DE1950453B2 - Verfahren zur Herstellung von Formsanden auf Schamottebasis fuer Giessereizwecke - Google Patents

Description

Der Gegenstand der Erfindung ist ein neuer Formstoff für Gießereien zum Gießen von Stahl, Eisen und Nichteisenmetallen. Die herkömmlichen und in den Gießereien bis jetzt eingesetzten Formstoffe sind Natursande, synthetische, d. h. gewaschene, getrocknete und genau kornklassierter Quarzsand, gebrochene und kornklassierte Schamottesande, Chromerzsand und Zirkonsande.

Die Natursande und die synthetischen Quarzsande sind die am häufigsten in den Gießereien verwendeten Formstoffe, da sie in großen Mengen preiswert zur Verfügung stehen. Neben der Preiswürdigkeit zeichnen sich vor allem die synthetischen Quarzsande dadurch aus, daß sie mit allen in der Gießerei bekannten Bindern, wie Bentonit, Stärke, Wasserglas, natürlichen und synthetischen Leinölen, Kunstharzen, wie Phenolharzen und Furanharzen, usw. gebunden werden können.

Durch die laufende Qualitätsverbesserung sowohl der Sande wie der Binder war es möglich, daß Quarzsande im Klein-, Mittel- und auch zum Teil im Großguß bis zu Stückgewichten von 30 t eingesetzt werden können. Die Nachteile des Quarzsandes bestehen darin, daß das Quarzkorn bei thermischer Belastung, also bei Erhitzung, die bekannten Phasenänderungen Quarz-Tridymit-Cristoballit zeigt. Diese Phasenänderungen sind mit sprunghaften Volumenänderungen und Ausdehnungseffekten verbunden. Diese von der mineralogischen Struktur her bedingten Effekte führen bei Wärmebelastung zum Reißen der in Quarzsand hergestellten Formen und sind damit die Ursache der unerwünschten Sandausdehnungsfehler. Je schneller eine Gießform mit flüssigem Stahl gefüllt werden kann, um so weniger können sich diese Sandausdehnungsfehler bemerkbar machen. Je länger aber das Füllen einer Gießform mit flüssigem Stahl oder Eisen dauert, wie es z.B. bei großen Gußstücken über 301 der Fall ist, um so mehr kann die Quarzsandausdehnung in den Teilen der Gießform wirksam werden, die vor der endgültigen Formfüllung längeren thermischen Belastungen durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung ausgesetzt sind. In diesen Teilen kommt es dann zur Bildung der von den Gießern gefürchteten Sandfehler. Das ist der Grund dafür, daß der Quarzsand nur bedingt im Großguß bis zu Stückgewichten von etwa 20 bis 30 t eingesetzt werden kann.

Um auch schwerere Gußstücke gießen zu können, mußte man auf einen anderen.Formstoff übergehen. Hier hat sich seit Beginn des Stahlformgusses der Schamottesand bewährt. Schamotte besitzt ein gleichmäßiges Wärmeausdehnungsverhalten ohne Ausdehnungssprünge. Die beim Quarzsand gefürchteten Ausdehnungsfehler treten bei Schamottesand nicht auf. Der Nachteil des Schamottesandes besteht aber darin, daß er nicht wie der Quarzsand mit den für diesen Formstoff üblichen Bindern, wie Bentonit, Wasserglas, Leinöl, Kunstharz usw., gebunden werden kann. Diese Binder besitzen den großen Vorteil, daß die Gießform gar nicht oder nur in einem geringen Umfang einem Trocknungsprozeß zur Binderaushärtung unterzogen werden muß. Ferner besteht der Vorteil dieser Binder darin, daß sie der Gießform sehr gute Zerfallseigenschaften verleihen, d. h., die Gießform zerfällt, nachdem das Gußstück erstarrt ist, von selbst, so daß der Putzaufwand zum Entformen der Gießformreste sehr gering ist.

Schamottesand muß dagegen nach wie vor mit einem feuerfesten Bindeton gebunden werden. Dieser Bindeten verleiht der Gießform zwar eine sehr hohe mechanische Festigkeit; Voraussetzung ist aber, daß die tongebundene Schamottesandform einer sehr intensiven Trocknung unterzogen werden muß. In der Regel liegt die Trocknungstemperatur zwischen 500 und 700° C und die Trocknungsdauer je nach Gußstückgröße zwischen 6 Stunden und eventuell mehreren Tagen. Dadurch entstehen erhebliche

ίο Kosten bei der Investition und dem Betrieb derartiger Trocknungsanlagen. Ferner erfordern diese Trocknungsanlagen oder, ganz allgemein ausgedrückt, die Trocknung der Formen, wenn es sich z. B. um Bodenformen handelt, einen erheblichen Platzbedarf.

Bei Wegfall der Trocknerei könnte die spezifische Flächenleistung einer Gießerei erheblich erhöht werden.

Die in der Gießerei außer Quarzsand und Schamottesand verwendeten Formstoffe, wie Chromerzsand und Zirkonsand, zeichnen sich durch eine sehr hohe Feuerfestigkeit aus. Sie werden allgemein mit den von dem Quarzsand her bekannten Bindemitteln g gebunden. Sie besitzen beide, wie die Schamottesande, " keine Wärmeausdehnungsanomalien, wie wir sie vom Quarz her kennen. Auf Grund ihrer hohen Feuerfestigkeit und guten Wärmeleitfähigkeit werden sie an den Stellen der Gießform eingesetzt, die hohen thermischen und korrosiven Belastungen ausgesetzt sind. Die Nachteile dieser beiden Formstoffe liegen in ihrem hohen Preis und in ihrem hohen spezifischen Gewicht. Volumenmäßig kann mit Chromerz- oder Zirkonsand nur etwa die-Hälfte der Gießformen angefertigt werden als bei Verwendung von Quarzoder Schamottesand.

Diesem bekannten Stand der Technik gegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Formstoff zu schaffen, der die Nachteile der bis jetzt im Einsatz befindlichen Formstoffe vermeidet. Dieser neue Formstoff muß sich durch folgende Eigenschäften auszeichnen:

1. Er darf keine Wärmeausdehnungsanomalien wie der Quarz besitzen, um Sandausdehnungsfehler auszuscheiden. l

2. Er muß mit den beim Quarzsand üblichen Bin- " dem gebunden werden können, um alle Vorteile, die diese Binder gegenüber der Tonbindung besitzen, voll ausnutzen zu können.

3. Der neue Formstoff soll ein spezifisches Gewicht besitzen, das nicht so hoch wie das des Chrom-

erzsandes oder Zirkonsandes ist, sondern in der Größenordnung von Schamotte oder Quarzsand liegt.

4. Der Formstoff soll mindestens eine Feuerfestigkeit von SK 28 besitzen. Ferner soll der Formstoff so herstellbar sein, daß er in bestimmten Abstufungen mit höheren Feuerfestigkeitswerten geliefert werden kann.

5. Der neue Formstoff soll auch als kunstharzumhüllter Fertigsand herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im wesentlichen dadurch gelöst, daß bei einem neuen Verfahren zur Herstellung von Formsanden für Gießereizwecke Rohton gemahlen und die gemahlenen Körner unter Bildung einer weitgehend der Kugelform angepaßten Gestalt granuliert und gesintert werden. Die Sinterung erfolgt dabei zum Unterschied zum Blähtonverfahren ohne Blähung.

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Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von ten, dann werden die erfindungsgemäßen Vorteile

Glühschamotte als Magerungsmittel für keramische nicht erreicht.

Formkörper bekannt, bei welchem zu Pulver zer- Die geometrische Gestalt des Einzelkornes darf kleinerte getrocknete Tone mit einer Flüssigkeit oder nicht splittrig sein. Sie sollte weitgehend der Kugeleiner wäßrigen Paste, z. B. einer Tonsuspension, ge- 5 form angenähert sein. Die Annäherung an die Kugelkrümelt und dann dem üblichen Glühprozeß zur form läßt sich meßtechnisch durch den Wert der Herstellung von Glühschamotte unterworfen werden. spezifischen Oberfläche ausdrücken. Um die erfin-Mit dem Sintervorgang beim erfindungsgemäßen Ver- derischen Vorteile zu erreichen, sollte die spezifische fahren ist ein derartiger Glühprozeß nicht zu ver- Oberfläche des Schamottesandes, bestimmt nach dem gleichen. Darüber hinaus liegen bei der Herstellung io Georg-Fischer-Gerät »Sandoberflächenmeßapparat«, von keramischen Formkörpern grundsätzlich andere Typ SPOF (GF 590 994), unter 150 cm²/g liegen. Bedingungen und Wirkungen vor als bei Formsanden Wenn dieser Wert unterschritten wird, ist es möglich, für Gießereizwecke. mit einer besonders wirtschaftlichen Bindemittel-Gegenüber dem bisher für die Herstellung von menge wie beim Quarzsand auszukommen. Schamottesanden für Gießereizwecke üblichen Her- 15 Neben der Annäherung der geometrischen Form stellungsverfahren unterscheidet sich das erfindungs- des Einzelkornes an die Kugel, ist es wichtig, daß die gemäße Verfahren grundsätzlich. Bei dem bisherigen Textureigenschaften des Einzelkornes folgende sind: Verfahren wird der im Tief- oder Tagebau geförderte Jedes Einzelkorn muß eine dicht gesinterte Ober-Ton in Form von Schollen, Batzen oder Briketts in fläche und eine weitgehend dichte Innentextur beSchacht-, Ring-, Tunnel- oder Drehrohrofen bei 20 sitzen. Der physikalische Wert, der dafür kennzeich-Temperaturen zwischen 1250 bis 1400° C gebrannt. nend ist und der hier eingehalten werden muß, ist Dabei wird der Kristallwassergehalt des Tones aus- die Bestimmung der Wasseraufnahme, getrieben, und es entsteht die unplastische Schamotte Um den Erfindungsgedanken zu verwirklichen, soll mit steinartigem Charakter. Nach dem Abkühlen der Wert der Wasseraufnahme vorteilhaft unter 5 % (wird die) werden die gebrannten Schollen, Batzen 25 liegen.

oder Briketts einem Mahlvorgang in Prall-Trommel- Unter Einhaltung der eben gekennzeichneten geo- oder Kugelmühlen zerkleinert. Bei diesem Zerkleine- metrischen und physikalischen Bedingungen, wird es rungsvorgang entsteht ein splittriges Korn, das eine erfindungsmöglich, Schamottesand universell mit stark von der Kugelgestalt abweichende Form besitzt. wesentlichen Vorteilen gegenüber den bisher ver-Dadurch erhält das auf diesem Verfahrungsweg her- 30 wendeten Formstoffen in der Gießerei einzusetzen; gestellte Schamottekorn eine wesentlich höhere spezi- Es ist ferner möglich, diesen erfindungsgemäßen fische Oberfläche. Außerdem wirkt sich der Zer- Schamottesand in Form als kunstharzumhüllten kleinerungsvorgang noch in folgender Weise nach- Fertigsand herzustellen und einzusetzen, teilig aus. Beim Brennvorgang erhält jeder keramische Um die beschriebenen physikalischen Eigenschaf-Körper eine sogenannte Brennhaut, nämlich eine 35 ten des neuen Schamottesandes zu erreichen, müssen hauchdünne Oberflächenschicht, die auf Grund der folgende verfahrenstechnische Schritte eingehalten direkten Wärmeeinwirkung stärker gesintert ist als werden. Das Ausgangsmaterial für den Schamottedie darunterliegenden Schichten. Diese Brennhaut, sand bildet ein im Tief- oder Tagebau gewonnener die einem Eindringen von Flüssigkeiten Widerstand Rohton. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn leistet, wird beim Mahlvorgang zerstört. Beides, die 40 die Feuerfestigkeit dieses Rohtones mindestens oder Vergrößerung der spezifischen Oberfläche und die größer als SK 28 ist. Es ist ein Vorteil des erfindungs-Zerstörung der Brennhaut sind die Ursache dafür, gemäßen Verfahrens, daß auch Rohtone mit nieddaß die nach diesem Stand der Technik hergestellten rigerer Feuerfestigkeit verwendet werden können. Schamottesande nicht mit den in der Gießerei bei Dann ist der erste Verfahrensschritt kein einfacher Verwendung von Quarz-, Zirkon- oder Chromitsand 45 Mahlvorgang, sondern ein kombinierter Mahl-Mischallgemein eingeführten Bindemitteln verwendet wer- Vorgang. Dem Rohton wird dann während der Mahden können, da der Bindeverbrauch wegen der un- lung oder in einer gesonderten Mischanlage nach der günstigen Oberflächen- und Strukturverhältnisse des Mahlung ein tonerdereicher Zuschlagstoff zugesetzt, gebrochenen Schamottekornes zu hoch und damit Dieser tonerdereiche Zuschlagstoff kann sein: calzikostenmäßig nicht tragbar ist. Das erfindungsgemäße ₅₀ nierte Tonerde, Bauxit, hochtonerdehaltige Schlacke Verfahren beseitigt diese Nachteile. u. dgl.

Im einzelnen wird das Verfahren nach der Erfin- Die bei der Mahlung anfallende Korngröße ist dung zweckmäßig derart verwirklicht, daß Mahlvor- abhängig von dem im weiteren Verfahrensablauf eingang, Granulierung und Sintern so geführt werden, gesetzten Granulieraggregat. Außerdem ist die Mahldaß die spezifische Oberfläche des Einzelkorns unter 55 einstellung abhängig davon, welche endgültigen End-150 cm²/g liegt. Granulier- und Sintervorgang werden korngrößen des Schamottesandes erzeugt werden dabei vorteilhaft so geführt, daß die Wasseraufnahme- sollen. Um einen fertigen Schamottesand in der fähigkeit des Kornes unter 5 °/o liegt. Korngröße 0,1 bis 0,6 mm zu erzeugen, ist eine Korn-Die erfindungsbedingten Vorteile, die sich durch größe des gemahlenen Rohtones von unter 0,1 mm den neuen Schamottesand ergeben, werden dadurch 60 erforderlich.

möglich, daß man einen Schamottesand einsetzt, Nach dem Mahlen folgt als nächster Verfahrensdessen Einzelkörner eine bestimmte geometrische schritt das Granulieren. Zum Granulieren können Gestalt und bestimmte Textureigenschaften besitzen. alle im Handel bekannten Granuliergeräte eingesetzt Dabei ist es wichtig, daß sowohl die besondere geo- werden, soweit sie in der Lage sind, eine Feinkornmetrische Gestalt als auch die geforderten Textur- 65 granulierung in dem Kornbereich 0,1 bis 1,0 mm eigenschaften gleichzeitig verwirklicht werden. Erfüllt durchzuführen.

man nur die Forderung der geometrischen Gestalt Während des Granuliervorganges ist es vorteilhaft,

und vernachlässigt die geforderten Textureigenschaf- dem Rohton noch weitere Zusätze zuzugeben, die die

Bildung der für das Verfahren erforderlichen Kugelform des Schamottesandes begünstigen. Es handelt sich dabei um oberflächenaktive Zusätze, die sich durch einen hohen Wert der Oberflächenspannung auszeichnen. Derartige Zusätze können sein MgO mit einem Sigma = 1090 Dyn/cm Al₂O₃ mit 905 Dyn/cm. Es hat sich herausgestellt, daß die Menge der zugegebenen oberflächenaktiven Stoffe bei etwa 5 Gewichtsprozent liegen soll.

Außerdem können am Ende des Granuliervorganges dem granulierten Rohton Sinterhilfsmittel zugegeben werden, die die Aufgabe haben, während des Brenn- oder Sintervorganges das Dichtsintern der Kugeloberfläche zu erleichtern. Derartige Sinterhilfsmittel sind Borax, calzinierte Soda, Kalifeldspat u. dgl. Da diese Stoffe gleichzeitig starke Flußmittel sind, sollte ihre Zugabe 1 Gewichtsprozent nicht überschreiten.

Verfahrenstechnisch hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn man nach diesem Granuliervorgang einen Siebvorgang nachschaltet. Dieser Siebvorgang gestattet unter Berücksichtigung von Trocken- und Brennschwindung sofort nach dem Brand definierte Korngrößen zu erhalten. Das Einschalten eines Siebes zwischen Granulier- und Sintervorgang hat den Vorteil, daß der Sintervorgang nicht durch unbrauchbare Unter- oder Oberkörnungen belastet wird. Dadurch wird das Ausbringen der Ofenanlage an einsatzfähiger Körnung vergrößert. Durch das Aussieben der Feinstkörnungen wird ferner dafür Sorge getragen, daß es während des Sinterprozesses nicht zu unerwünschten Agglomerierungen von Feinstkornanteilen an die gewünschten Korngrößen kommt, da durch diese Agglomeration während des Brandes die gewünschte Kugelform unzulässig verändert wird.

Ferner gewährleistet das Vorschalten der Siebanlage eine geringere Staubbelastung der Ofenanlage.

Der eigentliche Brenn- oder Sintervorgang erfolgt in an sich bekannten Brennaggregaten. Besonders bewährt haben sich für das erfindungsgemäße Verfahren Drehrohrofen oder Wirbelbettöfen. Die Anforderungen, die an das Brennaggregat gestellt werden, sind folgende:

Die Brennhöhe und die Brenndauer müssen so variabel einstellbar sein, daß in Abhängigkeit von den mineralogischen Eigenschaften des Rohtones die spezifische Oberfläche des Einzelkornes unter 150 cm²/g und seine Wasseraufnahmefähigkeit unter 5 ⁰Zo liegt.

Die für das Verfahren notwendigen Brenntemperaturen liegen zwischen 1200 und 1500° C. Als gut geeignet für die bekannten Feuerfesttone haben sich Temperaturen in Höhe von 1300° C erwiesen.

Wichtig ist, daß der Brennvorgang so gefahren wird, daß möglichst kein Agglomerieren von Einzelkörnern aneinander erfolgt. Das den Ofen verlassende Endprodukt soll ein Schamottesand mit ausgesprochener gerundeter Oberfläche sein.

Es hat sich als wärmewirtschaftlich günstig erwiesen, dem Sfntervorgang noch einen Kühlvorgang anzuschließen, bei dem der Schamottesand abgekühlt und die dabei frei werdende Wärme wiedergewonnen und dem Brennsystem zugeführt wird.

Als letzte Verfahrensstufe folgt dann eine Kunstharz-Umhüllungsanlage. In dieser Anlage wird dann der nach dem erläuterten Verfahrensstammbaum hergestellte Schamottesand mit Kunstharz umhüllt, so daß er als Fertigsand eingesetzt werden kann. Je nach Art des Umhüllungsverfahrens kann diese Anlage als Warm- oder Kalt-Umhüllungsanlage gefahren werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Formsanden " auf Schamottebasis für Gießereizwecke, dadurch gekennzeichnet, daß Rohton gemahlen und die gemahlenen Körner unter Bildung einer weitgehend der Kugelform angepaßten Gestalt granuliert und gesintert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mahlvorgang, Granulieren und Sintern so geführt werden, daß die spezifische Oberfläche des Einzelkornes unter 150 cm²/g liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Granulier- und Sintervorgang so geführt werden, daß die Wasseraufnahmefähigkeit des Kornes unter 5 % liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Granuliervorgang ein Siebvorgang zwischengeschaltet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Granuliervorgang oberflächenaktive Zusätze zugegeben werden. ^

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, f dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor Ende des Granuliervorganges Sintermittel zugegeben werden.

7. Verwendung eines Formsandes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, zum Herstellen kunstharzumhüllten Sandes.