DE69835027T2

DE69835027T2 - Flüssige zusammensetzung die beim giessen glanzkohlenstoff bilden kann und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE69835027T2
Application number: DE69835027T
Authority: DE
Inventors: Manfred Buchler
Original assignee: Huttenes-Albertus France Sarl
Current assignee: Huttenes-Albertus France Sarl
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: ATE330732T1; ES2268803T3; FR2771663A1; US6506817B1; WO1999028064A1; EP1035931B1; DE69835027D1; FR2771663B1; BR9814749A; CY1105280T1; JP2001524389A; EP1035931A1; PT1035931E

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich des Gießereiwesens und bezieht sich ganz besonders auf eine neue Zusammensetzung zur Erzeugung von Glanzkohle.
Erzeuger von Glanzkohle sind mit Kohlenstoff versetzte Bestandteile, die dem Formsand in Gießereien hinzugefügt werden, um zum Zeitpunkt des Gusses flüchtige Bestandteile vom Typ Kohlenwasserstoffe freizusetzen, deren Rolle in der Schaffung einer reduzierenden Atmosphäre in der Fassung der Stahlform und der Bildung eines Kohlenstoffdepots mit einem graphithaltigen Erscheinungsbild auf der Oberfläche der Teile besteht, womit ihr Erscheinungsbild verbessert wird.
Herkömmlicherweise ist fein gemahlenes Steinkohlenpulver mit einer Kapazität zur Erzeugung von Glanzkohle in einer Größenordung von 8 bis 10 % seines Gewichts die am häufigsten eingesetzter Bestandteil. Weitere Bestandteile, wie zum Beispiel Teere, Bitumen, bestimmte Harze oder Polymere, wie zum Beispiel Polystyrol, werden häufig als Mischung mit Steinkohlenpulver eingesetzt, um die Kapazität zur Erzeugung von Glanzkohle zu erhöhen.
Die meisten Erzeuger von Glanzkohle werden in Form von fein zerteiltem Pulver eingesetzt, deren Korngröße kleiner ist als 650 Mikron, wobei mehr als 50 % weniger als 150 Mikron haben.
Aber diese von Natur aus organischen Pulver mit hohem Steinkohlengehalt neigen zur Selbsterhitzung, Staubexplosion, Klumpigkeit in Silos.
Um diese Nachteile zu vermeiden, haben einige Hersteller, darunter auch die Antragstellerin, versucht, die Pulver durch Flüssigkeiten zu ersetzen, wie zum Beispiel bitumenhaltige Öle. Die Praxis hat gezeigt, dass diese Öle nicht in ausreichenden Mengen in den Sand inkorporiert werden konnten, um den Bedarf an Glanzkohle zu befriedigen, denn der Sand wurde zu plastisch und das Freisetzen von Rauch beim Guss war zu stark. Die Verwendung dieser Öle ist daher auf einige bestimmte Fälle beschränkt geblieben. Andere Hersteller haben versucht, Suspensionen von Steinkohlenpulver in Wasser zu vermarkten, aber dieses Produkt hat sich als im Verhältnis zum klassischen Steinkohlenpulver zu kostspielig herausgestellt.
Das Patent US 3.666.706 löst das Problem der Toxizität des Steinkohlenpulvers, indem es es durch ein aromatisches Kohlenwasser-Polymer vom Typ Polystyrol, Polypropylen, Polyethylen ersetzt.
Einige Hersteller haben das Problem der Lagerung der pulverhaltigen Bestandteilen dadurch umgangen, dass sie sie mit Bentonit vermischten, das eine andere übliche Verbindung des Formsandes in Gießereien ist. Diese Mischungen, die einen erheblichen Teil des europäischen Marktes erobert haben, weisen ein zwischen 5 und 0,2 inbegriffenes Verhältnis Erzeuger von Glanzkohle/Bentonit auf.
Aber der günstige Einfluss derartiger Mischungen auf die Sicherheitsprobleme bei der Lagerung wird erst bei hohen Bentonitgehalten spürbar, und diese Sicherheitsprobleme sind nicht wirklich geregelt. Darüber hinaus sind diese Mischungen weniger flexibel in der Nutzung in Gießereien, denn das Verhältnis Erzeuger von Glanzkohle/Bentonit ist vorbestimmt, was die Gießereien häufig zwingt, einen kleinen separaten Lagerbestand von Erzeugern von Glanzkohle vorzuhalten.
Die Toxizitätsprobleme der aromatischen polyzyklischen, von den Erzeugern von Glanzkohle erzeugten Probleme rechtfertigt die Suche nach neuen Ersatz- oder Anreicherungsprodukten, deren Wahl jedoch aufgrund der strengen Kriterien bezüglich der Lagerung von pulverförmigem Material begrenzt ist.
Die vorliegende Erfindung zielt genauer gesagt darauf ab, eine Lösung zu den oben genannten Problemen zu bieten. Dieses Ziel wird dank eines die Erzeugung von Glanzkohlenstoff erlaubendes, aus einer flüssigen Zusammensetzung bestehendes Additiv für Formsand in Gießereien, das in einem flüssigen Träger Partikel mindestens einer während des Verlaufs des Gusses des Metalls zur Produktion von Glanzkohle fähigen, anderen Bestandteilen als Steinkohle umfasst, gemäß Anspruch 1 erreicht.
Der Gehalt an flüssigem Träger in der erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzung ist niedriger als 60 Gew.-% der genannten Zusammensetzung. Der flüssige Träger besteht aus mit mindestens einer organischen Flüssigkeit vermischtem Wasser, die aus den aus der Destillation des Erdöls oder der Steinkohle oder auch den aus Pflanzen extrahierten flüssigen Derivaten stammenden organischen Flüssigkeiten ausgewählt sein kann. Als Beispiel können aromatische Lösungsmittel, Fettsäuren, bestimmte naphtenische oder terpenische Derivate sowie deren Mischung genannt werden. In den erfindungsgemä ßen Zusammensetzungen, in denen der flüssige Träger eine Mischung aus Wasser und mindestens einer organischen Flüssigkeit ist, stellt Wasser vorteilhaft mindestens 30 Gew.-% des flüssigen Trägers und/oder mindestens 5 Gew.-% der flüssigen Zusammensetzung der Erfindung dar.
Unter flüssiger Zusammensetzung werden sowohl Flüssigkeiten als auch Suspensionen oder Pasten verstanden, die mindestens bei ihrer Verwendung deutlich homogen sind.
Der Gehalt an Partikeln einer zur Produktion von Glanzkohle fähigen, anderen Bestandteilen als Steinkohle in der flüssigen Zusammensetzung ist zwischen rund 85 und 5 Gew.-% der Zusammensetzung inbegriffen. Bevorzugt weisen mindestens 50 Gew.-% der Partikel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine geringere Größe als ungefähr 500 Mikron auf.
Alle Partikel einer für ihre Fähigkeit zur Produktion von Glanzkohle im Verlauf des Gusses des Metalls in der Stahlform bekannten, im Stand der Technik in Pulverform eingesetzte Bestandteile sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar. Zu nennen wären insbesondere Bitumen, Gilsonit, Cumaron-Inden-Harze, Albore, bestimmte Polyolefine oder Polymere, die davon abgeleitet sind, die durch die Behandlung der Herstellungsharze des bis-Phenol A erhaltenen Verbindungen, usw.
Aber diese Partikel können auch aus jedem anderen, potenziell interessantem Material gebildet werden, das Nachteile für eine Anwendung in Pulverform aufweist, insbesondere aufgrund von ungünstigen physikalischen Merkmalen, wie zum Beispiel eine schlechte Eignung zum Mahlen, eine hohe Feuchtigkeit, ein Neigung zum Klumpen oder zur Kornabtrennung. Diese Bestandteile sind häufig aus der Produktion von Polymeren stammende Abfälle, die heute in den meisten Fällen verbrannt werden. Als Beispiel für derartige Bestandteile können Rückstände aus der Herstellung in Emulsion oder in Suspension von Polyolefinen oder ihren Copolymeren genannt werden, die häufig aus Schlämmen oder feuchten Feinpartikeln gebildete Rückstände sind, oder auch die Rückstände aus der granulometrischen Selektion von Ionen austauschenden Harzen.
Die Erfindung betrifft daher ganz allgemein die Verwendung von Partikeln mit harzhaltigen Verbindungen in einem flüssigen Träger und ganz besonders von Polymer- oder Copolymerpartikeln oder deren Mischung, deren Makromolekularketten in einer Größenordnung von mindestens 80 % ihres Gewichts Kohlenstoff- und Kohlenwasserstoffatome umfassen. Darunter zielt die Erfindung bevorzugt auf diejenigen ab, deren:

– Kapazität zur Erzeugung von Glanzkohle mindestens 15 % ihres Gewichts, gemessen gemäß der von der deutschen Industrie des Gießereiwesens in der „Bestimmung von Glanzkohlenstoff" – V. D. G., Seite 85, Oktober 1980 definierten Methode ausmacht.
– Gehalt an flüchtigen Bestandteilen mindestens 50 %, gemessen gemäß der Methode ISO 562-1981 ist und deren flüchtige Bestandteile sich bei zwischen 200°C und 500°C mindestens zu 80 % verflüchtigen.

Partikel von zur Produktion von Glanzkohle fähigen erfindungsgemäß bevorzugten Bestandteilen haben einen niedrigen Gehalt an polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (Benzo-A-Pyren < 50 ppm) und einen Gehalt an Schwefel von unter 3 %.
Die erfindungsgemäße flüssige Zusammensetzung kann darüber hinaus eine angemessene Menge eines oder mehrerer Suspensionsmittel, rheologischer Mittel oder Oberflächenmittel umfassen, um die Dekantation der Partikel oder die Trennung von feuchten Phasen zu verhindern. Darunter können Tonerden, Bentone, Tenside und Polysaccharide genannt werden.
Die erfindungsgemäße flüssige Zusammensetzung kann ebenfalls einen oder mehrere für ihre günstige Wirkung in Formsand bekannte Additiv(e) umfassen, zum Beispiel, um die Flüssigkeit, die Kohäsion oder die Verdichtung zu verbessern. Es kann sich zum Beispiel um mit Seife versetzte Öle, Fettsäuren oder deren mit Seite versetzte Ester oder Ester ohne Seife, um Glykole, Graphit oder auf die Aktivierung von Bentonit wirkende Additive handeln, wie zum Beispiel bestimmte Basen.
Die erfindungsgemäße flüssige Zusammensetzung kann ebenfalls einen oder mehrere, für ihre Frostschutzwirkung, wie zum Beispiel Ethylenglykole, oder ihre antibakterielle Wirkung, wie zum Beispiel Formol, bekannte Additiv(e) umfassen.
Obwohl eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin besteht, aus Gründen der Gesundheit am Arbeitsplatz die Verwendung von Steinkohle als Erzeuger von Ganzkohle abzuschaffen, kann es sich aus technischen, wirtschaftlichen oder Gründen der Verfügbarkeit von Rohmaterial als nützlich erweisen, in die erfindungsgemäße flüssige Zusammensetzung Steinkohlenpulver zu inkorporieren, dessen Partikelgröße vorteilhaft kleiner als 600 Mikron ist. In diesem Fall liegt der Gehalt am Gewicht des Steinkohlenpulvers in der genannten Zusammensetzung bevorzugt unter 50 %.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsmodus der erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzung umfasst diese bis zu rund 50 % und bevorzugt 30 % ihres Gewichts eines porösen Mineralpulvers, wie zum Beispiel:

– Koks, von dem 80 Gew.-% aus Partikeln besteht, deren Größe kleiner ist als rund 500 Mikron, und von dem bevorzugt 70 Gew.-% aus Partikeln bestehen, deren Größe kleiner ist als 200 Mikron,
– ein siliziumoxidhaltiger oder siliziumsilikathaltiger poröser Stoff, dessen Partikelgröße kleiner ist als 600 Mikron.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Zubereitung einer erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzung, das in der Integration von Partikeln aus mindestens einer zur Produktion von Glanzkohle fähigen, anderen Bestandteilen als Steinkohle in einen flüssigen Träger entweder in Form von trockenen oder feuchten feinen Partikeln, deren Größe kleiner ist als 500 Mikron und in einer Größenordnung von 50 % ihres Gewichts oder durch Mahlen in feuchter Phase mit dem genannten flüssigen Träger besteht. Der flüssige Träger und die in diesem Verfahren eingesetzten Partikel sind konform zu denen, die zuvor in der flüssigen Zusammensetzung der Erfindung beschrieben wurden.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung von Partikeln einer zur Produktion von Glanzkohle im Verlauf des Gusses von Metall in der Stahlform fähigen, anderen Bestandteil als Steinkohle zur Zubereitung einer ein Additiv für den Formsand in Gießereien bildenden flüssigen Zusammensetzung.
Die genannten Partikel sind von dem zuvor in der erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzung definierten Typ.
Die Erfindung betrifft schließlich die Verwendung eines zuvor für die Zubereitung einer Zusammensetzung zum Abformen in der Gießerei definierten Additivs sowie eine Zusammensetzung zum Abformen in der Gießerei auf Basis von Sand mit einem derartigen Additiv und seinem Zubereitungsverfahren. Ein Zubereitungsverfahren einer Zusammensetzung zum Abformen in der Gießerei besteht in der Vermischung von zum Beispiel aus dem Rücklauf nach dem Ausschlagen stammenden Formsand, einer Menge von mindestens 0,05 Gew.-% eines Additivs gemäß Anspruch 1 bis 15, entweder direkt oder über eine Vormischung mit anderen Bestandteilen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden bei der Lektüre der nachstehenden Beispiele bezüglich der Zubereitung und der Verwendung der flüssigen Zusammensetzung der Erfindung in Gießereien deutlich.
Das nachfolgende Beispiel betrifft Verwendungsversuche als Abfallstoffe aus der Herstellung von Styrol-Di-Vinyl-Benzol-Copolymer (S-DVB) für Ionen austauschende Harze stammenden von granulometrischen Auswahl-Feinpartikeln als Erzeuger von Glanzkohlenstoff in Gießereien.
Diese Feinpartikel wurden zunächst gemäß der Methode des Standes der Technik in Pulverform eingesetzt, indem sie mit Steinkohlenstaub in einer Größenordnung von 30 % Feinpartikel S-DVB auf 70 % Steinkohlenstaub vermischt wurden. Beim Ausleeren dieser Mischung auf einer Platte und beim leichten Klopfen auf die Platte ist festzustellen, dass die Körner der Feinpartikel S-DVB sich deutlich von den Steinkohlenkörnern trennen, und damit wird die Mischung ganz problemlos heterogen, was ihre Verwendung in Gießereien verhindert.
Die obige Mischung wurde daher in eine Flüssigkeit inkorporiert und die erhaltene flüssige Zusammensetzung wurde in einer Gießerei-Stahlform eingesetzt:

a) Herstellung eines Vorgels durch Mischen von: – 97 g Wasser – 0,14 g von der Firma Rhône-Poulenc vertriebenes Rhodadol 23, – 2,29 g von der Firma ALBRIGHT-WILSON vertriebenes Empilan NP6, – 0,57 von der Firma ALRIGHT-WILSON vertriebenes DE Empicol ESB 3M.
b) Herstellung der flüssigen Zusammensetzung durch Mischung von: – 30 g Steinkohlenstaub – 35 g Feinpartikel S-DVB – 35 g Vorgel aus der obigen Stufe (a).

Die erhaltene Mischung weist ein flüssiges Erscheinungsbild auf und ist homogen und bleibt dies über mehr als drei Wochen bis zu ihrer nachstehend beschriebenen Verwendung.

c) Herstellung einer Gießerei-Stahlform mit folgender Zusammensetzung in Gewicht: – 100 Teile siliziumhaltiger Sand mit einer Granulometrie von 55 AFS, – 7 Teile aktiviertes, kalkhaltiges Bentonit – 3 Teile der flüssigen Zusammensetzung aus der obigen Stufe (b) – 2 Teile Wasser.

Dann wird der flüssige Guss in die Form abgegossen. Nach dem Erkalten ist auf dem Teil eine schöne, fehlerlose und gut gebeizte Haut festzustellen.

Claims

Additiv für die Formsande in der Gießerei, die es erlauben, Glanzkohlenstoff zu erzeugen, das aus einer fluiden Zusammensetzung besteht, die folgendes aufweist: einen flüssigen Träger, der sich aus einer Mischung aus Wasser und mindestens einer organischen Flüssigkeit zusammen setzt, in der das Wasser mindestens 30 % des Gewichtes vom flüssigen Träger und/oder mindestens 5 Gewichts-% der fluiden Zusammensetzung umfasst, Partikel von mindestens einer Substanz, die keine Kohle ist, die dazu geeignet ist, während des Gusses vom Metall Glanzkohlenstoff zu erzeugen, wobei der Gehalt des genannten flüssigen Trägers keine 60 Gewichts-% der genannten Zusammensetzung umfasst und wobei der Gehalt der genannten Partikel zwischen 85 und 5 Gewichts-% der genannten Zusammensetzung umfasst.
Additiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Flüssigkeit unter den aromatischen Lösungsmitteln und den Fettsäuren ausgewählt sind.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50 Gewichts-% der Partikel mit einer Substanz, die keine Kohle ist, die dazu geeignet ist, Glanzkohlenstoff zu erzeugen, eine Größe von weniger als etwa 500 Mikron aufweisen.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Substanz, die keine Kohle ist, die dazu geeignet ist, Glanzkohlenstoff zu erzeugen, Partikel einer harzhaltigen Verbindung sind, wie Partikel von Polymer oder Copolymer oder deren Mischung, deren makromolekularen Ketten mindestens in Höhe von 80 % ihres Gewichts Kohlenstoff- und Wasserstoffatome enthalten.
Additiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Partikel der Substanz, die keine Kohle ist, die dazu geeignet ist, Glanzkohlenstoff zu erzeugen, aus Polyolefinen oder deren Copolymeren oder Copolymerderivaten zusammen setzen.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Substanz, die keine Kohle ist, die dazu geeignet ist, Glanzkohlenstoff zu erzeugen, eine Kapazität aufweisen, Glanzkohlenstoff von mindestens 15 Gewichts-% von ihrem Gewicht zu erzeugen, die gemäß des Verfahrens gemessen wird, das von der deutschen Industrie des Gießereiwesens in „Bestimmung von Glanzkohlenstoff" – V. D. G. Seite 85, Oktober 1980 definiert wird.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Substanz, die keine Kohle ist, die dazu geeignet ist, Glanzkohlenstoff zu erzeugen, einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von mindestens 50 % aufweisen, der nach dem ISO 562-1981 Verfahren gemessen wird und wobei sich die genannten flüchtigen Bestandteile mindestens zu 80 % zwischen 200°C und 500°C freisetzen.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der Substanz, die keine Kohle ist, die dazu geeignet ist, Glanzkohlenstoff zu erzeugen, einen niedrigen Gehalt an polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen aufweisen und einen Gehalt an Schwefel von weniger als 3 %.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die fluide Zusammensetzung darüber hinaus eine angemessene Menge von einem oder mehreren Suspensionsmitteln, rheologischen Mitteln oder Oberflächenmitteln aufweist, um die Dekantation der Partikel oder die Trennung von flüssigen Phasen zu verhindern.
Additiv nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel unter den Tonen, den Bentonen, den Tensiden und den Polysacchariden ausgewählt sind.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fluide Zusammensetzung darüber hinaus von 1 bis 50 Gewichts-% Kohlenstaub aufweist, von dem die Größe der Partikel kleiner als 600 Mikron ist.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die fluide Zusammensetzung bis zu etwa 50 Gewichts-% eines Kokspulvers aufweist, von dem sich 80 Gewichts-% aus Partikeln zusammen setzen, deren Größe kleiner als etwa 600 Mikron ist.
Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die fluide Zusammensetzung bis zu etwa 30 Gewichts-% eines siliciumdioxidhaltigen körnigen Stoffs oder eines porösen aluminiumsilicathaltigen Stoffs aufweist, von dem die Größe der Partikel kleiner als 600 Mikron ist.
Verfahren zur Zubereitung eines Additivs nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man in einen flüssigen Träger Partikel inkorporiert, von mindestens einer Substanz, die keine Kohle ist, die dazu geeignet ist, Glanzkohlenstoff zu erzeugen, und dies entweder in Form von trockenen oder feuchten feinen Partikeln, deren Größe kleiner als 500 Mikron in Höhe von 50 % ihres Gewichts ist, oder durch Mahlen in feuchter Phase mit dem genannten flüssigen Träger.
Verwendung eines Additivs nach einem der Ansprüche 1 bis 13 für die Zubereitung einer Verbindung für das Formgießen im Gießereiwesen.
Verbindung für das Formgießen im Gießereiwesen auf der Basis von Sand mit einem Additiv nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zur Zubereitung einer Verbindung für das Formgießen im Gießereiwesen, dadurch gekennzeichnet, dass unter den Gusssand eine Menge von mindestens 0,05 Gewichts-% eines Additivs nach einem der Ansprüche 1 bis 13 vermengt wird, und dies entweder direkt, oder mit Hilfe einer Vormischung mit anderen Stoffen.