DE2407344A1 - Verfahren zur herstellung von giessereiformen und -kernen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von giessereiformen und -kernenInfo
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Description
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Dr. E. Boettner
Dipl.-Ing. H.-J. Müller
Dr. E. Boettner
Dipl.-Ing. H.-J. Müller
Dr. Th. Berendt
D8 München SO
fo. 38, Tel. 47 Sl 55
D8 München SO
fo. 38, Tel. 47 Sl 55
The White Sea & Baltic Company Limited,
Patman House, George Lane, South Woodford, London, El8 2SA,
Großbritannien
Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen
Eine bunte Vielfalt von Bindemitteln ist bisher zum Binden von Gießereisand-Partikeln zwecks Herstellung von
Gießereiformen und -kernen verwendet worden, und ebenso haben mannigfaltige Katalysatoren zum Aushärten der Bindemittel
Anwendung gefunden. In der USA-Patentschrift 3 145
ist die Verwendung von gasförmigen Katalysatoren bei organischen Bindern vorgeschlagen worden, und es sind ihnen
gewisse technische Vorzüge zugeschrieben worden; macht man von ihnen Gebrauch, so kann das Gemisch aus Sand und Bindemittel
in den Kern- oder Formkasten gegeben und der gasförmige Katalysator dann durch das Gemisch hindurchgeleitet
werden. Die gasförmigen Katalysatoren, die sich für eine Verwendung mit organischen Bindemitteln eignen, sind stark
saure Gase, z.B. Chlorwasserstoff.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Gießereiform oder ein Kern gemäß einer Methode hergestellt, die darin
besteht, daß man ein Gemisch aus Gießereisand und einem
durch Anwendung eines sauren Katalysators härtbaren Bin- · der in einen Kern- oder Formkasten füllt, man danach ein
saures Gas durch das Gemisch hindurchleitet und hierdurch das Erhärten des Bindemittels herbeiführt, man dann den
Kern oder die Form aus dem Kasten herausnimmt und auf die Kern- oder Formoberfläche eine Masse aufbringt, die aus
einem Material besteht, welches die sauren Gase zu neutralisieren vermag oder diese Gase adsorbiert.
In der USA-Patentschrift 3 145 4^8 wird darauf hingewiesen,
daß die gasförmigen sauren Katalysatoren mit dem Nachteil verbunden sind, daß sie zu ernsten Gesundheitsschäden
Anlaß geben können und Korrosionsschaden verursachen,
da die Temperatur des flüssigen Metalls beim Gießen ein schnelles Freisetzen des gasförmigen Katalysators, der in
dem Kern oder der Form eingeschlossen ist, auslöst. Wie die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt haben,
neigen die sauren Gase sogar unter den normalen Bedingungen der umgebenden Atmosphäre dazu, sich aus dem
begasten Kern bzw. der begasten Form zu verflüchtigen,
wenn diese erst einmal aus dem Kasten herausgenommen worden sind.
Die sauren Gase bringen die Bindemittel auf katalytischem Wege zum Erhärten bzw. Abbinden, und die Gasmenge, die
theoretisch erforderlich ist,.um das pH auf einen Wert zu
erniedrigen, der niedrig genug ist, um ein angemessenes Erhärten sicherzustellen, ist sehr klein. Da jedoch der
Binder vor dem Erhärten als eine sehr dünne flüssige Schicht
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in einer großen Volumenmenge von Sandpartikeln dispergiert ist, wird in der Praxis mehr Gas benötigt, als der theoretischen
Menge entspricht, um eine vorgegebene Herabsetzung des pH des Bindemittels herbeizuführen. Die im praktischen
Betrieb erforderliche Gasmenge kann jedoch leicht durch einfache Vorversuche ermittelt werden. Die zur Anwendung
gelangende Gasmenge kann in der Praxis durch die Zeitdauer, innerhalb der ein Ventil, durch welches man ein
derartiges Gas aus einem Behälter in das Gemisch in dem Kasten einströmen laBt^reguIiert werden. Zu den wichtigen
Faktoren, welche die Menge des benötigten Gases beeinflussen und damit auch von Einfluß sind auf die Länge
der Zeit, in der man das Ventil geöffnet halten muß, gehören für ein bestimmtes Gas, einen bestimmten Binder und
ein bestimmtes Verhältnis von Binder zu Gießereisand der Druck, unter dem das Gas dem Kasten zugeführt wird, die
Temperatur, die Größe und die Gestalt des Kerns oder der Form und die Permeabilität des Gemisches in dem Kasten.
Das Einführen des sauren Gases in das Gemisch kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann das Gas einfach unter
einem überatmosphärischen Druck aus einem Behälter eingepreßt werden, oder es kann unter im wesentlichen
Atmosphärendruck zugeführt und durch Anlegen eines Vakuums in das Gemisch hineingesaugt und durch einen am Kernoder
Formkasten angebrachten Auslaß abgesaugt werden. Jede dieser Arbeitsweisen kann weiter dadurch modifiziert werden,
daß man zunächst das saure Gas in einer solchen Weise zuführt, daß es anfänglich nicht in dem im Kasten befindlichen
Gemisch dispergiert ist, und man dann Luft zuführt - sei es unter Druck oder durch Anlegen eines Vakuums und
Absaugen in einen am Formkasten angebrachten Auslaß -, um
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das saure Gas im gesamten Gemisch zu verteilen. Diese ■Modifikation kann von technischer Bedeutung sein, wenn
man eine gleichmäßige Verteilung des sauren Gases in dem Gemisch sicherstellen will, ohne eine größere Menge des
sauren Gases, als sie für das Härten benötigt wird, verwenden zu müssen. Die Vakuummethode ist von einiger Bedeutung,
da mit ihrer Hilfe jede Gefahr eines Entweichens des schädlichen sauren Gases in die Atmosphäre während der Begasungs-Prozedur
unterbunden wird.
Die bestimmte Begasungsprozedur, deren man sich bedient, ist - wie gefunden wurde - von Einfluß auf die Menge Gas,
die benötigt wird. So wurde festgestellt, daß in einem bestimmten Fall z.B. Chlorwasserstoffgas unter einem Druck
von 1,41 kg/cm (20 lbs per square inch) 5 Sekunden lang
zugeführt werden mußte, um eine vollständige Härtung zu erzielen, wohingegen dann, wenn in einem Vergleichsversuch
das Gas unter dem gleichen Druck nur 1 1/2 bis 2 Sekunden lang zugeführt worden war, danach aber Luft unter
einem Druck von 1,41 bis 2,11 kg/cm (20 - J>0 lbs per
square inch) 5 Sekunden lang eingeblasen wurde, ebenfalls eine vollständige Härtung eintrat. Bei einem derartigen
Test, zu dem Chlorwasserstoffgas und anschließend Preßluft verwendet worden war, wurde festgestellt, daß die
Gasprobe 0,3 Gew.-% Chlorwasserstoff enthielt. Die so behandelte Probe wurde an der offenen Luft bei einer Temperatur
von 8°C und einer relativen Feuchtigkeit von 60 % liegengelassen, und aus ihr wurde, wie beobachtet werden
konnte, 8o Minuten lang Chlorwasserstoff in Freiheit gesetzt, wie mittels Lackmuspapier, das in einer Entfernung
von 25,4 mm über die Probe gehalten wurde, festgestellt wurde.
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Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Gefahren, die mit der Verwendung von gasförmigen
sauren Katalysatoren verbunden sind, dadurch vermieden bzw. auf ein minimales Maß gebracht, daß die sauren Gase
- läßt man sie beim Gießen oder vor dem Gießen ausströmen zumindest teilweise von dem neutralisierenden oder adsorbierenden
Material neutralisiert oder absorbiert werden.
Zu den in Frage kommenden neutralisierenden Materialien gehören in der Regel anorganische Materialien, wie Metalloxyde
oder -hydroxyde z.B. des Bariums, Calciums, Natriums und Kaliums, Carbonate z.B. des Bariums, Calciums, Natriums
und Kaliums, sowie gewisse Silikate z.B. des Natriums und Kaliums. Diese Materialien können in Lösung
oder in Suspension aufgebracht werden, und zu den geeigneten Lösungsmitteln oder Suspensionsmedien gehören Wasser,
Alkohole, wie Isopropylalkohol, und Gemische derselben.
Mit gewissen neutralisierenden Materialien kann das Gas ein hygroskopisches Salz bilden, z.B. mit Calciumchlorid
oder Natriumsulfit. Dies kann unschädlich sein, falls beispielsweise der Kern unmittelbar nach seiner Herstellung
verwendet wird und die Form nicht aus grünem Sand, also magerem Formsand, d.h. einem aus Gießereisand, Lehm
und einer verhältnismäßig großen Wassermenge bestehenden Gemisch, hergestellt worden ist. In den Fällen, in denen
die Anwesenheit von hygroskopischen Salzen unerwünscht ist, kann deren Bildung durch Auswahl eines zweckentsprechenden
neutralisierenden Materials, wie z.B. Kalium-' oder Bariumhydroxyd - besser als Calciumhydroxyd -, bei
Verwendung von Chlorwasserstoffgas unterbunden werden.
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Anstelle eines neutralisierenden Materials oder zusätzlich zu einem solchen Material kann ein adsorbierendes
Material verwendet werden. In Frage kommen hierfür Aktivkohle und Silicagel. Diese Materialien können in Suspension
aufgebracht werden, und zu den geeigneten Suspensionsmedien gehören die gleichen, die oben in Verbindung
mit den neutralisierenden Materialien angeführt worden sind. Wird eine Masse verwendet, die sowohl aus einem
neutralisierenden Material als auch aus einem adsorbierenden Material besteht, so kann das erstgenannte Material
in Suspension oder Lösung vorliegen, während das letztgenannte Material in Form einer Suspension vorliegt.
Die Menge des neutralisierenden Materials und bzw. oder adsorbierenden Materials, die benötigt wird, kann leicht
durch einen einfachen Vorversuch ermittelt werden; da ein Teil des sauren Gases im Innern des Kerns oder der
Form selbst beim Gießen verbleibt, braucht nicht die Gesamtmenge des vorhandenen sauren Gases zwecks Verhinderung
der gesundheitlichen Schaden oder der Korrosionsschäden neutralisiert oder adsorbiert zu werden. Wie oben bereits
erwähnt, kann das neutralisierende Material, und bzw. oder adsorbierende Material in Form einer flüssigen Masse aufgebracht
werden, und diese enthält für gewöhnlich JJO bis
50 Gewichtsprozent Feststoffe. Die flüssigen Massen können durch Aufspritzen oder Aufstreichen oder Aufwischen
aufgebracht werden; im Falle des Aufspritzens ist es zweckmäßig, stärker verdünnte Suspensionen oder Lösungen zu verwenden,
als sie bei den anderen Methoden des Aufbringens der Massen zur Anwendung kommen.
Die aufgebrachten flüssigen Massen enthalten empfehlenswerterweise
ein Harz, das in einem organischen Lösungsmittel,
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z.B. einem ±i der Masse vorhandenen Alkohol, löslich ist.
Zu den geeigneten Harzen gehören Esterharze und andere Harze, wie sie in der Anstrichfarben-Industrie verwendet
werden. Wie gefunden wurde, ist die Mitverwendung solcher Harze deshalb von Vorteil, weil sie die Haftfestigkeit
der auf die Kern- oder Porm-Oberflache aufgebrachten Materialien
verstärken. Dieser Vorteil ist besonders signifikant, wenn das aufgebrachte Material ein adsorbierendes
Material enthält.
Enthalten die verwendeten flüssigen Massen Wasser, dann ist es empfehlenswert, nach dem Aufbringen der Masse Wärme
anzuwenden, um zumindest einen Teil des Wassers abzutreiben. Die Wärme kann durch Verwendung eines Schweißbrenners
oder einer Lötlampe oder durch einen Heizofen, der über dem Kern bzw. der Form angebracht ist, geliefert werden.
Besteht die aufgebrachte Masse aus einer Suspension, so ist es im allgemeinen empfehlenswert, ein das Absetzen
verhinderndes Mittel einzuarbeiten, um der Suspension die erforderliche Stabilität zu verleihen. Es können den Massen
auch andere Materialien einverleibt werden, z.B. Graphit oder eine mineralische Formschwärze, die ein ähnliches Verhalten
wie Graphit zeigt.
Die besondere Natur des Binders, der bei der Herstellung der Kerne oder Formen nach der Lehre der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, ist nicht von kritischer Bedeutung bei der Erfindung, natürlich mit Ausnahme des Umstandes,
daß die mit der Erfindung verbundenen Vorteile nur auftreten, wenn der verwendete Binder zu jenem Typ gehört, der
durch einen sauren Katalysator härtbar ist. Derartige Binde-
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mittel sind für gewöhnlich organische Binder, und es sind zahlreiche Harze bekannt, die für diesen Zweck geeignet
und mittels saurer Katalysatoren härtbar sind. Besonders zufriedenstellende Ergebnisse erzielt man mit Harzkondensaten,
z.B. einem· in oligomerer Form vorliegenden Kondensationsprodukt aus Formaldehyd und einem oder mehreren Vertretern
der Stoffgruppe Furfurylalkohol, Phenol und Harnstoff
j es kann auch etwas freier Furfurylalkohol vorhanden sein. Solche Binder werden normalerweise in Form von wäßrigen
Massen verwendet, z.B. in Form von Lösungen, die
1 bis 30 Gew.-^ Wasser enthalten. Sie werden normalerweise
in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-^, bezogen auf das
Gewicht des Gießereisandes, vorzugsweise von 1,2 bis
2 Gew.-J^, bezogen auf das Gewicht des Gießereisandes, verwendet
.
Die Wirkung eines Binders des oben beschriebenen Typs kann verbessert werden durch Einarbeitung eines Silans,
vorzugsweise eines solchen der allgemeinen Formel RrSi(0R),, in der R* eine C2- bis Cg-Alkylengruppe darstellt,
die an eine Amino-, Epoxy-, Mercapto-, Hydroxy-, Hydroxy-Cj- bis -Cg-alkylamino-, Amino-Cj- bis -Cg-alkylamino-,
Cg- bis Cg-Alkenyl- oder Cp- bis C^-Alkenylcarboxy-Gruppe
gebunden ist, während die Gruppen R gleich oder verschieden sein können und C..- bis Cg-Alkylgruppen oder C1-bis
Cg-alkoxy-substituierte C1- bis Cg-Alkylgruppen bedeuten.
Empfehlenswerterweise beträgt die Menge des verwendeten Silans 0,05 bis 0,5 Gew.-^, vorzugsweise 0,1 bis 0,2
Gew.-^, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Harzkondensatmasse.
Als Beispiele von geeigneten sauren Gasen, die bei der erfindungsgemäßen Methode verwendet werden können, sind
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Chlorwasserstoff, Schwefeldioxyd und Schwefeltrioxyd zu
nennen.
Es bringt gewisse technische Vorteile, wenn man das Gemisch aus Gießereisand und Bindemittel in einem fließfähigen
Zustand vorliegen hat, wenn es in den Kern- oder Formkasten gefüllt wird. Dies kann zweckmäßig dadurch geschehen,
daß man dem Gemisch aus Giessereisand und Bindemittel ein Schaummittel einverleibt und die wäßrige Phase
zerschäumt, ehe dieses Gemisch in den Kasten gegossen wird. Um eine ausreichende wäßrige Phase für das Zerschäumen
derselben zur Verfügung zu haben und so die gesamte Masse fließfähig machen zu können, kann es erforderlich sein,
etwas Wasser zusätzlich, zu dem Wasser, das normalerweise in der Bindermasse selbst vorhanden ist, zuzugeben. Das
Schaummittel wird im allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-^, bezogen auf den Gießereisand, verwendet.
Zu den in Frage kommenden Schaummitteln gehören die Alkalisalze von organischen Sulfaten und Sulfonaten.
Nachstehend werden einige Beispiele angeführt, in denen Massen, die für die erfindungsgemäße Methode brauchbar
sind, und ferner die Art und Weise, in der sie verwendet werden sollen, beschrieben sind.
mineralische Formschwärze 64 Gewichtsteile
Calciumhydroxyd 30 Gewichtsteile
(technische Qualität)
Harz 5 Gewichtsteile
AbsetzVerhinderungsmittel 1 Gewichtsteil.
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Die vorstehend angeführten Bestandteile wurden zu einer Suspension verarbeitet, die einen Gehalt von 4o Gew.-56
Feststoffen in Isopropylalkohol aufwies. Das verwendete Harz bestand aus einem Harz vom Typ der Esterharze, das
in Isopropylalkohol löslich war, und das verwendete Absetz verhinderungsmittel war ein unter der Bezeichnung "CVP"
im Handel vertriebenes Antiabsetzmittel (Hersteller: Cray Valley Company Limited).
mineralische Formschwärze 50 Gewichtsteile
gefälltes Calciumcarbonat 50 Gewichtsteile
Die obigen Bestandteile wurden zu einer Suspension verarbeitet, die einen Gehalt von 50 Gew.-# Feststoffen in Wasser
aufwies. Nach dem Aufbringen einer solchen Masse sollte der Kern oder die Form erhitzt werden", um zumindest die
Hauptmenge des Wassers abzutreiben.
Kaliumhydroxyd 20 Gewichtsteile
Bariumhydroxyd 30 Gewichtsteile
Aktivkohle 5 Gewichtsteile
Graphit 4o Gewichtsteile
Harz 4,5 Gewichtsteile
Antiabsetzmittel 0,5 Gewichtsteile
Die oben angeführten Bestandteile wurden zu einer Suspension verarbeitet, die einen Feststoffgehalt von 55 Gew.-# in Isopropylalkohol
aufwies. Das Harz und das Antiabsetzmittel waren die gleichen wie im Beispiel 1.
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Natriumsilikat 50 Gewichtsteile
mineralische Formschwärze 4-0 Gewichtsteile
Wasser 10 Gewichtsteile
Die oben angeführten Bestandteile wurden zu einer Suspension verarbeitet. Das verwendete Natriumsilikat war ein unter
der Bezeichnung "Crosfield 112" im Handel vertriebenes Natriumsilikat.
Die Suspension war als solche für das Auftragen geeignet, konnte aber auch vor dem Aufbringen mit
weiterem Wasser verdünnt werden. War es nötig, den Wassergehalt zu erhöhen, so sollte der Kern oder die Form nach
dem Aufbringen der Masse anschließend erhitzt werden, um zumindest die Hauptmenge des Wassers abzutreiben.
mineralische Formschwärze 64 Gewichtsteile
Bariumhydroxyd 30 Gewichtsteile
Harz 5 Gewichtsteile
Antiabsetzmittel 1 Gewichtsteil.
Die obigen Bestandteile wurden zu einer Suspension verarbeitet, die einen Feststoffgehalt von 35 Gew.-# in Isopropylalkohol
aufwies. Das Harz und das Antiabsetzmittel, die verwendet wurden, waren die gleichen wie im Beispiel
Der in dieser Erfindungsbeschreibung gebrauchte Ausdruck ."Gießereisand" soll nicht nur jene anorganischen Aggregate,
die gemeinhin als Sand bezeichnet werden und für die Herstellung von Gießereiformen und -kernen nützlich sind,bezeichnen,
sondern er soll auch andere Aggregate von anorga-
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nischen Stoffen natürlicher oder synthetischer Herkunft umfassen, wie sie für diesen Zweck brauchbar sind,
beispielsweise Olivin, Chromit und Zirkon.
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Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen oder -kernen
durch Einfüllen eines Gemisches aus Gießereisand und einem durch Einwirkung eines sauren Katalysators härtbaren
Binder in einen Form- oder Kernkasten, Hindurchleiten eines sauren Gases durch das Gemisch zwecks Herbeiführung
der Härtung des Binders und Herausnehmen der Form oder des Kerns aus der Form, dadurch gekennzeichnet,
daß nach Herausnahme der Form oder des Kerns aus dem Kasten eine Masse, die aus einem Material, welches die sauren Gase zu neutralisieren
oder solche Gase zu adsorbieren vermag, besteht, auf die Oberfläche der Form oder des Kerns aufgebracht
wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder aus einem in oligomerer Form vorliegenden
Harzkondensat besteht, das durch Kondensation von Formaldehyd mit einem oder mehreren Vertretern der Stoffgruppe
Furfurylalkohol, Phenol und Harnstoff gewonnen worden ist.
3· Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Binder in Form einer wäßrigen Masse verwendet wird, die 1 bis 30 Gew.-% Wasser enthält, und er in
einer Menge von 1 bis 5 Gew.-Ji, bezogen auf das Gießereisand-Gewicht,
verwendet wird.
4. Verfahren gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das saure Gas aus Chlorwasserstoff,
Schwefeldioxyd oder Schwefeltrioxyd besteht.
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5. Verfahren gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Oberfläche
der Form oder des Kerns aufgebrachte Masse ein Harz in Lösung in einem organischen Lösungsmittel eingearbeitet
enthält.
6. Verfahren gemäß jedem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Oberfläche
der Form oder des Kerns aufgebrachte Masse aus einer Suspension, die ein Antiabsetzmittel enthält, besteht,
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Representative=s name: BERENDT, T., DIPL.-CHEM. DR., PAT.-ANW., 8000 MUEN |
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