DE3841473A1

DE3841473A1 - Formsand fuer giessereizwecke

Info

Publication number: DE3841473A1
Application number: DE19883841473
Authority: DE
Inventors: Gerald Dr Heinze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1988-12-09
Publication date: 1990-06-13

Description

Die Erfindung betrifft einen Formsand für Gießereizwecke, der aus einer sandigen Grundmasse, insbesondere Quarzsand, Olivinsand oder Chromerzsand und einem tonigen Bindemittel, insbesondere Bentonit und Wasser besteht und der außerdem einen Glanzkohlenstoffbildner enthält.

Es ist bekannt, Formsanden für Gießereizwecke kohlen stoffhaltige Substanzen zuzusetzen, um zu verhindern, daß die Metalle an der Oberfläche der Sandform anbren nen und eine einwandfreie Beschaffenheit der Gußober fläche zu erhalten. Üblicherweise wird in Gießereien zu diesem Zweck Steinkohlenstaub zugesetzt, der durch Vermahlen von hochflüchtigen Kohlen mit mehr als 25% flüchtigen Bestandteilen hergestellt werden kann. Der hohe Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und die sich dadurch ergebende Zusammensetzung des frei werdenden Gases ist notwendig, weil sich aus dem Gas, das beim Erhitzen durch das Eingießen des flüssigen Eisens in die Form frei wird, fester Kohlenstoff bildet, der sich an der Oberfläche der Quarzkörner niederschlägt. Der so gebildete feste Kohlenstoff wird in der Gießereiindu strie als Glanzkohlenstoff bezeichnet. Die Glanzkohlen stoffschichten entstehen durch thermische Zersetzung von bestimmten kohlenwasserstoffhaltigen Gasen bei Temperaturen zwischen 650° und 1400°C und setzen sich an festen, chemisch inaktiven Flächen ab. Zur Bildung einer ausreichenden Menge an Glanzkohlenstoff ist somit zunächst erforderlich, daß kohlenstoffhaltige Gase mit einer bestimmten Zusammensetzung aus ausgewählten kohlenwasserstoffhaltigen Produkten, den sogenannten Glanzkohlenstoffbildnern, gebildet werden, daß Tempera turen zwischen 650° und 1400°C vorliegen und daß che misch inaktive Flächen, wie z.B. Quarzsand im Formsand vorhanden sind. Temperaturen in dem angegebenen Bereich sowie chemisch inaktive Flächen liegen immer dann vor, wenn bentonitgebundener Naßgußformsand in einer Gieße rei eingesetzt wird. Für die Bildung des Glanzkohlen stoffes ist die Auswahl des kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsproduktes entscheidend. In der folgenden Tabel le ist eine Reihe von Substanzen aufgeführt, die als Glanzkohlenstoffbildner bei der industriellen Fertigung von Gießereierzeugnissen eingesetzt werden. Die Tabelle enthält neben den Gehalten an flüchtigen Bestandteilen auch eine Angabe über den Aggregatzustand der Substan zen sowie Angaben darüber, welcher Gruppe der organi schen Stoffe die einzelnen Produkte zuzuordnen sind.

Tabelle

Alle als Glanzkohlenstoffbildner bekannten Stoffe bestehen entweder aus cyclischen, insbesondere aromati schen Verbindungen oder aus Gemischen aus cyclischen und acyclischen Verbindungen. Von den in der Tabelle genannten Glanzkohlenstoffbildnern werden die Öle verhältnismäßig selten benutzt. Der Einsatz von Kunst stoffen (Styropor) als Zusatz zu mit Bentonit gebunde nem Naßgußformsand wurde nur in einem Fall beschrieben. Die in der Tabelle aufgeführten Produkte geben in der Gießhitze flüchtige Bestandteile ab, die schädliche Stoffe, wie Benzol, Toluol, Benzpyren-3,4 und derglei chen enthalten. Es handelt sich dabei um Krebs verursa chende, sogenannte cancerogene Substanzen. Soweit Steinkohlenstaub verwendet wurde, ergibt sich neben einem hohen Verschmutzungsgrad ein weiterer Nachteil dadurch, daß der Staub zur Selbstentzündung neigt und unter besonderen Umständen eine Explosion hervorrufen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ersatzstoffe zu finden, die so weit wie möglich die Nachteile des Steinkohlenstaubes und der anderen staubförmigen Glanz kohlenstoffbildner vermeiden sollen, aber den bisher verwendeten Stoffen in ihrer Wirkung bezüglich der Bildung von Glanzkohlenstoff auf den Oberflächen der Quarzkörner nicht nachstehen. Ferner soll der neue Glanzkohlenstoffbildner so beschaffen sein, daß er absolut umweltfreundlich ist. Der Begriff der Umwelt freundlichkeit ist dabei sowohl auf die Gesundheit der in der Gießerei arbeitenden Menschen als auch die Deponiefähigkeit des sogenannten Altsandes zu beziehen, da die Eluate aus dem Formsand das Grundwasser bzw. Trinkwasser gefährden.

Um das Gefahrenrisiko am Arbeitsplatz auszuschalten und die Gefährdung des Wassers zu vermeiden, müssen Glanz kohlenstoffbildner benutzt werden, die keine poly cyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAH) ent halten und aus denen sich diese Stoffe beim Abgießen der Formen in der Gießerei auch nicht bilden. Zur Zeit wird in Fachkreisen davon ausgegangen, daß PAH-freie Gießereiformsande nicht zur Verfügung stehen. Untersu chungen haben ergeben, daß polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe bei der unvollständigen Verbrennung (Sauerstoffmangel) von organischem Material entstehen, das Kohlenstoff und Wasserstoff enthält. Es findet eine Pyrolyse statt, weil nicht genügend Sauerstoff vorhan den ist. Nur in einer derartigen reduzierenden Atmo sphäre kann sich Glanzkohlenstoff auf den Quarzkörnern des Formsandes ablagern.

Ausgehend von einem Quarzsand der eingangs beschriebe nen Art besteht die Erfindung darin, daß der zur Bil dung von Glanzkohlenstoff dienende Stoff ausschließlich aus mehrfunktionellen Derivaten der acyclischen Kohlen wasserstoffe besteht und der Zusatz des Glanzkohlen stoffbildners in flüssiger Form erfolgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mehrfunktionelle Derivate der acyclischen Kohlenwasser stoffe unterscheiden sich von den einfachen Derivaten der acyclischen Kohlenwasserstoffe und anderen Kohlen wasserstoffen mit offener Kette dadurch, daß sie einen höheren Siedepunkt aufweisen und mindestens zwei Sauer stoffatome in ihrer Summenformel enthalten (vgl. das Buch "Einführung in die organische Chemie" von Walter Ruske, das im Verlag Chemie erschienen ist).

Mehrfunktionelle Derivate acyclischer Kohlenwasserstof fe sind grundsätzlich für den vorgesehenen Zweck geeig net, wenn man davon absieht, daß eine Reihe von Verbin dungen wegen ihres hohen Preises unter Berücksichtigung rein wirtschaftlicher Gesichtspunkte ausscheidet.

Von den mehrwertigen Alkoholen hat sich Glyzerin als geeignet erwiesen, das im Handel preisgünstig erhält lich ist und Glanzkohlenstoff in ausreichender Menge bildet. Ferner sind Hydroxyaldehyde und Hydroxyketone, die zum Teil aus den mehrwertigen Alkoholen gewonnen werden, für den erfindungsgemäßen Zweck geeignet, weil sie ebenfalls relativ hohe Siedepunkte und mehr als zwei Sauerstoffatome aufweisen.

Eine besondere Bedeutung kommt den Kohlenhydraten, insbesondere den Sacchariden zu, die sowohl in flüssi ger als auch in fester Form vorliegen, beispielsweise das zu den Oligosacchariden gehörende Disaccharid, wie Rohr- oder Rübenzucker. Theoretisch ist somit der Einsatz von wäßrigen Zuckerlösungen möglich. Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es zweckmäßig, Säfte, die bei der Zuckergewinnung anfallen, insbeson dere Melasse, die etwa 50% Zucker und 19% organische Stoffe, wie Dextrin und Aminosäure enthält, einzuset zen. Unter Verwendung von Sacchariden durchgeführte Versuche lieferten gute Ergebnisse.

Die meisten mehrfunktionellen Derivale der acyclischen Kohlenwasserstoffe liegen in flüssiger Form vor. Soweit dies nicht der Fall ist, werden sie vor dem Zusatz zu dem Formsandgemisch vorzugsweise in Wasser gelöst.

In den bekannten Formsandgemischen liegt der Glanzkoh lenstoffbildner in Form von Feststoffpartikeln vor, die im Formsand verteilt sind und infolge der Gießhitze Gase abspalten, die umweltschädliche polycyclische aromtische Kohlenwasserstoffe (PAH) enthalten. Aus der gasförmigen Phase spaltet sich der Glanzkohlenstoff ab und schlägt sich auf den chemisch inaktiven Flächen der einzelnen Quarzkörner als fester Stoff nieder. Es ist somit eine verhältnismäßig große Überschußmenge an gasförmigen Produkten erforderlich, um ausreichende Mengen an Glanzkohlenstoff auf den Quarzkörnern nieder schlagen zu können.

Die erfindungsgemäß als Glanzkohlenstoffbildner einge setzte Substanz wird dem Formsand in der auch bisher üblichen Menge, die vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,5 Gew.-% liegt in flüssiger Form zugesetzt. Dem Formsand, der in üblicher Weise im Kreislauf gefahren wird, werden zur Aufbereitung des sogenannten Altsandes entsprechende Mengen an Neusand, Bentonit und Glanzkoh lenstoffbildner zugegeben.

Der flüssige Glanzkohlenstoffbildner umhüllt die Quarz körner, so daß bereits ein enger Kontakt zwischen dem Glanzkohlenstoffbildner und den Quarzkörnern besteht. Während des Gießvorganges entweichen die flüchtigen Bestandteile aus der zugesetzten Flüssigkeit, so daß auf der Außenhaut der Quarzkörner glanzkohlenstoffähn licher Kohlenstoff zurückbleibt. Diese Schicht schützt das Gußeisen vor sogenannten Sandanbrennungen. Während die Bildung des Glanzkohlenstoffes bei den bekannten Formsandgemischen über die Phasen fest-gasförmig-fest abläuft erfolgt die Umwandlung erfindungsgemäß nur über die Phasen flüssig-fest. Es ist daher eine geringere Menge an Glanzkohlenstoffbildnern notwendig und es bilden sich bei der Umwandlung keine umweltschädlichen polycyclischen, aromatischen Kohlenwasserstoffe. Bei den entweichenden Gasen handelt es sich um völlig anders geartete unschädliche organische Substanzen, die keine carbocyclischen Kohlenwasserstoffe, insbesondere keine polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAH) enthalten, da eine Pyrolyse durch den in den Verbindungen enthaltenen Sauerstoff verhindert und keine Crackprodukte auftreten.

Zusammenfassend ergeben sich die folgenden Vorteile:

1. Es werden keine polycyclischen aromatischen Kohlen wasserstoffe gebildet und dadurch die Bedingungen an den Arbeitsplätzen verbessert,

2. Die Deponieprobleme werden vermindert, weil keine PAH-Eluate aus dem deponierten Altsand anfallen,

3. Der flüssige Glanzkohlenstoffbildner läßt sich sehr viel einfacher handhaben als beispielsweise der zur Selbstentzündung neigende Steinkohlenstaub,

4. Die Qualität des Formsandes wird verbessert und

5. Wirtschaftliche Vorteile infolge Einsparung von Kosten für den Formsand wegen des geringeren Preises der erfindungsgemäß verwendeten flüssigen Glanz kohlenstoffbildner.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß zur Herstellung des Formsandes ein toniges Bindemittel, insbesondere Bentonit verwendet wird, das den flüssigen Glanzkohlenstoffbildner in einer Menge von etwa 20 bis 50 Gew.-% enthält.

Der Zusatz von zusammendrückbaren Stoffen ist erforder lich, weil die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten nur einen geringen Rückstand haben, wenn die flüchtigen Bestandteile ausgetrieben sind. Diese Rückstände sind für sich allein nicht in der Lage, die bekanntlich bei 575° und 870°C auftretende Volumenzunahme des Quarzes (Quarzsandausdehnung) aufzunehmen, so daß es ohne den Zusatz von zusammendrückbaren Stoffen zu Sandausdeh nungsfehlern kommen kann. Der Zusatz von zusammendrück baren Stoffen ist insbesondere bei der Aufbereitung des Altsandes erforderlich, während man auf den Zusatz zu Neusand häufig verzichten kann.

Der Zusatz des zusammendrückbaren Stoffes erfolgt erfindungsgemäß in Form einer Suspension in dem flüssi gen Glanzkohlenstoffbildner. Erfindungsgemäß besteht jedoch auch die Möglichkeit, den zusammendrückbaren Stoff getrennt dem Bentonit zuzumischen. Die Zumischung zum Bentonit kann quantitativ in einer solchen Menge erfolgen, daß sich ein Zusatz zu dem flüssigen Glanz kohlenstoffbildner erübrigt. Es besteht ferner die Möglichkeit, den zusammendrückbaren Stoff dem Quarzsand bzw. dem Altsand beizumischen.

Claims

1. Formsand für Gießereizwecke, der aus einer sandigen Grundmasse, insbesondere Quarzsand, Olivinsand oder Chromerzsand und einem tonigen Bindemittel, insbesonde re Bentonit und Wasser besteht und der außerdem einen Glanzkohlenstoffbildner enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) Der zur Bildung von Glanzkohlenstoff dienende Stoff besteht ausschließlich aus mehrfunktionellen Deriva ten der acyclischen Kohlenwasserstoffe,
b) Der Zusatz des Glanzkohlenstoffbildners erfolgt in flüssiger Form.

2. Formsand für Gießereizwecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glanzkohlenstoffbildner aus einem mehrwertigen Alkohol, vorzugsweise Glyzerin be steht.

3. Formsand für Gießereizwecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Glanzkohlenstoffbildner ein Hydroxylaldehyd oder -keton verwendet wird.

4. Formsand für Gießereizwecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glanzkohlenstoffbildner ein Kohlenhydrat, vorzugsweise ein Saccharid ist.

5. Formsand für Gießereizwecke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenhydrat ein Disaccharid, vorzugsweise Rohr- oder Rübenzucker ist.

6. Formsand für Gießereizwecke nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Glanzkohlen stoffbildner bei der Zuckergewinnung anfallende Melasse benutzt wird.

7. Formsand für Gießereizwecke nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Glanzkohlen stoffbildner in dem Gemisch in der üblichen Menge, vorzugsweise von 0,2 bis 0,6 Gew.-% vorliegt.

8. Formsand für Gießereizwecke nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formsand einen zusammendrückbaren Stoff, insbesondere Graphit, Koks, Ruß oder ein Mineral der Schichtgitter gruppe enthält.

9. Formsand für Gießereizwecke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammendrückbare Stoff dem Bentonit beigemischt ist.

10. Formsand für Gießereizwecke nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß der zusammendrückbare Stoff dem Quarzsand beigemischt ist.

11. Formsand für Gießereizwecke nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß der zusammendrückbare Stoff dem Glanzkohlenstoffbildner beigemischt ist.

12. Formsand für Gießereizwecke nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammendrückbare Stoff in Form einer Suspension in dem flüssigen Glanzkohlen stoffbildner zugesetzt wird.

13. Formsand für Gießereizwecke nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammendrück bare Stoff dem Altsand beigemischt ist.

14. Formsand für Gießereizwecke nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des dem Formsand zugesetzten zusammendrückbaren Stoffes 20 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 50 Gew.-% bezogen auf die Menge des flüssigen Glanzkohlenstoffbildners be trägt.

15. Verwendung eines tonigen Bindemittels, insbesondere Bentonit zur Herstellung eines Formsandes für Gießerei zwecke, das einen flüssigen Glanzkohlenstoffbildner in einer Menge von etwa 20 bis 50 Gew.-% enthält, der aus schließlich aus mehrfunktionellen Derivaten der acycli schen Kohlenwasserstoffe besteht.