-
Verfahren zur Herstellung künstlicher Formsande und zur Verbesserung
natürlicher und gebrauchter Sande Die in der Metallgießerei verwendeten Formsande
müssen gewisse Eigenschaften aufweisen, die sie bezüglich ihrer Güte und Geeignetheit
kennzeichnen. Die wichtigsten dieser Eigenschaften sind eine bestimmte Festigkeit
der aus ihr hergestellten Formen und eine Gasdurchlässigkeit. Die Formen müssen
den vor und während des Gießens auftretenden mechanischen Beanspruchungen Widerstand
entgegenstellen und während des Gießens eine bestimmte Menge Gas abhängig von der
Art und Größe des Formstückes durch die Formschicht ableiten. Beim Guß von Metallen
mit hohen Schmelzpunkten wird von den Formsanden noch die Felterbeständigkeit verlangt.
Einzelne Teile der Form dürfen mit der Gußoberfläche nicht zusammensintern.
-
Die in der Natur vorkommenden und überwiegend in den Formereien verwendeten
Sande müssen als ein Zufallserzeugnis angesehen werden, das nur in seltenen Fällen
das Höchstmaß von den geforderten Eigenschaften besitzt.
-
Die Gasdurchlässigkeit einer aus einem Formsand hergestellten Form
steht in Beziehung mit den in den Sanden vorkommenden Korngrößen in dem Sinne, daß
sie um so größer ist, je gröber die Körnung ist. Diese einfache Beziehung liegt
bei den natürlichen Formsanden nicht vor, weil ein Teil der Sandkörner nicht die
angenäherte Kugelgestalt besitzt, sondern eine sehr unregelmäßig geformte und zerklüftete
Oberfläche zeigt. Man kann daher bei diesen natürlichen Formsanden nicht sagen,
daß die Gasdurchlässigkeit durch Bemessung der Korngrößen im voraus festgesetzt
werden kann oder daß die Bestimmung der Korngrößen ein Maß für die Gasdurchlässigkeit
ergibt. Die Festigkeit einer Form wird hervorgerufen durch die Gegenwart von in
Gelform befindlichen Kolloiden und von Sandkörnern mit gelaiitigen Oberflächen.
-
Auf Grund dieser Erkenntnisse lassen sich künstliche Formsande herstellen,
und zwar verwendet man als Ausgangsstoffe reine Quarzsande, am besten Fluß- oder
Seesande, die gegebenenfalls mit Wasser noch ausgewaschen werden können und dadurch
frei von allen sinternden, organischen und kolloidalen Stoffen werden. Aus diesen
Sanden werden in geeigneter Weise bestimmte Korngrößen abgesondert, und zwar kann
diese Abscheidung erfolgen durch Absieben mit Sieben verschiedener Maschenweite
oder durch ein geeignetes, an sich bekanntes Sedimentierverfahren. Beispielsweise
wird auf diesem Wege die Korngröße von 0,03 bis o,o5 mm Durchmesser abgesondert
aus einem Sandhaufwerk, welches im Anlieferungszustand Korngrößen jeder Größe zwischen
o und 0,3 mm enthält.
-
Die Erzeugung von als Bindemittel wirkenden Gelen kann dadurch herbeigeführt
werden, daß auf den feuchten Quarzkörnern, die für den vorliegenden Fall in bestimmter
Korngröße
hergestellt wurden, eine bestimmte Menge von verdünnter Schwefelsäure oder ähnlich
wirkender Lösungsmittel zugesetzt wird. Die Schwefelsäure hat die Eigenschaft, auf
den Oberflächen der Körner einen geringfügigen Lösungsvorgang zu verursachen und
durch Solvatation, d. h. durch Verdunstung des Lösungsmittels, eine Gelschicht zu
bilden. Stark wirkende Lösungsmittel, z. B. Salzsäure, rufen diese Wirkung nicht
hervor, da sie echte Lösungen erzeugen, aus denen durch Verdunstung kristalline
Abscheidungen auftreten. Die Versuche haben ergeben, daß bei einer bestimmten Konzentration
der Schwefelsäurelösung, die bei etwa ioo Millimol liegt, das -Höchstmaß der Gelbildung
erreicht wird. Ein größerer Säurezusatz beeinträchtigt die Gelbildung ebenso wie
ein geringerer. In ähnlicher Weise wie Schwefelsäure wirkt die im Handel vorkommende
Sulfitlauge, die ebenfalls nur günstige Ergebnisse liefert, wenn sie in bestimmten
Mengen Anwendung findet. Durch Anwendung dieses Verfahrens wird nicht nur ein Formsand
von hoher Festigkeit erzielt, sondern auch von hoher Gasdurchlässigkeit.
-
Beim Erhitzen der Formen während des Gießens erleiden die Gele eine
Veränderung in dem Sinne, daß sie das Wasser verlieren und nachträglich mit Wasser
angefeuchtet nicht wieder zu Gelen umgewandelt werden können. Dieser Vorgang ist
aber erneut möglich, wenn ein solcher Sand in der beschriebenen Weise mit Schwefelsäure
bestimmter Konzentration behandelt wird. Daher ist das Verfahren auch geeignet,
gebrauchte Formsande wieder brauchbar zu machen oder natürliche Formsande zu verbessern,
indem durch Säurezusätz neue Gele gebildet werden.
-
Die künstlichen Formsande haben gegenüber den natürlichen Sanden den
Vorteil, daß sie kein Zufallserzeugnis sind, sondern daß sie in ihren Eigenschaften
je nach Verwendungszweck im voraus durch geeignete Auswahl der Korngrößen und durch
Solv atation hergestellt ein Höchstmaß der Formeigenschaften liefern. Die mit ihnen
hergestellten Gußformen haben vollkommen glatte Oberfläche, da ein Sintern des Sandes
vermieden wird. Wenn daher die Herstellungskosten eines künstlichen Formsandes auch
höher sein werden als die Gewinnungskosten eines natürlichen Sandes, so werden diese
Mehrkosten mehr als aufgewogen durch das bessere Aussehen der Gußoberfläche und
durch die Ersparnis an Putzarbeiten.