DE1508913A1 - Verfahren und Schlichte zur Verhinderung von Erosion und Festkleben beim Metallgiessen - Google Patents

Description

Anmelden IiAlCO CHEIiICAI COMPANY, 6216 Y/est 66th Place, Chicago, 111. V.St.A.

Verfahren und Schlichte zur Verhinderung von Erosion und Festkleben beim Lletallgieesen.

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und eine Schlichte zur Vervendung in Metallgießereien und sie bezieht sich inabesondere auf ein Verfahren aur Erhöhung der Lebensdauer der Bodenteile von (Ji ess formen, die zum Gieasen von Blöcken oder Barren vorwendet werden. Es eoll ferner das Haften dieser Griesaforaböden an den gehärteten Blöcken verhindert werden, die nach der Fertigstellung

BAD ORIGINAL

909846/0227

entformt werden müssen.

Alle Metallblöcke werJen durch Blookguss in Formen hergestellt. Hierfür bekannte Formen aind solche mit dem "weiten Ende unten". Diese Giessformen ruhen auf Unterlagen, die allgemein als "Giessgeopanne" bezeichnet werden. Die

^ Gespanne aind nur grosse, normalerweise rechteckige, flache Üblicherweise aua Gusseisen hergestellte Metallplatten, die als Stütze und Auflage für die Seiten der Giessform und natürlich auch für den Boden der Form dienen. Die Innenflächen der Form verlaufen konisch, wobei der Durchmesser sich von unten nach oben verjüngt. Eine andere Art solcher Formen ist als GiesBfona mit dem "weiten Ende oben" bekannt. Die Mehrzahl dieser Formen sind pfannenartige Aufnahmegefassβ für das geschmolzene Metall, deren Bodenteile einstückig mit der Form ausgebildet und von dieser

ψ nicht lösbar sind.

Bei der Verwendung dieser Formen treten häufig verschiedene Probleme auf, insbesondere solche, die durch die ^über-

30984S/0227 BAD original

•m "K M

fläche der Bodenteile verursacht werden. Vor allen Dingen erodiert die ungeschützte Metalloberfläche schnell und wird durch Einwirkung der geschmolzenen Metalle angegriffen, die kaskadenartig auf diese Oberfläche auftreffen. Durch die Kraft und die hohe Temperatur, die durch das mit der Überfläche des Gespannes in Berührungen kommende fliessende geschmolzene Metall auftreten, bilden sich große Kehlungen in den Bodenteilen. Da viele der Formen etwa \ 1,5 - 3 ο (5-10 feet) hoch sind, muse daß Metall von einer Höhe gegossen v/erden, die mindestens dieser Entfernung entspricht. Häufig wird aber aus noch crösseren Höhen gegossen. Ausserdem erzeugt die Masse des geschmolzenen Metalles auch ein beachtliches Druckgefälle. Unter einer solchen Kraft und Temperatur, die höher ist als die Verflüssigungstemperatur des geschmolzenen Metalles, gräbt das letztere leicht klaffende Kerben in die Bodenteile der Formen.

Dadurch bekommt das geschmolzene Metall nach Erhärten zu einem Block eine Bodenform, die der unerwünschten erodierten Oberfläche des Gespannes oder der Unterlage der Form

909846/0227

BAD ORIGINAL

entspricht. Auf diese' Weise geht eine groese Menge des Blockes, wenn er entformt und anschliessend zu Platten oder Tafeln verarbeitet wird, durch Absohropfen des unregelmäBSig geformten Endeß der Platte oder Tafel verloren. Dies ist natürlich sehr unerwünscht, da eine grössere Menge Abfall anfällt, die anschliesaend wieder bearbeitet werden muss. Eine geringere Ausbeute ist die Folge.

Ein anderes ausserordentlich ernsthaftes und kostspieliges Problem tritt auf, sobald der Block in einer oben weiteren Form bis zu einem Punkt erhärtet ist, an dem er sowohl von den Formseiten al3 auoh von der Bodenauflage oder dem Gespann gelöst werden kann.In vielen Fällen, inabesondere wenn die Oberfläche des Gespannes nicht oder nicht genügend geschützt ist und Erosion auftritt, neigt der Block dazu, fest auf dem Gespann zu haften. Wenn demnach die Tormseiten um den Barren abgelöst sind, was normalerweise verhältnismässig leicht durch einen minimalen Belag aus einem entsprechenden Beschichtungsmittel oder einer entsprechenden Schlichte erreicht werden kann, muss der Block vom Gespann mit Gewalt gelöst werden. Üblicherweise wird

909846/0227

T508913

hierfür sowohl der Block als auoh dm« daran haftende Gespann hochgehoben und gegen einen anderen grosseren degen- \ etand gestossen» wobei der Blook losgerüttelt wird. Oft werden Gespann und Blook einfaoh von einer entsprechenden Höhe auf den Boden fallengelassen. Dabei wird das Gespann In swei oder mehrere kleinere teile ■erbrochen und kann nloht mehr verwendet werden« Das Brsetsen eines solchen Gespannes verursaoht hohe Kosten, so dass bei der Gesamtherstellung von Blöcken ein solches Torgehen nicht sehr vorteilhaft ist· Das gleiche Problem tritt auch bei den Gieaaformen mit dem weiten Ende oben auf, bei denen das Ankleben der Blöcke insbesondere am Bodenteil su beobachten ist. Neue, ungebrauchte formen dieser Art sind fUr ein Ankleben besondere prädestiniert, da sie eine glatte Oberfläche haben, die auch nicht durch irgendwelche Schichten aus Metalloxiden oder Schlacke geschlitzt ist. Ss tritt hier eine feste Metall-zu-Metall-Bindung awisehen dem (Ji ee θ form- i boden und dem Block auf.

Die durch die rauhe Behandlung, die durch daa "Kleben" zwischen Boden und Barren erforderlich ist, auftretende

909841/0227

BAD ORIGINAL

150891a

Gefahr dee Beratene und Brechens der Gieesformen wird auoh duroh den Hitzeechook während der Barrenbildung erhöht* Ungeschützte und nicht genügend geechütate Bodenoberflächen von Giessiormen sind besonders empfänglich für solohe aerstörenden Kräfte.

Viele der bekannten Schlichten verleihen den Gieesformbodenteilen nicht ausreichenden Schute und verursachen sogar manohmal zusätzliche Verfahrensechwierigkeiten· So werden beiepielBwelae mlnderwerige Schlichten tob der Oberfläche des Bodenteiles der Jona abgewaschen und dabei als unerwünsohte Verunreinigung in den Block eingeschlossen. Solohe Einschlüsse beeinflussen häufig in ungünstiger Weise die erwünschten Metalleigenschaften·

In den USA-Patenten 3 1β4 813 und 3 184 815 sind bereite Verfahren beschrieben, mit deren Hilfe die obengenannten brennenden Probleme bekämpft werden· Diese Verfahren sind sehr zufriedenstellend, sind aber verhältnisaäseig kostspielig, und daher für grosstechnischen Einsatz unbefriedigend. Infolgedessen ist es ein echtes Bedürfnis, ein

t098iS/0227

hv-·'■■:< JlAD ORIGINAL

Verfahren zum Aufbringen von Schlichten sowie Schlichten an sich zu schaffen, die geringere Kosten verursachen und gleichzeitig erhöhte Wirkung aeigen. Es ist bisher noch ein wesentliches Problem, G-iessformen gegen Erosion durch kaskadenartig gegossenes geschmolzenes Metall in wirtschaftlicherer Weise wirksam zu sohützen als es bisher möglich ist. Gleicherweise wäre es ein wesentlicher technischer Fortschritt bei Metallgiessverfahren, wenn das Ankleben des Bodenteiles an dem gebildeten Block in einer einfachen, wirksamen und wirtschaftlichen Weioe verhindert werden könnte.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Aufbringen von Schlichten sowie Schlichten für Metallgiessereien beim giesnen von Metallblöcken zu schaffen, die das Ankleben des Bodenteiles der Giessform an den gebildeten Blöcken und die Erosion dieses Bodenteilen während g des Eingieosens des Metalles und der aniichliessenden Bildung des Blockes weitgehend verhindern. Die Aufgabe wird durch das Aufbringen eines Filmes einer schlichte auf die Oberfläche des Eodenteiles gelobt. Es ist vorgesehen,

909846/0227 BAD ORIGINAL

mindestens das Bodenteil der Gieseformen mit dem Film aus der Schlichte zu überziehen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufbringen von Schlichten in Metallgiessformen, bei dem das Ankleben des Bodenteiles der Giessformen an die darin gebildeten Blöcke sowie Erosion dieses Bodenteiles während der Blook- ^ bildung im wesentlichen verhindert wird. Es ist ganz allgemein dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Bodenteiles einer Metallgiessform eine Aufschlämmung bestehend aus einem Bindemittel und einem feuerfesten Stoff aufgebracht wird. Um die Doppelwirkung, nämlich Verhinderung der Erosion des Bodentelles und Verhinderung des Anklebene an die geformten Blöcke, zu erreichen, besteht die Aufschlämmung aus mindestens einem feuerfesten Stoff der folgenden Gruppe i GIaskiefiel, kristalline Kieselsäure, Magnesiumsilikate, Aluminiumoxid, Graphit, Zirkonsilikate und Mergel. Diese bekannten Stoffe sind im Handel erhältlich. Typische AIuminiumsilikate können z.B. Glimmer, eine laminierte Aluminium j Ii katart , ujt] i.Iullit, ein oj tl.orhombiüchcG AIui't ;.·-::ΐι_Μ dot; von dor Tnsol i.:ull oder eine;.:

(i u u L I. / 0 ? / "t

BAD ORIGINAL

anderen Uraprungsort kommt oder künstlich durch Erhitzen von Andalusit, Sillimanit oder Kyanit hergestellt werden kann. Ausgezeichnete Magnesiumsilikate sind Forsterit oder Talkum, während ein zweckmfcssiges Zirkonlumsilikat Zirkon ist. Eine typische kristalline Kieselsäure ist Quarz. Das bevorzugteste feuerfeste Material, das im weiteren eingehender beschrieben wird, ist Grlaskiesel oder Glassilika. Das mit einem oder mehreren der genannten feuerfesten Stoffe verwendete Bindemittel enthält kolloidales "Silical-Sol" und ein Kieselsäuresol, die beide im Folgenden näher beschrieben werden.

Die Aufschlämmung wird in einer entsprechenden Menge zur Bildung einer ausreichend dicken Schicht aufgebracht, uci das AnkLeben und die Erosion zu verhindern. Nachdem die Aufschlämmung iuLt oder ohne Wärmeeinwirkung unter Entzug g der PLiisai^koL t von dor Oberfläche dea Bodenteileo, geti· .'Wiloiiilr int, blriLbt ein iünner Film anti fe;itom feuerb?fj tänii.;fiiii iioLa^ .'.utuok, AtutchlLeüUc.'nd v/Lrd dasi yr.'iichmoLijent.· -.-!"LL ii; U^ -'Diin ιιηΊ --'-i'' Λ ν. ι b».i_£it:h L ^rJtifc«i ( · r.o-l-j/ii ;il ;·.;■··

.■!•1 , I* -·· ■ i :■ I ί ■; ■". ^l Wl >.:',> : ι' ·■.:'■ ■ > !. t, , , 1 , ;■ , ■ .;;

BAD ORIGINAL

- ίο -

beschichteten Bodenteil und den lormseitenteilen gelöst und entfernt.

Das Aufbringen der Aufschlämmung auf das Gespann oder den Boden der Giessform kann in verschiedener '»/eise erfolgen. Die Aufschlämmung kann beispielsweise auf das Gespann aufgeflossen, aufgesprüht oder mit irgendeinem Applikator aufgebracht werden. Es wird angenommen, dass das Aufsprühen der wirk3araßte und praktischste Weg hierfür ist. Sie kann auf das Qespann oder Bodenteil der Giessformen entweder vor oder nach dem Aufsetzen der Seitenteile aufgebrocht werden.

Auch das Beseitigen der Flüssigkeit der Aufschlämmung von dem festen feuerbeständigen Material kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen. So kann das 3odenteil der Form lait d^r Aufschlämmung beschichtet und diese allmählich getrocknet werden. Andererseits kann der dünne Schutzbau«, durch Aufbringen ilnr Λ '.f.^c)c;hLämmimg auf das bereit:! er'i^:t:-;te Grfa :>'i"f i i ·.; U''- :L;^f. tf! torm ωL 'ζ ainütilcklye:n iitcitn *;e i ! _;,MbLl-Ί ! !. .'!i i'H, ; U!S;:i V .Μ';'"'Jfi ^n uLi^:". h»-) ν ΊΙ ;;u; ., ' Ii.; ir^iJf·¹

I ■ i fs .-. -ι Ϊ

BAD ORIGINAL

weiten Ende oben im allgemeinen schon heies sind, bevor das ^öschmolzene Metall eingebracht wird, da von dem vorhergegangenen Griessvorßang noch eine Restwärme vorhanden ist» In diesem Fell erfordert das Trocknen nur eine minimyle Zeitspanne.

Dex¹ ;jo} ut^bela^ kann auch aufgebracht und dann erhitzt werden. Dar Erwärmen wird je nach der gewünschten Abdampf- ™

zeit der FlwBsi^k?it aus der Aufschlämmung env.v^ur langsam oder schnell durolj^efüihrt„ Auf alle Pille ist <is erforderlich, dass der Iela-ζ auf,gebrecht und in ii r/'uc!'ein<;r '«V'ei.;e ^etruckuet wird.

Dnc bc-iV -rzu^teir Verfahren, zur. 'vui'bi h ■■?:! \ ■" Aufecliirmnuii£ au; i'L·: ιίεΰΤΓ.ΐν: .*'-.-.r ·3⁴-ΐ Forubcdentr Π , rrbeiUt uei ;' :wr Toi:.} ei·.tür im Bereich von Zimnortn..\. eratui¹ bi ε .ά\ oje 0 (1200° Γ), vor:3:it-swei;s«} von 93° - 427° C (2CC-i.:CC° J¹). Di« uesto ,1.1 tun_o de:- festen Schlichto ruf äew Gesj ^ii: wird bei Teirij er itureji i.· j.pjoich von 93° - £<a"° G (_t \,-[/T° I)

ri/.i. :rvei':i von 0,;:■",'! - ;,i7j μ.ί (<.,"!" ~

<) Γι ίί fi /. Ii / Ο BAD OWGlNAt

Ee wird angenommen, daea der ausgezeichnete Beschichtungserfolg, der durch die vorgeschlagenen Aufschlämmungen erzielt wird, auf deren Fähigkeit zurüokzuführen ist, einen starken keramischen überzug zu bilden, und zwar auch dann wenn sie auf die Bodenteile der Griessform bei verhältnismässig niederen Temperaturen, zumindest unter Werkbedingungen, von etwa 260° C (500° P) oder auch tiefer aufgebracht werden. Der Belag oder die Schlichte wird vollkommen widerstandsfähig gegen anschliessende Berührung mit Wasser und bleibt an den Bodenteilen der Giessform fe3t haften, auch wenn diese gewaschen werden.

Nach dem Beschichten wird das geschmolzene Metall in die Giessform gegossen, erhärten gelassen und der dabei gebildete Block anschliessend entformt. Es müssen nicht bestimmte Qiessformseiten oder irgendwelche besonderen Metallformböden oder irgendein bestimmtes geschmolzenes Metall verwendet werden· Es wurde jedoch gefunden, daas es besonders zweckmässig ist, solche Gusseieen-Bodenteile für Giessformen zu verwenden, die bei der Herstellung von Blöcken aus Stahl eingesetzt werden.

09846/0227

• - 13 -

liner der Beötandtäle des für die erfindungegemäeee Aufeohläeaung verwendeten Bindemittel· 1st tin kolloidale· Silikaeol oder Eieeelsol, Solohe Sole sind im Handel erhältlich. Zur Durchführung der Erfindung eignen eioh bei« spielawelse die Silika- oder Kieeeleole, die unter dem Warenzeichen "Haloote" bekannt sind· In Tabelle X aind eolcha Kieeeleole aufgeführt.

in

CM

O K\

* I

σ* ο

CM

•H DO

• ma

VO rv

I in

tn	I	CM
in	in ο	CM
CM	I

in

tn

vo ο

κ s

tin «5

iV

OO cvj in

in ο mcTi

VO

in

CM

CM

CM

VO

MH

•

Ik % ail is CM · · O ΊΗ «

in 2 i<*

in ο O O

vo r»

ν- Ο

in co ο

CO O

in	I	ΛΙ	O
in	in ο	CVJ	in *~
CM	fP\ft\	I	• ·
■>	VO	O O

cn ο

« o

909841/0227

BAD ORIGINAL

Andere Kieselsole, die hierfür brauchbar sind, können durch verschiedene bekannte Verfahren hergestellt werden. Die vielleicht bequemste Arbeitsweise zur Bildung wässriger kolloidaler Kieselsole ist in der USA-Patentschrift 2 244 325 (Bird) beschrieben, wo eine verdünnte Lösung eines Alkalimetallsilikats mit einem kationischen Austauscherharz in Wasserstoff-Form in Berührung gebracht wird_f ä wobei daa Silikat in ein verdünntes wässriges Kieselsäuresol umgewandelt wird· Das verdünnte Kieselsäuresol kann sowohl in ein Kieselsol oder Silikasol umgewandelt als auch weitgehendst, also bis zum festen Zustand, konzentriert

werden, wobei zweckmässigerweise nach den Verfahren gemäss der USA-Patentschrift 2 574 902, 2 680 721 oder 2 601 235 gearbeitet wird. Ein solch konzentriertes Produkt ist wegen der Yersandkosten und dem endgültigen Gebrauch wirtschaftlicher. Ein anderes Silikasol ist aus der USA-Patentschrift 2 856 302 bekannt.· Es können nicht nur wässrige kolloidale " Kiesel verwendet werden, sondern beispielsweise auch solche, die einen HauptantefL polarer organischer Lösungsmittel enthalten. Solche Sole werden im allgemeinen alo Organosole bezeichnet und sind durch die in der USA-Patentschrift

90 9 846/022

2 386 247 offenbarten Produkte gekennzeichnet. Wesentlich ist nur, dass die verwendeten Kieselpartikelchen in einer hydrophilen Substanz, wie Wasser, niederen Alkylalkoholen und anderen organischen Verbindungen mit verhältnismässig hohen Dielektrizitätskonstanten kolloidal dispergiert werden können.

% In manchen Fällen können Gemische aus Wasser und mit diesem verträgliche organische Stoffe als Suspendiermittel für die kolloidalen Kieselpartikelchen verwendet werden· Besondere bevorzugte organische Substanzen sind solche, die den Gefrierpunkt der reinen wässrigen Sole durch Zumischen zu diesen senken· Solche Sole sind besonders während der kälteren Monate des Jahres brauchbar, wenn sie bei verhältnismässig tiefen Temperaturen gelagert und/oder verwendet werden müssen. Amine, wie Morpholin, Diäthylarain u.dgl., und mehrwertige Alkohole, wie Äthylenglykol, GIy-

* cerin u.dgl. Bind bevorzugte Stoffe für die Zubereitung von Kieeelsolen, die diese Stoffe als alleinige Kiesel-Suspendiermittel oder als ein Teil eines Gemisches, das zusätzlich Wasser aufweist, enthalten. Ein bevorzugtes»

909846/0227

"winterfest" gemachtes Sol, enthält 5 - 50 Gew.Teile eines mehrwertigen Alkohole wie üthylenglykol, 20 - 85 Gew.Teile" Wasser und 10 - 60 Gew.Teile Kiesel.

Gleichgültig nach welchem Yerfahren dos kolloidale Kieselsol, das Wasser, polare organische Flüssigkeiten oder Gemische dieser Stoffe ale eine kontinuierliche Suspendierphase enthält, hergestellt wird. Zweckmässig und wichtig ™ ist, dass die Sole Kieselpartikelchen enthalten, die dicht und amorph sind und einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser haben, der 150 m/u nicht übersteigt aber grosser als 5 m/u ist. Wie aus der Tabelle I ersichtlich ist, weisen alle hier als Ausgangsstoff vorgesehenen Silikasole einen mittleren Teilchendurchmesser gut unter 150 m/u auf. Bin durchschnittlicher Teilchendurchmesser von 10 - 50 m/u ist besonders zweckmässig. Die Konzentration des Kiesels im Sol kann zwischen 0,1■- 60 Gew·^ Kiesel, ausgedrückt in i SiO₂, aein. Bevorzugtere Sole enthalten von 3 - 60 Gew.#, insbesondere 10 - 60 Gew.?S, Kiesel. Das Molekulargewicht der Kieselteilchen ist grosser als 200 000 und kann bis zu mehreren Millionen betragen.

909846/0227

BAD ORIGINAL

Andere Sole, die als Bindemittel für die feuerfesten Kieselsubstnnzen verwendet werden kennen, sind die als "Balzfrei" bekannten Kieselsole. Diese werden besonders dann bevorzugt, wenn das Suspensionsmittel für die Kieselpartikelohen im Bindemittel nur eine polare organische Flüssigkeit oder ein Gemisch aus Wasser und polarer organischer FlUs-3igkeit ist. Da viele der oben beschriebenen Sole gewöhnlich Alkalimetallverbindungen als Stabilisatoren enthalten, sind sie im allgemeinen mit organischen Syatemen nicht verträglich, da die im wässrigen Sol vorhandenen Salze Gelieren oder Ausfällen der Kieselpartikelchen bewirken, wenn die wässrige Phase durch polare organische Lösungsmittel ausgetauscht wird. Dies kann durch Verwendung "salzfreier" wässriger Kieselsole als Ausgangsstoffe bei der Herstellung reiner Organosole oder Gemischen aus V/asser und organischen Verbindungen als Kieselträger vermieden ) werden. Um ein Gelieren zu verhindern, ist es erforderlich, die hierfür verantwortlichen Kationen von der Oberfläche der kolloidal diepergierten Kieselpartikelohen und aua der flüssigen Phase des Sols zu entfernen. Diea kann durch Behandlung charakteristischer Sole, wie sie beispielsweise gemäas der USA-Patentschrift 2 574 902 beschrieben sind.

909846/0227

mit einem Kationenaustauschharz in Wasserstoff-Form und einem stark basischen Anionenaustauscherharz in Hydroxydform erfolgen. Diese Behandlung neigt dazu, ein fertiges wässriges Sol zu bilden, bei dem sowohl die kontinuierliche wässrige Phase des Sols als auch die Kieselp^rtikelchen als "salzfrei" betrachtet werden können. Die in Tabelle I angeführten, im Handel erhältliohen Kieselsole können, _s

entionisiert werden, um "salzfreie" Sole zu gewinnen. Diese ' wässrigen "salzfreien" Kieselsole können entweder als solche in Kombination mit dem Kieselsäuresol und mit einem oder mehreren der genannten feuerfesten Stoffe verwendet werden, um die Schlichte zu bilden, oder sie können modifiziert werden, wobei die wässrige Phase vollständig oder teilweise durch eine hydrophile polare Flüssigkeit, wie ein Alkohol ersetzt wird, oder der Alkohol wird im gewünschten Verhältnis mit dem wässrigen Sol gemischt. Die "salzfreien" reinen Alkohole oder wässrigen alkoholischen f Kieselsole können dann leicht mit Kieselsäuresolen und einem feuerfesten Stoff kombiniert und die daraus entstehende Aufschlämmung auf das Gespann aufgebracht werden·

9098*6/0227

• Wenn die leilchengrössen der Kieselsole innerhalb der genannten Bereiche liegen, haben die im wässrigen oder organi· sehen Ausgangssol spezifische Oberfläohenbereiche von min« destens 20 m /g und üblicherweise mehr als 100 m /ge Wenn ferner entionisierte Sole als Bindemittel verwendet werden, haben sie im allgemeinen einen Salzgehalt, ausgedrückt ale Na₂SO*, von weniger als 0,01 #.

Die bestimmten als Bindemittelkomponenten verwendeten Kieselsäuresole können auf ganz verschiedene Weise hergestellt werden. Sie haben alle ein durchschnittliches Molekulargewicht unter etwa 90 000. Vorzugsweise enthalten diese Säuresole Kieselpartikelchen, deren mittleres Molekulargewicht von etwa 1000 bis 46 000 beträgt. Der pH dieser Säuresole liegt unter 5,5, vorzugsweise zwischen 2,5 und ^ 3,5. Der mittlere Teilohendurclimesser ist kleiner als 5 m/u und im allgemeinen 1-4 m/u.

Nach einem Verfahren werden solche Säuresole durch Neutralisieren von Wasserglas mit einer Mineralsäure hergestellt· Hierbei ist es jedoch erforderlich, den ffrossteil der durch

909846/0227

'die Neutralisation gebildeten Salze zu entfernen. Dies kann durch Dialyse oder Elektrodialyse erfolgen. Allerdings sind diese Verfahren auf breiter Basis nicht wirtschaftlich . ■ durchzuführen. Ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Säuresolen ist in der USA-Patentschrift 2 244325 beschrieben. Nach diesem Verfahren werden die bevorzugten Ausgangs-Säure ε öle hergestellt ■> Eine Wasserglas- (alkalisches Silikct) Lösung wird durch oine Säule aus einem Kationenaustausoher in Y/asserstoff-Porm duroii :elcitet, (|

wobei das Alkalimetall in Wasserglas durch Wasserstoff ersetzt wird. Das gebildete Erzeugnis ist ein Kieselsäuresol von ungewöhnlicher Reinheit. Im allgemeinen liegt der pH der so zubereiteten Sole zwischen 2,0 - 4,0. Ausserdem ist das Molekulargewicht der Kieselpartikelchen weit unter 90 000. Auch Kieselsäuresole haben im allgemeinen einen SiOp-Eeststoffgehalt von etwa 2# bis etwa 10$.

Naoh dem bekannten Verfahren können euch noch eine Reihe

anderer für die erfindungsgemässe Schlichte geeignete Sau- " resole hergestellt werden. Bei dieser AuBführungsform kann der Ausfluss dann weiter behandelt werden, indem er durch ein schwaches basisches Harz in freier Basenform durchge-

909845/0227

BAD ORIGINAL

leitet wird. Dem so erhaltenen Produkt werden dann alle Ionen im wesentlichen entzogen unci es ist allgemein als "entionisiert" bekannt» Weiter kann ein ilischharzbett verwendet werden, d»h. ein Bett das ein schwach basisches Harz in freier Baaenform und ein stark saures Harz in Y/asserstoff-Form enthält, wobei das Kieselsäuresol gleichzeitig unter Austausch seiner begleitenden Ionen gebildet wird, um ein im wesentlichen entionisiertes «Polyki es el starres öl herzustellen·

Wohl sind dies bevorzugte Verfahren zur Herstellung des erfindungsgeiiiäss vorgeschlagenen Ausgangs-Ssuresols, aber selbstverständlich können auch Säuresole mit dein entsprechenden Molekulargewicht und pH, die nach anderen Verfahren zubereitet worden sind, verwendet werden. So können beispielsweise sehr geringe Mengen eines Stabilisators, wie Alkali-. metallhydroxyd, eingesetzt werden, ohne dass der Erfindungggedanke beeinträchtigt wird. Beachtet werden muss nur, dass der pH nicht über die vorgeschriebene Grenze ansteigt.

Das Bindemittel selbst kann aus 40 - 90$ kolloidalem Kiesel-

$09846/0227

BAD ORIGINAL

sol und 10 - 60$ Kieselsäuresol bestehen. Bevorzugt ist das Mengenverhältnis einer jeden Komponente von etv/a 40$ bis etwa 60$. Es wurde gefunden, dass ein Gemisch von 50$ - 50^6 ausgezeichnete Wirkung zeigt. Es handelt sich hierbei stets um Gewichtsprozente.

Wie bereits erwähnt sind die bevorzugtesten feuerfesten Stoffe diejenigen, die ganz allgemein als Glassilika oder ™ Glaskiesel bezeichnet werden. Dies sind glasartige Modifikationen von niesei, die durch Fusion ausgewählter Tieftemperatur-Kristallformen erhalten und häufig als Quarzglas oder Silikaglas bezeichnet werden. Bestimmte Glaskiesel-Arten enthalten Partikelchen, die aus geschmolzenen Quarzgläsern, Silikatgläsern,Silikaglasera, wie diejenigen die unter dem Namen "Vycor-Stoffe" bekannt sind, und gesohmolzeneiKieselgläsern hergestellt sind. Der Wärmeausdehnungskoeffizient all dieser Stoffe ist im Vergleich A zu anderen feuerfesten Stoffen, wie Natronkalk- und Bleiglasarten, verhältnismäBaig klein. Diese Wärmeausdehnungskoeffizienten liegen im allgemeinen unter 5 x 10 cm/cm⁰ 0· Der Kieselgehalt dieser granulierten kieselhaltigen feuerfesten Substanzen ist im allgemeinen grosser als 96$,

909846/0227

BAD ORIGINAL

ausgedrückt in SiO₂, und kann bis zu 99»8# SiO₂ ansteigen· " So bedeutet der Ausdruck "glasartiger Kiesel" einen feuerfesten Stoff, der ein Kieselglas enthält das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einen SiO₂-Gehalt innerhalb der genannten Grenzen aufweist«

Um tatsächlich beste Ergebnisse beim Aufbringen von Sohlioh-P ten auf das Gespann der Giessform zu erzielen, muss das verwendete feuerfeste Material in der Kieselaufβchlämraung fähig sein, starken Hitzeschooks zu widerstehen und gegenüber diesen beständig sein. Durch die extrem hohe Temperatur des geschmolzenen Metalles verglichen mit derjenigen des Gespannes, auch dann wenn dieses beheizt ist, tritt «ine ausserordentlich plötzliche Temperaturänderung auf, wenn das Metall das Gespann berührt· Der Belag selbst muss daher fähig sein, diesen Hitzeschock auszuhalten, um der Gespannunterlage den nötigen Schutz zu geben· Es wurde angenommen, dass das Versagen bekannter Schlichten zumindest teilweise darauf zurückzuführen ist, dass diese dem plötzliohen Ansteigen der Temperatur nicht gewachsen sind, wodurch der Überzug reiset und anschlieesend die Metalloberfläche dem kaskadenartig auftreffenden geschmolzenen

909848/0227

■ - 25 -

Metall ausgesetzt wird. ι

Aus diesem Grunde dürften die testen und bevorzugtesten feuerfesten Stoffe diejenigen sein, die die grösste Eeinheit zusammen mit dem niedrigsten Wärmeausdehnungekoeffizienten haben· Diese Eigenschaft besitzen besonders die

glasigen Kieselarten, insbesondere diejenigen der ge- ^

schmolzenen Substanzen. Letztere haben einen Kieselgehalt von mehr als 97$, ausgedrückt als SiO₂» und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 10 cm/om/⁰

Eine typische geschmolzene Kieselart, die sich ausserordentlioh gut für die erfindungsgemässen Zwecke eignet, hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 5 x 10 om/om/ und hat folgende Zusammensetzungι

Iabelle II i

Beatandteile Gew. j»

SiO₂ 97,3

Al₂O₃ 1,7

niedere Oxide

von Silizium 1,0

9093A6/0227

Die obengenannten Kieselprodukte werden leicht durch Mahlen sehr reiner geschmolzener Kieselgläser hergestellt. In ähnlicher Weiss können auch Borsilikatgläeer und die unter dem Namen "Vycor-Silikagläser" bekannten Produkte gemahlen werden, Sie sind ausserordentlich gute feuerfeste Substanzen.

Die Partikelgrösse der feuerfesten Stoffe können in weiten Bereichen variieren. Es wird jedoch vorgezogen, ausreichend kleine Teilchengrössen zu verwenden, so dass eine gleichmassige Dispersion des feuerfesten Stoffes und des Bindemittels gebildet werden kann. Je kleiner die Teilchengrösae ist, um so länger bleibt die aus feuerfestem Stoff und Bindemittel bestehende Aufschlämmung homogen. Es zeigte sich, dass Teilchengrössen von etwa 100 Siebfeinheit bis zum Bruchteil eines Mikrons brauchbar sind. Bevorzugte feuerfeste Stoffe haben einen Teilchendurchmesser von einem Bruchteil eines Mikron bis zu 500 /u, wobei die Teilchen mit den kleineren Durchmessern besonders vorteilhaft sind. Zu diesen glasartigen Kiesel-Substanzen gehören die unter dem Hamen "Naloote" bekannten Stoffe, die den bevorzugten Teilchengrössenbereich aufweisen. Sie wurden eehr erfolg-

909846/0227

BAD ORIGINAL

reloh bei der Vermeidung von Erosion der Bodenteile von Giessformen und Ankleben der gebildeten Blöcke eingesetzte

Die Menge des verwendeten Bindemittels in der Schlichte muss so gewählt sein, dass sie ausreicht, um die feuerfesten Teilchen aneinander zu binden, und dadurch einen fest haftenden, kontinuierlichen und nicht gebrochenen Belag zu bilden, der sicher mit der Oberfläche de3 Gespannes verbunden d ist· Ohne entsprechenden Bindemittelgehalt im Verhältnis au der feuerfesten Substanz zeigt der nach Aufbringen und Trocknen der Aufschlämmung gebildete Belag ein "pfannkuchenartiges" Aussehen mit zahlreichen unerwünschten Löchern in der Sohliohte, wodurch Teile des Gespannes oder der Formbodenoberfläche bloasgelegt werden. Es wurde gefunden, dass die Aufschlämmung vorzugsweise aus 10 bis 70 Gew_o?S feuerfestem Staff und 30 bis 90 Gew.# Bindemittel bestehen soll. Eine bevorzugte Zusammensetzung enthält von etwa 20 bis 60 Gew.ji feuerfesten Stoff und von etwa 40 bis 80 " Gew.# Bindemittel.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden einige Aüsführungsbeispiele beschrieben.

9098A6/0227

Beispiel 1

Um insbesondere die Wirksamkeit der Bindemittelkomponente zu ermitteln, wurde ein Laborversuch durchgeführt! bei dem die Zustände eines normalen BesohlohtungeVorganges eines Gespannes nachgeahmt wurden. Es wurden 6 Bindemittelgemische mit folgender Zusammensetzung hergestellt!

90 i> Kieaelsol - 10 ^ Kieselsäuresol; 80 $> Kieeelsol - 20 $ Kieselsäuresol; 70 i» Kieselsol - 30 $> Kieselsäuresol; 60 i» Kieselsol - 40 $> Kieselsäuresol} 50 i» Kieselsol - 50 # Kieselsäuresol und 40 $ Kieeelsol - 60 $> Kieselsäuresol.

Das kolloidale Kieeelsol enthielt 35$ Kieselfeetstoff· und das Kieselsäuresol bestand aus etwa 5# Feststoffen· Die Bindemittel wurden auf eine Gueβeisenplatte aufgebracht, die auf etwa 163,75° 0 (325° ?) erhitzt war. Die Schlichten wurden dann untersucht· In allen Fällen ergaben die obengenannten Bindemittelzusammensetzungen einen harten haftenden Belag· Auoh der Belag aue kolloidalem Sol allein war

909846/0227

annehmbar. Es wur jedoch überraschend festzustellen, dass die Kombination von Kieselsäuresol und kolloidalem Kieselsol mit einem gesamten Peststoffgehalt von 173*, dem kolloidalen Kieselsol allein, das einen Tsststoffgehalt von 30#, also nahezu die doppelte Festetoff menge des kombinierten Bindemittels aufwies, gleich oder sogar etwas überlegen war. Da die endgültige festigkeit der Schlichte allein von den Kieselfeststoffen abhängt, die in dem vom flüssigen Anteil befreiten Bindemittel enthalten sind, war es vollkommen unerwartet, dass die obigen Ergebnisse auftreten würden· Es wird jedooh angenommen, dass die ausgezeichneten Ergebnisse, dl· mit den erfindungsgemässen Bindemitteln erzielt werden, auf den verhältnismässlg weiten Bereich der Kieselteilohengrössen, gegeben duroh die Kombination der Bindemittelbestandteile, zurückzuführen sind«

Bsispitl 2

Bei diesem Vereuoh wurde eine Werkuntersuohung durohge·» führt« 1« wurde ein srfindungsgemässes Bindemittel duroh 141 aoben gleioher Qewiohtaanteile eines 30 £-igen wässrigen

90984S/0227

~ 30 -

kolloidalen Kieselsols, entsprechend dem Kieselsol Nr. 2, dessen physikalische Daten in Tabelle I angeführt sind, und einen 5 #-igen wässrigen Kieselsäuresol (gemüse USA-Patentschrift 2 244 325) hergestellt· Die Kieselaufschlämmung wurde durch Zugabe gleicher Teile des Bindemittels und geschmolzenem feuerfestem Kiesel gebildet. Die TeIlohengrösse des feuerfesten Kieselmaterials streute über

^ einen weiten Bereich, derart, dass IOO9C durch ein 100 Maschensieb, 75?ί durch ein 325 Maschensieb hindurchgingen, 30# kleiner als 10 /U waren und die kleinsten Teilchen eine Qrösse von einem Bruchteil eines /u aufwiesen. Das feuerfeste Material und das Bindemittel wurden sorgfältig gemischt und dann auf eine Anzahl von Gusseisen-Qespannen aufgebracht· Die Schlichten zeigten eine ausgezeichnete Haftfestigkeit und Oberfläohenhärte und waren auoh leicht aufzubringen· In Vergleicheversuchen ergab ein 30 jt-igee Kieselsol in Kombination mit geschmolzenem Kiesel, ebenfalls in "IM Gewichteverhältnis, auoh einen Belag, der die obengenannten ausgezeichneten Eigenschaften aufwies« In einigen Fällen zeigte jedoch die Anwendung der erfindungsgemässen Bindemittelzusammensetzung einen noch fester haftenden Belag als ein Bindemittel, das nur die Kieselsol-

9099A8/0227

komponente ,enthielt. Auch diese Ergebnisse wcren überraschend und unerwartet, da der Gehalt an Feststoffen der erfindungsgemässen Bindemittelkombination nur die Hälfte des Bindemittels betrug, welches Kieseleol als einzigen Bestundteil enthielt.

!Die Schlichten aus erfindungogemHssen Aufschlämmungen, die ein Bindemittel der beschriebenen Art enthielten, vorhin- j derten im wesentlichen Erosion der Gespanne odei Bodenteile der Letallgiessformen während dee Aufgieesens geochmolzenen Metalle· Ausserdem wurde auch das Ankleben dar gebildeten Blöcke an das Bodenteil nach dem Erhärten "/eacntlich verringert. Ferner wurden noch weitere gute Nebenwirkungen beobachtet. So zeigte sich, dass durch Herabsetzen der Erosion auf ein Mindestmass, die Lebensdauer der Giessformböden oder -unterlagen wesentlich erhöht wird. Da ferner im allgemeinen kein Ankleben der Formbodenteile an die Blöcke auftritt, ist es nicht erforderlich, die beiden aneinander haften- | den Gegenstände,Giesaform bzw. Gespann und Block, gegen einen dritten grösseren Körper, wie den Boden, zu stoesen, um die Öegnstände zu trennen und den Block zu entformen.

909846/0227

~ 32 ~

Y/ie oben bereite erwähnt iöt dieses Trennverfahren oder Entformen nicht nur zeitraubend und kostspielig, sondern endet auch daduroh, dass das Gespann bricht oder vollständig Berfällt und für Jede weitere Arbeit unbrauchbar wird. Da nur wenig oder gar keine Erosion duroh das geschmolzene Metall auftritt, ist die Menge an Metall, die vom Block gekröpft werden muss, wesentlich geringer. Als Gesamtvorteil wäre zu erwähnen, dass das für eine leistungsfähige Arbeit erforderliohe ' Giessforminventar duroh Verwendung der erfindungsgemässen Aufschlämmung sehr stark vermindert wird«

Weitere Vorteile sind beispielsweise darin eu sehen, dass duroh die Bildung der Überzugsfilme halbpermanente Schlichten auf den Gespannen aufrechterhalten werden können und daduroh biegsamere und zähere Gespanne verwendet werden können· Sie können auch leichter sein, wodwroh das Gewicht der Führungsbahn und deren Wfcrtung herabgesetzt werden kann, denn Gespanne werden normalerweise duroh flache Wagen auf Schienen au der Gieflstell· " gefahren· Da die Sohllohte gegenüber weiten Temperaturbereichen beständig und widerstandsfähig ist, ist eine höchete Tempera· turbeanepruohung möglioh, was bisher wegen der Unzulänglichkeit der bekannten Sohllohten unmöglioh war· Auoh viele ander« Vor» teile zeigen sich bei der Verwendung der erfindungsge«äeeen Schlichten.

909846/0227

Selbstverständlich können die Bindemittel gemäee der Erfindung auoh mit anderen bekannten Bindemitteln, wie Xthyleilikat, Aluminiumphoepha·*, Natriumsilikat u.dgl. verwendet werden«

9098A6/0227

Claims (1)

1. Pa t e nt an 8 ρ r tt.oh j

   1# Verfahren zur Verhinderung von Erosion der Oberfläche der Bodenteile einer Hetallgiessform, die mit auftreffenden geschmolzenem Metall in Berührung kommen, und zur Vermeidung des Anklebens der gegossenen Blöoke an die Bodenteile, bei dem auf die zu schützende Oberfläche eine Aufschlämmung aus einer in einem Bindemittel suspendierten feuerfesten Substanz in einer ausreichenden Menge aufgebracht wird, um einen Belag

   ™ von ausreichender Dicke zur Verhinderung von Erosion und Ankleben zu bilden, und dar feuchte Belag anschliessend getrocknet wird,

   daduroh gekennzeichnet, dass eine Aufschlämmung aus mindestens einem feuerfesten Stoff, wie glasartiger Kiesel, kristalline Kiesel, Aluminiumsilikat, Aluminiumoxid, Graphit, Zirkoniumsilikat, Magnesiumsillkat oder Mergel suspendiert in einerm Bindemittel, bestehend au· einem kolloidalen Silikaaol und Kieselsäuresol auf die zu schützenden Oberflächen aufgebracht wird·

   2· Verfahren nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, dase ein aus Gusseisen bestehendes Bodenteil der Glesaform und ein· Metallschmelze aus Stahl verwendet werden«

   3· Schlichte zum Durchführen des Verfahrens nach Aneprueh t und 2, gekenne«lehnet durch ein· Aufschlämmung aus mindestens eimern feuerfesten Stoff, wie glasartiger Kiesel, kristalliner Kiesel, Aluminiumsilikat, Aluminiumoxid, Graphit, Zirkonium-

   9Ό98Α6/022 7

   silikat, LIagnesiumsilikat oder Mergel, der in einem Bindemittel, bestehend aus einem kolloidalen Kieseleol und Kiesel3ü.uresol suspendiert iet, wobei das Bindemittel in ausreichender LIenge vorhanden ist, um die feuerfesten Teststoffteilchen aneinander zu binden,

   4· Schlichte nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschlämmung aus 10 - 70 Gew.Teilen glasartigem Kiesel und 30 - 90 Gew.Teilen dea Bindemittels besteht. J

   5· Schlichte nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die feuerfeste Substanz glasartiger Kiesel ist und aus geschmol«

   nicht zenem Kiesel besteht und einen Kieselgehult von/weniger als etvm 96 i» ausgedruckt ale SiOp und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten unter etwa 5 x 10** cm/om/° 0 aufweist, und dass das Bindemittel aus einem kolloidalen Kieselsol, bestehend aus etwa 10-60 Gew.jC ausreichend fein verteilter, dichter, nicht zusammengeballter, in einer wässrigen Flüssigkeit kolloidal dispergierter Kieselteilchen, und einem Kieselsäuresol, j

   bestehend aus etwa 2-10 Gew»?i Kieselteilchen mit einem mittleren Molekulargewicht von weniger als 90 000 dispergiert in einer wässrigen flüssigkeit, zusammengesetzt ist«

   909846/0227 BAD ORIGINAL

   6, Schlichte nach Anspruch 3 und 4·, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus etwa 10 - 70 Gew.Teilohen glasartiger Kieoel und 30 - 90 Gew.Teilen eines Bindemittels besteht, das aus etwa 3,0 - 60 Gew«# Kiesel, diepergiert in einer hydrophilen kontinuierlichen Phase, und aus Kieselsäuresol, das etwa 2-10 Gew.ji Kieselteilohen mit einem mittleren Molekulargewicht von weniger als etwa 90 000 din einer wässrigen Flüssigkeit dispergiert enthält, zusammengesetzt ist·

   909846/0227

   BAD ORIGINAL