DE1558130B1 - Formsandmasse, die aus sand, wasser, einem in wasser hochquellenden bentonit und einem wasserloeslichen alkalisalz besteht - Google Patents

Description

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Die erfindungsgemäße Formsandmasse, die aus säuren enthält, so führt das Zusammenmischen dieses Sand, Wasser, einem in Wasser hochquellenden Ben- Lignits mit etwa ¹Ao seines Gewichts an Natriumtonit und einem wasserlöslichen Alkalisalz besteht, hydroxyd, wie leicht errechnet werden kann, zur Umist dadurch gekennzeichnet, daß dem Bentonit etwa Wandlung der Huminsäure in das Natriumhumat. Da V₈ bis etwa das Dreifache seines Gewichts wasserlös- 5 die Huminsäure als Säure nicht so stark ist wie liches Alkalihumat, das durch Umsetzung von Hu- Natriumhydroxyd als Base, hat das Natriumhumat minsäure oder Lignit mit Alkalihydroxyd oder Alkali- einen leicht alkalischen pH in der Nähe von 8. carbonat entstanden ist und einen alkalischen pH- Es können auch größere Mengen an Alkali, die

Wert aufweist, beigemischt ist. über denjenigen liegen, die zur Umwandlung der

Die Zeichnung stellt ein Schaubild dar, das die io Huminsäure in das Natriumhumat notwendig sind, erfindungsgemäß erhältlichen verbesserten Ergebnisse verwendet werden. Jedoch tritt bei großen Überzeigt. Schüssen der Nachteil auf, daß Schwierigkeiten bei Wie es in der Formsandtechnik üblich ist, ist in die der Handhabung des Materials und beim Einatmen Masse genügend Wasser eingearbeitet, um ihr hin- des Staubs auftreten. Erfindungsgemäß kann zusätzreichende Bindeeigenschaften zu verleihen. Bekannt- 15 liches Alkali in Form von Natriumhydroxyd verwenlich hat knochentrockner Bentonit eine geringe oder det werden.

keine bindende Wirkung auf die Sandpartikel und Das beste Gewichtsverhältnis innerhalb des erfin-

ebenso kann der Bentonit bei Verwendung eines dungsgemäßen Bereiches von Bentonit zu dem Alkaligroßen Überschusses von Wasser nicht mehr als humat liegt bei etwa gleichen Anteilen (50 : 50) oder Klebemittel für die Sandkörner wirken. 20 etwa 60 Teilen Bentonit zu 40 Teilen Humat oder bei

Wie schon erwähnt, ist der hier zu verwendende einem dazwischenliegenden Verhältnis. Bei Verwen-Bentonit ein solcher mit hohem Quellungsvermögen, dung des Bentonits vom Wyoming-Typ wurden etwas wie z. B. der Wyoming-Bentonit, oder ein in Texas bessere Ergebnisse erzielt als mit dem sogenannten gefundener, sogenannter »southern bentonite«. Wie Southern-Typ-Bentonit, obwohl beide, sowohl gees in dieser Technik üblich ist, wird der Bentonit in 25 trennt als auch in Mischung, verwendet werden einer zerkleinerten Form, z. B. gemahlen, verwendet, können.

so daß er ein Sieb mit einer Sieböffnung von Der erfindungsgemäß erzielte Fortschritt ist auf

0,074 mm passiert, obwohl auch gröbere und feinere Grund des zu beobachtenden synergistischen Effekts Körner verwendet werden können. Bei dem Alkali- bemerkenswert und unerwartet. Dies wird graphisch humat handelt es sich um irgendein Alkalimetallsalz 3° an Hand der nachfolgenden Zeichnung gezeigt, in der der Huminsäure, beispielsweise das Natrium-, Ka- die Gründruckfestigkeit (A) und die Grünscherfestiglium- oder Lithiumhumat, wobei diese Salze bekannt- keit (B) für eine Reihe von Formsandmassen angegelich wasserlöslich sind. Es wird am zweckmäßigsten ben sind, die aus Standard-Ottawasand unter Veraus Lignit gewonnen, insbesondere verwittertem Wendung von 94% Sand, 4% Gesamtbindemittel Lignit, wie er in großem Überfluß in Nord-Dakota, 35 und 2% Feuchtigkeit hergestellt wurden. Der Anteil Texas, Neu-Mexiko und Nordeuropa vorkommt. des Bindemittels wurde über einen Bereich von

Zur Bildung des alkalischen Salzes der Humin- 100% Wyoming-Bentonit und 0% Natriumhumat säure wird Huminsäure mit einem alkalischen Alkali- bis zu 0% Wyoming-Bentonit und 100% Natriummetallsalz, vorzugsweise einem Natrium- oder Ka- humat variiert. Der Prozentsatz des Natriumhumats liumsalz umgesetzt. Hierzu geeignet sind beispiels- 40 in dem Bindemittel ist als Abszisse und die Festigweise Natriumhydroxyd, Natriumcarbonat und Ka- keitswerte in kg pro cm² sind als Ordinaten (für die liumhydroxyd. Es ist nicht notwendig, eine chemisch Gründruckfestigkeit an der linken Seite der Zeichreine Huminsäure zu verwenden. Es wird jedoch nung und für die Grünscherfestigkeit an der rechten bevorzugt ein Lignit verwendet, der reich an alkali- Seite) angegeben. Es sei bemerkt, daß 100% Wyominglöslichen Bestandteilen ist. Dieser wird einfach zu- 45 Bentonit im Bindemittel eine Gründruckfestigkeit sammen mit dem ausgewählten Alkali, vorzugsweise von 0,32 kg/cm² und 100% Natriumhumat im Bindemit genügend Wasser, um eine schnelle Neutralisa- mittel eine Gründruckfestigkeit von 0,53 kg/cm² ertionsreaktion zustande zu bringen, falls der Lignit nicht gaben, wohingegen bemerkenswerterweise in allen feucht genug ist, das notwendige Wasser selbst zu dazwischenliegenden Bereichen zwischen etwa V₈:1 liefern, gemahlen. Es können auch kompliziertere 5<> von Natriumhumat zu Bentonit (11% Natriumhumat) Verfahren angewendet werden, indem man z. B. den und 3 :1 (75% Natriumhumat) die Gründruckfestiggemahlenen Lignit in einer Lösung des Alkali und in keit größer als arithmetisch berechnet war und für Wasser dispergiert, die unlöslichen Bestandteile aus- Verhältnisse innerhalb des erfindungsgemäß bevorscheidet und das alkalisierte Humat durch Trocknen zugten Bereiches tatsächlich Werte von mehr als und Mahlen gewinnt. Dies erhöht jedoch die Kosten 55 0,7 kg/cm² erreichte. So ergaben gleiche Teile von und beeinflußt kaum die endgültigen Resultate. Natriumhumat und Wyoming-Bentonit eine Grün-

Die Huminsäure erfordert im allgemeinen ein druckfestigkeit von 0,77 kg/cm², die fast doppelt so Minimum von etwa Vi₂ bis ¹U seines Trockengewichts groß ist wie der aus der Zeichnung hervorgehende an Natriumhydroxyd zur Herstellung eines Natrium- Wert von etwa 0,4 kg/cm², der auf der Basis der einhumats, das gleichzeitig alkalisch ist, d. h., das einen ^6o fachen Additivität berechnet wurde. pH von mehr als 7 hat. Wenn andere Alkalien ver- Genau die gleichen Angaben gelten für die Grünwendet werden, sind natürlich die bekannten Prinzi- Scherfestigkeiten. Diese betrugen 0,1 kg/cm² bei pien der chemischen Stöchiometrie zu beachten. Hu- 100 °/o Bentonit und 0,13 kg/cm² bei 100% Natriumminsäuren im allgemeinen und im besonderen jene, humat. Bei allen gemischten Bindemitteln, die Verdie vom Lignit abgeleitet werden, haben Äquivalent- 65 hältnisse innerhalb des angegebenen erfindungsgemägewichte in der Nähe von 320 und 360. Wenn nun ßen Bereichs besitzen, ist die Grünscherfestigkeit in ein verwitterter Lignit verwendet wird, der 80% (be- allen Fällen wesentlich größer als der additive Wert zogen auf das Trockengewicht) alkalilösliche Humin- und beträgt etwa 0,18 kg/cm² für die 50 : 50-Mi-

schung, während der rechnerisch erwartete Wert 2%> geringeren Feuchtigkeitsgehalt verwendet, und 0,11 kg/cm² gewesen wäre. sie hatte die 2V2fache Permeabilität des früher ver-

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. wendeten Sandes, obwohl die gleiche Sandbasis verwendet wurde.

Beispiel 1 * τ> · ■ ι /i

^ ^a Beispiel 4

22,7kgWyoming-Bentonit mit einer Teilchengröße . . _Ώ . . , - , , . , ,,,

von 0,074 mm wurden mit 22,7 kg des Produkts Die wie im Beispiels beschrieben erhaltenen

trocken gemischt, das durch Mahlen von verwitter- f*f£ Ergebnisse ermutigten zur Herstellung emes tem Norüx-Dakota-Lignit mit einer AlkalilösUchkeit fO-kg-Ansatzes der S^dmischung unter Verwenvon SO"/» mit V₁. seines Trockengewichts anNatrium- ^{10 dun}8 ^⁸ viel feineren Sandes mit den im Beispiel3 hydroxyd, anschließendes Trocknen und Mahlen die- beschriebenen Zusaten. Die erfindungsgemaß erzielte ses Produkts erhalten worden war. Dieses Material ^hoheJ^e zugehörige Permeabilität erlaubte die Verwurde als Bindemittel bei der Herstellung einer ™^endung des f einerenSandes,mit einer nachfolgenden Formsandmischung benutzt,die aus 94Gewichtsteilen Verbesserung m der Oberflachengute der erhaltenen Ottawasand, 4Teilen dieses Bindemittels und 2Teilen ¹S Formlinge. Die Penneabmtat der Mischung betrug 55 Wasser bestand. Die Zusätze wurden ohne das Was- ™^{d war} J⁰"^{5 Λβ} durchschnittliche £^e™^ealf" ser 3 Minuten lang in einem Gießerei-Mahlapparat ^tat ™»^{etwa 45 de}* f^ho* ™ ^Beisf^e1,³ .^schnebetrocken gemahlen, dann wurde das Wasser zugegeben ^η^.^ίτ^^τ verwendeten gröberen Sandmischung,
und anschließend wurde weitere 10 Minuten lang ge- ^D* Menge des Bindemittels d Ji. die Mischung

mahlen. Die Gründruckfestigkeit und die Grünscher- ²° ^vo? ^B*° _ΑΤν™ ^ef J. ^ahschen pH-Wert auffestigkeit sind in der Zeichnung angegeben; die Trok- weisenden Alkalihumat, die m den erfindungsgemakendruckfestigkeit betrug 1,34 kg/cm², und die Per- ^ßen. Formsandarten verwendet wird kann etwas meabilität betrug nach dir Standardtestmethode 189. varneren und hangt von den persönlichen Bevorzu-So wurde ein Formsand hergestellt, der ausgezeich- ^gen der Gießer der Kornfeinheitszahl und den nete Formeigenschaften und gute Herausschüttel- ^ Charakteristika des besonderen gewählten Ben omts eigenschaften besaß und auf demFormling eine glatte ^ab· J* allgemeinen sollte genügend Bindemittel ver- r>u r#- l·, Vr,+ TR as wendet werden, um eme Grundruckfestigkeit von

Ubernacne ninternejä. mindestens 0,17 kg/cm^ zu ergeben. In der Praxis ist

Beispiel2 bei den gewöhnlich verwendeten Sandarten und Ben-

. . ,,..,.,, , 3o toniten und dem erfindungsgemäß verwendeten, einen

Das Verfahren wurde wie im Beispiel 1 durchge- _alkaii_schen pH-Wert aufweisenden Alkalihumat ein führt, mit der Ausnahme, daß Texas-Bentonit an Gesamtbindemittelgehalt von 2 bis 3«/o ausreichend, Stelle des Wyoming-Bentonits verwendet wurde. Bei ^ _{dieges M}^_ni-_{miin1 zu erz}ielen. Wie in den Beispieden gleichen Mengenverhältnissen betrugen die _{leQ angegeben und er}i_äutert wurde, ist jedoch ein Gründruckfesügkeit 0,67 kg/cm² die Grunscher- _{3g ungefähr 4}ο_Μger Bindemittel gehalt ein guter Arbeitsfestigkeit 0,16 kg/cm2, die Trockendruckfestigkeit _{durchschnitt md ergibt} Gründruckfestigkeiten, die 1,55 kg/cm* und die Permeabilität 202. ^ _{über dem} annehmbaren Minimum von 0,17 kg/

BeisDiel 3 ^{cm2 ue}8^en· Die Menge des verwendeten Wassers ist

" ebenfalls variabel und hängt von den ausgewählten

Unter Verwendung von 8165 kg Silikasand, der mit 40 Komponenten und sogar von den klimatischen Be-

einem ungefähren Bindemittelgehalt von 4,4 Ge- dingungen ab, unter denen die Formsandmasse verwichtsprozent versehen wurde, wobei das Bindemittel wendet wird. Hier ist wiederum ein Gehalt von 2%> zu 75 Gewichtsprozent aus Wyoming-Bentonit und ein guter Arbeitsdurchschnitt.

zu 25 Gewichtsprozent aus dem beim Mischen von Während erfindungsgemäß die Verwendung von

Lignit mit Natriumhydroxyd wie im Beispiel 1 be- 45 einfachem Sand, Bentonit, dem einen alkalischen schrieben erhaltenen Produkt bestand, wurde ein pH-Wert aufweisenden Alkalihumat und Wasser be-Gießtest durchgeführt. Es wurde Wasser bis zu einem vorzugt wird, ist es andererseits im allgemeinen nicht ungefähren Feuchtigkeitsgehalt von etwa 2,6 % zu- nachteilig, irgendeinen der kleineren Zusätze zuzugegeben. Das Produkt wurde zur Herstellung eines fügen, die oft in Verbindung mit Tonsand-Formsand-Graugußformlings in der Form eines Zylinders mit 50 arten verwendet werden, wie z. B. kleine Mengen einem ungefähren Durchmesser von 127 mm und (vielleicht 1 bis 2%) Silikamehl, Eisenoxyd, fein einer Höhe von 127 mm verwendet. Die früher ver- gepulverte Kohle und fein gepulverte Holzkohle. Jewendete Sandmischung war eine übliche Mischung, doch sind diese zusätzlichen Zugaben keineswegs notdie den gleichen Grundstand, annähernd 5 % Wyo- wendig und einer der großen Vorteile der vorliegenming-Bentonit und 3 bis 5% Anthrazitkohle (Stein- 55 den Erfindung besteht darin, daß sie den Einschluß kohle) verwendete. Mit dem früher verwendeten Sand solcher organischer Zusätze wie Kohle oder Holzwaren Schwierigkeiten in Form kleiner Gasexplosio- kohle in die Formsandmasse unnötig macht,
nen in der Form während des Gießens aufgetreten. Bei Verwendung von verwittertem Lignit als Hu-

Dies wurde bei der Verwendung der erfindungsgemä- mat-Quelle wird ein solcher bevorzugt, der eine ßen Formsandmasse vollständig vermieden, und die 60 Alkalüöslichkeit von mindestens 75 Gewichtsprozent Menge des während des Gießens erzeugten Rauches hat, um die Menge des nicht umgesetzten Lignits auf wurde wesentlich vermindert. Darüber hinaus wurde einem Minimum zu halten, wenn das einen alkalidie erfindungsgemäße Sandmasse erfolgreich mit sehen pH-Wert aufweisende Alkalihumat daraus hereinem gegenüber dem früher verwendeten Sand um gestellt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 wohnliche Sandformen ist Bentonit, der ein hohes Patentansprüche: Quellungsvermögen, wie der in Wyoming und South Dakota gefundene, oder ein geringeres Quellungsver-

1. Formsandmasse, die aus Sand, Wasser, mögen, wie der in Texas gefundene, haben kann, einem in Wasser hochquellenden Bentonit und 5 Diese beiden Varianten sind bekannt als »western einem wasserlösüchen Alkalisalz besteht, da- bentonite« bzw. »southern bentonite«. Gewöhnlich durch gekennzeichnet, daß dem Bento- werden neben dem Sand, den Bentoniten und dem nit etwa V₈ bis etwa das Dreifache seines Gewichts Härtewasser der Grund-Formsandmassen kleinere wasserlösliches Alkalihumat, das durch Umset- Mengen anderer Zusätze verwendet. Zu ihnen gehözung von Huminsäure oder Lignit mit Alkali- i.o ren im allgemeinen Getreidebindemittel, insbesondere hydroxyd oder Alkalicarbonat entstanden ist und jene, die aus der proteinreichen Fraktion des Maiseinem alkalischen pH-Wert aufweist, bei- korns hergestellt werden, Dextrin, gepulverte Anthragemischt ist. zitkohle und Silika-Mehl. Der Sand selbst ist im

2. Formsandmasse nach Anspruch 1, dadurch allgemeinen Silikasand, d. h. Quarz, obwohl für spegekennzeichnet, daß dem Bentonit als wasser- 15 zielle Massen andere Minerahen verwendet werden lösliches Alkalihumat ein Natriumhumat bei- können, wie z. B. Olivin und Zirkon.

gemischt ist. Aus der USA.-Patentschrift 3 210 202 ist es be-

3. Formsandmasse nach Anspruch 1 oder 2, kannt, zur Herstellung eines Bindemittels für Formdadurch gekennzeichnet, daß dem Bentonit ein sand einen im wesentlichen aus Bentonit bestehenden wasserlösliches Alkalihumat beigemischt ist, das ao organophilen Ton mit einem Humat zu versetzen, durch Umsetzung von Lignit mit einer Alkalilös- Gemäß dieser Patentschrift wird diesem jedoch ein lichkeit von mindestens 75 Trockengewichtspro- durch lange Alkylketten substituiertes Ammoniumzent mit Natriumhydroxyd entstanden ist. humat dem organophilen Ton zugesetzt. Demgemäß

handelt es sich in dieser Patentschrift um ein nicht-

25 wäßriges System. Hinweise bezüglich der Zusammensetzung einer verbesserten Formsandmasse in einem

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Form- Wasser enthaltenden System sind dieser Patentschrift sand, wie er in der Metallgießerei verwendet wird. nicht zu entnehmen.

Wie beim Sandgießen von Metallen bekannt ist, Aus der österreichischen Patentschrift 177 888 ist

wird eine Form aus einem geeigneten Sand herge- 30 es bekannt, Bentonit mit Alkali oder Ammoniumstellt, der mit einem Bindemittel vereinigt ist, das es salzen zu modifizieren. Diese Modifizierung dient erlaubt, daß der Sand in die gewünschte Form ge- jedoch dazu, die Bindekraft des Betonite, insbesonbracht wird und diese Form während des Gießverf ah- dere durch Umwandlung des Calciumbentonits in rens beibehält. Gleichzeitig muß die Natur der Bin- Natriumbentonit während der Vermischung desselben dung zwischen den Sandpartikeln derart sein, daß sie 35 mit Formsand und Wasser zu erhöhen. Es kann dieanschließend an das Gießen und Erstarren des Me- ser Patentschrift jedoch nicht entnommen werden, tails nachgibt, damit der Formling leicht entfernt und wie eine Verbesserung der Formsandeigenschaften, von Sandpartikehi befreit werden kann. Das ist be- wie insbesondere der Grünfestigkeitswerte, erzielt sonders da notwendig, wo die Gestalt des Formlings werden kann. Hohlräume einschließt. 40 Schließlich ist noch aus dem in dem Chemischen

Wie ebenfalls bekannt ist, ist es notwendig, daß die Zentralblatt 1960, Seite 7659, zitierten Referat Bribeschriebene Bindung so erfolgt, daß die Porenkanäle tish Foundrymen, Vol. 52, April 1959, Seite 161 bis in der Sandform nicht verschlossen werden, da die 170, die Behandlung von Bentoniten mit einem was-Form für Gase durchlässig bleiben muß, die unver- serlöslichen Alkalimetallsalz bekannt. Der Literaturmeidlich während des Gießens erzeugt werden. Wei- 45 stelle »Foundryman« ist jedoch eindeutig zu entnehterhin muß die Sandform eine Oberfläche zu dem men, daß der Zusatz von Natriumcarbonat zu auftreffenden flüssigen Metall aufweisen, die nach Wyoming-Bentonit keine bzw. nur eine unvollkomdemKühlen und Herausschütteln die Metalloberfläche men unbedeutende Festigkeitssteigerung, sogar bei so glatt wie möglich hinterläßt, so daß Reinigungs- höherem Gehalt an Natriumcarbonat eine Festigkeitsarbeiten an dem Formling minimal gehalten werden 5° verminderung, bewirkt. Es war daher nicht zu erwarkönnen. Um auf wirtschaftliche Art Formlinge her- ten, daß ein Formsand mit einem Bindemittel aus stellen zu können, ist es weiterhin wünschenswert, Bentonit und einem wasserlöslichen, einen alkalischen daß der Sand nach dem Gießen und Herausschütteln pH-Wert aufweisenden Alkalihumat einen synergistidurch Wiederaufbauarbeiten mit den benötigten zu- sehen Effekt im Hinblick auf die Gründruckfestigkeit sätzlichen Bindemitteln nahezu unbegrenzt wieder 55 und die Grünscherfestigkeit ergeben könnte, verwendbar ist. Eine diesbezügliche Voraussage war umso weniger

In der Gießereitechnik sind Testverfahren entwik- möglich, als die Wirkung eines Zusatzes eines Alkalikelt worden, die dieBeurteilung einiger der erwünsch- salzes, je nach Natur dieses Salzes unterschiedlich ten Eigenschaften einer Sandformmasse erlauben; sein kann und zudem von der Art des Bentonite abdazugehören verschiedene Druckfestigkeitsprüfungen ^6o hängt. So können Natriumcarbonat und Natrium- und Durchlässigkeitsprüfungen. Einige weitere er- humat in Abhängigkeit von dem verwendeten Bentowünschte Eigenschaften, wie z. B. die Fähigkeit, dem nit sogar diametrisch entgegengesetzte Wirkungen Formling eine glatte, saubereOberfläche zu verleihen, besitzen.

werden notwendigerweise auf eine mehr oder minder Erfindungsgemäß sind Formsandmassen vorge-

qualitative Art beurteilt, obwohl diese gleichermaßen ⁶5 sehen, die erne bessere Schale, verbessertes Herausbedeutend sind. schütteln, bessere Oberflächendetails, eine Verminde-Das am häufigsten verwendete und im allgemeinen rung der Expansionsdefekte und höhere Grünfestigam meisten zufriedenstellende Bindemittel für ge- keitswerte aufweisen.