenneigung dann gering

Beim Gießen sollen möglichst niedrige Druckspan- ist oder den Wert 0 hat, sofern eine niedrige Drucknungen in der Gießform erhalten werden, wobei der 35 spannung im Formsand vorhanden ist. Nach dem Betrag der Druckspannung von der Gestalt der Gieß- Ausführungsbeispiel in F i g. 2 liegt dabei die Grenze form und auch davon abhängig ist, ob Metalle mit bei 500 mm Wassersäule. Dieser Wert bezieht sich hohen oder niedrigen Temperaturen vergossen wer- auf eine bestimmte Raumform der Gießform. Je nach den. Um dies zu erreichen, soll durch die Zugabe der Art der Gießform liegt der Mindmalwert der kohlenstoffhaltiger Zusätze zum Formsand der je- 4° Druckspannung, bei dem keine Schülpen od. dgl. weils erforderliche Grenzwert der Druckspannung formsandbedingte Fehler auftreten, höher oder tiefer, nach der Regel Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen Druck-

(₀. spannung des Formsandes und den als wesentlich er-

1 /o^fl··" j kannten Merkmalen des erfindungsgemäßen kohlen-

87 / 45 stoffhaltigen Zusatzes: flüchtige Bestandteile und Erweichungsverhalten.

nicht überschritten werden. Dabei bedeutet: DS Je höher der Anteil an flüchtigen Bestandteilen ist

= Druckspannung, fl.B = flüchtige Bestandteile. und je größer die Maßzahl für das Erweichungsver-

Es wurde gefunden, daß die Druckspannungen halten (EK) der verwendeten Staube ist, desto gerineines Formsandgemisches um so geringer sind, je 50 ger sind die Druckspannungen, wobei sich diese Zuhöher der Anteil an flüchtigen Bestandteilen eines sammenhänge durch die Bezeichnung
kohlenstoffhaltigen Zusatzmittels und je höher dessen

Maßzahl für das Erweichungsverhalten (EK-Wert) DS = ("2050 —1445 · EK) · 11 — '° ]

ist. \ 87 /

Um ein Schülpen des Formsandes od. dgl. form- 55

sandbedingte Gußfehler, wie Riefen, Rattenschwänze, bestimmen lassen. Aus der Kurve nach F i g. 1 ist zu

Blattrippen od. dgl., zu vermeiden und zugleich glatte ersehen, daß die Menge verkrackbarer bzw. glanz-

Gußoberflächen mit definierter bzw. einzustellender kohlenstoffbildender Substanzen (Summe von Teer,

Rauheit zu erhalten, empfiehlt es sich, daß die beiden Benzol und schweren Kohlenwasserstoffen) im koh-

kohlenstoffhaltigen Stoffgruppen vorgemischt sind und 60 lenstoffhaltigen Zusatzmittel die Rauheit der Guß-

somit gemeinsam der Formmasse zugegeben werden. Stückoberfläche bestimmt. Mit höherem Anteil glanz-

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher kohlenstoffbildender Substanzen im kohlenstoffhalti-

erläutert werden. Es zeigt gen Zusatzmittel nimmt die Rauheit des erhaltenen

Fig. 1 die Änderung der Rauheit eines Gußstücks Gußstückes ab. Dieser prozentuale Anteil glanzkoh-

mit der Menge glanzkohlenstoffbildender Substanz im 6g lenstoffbildender Substanzen kann dabei im Form-Formsand, SSB sand erhalten werden durch geringe Mengen kohlen-

Fig. 2 die Änderung der Schülpenneigung von stoffhaltiger Zusatzmittel mit hohem prozentualem

Formsanden mit der Druckspannung, Anteil glanzkohlenstoffbildender Substanz oder einer

entsprechend größeren Menge eines kohlenstoffhaltigen Mittels mit entsprechend niedrigem prozentualem Anteil glanzkohlenstoffbildender Substanz. Dadurch läßt sich die Rauheit einer Gußstückoberfläche einstellen und auch die Zusammensetzung des kohlenstoffhaltigen Zusatzmittels den gewünschten Forderungen entsprechend herstellen unter Berücksichtigung des Herstellungspreises.

Wird beispielsweise bei einem Gußstück eine maximale Rauheit der Gußstückoberfläche von 60 μ bei absoluter Schülpenfreiheit gefordert, dann muß nach F i g. 1 die Menge an verkrackbarer Substanz wenigstens 0,65% im Formsand betragen und das Erweichungsintervall wenigstens 185° C groß sein. Ist das Erweichungsintervall kleiner als 100° C, zeigt die obere Kurve, daß die gewünschten Bedingungen unter Verwendung üblicher Mengen kohlenstoffhaltiger Zusatzmittel nicht zu erhalten sind.

Der kohlenstoffhaltige Stoff, der die vorgenannten Bedingungen nach F i g. 1 erfüllt, wird beispielsweise hergestellt durch Mischen von Kohlenstaub und Bitumen. Von diesem Gemenge wird dann der EK-Wert errechnet nach der angegebenen Gleichung.

Zusätzlich werden die flüchtigen Bestandteile bestimmt. Wenn z. B. EK = 0,59 und fl.B = 40% ist bei einer Zugabemenge von 6% dieser Substanz im Formsand, der ebenfalls 6% Bentonit enthält, dann ist nach der Darstellung in Fig. 3 oder der dort angegebenen Gleichung eine Druckspannung von etwa 650 mm WS zu erwarten. Das bedeutet in den meisten Fällen, daß eine empfindliche Probe noch schülpt, weil Untersuchungen zeigten, daß unter den gewählten praxisnahen Bedingungen die Schülpenfreiheit bei einer besonders empfindlichen Gießform erst bei Druckspannungen vorhanden ist, die unterhalb eines Bereichs von 500 bis 600 mm WS liegen. Um diesen geringen Wert an Druckspannungen zu erhalten, soll dann entweder durch eine größere Menge von der zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe der Anteil an flüchtigen Bestandteilen in der Gesamtmischung auf 45% angehoben werden, beispielsweise durch die Zugabe von Torf, oder aber es wird der EK-Wert der ersten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe auf etwa 0,7 erhöht, was beispielsweise durch die weitere Zugabe von Bitumen erfolgt.

Bed Kenntnis der Schülpengrenze können nach der Erfindung Staube ausgewählt bzw. zusammengestellt werden, die bei recht unterschiedlichen Kombinationen von flüchtigen Bestandteilen und Erweichungskennwerten Sandausdehnungsfehler zu vermeiden gestatten. Im Hinblick auf eine möglichst glatte Gußoberfläche wird man dabei die Kombination aus Erweichungsverhalten und flüchtigen Bestandteilen auswählen, die zusätzlich definierte Forderungen bezüglich der Rauhtiefe erfüllen.

Der erfindungsgemäße kohlenstoffhaltige Zusatz läßt eine gewünschte Oberflächenbeschaffenheit, gekennzeichnet durch die Rauhtiefe und Abwesenheit von Sandausdehnungsfehlern, technisch und wirtschaftlich optimal erreichen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kohlenstoffhaltiger Zusatz für Formmassen zum Herstellen von Gießformen unter Verwendung natürlicher oder synthetischer Formsande mit üblichen Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu mehr als 60% aus einer ersten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit einem Erweichungskennwert (EK-Wert) von 0,2 bis 0,7 und einem Erweichungsintervall von mindestens 100° C und der Rest aus einer zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit mehr als 50% wasserfreien flüchtigen Bestandteilen besteht.

2. Kohlenstoffhaltiger Zusatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit dem Erweichungskennwert von 0,2 bis 0,7 eine beispielsweise aus Teer, schweren Kohlenwasserstoffen und Benzol Glanzkohlenstoff bildende Substanz aufweist, die in der Mischung mit der zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit mehr als 50% flüchtigen Bestandteilen einen Betrag von mehr als 6 Gewichtsprozent ausmacht.

3. Kohlenstoffhaltiger Zusatz nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit dem Erweichungskennwert von 0,2 bis 0,7 und/oder die zweite kohlenstoffhaltige Stoff gruppe mit mehr als 50 % flüchtigen Bestandteilen jeweils aus mehreren Stoffen bestehen.

4. Kohlenstoffhaltiger Zusatz nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kohlenstoffhaltigen Stoffgruppen vorgemischt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen