EP0032596B1 - Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen - Google Patents
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- EP0032596B1 EP0032596B1 EP80200997A EP80200997A EP0032596B1 EP 0032596 B1 EP0032596 B1 EP 0032596B1 EP 80200997 A EP80200997 A EP 80200997A EP 80200997 A EP80200997 A EP 80200997A EP 0032596 B1 EP0032596 B1 EP 0032596B1
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Classifications
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Definitions
- the invention relates to a method for producing lost molds according to the preamble of claim 1. Such a method is known from DE-B 13 02 716.
- Aqueous solutions of sodium or potassium silicates are often used as cold-curing binders for basic molding materials for lost molds.
- decay-promoting additives such as. B. coal dust, wood flour, starch, sugar derivatives added. It is also known to add urea, melanin, phenol, furfuryl alcohol or furfuryl alcohol-urea-formaldehyde condensates, which in turn are combined with other resinous substances such as ketone formaldehyde resins, hydrocarbon resins, rosin, tall resins and the like. a. can be modified to support the tendency to decay.
- these prior art additives are inadequate, especially when these binders are used to make intricately shaped and narrow passage molds.
- isocyanates used as binders are cured by gassing with amines. These amines have hygroscopic properties and are highly toxic.
- the object is achieved by processes for the production of lost molds from a molding material mixture of sand or other molding raw materials and by gassing with carbon dioxide-curable binders based on alkali silicates and 0.3-3 percent by weight of phenolic or furan resins, and optionally additives known per se, such as silanes, polyhydric alcohols and polysaccharides, the molding material mixture being introduced into molds and hardened, characterized in that the phenolic or furan resin has 0.1-1.5 percent by weight of a dry substance and the alkali silicate is 2-5 percent by weight.
- Quartz sand is preferably used as the basic molding material.
- other conventional molding materials such as chromite, zircon or olivine sand, chamotte, magnesite, sillimanite or corundum.
- Phenolic or furan resins are preferably used as condensation resins.
- 0.1-1.5% by weight of a dry substance is added to the condensation resin.
- small amounts (0.1-0.5%) of an aminosilane are sometimes added.
- dry matter is understood to mean metal soaps soluble in organic solvents, the main metals being Co, Mn and. Pb come into consideration, while as the organic component mostly carboxylic acid residues are present, such as. As 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 alkali silicate is added as the second binder component and mixed.
- An alkali silicate is an 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 have been dissolved.
- This solution can additionally be admixed with substances known to promote disintegration, such as glycerin, starch, sugar derivatives or cellulose.
- the mixture produced by thoroughly mixing the basic molding material with the two binder components is introduced into molds and hardened by gassing with carbon dioxide.
- the strength of which already decreases considerably after storage for several days the strength of the shaped articles produced by the process according to the invention increases over the course of the storage time. Nevertheless, the decay after the casting is significantly improved.
- Binder consisting of:
- Binder consisting of:
- Binder consisting of:
- Binder consisting of:
- a pure cobalt octoate e.g. octa-solingen cobalt
- 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 (e.g. AFS 55). In the case of Examples 2-7, the sand was only 2 min. mixed with component I and then with component 11. Cylindrical test specimens (50 x 50 mm) were rammed from the mixtures. The cores were precured by gassing with CO 2 for 6-10 s. 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.
- quartz sand e.g. AFS 55
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von verlorenen Formen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-B 13 02 716 bekannt.
- 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 Abgießgen wie z. B. bei den nach dem eingangs genannten Verfahren hergestellten Formen, 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-, Melanin-, 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 kompliziert gestalteten und mit engen Durchgängen versehenen Formen verwendet werden.
- Ferner ist eine andere Härtungsmethode bekannt, bei der als Bindemittel verwendete Isocyanate durch Begasen mit Aminen ausgehärtet werden. 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 all 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 einer Formstoffmischung aus Sand oder anderen Formgrundstoffen und durch Begasen mit Kohlendioxid härtbaren Bindemitteln auf Basis von Alkalisilikaten und 0,3-3 Gewichtsprozent Phenol- oder Furanharzen sowie gegebenenfalls an sich bekannten Zusatzstoffen wie Silanen, mehrwertigen Alkoholen und Polysaccariden, wobei die Formstoffmischung in Formen eingebracht und gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Phenol- oder Furanharz 0,1-1,5 Gewichtsprozent eines Trockenstoffes aufweist sowie das Alkalisilikat 2-5 Gewichtsprozent beträgt.
- 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 CO2-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 einzetzen, wie Chromit-, Zirkon- oder Olivinsand, Schamotte, Magnesit, Sillimanit oder Korund.
- 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. Dem Kondensationsharz werden 0,1-1,5 Gew.-% eines Trockenstoffes zugegeben. Desgleichen werden mitunter geringe Mengen (0,1-0,5 %) eines Aminosilans zugefügt.
- 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.-% Alkalisilikat als 2. Bindemittelkomponente zugegeben und gemischt.
- Als Alkalisilikat dient eine wäßrige Lösung von Natrium- oder Kaliumsilikat, 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 Glyzerin, 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 CO2-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 :
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- Bindemittel bestehend aus :
- Komponente 1 : 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
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- Bindemittel der Zusammensetzung wie in Beispiel 5 aufgeführt; in der Komponente II wurde jedoch das Lithiumhydroxid durch Bariumhydroxid ersetzt.
- 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 11 gemischt. Aus den Mischungen wurden zylindrische Prüfkörper (50 x 50 mm) gerammt. Die Kerne wurden durch Begasen mit C02 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 1 000 °C.
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