DE1583550B1

DE1583550B1 - Selbsthaertende Formsandmischung

Info

Publication number: DE1583550B1
Application number: DE19671583550
Authority: DE
Inventors: Kouji Matsuoka; Yoshimitsu Uto; Teisiro Watanabe; Daizo Yamasaki
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1966-10-18
Filing date: 1967-10-17
Publication date: 1970-07-30
Also published as: GB1165949A; CH491700A; SE319582B; FR1576361A; SU405191A3; BE705210A

Description

Bei Verwendung einer an sich bekannten Formsandmischung dieser Art zum Herstellen eines Gußkerns und einer Gießform wird Kohlendioxydgas als Härter eingeblasen (USA-Patentschrift 2 883 723). Zudem ist das Stampfen des Kernkastens oder der Gießform erforderlich. Obgleich in einigen Fällen die Stampfarbeit mechanisiert worden ist, geschieht das Stampfen vielfach mit Handwerkzeugen. Demgemäß ist der Arbeitsaufwand zu hoch; er beträgt 30 bis 50% des gesamten Herstellungsvorgangs. Um diesen Arbeitsanteil zu senken, sind neuerdings selbsthärtende Gießformmaterialien untersucht worden. Die Materialien erfordern zwar kein Einblasen von Kohlendioxydgas; sie setzen aber die Zugabe eines Selbsthärters voraus. Der zugefügte Selbsthärter reagiert unter Bildung von komplexen Substanzen mit dem Alkalisilikat. Die Härtungszeit ist von der Reaktions- 20 wobei R = aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe, C₆

Gasbildung durch die Reaktion gering und die Feuerfestigkeit von Kern und Form nur wenig vermindert ist. Darüber hinaus soll der Prozentsatz an Abformarbeiten sehr niedrig und die Verwendung von Abfallsand erleichtert sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Härter aus Mangancarbonat besteht.

Zweckmäßigerweise enthält die Formsandmischung ein oberflächenaktives Mittel.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Das oberflächenaktive (schaumbildende) Agens, das für den Gebrauch bei angefeuchtetem Sand geeignet ist, wird allgemein durch folgende Formel umschrieben:

Rv

>N(CH₂)„XM

geschwindigkeit abhängig. Im Hinblick auf die so gebildeten Substanzen und die erwähnte Abhängigkeit gibt es wenige praktisch brauchbare Formsandmischungen.

Zum Beispiel bildet eines der obenerwähnten selbsthärtenden Gießmaterialien beim Härten ein explosives Gas infolge der Reaktion des Alkalisilikats mit dem beigefügten Selbsthärter. Das so entstehende Gas kann im Gußkern und auch in der Gießform bleiben und beim Einfüllen des geschmolzenen Metalls eine Explosion hervorrufen. Ferner erfordert eines der Härtungsverfahren, das mit der Hydrierung von Alkalisilikaten und einem beigefügten Selbsthärter arbeitet, den Zusatz einer großen Menge von Selbsthärter, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu fördern • und die Verfestigung (von Gußkern- und -form) zu erhöhen. Dadurch wird die Widerstandsfähigkeit von Kern und Form merklich herabgesetzt. Da darüber hinaus selbsthärtende Gießmaterialien ein Stampfen erfordern, kann eine drastische Einsparung von Arbeitsstunden nicht erwartet werden.

Es ist auch an sich ein Verfahren zum Einfüllen angefeuchteten, gemischten Sandes in einen Kernkasten oder in eine Gießform bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein oberflächenaktives (schaumbildendes) Agens dem Sand beigefügt, so daß der Arbeitsaufwand zum Stampfen des gemischten Sandes nicht mehr so hoch ist. Da jedoch eine Hydrierung zwischen Alkalisilikat und dem beigefügten Selbsthärter Grundlage für das Selbsthärten des gemischten Sandes ist, wird die Feuerfestigkeit des Kerns und der Form beeinträchtigt. Außerdem ist der Gebrauch von Abfallsand sehr erschwert, weil noch Selbsthärter im Abfallsand verbleibt. Demzufolge werden zwar tatsächlich die Arbeitsstunden zum Herstellen von Kern- und Gießform reduziert, aber die Gesamtarbeitszeit zum Fertigmachen eines Gießerzeugnisses nach dem Gießen wird insgesamt erhöht. Auch die Kosten des Gießmaterials sind vergleichsweise hoch.

bis C₂₀ oder

oder

R₁.

>N(CH₂)_m —

)N(CH₂)_mNH(CH₂)_m-

wobei
R'' =

Aber
R₁ =

R-2 =

χ =

M .=
m —
η =

H oder Kohlenwasserstoffgruppe, C₁ bis C₆ oder — (CH₂J_nXM.

Kohlenwasserstoffgruppe, C₆ bis C₂₀ oder

aliphatischer Säurerest,

H oder Kohlenwasserstoffgruppe, C₁ bis C₆,

Carboxylgruppe oder sulfonierte

Verbindung,

H oder Alkalimetalle,

1 bis 6,

1 bis 4.

Als oberflächenaktives Agens können verwendet werden: N-lauryl-Aminopropionsäure (Natriumsalz), N-läuryl-Aminobuttersäure, sulfonierte höhere Alkoholester, wie sulfonierter Kokosnußalkoholester (Natriumsalz) usw.

Die erfindungsgemäße Mischung zeichnet sich durch Selbsthärtung aus. Diese Eigenschaft ergibt sich aus der Reaktion des beigefügten Selbsthärters mit dem im gemischten Sand vorhandenen Alkalisilikat. Als Alkalisilikat wird meist z. B. Natriumsilikat

(Na₂O ■ WSiO₂ ■ mH₂0)

verwendet, das ein molekulares Verhältnis von 2,3 bis 3,3 aufweist. Das molekulare Verhältnis ist nicht auf diese Spanne begrenzt, sondern ändert sich ent-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben 60 sprechend der Lufttemperatur. Das molekulare Ver

aufgezeigten Mängel zu beseitigen. Im besonderen liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine selbsthärtende Formsandmischung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Alkalisilikat und einem beigefügten Selbsthärter ausreichend, die Härtungszeit angemessen, die Festigkeit von Kern und Form nach der Selbsthärtung befriedigend und die Gefahr einer unerwünschten hältnis (M. R.) von Natriumsilikat ergibt sich aus folgender Formel:

M. R. =

SiO₂
Na₂O

1,03.

Im allgemeinen beginnt die Härtung, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit des zugefügten Selbst-

härters mit Alkalisilikat hoch ist, bereits während des Mischens oder Formens des Kerns und der Form, was die Unbrauchbarkeit des Verfahrens bedingt. Andererseits wird der Nutzeffekt des Verfahrens sehr gering, wenn die Härtung spät einsetzt.

Es wurde die Reaktion verschiedener chemischer Substanzen auf Alkalisilikate untersucht. Es ergab sich, daß Mangankarbonat ausgezeichnet hinsichtlich Härtungszeit und Festigkeit der Form ist.

Es ist nicht bekannt, welche chemische Reaktion zwischen dem Karbonat und Alkalisilikat als Binder die Härtung im einzelnen verursacht. Es ist jedoch anzunehmen, daß wenn ein Zusatz, dessen Zerfließgeschwindigkeit niedrig ist, mit Alkalisilikat in Kontakt gebracht wird, das langsame Zerfließen des Zusatzes seine Ionisierung verursacht, welche die Kolloide im Alkalisilikat unstabil macht und daß diese Unstabilität mit dem Zerfließen des Zusatzes fortschreitet und die Gelierung und schließlich auch Härtung des Alkalisilikats hervorruft.

Nachstehend werden einige Erfindungsbeispiele angegeben:

Beispiell Folgende Komponenten werden gemischt:

Dies sind die Ergebnisse:

Nach 1 Stunde 2,4 kg/cm²

. Nach 3 Stunden 8,7 kg/cm²

Nach 5 Stunden 10,2 kg/cm²

Nach 24 Stunden 12,8 kg/cm²

Beispiel 2 Folgende Komponenten wurden gemischt:

Material	Mischungsverhältnis (Gewichtsangabe)
Formsand (Quarzsand) Natriumsilikat (M. R. = 2,3) Mangankarbonat(-pulver) Oberflächenaktives Agens (Natrium salz der N-lauryl-Aminopropion- säure) Wasser	100 7 2,1 0,2 2,0

Der Formsand (Quarzsand) und Mangankarbonat werden etwa 1 bis 2 Minuten lang in trockenem Zustand im Mischer gemischt. Zu dem vorher in bestimmtem Anteil beigemischten oberflächenaktiven Agens wird Wasser gegeben und ungefähr 3 bis 4 Minuten gemischt. Außerdem wird Natriumsilikat zugegeben und ungefähr 1 bis 2 Minuten gemischt. Bei diesen Schritten ist der „Mischsand so weit angefeuchtet, daß er in einen Kernkasten oder eine Form gegossen werden kann. Der Flüssigkeitsanteil des Mischsandes kann annähernd durch die Kegelfließmethode gemessen werden, bei der eine, vorgeschriebene Menge gemischten Sandes in.einen Kegelstumpf geschüttet und plötzlich in vertikaler Richtung daraus entleert wird, um einen Haufen zu bilden. Der Feuchtigkeitsgehalt wird durch das Verhältnis der Höhe [AH) des ausgestreuten Sandes zur Höhe (300 mm) des Kegels angezeigt; somit ist der Feuchtigkeits- Λ TJ

gehalt = -jöQ- " 100 (%)· Bei diesem Verfahren betrug der obere Innendurchmesser des Kegelstumpfes 100 mm und der untere 200 mm. Der Feuchtigkeitsgehalt sollte nicht unter 65% betragen und war im obenerwähnten Beispiel 77%· Der so erhaltene Mischsand wird härter und fester, wenn die Abbindezeit vorüber ist. Die Druckfestigkeit des Mischsandes, der in einen Kernkasten von 50 mm Durchmesser und 50 mm Höhe gegossen wurde, wurde 1 Stunde nach seiner Formung und in geeigneten Intervallen gemessen.

Material .	Mischungsverhältnis (Gewichtsanteile)
Formsand (Quarzsand) Natriumsilikat (M. R. = 2,3) Mangankarbonat(-pulver) Oberflächenaktives Agens (Natrium salz der N-lauryl-Aminopropion- säure) Wasser	100 7 1,4 0,3 2,0

Der Feuchtigkeitsgehalt des Mischsandes mit obiger Komposition betrug 76% und seine Druckfestigkeit betrug:

Nach 1 Stunde 1,7 kg/cm²,

Nach 3 Stunden 5,6 kg/cm²,

Nach 5 Stunden 9,4 kg/cm² und

Nach 24 Stunden 11,0 kg/cm².

Beispiel 3 Folgende Komponenten wurden gemischt:

Material

Formsand (Quarzsand)

Natriumsilikat (M. R. = 2,3)

Mangankarbonat(-pulver)

Oberflächenaktives Agens (Natriumsalz der N-lauryl-Aminöpropionsäure)../....,

Wasser

Mischungsverhältnis (Gewichtsanteile)

100 7 1,05

0,3 2,0

Der Flüssigkeitsanteil betrug 74% und die Druckfestigkeit wie folgt: - \ . -¹-'

Nach : 1 Stunde 1,4 kg/cm²

Nach 3 Stunden 3,7 kg/cm²

Nach 5 Stunden 5,1 kg/cm²

Nach 24 Stunden 9,2 kg/cm²

Die Mischungsvorgänge waren bei den Beispielen 2 und 3 entsprechend Beispiel 1. Die Mischung gemäß Beispiel 3 kann ihre Feuchtigkeit (Verformbarkeit) etwa 10 Minuten halten. Diese Zeit kann entsprechend der Art und Menge des zugefügten oberflächenaktiven Agens entsprechend dem Molekularverhältnis und der beigefügten Menge von Selbsthärter eingestellt werden.

Außerdem ist die Härtungsgeschwindigkeit· von Kern und Form beliebig einstellbar durch die Wahl des oberflächenaktiven Agens und Alkalisilikats und durch Ändern der Menge des beigefügten Agens und

des beigefügten Alkalisilikats sowie auch des Selbsthärters.

Offensichtlich eignete sich das in vorliegender Erfindung benutzte Mangankarbonat auch sehr gut als Selbsthärter für ein selbsthärtendes Formenmaterial, dem kein oberflächenaktives Agens beigefügt wird. Hierfür werden folgende Beispiele angegeben:

Beispie 14 Folgende Komponenten werden gemischt:

Material

Formsand (Quarzsand)

Natriumsilikat (M. R. = 2,3). Mangankarbonat(-pulver) ...

Mischungsverhältnis (Gewichtsanteile)

100 7 3,5

Die Druckfestigkeit war wie folgt:

Nach 1 Stunde 0,65 kg/cm²

Nach 3 Stunden.,...:..... 2,10kg/cm²

Nach 5 Stunden 4,05 kg/cm²

Nach 24 Stunden 18,50 kg/cm²

B ei s pi el 5 Folgende Komponenten werden gemischt:

Material

Formsand (Quarzsand).
Natriumsilikat (M. R. = 2,3). Mangankarbonat(-pulver) ...

Mischungsverhältnis (Gewichtsanteile)

100 7 1,5

Die Druckfestigkeit war wie folgt:

Nach 1 Stünde 0,57 kg/cm²

Nach 3 Stunden 2,7 kg/cm²

... ,Nach 5 Stunden. 3,9 kg/cm²

■-¹ -Nach 24 Stunden 17,6 kg/cm²

Der Grad der Härte und die Druckfestigkeit der selbsthärtenden Form waren wie bei der feuchten selbsthärtenden Form einstellbar; denn die Einstellung des Molekularverhältnisses, die Menge des beigefügten Alkalisilikats und des beigefügten Selbsthärters kann geändert werden.

Die Zugabe von Selbsthärter zur Sandmischung ist sehr gering, weshalb keine Verminderung der Feuerfestigkeit des Formsandes auf Grund der Zugabe eintritt. Ein Eindringen von Metall kommt sogar beim Gießen von Stahl, der einen hohen Schmelzpunkt besitzt, nicht vor. Der Selbsthärter kann aus Mangankarbonat enthaltendem Erz bestehen.

Außerdem erzeugen diese Zusätze im Fall von Gießformen (feuchte selbsthärtende Formen und selbsthärtende Formen), die natürlich gehärtet sind, durch die Verwendung von Mangankarbonat oder einer Substanz (z. B. Erz), die Mangankarbonat enthält, auf Grund thermischer Reaktionen während des Gießens geschmolzener.. Metalle ein Kohlendioxydgas. Das erzeugte Gas verhindert eine Reaktion (Sinterung) zwischen dem Alkalisilikat und dem Formling. Demgemäß sind die obenerwähnten Formen, im Vergleich zu den herkömmlichen, durch Kohlendioxydgas gehärteten Formen hinsichtlich Formbeständigkeit wesentlich besser.

Claims

Patentansprüche:

1. Selbsthärtende Formsandmischung auf der Basis von Sand, Wasserglas und einem Härter, dadurch gekennzeichnet, daß der Härter aus Mangancarbonat besteht.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein oberflächenaktives Mittel enthält.