DE2316523B2

DE2316523B2 - Verfahren zur Herstellung von abgebundenem feinteiligem feuerfestem Material und ein dafür verwendetes Härtungsmittel

Info

Publication number: DE2316523B2
Application number: DE2316523A
Authority: DE
Inventors: Graham Eastwood Nechells Birmingham Palmer
Original assignee: Foseco International Ltd
Current assignee: Foseco International Ltd
Priority date: 1972-04-04
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1981-07-02
Also published as: GB1403781A; IT980749B; US3881947A; ES413323A1; SE400545B; JPS499424A; FR2179108B1; JPS5143812B2; CA1002073A; DE2316523A1; FR2179108A1

Description

0,1 bisO,8Gew.-%
Rest bis 100Gew.-%

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht veresterte mehrwertige Alkohol und der vollständig veresterte mehrwertige Alkohol im Gewichtsverhältnis von 1 : 12 bis 1 :1 verwendet werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch einen oder mehrere teilweise veresterte mehrwertige Alkohole zusetzt.

8. Härtungsmittel zur Verwendung für das Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 in Form einer Zweikomponenten-Mischung aus einer wäßrigen Alkalisilikat enthaltenden ersten Komponente und einer zweiten Komponente, die einen vollständig veresterten mehrwertigen Alkohol enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente aus einer Mischung aus einem flüssigen mehrwertigen Alkohol und einem vollständig veresterten mehrwertigen Alkohol besteht.

9. Härtungsmittel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste Komponente aus einer Mischung aus Alkalisilikat und einem flüssigen mehrwertigen Alkohol besteht.

10. Härtungsmittel nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente aus einem flüssigen mehrwertigen Alkohol und

einem vollständig veresterten mehrwertigen Alkohol, in einem oder mehreren gemeinsamen Lösungsmitteln für die erste und zweite Komponente besteht.

11. Härtungsmittel nach dem Aspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es als gemeinsames Lösungsmittel Hexylenglykol, Isooctylalkohol und/oder Methylisobutylcarbinol enthält

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines abgebundenen feinteiligen feuerfesten Materials und ein dafür zu verwendendes Härtungsmittel in Form eines Zweikomponenten-Systems. Sie ist insbesondere auf die Herstellung von Sandformen und -kernen in der Gießerei-Industrie anwendbar und wird insbesondere im Zusammenhang mit diesem Gebiet beschrieben. Es ist jedoch zu bemerken, daß die hier beschriebenen Bindemittel auch für die Herstellung abgebundener oder verstückter feinteiliger Materialien auf anderen Gebieten, insbesondere für die Herstellung von verstückten feinteiligen feuerfesten Materialien für die verschiedensten Zwecke wertvoll sind.

Als Bindemittel für feinteilige feuerfeste Materialien wird in großem Umfange wäßriges Natriumsilikat verwendet. Zur Herstellung des abgebundenen oder verstückten Materials wird das Silikat mit dem feinteiligen Material gemischt und dann zur Erhärtung gebracht. In den letzten Jahren wird die Härtung dieser Gemische nach den verschiedensten Methoden vorgenommen. Eine brauchbare Methode ist die Verwendung von Härtemitteln auf Basis von organischen Estern. Die britischen Patentschriften Π 50 541 und 15 60 439 beschreiben verschiedene Härtemittel auf Esterbasis.

Aus der DE-OS 18 10 183 ist ein Verfahren zur Herstellung eines abgebundenen feinteiligen Materials bekannt, bei dem zur Härtung des Wasserglases Glykolester und/oder Glyzerinester bestimmter niederer Fettsäuren verwendet werden.

Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei vielen Härtesystemen auf Esterbasis ist wegen der anfänglichen Unterschiedlichkeit in den verwendeten Estern schwierig zu erreichen. Im ?llgemeinen werden Estergemische, die Teilester, z. B. Teilester von Äthylenglykol oder Glycerin, enthalten, verwendet. Diese Materialien enthalten in den Formen, in denen sie im Handel erhältlich sind, stets mehr als einen Teil Ester und können eine gewisse Menge an vollständig verestertem Material und sogar an nicht verestertem Material enthalten. Diese Schwankungen führen zu stark unterschiedlichem Verhalten, das unerwünscht ist.

Die Verwendung von vollständig veresterten Estern allein war bisher nicht sehr erfolgreich, da die Erhärtungszeiten von Natriumsilikat und Vollestern sehr lang sind und dies in der Praxis untragbar ist. Es wird angenommen, daß dies wenigstens teilweise auf die Unlöslichkeit von vollständig veresterten Estern in den verwendeten wäßrigen Silikaten zurückzuführen ist.

Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von abgebundenem feinteiligem Material, insbesondere abgebundenem feinteiligem feuerfestem Material nach einem Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen größeren Anteil des feinteiligen Materials, wäßriges Alkalisilikat und einen geringeren Anteil eines Härtungsmittels, das aus einem flüssigen mehrwertigen Alkohol, der mit dem Alkalisilikat eine beständige

Lösung zu bilden vermag, und einem vollständig veresterten mehrwertigen Alkohol besteht, mischt.

Es ist zu bemerken, daß sowohl die mehrwertigen Alkohole als auch die vollständig veresterten mehrwertigen Alkohole in hoher Reinheit im Hände! erhältlich · sind, und daß demgemäß die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei Verwendung dieser Materialien sehr gut ist.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung können die verschiedenen Bestandteile zur iu Herstellung des abgebundenen feinteiligen Materials in beliebiger geeigneter Weise gemischt und nach Bedarf geformt werden. Natürlich muß sichergestellt sein, daß die Formgebung beendet ist, bevor eine wesentliche Erhärtung des Silikats durch das Härtemittel stattgefun- : ^r< den hat Besonders bevorzugt wird eine Arbeitsweise, bei der das feinteilige feuerfeste Material, Alkalisilikat und wahlweise ein Teil des mehrwertigen Alkohols homogen gemischt werden und anschließend eine vorher gebildete Lösung des vollständig veresterten :«) mehrwertigen Alkohols und des nicht veresterten mehrwertigen Alkohols zugemischt wird. Hierbei ergeben sich günstige kurze Erhärtungszeiten, und eine zur Handhabung des abgebundenen feinteiligen Materials ausreichende Druckfestigkeit wird sehr schnell >". ausgebildet

Da es möglich ist, daß der mehrwertige Alkohol und der vollständig veresterte mehrwertige Alkohol nicht in allen Mengenverhältnissen bei Umgebungstemperatur vollständig mischbar sind, kann es zweckmäßig sein, w dem Härtemittel ein gemeinsames Lösungsmittel für den mehrwertigen Alkohol und den Ester zuzusetzen. Das gemeinsame Lösungsmittel kann selbst ein mehrwertiger Alkohol, z. B. Hexylengiykol, sein.

Geeignet sind auch beispielsweise Isooctylalkohol r> und Methylisobutylcarbinol. Es ist möglich, ein oder mehrere gemeinsame Lösungsmittel zu verwenden. Durch Verwendung eines gemeinsamen Lösungsmittels ist es möglich, Härtemittel herzustellen, die ein höheres Verhältnis von mehrwertigem Alkohol zu Ester haben, als es normalerweise erzielbar ist. Bei Verwendung eines gemeinsamen Lösungsmittels ist dieses normalerweise in einer Menge bis etwa 15 Gew.-% des Härtergemisches vorhanden.

Wie bereits erwähnt, wird als Bindemittel Natriumsilikat bevorzugt, das in einem weiten Bereich von SiO2/Na2O-Verhältnissen und Feststoffgehalten vorhanden sein kann. Vorzugsweise liegt das SKVNa₂O-Verhältnis bei 2,2 bis 3,5 und der Feststoffgehalt bei 35 bis 55 Gew.-%. Die dam feinteiligen Material zugesetzte Menge der Natriumsilikatlösung kann in Abhängigkeit vom verwendeten feinteiligen Material in weiten Grenzen liegen. Für die Formung von Gießereisand wird ein Anteil zwischen 1 und 5 Gew.-% bevorzugt und ein Anteil vo:; 3 bis 4 Gew.-% besonders bevorzugt.

Als flüssige mehrwertige Alkohole eignen sich beispielsweise Glycerin, Äthyienglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol und andere mehrwertige Alkohole, die aus Kohlenwasserstoff- oder Kohlenwasserstoffätherketten, die zwei oder mehr Hydroxylgruppen enthalten, to bestehen. Kondensationsprodukte von Äthylenoxid können ebenfalls verwendet werden.

Als Ester eignen sich Ester de^r vorstehend genannten mehrwertigen Alkohole, die von Carbonsäuren abgeleitete Estergruppen enthalten. Normalerweise ist die Estergruppe von niederen Fettsäuren, z. B. Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure, abgeleitet.

Die verwendete Menge des Härtemittels kann in sehr weiten Grenzen liegen, beträgt jedoch im allgemeinen 5 bis 20 Gew.-% des verwendeten wäßrigen Alkalisilikats. Beispielsweise beträgt die zugesetzte Menge bei Gießerei-Formsand vorzugsweise 0,1 bis 0,8 Gew.-% der gesamten Formsandmasse. Das Gewichtsverhältnis von mehl wertigem Alkohol zu vollständig verestertem Alkohol im Härtemittelgemisch beträgt vorzugsweise 1 :12 bis 1 : 1.

Außer dem mehrwertigen Alkohol und dem vollständig verestern mehrwertigen Alkohol kann das Härtemittel einen Anteil an einem oder mehreren teilweise veresterten mehrwertigen Alkoholen, z. B. Glycerindiacetat und Äthylenglykolmonoacetat, enthalten. Das Härtemittel kann ferner mehrere mehrwertige Alkohole und/oder mehrere vollständig veresterte mehrwertige Alkohole enthalten.

Die Erfindung umfaßt nicht nur das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung von abgebundenen feinteiligen Materialien, sondern auch Zusatzstoffe für die Verwendung bei diesem Verfahren, insbesondere Zweikomponentenzusätze, die als erste Komponente das wäßrige Alkalisilikat oder ein Gemisch von wäßrigem Alkalisilikat mit einem flüssigen mehrwertigen Alkohol und als zweite, getrennt verpackte Komponente ein Gemisch eines flüssigen mehrwertigen Alkohols und eines vollständig veresterten mehrwertigen Alkohols und wahlweise ein gemeinsames Lösungsmittel für den mehrwertigen Alkohol und den Ester enthalten.

Beispiel 1

Ein Gemisch wurde aus folgenden Bestandteilen (in Gew.-%) hergestellt:

Wäßriges Natriumsilikat

(SiO₂: Na₂O-Verhältnis

2,50; 43,5% Feststoffe) 3,5%

Äthylenglykoldiacetat 0,35%

Äthyienglykol 0,030%

Sand (Korngröße 250-297 μηι)

an 100% fehlende Menge

Diese Bestandteile wurden gemischt und der Erhärtung bei 2O⁰C überlassen. Eine Gebrauchsfähigkeit von 90 min und eine endgültige Druckfestigkeit von 32,43 bar nach 24 h wurden gefunden.

Beispiel 2

Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt, jedoch unter Verwendung von 0,143% Äthyienglykol anstelle von 0,030% des in Beispiel 1 verwendeten Äthylenglykols. Das Gemisch hatte eine Gebrauchsdauer von 17 min bei 20° C. Die Prüfstücke hatten eine endgültige Druckfestigkeit von 39,5 bar nach 24 h. 1,5 h nach dem Mischen betrug die Druckfestigkeit 21,3 bar. Dies ist eine besonders günstige Ausbildung der Druckfestigkeit, die frühzeitiges Abstreifen der gebildeten Formkörper in der Praxis ermöglicht.

Beispiel 3

Eine Gießereisandmasse wurde aus folgenden Bestandteilen (in Gew.-%) hergestellt:

Wäßriges Natriumsilikat
(SiO₂ : Na₂O-Verhältnis
2,50 : 1; 43,6% Feststoffe)
Äthylenglykoldiacetat
Äthyienglykol

3,5%

0,40%

0,11%

Hexylenglykol

Sand (Korngröße 250-297 μπι)

in 100% fehlende Menge

0.046%

Die Bestandteile wurden gemischt und der Härtung sei 20° C überlassen. Eine Gebrauchsdauer von 15 min jnd eine endgültige Druckfestigkeit von 39,5 bar nach 24 h wurden gefunden. 1,5 h nach dem Mischen betrug die Druckfestigkeit 21,3 bar.

Beispiel 4

Eine Gießereisandmasse wurde unter Verwendung eines Zweikomponentenzusatzes hergestellt. Die erste Komponente (Packung A) bestand aus wäßrigem Natriumsilikat mit einem S1O2 : NazO-Verhältnis von

2,5 : 1 und einem Feststoffgehalt von 43,6 Gew.-%. Die zweite Komponente (Packung B) bestand aus einem Gemisch von 78 Gew.-% Äthylenglykoldiacetat, 15,6 Gew.-% Äthylenglykol und 6,4 Gew.-% Hexylenglykol. Der Gießereisand hatte die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%):

Packung A 3,50%

Packung B 0,47%

Sand (Korngröße 250—295 μηι)

Rest bis 100%

Das Gemisch wurde der Härtung bei 23,5° C überlassen. Eine Gebrauchsdauer von 25 min und eine endgültige Druckfestigkeit von 42,6 bar nach 24 h wurden festgestellt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines abgebundenen feinteiiigen feuerfesten Materials, wobei ein größerer Anteil des feinteüigen feuerfesten Materials, wäßriges Alkalisilikat und ein geringerer Anteil eines Härtemittels in Form eines vollständig veresterten mehrwertigen Alkoholesters gemischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Härtemittel verwendet wird, das neben dem vollständig veresterten mehrwertigen Alkohol einen flüssigen mehrwertigen Alkohol enthält, der mit dem Alkalisilikat eine beständige Lösung zu bilden vermag.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das feinteilige feuerfeste Material und das Alkalisilikat zuerst homogen mischt und dann eine vorher gebildete Lösung des vollständig veresterten mehrwertigen Alkohols und des nicht veresterten mehrwertigen Alkohols zumischt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Gemisch ein oder mehrere gemeinsame Lösungsmittel für den vollständig veresterten mehrwertigen Alkohol und den nicht veresterten mehrwertigen Alkohol zusetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als gemeinsames Lösungsmittel Hexylenglykol, Isooctylalkohol oder Methylisobutylcarbinol verwendet.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus folgenden Bestandteilen hergestellt wird:

Alkalisilikat
Gemisch von nicht-verestertem mehrwertigem
Alkohol und vollständig
verestertem mehrwertigem Alkohol
feinteiliges feuerfestes Material

1 bis5Gew.-°/o