EP0150745A2 - Bindemittelgemisch zur Verfestigung - Google Patents

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EP0150745A2
EP0150745A2 EP85100275A EP85100275A EP0150745A2 EP 0150745 A2 EP0150745 A2 EP 0150745A2 EP 85100275 A EP85100275 A EP 85100275A EP 85100275 A EP85100275 A EP 85100275A EP 0150745 A2 EP0150745 A2 EP 0150745A2
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Bi-Tec Gesellschaft fur Bindemittel-Technologie GmbH
SEADERS JOHN
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a binder mixture for solidifying the molding sand for foundry purposes, consisting of an alkali metal silicate, preferably sodium silicate, a polyhydric alcohol, and other additives, and a method for producing foundry molds.
  • Binder mixtures cast forms show partly hygroscopic properties and. therefore their dimensional stability is short-lived. This phenomenon complicates a certain stockpiling and therefore a rational way of working.
  • the actual binder burns at about 200 ° C during the casting process.
  • the bonds that he creates break down between the grains of sand, with the result that the sand mold disintegrates and crumbles out of complicated spatial shapes. This eliminates the need for an additional work step previously required, in which the casting mold had to be removed from the cast model with great difficulty.
  • the casting molds made from sand and the binder mixture according to the invention are absolutely resistant to the effects of moisture.
  • the sodium silicate and the modified carbohydrate are main components and have the following characteristic properties of this binder system: It is characterized by a low viscosity and a moisture resistance due to these components. This system also exhibits complete chemical reactions with the gelling reagents and increased reaction rates over the unmodified ones Sodium silicate binder systems. Another difference compared to the unmodified sodium silicate binder systems lies in the lower freezing point and an increased elasticity of the bonds between the grains of sand after the gelling process. This system is also characterized by a reduced catalyst consumption.
  • the modified carbohydrate is a non-hygroscopic starch hydrolyzate with a reducing power of 6-15%, which can also be added as a powder with -100 mesh to -200 mesh.
  • non-hygroscopic starch and the metal oxide are added in powder form and in an amount of 0.25 to% by weight of the amount of sand. This achieves a certain fluidity and through hardening.
  • the non-hygroscopic starch and the metal oxide are added to the sand before the sodium silicate and the modified carbohydrate are added.
  • a lubricant for example in powder form, is added in an amount of 1 to 2% by weight of the amount of sand or as an oil in an amount of 0.10-0.25% by weight of the amount of sand becomes.
  • the flowability of the sand mixture is improved by the addition of this lubricant.
  • the non-hygroscopic starch, the metal oxide and the lubricant increase the tensile strength in the binder system according to the invention. of the binder of almost 25%. This characteristic property can be improved by using CO 2 or a chemical catalyst. Due to rapid drying, the mixture according to the invention shows high strength within a short time. It is also noteworthy that the set sand forms to achieve a Dehydration does not need to be oven dried or burned. This advantage is reflected in a large saving in energy and labor and thus in manufacturing costs.
  • ester compounds from a polyhydric alcohol and organic acids are used as catalysts.
  • the following acids have proven to be particularly suitable: acetic acid, carboxylic acid, citric acid, glutaric acid and succinic acid. These different esters are mixed in different amounts and combinations.
  • the type and amount of the catalyst influence the production time of the molds, which can range from 2 minutes to several hours.
  • any sand customary in foundry technology such as e.g. Zircon, chromite, olivine, and silicate can be used.
  • the proportion of molding sand is approximately 96.5%, that of sodium silicate solution 3%, that of starch and metal oxide 0.5% and that of the lubricant up to 0.25%. If a catalyst is used, it is added in an amount of approximately 0.3%.
  • the ratio of the preparation time to the hardening time is 1: 2.
  • the casting molds produced with the binder mixture according to the invention and the method according to the invention have a long shelf life, which amounts to approximately 30 days, with no special requirements being placed on the storage of the finished foundry molds.
  • the binder burns at about 200 ° C during the casting process, whereby the sand structure becomes loose and crumbles.

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Abstract

Bindemittelgemisch zur Verfestigung des Formsandes für Giessereizwecke, bestehend aus einem Alkalimetallsilikat, vorzugsweise Natriumsilikat, einem mehrwertigen Alkohol und weiteren Additiven, wobei als Additive modifizierte Kohlehydrate, nichthygroskopische Stärke, Metalloxid und ein Füllstoff vorgesehen sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bindemittelgemisch zur Verfestigung des Formsandes für Gießereizwecke, bestehend aus einem Alkalimetallsilikat, vorzugsweise Natriumsilikat, einem mehrwertigen Alkohol, und weiteren Additiven sowie ein Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen.
  • Bei der Verwendung der zur Zeit üblichen Bindemittelgemische ergeben sich teilweise folgende Schwierigkeiten:
    • Einige Komponenten der herkömmlichen Gemische haben nicht nur einen starken, unangenehmen Geruch, sondern sind auch giftig und daher gesundheitsschädlich. Sie belasten die Umwelt und ihre Abfallprodukte müssen mit einem hohen finanziellen Aufwand beseitigt werden.
  • Ein anderes Problem besteht darin, daß sich die mit einigen Bindemittelgemischen hergestellten Gießformen nach der Abkühlphase nur unter großen Schwierigkeiten von dem ausgehärteten Modell entfernen lassen. Bei komplizierteren Formgebungen ist es häufig notwendig, die Gießform in sorgfältiger Handarbeit zu entfernen. Dabei besteht die Gefahr der Beschädigung der Oberfläche des Modells. Dazu kommt; daß dieser zusätzliche Aufwand große finanzielle Zusatzkosten verursacht, die sich unweigerlich in einer Verteuerung der Gießformen niederschlagen.
  • Es hat sich außerdem gezeigt, daß' die mit den seitherigen Bindemittelgemischen gegossene Formen teilweise hygroskopische Eigenschaften zeigen und. daher ihre Formbeständigkeit nur von kurzer Dauer ist. Dieses Phänomen erschwert eine gewisse Vorratshaltung und damit eine rationelle Arbeitsweise.
  • Die Erfindung löst diese Probleme dadurch, daß als Additive modifizierte Kohlehydrate, nichthygroskopische Stärke, Metalloxid und ein Füllstoff vorgesehen sind. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß im Natriumsilikat ein Verhältnis von Na20 : Si02 = 1 :2 bis' 1 : 3 besteht. Diese Komponenten des Bindemittelgemisches sind geruchlos und völlig ungefährlich, ja sogar eßbar. Der Umgang und das Arbeiten mit den Sandgemischen, die diese Komponenten enthalten, erfordern keinerlei Schutzmaßnahmen; die Beseitigung der Abfallprodukte ist völlig problemlos.
  • Der eigentliche Binder verbrennt beim Gießprozeß bei ungefähr 200°C. Dabei brechen die durch ihn hervorgerufenen Bindungen zwischen den Sandkörnern zusammen, mit der Folge, daß die Sandform zerfällt und aus komplizierten Raumformen herausbröselt. Dadurch erübrigt sich ein vorher notwendiger, zusätzlicher Arbeitsvorgang, bei dem die Gießform mit viel Mühe von dem gegossenen Modell entfernt werden mußte. Auf der anderen Seite sind die aus Sand und dem erfindungsgemäßen Bindemittelgemisch hergestellten Gießformen gegen Feuchtigkeitseinflüsse absolut beständig.
  • Das Natriumsilikat und das modifizierte Kohlehydrat sind Hauptkomponenten und bedingen folgende charakteristische Eigenschaften dieses Bindersystems: Es zeichnet sich durch eine geringe Viskosität und eine durch diese Komponenten bedingte Feuchtigkeitsbeständigkeit aus. Außerdem weist dieses System vollständige chemische Reaktionen.mit den Gelierreagenzien und erhöhte Reaktionsraten gegenüber den nichtmodifizierten Natriumsilikat-Bindersystemen auf. Ein weiterer Unterschied gegenüber den nichtmodifizierten Natriumsilikat-Bindersystemen liegt in dem tieferen Gefrierpunkt und einer erhöhten Elastizität der Bindungen zwischen den Sandkörnern nach dem Geliervorgang. Weiterhin zeichnet sich dieses System durch einen reduzierten Katalysatorverbrauch aus.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das modifizierte Kohlehydrat ein nichthygroskopisches Stärkehydrolysat mit einer Reduktionskraft 6 - 15 % ist, das auch als Pulver mit -100 mesh bis -200 mesh zugesetzt werden kann.
  • Es ist weiterhin vorgesehen, daß die nichthygroskopische Stärke und das Metalloxid (vorzugsweise Eisenoxid) in Pulverform und in einer Menge von 0,25 bis Gew. % der Sandmenge zugesetzt werden. Dadurch wird eine gewisse Fließfähigkeit und das Durchhärten erreicht. Der Zusatz der nichthygroskopischen Stärke und des Metalloxids zum Sand erfolgt vor der Zugabe des Natriumsilikats und des modifizierten Kohlehydrats.
  • Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, daß als Füllstoff ein Schmiermittel, beispielsweise in Pulverform in einer Menge von 1 bis 2 Gew. % der Sandmenge oder aber als öl in einer Menge von 0,10 - 0,25 Gew. % der Sandmenge zugesetzt wird. Durch die Zugabe dieses Schmiermittels wird die Fließfähigkeit der Sandmischung verbessert. Die nichthygroskopische Stärke, das Metalloxid sowie das Schmiermittel bewirken in dem erfindungsgemäßen Bindersystem eine Erhöhung der Zugfestigkeit . des Binders von nahezu 25 %. Diese charakteristische Eigenschaft kann noch durch den Einsatz von CO2 oder eines chemischen Katalysators verbessert werden. Die erfindungsgemäße Mischung zeigt, bedingt durch eine schnelle Trocknung, innerhalb kurzer Zeit eine hohe Festigkeit. Es ist auch bemerkenswert, daß die abgebundenen Sandformen zur Erreichung einer Dehydrierung nicht im Ofen getrocknet oder gebrannt werden müssen. Dieser Vorteil schlägt sich in einer großen Ersparnis an Energie und Arbeitsaufwand und damit an Herstellungskosten nieder.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, daß als Katalysatoren Esterverbindungen, aus einem mehrwertigen Alkohol und organischen Säuren, eingesetzt werden. Folgende Säuren haben sich als besonders geeignet erwiesen: Essigsäure, Carbonsäure, Zitronensäure, Glutarsäure und Bernsteinsäure. Diese verschiedenen Ester werden in unterschiedlichen Mengen und Kombinationen gemischt. Art und Menge des Katalysators beeinflussen die Produktionszeit'der Gießformen, die sich von 2 Minuten bis mehrere Stunden erstrecken kann.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen kann als Formsand jeder in der Gießereitechnik übliche Sand, wie z.B. Zirkon, Chromit, Olivin, und Silikat verwendet werden. Der Anteil des Formsandes beläuft sich ungefähr auf 96,5 %, der der Natriumsilikatlösung auf 3 %, der der Stärke und des Metalloxids auf 0,5 % und der des Schmiermittels bis zu 0,25 %. Wird ein Katalysator verwendet, so wird dieser in einer Menge von ungefähr 0,3 % zugesetzt. Das Verhältnis der Vorbereitungszeit zur Härtungszeit beträgt 1 : 2. Die mit dem erfindungsgemäßen Bindemittelgemisch und dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gießformen haben eine lange Haltbarkeit, die sich ungefähr auf 30 Tage beläuft, wobei für die Aufbewahrung der fertigen Gießereiformen keine besonderen Anforderungen gestellt sind. Der Binder verbrennt beim Gießprozeß bei ungefähr 200°C, wobei das Sandgefüge lose wird und abbröselt.

Claims (19)

1. Bindemittelgemisch zur Verfestigung des Formsandes für Gießereizwecke, bestehend aus einem Alkalimetallsilikat, vorzugsweise Natriumsilikat, einem mehrwertigen Alkohol und weiteren Additiven, dadurch gekennzeichnet, daß als Additive modifizierte Kohlehydrate, nichthygroskopische Stärke, Metalloxid und ein Füllstoff vorgesehen sind.
-2. Bindemittel nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Na20 : Si02 = 1 : 2 bis 1 : 3 ist.
3. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierte Kohlehydrat ein nichthygroskopisches Stärkehydrolysat mit einer Reduktionskraft von 6 - 15 % ist.
4. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierte Kohlehydrat als Pulver mit -100 mesh bis -200 mesh zugesetzt wird.
5. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichthygroskopische Stärke und das Metalloxid in Pulverform zugesetzt werden.
6. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der nichthygroskopischen Stärke und des Metalloxids 0,25 bis 1 Gew. % der Sandmenge beträgt.
7. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein Schmiermittel ist.
8. Bindemittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel in Pulverform in einer Menge von 1 bis 2 Gew. % der Sandmenge zugesetzt wird.
9. Bindemittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel als öl in einer Menge von 0,10 - 0,25 Gew. % der Sandmenge zugesetzt wird.
10. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge-- kennzeichnet, daß als Katalysator Esterverbindungen oder Kohlensäure eingesetzt wird.
11. Bindemittel nach Anspruch. 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester aus einem mehrwertigen Alkohol und einer organischen Säure hergestellt ist.
12. Bindemittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Säure Essigsäure verwendet wird.
13. Bindemittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Säure Carbonsäure verwendet wird.
14. Bindemittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Säure Zitronensäure verwendet wird.
15. Bindemittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Säure Glutarsäure verwendet wird.
16. Bindemittel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Säure Bernsteinsäure verwendet wird.
17. Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen aus Formsand und einem Bindemittelgemisch, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe der nichthygroskopischen Stärke und des Metalloxids vor der Zugabe des Natriumsilikats und des modifizierten Kohlehydrats zum Formsand erfolgt.
18. Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Formsandes beispielsweise 96,5 %, die der Natriumsilikatlösung 3 %, die der Stärke und des Metalloxids 0,5 % und die des Schmiermittels bis zu 0,25 % beträgt.
19. Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator in einer Menge von ungefähr 0,3 % zugesetzt wird.
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