DE2819456A1

DE2819456A1 - Verfahren und bindemittel-loesung zur herstellung von giesskernen

Info

Publication number: DE2819456A1
Application number: DE19782819456
Authority: DE
Inventors: Thomas Griffiths
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1977-05-03
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1978-11-09
Also published as: BR7802687A; ES469437A1; GB1602122A; SE7805139L; AU521140B2; IT1147755B; ZA782513B; NL7804734A; CA1109896A; BE866580A; SE438456B; FR2389432B1; FR2389432A1; AU3566878A; JPS53144421A; IT7868005A0

Description

xjci der Herstellung dieser CO--Silikat-Kerne ist es notwendig, den Kern für eine ausreichende Zeitspanne zu begasen, um eine für Handhabungszwecke geeignete Stärke zu erreichen. Mittels dieses Verfahrens hergestellte Kerne sollten eine vernünftige Lagerfähigkeit besitzen; danach ist es wünschenswert, daß sich der Kern, nachdem er bei einem Iletallabgießen verwendet worden ist, leicht auflösen und von dem Metallgußstück entfernen läßt. Die Auflösung oder Zerlegung des Kerns kann durch die Einschließung von Stärke, Sucker oder Dextrin und ähnlichen Materialien in der Natrium-Silikat-Lösung unterstützt werden. Es ist allgemeine Praxis, in kommerziellen Natriumsilikaten für die Gießerei-Industrie ein Zerlegungsmittel einzuschließen.

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Aus der GB-PS 874 117 ist ein Verfahren zum Binden von partikelförmigem, feuerfestem Material bekannt, bei dem das Bindemittel eine Lösung aus Kalium- und Natrium-Silikaten ist, wobei das Gewichtsverhältnis von SiO₂: (Κ,,Ο+Να-,Ο) mindestens 3:1 beträgt und das Gewichtsverhältnis von K₂0:Na₂0 im Bereich von 2:1 bis 4:1 liegt. Die Mischung aus Silikaten und Bindemittel kann unter Verwendung von Kohlendioxiagas ausgehärtet werden. Das in der genannten GB-PS beschriebene i-lolekularverhältnis von SiO₂ :K₂° b^e~ trägt 3,3:1, und dies ist eine allgemein erhältliche Form von Kalium-Silikaton.

Es ist nun festgestellt worden, daß üann, wenn besonders schnelle Begasungszeiten gewünscht sind und eine verbesserte Kernzerlegung verlangt wird, solche Vorteile erreicht v/erden können unter Verv/enciung von besonderen Kaliuinsilikaten in dem Bindemittel, die ausgewählte Verhältnisse von Kaliumoxid und Silikondioxid besitzen.

Demgemäß sieht die Erfindung vor ein Verfahren für die Herstellung von Gießkernen unter Verwendung des COp-Silikat-Verfahrens, wobei das Silikat-Bindemittel ein Kaliumsilikat mit einera Holekularverhältnis von SiO₂:K₂O im Bereich von 1,6:1 bis 2,2:1 umfaßt.

Das bevorzugte Holekularverhältnis von SiO-:K₂^ liegt im Bereich von 1,8:1 bis 2,2:1. Kaliumsilikate mit liolekularverhältnissen über 2,3 und mit 50 Gew.% Feststoffen sind zu viskos, um in der Gießereiumgebung zufriedenstellend gehandhabt werden zu können.

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Des weiteren ist festgestellt worden, daß sogar dann, wenn bedeutende Anteile von Natriumsilikaten in dem Silikat-Bindemittel enthalten sind, noch eine überraschende Abnahme der Begasungszeiten erhalten werden kann. Die bevorzugten Natriumsilikate besitzen ein Molekularverhältnis von SiO„:Na₂O im Bereich von 1,65:1 bis 2,8:1, vorzugsweise von 2:1 bis 2,4:1.

Der IJatriunsilikat-Anteil in dem Silikat-Bindemittel sollte 75 Gew.% nicht übersteigen, wenn bedeutende Verbesserungen erreicht werden sollen.

Aus der Sicht der HerStellung von CO^-Silikat-Kernen führt jede Reduzierung der Begasungszeit zu einem zweifachen Vorteil. Das bedeutet erstens, daß ein bedeutend größerer Ausstoß jeder Ausstattung bzw. Ausrüstung erhalten werden kann, und zweitens eine erhebliche Reduzierung der Kohlendioxidgas-Menge, die zur Herstellung einer bestimmten Anzahl von Kernen benötigt wird.

Es wurde auch noch gefunden, daß die Wirkung von Zerlegungsmitteln, wie Saccharose, erhöht wird, wenn die Silikat-Komponente aus Kaliumsilikaten, wie zuvor beschrieben, besteht oder solche enthält.

Bei Wiederverwendung von aufbereitetem Gießereisand hat die Verwendung von Kaliumsilikaten zusätzlich einen weiteren Vorteil, nämlich den, daß Kaliumsilikate eine weniger schädliche Wirkung auf die feuerfeste Natur des aufbereiteten Sandes haben als die normalerweise verwendeten Natriumsilikate. Des weiteren ist für den im Rahmen der

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Erfindung verwendeten Kaliumsilikat-Bereich festgestellt worden, daß diese eine geringere Viskosität als die normalerweise verwendeten Natriumsilikate besitzen, somit also bei der Vermischung von Silikat und Sand diese erleichternd unterstützen.

der Charakterisierung von unter Verwendung des CO₂-Silikat-Verfahrens hergestellten Kernen ist es üblich, die Druckfestigkeit des Kerns sofort nach der CO^-Begasungphase, dann nach 2 4 Stunden und nach 48 Stunden unter gesteuerten Bedingungen zu bestimmen. Ein weiterer Test wird an den Kernen nach dem Gießen durcngeführt, uiu die Zerlegungseigenschaften das hitzebehandelten Kerns zu bestimmen.

Der Zerlegungstest beinhaltet die Aufbringung einer otoßkraft mittels eines gefederten Preßkolbens auf den Kern, um die Anzahl der Stöße festzustellen, die notwendig sind, um einen Zentimeter in den Kern einzudringen. Die Stoßkraft wird auf eine Sonde jait 30 konischen Kopf aufgebracht, was eine Belastung von 31 kg ergibt. Dieser Test und andere Tests aus dieser Beschreibung sind im einzelnen in dem Buch " The G^-Silicate-Process in Foundries", von K.E.L. Nicholas, herausgegeben von British Cast Iron Research Association, Alvechurch, Birmingham, 1972, beschrieben.

£3 sind Vergleichstests unter Verwendung eines Standard-lTatriumsilikat-Bindemittels bei einem Verhältnis von 2,0:1 und bei 45% Feststoffen zusammen mit verschiedenen Kaliumsilikaten ausgeführt worden. Die Kerne sind unter Verwendung von 3,5 Gew.% der Alkali-Silikat-Lösung vermischt und nit einem geeigneten Chelford-Sand hergestellt worden.

8 0 9 8 4.5 J₁ Q 9 6 7

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Cs sind zylindrische Probestücke mit 50,8 mm (2 Zoll) Durchmesser und gleicher Höhe hergestellt, in der üblichen Art festgestampft und mit Kohlendioxid bei Fließgeschwindigkeiten von 2,5, 10 und 20 Litern

pro ilinute und bei einem Druck von 68,95 kll/m begast worden. Die Druckfestigkeit der Proben ist sofort nach der Begasung und nach Perioden von 2 und 48 Stunden bestimmt worden. Die Proben sind bei Temperaturen im Dereich von 20 bis 27°C und relativen Feuchtigkeiten im Bereich von 50% gelagert v/orden. Die Kernzerlegungseigenschaften sind nach Einbringung in ein Graugußstück mit einem Gewicht-von 25 kg, gegossen bei 1400°C, bestimmt worden.

Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle I wiedergegeben.

Die verwendeten Bindemittel sind in Tabelle I Mittels der Buchstaben A bis E angegeben, und die Zusammensetzungen waren folgende:

bindemittel A:

iiinaeinittal L:

Bindemittel C:

bindemittel D:

ein "Jatriumsilikat mit einem Verhältnis von 2,0:1 und mit 45% Feststoffen;

ain Kaliuir.silikat mit einem Verhältnis von 2,0:1 und mit 45% Feststoffen;

ein Kaliumsilikat mit einem Verhältnis von 1,8:1 und mit 45% Feststoffen;

ein Kaliumsilikat mit einem Verhältnis von 1,6:1 und mit 45% Feststoffen;

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— Q —

iiindeiuittel E: ein Kaliurasilikat rait einem Verhältnis von 2,2:1 und mit 5 3% Feststoffen;

Die niedrigeren Stoßzerlegungszahlen in Klammern geben die Wirkung des Zusatzes von 20 Gew.% Saccharose-Bindemittel an.

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TABELLE

oo

CD CD

CO ·£-■

cn

O O

ι to σ>

CO₂	Bega-	Druckfestigkeit (kty	nach der Begasung	B	C	D	E	A	'm²)	C	D	E	48 Stunden	A	B	C	D	E	Stoßspaltung	B	C	D
Strüinungs—	sungs- »_A 4 J.		A	476										4592				(Durchschnittszahl
rate	zeit Sek.				627					4737					4881			für 1 cm Eindringtief	is 7
Liter per Minute	10		814		634			24 Stunden		4985			3503		5178		A	lö, / 1(1,8)	[19,8 1(3,4)
2,5	15			9o3			7398	B	4344					4344						/23,1
	20	76	993		903			4688		5033			291C		5178
	30			910					3503					3751
	40				945		4640	4144		4047		3896			4640
	45	414					2910					4592
	60	786	600			882		3359			7743		4833			5626
	90			703					4489					4392			19,3
	10		848		752	1262				3999	4833		4640		5033	5378
10	15			772			7798		2813			8584		3110
	20	110	876		731	1324		5033		3847	3703		3454		4344	3503
	30			586					3206					2717
	40				855		5674	3999		2765		4537			3110		\|j(5,6 ;
	45	462					4144					3110
	60	779	586					2517					3702
	90			614					4095					4592
	10		896		648					4640			2910		3944
20	15			752			7398		3503			6019		3406
	20	117	848		820			3799		3406			2468		3406
	30			848					3158					3013
	40				683		5033	3061		2075		4392			1682
	45	359					5081					4392
	60	586						2813
	90






		OO
		—Si




cn

VO

aus Tabelle I ist zu ersehen, daß die sofortige "nach dar Begasung"-Druckfestigkeit der Proben in einer bedeutend kürzeren Zeit unter Verwendung von Kaliumsilikat erreicht wird als mit kommerziell verwendeten Natriumsilikat. Dies bedeutet, daß höhere Produktionsraten einer Anlage erreicht werden können und bedeutend weniger Kohlendioxid für jede gesetzte Anzahl von Kernen notwendig ist.

Die 24-und 48-Stunden-Festigkeiten unter Verwendung von Kaliumsilikat erreichten nicht die oftmals unnötig hohen Druckfestigkeiten, die häufig die Verwendung bekannter Ilatriumsilikate begleiten. Dieser Faktor hat wahrscheinlich zu der besseren Zerlegung, erreicht bei Verwendung von Kaliumsilikaton, beigetragen.

Die 3toß-bzw. Schlagfestigkeit zeigt an, daß die Zerlegung der mit Kaliumsilikat gebundenen Kerne etwas besser ist als die der mit Standard-Natriumsilikat gebundenen Kerne. Vvenn Zerlegungshilfen, wie Zucker in Kaliuiusilikat-Bindemittel eingebracht sind, ist sogar eine bedeutendere Verbesserung der Eigenschaften gegeben.

Ds ist zu beachten, daC die hier spezifizierten Kaliumsilikate zwar zu einer bedeutenden Verbesserung der Begasungszeit führen, jedoch teurer sind als die entsprechenden Natriunvsilikate. Häufig kann ein kommerzieller Ausgleich zwischen den unter ausschließlicher Verwendung von mit höheren Kosten verbundenen Kaliumsilikaten auffallend kürzeren Begasungszeiten und den bedeutenden Verbesserungen

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aufgefunden v/erden, der durch Verwendung einer Mischung aus Kalium- und Natriumsilikaten erreicht werden kann.

Die Tabellen II und III zeigen v/eitere Einzelheiten von weiteren Untersuchungsproben unter Verv/endung von Ilischungen aus Kalium- und Natriumsilikaten. Es v/urden Begasungszeiten ausgewählt, um vergleichbare Druckfestigkeiten der Versuchskerne zu erreichen. Die Kerne wurden bei 20 C und 60S relativer Feuchtigkeit gelagert.

Die in Taoelle II und III verwendeten Bindemittel v/aren:

bindemittel F: Kaliuiasilikat nit 5 3% Feststoff

(SiC. :K_0 im Jolekularverhältnis von

6* £

2,0:1) und 25 Gev?.% Natriumsilikat mit 46⁹J Feststoff (GiO, verhältnis von 2,0:1);

mit 46?; Feststoff (SiO-:Na₂ im Ilolekular-

iinae-tiittel G

Kaliumsilikat mit 53?. Feststoff (CIiO₂.'IwO im liolekularverhältnis von 2,0:1) und 50 Gew.% llatriumsilikat mit 46?; Feststoff (SiO₂:Na₂ im !■lolekularverhältnis von 2,0:1);

bindemittel II:

lialiurr.silikat mit 53S Feststoff (SiO₉:K₉0 im Ilolekularverhältnis v 2,0:1) und 75 Gew.% Natriumrsilikat mit 46% Feststoff (SiO-:Na4D i"i Molekularverhältnis von 2,0:1);

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Bindemittel J: 100 Gew.% !Jatriumsilikat mit 46%

Feststoff (SiO₂ :Na₂O im Ilolekularverhältnis von 2,0:1);

bindemittel K: Kaliumsilikat mit 53% Feststoff

(SiOp:K_?0 im Molekularverhältnis von 2,2:1) und 25 Gew.% Natriumsilikat mit 46% Feststoff (SiO₂ :Na-0 im Ilolekularverhaltnis von 2,0:1);

iinueiriittel L: Xaliuinsilikat mit 53% Feststoff

:K₂0 im .!olekularverhältnis

vor. 2,2:1) und 50 Gew.?, Natriumsilikat mit 4G% Feststoff (Si₂ in Molakularverhältnis von 2,0:1);

:Na_0

Lindeiriittel

Kaliur.isilihat mit 53% Feststoff (GiO₀ :I'„0 im Molekularverhältnis von 2,2:1) und 75 Gew.% Natriumsilikat bei 46% Feststoff (SiO₂:Na₂0 im I'olekularverhältnis von 2,0:1).

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T Λ Γ> I ' T T " '

II

co
σ>
-α

CX)₂

Strömungsrate (Liter
per Minute)

10

Uhter-

suchungs-

zeit

3egasungszeit
(Sek.)

nach Begasung

Stunden

Bindemittel F 75:25

12
20
30
12
2o
30
12
20
30

Druckfestigkeit (kN/nr)

359 710 1034 2489 2172 1482 3110 2317 1434

Bindemittel G 50:50	- Druckfestig keit ₉ (kN/nT)	Bindemittel H 25:75	-Druckfestig keit (kN/τΓ)	Bindemittel J	■ Druckfestig keit „ ^! (kN/nf)
Begasungs zeit (Sek.)	365	Begasungs zeit (Sek.)	372	Begasungs zeit (Sek.)	345
19	696	30	717	45	683
30	1014	50	1055	72	1014
45	2420	68	2765	100	4392
19	2365	30	3751	45	3254
30	2172	50	2764	72	1675
45	4537	68	4881	100	4537
19	4785	30	4344	45	3799
30	4144	50	3847	72	2958 i
45	68	100

Λ Β fi L L Γ.

Ill

CX)₂ Straraungs-	liiter-	Bindemittel K 75:25	Druckfestig keit ₀ (KN/fc )	Bindemittel L 50:50	Druckfestig keit , (kN/raT)	Bindomir 25:75	toi M
rate (Liter per Minute)	suchungs- zeit	Begasungs zeit (Sek.)	365 717	Begaaungs- zeit (Sek.)	372 689	Begasungs zeit (Sek.)	Druckfestig keit _ (kN/πΓ)
10	nach Be gasung	8,5 15	1034	16 25	1007	30 45	372 710
		23	2517	34	3061	72	1048
	24 Stunden	8,5	2172	16	2910	30	2910
		15	1779	25	3110	45	242Ο
		23	2344	34	4881	72	2365
	48 Stunden	8,5	2365	16	3896	30	3847
		15	1627	25	4192	45	4785
		23	34	72	3358

co J?- cn

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Gießkernen unter Verwendung des CO₂-Silikat-Verfahrens_f dadurch gekennzeichnet, daß das Silikatbindemittel ein Kaliumsilikat mit einem Molekularverhältnis von SiO₂:K_O im Bereich von 1,6:1 bis 2,2:1 enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularverhältnis des Kaliumsilikats im Bereich von 1,8:1 bis 2,2:1 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaliumsilikat-Bindemittel bis zu 75 Gew.% Natriumsilikat enthält mit einem Molekularverhältnis von SiC^Na^O im Bereich von 1,65:1 bis 2,8:1.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Verfahren nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das 1 Iolekularverhältnis des Natriumsilikats im Bereich von 2:1 bis 2,4:1 liegt.

5. wässerige Silikat-Bindeinittel-Lösung, gekennzeichnet durch mindestens 25 Gew.% Kaliumsilikat nit einem Ilolekularverhältnis von SiO„:K_O iiu Bereich von 1,6:1 bis 2,2:1 und durch ilatriumsilikat.

6. Bindemittel-Lösung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das .lolekularverhältnis des ^aliiL.nsilikats ia Zareich von 1,8:1 bis 2,2:1 liegt.

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