EP2300177B1

EP2300177B1 - BESCHICHTUNGSMASSEN FÜR GIEßFORMEN UND KERNE ZUR VERMEIDUNG VON NARBIGEN OBERFLÄCHEN

Info

Publication number: EP2300177B1
Application number: EP09753897.9A
Authority: EP
Inventors: Reinhard Stötzel; Matthias Schrod; Michael Kloskowski
Original assignee: ASK Chemicals GmbH
Current assignee: ASK Chemicals GmbH
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: EP2300177A1; WO2009144242A1; JP2011521786A; ZA201008144B; EA023525B1; US20160129496A1; JP5701751B2; MX2010012994A; BRPI0912323A2; CN102105242A; UA101663C2; US20110073270A1; EA201071346A1; KR20110020279A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlichte, welche insbesondere für den Großguss geeignet ist, ein Verfahren zur Herstellung eines Gussstücks sowie eine Gießform mit einem Formüberzug.
Die meisten Erzeugnisse der Eisen- und Stahlindustrie sowie der Nichteisenmetallindustrie durchlaufen zur ersten Formgebung Gießprozesse. Dabei werden die Schmelzflüssigwerkstoffe, Eisenmetalle bzw. Nichteisenmetalle, in geometrisch bestimmte Gegenstände mit bestimmten Werkstückeigenschaften überführt. Für die Formgebung der Gussstücke müssen zunächst zum Teil sehr komplizierte Gießformen zur Aufnahme der Schmelze hergestellt werden. Die Gießformen werden unterteilt in verlorene Formen, die nach jedem Guss zerstört werden, sowie Dauerformen, mit denen jeweils eine große Anzahl von Gussstücken hergestellt werden kann.
Die verlorenen Formen bestehen meist aus einem mineralischen, feuerfesten, körnigen Formstoff, der oft noch mit verschiedenen weiteren Zusätzen versetzt wird, z.B. zur Erzielung guter Gussoberflächen, der mit Hilfe eines Bindemittels verfestigt wird. Als feuerfester, körniger Formstoff wird meist gewaschener, klassierter Quarzsand verwendet. Für bestimmte Anwendungen, bei denen besondere Anforderungen erfüllt werden müssen, wird auch Chromit-, Zirkon- und Olivinsand eingesetzt. Daneben werden noch Formstoffe auf Schamotte-, sowie Magnesit-, Silimanit- oder Korundbasis benutzt. Die Bindemittel, mit welchen die Formstoffe verfestigt werden, können anorganischer oder organischer Natur sein. Kleinere verlorene Formen werden überwiegend aus Formstoffen hergestellt, welche durch Bentonit als Bindemittel verfestigt werden, während für größere Formen meist organische Polymere als Bindemittel verwendet werden. Die Herstellung der Gießformen verläuft meist in der Weise, dass der Formstoff zunächst mit dem Bindemittel vermengt wird, sodass die Körner des Formstoffs mit einem dünnen Film des Bindemittels überzogen sind. Diese Formstoffmischung wird dann in eine entsprechende Form eingebracht und ggf. verdichtet, um eine ausreichende Standfestigkeit der Gießform zu erreichen. Anschließend wird die Gießform ausgehärtet, beispielsweise indem sie erwärmt wird oder indem ein Katalysator zugegeben wird, der eine Aushärtungsreaktion bewirkt. Hat die Gießform zumindest eine gewisse Anfangsfestigkeit erreicht, so kann sie ggf. aus der Form entnommen werden und zur vollständigen Aushärtung beispielsweise in einen Ofen überführt werden, um dort für eine vorbestimmte Zeit auf eine bestimmte Temperatur erhitzt zu werden.
Dauerformen werden für die Herstellung einer Vielzahl von Gusstücken verwendet. Sie müssen daher den Gießvorgang und die damit verbundenen Belastungen unbeschädigt überstehen. Als Werkstoff für Dauerformen haben sich je nach Anwendungsbereich besonders Gusseisen sowie unlegierte und legierte Stähle, aber auch Kupfer, Aluminium, Graphit, Sintermetalle und keramische Materialien bewährt. Zu den Dauerformverfahren zählen das Kokillen-, Druck-, Schleuder- und Stranggießverfahren.
Gießformen sind während des Gießvorgangs sehr hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. An der Kontaktfläche zwischen flüssigem Metall und Gießform können daher Fehler entstehen, beispielsweise indem die Gießform reißt oder indem flüssiges Metall in das Gefüge der Gießform eindringt. Meist werden daher diejenigen Flächen der Gießform, die mit dem flüssigen Metall in Berührung gelangen, mit einer schützenden Beschichtung versehen, die auch als Schlichte bezeichnet wird. Eine solche Schlichte besteht meist aus einem anorganischen feuerfesten Stoff und einem Bindemittel, die in einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise Wasser oder Alkohol, gelöst oder aufgeschlämmt sind.
Durch diese Beschichtungen kann also die Oberfläche der Gießform modifiziert und auf die Eigenschaften des zu verarbeitenden Metalls abgestimmt werden. So kann durch die Schlichte das Aussehen des Gussstücks verbessert werden, indem eine glatte Oberfläche erzeugt wird, da durch die Schlichte Unregelmäßigkeiten ausgeglichen werden, die durch die Größe der Körner des Formstoffs verursacht werden. Weiter kann die Schlichte das Gussstück metallurgisch beeinflussen, indem beispielsweise über die Schlichte selektiv an der Oberfläche des Gusstücks Zusätze in das Gusstück übertragen werden, welche die Oberflächeneigenschaften des Gusstücks verbessern. Ferner bilden die Schlichten eine Schicht, welche die Gießform beim Gießen vom flüssigen Metall chemisch isoliert. Dadurch wird jegliche Haftung zwischen Gussstück und Gießform verhindert, sodass sich das Gussstück ohne Schwierigkeiten aus der Gießform entfernen lässt. Darüber hinaus gewährleistet die Schlichte eine thermische Trennung von Gießform und Gussstück. Dies ist insbesondere bei Dauerformen von Bedeutung. Wird diese Funktion nicht erfüllt, erfährt z.B. eine Metallform im Laufe der aufeinander folgenden Gießvorgänge solch hohe thermische Belastungen, dass sie vorzeitig zerstört wird. Die Schlichte kann aber auch dazu genutzt werden, die Wärmeübertragung zwischen flüssigem Metall und Gießform gezielt zu steuern, um beispielsweise durch die Abkühlungsrate die Ausbildung eines bestimmten Metallgefüges zu bewirken.
Die üblicherweise verwendeten Schlichten enthalten als Grundstoffe z.B. Tone, Quarz, Kieselgur, Cristobalit, Tridymit, Aluminiumsilicat, Zirkonsilicat, Glimmer, Schamotte oder auch Koks bzw. Graphit. Diese Grundstoffe bedecken die Oberfläche der Gießform und verschließen die Poren gegen ein Eindringen des flüssigen Metalls in die Gießform. Wegen ihres großen Isoliervermögens werden häufig Schlichten verwendet, welche Siliziumdioxid oder Kieselgur als Grundstoffe enthalten, da diese Schlichten mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden können und in großen Mengen verfügbar sind.
Man hat bereits versucht, über eine Schlichteschicht gezielt Legierungsbestandteile in die Oberfläche eines Gussstücks einzubringen, um beispielsweise die Härte der Oberfläche zu verbessern. So beschreiben K. Herfurth und S. Pinkert, Technische Zeitschrift für das Gießereiwesen, 19, 1973, 365 - 400, sowie K. Herfurth, S. Pinkert, K. Nowak, "Oberflächenlegierungen von Stahlguss in der Gießform", Freiberger Forschungsbericht, B 184 1975, 203 - 215, Pasten, die große Mengen an Übergangsmetallen, wie Chrom, Nickel oder Mangan in Form von beispielsweise Ferrochrom oder Ferromangan enthalten. Der Anteil dieser Metalle oder Legierungen an der Paste liegt dabei deutlich über 50 Gew.-%. Daneben ist in der Paste noch ein Bindemittel enthalten, üblicherweise Wasserglas. Diese Pasten werden auf Flächen der Gießform aufgetragen, die beim Abguss mit dem flüssigen metallischen Werkstoff, üblicherweise Stahl, in Berührung kommen. Beim Abguss sollen die in der Paste enthaltenen Metalle durch die Hitze des flüssigen metallischen Werkstoffs schmelzen und mit diesem lokal an der Oberfläche des Gussstücks eine Legierung bilden, die dann als Randschale erstarrt. Je nach Verfahrensführung können dabei Randschalen mit einer Dicke von bis zu 10 mm erzeugt werden. Diese Randschalen können dann eine sehr hohe Härte aufweisen. Um eine Gussform herstellen zu können, beispielsweise eine Baggerschaufel, wäre es mit diesem Verfahren also nicht mehr erforderlich, das gesamte Gussstück aus der entsprechenden Legierung herzustellen. Vielmehr wäre es ausreichend, lediglich die besonders beanspruchten Abschnitte der Gussform, beispielsweise die Zähne der Baggerschaufel, mit Hilfe der in der Paste enthaltenen Legierungsbestandteile gezielt während des Abgusses aus einer Legierung herzustellen, die eine besonders hohe Härte der Oberfläche ermöglicht. Problematisch ist bei diesem Verfahren jedoch der unterschiedliche Schrumpfungskoeffizient der verschiedenen Werkstoffe. Die gehärtete Oberflächenschicht weist dadurch nicht durchgehend die gleiche Dicke auf oder es werden Unregelmäßigkeiten der Oberfläche beobachtet, wie Risse, Abplatzungen oder Vertiefungen.
Beim Eisen- und Stahlguss bilden sich gelegentlich an der Oberfläche des Gussstücks Fehler aus, wie eine narbige, raue oder vererzte Oberfläche, Abplatzungen, Grübchen, Löcher oder Pinholes oder es bilden sich weiße oder schwarze Beläge aus. Die Ursachen für diese Fehler sind noch nicht vollständig verstanden. Man versucht sie zu bekämpfen, indem man beispielsweise die Gießparameter verändert, das Bindemittelsystem der Gießform modifiziert oder auch verschiedene Additive zur Schlichte gibt. Der Erfolg dieser Maßnahmen ist jedoch meist unbefriedigend. Zwar verschwindet der Fehler zunächst. Er tritt nach einiger Zeit jedoch wieder auf, wobei Zeitpunkt, Intensität und Ausmaß des Fehlers jedoch nicht vorhergesagt werden kann.
Die US 1678931 offenbart eine Beschichtung für Schleudergussformen, deren Hauptbestandteil entweder Graphit oder eine Eisen-Mangan-Aluminium-Legierung ist. Die Beschichtung bildet mit dem Gussmetall (Stahl) eine Legierung mit einem erniedrigten Schmelzpunkt aus. Diese Legierung verzögert das Abkühlen des Gussmetalls an der Formoberfläche, so dass eine gleichmäßige Verteilung und Abkühlung des Gussstücks erreicht wird.
Treten die oben beschriebenen Fehler auf, ist eine aufwändige Nachbearbeitung der Oberfläche des Gussstücks erforderlich, um die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Dies erfordert zusätzliche Arbeitsschritte und damit ein Absinken der Produktivität bzw. ein Ansteigen der Kosten. Treten die Fehler an Flächen des Gussstücks auf, die schlecht oder überhaupt nicht zugänglich sind, kann dies auch zu einem Verlust des Gussstücks führen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzuschlagen, durch welche beim Metallguss eine Verbesserung der Oberfläche des Gussstücks erreicht werden kann, sodass das Ausmaß der Oberflächenbearbeitung des Gussstücks nach dem Abguss verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Schlichtezusammensetzung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Überraschend wurde gefunden, dass bei Zugabe eines bestimmten metallischen Additivs zu einer Schlichtezusammensetzung die Qualität der Oberfläche des Gussstücks nachhaltig verbessert werden kann, und beispielsweise eine Narbenbildung auf der Oberfläche des Gussstücks weitgehend bis vollständig unterdrückt wird. Dabei wird nicht beobachtet, dass größere Mengen des metallischen Additivs bzw. seiner Komponenten in das Gussstück übertreten. Es treten daher auch keine Schwierigkeiten durch unterschiedliche Ausdehnungs- bzw. Schrumpfungskoeffizienten zwischen Gussstück und Randschale auf.
Das in der Schlichtezusammensetzung enthaltene metallische Additiv enthält erfindungsgemäß zumindest ein Metall oder eine Verbindung eines Metalls, wobei das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Mangan und Kupfer.
Das metallische Additiv kann ein Metall enthalten, also das Metall in der oxidationsstufe Null, wobei das Metall sowohl in reiner Form eingesetzt werden kann oder auch in Form einer Legierung mit anderen Metallen. Das metallische Additiv kann aber auch in Form eines oxidierten Metalls vorliegen, also in Form eines Oxids oder eines Salzes, wie eines Carbonates, eines Nitrats oder Chlorids, wobei das Oxid bevorzugt ist.
An sich ist bevorzugt, das Metall in reduzierter Form, also in der Oxidationsstufe Null einzusetzen.
Es können mehrere der genannten Metalle bzw. Verbindungen dieser Metalle im metallischen Additiv enthalten sein. Bevorzugt ist jedoch nur eines der Metalle, in reduzierter oder oxidierter Form, im metallischen Additiv enthalten.
Es werden im metallischen Additiv Metalle bzw. deren Verbindungen verwendet, die aus der Gruppe von Mangan und Kupfer ausgewählt sind.
Das metallische Additiv kann lediglich aus den genannten Metallen bzw. deren Verbindungen gebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass neben diesen Metallen bzw. deren Verbindungen noch weitere Metalle bzw. Verbindungen im metallischen Additiv enthalten sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Metall oder die metallische Verbindung, berechnet als Metall und bezogen auf das Gewicht des metallischen Additivs, in einem Anteil von zumindest 10 Gew.-%, vorzugsweise in einem Anteil von zumindest 20 Gew.-%, bevorzugt in einem Anteil von zumindest 30 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Anteil von zumindest 40 Gew.-%, insbesondere bevorzugt in einem Anteil von zumindest 50 Gew.-% in dem metallischen Additiv enthalten.
Gemäß einer Ausführungsform wird das metallische Additiv nur von zumindest einem der genannten Metalle, insbesondere Mangan oder Kupfer, gebildet. Es ist aber gemäß einer Ausführungsform ausreichend, wenn das Metall bzw. seine Verbindung in einem Anteil von weniger als 90 Gew.-%, gemäß einer weiteren Ausführungsform in einem Anteil von weniger als 80 Gew.-%, gemäß noch einer weiteren Ausführungsform in einem Anteil von weniger als 70 Gew-% in dem metallischen Additiv enthalten ist.
Die Schlichtezusammensetzung kann neben dem metallischen Additiv noch weitere für Schlichten übliche Bestandteile enthalten. Um einen nachhaltigen Einfluss auf die Oberfläche des Gussstücks zu erzielen ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das metallische Additiv, bezogen auf den Feststoffanteil der Schlichtezusammensetzung, in einem Anteil von zumindest 10 Gew.-%, bevorzugt zumindest 15 Gew.-%, besonders bevorzugt zumindest 20 Gew.-% in der Schlichtezusammensetzung enthalten ist.
Wie bereits erläutert, soll mit der Schlichte nicht bevorzugt eine Legierung einer Oberflächenschicht eines Gussstücks erreicht werden sondern die Oberfläche bzw. eine Randschale soll im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweisen, wie Abschnitte des Gussstücks, die beabstandet zur Oberfläche des Gussstücks, d.h. in dessen Volumen angeordnet sind.
Es ist daher vorgesehen, dass der Anteil des metallischen Additivs an der Schlichtezusammensetzung, bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlichtezusammensetzung, geringer als 50 Gew.-%, vorzugsweise geringer als 40 Gew.-%, besonders bevorzugt geringer als 35 Gew.-% gewählt ist.
Wie bereits erläutert, kann das metallische Additiv lediglich zumindest eines der oben erwähnten Metalle enthalten, bevorzugt zumindest eines der Metalle Mangan oder Kupfer. Es ist jedoch gemäß einer Ausführungsform auch möglich, dass das zumindest eine Metall in Form einer Legierung in dem metallischen Additiv enthalten ist. Gemäß einer Ausführungsform ist das Metall in Form einer Eisenlegierung in dem metallischen Additiv enthalten. Der Anteil des Eisens an dem metallischen Additiv, berechnet als elementares Eisen, wird bevorzugt im Bereich von 20 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 70 Gew.-% gewählt.
Neben dem Metall und dem Eisen kann die Legierung auch noch weitere Bestandteile enthalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält das metallische Additiv Aluminium als Bestandteil, wobei der Anteil des Aluminiums am metallischen Additiv, berechnet als elementares Aluminium, vorzugsweise geringer als 10 Gew.-%, bevorzugt geringer als 8 Gew.-% gewählt wird. Gemäß einer Ausführungsform enthält des metallische Additiv Aluminium in einem Anteil von mehr als 2 Gew.-%. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schlichte umfasst metallische Additiv einen Anteil an Aluminium im Bereich von 2 bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 6 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 3 bis 5 Gew.-%.
Das metallische Additiv kann gemäß einer Ausführungsform auch in Form einer Siliziumlegierung verwendet werden. Der Siliciumanteil einer solchen Siliciumlegierung wird dabei bevorzugt im Bereich von 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 50 bis 70 Gew.-% gewählt.
Das metallische Additiv kann noch weitere Bestandteile umfassen, insbesondere Metalle, wobei deren Anteil vorzugsweise geringer als 2 Gew.-%, bevorzugt geringer als 1 Gew.-% gewählt wird.
Diese weiteren Bestandteile sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe von Cer, Magnesium, Chrom, Molybdän.
Die Anteile dieser Legierungsbestandteile betragen bevorzugt zwischen 0,01 und 2 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% bezogen auf das metallische Additiv. Als weiteren Legierungsbestandteil kann das metallische Additiv auch Calcium enthalten. Der Gehalt an Calcium wird dabei bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 2 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,5 bis 1,5 Gew.-% gewählt.
Die Korngröße des metallischen Additivs sollte bevorzugt nicht zu gering gewählt sein, insbesondere wenn die Metalle, bevorzugt Mangan und Kupfer, in elementarer Form in dem metallischen Additiv enthalten sind, da dann eine erhöhte Gefahr besteht, dass das metallische Additiv mit weiteren Komponenten der Schlichtezusammensetzung reagiert und beispielsweise oxidiert wird. Andererseits sollte die Korngröße bevorzugt nicht zu groß gewählt werden, da sonst das metallische Additiv beispielsweise in der Schlichtezusammensetzung absinken kann und damit ein inhomogener Auftrag des metallischen Additivs auf die Fläche einer Gießform erfolgt.
Das metallische Additiv weist vorzugsweise eine mittlere Korngröße (D₅₀) von weniger als 0,5 mm bevorzugt weniger als 0,4 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,3 mm auf. Die mittlere Korngröße (D₅₀) lässt sich beispielsweise durch Siebanalyse oder durch Lasergranulometrie ermitteln. Das in der erfindungsgemäßen Schlichte enthaltene metallische Additiv weist gewöhnlich eine relativ hohe Dichte auf und sinkt daher in der Schlichte rasch ab. Dieses Absinken kann zwar durch Zugabe eines Stellmittels abgebremst werden. Durch eine Verkleinerung der Korngröße kann jedoch das Absinken des Impfmittels weiter verringert werden, so dass das Impfmittel homogen in der Schlichte suspendiert verbleibt. Als weiterer Vorteil verstopft bei Verwendung einer Sprühvorrichtung zum Aufbringen der Schlichte die Düse der Sprühvorrichtung bei Verwendung eines metallischen Additivs mit feiner Körnung weniger leicht. Insbesondere bevorzugt weist das Impfmittel eine mittlere Korngröße von weniger 0,3 mm auf. Mit abnehmender Körnung nimmt jedoch die spezifische Oberfläche des metallischen Additivs zu und damit auch die Reaktivität mit der in der Schlichte enthaltenen Flüssigkeit, beispielsweise Wasser. Bei einer Reaktion des metallischen Additivs mit beispielsweise Wasser wird eine Gasbildung beobachtet, was zu einer Schaumbildung führt. Die Schlichte lässt sich dann nicht mehr zuverlässig pumpen bzw. versprühen. Vorzugsweise wird daher die mittlere Korngröße größer als 50 µm, insbesondere bevorzugt größer als 80 µm gewählt. Besonders bevorzugt wird das metallische Additiv mit einer Körnung im Bereich von 20 bis 1000 µm, weiter bevorzugt von 80 bis 300 µm verwendet.
Die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung wird bevorzugt in Form einer Paste oder einer Suspension bereitgestellt. Bei dieser Ausführungsform enthält die Schlichtezusammensetzung eine Trägerflüssigkeit. Diese Trägerflüssigkeit wird geeignet so ausgewählt, dass sie bei den im Metallguss üblichen Bedingungen vollständig verdampft werden kann. Die Trägerflüssigkeit sollte daher bevorzugt bei Normaldruck einen Siedepunkt von weniger als etwa 130°C, vorzugsweise weniger als 110°C aufweisen.
Die Trägerflüssigkeit kann anteilig oder vollständig von Wasser gebildet sein. Insbesondere wenn das metallisch Additiv jedoch in Form elementarer Metalle bzw. einer Legierung elementarer Metalle vorliegt, wird jedoch gelegentlich eine Oxidation des metallischen Additivs beobachtet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schlichtezusammensetzung daher ein Lösungsmittel, welches zumindest zu einem Anteil von einem organischen Lösungsmittel gebildet wird.
Die Oxidation des metallischen Additivs wird durch einen hohen Anteil des organischen Lösungsmittels, beispielsweise eines Alkohols, an der Trägerflüssigkeit zurückgedrängt. Als weiterer Vorteil lässt sich die Schlichte nach dem Auftrag sehr leicht trocknen, indem das Lösungsmittel abgebrannt wird.
Sofern ein organisches Lösungsmittel in der Schlichtezusammensetzung enthalten ist, so wird dessen Anteil an der Trägerflüssigkeit vorzugsweise größer als 20 Gew.-%, bevorzugt größer als 30 Gew.-%, besonders bevorzugt größer als 40 Gew.-% gewählt.
Die Trägerflüssigkeit kann vollständig von dem organischen Lösungsmittel gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann der Anteil des organischen Lösungsmittels an der Trägerflüssigkeit jedoch auch kleiner gewählt werden. Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Anteil des organischen Lösungsmittels an der Trägerflüssigkeit weniger als 90 Gew.-%, gemäß einer weiteren Ausführungsform weniger als 80 Gew.-% und gemäß einer weiteren Ausführungsform weniger als 70 Gew.-%.
Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, die bevorzugt 5 bis 15 Kohlenstoffe umfassen, Ester aliphatischer Carbonsäuren, wobei die Carbonsäuren bevorzugt 2 bis 20 Kohlenstoffatome und die Alkoholkomponente des Esters bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome umfasst. Weitere bevorzugt organische Lösungsmittel sind beispielsweise Ketone mit vorzugsweise 4 bis 20 Kohlenstoffatomen. Weiter sind Ether als Lösungsmittel geeignet, wobei hier auch Polyglykole verwendet werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Lösungsmittel zumindest anteilig von zumindest einem Alkohol gebildet, der vorzugsweise 1 bis 10 Kohlenstoffatome umfasst. Beispielhafte Alkohole sind Ethanol, n-Propanol, Isopropanol und Butanol.
Sofern ein Alkohol als Bestandteil der Trägerflüssigkeit verwendet wird, wird dessen Anteil, bezogen auf das Gewicht der Trägerflüssigkeit, vorzugsweise größer als 50 Gew.-%, bevorzugt größer als 60 Gew.-% gewählt.
Neben den bereits genannten Bestandteilen kann die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung weitere für Schlichten übliche Bestandteile enthalten.
So umfasst die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest einen pulverförmiger Feuerfeststoff. Dieser Feuerfeststoff dient dazu, die Poren in einer Gießform gegen das Eindringen des flüssigen Metalls zu verschließen. Weiter wird durch den Feuerfeststoff eine thermische Isolierung zwischen Gießform und flüssigem Metall erreicht. Als Feuerfeststoff können im Metallguss übliche Feuerfeststoffe verwendet werden. Beispiele für geeignete Feuerfeststoffe sind Quarz, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumsilicate, wie Pyropyllit, Kyanit, Andalusit oder Schamotte, Zirkonsande, Zikonsilikate, Olivin, Talk, Glimmer, Grafit, Koks, Feldspat, Diatomit, Kaoline, kalzinierte Kaoline, Kaolinit, Metakaolinit, Eisenoxid, Bauxit.
Der Feuerfeststoff wird in Pulverform bereitgestellt. Die Korngröße wird dabei so gewählt, dass in der Beschichtung ein stabiles Gefüge entsteht und dass sich die Schlichte vorzugsweise mit einer Sprühvorrichtung problemlos auf der Wand der Gießform verteilen lässt. Geeignet weist der Feuerfeststoff eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,1 bis 500 µm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 bis 200 µm auf. Als Feuerfeststoff sind insbesondere Materialien geeignet, welche einen Schmelzpunkt aufweisen, der zumindest 200°C oberhalb der Temperatur des flüssigen Metalls liegt und die keine Reaktion mit dem Metall eingehen.
Der Anteil des Feuerfeststoffs, bezogen auf den Feststoffanteil der Schlichtezusammensetzung, wird vorzugsweise größer als 10 Gew.-%, bevorzugt größer als 20 Gew.-%, besonders bevorzugt größer als 30 Gew.-% gewählt. Gemäß einer Ausführungsform wird der Anteil des Feuerfeststoffs geringer als 80 Gew.-%, gemäß einer weiteren Ausführungsform geringer als 70 Gew.-% und gemäß einer weiteren Ausführungsform geringer als 60 Gew.-% gewählt.
Die erfindungsgemäße Schlichte kann gemäß einer Ausführungsform mindestens ein Stellmittel umfassen. Das Stellmittel bewirkt eine Erhöhung der Viskosität der Schlichte, so dass die festen Bestandteile der Schlichte in der Suspension nicht bzw. nur in geringem Ausmaß absinken. Zur Erhöhung der Viskosität können sowohl organische als auch anorganische Materialien oder Gemische dieser Materialien eingesetzt werden. Geeignete anorganische Stellmittel sind beispielsweise starke quellfähige Tone.
Um ein Absinken der festen Bestandteile der Schlichte zu verhindern und gleichzeitig einen gleichmäßigen Auftrag auf der Gießform erreichen zu können, wird die Viskosität der Schlichte vorzugsweise im Bereich von 1000 bis 3000 mPas, insbesondere bevorzugt 1200 bis 2000 mPas gewählt.
Das metallische Additiv kann dann annähernd homogen in der Schlichte verteilt und daher auch gleichmäßig auf eine Wand einer Gießform aufgebracht werden. Dadurch lässt sich die Menge an metallischem Additiv, welches auf der Oberfläche der Gießform aufgebracht wird, sehr genau steuern.
Als hochquellfähiges Schichtsilikat können sowohl Zwei-Schicht-Silikate als auch Drei-Schicht-Silikate verwendet werden, wie z.B. Attapulgit, Serpentine, Kaoline, Smektite, wie Saponit, Montmorillonit, Beidellit und Nontronit, Vermiculit, Illit, Hectorit und Glimmer. Hectorit verleiht der Schlichte auch thixotrope Eigenschaften, wodurch die Ausbildung der Schutzschicht auf der Gießform erleichtert wird, da die Schlichte nach dem Aufbringen nicht mehr fließt. Da Schichtsilicate in den Zwischenschichten Wasser enthalten, welches beim Aufbringen der Schlichte auf die heiße Gießform, welche eine Temperatur im Bereich von etwa 250 bis 350°C aufweist, nicht verdampft, wird die Menge des Tons vorzugsweise möglichst gering gewählt. Die Menge des hochquellfähigen Schichtsilicats wird bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 5,0 Gew.-%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1,0 Gew.-% ausgewählt, bezogen auf Feststoffgehalt der Schlichte.
Vorzugsweise werden als Stellmittel organische Verdickungsmittel ausgewählt, da diese nach dem Aufbringen der Schutzbeschichtung soweit getrocknet werden können, dass sie beim Kontakt mit dem flüssigen Metall kaum noch Wasser abgeben. Als organische Stellmittel kommen beispielsweise quellfähige Polymere in Frage, wie Carboxymethyl-, Methyl-, Ethyl-, Hydroxyethyl- und Hydroxyproylcellulose, Pflanzenschleime, Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidon, Pektin, Gelatine, Agar Agar und Polypeptiden, Alginaten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Schlichte als weiteren Bestandteil zumindest ein Bindemittel. Das Bindemittel ermöglicht eine bessere Fixierung der Schlichte bzw. des aus der Schlichte hergestellten Schutzüberzugs auf der Wand der Gießform. Außerdem wird durch das Bindemittel die mechanische Stabilität der Schutzbeschichtung erhöht, so dass eine geringere Erosion unter der Einwirkung des flüssigen Metalls beobachtet wird. Vorzugsweise härtet das Bindemittel irreversibel aus, sodass eine abriebfeste Beschichtung erhalten wird. Insbesondere bevorzugt sind Bindemittel, die bei Kontakt mit Luftfeuchtigkeit nicht rückerweichen. Es können an sich alle Bindemittel enthalten sein, die in Schlichten verwendet werden. Dabei können sowohl anorganische als auch organische Bindemittel verwendet werden. Als Bindemittel können beispielsweise Tone werden, insbesondere Bentonit.
Bevorzugt werden härtbare Bindemittel verwendet. Zum Beispiel kann bei Acrylatsystemen eine Härtung durch Radikalbildner erreicht werden, die bei Bestrahlung mit hochenergetischer Strahlung, beispielsweise ultraviolette Strahlung unter Bildung von Radikalen zerfallen.
Andere beispielhafte Bindemittel sind Stärke, Dextrin, Peptide, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetatcopolymere, Polyacrylsäure, Polystyrol- und/oder Polyvinylacetat-Polyacylatdispersionen. Allgemein werden bevorzugt Bindemittelsysteme verwendet, die sich in wässrigen, alkoholischen oder wässrig-alkoholischen Systemen einsetzen lassen und die nach dem Aushärten unter Einwirkung von Luftfeuchtigkeit nicht rückerweichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Bindemittel ein Alkydharz verwendet, wobei dieses vorzugsweise so ausgewählt wird, dass es sowohl in Wasser als auch in niedrigen Alkoholen, die bevorzugt 2 bis 4 Kohlenstoffatome aufweisen, wie Ethanol, n-Propanol und Isopropanol, löslich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Beschichtungsmasse Kieselsol als Bindemittel. Das Kieselsol wird bevorzugt durch Neutralisieren von Wasserglas hergestellt. Die erhaltene amorphe Kieselsäure weist dabei bevorzugt eine spezifische Oberfläche im Bereich von 10 bis 1000 m²/g, insbesondere bevorzugt im Bereich von 30 bis 300 m²/g auf.
Der Anteile des Bindemittels wird bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Feststoffgewicht der Schlichtezusammensetzung gewählt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Schlichte einen Anteil an Graphit. Dies unterstützt die Ausbildung von Lamellenkohlenstoff an der Grenzfläche zwischen Gussstück und Gießform. Der Anteil des Graphits wird vorzugsweise im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Schlichte, gewählt.
Die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung kann gegebenenfalls auch noch weitere, für Schlichten übliche Komponenten enthalten, wie beispielsweise Netzmittel, Entschäumer, Pigmente, Farbstoffe oder Biozide. Der Anteil dieser weiteren Bestandteile an der gebrauchsfertigen Beschichtungsmasse wird bevorzugt geringer als 1 Gew.-% gewählt.
Als Netzmittel können beispielsweise anionische und nichtanionische Tenside mittlerer und hoher Polarität verwendet werden, welche einen HSB-Wert von mindestens 7 aufweisen. Ein Beispiel für ein derartiges Netzmittel ist Dinatrium-dioctylsulfosuccinat. Das Netzmittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf die gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzung eingesetzt.
Entschäumer oder Antischaummittel können verwendet werden, um bei der Herstellung der Schlichtezusammensetzung oder beim Auftragen derselben eine Schaumbildung zu verhindern. Schaumbildung beim Auftragen der Schlichtezusammensetzung kann zu einer ungleichmäßigen Schichtdicke und zu Löchern in der Beschichtung führen. Als Entschäumer können beispielsweise Silikon- oder Mineralöl verwendet werden. Vorzugsweise ist der Entschäumer in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, bevorzugt von 0,05 bis 0,3 Gew.-% enthalten, bezogen auf die gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzung.
In der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung können gegebenenfalls üblicherweise verwendete Pigmente und Farbstoffe verwendet werden. Diese werden zugesetzt, um einen anderen Kontrast, z.B. zwischen verschiedenen Schichten zu erreichen, beziehungsweise einen stärkeren Trenneffekt der Schlichte vom Guss zu bewirken. Beispiele für Pigmente sind rotes und gelbes Eisenoxid sowie Graphit. Beispiele für Farbstoffe sind handelsübliche Farbstoffe wie die Luconyl^® Farbreihe der BASF AG, Ludwigshafen, DE. Die Farbstoffe und Pigmente sind vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 bis 5 Gew.-% enthalten, bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlichtezusammensetzung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die Schlichtezusammensetzung ein Biozid, um einen bakteriellen Befall zu verhindern und damit einen negativen Einfluss auf die Rheologie und die Bindekraft der Bindungsmittel zu vermeiden. Dies ist insbesondere bevorzugt, wenn die in der Schlichtezusammensetzung enthaltene Trägerflüssigkeit im Wesentlichen aus Wasser gebildet wird, also die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung in Form einer sogenannten Wasserschlichte bereitgestellt wird. Beispiele für geeignete Biozide sind Formaldehyd, 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on (MIT), 5-Chlor-2-methyl-4-iosthiazolin-3-on (CIT) und 1,2-Benzisothiazolin-3-on (BIT). Vorzugsweise werden MIT, BIT oder ein Gemisch davon eingesetzt. Die Biozide werden üblicherweise in einer Menge von 10 bis 1000 ppm, vorzugsweise von 50 bis 500 ppm verwendet, bezogen auf das Gewicht der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung.
Der Feststoffgehalt der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung wird vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 20 bis 50 Gew.-% gewählt.
Die erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung kann nach üblichen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung hergestellt werden, indem Wasser vorgelegt und hierin ein als Stellmittel wirkender Ton unter Verwendung eines hochscherenden Rührers aufgeschlossen wird. Anschließend werden die Feuerfestkomponenten, Pigmente und Farbstoffe sowie das metallische Additiv eingerührt, bis eine homogene Mischung entsteht. Zum Schluss werden Netz-, Antischaummittel, Biozide und Bindemittel eingerührt.
Die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung kann als gebrauchsfertig formulierte Schlichte hergestellt und vertrieben werden. Die erfindungsgemäße Schlichte kann aber auch in konzentrierter Form hergestellt und vertrieben werden. Im diesem Fall wird zur Bereitstellung einer gebrauchsfertigen Schlichte die Menge der Trägerflüssigkeit zugegeben, die nötig ist, um die gewünschte Viskosität und Dichte der Schlichte einzustellen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung auch in Form eines Kits bereitgestellt und vertrieben werden, wobei z.B. die Feststoffkomponenten und die Lösungsmittelkomponente nebeneinander in getrennten Behältnissen vorliegen. Die Feststoffkomponenten können als pulverförmiges Feststoffgemisch in einem separaten Behältnis bereitgestellt werden. Gegebenenfalls zu verwendende weitere flüssige Komponenten, wie z.B. Bindemittel, Netzmittel, Netzer/Entschäumer, Pigmente, Farbstoffe und Biozide, können in diesem Kit wiederum in einem getrennten Behältnis vorliegen. Die Lösungsmittelkomponente kann entweder die gegebenenfalls zusätzlich zu verwendenden Komponenten umfassen, z.B. in einem gemeinsamen Behältnis, oder sie kann getrennt von weiteren optionalen Bestandteilen in einem separaten Behältnis vorhanden sein. Zur Herstellung einer gebrauchsfertigen Schlichte werden die geeigneten Mengen der Feststoffkomponente, der optionalen weiteren Komponenten und der Lösungsmittelkomponente miteinander vermengt. Eine erfindungsgemäße Schlichte umfasst im gebrauchsfertigen Zustand vorzugsweise einen Feststoffgehalt von 20 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 70 Gew.-%, bezogen auf die gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzung. Es ist ferner auch möglich, eine erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung bereitzustellen, deren Lösungsmittelkomponente zunächst nur aus Wasser besteht. Durch Zugabe beispielsweise eines flüchtigen Alkohols oder Alkoholgemischs, vorzugsweise Ethanol, Propanol, Isopropanol und Gemische davon, in vorzugsweise Mengen von 40 bis 200 Gew.-% bezogen auf die Wasserschlichte kann aus dieser Wasserschlichte eine gebrauchsfertige Alkoholschlichte bereitgestellt werden. Der Feststoffgehalt einer solchen Alkoholschlichte beträgt dabei vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 40 Gew.-%.
Je nach gewünschter Verwendung der Schlichtezusammensetzung, z.B. als Grundbeschichtung oder als Deckbeschichtung, und gewünschter Schichtdicke der aus der Schlichtezusammensetzung hergestellten Beschichtung können weitere charakteristische Parameter der Schlichtezusammensetzung eingestellt werden. So weisen erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzungen, die zur Beschichtung von Formen und Kernen in der Gießereitechnik verwendet werden, in einer bevorzugten Ausführungsform eine Viskosität von 11 bis 25 s, stärker bevorzugt 12 bis 15 s auf (bestimmt nach DIN 53211; Auslaufbecher 4mm, Ford-Cup). Bevorzugte Dichten einer gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzung liegen im Bereich von 0 bis 120°Bé, stärker bevorzugt von 30 bis 50°Bé (bestimmt nach der Baume-Auftriebsmethode; DIN 12791).
Die erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzungen eignen sich zum Beschichten von Gießformen. Der hier verwendete Ausdruck "Gießform" umfasst alle Arten von Körpern, welche zur Herstellung eines Gussstücks notwendig sind, wie etwa Kerne, Formen und Kokillen. Die erfindungsgemäße Verwendung der Schlichtezusammensetzungen umfasst auch ein teilweises Beschichten von Gießformen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform, wobei zumindest ein in der Gießform vorgesehener Formhohlraum mit der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung beschichtet wird.
Dabei wird:

eine Formstoffmischung bereitgestellt, welche zumindest einen feuerfesten Formstoff und ein Bindemittel enthält,
die Formstoffmischung zu einer Grundform geformt, welche einen Formhohlraum umfasst; und
zumindest die Flächen des Formhohlraums der Grundform mit einer Schlichtezusammensetzung beschichtet, wie sie oben beschrieben wurde.

Zunächst wird in an sich bekannter Weise aus einer Formstoffmischung eine Grundform hergestellt. Zur Herstellung der Formstoffmischung wird ein feuerfester Formstoff mit einem Bindemittel vermischt und dann zu einer Grundform oder zu einem Teilstück einer Grundform geformt. Die Grundform entspricht in ihrer Form im Wesentlichen der Gießform bzw. einem Teil der Gießform. Sie weist jedoch noch keine Beschichtung mit einer Schlichte auf.
Als feuerfester Formstoff können an sich alle feuerfesten Stoffe verwendet werden, die für die Herstellung von Formkörpern für die Gießereiindustrie üblich sind. Beispiele geeigneter feuerfester Formstoffe sind Quarzsand, Zirkonsand, Olivinsand, Aluminiumsilikatsand und Chromerzsand bzw. deren Gemische. Bevorzugt wird Quarzsand verwendet. Der feuerfeste Formstoff sollte eine ausreichende Partikelgröße aufweisen, so dass der aus der Formstoffmischung hergestellte Formkörper eine ausreichend hohe Porosität aufweist, um ein Entweichen flüchtiger Verbindungen während des Gießvorgangs zu ermöglichen. Bevorzugt weisen mindestens 70 Gew.-%, insbesondere bevorzugt mindestens 80 Gew.-% des feuerfesten Formstoffs eine Partikelgröße ≤ 290 µm auf. Die durchschnittliche Partikelgröße des feuerfesten Formstoffs soll vorzugsweise zwischen 100 und 350 µm betragen. Die Partikelgröße lässt sich beispielsweise durch Siebanalyse ermitteln. Der feuerfeste Formstoff soll in rieselfähiger Form vorliegen, sodass sich ein Bindemittel oder ein flüssiger Katalysator beispielsweise in einem Mischer gut auf die Körner des feuerfesten Formstoffs auftragen lässt.
Gemäß einer Ausführungsform können als feuerfester Formstoff regenerierte Altsande verwendet werden. Aus dem Altsand werden größere Aggregate entfernt und der Altsand ggf. kornvereinzelt. Nach einer mechanischen bzw. thermischen Behandlung werden die Altsande entstaubt und können dann wiederverwendet werden. Vor der erneuten Verwendung wird bevorzugt die Säurebilanz des regenerierten Altsandes geprüft. Insbesondere während einer thermischen Regenerierung können im Sand enthaltene Nebenprodukte, wie Carbonate, in die entsprechenden Oxide umgewandelt werden, die dann alkalisch reagieren. Werden Bindemittel verwendet, die unter Katalyse durch eine Säure ausgehärtet werden, kann in diesem Fall die als Katalysator zugesetzte Säure durch die alkalischen Komponenten des regenerierten Altsandes neutralisiert werden. Ebenso kann, beispielsweise bei einer mechanischen Regenerierung eines Altsandes, Säure im Altsand verbleiben, welche bei der Herstellung des Bindemittels berücksichtigt werden muss, da sonst beispielsweise die Verarbeitungszeit der Formstoffmischung verkürzt werden kann.
Der feuerfeste Formstoff sollte trocken sein. Vorzugsweise enthält der feuerfeste Formstoff weniger als 1 Gew.-% Wasser. Um eine vorzeitige Aushärtung des Bindemittels durch die Einwirkung von Wärme zu verhindern, sollte der feuerfeste Formstoff nicht zu warm sein. Bevorzugt sollte der feuerfeste Formstoff eine Temperatur im Bereich von 20 bis 35 °C aufweisen. Ggf. kann der feuerfeste Formstoff gekühlt bzw. erwärmt werden.
Als Bindemittel können an sich alle Bindemittel verwendet werden, wie sie für die Herstellung von Gießformen für den Metallguss üblich sind. Es können sowohl anorganische als auch organische Bindemittel verwendet werden. Als anorganisches Bindemittel kann beispielsweise Wasserglas verwendet werden, welches thermisch oder durch Einleiten von Kohlendioxid ausgehärtet werden kann. Beispielhafte organische Bindemittel sind Polyurethan-No-Bake- und Cold-Box-Bindmittel, Bindemittel auf der Basis von Furanharzen oder Phenolharzen, oder auch Epoxy-Acrylatbindemittel.
Bindemittel auf der Basis von Polyurethanen sind im Allgemeinen aus zwei Komponenten aufgebaut, wobei eine erste Komponente ein Phenolharz und eine zweite Komponente ein Polyisocyanat enthält. Diese beiden Komponenten werden mit dem feuerfesten Formstoff gemischt und die Formstoffmischung durch Rammen, Blasen, Schießen oder ein anderes Verfahren in eine Form gebracht, verdichtet und anschließend ausgehärtet. Je nach dem Verfahren, mit welchem der Katalysator in die Formstoffmischung eingebracht wird, unterscheidet man zwischen dem "Polyurethan-No-Bake-Verfahren" und dem "Polyurethan-Cold-Box-Verfahren".
Beim No-Bake-Verfahren wird ein flüssiger Katalysator, im Allgemeinen ein flüssiges tertiäres Amin, in die Formstoffmischung eingebracht, ehe diese in eine Form gebracht und ausgehärtet wird. Für die Herstellung der Formstoffmischung werden Phenolharz, Polyisocyanat und Aushärtungskatalysator mit dem feuerfesten Formstoff gemischt. Dabei kann beispielsweise in der Weise vorgegangen werden, dass der feuerfeste Formstoff zunächst mit einer Komponente des Bindemittels umhüllt wird, und dann die andere Komponente zugegeben wird. Der Aushärtungskatalysator wird dabei einer der Komponenten zugegeben. Die fertig zubereitete Formstoffmischung muss eine ausreichend lange Verarbeitungszeit aufweisen, sodass die Formstoffmischung ausreichend lange plastisch verformt und zu einem Formkörper verarbeitet werden kann. Die Polymerisation muss dazu entsprechend langsam verlaufen, sodass nicht bereits in den Vorratsbehältern oder Zuführungsleitungen eine Aushärtung der Formstoffmischung erfolgt. Andererseits darf die Aushärtung nicht zu langsam erfolgen, um einen ausreichend hohen Durchsatz bei der Herstellung von Gießformen zu erreichen. Die Verarbeitungszeit kann beispielsweise durch Zugabe von Verzögerern beeinflusst werden, welche die Aushärtung der Formstoffmischung verlangsamen. Ein geeigneter Verzögerer ist beispielsweise Phosphoroxychlorid.
Beim Cold-Box-Verfahren wird die Formstoffmischung zunächst ohne Katalysator in eine Form gebracht. Durch die Formstoffmischung wird anschließend ein gasförmiges tertiäres Amin geleitet, welches gegebenenfalls mit einem inerten Trägergas versetzt sein kann. Bei Kontakt mit dem gasförmigen Katalysator bindet das Bindemittel sehr schnell ab, so dass ein hoher Durchsatz bei der Herstellung von Gießformen erzielt wird.
Die Bindemittelsysteme auf Basis von Polyurethanen enthalten eine Polyolkomponente sowie eine Polyisocyanatkomponente, wobei hier an sich auf bekannte Komponenten zurückgegriffen werden kann.
Die Polyisocyanatkomponente des Bindemittelsystems kann ein aliphatisches, cycloaliphatisches oder aromatisches Isocyanat umfassen. Das Polyisocyanat enthält vorzugsweise mindestens 2 Isocyanatgruppen, vorzugsweise 2 bis 5 Isocyanatgruppen pro Molekül. Je nach den gewünschten Eigenschaften können auch Mischungen von Isocyanaten eingesetzt werden. Die verwendeten Isocyanate können aus Gemischen von Monomeren, Oligomeren und Polymeren bestehen und werden deshalb im Folgenden als Polyisocyanate bezeichnet.
Als Polyisocyanatkomponente kann an sich jedes Polyisocyanat eingesetzt werden, das in Polyurethan-Bindemitteln für Formstoffmischungen für die Gießereiindustrie üblich ist. Geeignete Polyisocyanate umfassen aliphatische Polyisocyanate, z.B. Hexamethylendiisocyanat, alicyclische Polyisocyanate, wie z.B. 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, und Dimethylderivate hiervon. Beispiele geeigneter aromatischer Polyisocyanate sind Toluol-2,4-diisocyanat, Toluol-2,6-diisocyanat, 1,5-Naphthalindiisocyanat, Xylylendiisocyanat und Methylderivate hiervon, Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat und Polymethylen-Polyphenyl-Polyisocyanat.
Obwohl prinzipiell alle herkömmlichen Polyisocyanate mit dem phenolischen Harz unter Bildung einer vernetzten Polymerstruktur reagieren, werden bevorzugt aromatische Polyisocyanate eingesetzt, besonders bevorzugt Polymethylen-Polyphenyl-Polyisocyanat, wie z.B. kommerziell erhältliche Gemische von Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, seinen Isomeren und höheren Homologen.
Die Polyisocyanate können sowohl in Substanz als auch gelöst in einem inerten oder reaktiven Lösungsmittel eingesetzt werden. Unter einem reaktiven Lösungsmittel wird dabei ein Lösungsmittel verstanden, welches eine reaktive Gruppe aufweist, so dass es beim Abbinden des Bindemittels in das Gerüst des Bindemittels eingebaut wird. Bevorzugt werden die Polyisocyanate in verdünnter Form eingesetzt, um wegen der niedrigeren Viskosität der Lösung die Körner des feuerfesten Formstoff besser mit einem dünnen Film des Bindemittels umhüllen zu können.
Die Polyisocyanate oder ihre Lösungen in organischen Lösungsmitteln werden in ausreichender Konzentration eingesetzt, um die Aushärtung der Polyolkomponente zu bewerkstelligen, üblicherweise in einem Bereich von 10 bis 500 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Polyolkomponente. Bevorzugt werden 20 bis 300 Gew.-%, bezogen auf die gleiche Basis, eingesetzt. Flüssige Polyisocyanate können in unverdünnter Form eingesetzt werden, während feste oder viskose Polyisocyanate in organischen Lösungsmitteln gelöst werden. Bis zu 80 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 60 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 40 Gew.-% der Isocyanatkomponente können aus Lösungsmitteln bestehen.
Bevorzugt wird das Polyisocyanat in einer Menge eingesetzt, dass die Anzahl der Isocyanatgruppen 80 bis 120 % bezogen auf die Anzahl der freien Hydroxylgruppen der Polyolkomponente beträgt.
Als Polyolkomponente können an sich alle in Polyurethanbindemitteln verwendeten Polyole eingesetzt werden. Die Polyolkomponente enthält mindestens 2 Hydroxylgruppen, die mit den Isocyanatgruppen der Polyisocyanatkomponente reagieren können, um eine Vernetzung des Bindemittels beim Aushärten erreichen zu können, und dadurch eine bessere Festigkeit des ausgehärteten Formkörpers.
Als Polyole werden vorzugsweise Phenolharze verwendet, die durch Kondensation von Phenolen mit Aldehyden, vorzugsweise Formaldehyd, in flüssiger Phase bei Temperaturen bis zu etwa 180°C in Gegenwart katalytischer Mengen von Metall, erhalten werden. Die Verfahren zur Herstellung derartiger Phenolharze sind an sich bekannt.
Die Polyolkomponente wird vorzugsweise flüssig bzw. in organischen Lösungsmitteln gelöst eingesetzt, um eine homogene Verteilung des Bindemittels auf dem feuerfesten Formstoff zu ermöglichen. Die Polyolkomponente wird vorzugsweise in wasserfreier Form eingesetzt, weil die Reaktion der Isocyanatkomponente mit Wasser eine unerwünschte Nebenreaktion ist. Nicht-wässrig oder wasserfrei soll in diesem Zusammenhang einen Wassergehalt der Polyolkomponente von vorzugsweise kleiner als 5 Gew.-%, bevorzugt kleiner als 2 Gew.-%, bedeuten.
Unter "Phenolharz" wird das Reaktionsprodukt von Phenol, Phenolderivaten, Bisphenolen sowie höherer Phenol-Kondensationsprodukte mit einem Aldehyd verstanden. Die Zusammensetzung des Phenolharzes ist abhängig von den spezifisch ausgewählten Ausgangsstoffen, dem Verhältnis der Ausgangsstoffe und den Reaktionsbedingungen. So spielen z.B. die Art des Katalysators, die Zeit und die Reaktionstemperatur eine wichtige Rolle, ebenso wie die Anwesenheit von Lösungsmitteln und anderen Stoffen.
Das Phenolharz liegt typischerweise als Gemisch verschiedener Verbindungen vor und kann in sehr unterschiedlichen Verhältnissen Additionsprodukte, Kondensationsprodukte und nicht umgesetzte Ausgangsverbindungen, wie Phenole, Bisphenol und/oder Aldehyd enthalten.
Als "Additionsprodukt" werden Reaktionsprodukte verstanden, in denen eine organische Komponente wenigstens einen Wasserstoff an einem vorher nicht substituierten Phenol oder einem Kondensationsprodukt substituiert. Unter "Kondensationsprodukt" werden Reaktionsprodukte mit zwei oder mehr Phenolringen verstanden.
Als Kondensationsreaktionen von Phenolen mit Aldehyden resultieren Phenolharze, die in Abhängigkeit von den Mengenverhältnissen der Edukte, den Reaktionsbedingungen und den eingesetzten Katalysatoren in zwei Produktklassen, die Novolake und Resole, eingeteilt werden:
Novolake sind lösliche, schmelzbare, nicht selbsthärtende und lagerstabile Oligomere mit einem Molekülgewicht im Bereich von ungefähr 500 bis 5.000 g/Mol. Sie fallen bei der Kondensation von Aldehyden und Phenolen im Molverhältnis von 1 : >1 in Gegenwart saurer Katalysatoren an. Novolake sind methylolgruppenfreie Phenolharze, in denen die Phenylkerne über Methylenbrücken verknüpft sind. Sie können nach Zusatz von Härtungsmitteln, wie Formaldehyd spendenden Mitteln, bevorzugt Hexamethylentetramin, bei erhöhter Temperatur unter Vernetzung gehärtet werden.
Resole sind Gemische von Hydroxymethylphenolen, die über Methylen- und Methylenetherbrücken verknüpft sind und durch Reaktion von Aldehyden und Phenolen im Molverhältnis von 1 : <1, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, z.B. eines basischen Katalysators, erhältlich sind. Sie weisen ein Molgewicht M_w von ≤ 10.000 g/mol auf.
Die als Polyolkomponente besonders geeigneten Phenolharze sind unter der Bezeichnung "o-o"' oder "high-ortho"-Novolake bzw. Benzyletherharze bekannt. Diese sind durch Kondensation von Phenolen mit Aldehyden in schwach saurem Medium unter Verwendung geeigneter Katalysatoren erhältlich.
Zur Herstellung von Benzyletherharzen geeignete Katalysatoren sind Salze zweiwertiger Ionen von Metallen, wie Mn, Zn, Cd, Mg, Co, Ni, Fe, Pb, Ca und Ba. Bevorzugt wird Zinkacetat verwendet. Die eingesetzte Menge ist nicht kritisch. Typische Mengen an Metallkatalysator betragen 0,02 bis 0,3 Gew.-%, bevorzugt 0,02 bis 0,15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Phenol und Aldehyd.
Zur Herstellung der Phenolharze sind alle herkömmlich verwendeten Phenole geeignet. Neben unsubstituierten Phenolen können substituierte Phenole oder Gemische hiervon eingesetzt werden. Die Phenolverbindungen sind entweder in beiden ortho-Positionen oder in einer ortho- und in der para-Position nicht substituiert, um eine Polymerisation zu ermöglichen. Die verbleibenden Ring-Kohlenstoffatome können substituiert sein. Die Wahl des Substituenten ist nicht besonders beschränkt, sofern der Substituent die Polymerisation des Phenols oder des Aldehyds nicht nachteilig beeinflusst. Beispiele substituierter Phenole sind alkylsubstituierte Phenole, alkoxysubstituierte Phenole und aryloxysubstituierte Phenole.
Die vorstehend genannten Substituenten haben beispielsweise 1 bis 26, bevorzugt 1 bis 15 Kohlenstoffatome. Beispiele geeigneter Phenole sind o-Kresol, m-Kresol, p-Kresol, 3,5-Xylol, 3,4-Xylol, 3,4,5-Trimethylphenol, 3-Ethylphenol, 3,5-Diethylphenol, p-Butylphenol, 3,5-Dibutylphenol, p-Amylphenol, Cyclohexylphenol, p-Octylphenol, p-Nonylphenol, 3,5-Dicyclohexylphenol, p-Crotylphenol, p-Phenylphenol, 3,5-Dimethoxyphenol und p-Phenoxyphenol.
Besonders bevorzugt ist Phenol selbst. Auch höher kondensierte Phenole, wie Bisphenol A, sind geeignet. Darüber hinaus eignen sich auch mehrwertige Phenole, die mehr als eine phenolische Hydroxylgruppe aufweisen. Bevorzugte mehrwertige Phenole weisen 2 bis 4 phenolische Hydroxylgruppen auf. Spezielle Beispiele geeigneter mehrwertiger Phenole sind Brenzkatechin, Resorcin, Hydrochinon, Pyrogallol, Fluoroglycin, 2,5-Dimethylresorcin, 4,5-Dimethylresorcin, 5-Methylresorcin oder 5-Ethylresorcin.
Es können auch Gemische aus verschiedenen ein- und mehrwertigen und/oder substituierten und/oder kondensierten Phenolkomponenten für die Herstellung der Polyolkomponente verwendet werden.
In einer Ausführungsform werden Phenole der allgemeinen Formel I:
zur Herstellung der Phenolharzkomponente verwendet, wobei A, B und C unabhängig voneinander aus einem Wasserstoffatom, einem verzweigten oder unverzweigten Alkylrest, der beispielsweise 1 bis 26, vorzugsweise 1 bis 15 Kohlenstoffatome aufweisen kann, einem verzweigten oder unverzweigten Alkoxyrest, der beispielsweise 1 bis 26, vorzugsweise 1 bis 15 Kohlenstoffatome aufweisen kann, einem verzweigten oder unverzweigten Alkenoxyrest, der beispielsweise 1 bis 26, vorzugsweise 1 bis 15 Kohlenstoffatome aufweisen kann, einem Aryl- oder Alkylarylrest, wie beispielsweise Bisphenyle, ausgewählt sind.
Als Aldehyd zur Herstellung der Phenolharzkomponente eignen sich Aldehyde der Formel:

R-CHO,

wobei R ein Wasserstoffatom oder ein Kohlenstoffatomrest mit vorzugsweise 1 bis 8, besonders bevorzugt 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist. Spezielle Beispiele sind Formaldehyd, Acetaldehyd, Propionaldehyd, Furfurylaldehyd und Benzaldehyd. Besonders bevorzugt wird Formaldehyd eingesetzt, entweder in seiner wässrigen Form, als para-Formaldehyd oder Trioxan.
Um die Phenolharze zu erhalten, sollte eine mindestens äquivalente Molzahl an Aldehyd, bezogen auf die Molzahl der Phenolkomponente, eingesetzt werden. Bevorzugt beträgt das Molverhältnis Aldehyd zu Phenol 1 : 1,0 bis 2,5 : 1, besonders bevorzugt 1,1 : 1 bis 2,2 : 1, insbesondere bevorzugt 1,2 : 1 bis 2,0 : 1.
Die Herstellung der Phenolharzkomponente erfolgt nach dem Fachmann bekannten Verfahren. Dabei wird das Phenol und der Aldehyd unter im Wesentlichen wasserfreien Bedingungen in Gegenwart eines zweiwertigen Metallions bei Temperaturen von vorzugsweise weniger als 130°C umgesetzt. Das entstehende Wasser wird abdestilliert. Dazu kann der Reaktionsmischung ein geeignetes Schleppmittel zugesetzt werden, beispielsweise Toluol oder Xylol, oder die Destillation wird bei reduziertem Druck durchgeführt.
Für das Bindemittel der Formstoffmischung wird die Phenolkomponente mit einem Aldehyd, bevorzugt zu Benzyletherharzen, umgesetzt. Die Umsetzung mit einem primären oder sekundären aliphatischen Alkohol zu einem alkoxymodifizierten Phenolharz im Einstufen- oder Zweistufenverfahren ( EP-B-0 177 871 und EP 1 137 500 ) ist ebenfalls möglich. Beim Einstufenverfahren werden das Phenol, der Aldehyd und der Alkohol in Gegenwart eines geeigneten Katalysators zur Reaktion gebracht. Beim Zweistufenverfahren wird zunächst ein nicht modifiziertes Harz hergestellt, das anschließend mit einem Alkohol umgesetzt wird. Bei der Verwendung alkoxymodifizierter Phenolharze besteht bezüglich des Molverhältnisses an sich keine Beschränkung, jedoch wird die Alkoholkomponente bevorzugt in einem Molverhältnis Alkohol : Phenol von weniger als 0,25 eingesetzt, so dass weniger als 25 % der Hydroxymethylgruppen verethert sind. Geeignete Alkohole sind primäre und sekundäre aliphatische Alkohole mit einer Hydroxygruppe und 1 bis 10 Kohlenstoffatomen. Geeignete primäre und sekundäre Alkohole sind beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol, n-Butanol und n-Hexanol. Besonders bevorzugt sind Methanol und n-Butanol.
Das Phenolharz wird bevorzugt so gewählt, dass eine Vernetzung mit der Polyisocyanatkomponente möglich ist. Für den Aufbau eines Netzwerkes sind Phenolharze, die Moleküle mit mindestens zwei Hydroxylgruppen im Molekül umfassen, besonders geeignet. Die Phenolharzkomponente bzw. die Isocyanatkomponente des Bindemittelsystems wird bevorzugt als Lösung in einem organischen Lösungsmittel oder einer Kombination von organischen Lösungsmitteln eingesetzt. Lösungsmittel können erforderlich sein, um die Komponenten des Bindemittels in einem ausreichend niedrigviskosen Zustand zu halten. Dieser ist u.a. erforderlich, um eine gleichmäßige Vernetzung des feuerfesten Formstoffes und dessen Rieselfähigkeit zu erhalten.
Als Lösungsmittel für die Polyisocyanat- bzw. die Polyolkomponente des Bindemittelsystems auf Basis von Polyurethanen können an sich alle Lösungsmittel eingesetzt werden, die konventionell in derartigen Bindemittelsystemen für die Gießereitechnik Verwendung finden. Als Lösungsmittel eignen sich beispielsweise sauerstoffreiche, polare, organische Lösungsmittel. Geeignet sind vor allem Dicarbonsäureester, Glykoletherester, Glykoldiester, Glykoldiether, cyclische Ketone, cyclische Ester oder cyclische Carbonate. Bevorzugt werden Dicarbonsäureester, cyclische Ketone und cyclische Carbonate verwendet. Dicarbonsäureester weisen die Formel R^aOOC-R^b-COOR³ auf, wobei die Reste R^a jeweils unabhängig voneinander eine Alkylgruppe mit 1 bis 12, bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatomen darstellen und R^b eine Alkylengruppe, also eine zweibindige Alkylgruppe, mit 1 bis 12, bevorzugt 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ist. R^b kann auch ein oder mehrere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen umfassen. Beispiele sind Dimethylester von Carbonsäuren mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, die z.B. unter der Bezeichnung "dibasic ester" (DBE) von Invista International S.à.r.l., Genf, CH, erhältlich sind. Glykoletherester sind Verbindungen der Formel R^c-O-R^d-OOCR^e, wobei R^c eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, R^d eine Ethylengruppe, eine Propylengruppe oder ein oligomeres Ethylenoxid bzw. Propylenoxid und R^e eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist. Bevorzugt sind Glykoletheracetate, z.B. Butylglykolacetat. Glykoldiester weisen entsprechend die allgemeine Formel R^eCOO-R^dOOCR^e auf, wobei R^d und R^e wie vorstehend definiert sind und die Reste R^e jeweils unabhängig voneinander ausgewählt werden. Bevorzugt sind Glykoldiacetate, wie beispielsweise Propylenglykoldiacetat. Glykoldiether lassen sich durch die Formel R^c-O-R^d-O-R^c charakterisieren, wobei R^c und R^d wie vorstehend definiert sind und die Reste R^c jeweils unabhängig voneinander ausgewählt werden. Ein geeigneter Glykoldiether ist beispielsweise Dipropylenglykoldimethylether. Cyclische Ketone, cyclische Ester und cyclische Carbonate mit 4 bis 5 Kohlenstoffatomen sind ebenfalls geeignet. Ein geeignetes cyclisches Carbonat ist beispielsweise Propylencarbonat. Die Alkyl- und Alkylengruppen können jeweils verzweigt oder unverzweigt sein.
Der Anteil des Lösungsmittels am Bindemittelsystem wird bevorzugt nicht zu hoch gewählt, da das Lösungsmittel während der Herstellung und Anwendung des aus der Formstoffmischung hergestellten Formkörpers verdampft und damit beispielsweise zu Geruchsbelästigungen führen kann oder beim Abguss zu einer Rauchentwicklung führt. Bevorzugt wird der Anteil des Lösungsmittels am Bindemittelsystem geringer als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt kleiner als 40 Gew.-%, insbesondere bevorzugt kleiner als 35 Gew.-%, gewählt.
Zur Herstellung des Formkörpers wird zunächst wie oben beschrieben das Bindemittel mit dem feuerfesten Formstoff zu einer Formstoffmischung vermischt. Soll die Herstellung des Formkörpers nach dem PU-No-Bake-Verfahren erfolgen, kann der Formstoffmischung auch bereits ein geeigneter Katalysator zugegeben werden. Bevorzugt werden dazu flüssige Amine zur Formstoffmischung gegeben. Diese Amine weisen bevorzugt einen pK_b-Wert von 4 bis 11 auf. Beispiele geeigneter Katalysatoren sind 4-Alkylpyridine, wobei die Alkylgruppe 1 bis 4 Kohlenstoffatome umfasst, Isochinolin, Arylpyridine, wie Phenylpyridin, Pyridin, Acrylin, 2-Methoxypyridin, Pyridazin, 3-Chlorpyridin, Chinolin, n-Methylimidazol, 4,4'-Dipyridin, Phenylpropylpyridin, 1-Methylbenzimidazol, 1,4-Thiazin, N,N-Dimethylbenzylamin, Triethylamin, Tribenzylamin, N,N-Dimethyl-1,3-propandiamin, N,N-Dimethylethanolamin sowie Triethanolamin. Der Katalysator kann gegebenenfalls mit einem inerten Lösungsmittel verdünnt werden, beispielsweise 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol-diisobutyrat, oder einem Fettsäureester. Die Menge des zugegebenen Katalysator wird, bezogen auf das Gewicht der Polyolkomponente, im Bereich von 0,1 bis 15 Gew.-% gewählt.
Die Formstoffmischung wird dann mit üblichen Mitteln in eine Form eingebracht und dort verdichtet. Die Formstoffmischung wird anschließend zu einem Formkörper ausgehärtet. Bei der Härtung sollte der Formkörper bevorzugt seine äußere Form behalten.
Sofern die Aushärtung nach dem PU-Cold-Box-Verfahren erfolgen soll, wird ein gasförmiger Katalysator durch die geformte Formstoffmischung geleitet. Als Katalysator können die üblichen Katalysatoren auf dem Gebiet des Cold-Box-Verfahrens verwendet werden. Besonders bevorzugt werden Amine als Katalysatoren verwendet, insbesondere bevorzugt Dimethylethylamin, Dimethyl-n-propylamin, Dimethylisopropylamin, Dimethyl-n-butylamin, Triethylamin und Trimethylamin in ihrer gasförmigen Form oder als Aerosol.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Bindemittel ein Furanharz oder ein Phenolharz eingesetzt, wobei die Formstoffmischung gemäß dem "Furan-No-Bake"-Verfahren unter Katalyse durch eine starke Säure ausgehärtet wird.
Furan- und Phenolharze zeigen beim Guss sehr gute Zerfallseigenschaften. Unter der Hitzeeinwirkung des flüssigen Metalls zersetzt sich das Furan- oder Phenolharz und die Festigkeit der Gießform geht verloren. Nach dem Guss lassen sich daher Kerne, ggf. nach vorherigem Rütteln des Gussstücks, sehr gut aus Hohlräumen ausgießen.
Die als erste Komponente in "Furan-No-Bake-Bindemitteln" enthaltenen reaktiven Furanharze umfassen als wesentliche Komponente Furfurylalkohol. Furfurylalkohol kann unter saurer Katalyse mit sich selbst reagieren und ein Polymer ausbilden. Für die Herstellung von Furan-No-Bake-Bindemitteln wird im Allgemeinen nicht reiner Furfurylalkohol verwendet sondern dem Furfurylalkohol weitere Verbindungen zugesetzt, die in das Harz einpolymerisiert werden. Beispiele für derartige Verbindungen sind Aldehyde, wie Formaldehyd oder Furfural, Ketone, wie Aceton, Phenole, Harnstoff oder auch Polyole, wie Zuckeralkohole oder Ethylenglykol. Den Harzen können noch weitere Komponenten zugegeben werden, welche die Eigenschaften des Harzes beeinflussen, beispielsweise dessen Elastizität. Melamin kann beispielsweise zugesetzt werden, um freies Formaldehyd zu binden.
Furan-No-Bake-Bindemittel werden meist in der Weise dargestellt, indem zuerst furfurylhaltige Vorkondensate aus beispielsweise Harnstoff, Formaldehyd und Furfurylalkohol bei sauren Bedingungen erzeugt werden. Die Reaktionsbedingungen werden dabei so gewählt, dass nur eine geringfügige Polymerisation des Furfurylalkohols eintritt. Diese Vorkondensate werden dann mit Furfurylalkohol verdünnt. Zur Herstellung von Furan-No-Bake-Bindemitteln können auch Resole verwendet werden. Resole werden durch Polymerisation von Gemischen aus Phenol und Formaldehyd hergestellt. Diese Resole werden dann mit Furfurylalkohol verdünnt.
Die zweite Komponente der Furan-No-Bake-Bindemittel bildet eine Säure. Diese Säure neutralisiert zum Einen alkalische Komponenten, die im feuerfesten Formstoff enthalten sind und katalysiert zum Anderen die Vernetzung des reaktiven Furanharzes.
Als Säuren werden meist aromatische Sulfonsäuren und in einigen speziellen Fällen auch Phosphorsäure oder Schwefelsäure verwendet. Phosphorsäure wird in konzentrierter Form, d.h. bei Konzentrationen von mehr als 75 % verwendet. Sie eignet sich jedoch nur für die katalytische Aushärtung von Furanharzen mit einem relativ hohen Anteil an Harnstoff. Der Stickstoffgehalt derartiger Harze liegt bei mehr als 2,0 Gew.-%). Schwefelsäure kann als relativ starke Säure als Starter für die Aushärtung der Furanharze schwächeren Säuren zugesetzt werden. Beim Abguss entwickelt sich dann jedoch ein für Schwefelverbindungen typischer Geruch. Außerdem besteht die Gefahr, dass vom Gusswerkstoff Schwefel aufgenommen wird und dessen Eigenschaften beeinflusst. Meist werden aromatische Sulfonsäuren als Katalysatoren eingesetzt. Wegen ihrer guten Verfügbarkeit und ihrer hohen Säurestärke werden vor allem Toluolsulfonsäure, Xylyolsulfonsäure sowie Benzolsulfonsäure verwendet.
Phenolharze als zweite große Gruppe säurekatalysiert aushärtbarer No-Bake-Bindemittel enthalten als reaktive Harzkomponente Resole, also Phenolharze, die mit einem Überschuss an Formaldehyd hergestellt wurden. Phenolharze zeigen im Vergleich zu Furanharzen eine deutlich geringere Reaktivität und erfordern als Katalysatoren starke Sulfonsäuren. Phenolharze zeigen eine relativ hohe Viskosität, die bei längerem Lagern des Harzes noch zunimmt. Insbesondere bei Temperaturen unterhalb von 20 °C nimmt die Viskosität stark zu, sodass der Sand erwärmt werden muss, um das Bindemittel gleichmäßig auf der Oberfläche der Sandkörner auftragen zu können. Nachdem das Phenol-No-Bake-Bindemittel auf dem feuerfesten Formstoff aufgetragen wurde, sollte die Formstoffmischung möglichst umgehend verarbeitet werden, um keine Verschlechterung der Qualität der Formstoffmischung durch vorzeitige Aushärtung in Kauf nehmen zu müssen, was zu einer Verschlechterung der Festigkeit der aus der Formstoffmischung hergestellten Gießformen führen kann. Bei Verwendung von Phenol-No-Bake-Bindemitteln ist die Fließfähigkeit der Formstoffmischung meist schlecht. Bei der Herstellung der Gießform muss die Formstoffmischung daher sorgfältig verdichtet werden, um eine hohe Festigkeit der Gießform erreichen zu können.
Die Herstellung und Verarbeitung der Formstoffmischung sollte bei Temperaturen im Bereich von 15 bis 35 °C erfolgen. Bei zu niedriger Temperatur lässt sich die Formstoffmischung wegen der hohen Viskosität des Phenol-No-Bake-Harzes schlecht verarbeiten. Bei Temperaturen von mehr als 35 °C verkürzt sich die Verarbeitungszeit durch vorzeitige Aushärtung des Bindemittels.
Nach dem Abguss lassen sich Formstoffmischungen auf der Basis von Phenol-No-Bake-Bindemitteln ebenfalls wieder aufarbeiten, wobei auch hier mechanische oder thermische bzw. kombinierte mechanisch/thermische Verfahren verwendet werden können.
Auf den rieselfähigen Feuerfeststoff wird dann eine Säure aufgebracht, wobei ein säurebeschichteter feuerfester Formstoff erhalten wird. Die Säure wird mit üblichen Verfahren auf den feuerfesten Formstoff aufgebracht, beispielsweise indem die Säure auf den feuerfester Formstoff aufgesprüht wird. Die Menge der Säure wird bevorzugt im Bereich von 5 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 30 Gew.-% gewählt, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels und berechnet als reine Säure, also ohne Berücksichtigung eines ggf. verwendeten Lösungsmittels. Sofern die Säure nicht bereits in flüssiger Form vorliegt und eine ausreichend niedrige Viskosität aufweist, um in Form eines dünnen Films auf den Körnern des feuerfesten Formstoffs verteilt werden zu können, wird die Säure in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst. Beispielhafte Lösungsmittel sind Wasser oder Alkohole oder Gemische aus Wasser und Alkohol. Insbesondere bei Verwendung von Wasser wird die Lösung jedoch möglichst konzentriert hergestellt, um die in das Bindemittel bzw. die Formstoffmischung eingeschleppte Wassermenge möglichst gering zu halten. Zur gleichmäßigen Verteilung der Säure auf den Körnern wird das Gemisch aus feuerfestem Formstoff und Säure gut homogenisiert.
Auf den mit Säure beschichteten feuerfesten Formstoff wird dann ein durch Säure aushärtbares Bindemittel aufgebracht. Die Menge des Bindemittels wird bevorzugt im Bereich von 0,25 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 Gew.-% gewählt, bezogen auf den feuerfesten Formstoff und berechnet als Harzkomponente. Als durch Säure aushärtbares Bindemittel können an sich alle Bindemittel verwendet werden, die durch Säure aushärtbar sind, insbesondere solche durch Säure aushärtbare Bindemittel, die bereits für die Herstellung von Formstoffmischungen für die Gießereiindustrie üblich sind. Das Bindemittel kann neben einem vernetzbaren Harz auch noch weitere übliche Komponenten enthalten, beispielsweise Lösungsmittel zur Einstellung der Viskosität oder Streckmittel, die einen Teil des vernetzbaren Harzes ersetzen.
Das Bindemittel wird auf den mit Säure beschichteten feuerfesten Formstoff aufgegeben und durch Bewegen der Mischung auf den Körnern des feuerfesten Formstoffs in Form eines dünnen Films verteilt.
Die Mengen an Bindemittel und Säure werden so gewählt, dass einerseits eine ausreichende Festigkeit der Gießform und andererseits eine ausreichende Verarbeitungszeit der Formstoffmischung erreicht wird. Geeignet ist beispielsweise eine Verarbeitungszeit im Bereich von 5 bis 45 Minuten.
Der mit dem Bindemittel beschichtete feuerfeste Formstoff wird dann mit üblichen Verfahren zu einem Formkörper geformt. Dazu kann die Formstoffmischung in eine geeignete Form eingebracht und dort verdichtet werden. Der dabei erhaltene Formkörper wird dann aushärten gelassen.
Als Furan-No-Bake-Bindemittel können an sich alle Furanharze verwendet werden, wie sie bereits in Furan-No-Bake Bindemittelsystemen verwendet werden.
Die in technischen Furan-No-Bake-Bindemitteln eingesetzten Furanharze sind meist Vorkondensate oder Mischungen von Furfurylalkohol mit weiteren Monomeren oder Vorkondensaten. Die in Furan-No-Bake-Bindemitteln enthaltenen Vorkondensate werden in an sich bekannter Weise hergestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird Furfurylalkohol in Kombination mit Harnstoff und/oder Formaldehyd bzw. Harnstoff / Formaldehyd-Vorkondensaten eingesetzt. Formaldehyd kann sowohl in monomerer Form eingesetzt werden, beispielsweise in Form einer Formalinlösung, als auch in Form seiner Polymeren, wie Trioxan oder Paraformaldehyd. Neben bzw. an Stelle von Formaldehyd können auch andere Aldehyde oder auch Ketone verwendet werden. Geeignete Aldehyde sind beispielsweise Acetaldehyd, Propionaldehyd, Butyraldehyd, Acrolein, Crotonaldehyd, Benzaldehyd, Salicylaldehyd, Zimtaldehyd, Glyoxal und Gemische dieser Aldehyde. Formaldehyd ist bevorzugt, wobei dieser vorzugsweise in Form von Paraformaldehyd eingesetzt wird.
Als Ketonkomponente können alle Ketone eingesetzt werden, die eine ausreichend hohe Reaktivität aufweisen. Beispielhafte Ketone sind Methylethylketon, Methylpropylketon und Aceton, wobei Aceton bevorzugt verwendet wird.
Die genannten Aldehyde und Ketone können als einzelne Verbindung aber auch im Gemisch miteinander eingesetzt werden.
Das Molverhältnis von Aldehyd, insbesondere Formaldehyd, bzw. Keton zu Furfurylalkohol kann innerhalb weiter Bereiche gewählt werden. Bei der Herstellung der Furanharze können pro Mol Aldehyd vorzugsweise 0,4 bis 4 Mol Furfurylalkohol, bevorzugt 0,5 bis 2 Mol Furfurylalkohol verwendet werden.
Zur Herstellung der Vorkondensate können Furfurylalkohol, Formaldehyd und Harnstoff beispielsweise nach Einstellung eines pH-Werts von mehr als 4,5 zum Sieden erhitzt werden, wobei kontinuierlich Wasser aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert wird. Die Reaktionszeit kann dabei mehrere Stunden betragen, beispielsweise 2 Stunden. Bei diesen Reaktionsbedingungen tritt nahezu keine Polymerisation des Furfurylalkohols ein. Der Furfurylalkohol wird jedoch zusammen mit dem Formaldehyd und dem Harnstoff in ein Harz einkondensiert.
Nach einem alternativen Verfahren werden Furfurylalkohol, Formaldehyd und Harnstoff bei einem pH-Wert von deutlich unterhalb 4,5, beispielsweise bei einem pH-Wert von 2,0, in der Hitze umgesetzt, wobei das bei der Kondensation entstehende Wasser unter reduziertem Druck abdestilliert werden kann. Das Reaktionsprodukt weist eine relativ hohe Viskosität auf und wird zur Herstellung des Bindemittels mit Furfurylalkohol verdünnt, bis die gewünschte Viskosität eingestellt ist.
Mischformen dieser Herstellungsverfahren können ebenfalls angewandt werden.
Es ist auch möglich, Phenol in das Vorkondensat einzuführen. Dazu kann das Phenol unter alkalischen Bedingungen zunächst mit Formaldehyd zu einem Resolharz umgesetzt werden. Dieses Resol kann dann mit Furfurylalkohol oder einem furangruppenhaltigen Harz umgesetzt oder vermischt werden. Solche furangruppenhaltigen Harze können beispielsweise mit den oben beschriebenen Verfahren erhalten werden. Für die Herstellung des Vorkondensats können auch höhere Phenole eingesetzt werden, beispielsweise Resorcin, Kresole oder auch Bisphenol A. Der Anteil des Phenols bzw. der höheren Phenole am Bindemittel wird vorzugsweise im Bereich von bis zu 45 Gew.-%, bevorzugt bis zu 20 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-% gewählt. Gemäß einer Ausführungsform kann der Anteil des Phenols bzw. der höheren Phenole größer als 2 Gew.-%, gemäß einer weiteren Ausführungsform größer als 4 Gew.-% gewählt werden.
Weiter ist auch möglich, Kondensate aus Aldehyden und Ketonen zu verwenden, die zur Herstellung des Bindemittels dann mit Furfurylalkohol vermischt werden. Solche Kondensate lassen sich durch Umsetzung von Aldehyden und Ketonen unter alkalischen Bedingungen herstellen. Als Aldehyd wird bevorzugt Formaldehyd, insbesondere in Form von Paraformaldehyd verwendet. Als Keton wird bevorzugt Aceton eingesetzt. Andere Aldehyde bzw. Ketone können jedoch ebenfalls verwendet werden. Das relative Molverhältnis von Aldehyd zu Keton wird vorzugsweise im Bereich von 7 : 1 bis 1 : 1, bevorzugt 1,2 : 1 bis 3,0 : 1 gewählt. Die Kondensation wird vorzugsweise unter alkalischen Bedingungen bei pH-Werten im Bereich von 8 bis 11,5, bevorzugt 9 bis 11 durchgeführt. Eine geeignete Base ist beispielsweise Natriumcarbonat.
Die Menge des Furfurylalkohols, welche im Furan-No-Bake-Bindemittel enthalten ist, wird einerseits bestimmt von dem Bestreben, den Anteil aus Kostengründen möglichst gering zu halten. Andererseits wird durch einen hohen Anteil an Furfurylalkohol eine Verbesserung der Festigkeit der Gießform erreicht. Bei sehr hohem Anteil an Furfurylalkohol im Bindemittel werden jedoch sehr spröde Gießformen erhalten, welche sich schlecht verarbeiten lassen. Vorzugsweise wird der Anteil des Furfurylalkohols am Bindemittel im Bereich von 30 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 85 Gew.-% gewählt. Der Anteil an Harnstoff und/oder Formaldehyd am Bindemittel wird vorzugsweise im Bereich von 2 bis 70 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 30 Gew.-% gewählt. Die Anteile umfassen sowohl die im Bindemittel enthaltenen ungebundenen Anteile dieser Verbindungen als auch die Anteile, die im Harz gebunden sind.
Den Furanharzen können weitere Zusätze zugesetzt werden, wie Ethylenglycol oder ähnliche aliphatische Polyole, beispielsweise Zuckeralkohole, wie Sorbitol, die als Streckmittel dienen und einen Teil des Furfurylalkohols ersetzen. Ein zu hoher Zusatz derartiger Streckmittel kann im ungünstigen Fall zu einer Verringerung der Festigkeit der Gießform und Absenkung der Reaktivität führen. Der Anteil dieser Streckmittel am Bindemittel wird daher vorzugsweise geringer als 25 Gew.-%, bevorzugt geringer als 15 Gew.-% und besonders bevorzugt geringer als 10 Gew.-% gewählt. Um eine Kostenersparnis zu erreichen ohne dabei einen übermäßigen Einfluss auf die Festigkeit der Gießform in Kauf nehmen zu müssen, wird der Anteil der Streckmittel gemäß einer Ausführungsform größer als 5 Gew.-% gewählt.
Die Furan-No-Bake-Bindemittel können weiterhin Wasser enthalten. Da Wasser die Aushärtung der Formstoffmischung jedoch verlangsamt und bei der Aushärtung Wasser als Reaktionsprodukt entsteht, wird der Anteil des Wassers bevorzugt möglichst gering gewählt. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Wassers am Bindemittel weniger als 20 Gew.-%, bevorzugt weniger als 15 Gew.-%. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten kann eine Wassermenge von mehr als 5 Gew.-% im Bindemittel toleriert werden.
Als Phenolharze werden im erfindungsgemäßen Verfahren Resole verwendet. Resole sind Gemische von Hydroxymethylphenolen, die über Methylen- und Methylenetherbrücken verknüpft sind und durch Reaktion von Aldehyden und Phenolen im Molverhältnis von 1 : <1, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, z.B. eines basischen Katalysators, erhältlich sind. Sie weisen ein Molgewicht M_w von ≤ 10.000 g/mol auf.
Zur Herstellung der Phenolharze sind alle herkömmlich verwendeten Phenole geeignet, wobei Phenol besonders bevorzugt ist. Als Aldehydkomponente wird bevorzugt Formaldehyd eingesetzt, insbesondere in form von Paraformaldehyd. Alternative Phenole und Aldehyde wurden bereits in Zusammenhang mit den Polyurethanbindemitteln erläutert. Auf die entsprechenden Passagen wird Bezug genommen.
Die Bindemittel können weitere übliche Zusätze enthalten, beispielsweise Silane als Haftvermittler. Geeignete Silane sind beispielsweise Aminosilane, Epoxysilane, Mercaptosilane, Hydroxysilane und Ureidosilane, wie γ-Hydroxypropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Ureidopropyltriethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, β-(3,4-Epoxycyclohexyl)trimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan.
Sofern ein solches Silan verwendet wird, wird es dem Bindemittel in einem Anteil von 0,1 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-% zugegeben.
Die Bindemittel können auch noch weitere übliche Komponenten enthalten, wie beispielsweise Aktivatoren oder Weichmacher.
Die Formstoffmischung kann neben dem feuerfesten Formstoff, dem Bindemittel und ggf. dem Katalysator noch weitere übliche Bestandteile enthalten. Beispielhafte weitere Bestandteile sind Eisenoxid, gemahlene Flachsfasern, Holzmehlgranulate, gemahlene Kohle oder Ton.
Die Formstoffmischung wird dann mit üblichen Verfahren zu einer GGrundform oder einem Teil einer Grundform geformt und ggf. ausgehärtet. Die Grundform kann dann ggf. ganz oder teilweise zusammengebaut werden und der in der Grundform vorgesehene Formhohlraum mit der oben beschriebenen Schlichtezusammensetzung insgesamt oder abschnittsweise beschichtet werden. Hierzu können übliche Verfahren verwendet werden. Die Schlichtezusammensetzung kann beispielsweise durch Tauchverfahren, Fluten, Aufpinseln oder durch Aufsprühen aufgetragen werden.
Bei Tauchen als Aufbringungsverfahren wird die Gießform, in deren Formhohlraum gegebenenfalls eine Grundbeschichtung aufgebracht worden ist, für etwa 2 Sekunden bis 2 Minuten in ein Behältnis eingetaucht, das mit einer gebrauchsfertigen, erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung gefüllt ist. Die Gießform wird dann aus der Schlichtezusammensetzung herausgenommen und überschüssige Schlichtezusammensetzung von der Gießform ablaufen gelassen. Die Zeit, die das Ablaufen der überschüssigen Schlichtezusammensetzung nach dem Tauchen in Anspruch nimmt, richtet sich nach dem Ablaufverhalten der verwendeten Schlichtezusammensetzung.
Beim Sprühen als Aufbringungsverfahren werden handelsübliche Druckkesselsprühgeräte verwendet. Hierbei wird die Schlichtezusammensetzung im verdünnten Zustand in einen Drückkessel gefüllt. Über den einzustellenden Überdruck kann die Schlichte in eine Sprühpistole gedrückt werden, wo Sie mit Hilfe von separat regulierbarer Zerstäuberluft versprüht wird. Beim Sprühen werden die Bedingungen vorzugsweise so gewählt dass der Druck für Schlichtezusammensetzung und Zerstäuberluft so an der Pistole eingestellt ist, dass die versprühte Schlichtezusammensetzung noch nass auf der Form oder dem Kern auftrifft, aber einen gleichmäßigen Auftrag ergibt.
Die in der Schlichte enthaltene Trägerflüssigkeit wird anschließend verdampft, sodass eine trockene Schlichteschicht erhalten wird. Als Trocknungsverfahren können alle konventionellen Trocknungsverfahren verwendet werden, wie beispielsweise Trocknen lassen an der Luft, Trocknung mit entfeuchteter Luft, Trocknen mit Mikrowellen- oder Infrarotstrahlung, Trocknen im Konvektionsofen, und vergleichbare Verfahren.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die beschichtete Gießform bei 100 bis 250 °C, bevorzugt bei 120 bis 180 °C, in einem Konvektionsofen getrocknet. Bei der Verwendung von Alkoholschlichten wird die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung bevorzugt durch Abbrennen des Alkohols oder Alkoholgemischs getrocknet. Hierbei wird die beschichtete Gießform durch die Verbrennungswärme zusätzlich erwärmt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die beschichtete Gießform ohne weiter Behandlung an der Luft getrocknet.
Ggf. kann die Schlichteschicht anschließend noch gehärtet werden, beispielsweise durch Bestrahlen mit UV-Strahlung, wenn ein entsprechendes härtbares Bindemittel in der Schlichtezusammensetzung enthalten ist.
Die Schlichte kann in Form einer einzelnen Schicht oder auch in Form mehrerer übereinander angeordneter Schichten aufgebracht werden. Dabei können die einzelnen Schichten in ihrer Zusammensetzung gleich oder verschieden sein. Beispielsweise kann zunächst eine Grundbeschichtung aus einer handelsüblichen Schlichte hergestellt werden, welche kein erfindungsgemäßes metallisches Additiv enthält. Als Grundbeschichtung können beispielsweise Wasserschlichten oder auch Alkoholschlichten verwendet werden. Es ist aber auch möglich, alle Schichten aus der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung herzustellen. Die Schicht, welche später mit dem flüssigen Metall in Berührung gelangt, wird jedoch immer aus der erfindungsgemäßen Schlichte hergestellt. Beim Aufbringen mehrerer Schichten kann jede einzelne Schicht nach dem Aufbringen vollständig oder teilweise getrocknet werden.
Die aus der Schlichtezusammensetzung hergestellte Beschichtung weist vorzugsweise eine Trockenschichtdicke von zumindest 0,1 mm, bevorzugt zumindest 0,2 mm, besonders bevorzugt zumindest 0,45 mm, insbesondere bevorzugt zumindest 0,55 mm auf. Gemäß einer Ausführungsform wird die Dicke der Beschichtung kleiner als 1,5 mm gewählt. Die Trockenschichtstärke ist hierbei die Schichtstärke der getrockneten Beschichtung, welche durch Trocknen der Schlichtezusammensetzung durch im Wesentlichen vollständiges Entfernen der Lösungsmittelkomponente und gegebenenfalls anschließendem Härten erhalten wurde. Die Trockenschichtstärke der Grundbeschichtung und der Deckbeschichtung werden vorzugsweise durch Messung mit dem Nassschichtdickenkamm ermittelt.
Die Gießform kann anschließend ggf. vollständig zusammengebaut werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der oben beschriebenen Gießform zur Herstellung eines Gussstücks.
Dazu wird zunächst eine Gießform bereitgestellt. Dies kann eine verlorene Form sein, die wie oben beschrieben aus einem Feuerfestmaterial, beispielsweise Quarzsand, und einem Bindemittel hergestellt wurde, oder auch eine Dauerform, wie sie üblicherweise zur Herstellung von Rohren, Lagern oder Hülsen verwendet wird, wobei der Formhohlraum mit der oben beschriebenen Schlichtezusammensetzung ausgekleidet wurde. Die Gießform weist auf zumindest den Flächen, welche mit dem flüssigen Metall in Kontakt gelangen, eine Schutzbeschichtung auf, welche das flüssige Metall von der Gießform isoliert und welche die Oberflächenbeschaffenheit des Gussstücks positiv beeinflussen kann. In die vorbereitete Gießform wird nun flüssiges Metall eingeleitet, vorzugsweise Eisen oder einer Eisenlegierung. Das flüssige Metall wird anschließend zu einem Gussstück erstarren gelassen und dann das Gussstück von der Gießform getrennt. Dazu werden übliche Verfahren angewendet. Bei verlorenen Formen wird die Gießform mechanisch zerstört, beispielsweise durch Rütteln. Bei Dauerformen wird das Gussstück mit üblichen Verfahren aus der Gießform gezogen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Gießform, welche einen Formüberzug aufweist, der aus der oben beschriebenen Schlichte hergestellt worden ist. Eine derartige Gießform weist vorteilhaft eine Isolierung zwischen dem flüssigen Metall und der Gießform auf, wodurch die thermische Belastung der Gießform beim Gussvorgang vermindert wird und sich dadurch die Haltbarkeit der Gießform erhöht. Als weiterer Vorteil weist der Formüberzug ein metallisches Additiv auf, welches die Oberflächeneigenschaften des Gussstücks positiv beeinflussen kann, insbesondere die Ausbildung einer narbigen Oberfläche auf dem Gussstück zurückdrängt.
Gießformen, welche eine Deckbeschichtung aufweisen, welche aus der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung hergestellt wurde, werden unter anderem zur Herstellung von Windkraftnarben, Mahlschüsseln, Motoren und Motorkomponenten, Maschinenbetten und Turbinen, allgemeine Maschinenkomponenten oder Presswerkzeuge verwendet.
Die Erfindung wird im weiteren anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Die in den nachstehenden Beispielen verwendete Kernschlichte weist die in Tabelle 1 angegebene Zusammensetzung auf.

Tabelle 1:

Zusammensetzung der Schlichte
Komponente	Gew.-%
Zirkonsilikat 75 µm	50,00
Mangan (325 mesh)	20,00
Tonmineral	03,00
Kunstharze	02,00
Rheologische Additive	00,50
Ethanol	14,50
Isopropanol	10,00

Die Formgussschlichte wurde wie folgt hergestellt: Isopropanol wird vorgelegt und hierin wird der Ton durch Verwendung eines hochscherenden Rührers mindestens 15 Minuten aufgeschlossen. Anschließend werden die Feuerfestkomponenten, Pigmente, Mangan und Farbstoffe mindestens 15 Minuten eingerührt, bis eine homogene Mischung entsteht. Zum Schluss werden Ethanol, rheologische Additive und Bindemittel eingerührt.

Claims

Schlichtezusammensetzung für Gießformen und -kerne, umfassend zumindest eine Trägerflüssigkeit und ein metallisches Additiv, welches zumindest ein Metall oder eine Verbindung des Metalls enthält, wobei das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe von Mangan und Kupfer und wobei der Anteil des metallischen Additivs bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlichtezusammensetzung geringer als 50 Gew.-% ist.
Schlichtezusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Metall Mangan Ist bzw. die Verbindung des Metalls Mangan umfasst.
Schlichtezusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metall in reiner Form oder in Form einer Legierung mit anderen Metallen eingesetzt wird.
Schlichtezusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall oder die metallische Verbindung, berechnet als Metall und bezogen auf das Gewicht des metallischen Additivs, in einem Anteil von zumindest 10 Gew.-% in dem metallischen Additiv enthalten Ist.
Schlichtezusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallische Additiv, bezogen auf den Feststoffanteil der Schlichtezusammensetzung, in einem Anteil von zumindest 10 Gew.-% in der Schlichtezusammensetzung enthalten ist.
Schlichtezusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall in Form einer Eisenlegierung in dem metallischen Additiv enthalten ist.
Schlichtezusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das metallische Additiv eine mittlere Korngröße (D50) im Bereich von 0,5 bis 5000 µm aufweist.
Schlichtezusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlichtezusammensetzung ein Lösungsmittel enthält, und das Lösungsmittel zumindest anteilig von zumindest einem Alkohol gebildet ist.
Schlichtezusammensetzung nach Anspruch 8, wobei der zumindest eine Alkohol einen Anteil von zumindest 50 Gew.-% am Lösungsmittel bildet.
Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Anteil des metallischen Additivs an der Schlichtzusammensetzung bezogen auf den Feststoffgehalt der Schlichtezusammensetzung geringer als 40 Gew.-%, bevorzugt geringer als 35 Gew.-%, ist.
Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Zusammensetzung weiterhin ein Bindemittel enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Gießform, wobei eine Formstoffmischung bereitgestellt wird, welche zumindest einen feuerfesten Formstoff und ein Bindemittel enthält, die Formstoffmischung zu einer Grundform geformt wird, welche einen Formhohlraum umfasst, und zumindest die Flächen des Formhohlraums der Grundform mit einer Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 beschichtet werden.
Gießform mit einem Formhohlraum, wobei zumindest die Flächen des Formhohlraums mit einer Schlichte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 beschichtet sind.
Verwendung einer Gießform nach Anspruch 13 für den Metallguss.
Verwendung nach Anspruch 14, wobei der Metallguss ein Eisen- oder Stahlguss ist.