DE2217651A1 - Selbsthaertendes formgemisch fuer giessformen und kerne - Google Patents

Description

• SELBSTHÄRTENDES FORMGEMISCH FÜR GIEßFORMEN UND KERNE Die erfindung bezieht sich auI das Gebiet des Gießereiwesens und genauer auf selbsthärtende Formgemische zum Herstellen von Gießformen und Kernen.
• Es wird zum Herstellen von Gießformen und Kernen weitgehend ein selbsthärtendes Gemisch verwendet, welches Formsand, Natriumsilikat und Kalziumorthosilikat enthält. Dieses Gemisch erhärtet infolge des Zusammenwirkens von Natriumsilikat und Kalziumorthosilikat, wobei feste Kerne und Formen erhalten werden (s. beispielsweise (###### ###1342529). Das Gemisch wird erfolgreich verwendet, doch entstehen hierbei gewisse Schwierigkeiten: Das Herausschlagen der Kerne aus den Gußstücken ist schwierig, die erhärteten Formen und Kerne sind spröde und das Rgeln der Erhärtungsgeschwindigkeit ist kompliziert.
• Es wurue, um diese Schierigkeiten zu überwinden, ein selbsthärtendes Formgemisch zum Herstellen von Kernen und Formen entwickelt, das zerkleinerten Feuerfeststoff, Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen, Zement und saueres Wasser, das durch die Holzstoffpyrolyse in Gaserzeugeranlagen erhalten wird, enthält. Um ein flüssiges Gemisch zu erhalten, wird ein schaumbildendes Agens in das Gemisch eingeführt (s. beispielsweise 52346 Es treten jedoch beim Verwenden dieses Gemisches ebenfalls Schwierigkeiten auf: Die Erhärtungsgeschwindigkeit der hergestellten Formen und kerne ist gering (das Erhärten dauert 5...12 Stunden) und die Festigkeit, weiche 1 Stunde nach der Herstellung #nicht# 0,6 kp/cm² überschreitet, ist niedrig.
• Es ist zum Herstellen von Gießformen und Kernen auch die Verwendung eines Formgemischs allgemein bekamt, welches zerkleinerten Feuerfeststoff, als Bindemittel Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen, als Härter eine Verbindung sechswertigen Chroms, einen Schaumbildner und Wasser enthält.
• Die Schwierigkeiten, welche beim Verwenden des erwähnten Gemisches entstehen, sind in erster Linie mit der geringen Gasdurchlässigkeit der aus diesen Gemisch hergestellte Formen und Kerne verbunuen. Deshalb müssen letztere im Laule von 1,5...2 Stunden bei einer Temperatur von 150...200°C getrocknet werden.
• Außerdem ist die als Härter verwendete Verbindung sechswertigen Chroms giftig und ihr Gebrauch erfordert grobe Vorsieht.
• Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die erwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen oder wenigstens zu vermindern.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches selbsthärtendes Formgemisch zum Herstellen von Gießformen und Kernen zu schaffen, welches wesentlich höhere physikalisch-mechanische Eigenschaften der erwähnten Formen und Kerne und größere Erhärtungsgeschwindigkeit der letzteren gewährleistet. Außerdem ist es zweckmäßig, den aus dem Verdichten der Gießformen und Kerne bestehenden Arbeitsgang e beim Herstellen derselben zu eliminier/n.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß beim Formgemisch, welches Formsand und als Bindemittel Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen enthält, als härter eine Masse verwendet wird, welche Alkalimetallaluminat enthält.
• Infolge der Reaktion, die zwischen dem Lignosulfonat und dem Alkalimetallaluminat verläuft, entstehen Gießformen und Kerne, die eine hohe Festigkeit besitzen. Hierbei wird die Geschwindigkeit des Erhärtungsprozesses bedeutend vergrößert.
• Es ist zweckmäßig, bei einer Ausführungsvariante der Erfindung Alkalimetallaluminat in einer Menge von 0,5...5,0 Gew.% des Formsands zu verwenden. Durch eine solche Menge wird die höchstmögliche Festigkeit der Gießformen und der Kerne gewährleistet. Zweckmäßigerweise wird als erwähnte Nasse eine solche gewählt, die Natriumaluminat enthält. Derartige Massen werden am häufigsten in der Industrie angewendet. So wird vorzugsweise als Nasse, die Alkalimetallaluminat enthällt, ein Zwischenprodukt bei der Tonerdegewinnung aus B-auxit- oder Nephelinerz verwendet.
• Dieses Produkt wird durch Sintern bei einer Temperatur von 1200°C des Bauxit- oder Nephelinerzes gewonnen, welches mit Soda und Kalkstein durchgemischt wird. Dann wird das gewonnene Produkt, welches weiterhin in der Beschreibung "Sinterbauxit" beziehungsweise "Sinternephelin" genannt will, gekühlt und bis zu einer Korngröße von 0,3...1 mm zermahlen.
• Eine solche Korngröße wird vorzugsweise beim Verfahren zum Herstellen von Gießformen und Kernen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
• Die folgende Tafel enthält die chemische und die mineralogische Zusammensetzung der Sinter.
• Tafel Sinter- Chemische Zusammensetzung in Gew.% bezeichnung SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO Na2O Sinterbauxit 10-12 29-31 810-11 20-22 21-25 Sinternephelin 24-26 15-17 2-3 43-46 5-10 Mineralogische Zusammensetzung in Gew.% Kalziumorthosilikat Natriumaluminat Natriumferrit Sinterbauxit 40-45 30-45 8-17 Sint ernephelin 70-80 10-25 2-8 Beim Verwenden dieser Sinter hängt die Festigkeit des e Gemisch/s und seine Erhärtungsgeschwindigkeit von der Menge des in ihnen enthaltenen Natriumaluminats ab. Es ist verständlich daß, je höher der Gehalt an Natriumaluminat in den Sintern ist, um so höher werden die Festigkeit und die Erhärtungsgeschwindigkeit des Gemisches.
• Die Sintelmenge, welche in das Gemisch einzuführen ist um die erforderliche Festigkeit und Erhärtungsgeschwindigkeit der Formen und der Kerne zu erhalten, ist gleich 3 bis 10 Gewichtsteilen, daniit der Natriumaluminatgehalt im Gemisch 0,5 bis 50 Gew.% des Formsands beträgt.
• Erfindungsgemäß dient als Bindemittel Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen. Die all weitesten verbreitete Masse, welche itatrium- Kalzium- oder Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen enthält, ist das Abfallprodukt, welches bei der Zellulosengewinnung aus Holzstoff nach dem Sulfitverfahren erhal-ten wird. ileiterhin wird dieses Abfallprodukt in der Beschreibung "Sulfitalkoholschlempe" genannt.
• Der größte Effekt wird erzielt, wenn der Lignosulfonatgehalt im Gemisch im bereich zwischen n und 5 Gew.% des Formsandes liegt.
• Die Sulfitalkoholschlempe, welche bei dem erfindungsgemäßen Gemisch verwendet wird, wird von der Industrie in flüssiger Form oder in Form von trockenen Konzentraten mit einem Lignosulfonatengehalt im Bereich von 45 bis 9</ Gew.% geliefert. Je höher der Lignosulfonatgehalt in der Sulfitalkoholschlempe ist, eine um so geringere Menge derselben ist in der Zusammensetzung des Gemisches erforderlich, um dieselben Festigkeitskennwerte der Gießformen und der Kerne zu erreichen. Der Lignosulfonatengehalt in der flüssigen Sulfitalkoholschlempe kann durch deren Wichts gekennzeichnet werden. Bei einem der vorliegenuen Erfindung entsprechenden Gemisch wird üblicherweise eine wässerige Sulfitalkoholschlempelösung mit einer Wichte von 1,10...1,27 g/cm3 verwendet, in der der Lignosulfonatengehalt 25 bis 55 Gew.% beträgt und deren Menge einem Lignosulfonatgehalt im Gemisch im Bereich von 1 bis 5 Gew.% des Formsands entspricht.
• Nachstehend werden einige Ausführungsbeispiele wer Erfindung unter Verwendung von Sulfitalkoholschlempe als Lignosulfonat angeführt. Hierbei ist zu beachten, daß die Erfindung nicht durch die Verwendung nur dieser, Lignosulfonat enthaltenuen Masse begrenzt wird.
• Beispiel 1 100 Gewichtsteile Quarzsand werden mit 4,0 Gewichtsteilen Sulfitalkoholschlempe mit einer Wichte von 1,24...1,26 g/cm3, die 48 beziehungsweise 52 Gew.% Lignosulfonat enthält, und mit 2,0 Gewichtsteilen Wasser im Laufe von 1,5...2,0 min gemischt. Dann werden in das Gemisch 2,5 Gewichtsteiie Sinterbauxit eingeführt, der 40 Gew.% Natriumaluminat entlang hält, und das Gemisch wird noch 0,5...2,0 min. durchgemischt.
• Das zubereitete Gemisch wird in den Kern-oder den Formkasten gegossen und nach einem bekannten Verfahren wird der Kern oder die Yorm hergestellt. Danach erhärten die @rm und der Kern an der Luft.
• Die Druckfestigkeit (in kp/cm²) des Gemisches beträgt: - nach dem Erhärten im Laufe von 1 Stunde - 4,5, - nach dem Erhärten irn Laufe von 3 Stunden - 6,5 und - nach deni Erhärten im Laufe von 24 Stunden - 9,0.
• Eine zusätzliche Festigkeitserhöhung der Formen und Kerne wird durch das Einführen in die Zusammensetzung des Härters eines bekannten Zuschlags, welcher das Wasser im Gemisch binuet, erreicht.
• Ein geeigneter Zuschlag besteht aus Ton, betonit, Zeinent oder Gips, die in einer Menge von 0,5...9 Gew.% ues F ormsand s eingeführt werden.
• beispiel 2 100 Gewichtsteile Quarzsand werden mit 4,0 Gewichtsteilen Sulfitalkoholschlempe mit einer Wichte von 1,24...1,26 g/cm3, die 48 beziehungsweise 52 Gew.%. Lignosulfonat enthält, und mit 2,0 Gewichtsteilen Wasser im Laufe von 1...2 min gemischt. Dann werden in das Gemisch 2,5 Gewichtsteile Sinterbauxit eingeführt, der 40 Gew.% Natriumaluminat und 1,5 Gewichtsteile Zement enthält, und das Gemisch wird im Laufe von 2...3 min durchgemischt.
• Die aus diesem Gemisch nach dem bekannten Verfahren hergestellten Formen und Kerne besitzen nach der Erhärtung an der Luft eine Druckfestigkeit (in kp/cm²) von: 5,5 nach Ablauf von 1 Stunde, 7,0 nach Ablauf von 3 Stunden und 10,5 nach Ablauf von 24 Stunden.
• Das Verfahren zum Erhärten aes Bindemittels aus Alkali-Metall-Erdalkalimetall- oder Ammoniumlignosulfonat oder einem Gemisch aus ihnen ist besonders wichtig für das flüssige Formgemisch, welches als Zuschlag zum Formsand, zum erwähnten Lignosulfonat und zur Masse, die Alkalimetallaluminat enthält, ein schaumbildendes Agens in einer Menge enthält, die ausreicht, um das Gemisch in den flüssigen Zustand zu überführen.
• Die Menge des schaumbildenden Agens befindet sich im bereich von 0,4 bis 1 Gew.% des Formsades.
• Als Schaumbildner können bei dem Gemisch anionische, kationische und nicht ionogene oberflächenaktive Stoffe verwendet werden. Solche Stoffe können Alkylarylsulfonase, Alkylsulfonate, primäre und sekundäre Alkylsulfate, Oxyäthylierungsprodukte von Alkoholen, Phenolen, Aminen und Quartärammoniumverbindungen der langkettigen aliphatischen Amine sein.
• Der geeignetste Schaumbildner ist ein oberflächenaktiver Stoff vom anionischen Typ wie Natriumalkylarylsulfonat, welches das Erhalten eines flüssigen Gemisches sicherstellt, fähig- die das hohe Fließ- keit und erforderliche Beständigkeit des ochaums im Geuiisch besitzt, d.h. imstanue ist, die Beweglichkeit während einer Zeitspanne beizubehaltenm die zum Ausgießen des Gemisches in die Kern- und die Formkästen ere s forderlich ist. Ein Vorteil des flüssigen Gemisches ist \eine fähighohe Fließ- keit, welche die üblichen bekannten Verfahren zum Verdichten des Gemisches beim Herstellen von Formen und Kernen überflüssig macht und an ihrer Stelle das Eingießen des Gemsiches in die Kernkästen und auf die Modelle ermöglicht.
• Es ist zu beachten, daß Alkalimetall-, Erdalkalimetall-, oder Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen, das als Bindemittel beim herstellen der Formen und Kerne verwendet wird, gemäß der Erfindung eine gewisse Schaumbildungsfähigkeit besitzt. Daher kann beim intensiven Durchmischen des Gemisches während seines Herstellungsprofähigzesses dem Gemisch eine höhere Fließ- keit erteilt werden.
• Beim Verwenden dieses Bindemittels kann besonders leicht ein flüssiges Gemisch beim Zuschlagen einer unbedeutenden Menge des schaumbildenden Agens erhalten werden.
• Beispiel 3 Das flüssige Gemisch kann durch Mischen von lGO Gewichtsteileen Quarzsand, 4,0 Gewichtsteilen Sulfitalkoholschlempe mit einer Wichte von 1,24...1,26 g/cm ³ bei einem Lignosulfonatgehalt von 48 beziehungsweise 52 Gew.%, 0,6 Gewichtsteilen Natriumalkylarylsulfonat und 2,0 Gewichtsteilen Wasser im Laufe von )...4 min. aufbereitet werden.
• Nach dea Übergang des Gemisches in den flüssigen Zustand werten 2,5 Gewichtsteile Sinterbauxit zugesetzt, der 40 Gew.% Natriumaluminat enthält. Dann wird das Genisch in die Kern- und die Formkästen gegossen, wonach man es an der Luft erhärten läßt.
• Das flüssige Gemisch hat eine Lebensfähigkeit von 4...10 min, d.h. es befindet sich während dieser Zeit im flüssigen Zustand. Das Gemisch besitzt infolge seiner erhöht,en Porosität eine hohe Gasdurchlässigkeit, die im Bereich von 200...300 Einheiten liegt.
• Die Druckfestigkeit der Kerne und der Formen (in kp/cm2) beträgt: - nach Ablauf von 1 Stunde nach dem Aufbereiten - 3,0, - nach Ablauf von 3 Stunden - 5,0 und - nach Ablauf von 24 Stunden - 7,0.
• Gemäß der Erfindung wird zum Erhöhen der Endfestigkeit der Kerne in das ioragemisch zusätzlich harnstoff eingeführt.
• Die besten Resultate werden beim Einführen einer Harne stoffmenge von 0,8 bis 2,0 Gew.% des Formsand/s erhalten.
• Es wurde festgestellt, daß beim Verwenden von ilarnstoff zum Erhöhen der Festigkeit von Formen und Kernen, die aus einem flüssigen selbshärtenden Gemisch, das einen Schaumbildner enthält, hergestellt sind, #bedeutend# die Gemischfeuchtigkeit #-# gesenkt und die Menge des in das Gemisch eingeführten Wassers um 1,0...2,0 Gew.% des Formsandes vermindert werden kann.
• Beispiel 4 100 Gewichtsteile Quarzsand werden mit 4,0 Gewichtsteilen Sulfitalkoholschlempe mit einer Wichte von 1,24...1,26 g/cm3, die 48 beziehungsweise 52 Gew.% Lignosulfonat enthält, gemischt. In letzteres wird zuvor 1,0 Gewichtsteil Wasser eingeführt und in ihm werden 0,8 Gewichtsteile pulverförmigen Harnstoffes aufgelöst.
• Nach Ablauf von 1,5...2 min werden 2,5 Gewichtsteile Sinterbauxit, der 40 Gew.% Natriumaluminat enthält, zugesetzt.
• Die aus diesem Gemisch hergestellten Formen und Kerne besaßen folgende Druckfestigkeit (in kp/cm²): - nach den Erhärten an der Luft im Laufe von 1 Stunde - 3,5, im Laufe von 3 Stunden - 7,0 und im Laufe von 24 Stunden - 13,5.
• Beispiel 5 Zum Aufbereiten eines flüssigen Gemisches werden in die im Beispiel 4 angeführte Zusammensetzung zusätzlich 0,6 Gewichtsteile eines Schaumbildners und zwar Natriumalkylarylsulfonat eingeführt. Nach dem Übergehen des Gemisches in den flüssigen Zustand werden 2,5 Gewichtsteile eines Härters und zwar Sinterbauxit , der 40 Gew.% Natriumaluminat enthält, zugegeben.
• Dieses Gemisch gewährleistet folgende Druckfestigkeit der Formen und Kerne (in kp/cm²): - nach Ablauf einer Haltezeit an der Luft von 1 Stunde - 3,G, von 3 Stunde- 6,5 und von 24 Stunden - 12,0.
• Wesentliche Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Festigkeit der Gießformen und Kerne auf was 1,5...2"ache beim gleichzeitigen Vergrößern der Erhär -tungsgeschwindigkeit auf das 2fache erhöht wird.
• Kerne, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, können leicht aus den Gußstücken ausgeschlagen werden.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE

1. Selbsthärtends Formgemisch zum Herstellen von Gießformen und Kernen, welches Formsand, als Bindemittel Alkalimetall-, Erdalkalimetall-, Ammoniumlignosulfonat oder ein Gemisch aus ihnen und einen Härter enthält, u a d u r c h g e k e n n Z e i c h n e t , daß als IlärUcr eine M tasse verwendet wird, welche Alkalimetallaluminat enthält.

2. Gemisch nach Anspruch 1, u a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e -t , daß das Alkalimetallaluminat in einer Menge von 0,5-5,0 Gew.% des Formsandes verwendet wird.

3. Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Alkalimetallaluminat aus Natriumaluminat besteht.

4. Gemisch nach einem der Ansprüche 1...3, u a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , aaß die Alkalimetallaluminat enthaltende Masse aus Sinterbauxit besteht.

5. Gemisch nach einem der Ansprüche 1...3, ei a d u r c h g e k e n n z e i c n n e t , daß die Alkalimetallaluminat enthaltende Masse aus Sinternephelin besteht.

6. Gemisch nach einem der Ansprüche 1...5, a a d u r c h 6 e k e n n z e i c h n e t , daß das Lignosulfonat aus Sulfitalkoholschlempe besteht.

7. Gemisch nach einem der Ansprüche 1...6, d a d u r c i g e k e n n z e i c h n e t , daß das Lignosulfonat in einer Menge von 1 bis 5 Gew.% des Formsandes verwendet wird.

8. Gemisch nach einem der Ansprüche 1...7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es zusätzlich einen das Wasser bindenden Zuschlag in einer Menge von 0,5 bis 5,0 Gew.% des Formsandes enthält.

9. Gemisch nach Anspruch 8, d a a d u r c h g e -k e n n z e i c n n e t , daß der das Wasser bindende Zuschlag aus Zement besteht.

10. Gemisch nach einem der Ansprüche 1...9, d a CL u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es zusätzlich Harnstoff in einer Menge von 0,8 bis 2 Gew.% des e Formsand/s enthält.

11. Gemisch nach einem der Ansprüche 1...10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß es zusätzlich einen Schaumbildner in einer Menge von 0,4 bis 1 Gew.% des Formsandes enthält.

12. Gemisch nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Schaumbildner Natriumalkylarylsulfonat verwendet wird.