DE2203187A1

DE2203187A1 - Verfahren zur Herstellung von Giessereikernen und -formen aus Olivinsand

Info

Publication number: DE2203187A1
Application number: DE19722203187
Authority: DE
Inventors: Pran Age Jonas
Original assignee: Dyno Industrier AS
Current assignee: Dyno Industrier AS
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1972-08-17
Also published as: PL77380B1; IT948321B; FR2123550B1; DK128404B; BE778673A; FR2123550A1; GB1383998A

Description

ANNASTRASSE 19 fERNSPRECHER, (0611) 5550(51 TELEGRAMME· LOMOSAPATENT LANDESZENTRALBANK 50007149 POSTSCHECK-KONTO FFM. 1Ö67

Dyno Industrier A.S., Tollbugaten 22, Oslo 1, Norwegen

Verfahren zur Herstellung von Giessereikernen und -formen aus Olivinsand

In der Giesserei werden in grossem Ausmass aus Sand hergestellte Formen und Kerne verwendet. Zur Herstellung dieser Formen und Kerne wird dem Sand ein Bindemittel "beigemischt, worauf dieses Gemisch geformt und gehärtet wird. Zu bevorzugen ist eine Härtung bei Raumtemperatur, besonders um die zusätzlichen Kosten einer Wärmehärtung zu ersparen. Für die Herstellung von Formen und Kernen aus Quarzsand wurde seit längerer Zeit als kalthärtendes Bindemittel-Härter-System ein Furanbindemittel verwendet. Dies ist ein synthetisches Harnstoff-Formaldehyd- oder Phenol-Formaldehyd-Harz, dem Furfurylalkohol zugegeben ist, wobei Phosphorsäure oder Paratoluolsulfonsäure als Härtungskatalysator verwendet wird. Bei der Herstellung wird üblicherweise 85%ige Phosphorsäure in den Sand eingemischt. Dann wird das Furanbindemittel zugegeben i*nd mit dem Sand vermischt. Diese Sandmischung bekommt dann eine Konsistenz ähnlich wie feuchter Schnee und kann 1o bis 15 Minuten vor dem Abbinden in den Kernkasten oder die Kernbüchse eingebracht werden. Nach ungefähr einer halben Stunde kann der Kern, der dann die Beschaffenheit von Sandstein hat, herausgenommen werden, und der Kernkasten steht zum nächsten Arbeitsgang zur Verfügung.

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Aus der britischen Patentschrift 973 292 ist bekannt, Formen und Kerne aus Quarzsand, der gegebenenfalls geringe Mengen Kalk enthält, unter Verwendung eines Furanbindemittels und Aminosulfonsäure herzustellen. Hierbei kann auch Wasser zugesetzt werden. Ueber die Verwendung von gemahlenem Olivingestein, das gegenüber Quarzsand sehr verschiedene Eigenschaften hat, ist in dieser Patentschrift nichts offenbart.

Die britische Patentschrift 834· o95 beschreibt die Herstellung von Formen aus Sand unter Aufwendung von Energie, Zeit und einer Anlage zur Wärmehärtung. Als Härtungskatalysatoren sind eine Reihe von festen und flüssigen Säuren sowie Säureanhydriden genannt.

Für das Vergiessen von Stahl und bestimmten Arten von Gusseisen wird für Formen und Kerne in grossem Ausmass nicht Quarzsand, sondern Olivinsand verwendet. Olivin hat nämlich folgende Vorteile:

Höhere Sinterungstemperatur, keine Gefahr der Silicose, geringe thermische Expansion.

Olivin ist stark alkalisch und man kann deshalb ein Furanbindemittel und Phosphor-oder Paratoluolsulfonsäure als Härtungskatalysator/verwenden. Der Olivinsand neutralisiert nämlich die Säure, wodurch das Bindemittel nicht zur Aushärtung kommt.

In Tabelle I sind die Ergebnisse folgender Versuche dargestellt!

Es wurden einerseits 12oo g Olivinsand und andererseits 12oo g normaler Sand mit wechselnden Mengen konzentrierter Phosphorsäure und Furanbindemittel ("Dynoform L-358"} dies ist Harnstoff-formaldehyd und Furfurylalkohol) gemischt. Aus diesen Gemischen wurden Giessereikerne hergestellt und an diesen wurde die Druckfestigkeit an verschiedenen Zeitpunkten des Härtungsvorgangs gemessen. Die Versuche wurden bei Raumtemperatur durchgeführt.

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	12oo	S	-5-	I	12oo	S	12oo	δ
			Tabelle	S
Olivinsand			12oo		8	S	1o	S
Normaler Sand	8	S			24	g	24	S
Wässrige 85%ige	2o	S		6
Pho sphorsäure		12	S
Furan-Binder		24

Druckfestigkeit von Kernen mit 5 ^cm Durchmesser und 5 cm Höhe (kp/cm ).

1/4	Stunde	0,1	o,o5	ο, 24	2,6
1/2	It	ο,12	o,1	2,1	15,8
1	It	o,22	o,12	14,ο	46,ο
2	Stunden	o,48	ο,26	54,ο	68,ο
4	η	1,6	1,52	54,ο	1ο8,ο
24	η	4,8	5,4	88,ο	11ο,ο

Die Ergebnisse zeigen, daaB Phosphorsäure hei Olivinformsand nicht als Härter für ein Furanbindemittel verwendet werden kann. Für die Herstellung von Kernen aus Olivinsand musste deshalb bisher Leinöl, Fischtran, Phenolharz oder Isocyanatharz verwendet werden. Diese Bindemittel haben alle den Nachteil, dass sie in der Wärme aushärten, so dass die Kerne während mehr.erer Stunden im Ofen gehärtet werden mussten. Dies erfordert Raum, Zeit und Energie. Es wurde deshalb seit geraumer Zeit für die Stahlgiesserei nach einem kalthärtenden Bindemittel für Olivinformsand gesucht. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Die Nachteile der bekannten Bindemittelsysteme werden überwunden, indem gemäss der Erfindung für die Verarbeitung von Olivinformsand ein Bindemittelsystem verwendet wird, das aus einem Furanbindemittel und Phosphorsäureanhydrid (Phosphorpentoxid) besteht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von kalthärtenden Giessereikernen und -formen aus Olivinformsand, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Olivinsand mit einem Furanbindemittel und Phosphorpentoxid vermischt wird, worauf

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geformt und ungefähr bei Raumtemperatur gehärtet wird.

Phosphorpentoxid ist eine starke Festsäure und im Bindemittel löslich.

Die Erfindung betrifft also auch ein Bindemittelsystem für das genannte Verfahren, bestehend aus einem Furanbindemittel und Phosphorpentoxid.

Die beiden aktiven Komponenten dieses Bindemittelsystems, nämlich das eigentliche Bindemittel und die Festsäure Phosphorpentoxid, werden getrennt gehalten, bis sie in den ülivinsand eingemischt werden. Der Olivinsand hat eine durchschnittliche Korngrösse zwischen o,o5 und o,5 mm· Man kann zuerst die Festsäure und dann das Bindemittel zugeben oder auch umgekehrt vorgehen. Die Festsäure löst sich im Bindemittel, worauf die Härtung einsetzt. Die Ausformung der Formen oderKerne muss deshalb ziemlich bald nach der Einmischung der beiden aktiven Komponenten des Bindemittelsystems erfolgen. Möglicherweise wird der Olivinsand nach der Lösung der Säure in dem Bindemittel leicht angegriffen. Versuche haben jedoch ergeben, dass dies praktisch keine Bedeutung hat.

Zusätzlich zum Phosphorpentoxid ist es grundsätzlich möglich, auch andere starke Festsäuren, wie Maleinsäureanhydrid, Oxalsäure und Trichloressigsäure,zuzusetzen. Alle diese Säuren sind jedoch teils gefährlich, unangenehm und korrodierend und deshalb für die Praxis nicht zweckmässig.

Phosphorpentoxid entwickelt keine störenden Dämpfe, aber man soll Vorsichtsmassnahmen treffen, wie sie z.B. bei der Verarbeitung von normaler, konzentrierter, wässriger Phosphorsäure üblich sind.

Zur Erläuterung der Verwendung von Phosphorpentoxid wurden folgende Versuche durchgeführt:

Jeweils 12oo g Olivinsand wurden mit 4o g Furanbindemittel (Dynoform L-358) vermischt. Danach wurden wechselnde Mengen Phosphor-

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pentoxid zugemischt. Das Gemisch wurde zu Giessereikernen geformt, deren Druckfestigkeit an verschiedenen Zeitpunkten des Härtungsvorgangs gemessen wurde. Die Versuche wurden bei Raumtemperatur durchgeführt. Die Ergebnisse zeigt Tabelle II.

Tabelle II

Versuch

Oiivinsand (g) 12oo 12oo 12oo 12oo 12oo 12oo 12oo Furan-Binder(g) 4o 4o 4o 4o 4o 4o 4o P₂°5 Cs) 3 4 5 7 1o 2o 4o

Druckfestigkeit von Kernen mit 5 cm Durchmesser und 5 cm Höhe (kp/cm²)

Zeit	der Härtung	O	O	o,9	7,o	Härtung bereits während des Stampfens der Kerne, daher schlechter Zu sammenhalt
1/4	Stunde	O	o, 2	3,o	14,5	1,o
1/2	Il	0,4	1,1	1o,5	19,o
1	Il	1,4	6,o	24,o	32,o	6,3
2	Stunden	5,8	18,o	4o,o	3o,o	15,4
4	Il	36,o	5o,o	63,o	5o,o
24	Il

Aus der Tabelle geht hervor, dass für die Versuche e, f und g zu viel Phosphorpentoxid verwendet wurde, so dass die Härtung schon vor Beendigung des Stampfens der Kerne einsetzte. Hierdurch bekam die Masse einen schlechten Zusammenhalt. Auch beim Versuch d begann die Härtung etwas schneller als gewünscht, da ziemlich viel Zeit an das Stampfen der Kerne verwendet wurde.

In der Praxis ist die zur ausreichenden Härtung erforderliche Zeit wesentlich kürzer als die aus der Tabelle ersichtlichen Zeiten, da die für die Giesserei benötigten Kerne fast immer sehr viel grosser sind als die für die angegebenen Laboratoriumsversuche verwendeten. Bei grösseren Kernen ist der Wärmeverlust geringer und die exotherme Reaktion der Polymerisation des Furfurylalkohols vollzieht sich schneller.

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—ο—

Versuch c zeigt das vorteilhafteste Ergebnis und wurde deshalb in grösserem Masstab wiederholt.

Es wurden 6 kg Olivinsand, 2oo g Furanbindemittel (L-358) und 25 S Pp^5 ^^{n e}^^nem schweren Mischer während 2 1/2 Minuten gemischt und in einem Kunststoffkübel gestampft. Nach 2 Stunden hatte der Kern durch und durch die Beschaffenheit von Sandstein.

Weitere Versuche wurden in der Stahlgiesserei mit drei Kernen, von denen jeder 12o kg wog, durchgeführt. Die Kerne wurden nach einer halben Stunde aus den Kernkästen genommen. Die mit diesen Kernen hergestellten Gussteile waren ausgezeichnet.

Die Härtungszeit und die vorteilhafteste Menge an Phosphorpentoxid sind abhängig von der genauen Zusammensetzung des Furanbindemittels, der Temperatur und der Korngrösse des Olivinformsands. Wenn z.B. das Verfahren bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, braucht man eine grössere Menge Phosphorpentoxid, um zu der gleichen Härtungszeit zu gelangen.

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zur Herstellung von Giessereikernen und -formen aus

Olivinsand,

dadurch gekennzeichnet, dass der Olivinsand mit einem Furan- bindemittel und Piiosphorpentoxid gemischt wird, worauf dieses Gemisch geformt und bei annähernd Raumtemperatur ausgehärtet

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