DE1508634A1 - Bindemittel fuer selbsthaertende Giessformen - Google Patents

Description

• Bindemittel für selbsthärtende Gießformen Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in der Metallgießerei, insbesondere auf neuartige und verbesserte Bindemittel für Rohmassen zur Herstellung von Formen und Kernen für die Metallgießerei. Die Entwicklung von Gießformen und Gießkernen für die Metallgießerei aus einem feuerbeständigen Material, wie Sand und Alkalisilikat-Gemischen, die durch Einwirkung von Kohlendioxyd oder anderen gasförmigen Mitteln zu festen Strukturteilen gebrannt oder gehärtet werden, ist ziemlich weit vorgetrieben. Das Härten derartiger Formteile erfolgt gewöhnlich aufgrund einerlchemisehen Reaktion zwischen dem gasförmigen Härtemittel, z. B. Kohlendioxyd, und dem indem feuerfesten Material homogen verteilten Alkalisilikat unter Bildung eines ebenso gleichmässig verteilten Bindemittels in Form eines Siliciumdioxydgels. Es wurde nun ein Bindemittel zur Herstellung von Gießformen und -kernen gefunden, welches das Härten der Formmassen durch chemische Reaktion zwischen einem gasförmigen Härtemittel und dem Alkalisilikat unnötig macht. Durch Verwendung der erfindungsgemässen Bindemittelzubereitung kann man Formen herstellen, die über ihren gesamten Querschnitt von selbst aushärten und kein zusätzliches Härten oder Trocknen beanspruchen; die Formteile sind besonders fest und lassen sich ohne weiteres benutzen; sie zeigen nach dem Gießen eine gute Zerfallsneigung (collepeibilitg)', sind feuerfest und trennen sich leicht von den GuBstücken. Die mit den erfindungsgemässen Bindemitteln hergestellten Gemische zur Erzeugung von Gießformen und -kernen binden rasch ab und weisen dann eine beträchtliche Festigkeit auf. Die Rohmassen bestehen aus einem Hauptanteil an feuerfestem Material in feiner Verteilung und einem kleineren Anteil an siliciumhaltigem Material, worin das Silicium vorzugsweise den Hauptanteil darstellt, z.B. einer Siliciumlegierung, in welcher das Silicium mit einem Metall, wie Eisen, Kupfer, Chrom, Mangan, Wolfram, Molybdän, Yanadium oder dgl. legiert ist. Als Bindemittel dienen dabei die Zubereitungen nach der Erfindung, die aus einem Hauptanteil an Natriumailikat und einem kleineren Anteil an Kaliumhydroxyd bestehen. Aufgrund der Dehydratisierung des feuerfesten Materials, die auf der exothermischen Reaktion zwischen dem Silicium bzw. dem siliciumhaltigea Material und dem Bindemittel beruht, sind die zur Herstellung der Formen dienenden Massen selbsthärtend. Ausserdem werden bei Verwendung der erfindungsge= mässen Bindemittel nur zwei Drittel des sonst freiwerdenden Wasserstoffs frei, wodurch die Gefahr von Wasserstoffex-plosionen verringert.wird. Während die bei der exothermischen Reaktion zwischen einem Älkalisilikat und Silicium bzw. einem siliciumhaltigen Material frei werdende Wärme bisher bei der Herstellung von Bindemitteln für Briketts, Ziegel usw. verwendet wurde, wurde nun gefunden, denn sich in verhältnismässig kurzer Zeit Gießformen für Metallgießerei herstellen lassen, wenn man einen Teil des Natriumailikats ersetzt durch einen ge- ringeren Anteil en Ialiumhydroxyd: Im übrigen geht bei Gieß- temperatur das Helium eine sprödere Verbindung mit dem feuerfesten Material ein als das Natrium, so dass sich die Gußstücke leichter von der Form trennen lassen, als wenn des einzige vorhandene Alkali Natrium wäre. Ausserdem ge- nügt zum Abbinden der Form die bei der Reaktion freiwerdende Wärme, so dass keine Wärmezufuhr von aussen notwendig wird. Die erfindungsgemässe Bindemittelzubereitung stellt ein inniges Gemisch dar aus etwa 15 - 58, vorzugsweise 20 - 45 Gew.-96 Natriumsilikat und 2 - 25, vorzugsweise 3 - 15 Gew.-% Kaliumhydroayd. Der gesamte Anteil an Feststoffen in der Zubereitung liegt in einem Bereich von etwa 22 - 60, vorzugsweise 25 - 50 Gew.-%. In Überein-Stimmung damit liegt der Wasiergehalt des Binders bei etwa 40 - 78 Gew.-%: Wenn. weniger also 22 Gew.--% Gesamtfeststoffe vorhanden sind, so verlängert sich, wie ge- funden wurde, die Abbindezeit der Formmasse, der das Bin- demittel zugefügt ist. Beträgt der Gesamtfeststoff-Gehalt mehr als etwa 60 96, so liegt das Bindemittel anstatt in Form einer Lösung in Form einer viskosen Aufschlämmung vor, die sich nur schwer in der Formmasse verteilen lässt. Infolgedessen beschränkt sich der Gesamtgehalt an Peststof-. fen in der Bindemittelzubereitung erfindungsgemäss auf den Bereich zwischen 22 und 60 Gew.-%. Das Natriumsilikat wird vorzugsweise flüssig zugegeben, d.h. als wässrige Lösung, die bei Raumtemperatur flüssig ist und in welcher das Molverhältnis.von Siliciumdioayd (Kieselsäure) zu Natriumoxyd (Si02 : Na20) höher ist als etwa 1 : 1; das spezifische Gewicht der Lösung liegt zwischen etwa 40 und 60o Bd bei 2U0. Vorzugsweise liegt das Molverhältnis von Kieselsäure zu Natriumoxyd innerhalb des Bereiches 1,5 : 1 bis 3,3 : 1, bzw. umgekehrt: das Verhältnis Natriumoxyd zu Kieselsäure beträgt etwa 1 : 1,5 bis 1 : 3,3. Derartige Silikate haben einen Feststoffgehalt von etwa 30 - 55, vorzugsweise etwa 35 - 50 Gew.-%. Das Kaliumhydroxyd wird vorzugsweise in Form einer wässrigen Zösung zugegeben, die beispielsweise 45 Gew.-% Kaliumhydrogyd enthält. Wie sich hieraus ergibt, kann das für die Bindemittelzubereitung nötige Wasser entweder zu dem wasserfreien Gemisch aus Natriumsilikat und Kaliumhydroxyd zugegeben werden oder man fügt einen Teil des Wassers bereits in Form der wässrigen Silikatlösung und/oder der verdünnten Kalilauge zu und kann dann den übrigen Teil des Wassers dazu benützen, ein homogenes Gemisch herzustellen. Ausser dem Bindemittel enthält die zur Herstellung der Formen benutzte Masse ein siliciumhaltiges Material, d.h. Silicium oder ein Material, worin das Silicium vorzugsweise den Hauptbestandteil darstellt. Das bevorzugte siliciumhaltige Material ist Ferrosilicium, das 46 oder mehr Prozent Silicium enthält, vorzugsweise ein Ferrosilicium mit 74 oder mehr Prozent Silicium. Handelsübliche Ferrosilicium-Sorten, die für die Bereitung der zur Bildung der Formen benutzten Rohmassen geeignet sind, sind u.a. das sogenannte "fünfzigprozentige Ferrosilicium" das etwa 46 - 52 % Silicium enthält; das "fünfundsiebzigprozentige Ferrosilicium" das etwa 74 - 79 % Silicium enthält; das "fünfundachtzigprozentige Ferrosilicium'" das etwa 8u - 90 % Silicium enthält und das "neunzig- bis fünfundneunzigprozentige Ferrosilicium" mit einem Siliciumgehalt von 90 - 95 %. Das Silicium bzw. das siliciumhaltige Material zur Bereitung der Formmassen hat vorzugsweise eine Teilchengrösse von höchstens 0,15 mm; insbesondere ist ein Material mit einer Teilchengrösse von maimal 0,07 mm, vorzugsweise von nicht mehr als etwa 0,05 mm geeignet.
• Die Begrenzung der Teilchengrösse erwies eich als wichtig wenn man erreichen will, dass die Formen schnell abbinden und erhäxten; je gröber die Teilchen sind, um so länger wird die Abbindezeit. Es ist daher wichtig, dass die Korngrösse des Ferrosiliciums etwa 0,15 mm nicht überschreitet. Als feuerfestes Grundmaterial, das den Hauptbestandteil der zur Herstellung der Formen benutgten Massen darstellt, kann zwar jedes entsprechend fein verteilte, für diesen Zweck bekannte Material verwendet werden, jedoch ist Formsand bevorzugt, wie er in der Gießerei weitgehend verwendet wird und jederzeit unter geringen Kosten verfügbar ist. Ausser Sand können auch verschiedene andere anorganische feuerfeste Stoffe, wie fein gemahlene Kieselsäure verwendet werden. Die Anteilaverhältnisse der einzelnen Bestandteile innerhalb der Massen untereinander können zwar etwas schwanken, jedoch soll vorzugsweise der Hauptanteil das erwähnte feuerfeste Grundmaterial sein. So lassen sich beispielsweise sehr gut geeignete Formen herstellen, wenn in der Formmasse der Anteil an feuerfesten Stoffen etwa 88 - 97, vorzugsweise 90 - 95 Gew.-% beträgt. Der siliciumhaltige Zusatz bzw. die Siliciumlegierung kann in einer Menge anwesend sein, die im allgemeinen im Bereich von etwa 0,5 - 3, vorzugsweise von 0,75 - 2 % des Gesamtgewichtes liegt. Die übrigen 2,5 - 9, vorzugsweise 3 - 8 Gew.-% der Masse entfallen auf das erfindungsgemässe Bindemittel. Zur Verbesserung der Zerfallneigung der Formen nach dem Gießen und zur Verbesserung der Lager= fähigkeit der Rohmassen ist es in vielen Fällen zweckmäs- sig, in das Bindemittel eine organische Verbindung einzu- arbeiten, die während des Gießens abbrennt und auf diese Weise die Zerfallsneigung der beim Gießen hoch erhitzten Form fördert. Erfindungsgemäss können daher organische Verbindungen, vorzugsweise organische Polyhydroayverbindungen, in kleinen Mengen in die Bindemittel eingearbeitet werden. Der Ausdruck "organische Polyhydrozyverbindungen" umfasst eine Vielzahl an organischen Verbindungen, die mehr als eine Hydrozylgruppe aufweisen. Die besonders be- vorzugten Verbindungen weisen schon von Natur aus mehrere Hydroxrlgruppen auf; so können verschiedene Zuckerarten, wie Glucose, Fructose, Sucrose und die verschiedensten an4 deren Mono- und Disaccharide, sowie gewisse Tri- und Tetrasaccharide eingearbeitet werden, die selbstverständlich nicht in besondere reinem Zustand vorliegen müssen. Ausge- zeichnete Ergebnisse werden erhalten mit verhältnismässig unreinem-Zuckert wie brauner Rohzucker (tanners eugar) und Rohrzucker, sowie mit anderen billigen Zuckerprodukten. Andere Arten von organischen Polyhydroryverbindungen, die erfindungsgemäss verwendet werden können, sind die mehr- wertigen Alkohole, wie -Glyzerin, Sorbit und andere. Bevorzugt unter den organischen Verbindungen sind Sorbit, Glyzerin und Zucker, insbesondere Sucrose. Soweit organische Zusätze verwendet werden, wurde gefunden, dass ausgezeichnete Ergebnisse erhältlich sind, wenn man bis zu 25, vorzugsweise 't0 - 20 Gew.-% der organischen Verbindung, berechnet auf das Gesamtgewicht der Binderkomposition, einarbeitet. Wie oben erwähnt, sollte der Gesamtgehalt alt Feststoffen innerhalb eines Bereiches von etwa.22 - 60 Gew.-% gehalten werden. Wenn also soviel organische Verbindung mitverwendet werden soll, dass durch diesen Zusatz der Gesamtfeststoffgehalt in dem Bindemittel 6U % übersteigen würde, muss die Menge an anderen Bestandteilen in dem Bindemittel entsprechend verringert werden. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher. Beispiel 1 Es wurden zunächst durch Zusammenwischen ihrer Bestandteile Bindemittel aus Natriumsilikat.und Kaliumhydroxyd bereitet, die dann zur Herstellung von Massen für die Erzeugung von Gießformen verwendet wurden. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Anteile wässriges Silikat, 45 ö-ige wässrige Kaliumhydroxydlösung und Wasser innig vermischt und dann einem Gemisch aus Formsand Nr.75 (AFS) und Ferrosilicium (Teilchengrösse von U,U5 und geringer) zugefügt. Die Masse wurde 3 1/2 Min. verknetet und in eine Form eingestampft. In Zwischenräumen von 5 Min wurden Temperaturmessungen durchgeführt. Die Zusammensetzung und die Konzentration für die verschiedenen Proben gehen aus Tabelle I hervor. Ein Vergleich der zeitlichen Entwicklung der Temperatur bei den mit Hilfe der Bindemittel hergestellten Formmassen ist aus Tabelle II zu entnehmen. Wie aus den in Tabelle II aufgeführten Daten ersichtlich ist, binden die Formmassen, zu deren Bereitung die erfindungsgemässen Bindemittel benutzt worden waren, etwa doppelt so schnell ab, wie die Formmassen, die kein Kaliumhydroxyd enthalten.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p 'r ü c h e 1. Bindemittel für Rohmassen zur Herstellung von selbsthärtenden Gießformen und Gießkernen, g e k e n n z e i c hn e t durch einen Gehalt an Natriumsilikat mit einem Molverhältnis Na20 : S'02 von 1 :. 1,5 bis 1 : 3 als Hauptanteil und einen kleineren Anteil an galiumhydroxyd. z. Bindemittel nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch eine zusätzliche kleinere gnteilsmenge an einer organischen Polyhydroxyd-Verbindung.