EP0032596A1 - Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen - Google Patents

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EP0032596A1
EP0032596A1 EP80200997A EP80200997A EP0032596A1 EP 0032596 A1 EP0032596 A1 EP 0032596A1 EP 80200997 A EP80200997 A EP 80200997A EP 80200997 A EP80200997 A EP 80200997A EP 0032596 A1 EP0032596 A1 EP 0032596A1
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molds
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binder component
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Karl-Friedrich Heimbach
Dieter Schauerte
Alois Kwasniok
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Ruetgerswerke AG
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/167—Mixtures of inorganic and organic binding agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B22C1/186—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents contaming ammonium or metal silicates, silica sols
    • B22C1/188—Alkali metal silicates

Definitions

  • Aqueous solutions of sodium or potassium silicates are often used as cold-curing binders for basic molding materials for lost molds.
  • the object is achieved by processes for the production of lost molds from sand or other mold raw materials and by gassing with carbon dioxide-curable binders based on alkali silicates and phenolic or furan resins and optionally additives known per se such as silanes, polyhydric alcohols and polysaccharides, characterized in that 0.3 - 3% by weight of a binder component I, consisting of phenol or furan resin and 0.1 - 1.5% by weight of a dry substance, and 2-5% by weight of a binder component II, consisting of water glass, are added to the basic molding material and optionally 0.2-3% by weight of an alkaline earth metal or lithium hydroxide, mixed in, introduced into molds and cured in a known manner.
  • a binder component I consisting of phenol or furan resin and 0.1 - 1.5% by weight of a dry substance
  • 2-5% by weight of a binder component II consisting of water glass
  • Quartz sand is preferably used as the basic molding material.
  • the other common molding materials can also be used, such as chromite, zircon or olivine sand, chamotte, magnesite, sillimanite or corundum.
  • the binder component I consists of a condensation resin to which 0.1-1.5% of a dry substance is added. Likewise, small amounts (0.1-0.5%) of an aminosilane are sometimes added.
  • Phenolic or furan resins are preferably used as condensation resins.
  • the furan resins include both the furfuryl alcohol-formaldehyde condensates and the various modified furan resins, e.g. Furfuryl alcohol-urea-formaldehyde condensates, furfuryl alcohol-phenol-formaldehyde condensates or furfuryl alcohol-ketone-formaldehyde condensates, which in turn can be modified with other resinous substances.
  • dry matter is understood to mean metal soaps soluble in organic solvents, the main metals being Co, Mn and. Pb come into consideration, while carboxylic acid residues are usually present as organic component, e.g. Naphthenates, octoates, linoleates, resinates or caprylates. These dry substances transfer the atmospheric oxygen through continuous regeneration, so that only small amounts of these substances are needed.
  • This binder is mixed thoroughly with the basic molding material. Then 2-5% by weight of binder component II are added and mixed.
  • aqueous solution of sodium or potassium silicate which is commercially available under the name of water glass and in which 0.2-3% by weight of lithium hydroxide or a hydroxide of an alkaline earth metal was dissolved, serves as binder component II.
  • This solution can additionally be admixed with substances known to promote decay, such as glycerol, starch, sugar derivatives or cellulose.
  • Molding material mixtures were produced with the binders of Comparative Examples 1-3 and Inventive Examples 4-7. 3 or 4 parts by weight of binder were used per 100 parts by weight of quartz sand (for example AFS 55).
  • the sand was only 2 min. mixed with component I and then with component II.
  • the mixtures became cylindrical Test specimen (50 x 50 mm) rammed.
  • the cores were precured by CO 2 gasification for 6-10 seconds. The shear strength was measured after 10 min. as well as 1, 5, 24, 48 and 72 hours, moisture absorption after 8 weeks and decay at 500 and 1000 ° C.

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Abstract

Verlorene Formen aus Sand oder anderen Formgrundstoffen mit kalthärtenden Bindemitteln auf Basis von Alkalisilicaten mit Zusatz von Phenol- oder Furanharzen werden hergestellt, indem man dem Formgrundstoff 0,3-3 Gewichtsprozent einer Bindemittelkomponente I, bestehend aus Phenol- bzw. Furanharz und 0,1-1,5 Gew.% eines Trokkenstoffes sowie 2-5 Gew.% einer Bindemittelkomponente II, bestehend aus Wasserglas, zumischt, in Formen einbringt und in bekannter Weise härtet.

Description

  • Als kalthärtende Bindemittel für Formgrundstoffe für verlorene Formen werden vielfach wäßrige Lösungen von Natrium- oder Kaliumsilikaten (Wasserglas) verwendet.
  • Die Härtung erfolgt meist durch Begasen mit Kohlendioxid (C02-Verfahren). Durch die chemische Reaktion des Silikats mit dem C02 erfolgt die Verfestigung. Die so hergestellten Kerne haben 2 entscheidende Nachteile gegenüber nach warmhärtenden Verfahren gefertigten:
    • 1.) Die hohe Hygroskopizität. Durch Feuchtigkeitsaufnahme ist bereits nach kurzer Zeit ein wesentlicher Festigkeitsabfall zu verzeichnen, der sich bis zur Unbrauchbarkeit der Formkörper fortsetzt.
    • 2.) Der schlechte Zerfall nach dem Abgießen, besonders bei hohen Temperaturen (Stahlguß). Ursache dafür ist das Sintern des Silikats und Carbonats.
  • Um besonders den letztgenannten Nachteil zu verringern, werden bekanntlich seit langem zerfallsfördernde Zusätze, wie z.B. Kohlenstaub, Holzmehl, Stärke, Zuckerderivate zugesetzt. Bekannt ist auch die Zugabe von Harnstoff-, Melamin-, Phenol-, Furfurylalkohol- oder Furfurylalkohol-Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten, die ihrerseits mit weiteren harzartigen Stoffen wie Ketonformaldehydharzen, Kohlenwasserstoffharzen, Kolophonium, Tallharzen u.a. modifiziert sein können, um die Zerfallsneigung zu unterstützen. Diese dem Stand der Technik entsprechenden Zusätze sind jedoch unzureichend, vor allem, wenn diese Bindemittel zur Herstellung von komliziert gestalteten und mit engen Durchgängen versehenen Formen verwendet werden.
  • Eine andere Härtungsmethode wird bei dem "Ashland-Cold-Box-Verfahren" verwendet. Dabei erfolgt der Aushärtungsvorgang der als Bindemittel verwendeten Isocyanate durch Begasen von Aminen. Diese Amine haben hygroskopische Eigenschaften und sind hochgiftig.
  • Da das Amin teilweise unverändert aus dem Prozeß hervorgeht, muß es abgeleitet oder vernichtet werden. Hier müssen die entsprechenden Sicherheitsvorschriften beachtet werden, da diese leichtflüchtigen Amine im bestimmten Verhältnis mit Luft explosive Gemische bilden und ferner ätzend auf Haut, Augen und Schleimhäute wirken. Eine Cold-Box-Anlage zur automatischen Formfertigung ist, da alle diese Sicherheitsvorschriften eingehalten werden müssen, sehr aufwendig und teuer.
  • Da auch die so hergestellten Formen und Kerne bei Lagerung hygroskopisch sind und somit an Festigkeit verlieren, müssen sie in den meisten Fällen geschlichtet oder in öfen vor Gebrauch getrocknet werden.
  • Um diese Nachteile der derzeit gebräuchlichen kalthärtenden Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen zu überwinden, war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes umweltfreundliches Verfahren zu finden, mit dem sich auch komplizierte Formen herstellen lassen, die nach dem Abgießen leicht zerfallen. Die so hergestellten Formen sollen bei Lagerung feuchtigkeitsbeständig sein, ohne einen Festigkeitsabfall zu zeigen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen aus Sand oder anderen Formgrundstoffen und durch Begasen mit Kohlendioxid härtbaren Bindemitteln auf Basis von Alkalisilicaten und Phenol-oder Furanharzen sowie gegebenenfalls an sich bekannten Zusatzstoffen wie Silanen, mehrwertigen Alkoholen und Polysaccariden, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Formgrundstoff 0,3 - 3 Gewichtsprozent einer Bindemittelkomponente I, bestehend aus Phenol- bzw. Furanharz und 0,1 - 1,5 Gew.-% eines Trockenstoffes, sowie 2 - 5 Gew.-% einer Bindemittelkompoente II, bestehend aus Wasserglas und ggf. 0,2 - 3 Gew.-% Hydroxid eines Erdalkalimetalls oder des Lithiums, zumischt, in Formen einbringt und in bekannter Weise härtet.
  • Es ist bekannt, die Festigkeit von Formkörpern zu verbessern, indem man dem Formgrundstoff vor der Zugabe des wasserglashaltigen Bindemittels ein Kondensationsharz beimischt.
  • überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man sowohl eine höhere Festigkeit als auch eine bessere Lagerfähigkeit der Formkörper erhält, wenn dem Kondensationsharz eine geringe Menge eines Trockenstoffes zugefügt wird. Die Zugabe des Trockenstoffs bewirkt den weiteren, nicht vorhersehbaren Effekt, daß der Zerfall der Formkörper nach dem Abgießen, speziell bei hohen Temperaturen, wesentlich verbessert wird. Eine weitere Steigerung der Festigkeit der Formkörper wird erreicht, indem man dem Wasserglas Zusätze von Lithiumhydroxid oder einem Erdalkalimetallhydroxid beifügt. Dadurch wird die Feuchtigkeitsaufnahme der Formkörper sehr stark herabgesetzt, so daß auch die hohen Festigkeitswerte nach mehreren Wochen Lagerung nicht abfallen.
  • Damit werden auf einfache Weise durch Zusetzen geringer Mengen nicht toxischer Stoffe zu den Bindemitteln die Nachteile eines eingeführten Verfahrens überwunden. Dies hat den weiteren Vorteil, daß der Formenhersteller, der bislang nach dem C02-Verfahren gearbeitet hat, weder umzulernen, noch einen Verfahrensschritt-umzuändern braucht, und daß für die Einführung des neuen Verfahrens keine neuen Investitionen notwendig sind.
  • Als Formgrundstoff wird bevorzugt Quarzsand verwendet. Es lassen sich jedoch auch die anderen gebräuchlichen Formstoffe einsetzen, wie Chromit-, Zirkon- oder Olivinsand, Schamotte, Magnesit, Sillimanit oder Korund.
  • Die Bindemittelkomponente I besteht aus einem Kondensationsharz, dem 0,1 - 1,5 % eines Trockenstoffes zugegeben sind. Desgleichen werden mitunter geringe Mengen (0,1 - 0,5 %) eines Aminosilans zugefügt.
  • Als Kondensationsharze werden bevorzugt Phenol- oder Furanharze verwendet. Dabei zählt man zu den Furanharzen sowohl die Furfurylalkohol-Formaldehyd-Kondensate wie auch die verschiedenen modifizierten Furanharze, wie z.B. Furfurylalkohol-Harnstoff-Formaldehyd-Kondensate, Furfurylalkohol-Phenol-Formaldehyd-Kondensate oder Furfurylalkohol-Keton-Formaldehyd-Kondensate, die ihrerseits mit weiteren harzartigen Stoffen modifiziert sein können.
  • Unter Trockenstoff versteht man nach DIN 55901 in organischen Lösungsmitteln lösliche Metallseifen, wobei als Metalle vornehmlich Co, Mn u. Pb in Betracht kommen, während als organische Komponente meist Carbonsäurereste vorhanden sind, wie z.B. Naphthenate, Octoate, Linoleate, Resinate oder Caprylate. Diese Trockenstoffe übertragen den Luftsauerstoff durch fortwährende Regenerierung, so daß man lediglich geringe Mengen dieser Stoffe braucht.
  • Dieses Bindemittel wird mit dem Formgrundstoff gründlich gemischt. Sodann werden 2 - 5 Gew.-% Bindemittelkomponente II zugegeben und gemischt.
  • Als Bindemittelkomponente II dient eine wäßrige Lösung von Natrium- oder Kaliumsilicat, die unter der Bezeichnung Wasserglas im Handel ist und in der gegebenenfalls 0,2 - 3 Gew.-% Lithiumhydroxid oder eines Hydroxids eines Erdalkalimetalls gelöst wurden. Dieser Lösung können zusätzlich noch als zerfallsfördernde Zusätze bekannte Stoffe wie Glycerin, Stärke, Zuckerderivate oder Cellulose beigegeben werden.
  • Die durch gründliches Mischen des Formgrundstoffes mit den beiden Bindemittelkomponenten hergestellte Mischung wird in Formen eingebracht und durch Begasen mit Kohlendioxid gehärtet. Im Gegensatz zu den bislang nach dem C02-Verfahren gehärteten Formen, deren Festigkeit bereits nach mehrtätiger Lagerung beträchtlich abnimmt, nimmt die Festigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper im Laufe der Lagerzeit zu. Trotzdem aber ist der Zerfall nach dem Abguß wesentlich verbessert.
  • Die folgenden Beispiele, in denen Bindemittel verschiedener Zusammensetzung sowie die Eigenschaften der damit hergestellten Formkörper aufgeführt sind, dienen der Erläuterung der Erfindung:
    • Beispiel 1 Bindemittel bestehend aus: Vergleichsbeispiel 100,0 Gew.-Teile Natriumsilikatlösung, ca. 47%ig mit 50/52° Be, Verhältnis SiO2: Na2O = 2,2:1
    • Beispiel 2 Bindemittel bestehend aus: Vergleichsbeispiel Komponente I: 50,0 Gew.-Teile Furanharz Komponente II: 50,0 Gew.-Teile Na-Silicat aus Beispiel 1
    • Beispiel 3 Bindemittel bestehend aus: Vergleichsbeispiel Komponente I : 50,0 Gew.-Teile Furanharz Komponente II: 49,5 Gew.-Teile Na-Silicat aus Beispiel 1 0,5 Gew.-Teile Lithiumhydroxid 55%ig
    • Beispiel 4 Bindemittel bestehend aus: Komponente I : 49,8 Gew.-Teile Furanharz 0,2 Gew.-Teile eines Gemisches aus Metallnaphthenaten (Co 1,5 - Pb 22 - Mn 1,5) wie z.B. Siccatol-Mischtrockner Komponente II: 50,0 Gew.Teile Na-Silicat aus Beispiel 1
    • Beispiel 5 Bindemittel bestehend aus: 50 Gew.-% Komponente I aus Beispiel 4 50 Gew.-% Komponente II aus Beispiel 3
    • Beispiel 6 Bindemittel der Zusammensetzung wie in Beispiel 5 aufgeführt; in der Komponente II wurde jedoch das Lithiumhydroxid durch Bariumhydroxid ersetzt.
    • Beispiel 7 Bindemittel der Zusammensetzung wie in Beispiel 5 aufgeführt; in der Komponente I wurde jedoch das Gemisch aus Naphthenaten durch ein reines Kobaltoctoat (z.B. Octa-Solingen-Kobalt) ersetzt.
  • Mit den Bindemitteln der Vergleichsbeispiele 1 - 3 und der Erfindungsbeispiele 4 - 7 wurden Formstoffmischungen hergestellt. Es wurden 3 beziehungsweise 4 Gewichtsteile Bindemittel auf 100 Gewichtsteile Quarzsand (z.B. AFS 55) eingesetzt. Im Falle der Beispiele 2 - 7 wurde der Sand erst 2 min. mit der Komponente I und anschließend mit der Komponente II gemischt. Aus den Mischungen wurden zylindrische Prüfkörper (50 x 50 mm) gerammt. Die Kerne wurden durch Begaser mit CO2 während 6 - 10 s vorgehärtet. Gemessen wurde die Scherfestigkeit nach 10 min. sowie 1, 5, 24, 48 und 72 Std., die Feuchtigkeitsaufnahme nach 8 Wochen und der Zerfall bei 500 und 1000°C.
  • Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.
    Figure imgb0001

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen aus Sand oder anderen Formgrundstoffen und durch Begasen mit Kohlendioxid härtbaren Bindemitteln auf Basis von Alkalisilicaten und Phenol- oder Furanharzen sowie gegebenenfalls an sich bekannten Zusatzstoffen wie Silanen, mehrwertigen Alkoholen und Polysaccariden, dadurch gekennzeichnet , daß man dem Formgrundstoff 0,3 - 3 Gewichtsprozent einer Bindemittelkomponente I, bestehend aus Phenol- bzw. Furanharz und 0,1 - 1,5 Gew.-% eines Trockenstoffes, sowie 2 - 5 Gew.-% einer Bindemittelkomponente II, bestehend aus Wasserglas,zumischt, in Formen einbringt und in bekannter Weise härtet.
2. Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bindemittelkomponente II 0,2 - 3 Gew.-% Hydroxid eines Erdalkalimetalls oder des Lithiums additiv enthält.
3. Verwendung der verlorenen Formen nach Anspruch 1 und 2 zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen.
EP80200997A 1980-01-22 1980-10-21 Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen Expired EP0032596B1 (de)

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