EP0150745B1 - Bindemittelgemisch zur Verfestigung - Google Patents
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- EP0150745B1 EP0150745B1 EP85100275A EP85100275A EP0150745B1 EP 0150745 B1 EP0150745 B1 EP 0150745B1 EP 85100275 A EP85100275 A EP 85100275A EP 85100275 A EP85100275 A EP 85100275A EP 0150745 B1 EP0150745 B1 EP 0150745B1
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Classifications
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Definitions
- the invention relates to a binder mixture for solidifying the molding sand for foundry purposes, according to the first part of patent claim 1.
- Patent document GB-A-1087767 discloses a mixture of aqueous sodium silicate solution with dry hygroscopic glucose, calcium carbonate and iron oxide.
- polysaccharides which contain an anhydro-glucose unit, to the heat escaping during the casting process.
- suitable polysaccharides for this beet or. Cane sugar or dextrin (broken down starch) are called, which are supposed to form raw materials for the in situ production of hygroscopical glucose.
- a known binder composition (DE-A-2641249) of the type mentioned at the outset is intended to address the problem of creating sodium silicate binder compositions for the production of casting molds and cores which remain stable for three months or more when stored. It is recognized that when reducing cane sugar is used as a decay additive, strong hygroscopic behavior arises, which is disadvantageous for molds and cores in a moist atmosphere. To remedy this, an aqueous solution of a sodium silicate which contains a starch hydrolyzate with a dextrose equivalent of less than five is proposed as the binder composition. Catalytic hydrogenation with hydrogen is recommended as the preferred method for obtaining starch hydrolysates with such a low dextrose equivalent.
- Hydrogenated starch hydrolyzate syrups with a dextrose equivalent of at most 0.01 are used as practical exemplary embodiments.
- a chemical hardening agent namely esters of a polyhydric alcohol, is specified. So it becomes a binder consisting of a few Components taught, namely from an aqueous alkali silicate solution and a liquid starch hydrolyzate syrup with a dextrose equivalent, which should be dimensioned as low as possible.
- a polyhydric alcohol, a non-hygroscopic starch hydrolyzate with a reducing power of 6-15%, non-hygroscopic starch, iron oxide and a lubricant are proposed as further additives in a binder mixture with the features mentioned in the preamble of claim 1.
- the non-hygroscopic starch and the iron oxide being added in powder form and in an amount of 0.25 to 1% by weight of sand.
- the non-hygroscopic starch and the iron oxide are added to the sand when this binder mixture is used according to the invention for the production of foundry molds before the addition of the sodium silicate and the modified carbohydrate.
- the actual binder burns at about 200 ° C during the casting process.
- 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.
- a lubricant for example in powder form, is added in an amount of 1 to 2% by weight of the amount of sand or else 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 bring about an increase in the tensile strength of the binder of almost 25% in the binder system according to the invention. This characteristic property can be improved by using CO2 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, carbonic 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 curing 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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Description
- Die Erfindung betrifft ein Bindemittelgemisch zur Verfestigung des Formsandes für Gießereizwecke, entsprechend dem ersten Teil des Patentanspruchs 1.
- Bei der Verwendung allgemein üblicher 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 Zusatzkosten verursacht, die sich unweigerlich in einer Verteuerung der Gießformen niederschlagen. Es hat sich außerdem gezeigt, daß die mit den seitherigen Bindemittelgemischen gegossenen Formen teilweis hygroskopische Eigenschaften zeigen und daher ihre Formbeständigkeit nur von kurzer Dauer ist. Dieses Phänomen erschwert eine gewisse Vorratshaltung und damit eine rationelle Arbeitsweise.
- Aus dem Patentdokument EP-A-0029196 ist ein Bindemittel zur Herstellung von Formkörpern bekannt, das auf wässriger Kalimetall-Silikat-Lösung, insbesondere Natrium-Silikat-Lösung basiert. Als Verbesserung wird vorgeschlagen, reduktiv aminierte Mono-, Di- oder Oligosaccaride hinzuzugeben. Hierdurch soll die außerordentlich ausgeprägte Hygroskopi zität, durch welche sich die genannten Saccaride auszeichnen, stark vermindert werden.
- In dem Patentdokument GB-A-1087767 wird eine Mischung aus wässriger Natrium-Silikat-Lösung mit trockener hygroskopischer Glukose, Kalziumcarbonat und Eisenoxid offenbart. Um die Glukose an Ort und Stelle produzieren zu können, wird vorgeschlagen, Polysaccaride, die eine Anhydro-Glukoseeinheit enthalten, der beim Gießprozeß entweichenden Hitze auszusetzen. Als geeignete Polysaccaride hierfür werden Rüben-bzw. Rohrzucker oder Dextrin (zerlegte Stärke) genannt, die Ausgangsstoffe für die in situ-Produktion der hygroskokpischen Glukose bilden sollen.
- Mit einer bekannten Bindemittelzusammensetzung (DE-A-2641249) etwa der eingangs genannten Art soll das Problem angegangen werden, Natrium-Silikat-Bindemittelzusammensetzungen zur Herstellung von Gießformen und -kernen zu schaffen, die bei der Aufbewahrung für drei Monate oder mehr beständig bleiben. Es wird erkannt, daß bei Verwendung von reduzierendem Rohrzucker als Zerfallzusatz starkhygroskopisches Verhalten entsteht, was bei feuchter Atmosphäre für Formen und Kerne nachteilig ist. Zur Abhilfe wird als Bindemittelzusammensetzung eine wässrige Lösung eines NatriumSilikats vorgeschlagen, das ein Stärkehydrolysat mit einem Dextrose-Äquivalent kleiner als fünf enthält. Als bevorzugte Methode zur Gewinnung von Stärkehydrolysaten mit derart niedrigem Dextrose-Äquivalent wird eine katalytische Hydrierung mit Wasserstoff empfohlen. Als praktische Ausführungsbeispiele werden hydrierte Stärkehydrolysat-Sirupe mit einem Dextrose-Äquivalent von höchstens 0,01 verwendet. Schließlich wird noch die Einarbeitung eines chemischen Härtemittels, nämlich Ester eines mehrwertigen Alkohols angegeben. Es wird also ein Bindemittel bestehend aus wenigen Komponenten gelehrt, nämlich aus einer wässrigen Alkali-Silikat-Lösung und einem flüssigen Stärkehydrolysat-Sirup mit einem Dextrose-Äquivalent, das so niedrig wie möglich zu dimensionieren ist.
- Zur Lösung der beim Stand der Technik auftretenden Probleme werden bei einem Bindemittelgemisch mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen als weitere Additive ein mehrwertiger Alkohol, ein nichthygroskopisches Stärkehydrolysat mit einer Reduktionskraft von 6 - 15 %, nichthygroskokpische Stärke, Eisenoxid und ein Schmiermittel vorgeschlagen, wobei die nichthygroskopische Stärke und das Eisenoxid in Pulverform und in einer Menge von 0,25 bis 1 Gew.-% Sandmenge zugesetzt werden. Durch den Zusatz des Eisenoxids wird eine gewisse Fließfähigkeit und das Durchhärten erreicht. Der Zusatz der nichthygroskopischen Stärke und des Eisenoxids zum Sand erfolgt bei einer erfindungsgemäßen Verwendung dieses Bindemittelgemisches zur Herstellung von Gießereiformen vor der Zugabe des NatriumSilikats und des modifizierten Kohlehydrats.
- Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß im Natriumsilikat ein Verhältnis von
Na₂O : SiO₂
= 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 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 bemerkens - wert, 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 (8)
- Bindemittelgemisch zur Verfestigung des Formsandes für Gießereizwecke, mit Natrium-Silikat-Lösung und, gekennzeichnet, durch die weiteren Additive:- mehrwertiger Alkohol,- ein nichthygroskopisches Stärkehydrolysat mit einer Reduktionskraft von 6 bis 15 %,- nichthygroskopische Stärke,- Eisenoxid und- ein Schmiermittel,wobei die nichthygroskopische Stärke und das Eisenoxid in Pulverform und in einer Menge von 0,25 bis 1 Gew.-% der Sandmenge zugesetzt werden.
- Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Natriumsilikat der Natriumsilikatlösung das Verhältnis Na₂O`SiO₂ = 1:2 bis 1:3 ist.
- Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichthygroskopische Stärkehydrolysat mit einer Reduktionskraft von 6 bis 15 % als Pulver mit 0,149 mm (100 mesh) bis 0,074 mm (200 mesh) zugesetzt wird.
- Bindemittelgemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel in Pulverform in einer Menge von 1 bis 2 Gew.-% der Sandmenge zugesetzt wird.
- Bindemittelgemisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel als Öl in einer Menge von 0,10 - 0,25 Gew.-% der Sandmenge zugesetzt wird.
- Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine Esterverbindung oder Kohlensäure ist.
- Bindemittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Esterverbindung ein Ester aus einem mehrwertigen Alkohol und einer organischen Säure ist.
- Verwendung des Bindemittelgemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Gießereiformen, wobei die Zugabe der nichthygroskopischen Stärke und des Eisenoxids vor der Zugabe der Natriumsilikatlösung und des nichthygroskopischen Stärkehydrolysats mit einer Reduktionskraft von 6 bis 15 % zum Formsand erfolgt.
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