DE2854547A1

DE2854547A1 - Formsande

Info

Publication number: DE2854547A1
Application number: DE19782854547
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Blanc; Francois Meiller
Original assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Current assignee: Rhone Poulenc Industries SA
Priority date: 1977-12-19
Filing date: 1978-12-18
Publication date: 1979-06-21
Also published as: CA1113656A; IT7831024A0; ES476094A1; FR2411653A1; CH629126A5; FR2411653B1; NL7812315A; JPS54122627A; SE7813051L; IT1101220B; GB2012283B; BE872855A; LU80672A1; US4233076A; GB2012283A

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

professional representatives before the european patent officb agrees pres l'office europeen des brevbts

DR.-ING. JI.ANZ TPUESTHOFF DR. PHIL. FREDV -WUESTHOFF (1927-1956) DIPL.-ING. GERHARD PULS (l9J2-I97l) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-TIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-SOOO MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent

TELEX: J 24 070

U-51 742

Pa tentanmeldun

Anmelder;

Titel:

KHONE-PoUEENC INDUSTRIES
22, avenue Montaigne
75008 Paris/Frankreich.

Formsande

909825/0903

JR.-ING. rKANZ

PATENTANWÄLTE _{I)R PIIlUF},_{EPX VUESTHO}pf (i₉z₇-i_?j6)

WUESTHOFI'-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ »,pl-ing-cerh*»» pu« (1912-197O

DIrL-CHFM-DR-E-FRFIIlF-RR VON PECIIMANN rROFI-SSIONM. REPRESENTATIVES 1!EFORF. TUE EUROPEAN PATENT OFFICE DK.-INC. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGRl'/.S ΓΚΙ S !.'OFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.; DIPL.-^IRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90
SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 zo 51

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

telex: j 24 070

IA-5I 742

Atm.: EHONE-POUIENC IND.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft neue Formsande, die durch ein silicatisches Bindemittel gebunden sind.

Formsande für die Gießereitechnik in Form eines ternären Gemisches aus 93 bis 98 Gew.-Teilen eines Gießsandes und 2 bis 7 Gew.-Teilen einer wäßrigen Alkalisilicatlösung sind seit langem bekannt. Derartige Gemische wurden früher allgemein mit GO- gehärtet. Eine Verbesserung dieses Verfahrens wix'd mit verschiedenen Zusätzen gemäß FR-PS
1 172 636 erreicht. Außerdem hat man sich bemüht, vor allem bei großen Gießlingen, ohne GOp auszukommen, das gewisse
Nachteile, vor allem bei hoher Temperatur, bietet.

Gemäß der US-PS 3 207 057 soll daher als Bindemittel eine wäßrige Lösung eines Alkalisilicats und ein Zusatz,
bestehend im wesentlichen aus 3 bis 100 $> Tonerde, bezogen auf das Bindemittel, verwendet werden.

Bekanntlich werden von Formsanden zahlreiche Eigenschaften verlangt und vor allem gute mechanische Eigenschaften erwartet. Außerdem wird gleichzeitig eine kurze Abbindezeit und eine relativ lange Gebrauchszeit auge£5 Lrebt.

../2 O 9 O ? G / Π 9 Π 3

- ZT- 1A-51

Als Gebrauchszeit wird die Zeitspanne bezeichnet, innerhalb derer das Gemisch aus Sand + Silicat + Härter gelagert werden kann, ohne daß man eine Verminderung oder Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften beobachtet, und zwar ausgehend von dem Zeitpunkt, zu dem das Silicat dem Gemisch aus Sand und Härter zugesetzt worden ist.

Der Begriff "Abbindezeit" bezeichnet die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt,zu dem das Silicat dem Gemisch aus Sand und Härter zugegeben worden ist»und dem Zeitpunkt, zu dem keine Veränderungen auf der Oberfläche des agglomerierten Sandes mehr beobachtet werden. Praktisch läßt sich der Zeitpunkt de3 Abbindens auf einfache Weise feststellen oder bewerten, indem man einen Druck auf die in Rede stehende Fläche ausübt.

Aus diesem Grunde sollen gemäß der FR-OS 77 131 Härtungskatalysatoren für wäßrige Alkalisilicatlösungen auf der Basis von Alkylencarbonaten verwendet werden, die außerdem Methylester von organischen Säuren enthalten.

Zwar führen derartige Härter in Kombination mit Sand und Bindemitteln auf der Basis von Alkalisilicaten zu sehr guten Ergebnissen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, der Gebrauchszeit und der Abbindezeit. Es verbleibt aber noch ein Problem, das nicht ganz befriedigend gelöst ist, und zwar das Trennen oder der Trennvorgang. Als "Trennen" bezeichnet man den Vorgang₍der darin besteht, aus den Hohlräumen des Gießlings die darin enthaltenen Sandkerne zu entfernen.

Die agglomerierten Formsaride müssen vor dem Vergießen des Metalls eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen und eine befriedigende mechanische Festigkeit in der Hitze beibehalten. Gleichzeitig sollen sie aber, wenn das Metall abgekühlt ist, eine solche mechanische Festig-

9 0 9 8 2 5 / 0 9 D BAD ORIGINAL

/Γ- 1Α-51 742

keit haben, daß der Sandkern bzw. die Sandform leicht entfernt werden kann.

Um das Trennen zu erleichtern, wurden bereits gemäß der PR-PS 2 237 706 kohlenstoffhaltige Stoffe und/oder .filmbildende Harzkleber zugesetzt; dies kann aber zu einer Wiederaufkohlung führen.

Es wurde nun gefunden und dies ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, daß Pormsande, die aus Sand, einem Bindemittel auf Basis eines Alkalisilicats, einem Härter und einem Trennmittel bestehen, das zumindestens teilweise eine Tonerde bzw. Aluminiumoxidhydrat mit einer mittleren Korngröße unter 40 /um, vorzugsweise von 0,2 bis 5 /um ist, die bekannten Nachteile nicht aufweisen.

Dip erfindungsgemäß als Trennmittel vorgesehenen

Tonerden weisen vorteilhafterweise eine B.Ξ.T.-Oberfläche

2. 2

untier ^v>00 m /g im Bereich von 3 bis 40 m /g auf.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform werden Tonerden bzw. Aluminiumoxidhydrate der allgemeinen Formel AlpO-v, 311^,0 eingesetzt,.

In der Praxis sind die Formsande vorüeilhafterweise

j3and
aus ^cJ0 bis 98 Gew.-Teilen/, 2 bis 10 Gew. -Teilen einer

Alkalisilicatlösung sowie aus 0,5 bis ^lj Gew.-^c/o erfindungsgemäß vorgesehener Tonerde, vorzugsweise 0,8 bis 1,7 Gew.-^ zusammengese tzt.

Das für die orfindungsgemäüon Formsande verwendete ALkalisilica L hat vor.* te ilhaf terweise ein Gewichtsverhältnis Si0_o/Na,,0 von 2 bis 2,7. ALs Härter kommt insbesondere eine Verbindung aus der Gruppe der Alkylencarbonate und/oder Ester von organ i seilen Säuren in frage, vor alium Methylester sowie imjbtiiJoricioL'o Me thy Let; tor von organischen Monocarbonsäuren, (ILu gegebenen fa LLs durch weitere funkt ione LLu Gruppen subfi t L tu Le r t sLnd, wie [Ie thyl Luc ta t. In frage kommen

9053025/0 90 3

- 4 - 1A-51 742

weiterhin die Methylester von organischen Dicarbonsäuren wie die aliphatischen ⁰S⁰^ -Dicarbonsäuren mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen im Molekül, beispielsweise Apfelsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure und Adipinsäure.

Die cyclischen Alkylencarbonate enthalten eine Alkylengruppe mit vorzugsweise 2 bis 6 Kohlenstoffatomen; üblicherweise v/erden Äthylencarbonat und Propylencarbonat verwendet.

Allgemein werden 4 bis 30 Gew.-Teile Methylester einer organischen Säure auf y6 bis 70 Gew.-Teile Alkylencarbonat eingesetzt; gelegentlich kann dieses Gemisch mit einem Lösungsmittel verdünnt werden, das die Reaktionsfähigkeit mit dem Alkalisilicat steuert. Als derartige Lösungsmittel kommen aliphatische Polyole infrage, vorzugsweise Polyalkylenglykole wie Diäthylenglykol. Diese Lösungsmittel v/erden beispielsweise in einem Verhältnis von 2 bis 20 Gew.-Teilen auf 100 Gew.-Teile Härter aus Alkylencarbonat und Methylester eingesetzt.

Man kann aber auch von anderen Härtern Gebrauch machen, beispielsweise von COp-Gas oder Hochofenschlacken.

Die erfindungsgemäßen Formsande werden in gebräuchlicher.Weise hergestellt und geformt, beispielsweise gemäß US-PS 3 307 046· oder Jf¹JR-PS 2 264 608. Insbesondere kann man bei Umgebungstemperatur arbeiten, d.h. ganz allgemein gesprochen im Bereich von 0 bis 30°C.

In den folgenden Beispielen wurde wie folgt verfahren:

In einen Planeten-Mischer(Kenwood) wurden bei 18 bis 20 0 die Komponenten des Formsandgemisohes in folgender Heihenfolge eingebracht:

285454?

-^-■» 1A-51

1 kg Sand SIPEAGO (APA 53-57) 5 g Härter,' anschließend wurde ein erstes Mal 1 min 30 s gemischt;

35 g wäßrige Itatriumsilicatlösung (zweites Mischen 45 s);

diese ITa triumsilicatlö sung enthielt 55 _r2 °/o Wasser und 44,8 <fo Hatriumsilicat mit Si0₂/Na₂0 = 2,39;

die Dichte bei 20⁰C betrug 1,525 und die Viskosität 600 cF bei 20⁰C.

Der Härter war ein Gemisch aus 86,25 ffew.-Teilen Propylencarbonat und 13,75 Teilen Methyllactat.

Der verwendete Sand wies folgende Merkmale auf: spezifische Oberfläche 115 cm /g, Schüttdichte 1,5,

Glühverlust 0,15 $fi. Er enthielt mindestens 99_r7 # SiO₂ rand maximal 0,1 fo Ton mit Spuren von Calciumcarbonate

Die Siebanalyse lautete:

1 $ > 420 /um

26 f_a = 300-420 /um 47 5δ = 300-210 /um 23 fa = 210-150 /um

3 ^CA = 150-105 /VM

In einer ersten Reihe von Beispielen (Fr. 1 bis 8) wurden Mengenanteil und Beschaffenheit des Trennmittels verändert, ebenso dessen Korngrößenverteilung. Die Ergeb nisse wurden mit Hilfe der Drückfestigkeit und der Zerreibba.rkeit bewertet.

Bewertung der Druckfestigkeit:

Nach Herstellung des Pormsandgemisch.es (Sand + Härter +
Silicat) im Planeten-Mischer (Kenwood) wurden in einem Kern kasten jeweils?'?.min lang 6 Prüfkörper für die Bestimmung der Druckfestigkeit hergestellt. Die Prüfkörper mit Durch messer 5 cm und Höhe 5 cm wurden vor Luft geschützt aufbe wahrt, bevor ihre Druckfestigkeit in Zeita.bständen von

909825/0903 . ·*/.⁶

- ό - ■ 1Α-51 742

.a

10 min bis zu einer Stunde mit dem Apparat zur Bestimmung der Druckfestigkeit(+ Q¥, type SPDE^ bestimmt wurde. Wie in den vorangegangenen Tests wurde als Zeitpunkt 0 der Zeitpunkt der Zugabe des Silicats gewählt.

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung.

Zerreibbarkeit-Test

Die Prüfkörper wurden Jeweils 30 min auf eine Temperatur von 500⁰C bzw. 75O⁰G bzw. 1000⁰C gebracht, darauf einem Druck ausgesetzt und gemäß einer Skala von 0 bis 5 bewertet. Die Bewertung 0 bedeutet, daß der ursprüngliche Zusammenhalt vollständig erhalten blieb; die Bewertung 5 bedeutet die vollständige Zerstörung dieses Zusammenhaltes bzw. des Prüfkörpers.

In den folgenden Tabellen 1 a.) und b) wird gezeigt, daß für Tonerden mit zu grobem Korn (Beispiele 1 bis 5) kein guter Kompromiß zwischen den mechanischen Eigenschaften und dem Trennverhalten erzielt wird.

Die Beispiele 6 und 7 erläutern den Einfluß eines feinen Kornes bei sonst gleichen Versuehsbedingungen.

Beispiel 8 zeigt den Einfluß der spezifischen Oberfläche im "Falle eines feinkörnigen Trennmittels.

In Tabelle 2 ist eine Reihe von Beispielen aufgeführt, bei denen mit anderen Trennmitteln gearbeitet wurde, Die Ergebnisse zeigen, daß man unter diesen Bedingungen nicht gleichzeitig ein gutes Trennverhalten und befriedigende mechanische Eigenschaften erzielt.

Tabelle 3 schließlich bringt Ergebnisse von Versuchen, die analog den Beispielen der Tabelle 1 durchgeführt wurden, jedoch mit einem anderen Härter und zwar mit

9.0 9 825/090 3 . "^/Ί

-Jf'- 1A-51 742

to

MD 20, bestehend aus 80 "/> Gemisch aus Methyladipat, Methylglutarat und Methylsuccinat und aus 20 $> Diäthylenglykol.

Die verschiedenen Beispiele zeigen deutlich den Einfluß der verschiedenen erfindungsgemäß vorgesehenen Mittel und die synergistische Wirkung der Kombination.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Verwendung

von COo-G-as und Hochofenschlacke als Härter. ά

Unter den Bedingungen der vorangegangenen Beispiele und insbesondere mit dem gleichen Sand wurde CO₂ als Härter eingesetzt sowie Tonerde gemäß Beispiel 6 (Tabellei); das Gemisch enthielt 100 Gew.-Teile Sand und 3,5 Gew.-Teile Silicat.

Beobachtet wurde eine Zunahme der mechanischen Eigenschai ,en nach 10 s langem Begasen unter 2 kg sowie nach 30 s unter 2 kg. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen zusammengefaßt:

10 s Begasen unter 2 kg Druckfestigkeit

mit	0 io Al₂O₃ .3H₂0(Beisp.6)	12	kg/om	11
mit	0,5 io "	15	H	Il
mit	1,0 $ "	18	Il	It
mit	1,8 ο/, ' «	23	Il
30 s	Begasen unter 2 kg	Druckfestigkeit 6⁷B
mit	0 o/_o Al₂O₅.3H₂O	19
mit	0,5 io "	22
mit	1,0 io »	26
mit	1,8"$ »	30
Zerreibbarkeit bei 1000⁰C

Al₂O₅.3H₂O 0 io = 0
¹¹ 0,5 io = 0,5

¹¹ . 1,0 % = 2,Ό

" 1,8 io = 4

909825/0903 -./8

■ - ST- 1A-51 742

ΛΛ

Eine Verbesserung der Eigenschaften wurde auch, mit einem anderen Härter aus anorganisehem Material beobachtet und zwar mit einer Hociiofenschlacke folgender Zusammensetzung, (bezogen auf das Gewicht):

42 - 46 $> GaO 32 - 34 $£■ SiO₂ 13 - 1& £ Al₂O₅ 3,5 - 5 fo MgO

Basizitätsindex CaQ/siOv, = 1,3-1,15·-

Es wurde unter den gleichen Bedingungen wie zuvor gearbeitet mit einem Gemisch, das auf 100 Gew.-Teile Sand 6 Teile Hochofenschlacke und 5 Teile Silicat mit Gewichtsverhältnis = 2 enthielt.

Man erhielt nach 7 h folgende Ergebnisse:

0 °/o Al-₂ö₅.3H₂p(Beisp,6} Druckfestigkeit; 18 kg/cm²

21 » 25 " 24 "

0,5 fo "	10QO⁰O	,5
*1,0 <fi* V**	= 0 = 0	,5
1,8 ίο . »	= 1	,5
Zerreibharfceit bei	= 3
0 $> Al₂O₅^ 3H₂O 0,5 9 "
1,0 ?6 »
1,8 io » ■

Tabellen

909825AÜ903

Tabelle 1a

Beispiel	Zusatz	spez. Oberfläche	Kristall wasser	100	60	S 30	iebi y	yse 8 j 1	0,4	0,1
1 2	AIgO₅.3HgO	5 35	85	45	15	anal /um 5
IV)	η	5 35	85	45	Ul	4 2
	Al₂O₅.3HgO	5 35	100	96	45	4 2
3·	ti	5 35	100	96	45	8 4
4 ι	2 3* -^>n'2	5 35	100	100	85	8 4
4· i	ti	5 35	100	100	85	30 15
VJl	Al₂O₅.3HgO	5 ' 35	100	100	95	30 15
VJI	ti	5 35	100	100	95	45 25
VJl	ti	5 35	100	100	95	45 25
6	AIpO_v3H 0	5 35				45 25	100 95	50
6'	Il	5 35					100 95	50	20
6"	ti	5 35					100 95	50	20
6111	Il								20

Tabelle Ta Beispiel

co ο co

7 7'

8 8' 8« ' 8» ' »

Zusatz

.3H₂O

spez K²/g	.Oberfläche	Kristall wasser *	1OOJ	601 30	Siel j 10	1	0,4 I	M {	0,1	I
7	35			^analyse /um 5 j 8	85	28
7	35			100	85	28		ι
35	35
9	35
14	35
32	35

*s« O CO O CaJ

	Zusatz	Trenn mittel fo	Tabelle	1b	24 h.	Zerreibbarkeit 500 I 750	0	* ι-
Beispiel	—	—	20 min \|	(kg/cm² 40 min \|	46	0	0,5 0,5	bei ⁰C I 1000
1	Hydrargillit Hydrargillit	1,2 3,0	11	20	45 35	0 0	0,5 0,5	0
IV) IV)	Hydrargillit Hydrargillit	1,2 3,0	16 14	24	44 36	0 0	0,5 1,5	0,5 0,5
3 3^f	Hydrargillit Hydrargillit	1,2 3,0	18 10	25	39 40	0 0,5	IV) Ul O Ul	ο ο Ul Ul
4 4'	Hydrargillit Hydrargillit Hydrargillit	1,2 3,0 1,7	19 16	26	41 38 45	0 1,5	1,0 1,5 5 4	0,5 3
Ul UI Ul	Hydrargillit Hydrargillit Hydrargillit Hydrargiilit	0,8 1,2 3,0 1,7	19 20 15	20 22	48 50 39 45 „ ι	1,0 1,0 2,5	1 5 3,5
6 6' 6« « 6' ' '		19 18 17 14	29 28 21		1,0 3,5 5 5

	Beispiel	Zusatz	Trenn- .mittel ! *	20 min	Tabelle 1b	124 Ii	Zerreibbarkeit 500 j 750 ι	1,5	bei ⁰G 1000
	7	Hydrargillix	1,2	.16	(kg/cm 40 min	45	1,0		3,0
	7'	Hydrargillit	1,7	17	25	44
	7"	Hydrargillit	1,7	19	27	44
CCf					29			1,5
O	8	Hydrargillit	1,2	15		46	0,5	2,0	3,0
co 00	8'	Hydrargillit	1,2	16	24	50	0,5	3,0	3,5
cn	8' ·	Hydrargillit	1,2	18	24	44	0,5	3,5	3,0
«>■		Kydrargillit	1,2	17	22	25	0,5		4,0
1903				24

1Α-51 742

ω H H (D

O

Ln

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ο

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O CO

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CM

ο

ρ

Q)

Fh

CM

£

O

•Η

S

—

S

■Ρ

CO

909825/0903

Tabelle

Art	j Trennmittel	2	OB (kg/cm )	nach	500	Zerreibbarkeit ⁰C	750	1000
	i	2	3 Tagen j 4 j	Tagen	0		0 .	0
__		45	62	0		3	VJl
. ■ Al₂O₅.3H₂O	45	62	0	,5	. 1	; 3
'Tonerde. sprüh- · getrocknet	37	49	,5

Claims

1. Formsande, enthaltend ein Alkalisilicat als Bindemittel sowie einen Härter und ein Trennmittel, dadurch gekennzeichnet , dai3 das Trennmittel zumindest teilweise aus einer Tonerde mit mittlerer Korngröße unter 40 /um, vorzugsweise von 0,2 bis 5 /um, besteht.

2. Foriusande nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel eine Tonerde mit einer B.E.T.-Oberfläche von 3 bis 40 m²/g ist.

3. Formsande nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie als Trennmittel Tonerden der allgemeinen Formel Al₂O., . 3H₂O enthalten.

4. Formsande nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich zu 90 bis 98 Gew.-Teilen Sand und 2 bis 10 Gew.-Teilen Alkalisilicat 0,5 bis 5 Gew.~°/>, vorzugsweise 0,8 bis 1,7 $, Tonerde enthalten.

5. Formsande nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittel eine Lösung eines Alkalisilieats mit einem Gewichtsverhältnis

909825/0 903 ../2

- 2 - 1A-51 742

von 2 bis 2,7 ist.

6. Pormsande nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Härter zumindest eine Verbindung aus der Gruppe Alkylencarbonat und organische Stoffe, insbesondere Methylverbindungen, ist.

7. Formsande nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Härter zusammengesetzt ist aus 4 bis 30 Gew.-Teilen Methylester einer organischen Säure und 96 bis 7 Gew.-Teilen Alkylencarbonat.

8. Pormsande nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Härter G0₂-Gas ist.

9. Pormsande nach einem der Ansprüche 1 bis 5, daiurch gekennzeichnet , daß der Härter Hochofenschlacke ist.

7231

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