DE19920570B4

DE19920570B4 - Formbare exotherme Zusammensetzungen und Speiser daraus

Info

Publication number: DE19920570B4
Application number: DE1999120570
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Lanver; Klaus Riemann; Rolf STÖCKLEIN
Original assignee: Chemex GmbH
Current assignee: Chemex GmbH
Priority date: 1999-05-04
Filing date: 1999-05-04
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2019-05-05
Also published as: EP1050354A1; DE19920570A1

Abstract

Formbare exotherme Zusammensetzung zur Herstellung von Speisern für die Giessereiindustrie, umfassend
– ein leicht oxidierbares Metall, das Aluminium sowie gegebenenfalls Magnesium und/oder Silizium umfasst,
– ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall,
– einen partikulären Füllstoff und
– ein Bindemittel,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zusammensetzung einen Anteil an
– einem oder mehreren Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe
und/oder
– einem oder mehreren Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe
und/oder
– einem oder mehreren Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe umfasst,
wobei die Zusammensetzung kein Fluorid oder einen Anteil an Fluorid umfasst, der kleiner ist als 0,5 Gew.-% und wobei das Bindemittel Wasserglas, ein Harz oder Stärke umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft formbare exotherme Zusammensetzungen für die Gießereiindustrie, umfassend

– ein leicht oxidierbares Metall, das Aluminium sowie gegebenenfalls Magnesium und/oder Silizium umfasst,
– ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall,
– einen partikulären Füllstoff und
– ein Bindemittel.

Die erfindungsgemäßen exothermen Zusammensetzungen können bei der Herstellung von exothermen Speisern eingesetzt werden. Der Begriff "Speiser" umfaßt dabei im Rahmen der vorliegenden unterlagen sowohl Speiserumhüllungen, Speisereinsätze und Speiserkappen als auch Heizkissen.
Bei der Herstellung von metallischen Formteilen in der Gießerei wird flüssiges Metall in eine Gießform eingefüllt und erstarrt dort. Der Erstarrungsvorgang ist mit einer Verringerung des Metallvolumens verbunden und es werden deshalb regelmäßig Speiser, d.h. offene oder geschlossene Räume in oder an der Gießform eingesetzt, um das Volumendefizit bei der Erstarrung des Gußstücks auszugleichen und so eine Lunkerbildung im Gußstück zu verhindern. Speiser sind mit dem Gußstück bzw. mit dem gefährdeten Gußstückbereich verbunden und befinden sich für gewöhnlich oberhalb und/oder an der Seite des Formhohlraums.
Zur Verbesserung der Speiserwirksamkeit ist es üblich, eine exotherme Speiserbeheizung vorzusehen. Hierzu werden Speiserumhüllungen, Speisereinsätze, Speiserkappen und/oder Heizkissen aus exothermen Formmassen hergestellt, die in die Form eingesetzt werden und in Berührung mit der Schmelze Wärme erzeugen. Die Wärmeabgabe erfolgt dabei aufgrund einer aluminothermischen oder ähnlichen Umsetzungsreaktion der exothermen Zusammensetzung. Die exotherme Speiserbeheizung bewirkt, daß das Metall länger flüssig bleibt und verbessert somit die Dichtspeisung des Gußstücks.
Die bekannten exothermen Zusammensetzungen der eingangs genannten Art umfassen typischerweise ein leicht oxidierbares Metall wie Aluminium, Magnesium oder Silizium.
Sie umfassen weiter ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall, z.B. Eisenoxid, Mangandioxid, Natriumnitrat oder Kaliumnitrat.
Für gewöhnlich umfaßt eine exotherme Zusammensetzung als wesentlichen Füllstoffbestandteil einen partikulären Füllstoff wie Sand und/oder Schamotte und/oder Koksgrieß.
Die bekannten exothermen Zusammensetzungen zur Herstellung von Speiserumhüllungen, Speisereinsätzen, Speiserkappen und/oder Heizkissen umfassen zudem noch ein Bindemittel wie Wasserglas, ein synthetisches Harz oder Stärke.
Damit exotherme Zusammensetzungen ihre erwünschte Wirkung entfalten können, ist der Fachmann bestrebt, die Zeitdifferenz zwischen dem Erreichen einer für die Zündung der exothermen Reaktion ausreichenden Temperatur und dem tatsächlichen Zünden der exothermen Zusammensetzung möglichst gering zu halten. üblicherweise setzt er deshalb den genannten Bestandteilen der bekannten exothermen Zusammensetzungen noch fluoridhaltige Salze zu, deren Anwesenheit ein frühes Zünden der exothermen Zusammensetzung nach Einstellen der Zündtemperatur gewährleistet.
Aus Gründen eines verbesserten Umweltschutzes ist es jedoch erstrebenswert, den Fluorgehalt derartiger exothermer Zusammensetzungen zu verringern.
Dabei muß allerdings sichergestellt sein, daß trotz der Abwesenheit oder verringerten Konzentration von Fluor in einer solchen Zusammensetzung ihr Zünd- und Brennverhalten den Erfordernissen des jeweiligen Anwendungsfalles genügt.
Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine exotherme Zusammensetzung anzugeben, die gar keine oder – im Vergleich mit den üblichen exothermen Zusammensetzungen – zumindest eine deutlich reduzierte Menge an fluorhaltigen Verbindungen umfaßt. Dabei sollte allerdings die Leistungsfähigkeit der bereitzustellenden exothermen Zusammensetzung der Leistungsfähigkeit üblicher (fluorhaltiger) Zusammensetzungen nicht nachstehen.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch eine formbare exotherme Zusammensetzung der eingangs genannten Art, die einen Anteil an

– einem oder mehreren Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder
– einem oder mehreren Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder
– einem oder mehreren Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe umfaßt,

Überraschend hat sich nämlich gezeigt, daß sich aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung Speiser herstellen lassen können, die keine oder nur geringe, ökologisch akzeptable Mengen an Fluorverbindungen umfassen und dennoch ein passables Zünd- und Brennverhalten besitzen. Im Vergleich mit zu diesem Zweck hergestellten, ebenfalls fluorfreien (Vergleichs-)Speisern ansonsten gleicher Zusammensetzung – aber ohne einen Anteil an den genannten Carbonaten, Hydrogencarbonaten oder Oxalaten – zeichnen sich die erfindungsgemäßen Speiser durch ein besseres Zünd- und Brennverhalten aus.
Bevorzugte Carbonate sind Lithium-, Natrium-, Kalium-, Magnesium-, Calcium- und Bariumcarbonat.
Unter den Hydrogencarbonaten ist Natriumhydrogencarbonat bevorzugt.
Und unter den Oxalaten sind Natrium-, Kalium-, Calcium- und Strontiumoxalat bevorzugt.
Aus den erfindungsgemäßen exothermen Zusammensetzungen lassen sich insbesondere dann leichtzündende Speiser herstellen, wenn der Anteil an Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe mindestens 1 Gew.-% beträgt. Dies gilt insbesondere für die vorgenannten bevorzugten Carbonate, Hydrogencarbonate und Oxalate.
Die erfindungsgemäßen exothermen Zusammensetzungen umfassen typischerweise überhaupt keine fluorhaltigen Verbindungen. In Ausnahmefällen ist es aber sinnvoll, zusätzlich zu den erfindungsgemäß anwesenden Carbonaten, Hydrogencarbonaten und/oder Oxalaten eine oder mehrere fluorhaltige Verbindungen einzusetzen. Der Stoffmengenanteil an Fluorid in einer solchen exothermen Zusammensetzung ist dann kleiner als 0,5 Gew.-%, vorteilhafterweise sogar kleiner als 0,1 Gew.-%.
Insbesondere aus ökologischen Gründen, aber auch zur Vermeidung von Oberflächenfehlern an Gußteilen sollte der Anteil an Fluorid klein gehalten werden. Es ist deshalb vorteilhaft, den Stoffmengenanteil an Fluorid zumindest kleiner zu wählen als den Gesamt-Stoffmengenanteil an Carbonaten, Hydrogencarbonaten und Oxalaten der ersten und zweiten Hauptgruppe; vorzugsweise überschreitet der Stoffmengenanteil an Fluorid aber nicht den Wert von einem Zehntel des Gesamt-Stoffmengenanteils an Carbonaten, Hydrogencarbonaten und Oxalaten der ersten und zweiten Hauptgruppe.
Als Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall kann in einer erfindungsgemäßen exothermen Zusammensetzung jedes der für diesen Zweck geeigneten Oxidationsmittel eingesetzt werden. Vorteilhafterweise werden jedoch Eisenoxid, Mangandioxid, Natriumnitrat oder Kaliumnitrat oder Mischungen aus zwei oder mehr der genannten Substanzen eingesetzt.
Als Füllstoff für die erfindungsgemäße exotherme Zusammensetzung können insbesondere Sande, Schamotten, Koksgrieße, Aluminiumoxide, Alumosilikate oder Mischungen der genannten Stoffe eingesetzt werden.
Besonders gut isolierende Speiser lassen sich aus exothermen Zusammensetzungen erhalten, in denen der Füllstoff einen Anteil an einer Substanz umfaßt, die eine Schüttdichte von weniger als 0,5 g/cm³ besitzt.
Als Bindemittel für die erfindungsgemäße exotherme Zusammensetzung kommen alle üblichen Bindemittel in Betracht; das erfindungsgemäß einsetzende Bindemittel umfasst jedoch immer Wasserglas, Harz (Phenol-Formaldehyd-Harz, Polyurethan-Harz) oder Stärke.
Die Anteile der Bestandteile der erfindungsgemäßen exothermen Zusammensetzung lassen sich in weiten Bereichen variieren. Das leicht oxidierbare Metall hat aber vorzugsweise einen Anteil zwischen 10 und 40 Gew.-%, das Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall einen Anteil zwischen 10 und 30 Gew.-%, der partikuläre Füllstoff einen Anteil zwischen 30 und 80 Gew.-% und das Bindemittel einen Anteil von bis zu 25 Gew.-%.
Die Gesamtmenge an Carbonaten, Hydrogencarbonaten und Oxalaten der ersten und zweiten Hauptgruppe sollte 15 Gew.-% nicht überschreiten.
Gemäß der Erfindung ist der Speiser zur Dichtspeisung von Gussstücken herstellbar aus einer formbaren exothermen Zusammensetzung, welche ein leicht oxidierbares Metall, z.B. Aluminium sowie gegebenenfalls Magnesium und/oder Silizium, ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall, z.B. Eisenoxid, Manganoxid, Natriumnitrat oder Kaliumnitrat, einen partikulären Füllstoff wie Sand und/oder Schamotte und/oder Koksgrieß und ein Bindemittel, z.B. Wasserglas, ein synthetisches Harz oder Stärke, umfasst, wobei die formbare exotherme Zusammensetzug einen Anteil an einem oder mehreren Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder einem oder mehreren Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder einem oder mehreren Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe umfasst.
Ferner kann die erfindungsgemäße formbare exotherme Zusammensetzung zur Herstellung eines Speisers für die Gießereiindustrie verwendet werden, wobei die formbare exotherme Zusammensetzung ein leicht oxidierbares Metall, z.B. Aluminium sowie gegebenenfalls Magnesium und/oder Silizium, ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall, z.B. Eisenoxid, Manganoxid, Natriumnitrat oder Kaliumnitrat, einen partikulären Füllstoff wie Sand und/oder Schamotte und/oder Koksgrieß und ein Bindemittel, z.B. Wasserglas, ein synthetisches Harz oder Stärke umfasst, und wobei die formbare exotherme Zusammensetzung einen Anteil an einem oder mehreren Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder einem oder mehreren Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder einem oder mehreren Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe umfasst.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Beispiele beziehen sich auf exotherme Formmassen, die mit Wasserglas gebunden werden. Es können aber natürlich auch andere Bindemittel, beispielsweise die oben als bevorzugte Bindemittel genannten, verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 1

Es wurde eine exotherme Zusammensetzung hergestellt aus

32 Gew.-%	Aluminium
12 Gew.-%	Kaliumnitrat
10 Gew.-%	Eisenoxid
6 Gew.-%	Lithiumcarbonat
40 Gew.-%	Füllstoffgemisch (Schamotte, Sand, Koksgrieß),
100 Gew.-%	Gesamt (ohne Bindemittel), sowie zusätzlich
17 Gew.-% Wasserglas (als Bindemittel; Prozentangabe bezogen auf die Gesamtmenge der sonstigen Bestandteile der Zusammensetzung).

Die exotherme Zusammensetzung wurde auf übliche Weise zu einer Speiserkappe geformt und das Bindemittel ausgehärtet. Diese Speiserkappe wurde beim Abgießen eines Gußstücks aus Eisen eingesetzt. Es wurde ein qualitativ hochwertiges Gußstück erhalten.
Ausführungsbeispiel 2

Durchführung analog Ausführungsbeispiel 1, jedoch wurde eine Zusammensetzung hergestellt aus

30 Gew.-%	Aluminium
10 Gew.-%	Kaliumnitrat
16 Gew.-%	Eisenoxid
6 Gew.-%	Natriumoxalat
38 Gew.-%	Füllstoffgemisch (Schamotte, Sand, Koksgrieß)
100 Gew.-%	Gesamt, sowie
12 Gew.-% Wasserglas (als Bindemittel; Prozentangabe bezogen auf die Gesamtmenge der sonstigen Bestandteile der Zusammensetzung).

Aus der exothermen Zusammensetzung wurde analog Ausführungsbeispiel 1 eine Speiserkappe hergestellt. Diese Speiserkappe wurde beim Abgießen eines Gußstücks aus Eisen eingesetzt. Es wurde ein qualitativ hochwertiges Gußstück erhalten.

Claims

Formbare exotherme Zusammensetzung zur Herstellung von Speisern für die Giessereiindustrie, umfassend – ein leicht oxidierbares Metall, das Aluminium sowie gegebenenfalls Magnesium und/oder Silizium umfasst, – ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall, – einen partikulären Füllstoff und – ein Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung einen Anteil an – einem oder mehreren Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder – einem oder mehreren Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder – einem oder mehreren Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe umfasst, wobei die Zusammensetzung kein Fluorid oder einen Anteil an Fluorid umfasst, der kleiner ist als 0,5 Gew.-% und wobei das Bindemittel Wasserglas, ein Harz oder Stärke umfasst.
Formbare exotherme Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Lithiumcarbonat und/oder Natriumcarbonat und/oder Kaliumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat und/oder Calciumcarbonat und/oder Bariumcarbonat und/oder Natriumhydrogencarbonat und/oder Natriumoxalat und/oder Kaliumoxalat und/oder Calciumoxalat und/oder Strontiumoxalat umfasst.
Formbare exotherme Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe mindestens 1 Gew.-% beträgt.
Formbare exotherme Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung einen Stoffmengenanteil an Fluorid umfasst, der kleiner ist als der Gesamtstoffmengenanteil an Alkali- und Erdalkali-Carbonaten, -Hydrogencarbonaten und -Oxalaten.
Formbare exotherme Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall Eisenoxid und/oder Mangandioxid und/oder Natriumnitrat und/oder Kaliumnitrat umfasst.
Formbare exotherme Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff Sand und/oder Schamotte und/oder Koksgriess und/oder Aluminiumoxid und/oder ein Alumosilikat umfasst.
Formbare exotherme Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff einen Anteil an einer Substanz umfasst, die eine Schüttdichte von weniger als 0,5 g/cm³ besitzt.
Formbare exotherme Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung umfasst: 10–40 Gew.-% des leicht oxidierbaren Metalls, 10–30 Gew.-% des Oxidationsmittels für das leicht oxidierbare Metall, 30–80 Gew.-% des partikulären Füllstoffs und bis zu 25 Gew.-% des Bindemittels.
Formbare exotherme Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge an Carbonaten, Hydrogencarbonaten und Oxalaten der ersten und zweiten Hauptgruppe in der Zusammensetzung weniger als 15 Gew.-% beträgt.
Speiser zur Dichtspeisung von Gussstücken, herstellbar aus einer formbaren exothermen Zusammensetzung, umfassend – ein leicht oxidierbares Metall, – ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall, – einen partikulären Füllstoff und – ein Bindemittel, wobei die Zusammensetzung einen Anteil an – einem oder mehreren Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder – einem oder mehreren Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder – einem oder mehreren Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe umfasst.
Verwendung einer formbaren exothermen Zusammensetzung umfassend – ein leicht oxidierbares Metall, – ein Oxidationsmittel für das leicht oxidierbare Metall, – einen partikulären Füllstoff und – ein Bindemittel, wobei die Zusammensetzung einen Anteil an – einem oder mehreren Carbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder – einem oder mehreren Hydrogencarbonaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe und/oder – einem oder mehreren Oxalaten der ersten oder zweiten Hauptgruppe umfasst, zur Herstellung eines Speisers für die Giesereiindustrie.