DE1950309C3 - Exothermes Formmaterial für GieBereizwecke - Google Patents

Description

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Im Gießereiwesen ist häufig erforderlich, die Erstarrung eines Teiles des vorgegossenen Metalls gegenüber der Restmenge an vergossenem Metall zu verzögern. So werden beispielsweise beim Sandformguß oder Blockkokillenguß üblicherweise der Gießform Steiger oder Blockköpfe aufgesetzt, in denen ein Vorrat an Gießmetall enthalten ist, der die während der Erhärtung des Gußstückes auftretende Volumenkontraktion durch Nachspeisung von weiterem Gießmetall kompensieren soll. Dieser in den Steigern bzw. Blockköpfen vorhandene Vorrat an Gießmetall muß die erforderliche Zeitspanne bis zur völligen Verfestigung s< > des eigentlichen Gußstückes flüssig bleiben.

Zur Verzögerung der Erstarrung von Teilmengen des vergossenen Metalls sind verschiedene Methoden bekannt Bei einer Gruppe dieser Methoden wird die Wärmeabgabe des in den Steigern bzw. Blockköpfen <^r> vorhandenen Gießmetalls durch entsprechende Dimensionierung der Steiger bzw. Blockköpfe oder durch Einformung der Steiger bzw. Blockköpfe in thermisch isolierendes Material so vermindert daß die Erstarrung im Vergleich zum Gußstück selbst zeitlich später to einsetzt Bei einer anderen Gruppe dieser Methoden werden die Steiger bzw. Blockköpfe durch Zuführung zusätzlicher Energie über die erforderliche Zeitspanne hinweg in flüssigem Zustand erhalten. Dabei kann elektrische Energie verwendet werden. Es können aber * > auch die Steiger bzw. Blockköpfe in ein exothermes Formmaterial eingeformt werden, das neben feuerfesten Formstoffen als Energieträger aluminothermische Reaktionsmischungen enthält, die beim Gießvorgang zünden oder gezündet werden. v)

Die Erfindung betrifft ein solches exothermes Formmaterial für Gießereizwecke. Sie geht aus von einem Material, das aus einer aluminothermischen Reaktionsmischung, feuerfesten Formstoffen und Bindemitteln sowie gegebenenfalls Zusätzen an Nitraten ">5 und/oder Fluoriden besteht.

Die aluminothermische Reaktionsmischung kann dabei auf der Basis von Aluminiumpulver und Eisenoxyd aufgebaut sein, sie kann aber auch andere oxydierbare Metalle, wie Magnesiumpulver, und/oder andere Oxy- <>o dationsmittel, wie Braunstein enthalten. Als feuerfester Formstoff kommt Formsand (Quarzsand) oder jeder sonstige übliche Formstoff in Frage. Als Bindemittel können die üblichen Kernbinder (z. B. Dextrin, gegebenenfalls Kunststoffe) Mineralbinder wie Zement und f>^r> Bindetone verwendet werden. Die übrigen Zusätze, die nicht zwingend sind, dienen als Reaktionsmoderatoren.

Derartige exotherme Forn-iinaieriaiien haben sich

grundsätzlich gut bewährt Zur Verarbeitung werden sie durch Änfeuchtung mit Wasser in einen formbaren Zustand gebracht Danach werden Formlinge ausgeformt die anschließend z.B. thermisch getrocknet werden, bevor sie zum Abguß eingesetzt werdea

Bei der Verarbeitung dieser Formmateriauen stellen sich jedoch in der Praxis häufig Schwierigkeiten ein, und zwar infolge einer Oxydation des in der aluminothermischen Reaktionsmischung enthaltenen Metallpulvers. Diese Oxydation, die sich in einer Selbsterhitzung der Masse äußert, führt gewöhnlich zu einer Verminderung, mitunter sogar auch zu einer völligen Ausschaltung des für die spätere Heizreaktion benötigten Metallpulvers, d.h. zu einer unkontrollierbaren Verminderung der Wirksamkeit des Formmaterials bis zur Grenze der völligen Unwirksamkeit Außerdem ergibt sich häufig auch eine Aushärtung der Anmischung selbst, so daß das Formmaterial für eine anschließende Ausformung unbrauchbar wird.

Überraschend wurde nun gefunden, daß sich eine Selbsterhitzung des Formmaterials nach der Anfeuchtung dadurch praktisch vollständig ausschalten läßt, daß das Formmaterial zusätzlich einen Gehalt von bis zu 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, an Wasserlöslichen Chromaten besitzt Im allgemeinen reichen dabei schon sehr geringe Zusätze von 0,05 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent aus, um den gewünschten Effekt zu erzielen.

Die Chromate können dem Formmaterial bereits bei der Herstellung, d. h. bei der Anmischung der einzelnen Bestandteile oder aber bei Beginn der Verarbeitung zugesetzt werden. Ihre Wirksamkeit ist praktisch unabhängig von dem verwendeten Kation und auch davon, ob ein Monochromat oder ein Dichroniat zum Einsatz kommt Beispielsweise sind Kaliumdichromat, Natriumchromat und Ammoniumdichromat neben anderen Monochrometen bzw. Dichromaten sehr gut geeignet. Wichtig ist nur, daß die Chromate wasserlöslich sind.

Chromate sind als Oxidationsmittel für aluminothermische Reaktionsmischungen bekannt. Wegen ihres höheren Preises im Vergleich zu anderen Oxidationsmitteln wie z. B. Eisenoxid kommen sie in der Praxis im allgemeinen aber nur in besonderen Fällen zum Einsatz. Als Beispiel dafür beschreibt die AT-PS 2 54 760 die Umwandlung von körnigem keramischem Material in harte monolithische Produkte mit Hilfe einer aluminothermischen Reaktionsmischung, die eine Chromverbindung, z. B. Kaliumdichromat als Oxydationsmittel enthält. Es wird eine aus der aluminothermischen Reaktionsmischung und dem keramischen Material bestehende Masse, ggfs. unter Zusatz von Wasser, zu Formungen geformt und dann gezündet. Die thermische Reaktion führt dabei zu geschmolzenen chromhaltigen Rückständen, welche nach ihrer Erstarrung als Bindemittel für das (bei der thermischen Reaktion nicht schmelzende) keramische Material wirken. Die Chromverbindung ist also nicht nur der Lieferant für den Reaktionssauerstoff, sondern zugleich auch notwendiger Bestandteil für das Endprodukt.

Eine etwas andere, für medizinische Heizpackungen, Lockenwickler u. dgl. bestimmte Masse ist in der US-PS 22 61 221 beschrieben. Ihr reaktives System besteht bevorzugt aus Aluminium, einem Metalloxid wie Kupferoxid und Kaliumchlorat, kann aber auch Kaliumdichromat anstelle des Kaliumchlorats als Oxidationsmittel enthalten. Außerdem sind der Masse noch Füllstoffe, wie Sand, Bimsstein od. dgl. und als

weiterer zwingender Bestandteil eine organische schwefelhaltige Säure zugesetzt Diese Masse ist unempfindlich gegen atmosphärische Einflüsse (Luftfeuchtigkeit, Sauerstoff und Kohlensäure), zeichnet sich also durch gute Lagerstabilität im trockenen Zustand aus. Zum Gebrauch wird sie (abweichend von der Erfindung und von der AT-PS 2 54 760) nicht thermisch gezündet, sondern durch Zugabe von Wasser zu einer langsam bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ablaufenden Reaktion gebracht Damit wird zum Gebrauch die bekannte Selbsterhitzung von feuchten aluminothermischen Mischungen nutzbar gemacht und zwar unabhängig davon, ob die Masse einen Gehalt an Kaliumdichromat hat oder nicht

Bei der Erfindung sind die Chromate nicht als Bestandteil des reaktiven Systems berechnet, d. h„ sie sind zusätzlich zu dem zum Einsatz kommenden reaktiven System vorhanden, und das auch nur in relativ geringen Mengen. Dennoch wäre nach dem Stand der Technik zu erwarten gewesen, daß die Chromate lediglich additiv zur Oxidationswirkisng beitragen würden, folglich also das zusätzlich Chromate enthaltende Formmaterial nach dem Anfeuchten im wesentlichen genauso der Selbsterhitzung unterliegen würde wie das Formmaterial ohne Chrom-Zusatz. Statt dessen zeigen die dem Formmaterial zugesetzten Chromate, und zwar auch schon in Mengen, die für eine Verstärkung der Oxidationswirkung unerheblich sind, ein gänzlich anderes Verhalten, indem sie nach dem Anfeuchten des Formmaterials reaktionshemmend wirken und die bisher ständig beobachtete Selbsterhitzung des angefeuchteten Formmaterials unterdrücken. Der Reaktionsmechanismus, der dieser nicht vorhersehbaren

Wirkung zugrunde liegt, ist z. Zt noch nicht bekannt

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Vergleichsbeispiels näher erläutert Dem Vergleichsbeispiel liegt dabei als Bezugssubstanz ein bekanntes exothermes Formmaterial (eine sogenannte Steigerheizmasse) zugrunde. Dieses Material besteht aus etwa 50 Gewichtsprozent Quarzsand, etwa 40 Gewichtsprozent einer aluminothermischen Mischung (Al-Pulver und Eisenoxid) sowie dem Rest Kaliumnitrat, Kryolith und Dextrin.

Es wurden 5 kg des als Bezugssubstanz verwendeten Formmaterials mit einem Zusatz von 0,1 Gewichtsprozent Kaliumdichromat versehen. Die Mischung wurde in einem Laborkollergang eine Minute lang trocken behandelt, dann mit 250 ml Wasser versetzt und erneut 10 Minuten lang gemischt Anschließend wurde die Mischung in eine zylindrische Form eingestampft Die Temperatur innerhalb der Form wurde laufend gemessen, die Meßergebnisse sind in Kurve A der grafischen Darstellung niedergelegt

Zum Vergleich wurde mit 5 kg der Bezugssubstanz ohne den Zusatz eines Chromats in gleicher Weise verfahren. Die sich bei diesem Vergleichsversuch ergebenden Temperaturmeßwerte sind in der Kurve B der grafischen Darstellung wiedergegeben.

Die grafische Darstellung läßt deutlich erkennen, daß sich der Zusatz des Chromats bei der Mischung A im Sinne einer Stabilisierung günstig ausgewirkt hat, d. h, daß die Mischung A praktisch keine Selbsterhitzung zeigt. Damit hat die Mischung A während eines Gießvorganges eine beträchtlich bessere Wirksamkeit als die ohne den Zusatz an Chromat hergestellte, bekannte Mischung B.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Exothermes Formmaterial für Gießereizwecke, bestehend aus einer aluminothermischen Reaktionsmischung auf der Basis von Aluminiumpulver und/oder Magnesiumpulver und Eisenoxid und/oder Braunstein, feuerfesten Formstoffen und Bindemitteln sowie gegebenenfalls Zusätzen an Nitraten und/oder Fluoriden, dadurch gekennzeich net, daß das Formmaterial zusätzlich einen Gehalt von bis zu 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, an wasserlöslichen Chromaten besitzt

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