DE69725315T3

DE69725315T3 - Verfahren zur Herstellung von Speisern und anderen Beschickungs- und Zuführungs-Elementen für Giessformen und Zusammensetzung zur Herstellung der Speiser und Elemente

Info

Publication number: DE69725315T3
Application number: DE69725315T
Authority: DE
Inventors: Tomas Posada Fernandez; Rafael Sampedro Gerenabarrena; Francisco Jose Diaz Maruri; Jaime Prat Urrestieta; Jose Joaquin Lasa Urteaga; Luis Iglesias Hernandez
Original assignee: Ashland Licensing and Intellectual Property LLC
Current assignee: Ineos Composites IP LLC
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: RO119517B1; EP0913215B2; HUP0000440A3; ES2155001B1; US6197850B1; WO1998003284A1; SI9720046A; JP2009023003A; TW358048B; KR20000064241A; SI9720046B; AU3444597A; NO334048B1; HUP0000440A2; TR199900199T2; ES2134729B1; DE69725315T2; CN1230139A; KR100523880B1; HU222215B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Speisern und anderen Fülltrichter- und Zufuhrelementen für Gussformen, die für die Herstellung metallischer Teile geeignet sind.
Wie bekannt, umfasst die Gewinnung von metallischen Teilen durch Formen das Gießen des Gussmetalls in eine Form, die Erstarrung des Metalls durch Abkühlen, das aus der Form Lösen oder Extrahieren des geformten Teils durch die Entfernung oder Zerstörung der Form.
Die Formen können metallisch sein oder durch Aggregate verschiedener Materialien (Keramiken, Graphite und insbesondere Sand) gebildet werden, die normalerweise durch die Wirkung von Bindemitteln gehärtet werden. Im Allgemeinen werden Sandabdrücke durch Füllen eines Gesenks mit Sand erhalten.
Diese Formen sollen mit Einlass- oder Auslassöffnungen zur Kommunikation zwischen dem inneren und äußeren Hohlraum ausgestattet sein, durch die das Gussmetall in die Form- oder Gießform gegossen wird. Ebenso soll, aufgrund des Schrumpfen des Metalls während des Abkühlens, die Form mit vertikalen Hohlräumen oder Austriebskanälen versehen sein, die mit Reservegussmetall gefüllt sind, wobei sie die Aufgabe haben, einen Fülltrichter zu bilden, der das Schrumpfen oder Ziehen des Metalls kompensieren soll.
Der Zweck des Fülltrichters ist es, das Teil zu versorgen, wenn das Medium in demselben geschrumpft ist, aus welchem Grund das Metall im Fülltrichter länger im flüssigen Zustand gehalten werden soll als in dem Teil. Aus diesem Grund sind die Austriebskanäle normalerweise mit Speisern, die mit isothermischen oder sogar exothermischen hitzebeständigen Materialien (Isolierungen) hergestellt wurden, bedeckt, was das Abkühlen des in den Fülltrichtern enthaltenen Metalls verzögert, um seine Fluidität sicherzustellen, wenn das Ziehen in dem Gussmetall erzeugt wird.
Die Einlässe, durch die das Gussmetall gegossen wird, sind ebenfalls aus hitzebeständigen, isolierenden und sogar exothermen Materialien mit ähnlicher Zusammensetzung wie die der der Speiser konstruiert.
Geeignete hitzebeständige Isolierzusammensetzungen sind für die Herstellung von Speisern und anderen Fülltrichter- und Zufuhrelelmenten für Gussformen mit isolierenden Eigenschaften, die aus einem hitzebeständigen Material in der Art von Partikeln, organischen und anorganischen Fasern und Bindemitteln konstruiert sind, bekannt.
Geeignete exotherme, hitzebeständige Zusammensetzungen mit exothermen Eigenschaften sind ebenfalls für die Herstellung von Speisern und anderen Fülltrichter- und Zufuhrelelmenten für Gussformen bekannt, umfassend ein hitzebeständiges Füllmaterial in der Form von Fasern oder Partikeln, Bindemitteln und gegebenenfalls ausgewählte Füllstoffe, unter ihnen ein einfach zu oxidierendes Metall und ein Oxidationsmittel, das in der Lage ist, dieses Metall zu oxidieren. Zusätzlich wird, um die Empfindlichkeit der exothermen, hitzebeständigen Zusammensetzung zu verbessern, im Allgemeinen ein anorganisches Fluor-Flussmittel eingeschlossen. GB-A-627678 , 774491 , 889484 und 939541 offenbaren exotherme, hitzebeständige Zusammensetzungen, die anorganische Fluoride enthalten.
Die große Mehrheit an Speisern, die weltweit verbraucht werden, werden durch Vakuum- und Nassformen hergestellt, gefolgt von Trocknen und Polymerisation der Harze bei hoher Temperatur, wie es in ES-8403346 erwähnt ist. Ein Standardverfahren dieses Typs umfasst die Stufen:

– die Suspendieren in Wasser eines Gemisches, das aus den bei der Herstellung des Speisers verwendeten Materialien, zum Beispiel Aluminiumsilicatfasern, Aluminium, Eisenoxid und Phenolharzen, oder alternativ eines Gemisches, das aus Siliciumsänden, Aluminiumschlacke, Cellulose, Aluminium und Phenolharzen gebildet wird;
– das Ansaugen der wässrigen Suspension durch eine äußere und innere Form mittels Vakuum; und
– das aus der Form Lösen eines grünen oder nassen Speisers, der auf einem Blech abgelegt wird, das wiederum in einen Ofen gebracht wird, in dem es 2 bis 4 Stunden bei einer Temperatur von etwa 200°C verbleibt, und schließlich zum Abkühlen stehengelassen wird.

Gelegentlich findet sich nicht der gesamte Aluminiumsilicat-Materialbestand in der Form von Fasern, da ein Teil desselben durch hohle Mikrokügelchen des Alumiumsilicatmaterials ersetzt sein kann, mit dem Ziel die notwendige Menge an Produkt zu vermindern und die Kosten des Endprodukts zu verringern. Solche Mikrokügelchen werden dann als Füllelement verwendet.
Dieses Verfahren erlaubt es, isolierende oder exotherme Speiser zu erhalten, es zeigt jedoch zahlreiche Nachteile, unter denen die Folgenden gefunden werden:

– die Unmöglichkeit Speiser mit ausreichender äußerer Exaktheit in den Dimensionen zu erhalten, da das Ansaugen des Gemisch durch die Form für eine gute Genauigkeit des Speisers auf der inneren Seite (diejenige, die mit der Form in Kontakt ist) sorgt, jedoch nicht auf der anderen Seite. Diese Unexaktheit bewirkt, dass die äußere Kontur der Speiser dimensional nicht mit dem inneren Hohlraum der Austriebskanäle übereinstimmt, was häufig der Ursprung wichtiger Schwierigkeiten für dessen Plazierung und Anbringung ist. Sogar wenn eine Doppelform vorhanden ist, ist es aufgrund der anschließenden Handhabung im grünen Zustand schwierig die Maße einzuhalten. In diesem Sinn wurden Techniken zur Plazierung der Speiser in deren Gehäuse entwickelt, wie sie in DE-A-29 23 393 offenbart sind;
– es sind lange Herstellungszeiten erforderlich;
– es zeigen sich Schwierigkeiten bei der Homogenisierung der Gemische;
– es macht die Einführung von schnellen Änderungen in der Formulierung unmöglich;
– es zeigen sich während des Herstellungsverfahrens bestimmte Gefahren und die Verschmutzung des Restwassers; und
– die in der Form von Fasern verwendeten Materialien können allergische Pathologien, wie Jucken, Reizungen der Haut und der Schleimhaut, bei dem Bediener hervorrufen.

Ein anderes Verfahren zur Herstellung von Speisern besteht aus dem Mischen von Sand, exothermen Materialien und einem spezifischen Harztyp, zum Beispiel dem Mischen von Natriumsilicat und alkalischen oder Novolac-Phenolharzen, und danach der Durchführung von Formen per Hand oder Blasformen der erhaltenen Gemische. Mit diesem Verfahren können Teile mit großer dimensionaler Exaktheit, sowohl innen als auch außen, mit exothermen Eigenschaften erhalten werden, jedoch niemals mit isolierenden Eigenschaften. Obwohl dieses Verfahren einfacher ist als das Nassverfahren, hat seine Anwendung ernste Beschränkungen, da es einerseits nicht möglich ist, Speiser mit isolierenden Eigenschaften zu erhalten, und andererseits die erhaltenen Speiser außerordentlich hygroskopisch sind.
Schließlich offenbart WO 94/23865 eine einblasbare Zusammensetzung auf der Grundlage von hohlen Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen, jedoch ist es erforderlich, dass der Aluminiumoxidgehalt dieses Gemisches über 40 ist, was einen wesentlichen Teil dieses Nebenprodukts unbrauchbar macht, da ein sehr wichtiger Teil der hohlen Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen, die als industrielles Nebenprodukt erzeugt werden, eine geringeren Gehalt als 40 Gewichts-% Aluminiumoxid aufweisen. WO 94/23865 offenbart eine Zusammensetzung zur Herstellung von exothermen Hüllen durch Nassformen, umfassend Flugascheneingusskolben mit einem Aluminiumgehalt von etwa 32 bis 33%, ein Phenol-Formaldehydharz und ein Harnstoff-Formaldehydharz. Diese Harze können nicht als Bindemittel zum Cold-Box-Härten angesehen werden.
Selbstverständlich gibt es ein Verfahren zur Herstellung von Speisern durch Nassverfahren und Vakuumformen, das Speiser bereitstellt, die mit isolierenden oder exothermen Eigenschaften ausgestattet sind, jedoch mit einer dimensionalen Unexaktheit, deren Entwicklung eine Reihe von Nachteilen zeigt, und andererseits gibt es ein einfacheres Herstellungsverfahren von Speisern nach Trockenverfahren und Formen per Hand oder Blasformen, was jedoch nur die Gewinnung von Speisern erlaubt, die mit exothermen Eigenschaften ohne Isolierung ausgestattet sind, jedoch mit dimensionaler Genauigkeit.
Es wäre sehr wünschenswert Speiser und andere Fülltrichter- oder Zufuhrelemente zu haben, die mit isolierenden oder exothermen Eigenschaften ausgestattet sind, die eine dimensionale Genauigkeit zeigen und die zusätzlich mittels eines einfachen Verfahrens, das die vorstehend angegebenen Nachteile hinsichtlich der bekannten Verfahren überwindet. Die Erfindung stellt eine Lösung der Probleme bereit, wobei sie die Verwendung eines hitzebeständigen Materials, wie Aluminiumsilicat, in der Form von hohlen Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt unter 38 Gewichts-% in der Formulierung einer geeigneten Zusammensetzung zur Herstellung der Speiser und Fülltrichter- oder Zufuhrelemente für Gussformen umfasst.
Folglich ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines exothermen Speisers oder Fülltrichter- und Zufuhrelements für Gussformen bereitzustellen, die vollständig frei von hitzebeständigem, isolierendem oder exothermem Material in Faserform sind.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Die industrielle Erfahrung mit Sphäroguss bekundet, dass in Teilen mit einem Siliciumgehalt von gleich oder über 2,8%, einer Dicke von über 20 mm und einem Fluorgehalt im grünen Sand von über 300 ppm eine Umsetzung stattfindet, die in den Teilen weißliche Poren verursachen, die sie unbrauchbar machen.
Das Fluor, das die Verwerfung der Teile verursacht, kann aus dem Bentonit, dem Wasser oder dem Sand stammen, jedoch hauptsächlich aus den Fluoridderivaten, die in der Zusammensetzung zur Gewinnung von exothermen Speisern verwendet werden, und aufgrund dessen kann, wenn die Speiser extensiv verwendet werden, der Kreislauf des grünen Sandes unerwünschte Grenzwerte bezüglich des Fluorgehalts erreichen.
Daher war es wünschenswert, dass die Speiser oder andere geeignete exotherme Elemente für den Sphäroguss kein Fluor einbringen oder dass die Fluorbeiträge stark vermindert werden. Die Erfindung bietet eine Lösung dieses Problems, die die Anwendung eines Einsatzes bei der Herstellung von für Sphäroguss geeigneten Speisern und exothermen Fülltrichter- und Zufuhrelementen umfasst, dessen Zusammensetzung ein anorganisches Fluor-Flussmittels enthält und der in einer Zone der Speiser und Elemente befestigt ist.
1 stellt eine praktische Ausführungsform für das Gießen eines metallischen Teils ebenso wie die integrierenden Hauptelemente des Verfahrens dar. Wie ersichtlich, stellt diese Figur ein praktisches und typisches Beispiel des herkömmlichen Gussverfahrens eines Teils (1) dar, in dessen Gussverfahren der obere (2) und seitliche (3) Speiser, ein Einlass (4) und sein Filter (5) verwendet wurden. Wenn es abkühlt, schrumpft das Teil (1), wobei es Metall aus den Speisern (2) und (3) absorbiert, die, um zu ermöglichen, dass das Material zum Teil fließt, mit dem Gussmaterial in flüssiger Phase ausgestattet sein müssen, da es anderenfalls nicht in der Lage wäre, das Material einzubringen, das für das Teil während des Abkühlens erforderlich ist.
Bei 2 handelt es sich um eine graphische Darstellung, die die Metallabkühlungskurven auf der Grundlage der Dicke der verwendetem Speiser zeigt, die zeigen, dass im Allgemeinen bei gleichem Durchmesser des Austriebskanals, wenn die Dicke des Speisers größer wird, die Verfestigungszeit des Metalls ansteigt. Herausragend in dieser Figur ist die untere Kurve (die nächste zur Abzissenachse), die die Abkühlungskurve darstellt, wenn kein Speiser verwendet wird, und zeigt wie extrem schnell das Abkühlen des Materials erfolgt. Die obere Kurve definiert die Abkühlungskurven, die mit dem Einbau von Speisern mit größerer Dicke erhalten werden, und zeigen so, dass das Abkühlen umso langsamer erfolgt, je größer die Dicke der Speiser ist.
3 stellt eine praktische Ausführungsform eines für den Sphäroguss geeigneten, exothermen Speisers dar, der einen an seinem Boden angebrachten Einsatz hat, der ein anorganisches Fluor-Flussmittel umfasst.
Die Erfindung verwendet eine geeignete Zusammensetzung für die Herstellung von Speisern und anderen Fülltrichter und Zufuhrelementen für Gussformen, die sowohl isolierend als auch exotherm sind und die hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt unter 38 Gewichts-%, vorzugsweise zwischen 20 und 38%, ein Bindemittel und gegebenenfalls einen Füllstoff in nicht-faserförmiger Form umfassen, der aus oxidierbaren Metallen, Oxidationsmitteln und anorganischen Fluor-Flussmitteln ausgewählt ist. Der Zusammensetzung fehlt vollständig hitzebeständiges Material in der Form Fasern.
Die Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen (Al₂O₃·SiO₂), die in dieser Erfindung verwendet werden können, haben einen Aluminiumoxidgehalt unter 38 Gewichts-%, vorzugsweise zwischen 20 und 38 Gewichts-%, einen Korndurchmesser von bis zu 3 mm und im Allgemeinen jede Wanddicke. Jedoch werden in einer bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem mittleren Durchmesser unter 1 mm und einer Wanddicke von etwa 10% des Korndurchmessers verwendet.
Für die erfindungsgemäße Anwendung können hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt unter 38 Gewichts-% verwendet werden, die im Handel erhältlich sind.
Hauptsächlich in Abhängigkeit von der Dichte der hohlen Mikrokügelchen können geeignete Zusammensetzungen für die Herstellung von Speisern und anderer Fülltrichter- und Zufuhrelementen für isolierende und exotherme Gussformen erhalten werden. So ist, je niedriger die Dichte der hohlen Mikrokügelchen ist, desto größer die isolierende Kraft des erhaltenen Speisers, während die dichteren Mikrokügelchen eine geringere isolierende Kraft haben. Ein anderer wichtiger Faktor für die Auswahl der hohlen Mikrokügelchen ist deren spezifische Oberfläche, da je kleiner diese ist, umso kleiner der Verbrauch an Bindemittel (Harz) sein wird, und in Folge davon, werden die gesamten Herstellungskosten der Speiser und Fülltrichter- und Zufuhrelemente kleiner sein und desto kleiner wird die Gasentwicklung sein.
Es kann jeder Harztyp als Bindemittel verwendet werden, sowohl fest als auch flüssig, der mit dem passenden Katalysator nach dem Einblasen und Formen der Formulierung in der Cold-Box polymerisiert wird. Es können durch Amine (gasförmig) aktivierte Phenolharze, durch SO₂ (gasförmig) aktivierte Epoxy-Acrylharze, durch CO₂ oder durch Methylformiat (gasförmig) aktivierte, alkalische Phenolharze und durch CO₂ aktivierte Natriumsilicatharze verwendet werden. Obwohl alle agglomerierenden Stoffe für die erfindungsgemäße Herstellung von exothermen oder isolierenden Speisern und Fülltrichter- und Zufuhrelementen geeignet sind, legen durchgeführte praktische Tests aufgrund von Kosten, Widerstand, mechanischen Eigenschaften und dimensionaler Genauigkeit nahe durch Amine (gasförmig) aktivierte Phenolharze und durch SO₂ (gasförmig) aktivierte Epoxy-Acrylharze zu verwenden.
Die in dieser Erfindung verwendete Zusammensetzung kann gegebenenfalls Füllstoffe in nicht-faserförmiger Form enthalten, die aus oxidierbaren Metallen, Oxidationsmitteln und anorganischen Fluor-Flussmitteln ausgewählt sind.
Als oxidierbare Metalle können Aluminium, Magnesium und Silicium verwendet werden, vorzugsweise Aluminium. Als Oxidationsmittel können Alkali- oder Erdalkalimetallsalze, zum Beispiel Nitrate, Chlorate, und Alkali- oder Erdalkalimetallpermanganate und Metalloxide, zum Beispiel Eisen- und Manganoxide, vorzugsweise Eisenoxid verwendet werden. Als anorganische Fluor-Flussmittel können Kryolith (Na₃AlF₆), Aluminium- und Kaliumtetrafluorid und Aluminium- und Kaliumhexafluorid, vorzugsweise Kryolith verwendet werden.
Eine typische, in dieser Erfindung verwendete Zusammensetzung umfasst hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt zwischen 20 und 38 Gewichts-%, Aluminium, Eisenoxid und Kryolith. In diesem Fall wird, wenn Gussmetall, zum Beispiel Stahl, auf die Form gegossen wird, eine exotherme Reaktion gestartet, und in Folge davon wird die Oxidation von Aluminium gestartet, was zusätzliches Aluminiumoxid verursacht, das zu dem bereits in den Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen vorhandenen hinzugefügt, die hitzebeständigen Eigenschaften der Speiser und jedes anderen Fülltrichter- und Zufuhrelements verbessert. Auf diese Art können hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem niedrigen Aluminiumoxidgehalt (unter 38 Gewichts-%) verwendet werden, im Gegensatz zum dem, wie es nach dem Stand der Technik als empfehlenswert angegeben wird (über 40 Gewichts-%, WO 94/23865 ), und die zuvor aufgrund ihres niedrigen Aluminiumoxidgehalts nicht als hitzebeständige Verbindung bei der Herstellung von Speisern und anderen Fülltrichter- und Zufuhrelementen verwendet wurden. Zusätzlich sind die Mikrokügelchen mit niedrigem Aluminiumoxidgehalt billiger als diejenigen mit einem höheren Aluminiumoxidgehalt, und aufgrund dessen ist deren Verwendung von doppeltem Interesse: Gebrauch von einem Nebenprodukt, das hauptsächlich aus thermischen Kraftwerken stammt, und Verringerung der Herstellungskosten von Speisern und anderen Fülltrichter- und Zufuhrelementen.
Die in dieser Erfindung verwendete Zusammensetzung ist für die Gewinnung von isolierenden oder exothermen Speisern und anderen Fülltrichter- und Zufuhrelementen für Gussformen geeignet. Ein typische Zusammensetzung, die für die Herstellung von Speisern und exothermen Elementen passend ist, ist die als Zusammensetzung (I) identifizierte. Zusammensetzung (I) (exotherm)

Bestandteile Gewichts-%

hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen

(Aluminiumoxidgehalt zwischen 20–38 Gewichts-%) 10–90%

Aluminium (Pulver oder Körner) 7–40%

Bindemittel 1–10%
Zusätzlich und gegebenenfalls kann die Zusammensetzung (I) bis zu 5 Gewichts-% eines anorganischen Fluor-Flussmittels, wie Kryolith, enthalten und bis zu 10 Gewichts-% eines Oxidationsmittels, wie Eisenoxid oder Kaliumpermanganat.
Eine typische Zusammensetzung, die für die Gewinnung von Speisern und isolierenden Fülltrichter- und Zufuhrelementen geeignet ist, ist die als Zusammensetzung (II) identifizierte. Zusammensetzung (II) (isolierend)

Bestandteile Gewichts-%

hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen

(Aluminiumoxidgehalt zwischen 20–38 Gewichts-%) 85–99%

Aluminium (Körner) 0–10%

Bindemittel 1–10%
Die in dieser Erfindung verwendeten Zusammensetzungen können ohne weiteres hergestellt werden, indem deren Bestandteile bis zum Erreichen ihrer vollständigen Homogenität gemischt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Formen einer Formulierung, in der das hitzebeständige Material (Aluminiumsilicat) anstelle einer faserigen Struktur die Gestalt von hohlen Mikrokügelchen hat und bei dem es möglich ist, jeden Typ von Harz zuzugeben. Die Verwendung von nicht-faserförmigen festen Materialien erlaubt die Gewinnung eines homogenen Gemisches mit trockenem Erscheinungsbild, das innerhalb von kurzen Zeiträumen die Gewinnung von sowohl intern als auch extern dimensional perfekten Teilen durch Einblasen erlaubt.
Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung von exothermen oder isolierenden Speisern und Fülltrichter- und Zufuhrelementen für Gussformen, indem in jedem Fall geeignete Zusammensetzungen verwendet werden, wobei nur die Dichte der Mikrokügelchen so verändert wird, dass je niedriger die Dichte dieser Kügelchen ist, umso größer die Isolierungskraft des erhaltenen Produkts ist. Das Verfahren ermöglicht auch die Verwendung von Mikrokügelchen mit einer kleinen spezifischen Oberfläche, mit denen der Verbrauch an Bindemitteln niedriger ist, und daher die Herstellungskosten der Speiser geringer wird.
Wenn es gewünscht wird, Speiser mit einem großen Durchmesser oder Speiser zum Formen von Metallen bei einer niedrigen Gusstemperatur (Aluminium) herzustellen, muss die Isolierungskapazität Vorrang haben. Wenn es dagegen erwünscht ist, Speiser mit kleinem Durchmesser oder für Metalle mit hohen Gusstemperaturen herzustellen, ist es von Interesse, der exothermen Kapazität des Speisers Vorrang zu geben.
Einer der Vorteile dieses Verfahrens ist es, dass es die Verwendung von allen Harzarten ermöglicht und nicht nur die Verwendung von spezifischen Harztypen. Ein anderer wichtiger Vorteil dieses Verfahren betrifft die Tatsache, dass dank der großen Genauigkeit sowohl der internen als auch der externen Gestalt des erhaltenen Speisers dessen Plazierung innerhalb des Austriebskanals infolge davon sehr einfach ist. Ein anderer zusätzlicher Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Tatsache, dass es die Gewinnung von isolierenden oder exothermen Speisern auf eine schnellere und ökonomischere Art und Weise ermöglicht, als bei denjenigen, die herkömmlich mit Fasern und nassen Verfahren hergestellt werden.
Die durch diese Erfindung bereitgestellten und durch durch Einblasen hergestellten Speiser und Fülltrichter- und Zufuhrelemente umfassen hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt unter 38 Gewichts-%, vorzugsweise zwischen 20 und 38 Gewichts-%, und einem Bindemittel zusammen mit gegebenenfalls einem anderen Füllstoff in nicht-faserförmiger Form. Im Allgemeinen haben die Speiser eine dimensionale Genauigkeit, aufgrund dessen sie ohne weiteres per Hand oder auf eine automatische Art und Weise ohne weitere Behandlungen nach der Herstellung mit der Gussform verbunden werden können.
Gemäß der Erfindung wurden Speiser und exotherme Fülltrichter- und Zufuhrelemente entwickelt, die für Sphäroguss geeignet sind, und die als ”Design”-Speiser und Elemente bezeichnet werden könnten, und die minimale Mengen an Fluor, das aus einer erfindungsgemäß bereitgestellten Formulierung stammt, bereitstellen können, was für die Herstellung dieser Speiser und Elemente, obwohl diese frei von anorganischen Fluor-Flussmitteln sind, geeignet ist. Zu diesem Zweck weichen wir ab von einem Gemisch auf der Grundlage von hohlen Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt unter 38 Gewichts-%, der vorzugsweise zwischen 20 und 38 Gewichts-% liegt, und gegebenenfalls einem Füllstoff, der aus oxidierbaren Metallen und Oxidationsmitteln, wie den vorstehend beschriebenen, ausgewählt ist, wobei das Gemisch zusammen mit dem ausgewählten Bindeharz in das Gesenk, in dem der Speiser oder das in Frage kommende Element geformt werden soll, eingeblasen wird. Der Einblasvorgang dieses Gemischs wird benutzt, um einen Einsatz am Boden des Speisers oder des in Frage kommenden Elements oder in einer passenden Zone derselben zu befestigen, wobei dessen Zusammensetzung ein anorganischen Fluor-Flussmittel umfasst, das vor dem Einblasen des Gemischs, das frei von anorganischen Fluor-Flussmitteln ist, in das Gesenk eingesetzt wurde. Dieser Einsatz dient als Primer oder Initiator der exothermen Reaktion. Der Einsatz, der entweder durch das Bindemittel oder durch Druckguss hergestellt worden ist, besteht aus einem Gemisch von oxidierbaren Metallen, Oxidationsmitteln und anorganischen Fluor-Flussmitteln, die normalerweise bei der Herstellung der vorstehend angezeigten Speiser und anderen Fülltrichter- und Zufuhrelementen verwendet werden, zusammen mit gegebenenfalls hohlen Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen oder anderen passenden Elementen zum Verdünnen oder Einstellen der Exothermizität.
In einer besonderen und bevorzugten Ausführungsform wird dieser Einsatz aus einem auf Aluminium basierenden Gemisch aus Eisenoxid und Kryolith und gegebenenfalls dem Verdünnungselement für die Exothermizität hergestellt.
Der Gewichtsanteil des Einsatzes im Hinblick auf den Speiser oder das in Frage kommende Element umfasst zwischen 5 und 20%.
In den Design-Speisern und exothermen Elementen wird die exotherme Reaktion durch den Kontakt des Gussmetalls mit dem Einsatz initiiert und breitet sich rasch und/oder auf kontrollierte Art und Weise auf den Rest des Speisers oder des Elements aus. Jedoch ist das Fluor, das durch diese Reaktion abgesondert wird, minimal, da es ausschließlich aus dem Initiator der exothermen Reaktion stammt. Der Fluorbeitrag ist etwa 5 Mal geringer, wenn dieser Einsatz verwendet wird [siehe Beispiel 2].
In 3 ist ein exothermer Speiser (6) gezeigt, der für Sphäroguss geeignet ist und aus einem Gemisch aus hohlen Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt, der zwischen 20 und 38 Gewichts-% liegt, einem oxidierbaren Metall und einem Oxidationsmittel besteht, und einen Einsatz (7), den Initiator der exothermen Reaktion, der auf einem oxidierbaren Metall, einem Oxidationsmittel und einem anorganischen Fluor-Flussmittel basiert, enthält.
In Folge davon wird in dieser Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines exothermen Speisers oder Fülltrichter- oder Zufuhrelements für für Sphäroguss geeignete Gussformen bereitgestellt.
Anschließend wird das Binderharz gehärtet und das geformte Teil wird nach herkömmlichen Verfahren entfernt.
BEISPIEL 1 (als Referenz)
Gewinnung der Speiser

Exotherme Speiser und isolierende Speiser werden mit den folgenden Zusammensetzungen hergestellt. 1. Feste Bestandteile des exothermen Gemischs

Bestandteil	Gewichts-%
hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen^a)
(Aluminiumoxidgehalt: 20–38 Gewichts-%)	55%
Aluminium^b ⁾ (Metallpulver)	16%
Aluminium^c) (Metallpulver)	17%
Eisenoxid^d)	7%
Kryolith^e ⁾	5%

^a) SG Extendospheres (The P. Q. Corporation), Absorption in Öl (pro 100 g): 57,5; Dichte: 0,4 g/ml
^b) Pitch < 200; Reinheit: 99% Al
^c) Granulometrie: ≤ 1 m; Reinheit: 96–99% Al
^d) Fe₃O₄; Granulometrie: < 150 μm; und
^e) Granulometrie: < 63 μm; Reinheit: 99%

Bestandteil	Gewichts-%
hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen^a)
(Aluminiumoxidgehalt: 20–38 Gewichts-%)	95%
Aluminium^c) (Metallpulver)	5%

^a) SG Extendospheres (The P. Q. Corporation), Absorption in Öl (pro 100 g): 57,5; Dichte: 0,4 g/ml; und
^c) Granulometrie: ≤ 1 m; Reinheit: 96–99% Al

Bindemittel
In beiden Fällen wird ein Gemisch aus Isocure 323-Phenolurethanharz (Ashland) und Isocure 623 (Ashland), das durch einen auf Dimethylethylamin basierenden Katalysator (Isocure 702, Ashland) aktivierbar ist, in den folgenden Anteilen verwendet:

– 100 kg feste Bestandteile des exothermen Gemischs;
– 3 kg Isocure 323;
– 3 kg Isocure 623; und
– 0,1 kg Isocure 702.

Das Mischen der unterschiedlichen Bestandteile wird in einer Mischmaschine mit Schaufeln ausgeführt und über eine positive Metallform einer Roperwork-Schussvorrichtung mit einem Schießdruck von 6 kg/cm² eingeschossen. Wenn die positive Form gefüllt ist, wird der Katalysator (Gas) durchgeleitet, was das geformte Gemisch bereits in Form eines Speisers innerhalb eines Zeitraums von 45 Sekunden härtet. Als nächstes wird es aus der Form gelöst und der so erhaltene Speiser kann verwendet werden.
Die Kratzhärten und Zugfestigkeitseigenschaften der so erhaltenen Speiser sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

TS SH

direkt aus der Form 85 73

1 Stunde 94 78

48 Stunden 104 73

1 Stunde Luft und 48 Std.

100%iger Feuchtigkeit 41 68

wobei

– SH die Kratzhärte ist, Testmaschine: DIETER DETROIT Nr. 674
– TS die Zugfestigkeit ist, Zugwerte in kg für Proben eines Schnitts von 3,5 cm²

Um den Betrieb der erhaltenen Speiser zu untersuchen, wird ein geformter Stahlwürfel mit einer Seite von 97 mm gegossen, wobei den normalen Form- und Gusspraktiken gefolgt wird.
Die Flüssig- und Verfestigungsschrumpfung des Würfels wird mittels eines zylindrischen Speisers mit 50 mm Durchmesser und einer Höhe von 70 mm nachgespeist, der wie vorstehend angegeben erhalten wurde. Dieser Speiser wird mit einer oberen Abdeckung aus dem gleichen Material wie der Speiser ausgestattet, was die Verwendung eines exothermen Abdeckungsmaterials unnötig macht.
Der Würfel hat einen Verfestigungsmodulus (M) von 1,6 cm und für seine Nachspeisung ist ein Fülltrichter mit einem Modulus von über 1,6 cm notwendig.
Der geometrische Modulus des verwendeten Speisers (Mm), beträgt 0,95 cm, das heißt 1,7 Mal weniger. Da das Ziehen nicht den Würfel erreicht, kann festgestellt werden, dass unter den verwendeten Betriebsbedingungen der Modulus-Extension-Faktor (FEM) FEM = MMm = 1,7beträgt, das heißt ähnlich dem FEM eines Speisers, der mit Fasern durch Nassverfahren hergestellt wird.
BEISPIEL 2 (gemäß der Erfindung)
Gewinnung eines exothermen Speisers mit Einsatz
Ein Einsatz mit einem Gewicht von 8 g und kegelstumpfförmiger Gestalt mit 20 mm (Ø) × 30 mm (h) × 10 mm (Ø) wird entweder durch Agglomeration oder durch Druck mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Bestandteile Gewichts-%

zerstäubtes Aluminium 73

Eisenoxid 16

Kryolith 11
Der Einsatz wird über eine positive Form in das ausgewählte Gehäuse gebracht, das zur Herstellung des exothermen Speisers (Grundspeisers) dient, indem ein Gemisch aus Feststoffen eingeblasen wird, bestehend aus:

Bestandteile Gewichts-%

hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen

(Aluminiumoxidgehalt unter 38 Gewichts-%) 60

zerstäubtes Aluminium 33

Eisenoxid 7

das mit einem Gemisch aus 3 Gewichts-% Isocure 323 (Ashland) und 3 Gewichts-% Isocure 623 (Ashland) gebunden wird. Nach dem Einblasen auf die positive Form, wird es mit Isocure 702 (Ashland) begast und das Gemisch wird durch die Wirkung des Gases gehärtet.
Als ein Endergebnis wird ein Speiser mit einem Gesamtgewicht von 113 g mit einem Einsatz mit einem Gewicht von 8 g erhalten, der als Primer wirken und die Notwendigkeit der Verwendung von Kryolith (55 Gewichts-% Fluorgehalt) in dem Grundspeiser vermeiden oder minimieren soll, mit dem Zweck eine möglichst minimale Menge an Fluor in den Sandkreislauf zu bringen, in dem das Teil mit dem Speiser gehärtet werden soll.

1. Gewicht des Grundspeisers: 105 g, Beitrag an Fluor in dem Kryolith: 0 g
2. Gewicht des Einsatzes: 8 g Gewicht an Fluor: 8 × 0,11 × 0,55: 0,48 g
3. Gesamtfluor in dem Speiser 0,48 g

In dem exothermen Speiser, der nach dem in Beispiel 1 offenbarten Verfahren erhalten worden ist, beträgt der Fluorgehalt jedoch 2,585 g, das heißt er ist etwa 5,4 Mal größer, wodurch der Beitrag an Fluor zu dem Grünen-Sand-Kreislauf wesentlich größer sein sollte.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines exothermen Speisers oder Fülltrichter- und Zufuhrelements für Gussformen, die zum Sphäroguss geeignet sind, wobei das Verfahren umfasst: – Einsetzen eines Einsatzes bestehend aus einem Gemisch, welches oxidierbare Metalle, Oxidantien und anorganische Fluor-Flussmittel und gegebenenfalls hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen oder ein anderes geeignetes Element zum Verdünnen oder Einstellen der Exotherme umfasst, in das Gesenk, wobei das Gewicht des Einsatzes zwischen 5 und 20% des Gesamtgewichts des Speisers oder des Fülltrichter- und Zufuhrelements umfasst, wobei der Einsatz als Initiator für die exotherme Reaktion dient; und – Blasformen einer Zusammensetzung im Inneren des Gesenks, wobei die Zusammensetzung zur Herstellung isolierender oder exothermer Speiser und anderer Fülltrichter- und Zufuhrelemente für Gussformen durch Blasformen und Cold-Box-Härten geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung enthält: (i) hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt unter 38 Gew.-%; (ii) ein Bindemittel zum Cold-Box-Härten; und gegebenenfalls (iii) Füllstoff, wobei der Füllstoff in nicht-faserförmiger Form vorliegt, wobei der Füllstoff aus oxidierbaren Metallen und Oxidantien ausgewählt ist, so dass der Einsatz teilweise in die Masse des Speisers oder Elements eingebettet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hohlen Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen einen Aluminiumoxidgehalt zwischen 20 und 38 Gew.-% aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hohlen Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen einen Korndurchmesser von bis zu 3 mm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel zum Cold-Box-Härten ein Harz ist, das aus Phenol-Urethan-Harzen, aktiviert durch Amine, Epoxy-Acrylharzen, aktiviert durch SO₂, alkalischen Phenolharzen, aktiviert durch CO₂ oder durch Methylformiat, und Natriumsilicatharzen, aktiviert durch CO₂, ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die oxidierbaren Metalle aus Aluminium, Magnesium und Silicium ausgewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oxidantien aus Alkali- oder Erdalkalimetallsalzen und Oxiden ausgewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Oxidantien aus Eisen- und Manganoxiden ausgewählt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung weiterhin anorganisches Fluor-Flussmittel aus Kryolith (Na₃AlF₆), Aluminium- und Kaliumtetrafluorid und Aluminium- und Kaliumhexafluorid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung umfasst: Bestandteile Gew.-% Hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen (Aluminiumoxidgehalt zwischen 20–38%) 10 bis 90% Aluminium (Pulver oder Korn) 7 bis 40% Bindemittel 1 bis 10%
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Zusammensetzung außerdem bis zu 5 Gew.-% eines anorganischen Fluor-Flussmittels und bis zu 10 Gew.-% eines Oxidans umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung umfasst: Bestandteile Gew.-% Hohle Aluminiumsilicat-Mikrokügelchen (Aluminiumoxidgehalt zwischen 20–38 Gew.-%) 85 bis 99% Aluminium (Korn) 0 bis 10% Bindemittel 1 bis 10%