DE1458104C - Kohlenstoffhaltiger Zusatz für Gießereif ormmas sen - 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 Formen 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 Schliefermehl 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 6O°/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 5O°/o wasserfreien flüchtigen Bestandteilen besteht.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorschlag geht dahin, daß die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe

ίο 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

t5 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 kohlenstoffhaltigen 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 in den kritischen Bereich der Quarzausdehnung fällt und die Zahl 275 den kritischen Ausdehnungsbereich des Quarzes von 300 bis 575° C. Der Erweichungskennwert (EK-Wert) gibt somit an, welcher Anteil des kritischen Bereichs der Quarzausdehnung (300 bis 575° C) vom Erweichungsintervall des Zusatzes überdeckt wird.

Der erfindungsgemäße,, aus zwei kohlenstoffhaltigen Stoffgruppen mit jeweils verschiedenen Eigenschaften vorgeschlagene kohlenstoffhaltige Zusatz für Formmassen erfüllt folgende Eigenschaften:

Die erste kohlenstoffhaltige Stoff gruppe mit einem Erweichungskennwert von 0,2 bis 0,7 und einem Erweichungsintervall von mindestens 100° C erfüllt die Aufgabe, die Oberflächengüte der Gußstücke zu verbessern und somit rauhe Oberflächen zu vermeiden.

Die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe hat zusätzlich die Eigenschaft, daß sie bei der Quarzausdehnung beim Gießen im Bereich· von 300 bis 575° C weich wird, das Haufwerk kurzzeitig beweglicher macht und dadurch den Spannungen als Folge der Quarzausdeh-

nung begegnet. Die zweite kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit mehr als 50% flüchtigen Bestandteilen läßt gleichzeitig beim Erhitzen durch das Entweichen der flüchtigen Bestandteile Räume frei, in die sich die Quarzkörner ausdehnen können. Der Nachteil von Stoffen dieser zweiten Stoffgruppe ist aber, daß sie für sich allein dem Formsand zugemischt, in starkem Maße die Oberflächengüte der Gußstücke verschlechtern.

Da die erste kohlenstoffhaltige Stoffgruppe mit dem Enveichungskennwert .0,2 bis' 0,7 Glanzkohlenstoff bildet und dieser Gehalt an Glanzkohlenstoff in der Mischung der ersten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit der zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe einen Betrag von mehr als 6 Gewichtsprozent ausmachen soll, wird an der Formfläche der Gießform und in deren nahen Bereich durch die hohe Hitze der Gießschmelze Glanzkohlenstoff gebildet, der glatte Gußoberflächen ergibt. Es wurde gefunden, daß sich mit der Menge glanzkohlenstoffbildender Substanz im Formsand die Rauheit der Gußoberfläche gesetzmäßig verringert. Da andererseits durch die Anwesenheit einer zu großen Menge der Glanzkohlenstoff bzw. im wesentlichen Teer, schwere Kohlenwasserstoffe und Benzol bildenden Substanzen bekanntlich Schwierigkeiten entstehen durch Zusammenbacken des Formsandes, Knollenbildung und auch durch Explosion der sich im Formhohlraum bildenden Gase, bestand die Notwendigkeit, den Zusatz dieser ersten Stoffgruppe auf ein optimale Maß einzustellen. Das wurde erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß die zweite Stoffgruppe die Wirkungen der ersten in der beschriebenen Weise ergänzt, ohne daß dabei in der 'Hitze backende Substanzen bzw. explosive Gase entwikkelnde Stoffe verwendet werden.

Durch die Wahl der prozentualen Anteile der ersten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit großem Erweichungskennwert und der zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit dem hohen Anteil flüchtiger Bestandteile lassen sich Zusatzstoffe, Formstoffe und somit auch Gießformen den gewünschten Anforderungen entsprechend einstellen.

Beim Gießen sollen möglichst niedrige Druckspannungen in der Gießform erhalten werden, wobei der Betrag der Druckspannung von der Gestalt der Gießform und auch davon abhängig ist, ob Metalle mit hohen oder niedrigen Temperaturen vergossen werden. Um dies zu erreichen, soll durch die Zugabe kohlenstoffhaltiger Zusätze zum Formsand der jeweils erforderliche Grenzwert der Druckspannung nach der Regel ·

DS = (2050 - 1445 · EK) (l -

nicht überschritten werden. Dabei bedeutet: DS = Druckspannung, fl.B = flüchtige Bestandteile.

Es wurde gefunden, daß die Druckspannungen eines Formsandgemisches um so geringer sind, je höher der Anteil an flüchtigen Bestandteilen eines kohlenstoffhaltigen Zusatzmittels und je höher dessen Maßzahl für das Erweichungsverhalten (EK-Wert) ist.

Um ein Schülpen des Formsandes od. dgl. formsandbedingte Gußfehler, wie Riefen, Rattenschwänze, Blattrippen od. dgl., zu vermeiden und zugleich glatte Gußoberflächen mit definierter bzw. einzustellender Rauheit zu erhalten, empfiehlt es sich, daß die beiden kohlenstoffhaltigen Stoffgruppen vorgemischt sind und somit gemeinsam der Formmasse zugegeben werden.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 die Änderung der Rauheit eines Gußstücks mit der Menge glanzkohlenstoffbildender Substanz im Formsand,

Fig. 2 die Änderung der Schülpenneigung von Formsanden mit der Druckspannung, F i g. 3 die Änderung der Druckspannung mit den. flüchtigen Bestandteilen und dem Erweichungsverhalten der kohlenstoffhaltigen Zusätze.

Die in den F i g. 2 und 3 dargestellten Kurven wur-

S den erhalten mit einem Formsand, der Quarzsand der Korngröße H 32 mit 6% kohlenstoffhaltigem Zusatz nach der Erfindung, 6% Bentonit und 3,5% Wasser enthielt.

F i g. 2 zeigt, daß die Schülpenbildung von kohlenstoffhaltigen Formsanden von den Druckspannungen im Formsand abhängig ist.

Durch Zusatz eines feinkörnigen Stoffes zum Sand werden allgemein die Druckspannungen proportional der zugesetzten Menge erhöht. Bei Zusatz von kohlenstoffhaltigen Stauben jedoch werden die Druckspannungen je nach flüchtigen Bestandteilen des Zusatzstoffes und seinem Erweichungsverhalten in unterschiedlichem Maße wieder erniedrigt, wodurch die an sich verschlechternde Wirkung eines feinkörnigen

ao Zusatzes verringert wird. Das Verhältnis der verschlechternden und verbessernden Eigenschaften eines kohlenstoffhaltigen Zusatzes werden daher bei Anwendung des erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Zusatzes derart abgestimmt, daß zufolge ausreichend

as niedriger Druckspannungen im Formsand keine Schülpen entstehen. Die verschiedenen Wirkungen -der erfindungsgemäßen Zusätze werden bei Zugabemengen in Gehalten von 5 bis 10% im Formsand besonders deutlich erkennbar. Deshalb wurden; die Versuche zur Beeinflussung der. Druckspannungen nach dem Ausführungsbeispiel mit 6% kohlenstoffhaltigem Zusatz zum Formsand ausgeführt.

F i g. 2 zeigt, daß die Schülpenneigung dann gering ist oder den Wert 0 hat, sofern eine niedrige Druckspannung im Formsand vorhanden ist. Nach dem Ausführungsbeispiel in Fi g. 2 liegt dabei die Grenze bei 500 mm Wassersäule. Dieser Wert bezieht sich auf eine bestimmte Raumform der Gießform. Je nach der Art der Gießform liegt der Minimalwert der Druckspannung, bei dem keine Schülpen od. dgl. formsandbedingte Fehler auftreten, höher oder tiefer. Fi g. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen Druckspannung des Formsandes und den als wesentlich erkannten Merkmalen des. erfindungsgemäßen kohlenstoffhaltigen Zusatzes: flüchtige Bestandteile und Erweichungsverhalten.

Je höher der Anteil an flüchtigen Bestandteilen ist und je größer die Maßzahl für das Erweichungsverhalten (EK) der verwendeten Staube ist, desto gerin- ger sind die Druckspannungen, wobei sich diese Zusammenhänge durch die Bezeichnung

DS = (2050 -1445 · EK) -(I ¹^A

. .

bestimmen lassen. Aus der Kurve nach Fig. 1 ist zu ersehen, daß die Menge verkrackbarer bzw. glanzkohlenstoffbildender Substanzen (Summe von Teer, Benzol und schweren Kohlenwasserstoffen) im kohlenstoffhaltigen Zusatzmittel die Rauheit der Gußstückoberfläche bestimmt. Mit höherem Anteil glanzkohlenstoffbildender Substanzen im kohlenstoffhaltigen Zusatzmittel nimmt die Rauheit des erhaltenen Gußstückes ab. Dieser prozentuale Anteil glanzkohlenstoffbildender Substanzen kann dabei im Formsand erhalten werden durch geringe Mengen kohlenstoffhaltiger .Zusatzmittel mit hohem prozentualem Anteil glanzkohlenstoffbildender Substanz oder einer

entsprechend größeren Menge eines kohlenstoffhaltigen Mittels mit entsprechend niedrigem prozentualem Anteil glanzkohlenstoiTbildender Substanz. Dadurch läßt sich die Rauheit einer Gußstückoberfläche einstellen und auch die Zusammensetzung des kohlenstoflhaltigen 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 Vo 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 kohleiistoflhaltiger 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 = 40⁰O ist bei einer Zugabcmenge von 6Vo dieser Substanz im Formsand, der ebenfalls 6%> Bentonit enthält, dann ist nach der Darstellung in F i g. 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.

Bei 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, ge-

jo kennzeichnet 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 60Vo 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 50Ve 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 derMischung mit der zweiten kohlenstoffhaltigen Stoffgruppe mit mehr als 50Vo 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 Stoffgruppe mit mehr als 50° 0 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