EP3006136A1 - Verwendung einer basischen zusammensetzung als infiltrationsmittel für den formstoff einer giessform zur vermeidung von weissen belägen (narbigen oberflächen) auf gussstücken, entsprechende verfahren, giessformen und kits - Google Patents

Verwendung einer basischen zusammensetzung als infiltrationsmittel für den formstoff einer giessform zur vermeidung von weissen belägen (narbigen oberflächen) auf gussstücken, entsprechende verfahren, giessformen und kits Download PDF

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Publication number
EP3006136A1
EP3006136A1 EP15189193.4A EP15189193A EP3006136A1 EP 3006136 A1 EP3006136 A1 EP 3006136A1 EP 15189193 A EP15189193 A EP 15189193A EP 3006136 A1 EP3006136 A1 EP 3006136A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
casting
acid
composition
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP15189193.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claus Joachim
Klaus Seeger
Christian Fourberg
Oliver Buchmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Original Assignee
Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH filed Critical Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Publication of EP3006136A1 publication Critical patent/EP3006136A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B22C1/181—Cements, oxides or clays

Definitions

  • the present invention relates to a use of a basic composition as an infiltrant for the molding material of a casting mold comprising quartz sand and an acid-cured binder, and to a process for producing a GJS or GJL casting.
  • the present invention also relates to corresponding molds and kits.
  • the melt liquefied materials, ferrous metals or non-ferrous metals are converted into shaped objects with specific workpiece properties.
  • the casting molds are divided into lost molds that are destroyed after each casting, and permanent molds, with each of which a large number of castings can be produced.
  • the lost forms usually consist of a refractory, granular molding material, which is solidified with the aid of a hardenable binder.
  • Shapes are negatives, they contain the emptying cavity, which results in the casting to be produced.
  • the inner contours of the future casting are formed by cores. In the manufacture of the mold, the cavity is shaped into the molding material by means of a model of the casting to be manufactured. Inner contours are represented by cores formed in a separate core box.
  • both organic and inorganic binders can be used, the curing of which can be effected by cold or hot processes.
  • Cold processes are processes in which the curing takes place essentially at room temperature without heating the molding material mixture.
  • the curing is usually carried out by a chemical reaction, which can be triggered, for example, by passing a gaseous catalyst through the molding material mixture to be cured, or by adding a liquid catalyst to the molding material mixture.
  • hot processes the molding material mixture is heated to a sufficiently high temperature after molding to drive off, for example, the solvent contained in the binder, or to initiate a chemical reaction by which the binder is cured by crosslinking.
  • the production of the casting molds can be carried out in such a way that the molding material is first mixed with the binder, so that the grains of the refractory molding material are coated with a thin film of the binder.
  • the molding material mixture obtained from molding material and binder can then be introduced into a corresponding mold and optionally compacted in order to achieve a sufficient stability of the casting mold.
  • the mold is cured, for example by heating it or by adding a catalyst which effects a curing reaction. If the mold has reached at least a certain initial strength, it can be removed from the mold.
  • molds for the production of metal bodies are often composed of so-called cores and molds. Different requirements are placed on the cores and molds. In molds, a relatively large surface area is available to dissipate gases that form during casting by the action of the hot metal. In cores usually only a very small area is available, through which the gases can be derived. If there is too much gas, there is a risk that gas will pass from the core into the liquid metal and lead to the formation of casting defects.
  • the internal cavities are therefore imaged by cores which have been solidified by cold box binders, ie a polyurethane-based binder, while the outer contour of the casting is represented by less expensive molds, such as a green sand mold, a mold bound by a furan resin or a phenol resin, or a steel mold.
  • cold box binders ie a polyurethane-based binder
  • organic polymers are mostly used as binders for the refractory, granular molding material.
  • granular molding material often washed, classified quartz sand is used, but also other molding materials such. Zirconsande, Chromitsande, chamois, olivine sands, feldspat ambience sands and Andalusitsande.
  • the molding material mixture obtained from mold base and binder is preferably present in a free-flowing form.
  • organic binders such as polyurethane, furan resin or epoxy-acrylate used in which the curing of the binder by addition of a catalyst.
  • binder depends on the shape and size of the casting to be produced, the conditions of production and the material used for the casting. For example, in the production of small castings that are produced in large numbers, polyurethane binders are often used because they allow fast cycle times and thus also a series production.
  • Processes in which the curing of the molding material mixture by heat or by subsequent addition of a catalyst have the advantage that the processing of the molding material mixture is not subject to any special time restrictions.
  • the molding material mixture can first be produced in larger quantities, which are then processed within a longer period of time, usually several hours.
  • the curing of the molding material mixture takes place only after molding, with a rapid reaction is sought.
  • the mold can be removed immediately after curing from the mold so that short cycle times can be realized. However, in order to obtain a good strength of the mold, the curing of the molding material mixture must be uniform within the mold. If the curing of the molding material mixture by subsequent addition of a catalyst, the mold is gassed after molding with the catalyst. For this purpose, the gaseous catalyst is passed through the casting mold.
  • the molding material mixture cures directly after contact with the catalyst and can therefore be removed very quickly from the mold.
  • the gassing times are prolonged, but can still arise sections in the mold, which are achieved very poorly or not at all by the gaseous catalyst.
  • the amount of catalyst therefore increases sharply with increasing size of the mold.
  • the weight of the cores is often about 1000 kg or more.
  • methods in which the hardening with gas or by heat such large cores are difficult or impossible to produce from a technical point of view.
  • cold-curing methods are used.
  • no-bake binder In the production of molds for large castings, such as engine blocks of marine diesel engines or large machine parts, such as hubs of rotors for wind power plants, so-called “no-bake binder” are used for the reasons mentioned mostly.
  • the refractory base material for example sand
  • a catalyst hardener
  • the binder is added and distributed evenly on the already catalyst-coated grains of the refractory base molding material by mixing.
  • continuous flow mixers In this process is often worked with so-called continuous flow mixers.
  • the resulting molding material mixture can then be shaped into a shaped body. Since binder and catalyst are evenly distributed in the molding material mixture, the curing is largely uniform even with large moldings.
  • the refractory base molding material eg sand
  • the hardener can be added.
  • it may, especially in the production of molds for large castings, come because of a partial, local too high concentration of the curing agent to partial hardening or crosslinking of the binder, whereby an inhomogeneous molding material would be obtained.
  • the reaction rate can be influenced for a given amount of the binder and the refractory base molding material, for example, by the type and amount of the catalyst or by the addition of retarding components.
  • the processing of the molding material mixture should be carried out under very controlled conditions, since the rate of curing is influenced for example by the temperature of the molding material mixture.
  • the "classic" no-bake binders are often based on furan resins and phenolic resins. They are often offered as systems (kits) wherein one component comprises a reactive furan resin and the other component comprises an acid, which acid acts as a catalyst for the curing of the reactive resin component.
  • Furan and phenolic resins show very good disintegration properties during casting. Under the action of heat of the liquid metal, the furan or phenolic resin decomposes and the strength of the mold is lost. After casting, therefore, cores, possibly after prior shaking of the casting, pour out very well from cavities.
  • Furfuryl alcohol contains reactive furan resins, which regularly comprise furfuryl alcohol as an essential component. Furfuryl alcohol can react with itself under acid catalysis and form a homopolymer. Furfuryl alcohol is generally not used alone for the preparation of furan no-bake binders, but further compounds are added to the furfuryl alcohol which are copolymerized into the resin. Examples of such compounds are aldehydes, such as formaldehyde or furfural, ketones, such as acetone, phenols, urea or polyols, such as sugar alcohols or ethylene glycol. The resins may be added with other components that affect the properties of the resin, such as its elasticity. Melamine can be added, for example, to bind still free formaldehyde.
  • Furan no-bake binders are most often prepared by first producing precondensates of, for example, urea, formaldehyde, and furfuryl alcohol under acidic conditions. These precondensates are then diluted with furfuryl alcohol. Likewise, urea and formaldehyde can be reacted alone. This produces so-called UF resins ("urea formaldehyde” resins, "aminoplasts"). These are usually subsequently diluted with furfuryl alcohol.
  • Advantages of this manufacturing method are a higher flexibility / variability in the product range and lower costs, because it is cold mixing processes. The disadvantage is often that certain chemical and performance properties can not be achieved. Furthermore, UF resins are often cloudy, so that usually made therefrom binder are also cloudy and inhomogeneous.
  • Resoles can also be used to prepare furan no-bake binders. Resoles are prepared by polymerization of mixtures of phenol and formaldehyde. These resoles are then often diluted with a large amount of furfuryl alcohol.
  • Furan no-bake binders are regularly cured with an acid. This acid catalyzes the crosslinking of the reactive furan resin. It should be noted that, depending on the type of binder, certain amounts of acid should not be exceeded, since alkaline components, which may be present in the refractory base molding material, can partially neutralize the acid.
  • acids are sulfonic acids, phosphoric acid or sulfuric acid. In some specific cases, combinations of these are used, inter alia, in combination with other carboxylic acids. Further, certain "curing moderators" can be added to the furan no-bake binder.
  • Phosphoric acid is often used as an acid catalyst for curing in concentrated form, ie at concentrations greater than 70%. However, it is (with some exceptions) only for the catalytic curing of furan resins with a relatively high proportion of urea, since essentially the curing of the aminoplast content in the furan no-bake binder responds. The nitrogen content of such resins is usually more than 2.0% by weight. Sulfuric acid, as a relatively strong acid, can be added as a starter for the curing of furan resins to weaker acids. During casting, however, a smell typical of sulfur compounds develops. In addition, there is a risk that the casting material sulfur is absorbed, which affects its properties.
  • the selection of the acid catalyst for curing has a significant influence on the curing behavior of the binder, the properties of the molding material mixture and the casting mold or the core obtainable therefrom.
  • the rate of curing can be influenced by the amount and the strength of the acid.
  • High amounts of acid or stronger acids lead to an increase in the curing rate.
  • the processing time of the molding material mixture is shortened too much, so that the workability is greatly impaired or even processing is no longer possible.
  • the binder such as a furan resin
  • the binder also become brittle upon curing, which adversely affects the strength of the mold.
  • too small amounts of acid catalyst the resin is not completely cured (or the curing takes a long time), resulting in lower strength of the mold.
  • New foundry sand is often used in the manufacture of foundry molds, while frequently recycled mold base stock (e.g., sand) is used for the molds.
  • Refractory mold raw materials which have been solidified with furan no-bake binders, can be worked up very well again. The workup is carried out either mechanically by mechanically rubbing off a shell formed from residual binder or by thermally treating the used sand. With mechanical workup or with combined mechanical / thermal processes, return rates of up to almost 100% can be achieved.
  • Phenolic resins the second large group of acid-catalyzed curable no-bake binders, contain resoles as reactive resin components, ie phenolic resins prepared with a molar excess of formaldehyde. Phenolic resins show lower reactivity compared to furan resins and require strong sulfonic acids as catalysts. Phenolic resins show a relatively high viscosity, which increases even more with prolonged storage of the resin.
  • the molding compound After the phenol no-bake binder has been applied to the refractory base molding material, the molding compound should be processed as promptly as possible so as not to suffer deterioration in the quality of the molding compound due to premature curing, resulting in deterioration of the strength of the molding compound mixture produced molds can lead.
  • the flowability of the molding material mixture is usually worse than a comparatively produced molding material with a furan no-bake binder. In the production of the mold, the Molding material mixture are therefore carefully compacted in order to achieve a high strength of the mold can.
  • the preparation and processing of such a molding material mixture should take place at temperatures in the range of 15 to 35 ° C. If the temperature is too low, the molding material mixture can be processed worse because of the high viscosity of the phenol no-bake resin. At temperatures of more than 35 ° C, the processing time is shortened by premature curing of the binder.
  • molding mixtures based on phenol no-bake binders can also be worked up again, in which case mechanical or thermal or combined mechanical / thermal processes can also be used.
  • the acid used as catalyst in the case of furan or phenol no-bake processes has a very great influence on the properties of the casting mold.
  • the acid must have sufficient strength to ensure a sufficient rate of reaction in the curing of the mold.
  • the curing should be well controllable, so that also sufficiently long processing times can be set. This is particularly important in the production of molds for very large castings, the construction requires a longer period.
  • the acid must not accumulate in the regenerate in the regeneration of scrap materials (i.e., mold materials already used to make lost molds or cores, such as old sands). If acid is introduced into the molding material mixture via the regenerate, this shortens the processing time and leads to a deterioration in the strength of the casting mold produced from the regenerate.
  • scrap materials i.e., mold materials already used to make lost molds or cores, such as old sands.
  • Phosphoric acid is, as already explained, only for the curing of certain furan resin qualities.
  • phosphoric acid is not suitable for the curing of phenolic resins.
  • phosphoric acid shows a tendency to regenerate which makes reuse of the regrind difficult. Sulfuric acid during casting and during thermal regeneration leads to the emission of sulfur dioxide, which has corrosive properties, is harmful to health and represents an odor nuisance.
  • Spheroidal graphite cast iron is an iron-carbon material whose carbon content is predominantly in globular (globular) form. Cast iron with nodular graphite has steel-like material properties. Due to the globular shape of the graphite, high strengths result with very good, permanent deformation (elongation). Low perlite content increases both machinability and associated tool life. Ductile iron is used, for example, in the automotive industry, mechanical engineering and shipbuilding, in pressure vessels or in wind power. GJS cast iron grades are described in DIN EN 1563, Foundry - nodular cast iron.
  • Cast iron with lamellar graphite also has excellent practical properties and in many cases presents similar requirements to those skilled in the art as GJS.
  • GJS lamellar graphite
  • the lining consists essentially of (fibrous) silicon oxides. When the castings are blasted, the coating is removed, leaving only the pitted surface.
  • the defect occurs in GJS and GJL castings produced by casting molds and cores made of chemically bonded molding material, which in turn consists of quartz sand and an acid-cured binder. Especially in acid-cured furan resin molds and other acid-cured, cold-curing processes, such as the phenolic resin process, the error occurs. The most common error rate was found in regenerated furan resin sands with an ignition loss between 3 and 4.5%.
  • the error also occurs in the use of cores and molds made by the croning process as well as in the clay-bonded molding process.
  • the white deposits mainly occur in thick-walled parts, ie on medium to heavy castings. Even smaller compact castings with a large module are affected. On the casting, the error mostly occurs in thermally highly stressed zones, such as the radii, but can also be drawn from there over larger areas. Below the surface of the affected zones, the graphite is partially degenerate.
  • the casting defect leads to increased reworking in the foundry and so far can only be counteracted by an increased oversize of the affected areas. In extreme cases, scarred surfaces lead to rejects of the casting.
  • the affected areas must first be ground consuming before being subjected to ultrasonic testing or crack testing for quality control of the casting.
  • Manganese (IV) oxide manganesese dioxide
  • the use of impregnation coatings with manganese dioxide has the disadvantage that the manganese dioxide is the fire resistance
  • these penetrating sizing agents can at best reduce the casting defect of "scarred surfaces”.
  • penetration sizing is used, i. Finishes that penetrate into the molding material and fill the pores in the molding material with their refractory materials. They are particularly suitable for preventing casting defects such as penetration and erosion. These sizes usually contain larger amounts of refractories and may also contain inorganic or organic binders. Commercially available sizes penetrate regularly when applied to the molding material. An effect against scarred surfaces is not known. In our own experiments, for example, with the magnesite size 5848 of the company Wilsontenes-Albertus GmbH, Dusseldorf, containing basic refractories, no effect on the formation of pitted surfaces could be observed.
  • Formcoats which are applied to molding surfaces are also frequently used. These form varnishes are solutions of organic resins in a solvent. They serve to harden the mold surface. An activity against scarred surfaces can not be observed.
  • the document DE102008025311 A1 discloses an odor and pollutant coating composition for box-bonded cast metal.
  • WO 2009/004090 A1 discloses a method for casting a molten metal.
  • the publication DE 2407344 relates to a process for the production of foundry molds and cores.
  • an acid-cured binder is understood as meaning a crosslinked organic polymer which, after curing, has bound a substrate (quartz sand) and in water by the free and necessary acid added for crosslinking (curing) the organic polymer would produce a pH of ⁇ 7.0.
  • a casting mold is understood as meaning the entirety of outer mold parts and, if present, inner mold parts (for example cores).
  • a base or an acid is understood as meaning a Br ⁇ nsted base (proton acceptor) or acid (proton donor).
  • bases are compounds which form salts with acids by neutralization or form hydroxide ions in aqueous solutions.
  • sodium hydroxide is a base, since sodium hydroxide forms hydroxide ions in aqueous solutions.
  • the basic composition comprises as or in the carrier liquid for the basic component water and wherein the aqueous phase preferably has a pH of> 8, preferably a pH of> 10, particularly preferably a pH Value of> 12, particularly preferably has a pH of> 13.
  • a use according to the invention wherein the infiltrant for the molding material of a mold comprising quartz sand and an acid-cured binder is so infiltrated into the molding material, that an infiltrating product is formed, which at least to an infiltration depth of 2 mm on contact reacts basic with water, measured from the surface of the mold, preferably to at least an infiltration depth of 5 mm, more preferably 10 mm, most preferably at each infiltration depth in the range of 2 to 5 mm, the infiltration product reacts basicly on contact with water.
  • a use according to the invention as an infiltrant for the mold material of a casting mold cured by means of a no-bake binder and for suppressing the formation of pitted surfaces during the casting process, wherein the no-bake binder is cured by an acid catalyst for curing the reactive resin component of the no-bake binder, wherein the acidic catalyst comprises sulfonic acids, phosphoric acid, sulfuric acid, or combinations thereof.
  • one, more than one or all of the inorganic bases in the basic component is selected from the group consisting of alkali metal hydroxide, alkaline earth metal hydroxide and water glass, in particular sodium silicate, potassium silicate or lithium water glass.
  • alkali metal hydroxides in accordance with the invention are lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, in particular potassium hydroxide and sodium hydroxide.
  • Alkaline earth metal hydroxides preferred according to the invention are magnesium hydroxide, calcium hydroxide and strontium hydroxide, in particular calcium hydroxide and magnesium hydroxide.
  • compositions in which the carrier liquid for the basic component comprises one or more compounds selected from the group consisting of water and organic compounds having a boiling point below 100 ° C at 1000 hPa, that the carrier liquid after application of the composition at least parts of the mold evaporates faster than comparable compositions whose organic compounds have a boiling point above 100 ° C. at 1000 hPa. This makes it possible to shorten the waiting time between application of the composition to the casting mold and the subsequent filling of the casting cavity with a molten iron-carbon alloy.
  • the carrier liquid for the basic component comprises one or more compounds selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone and gasoline, preferably in the carrier liquid, the total amount of water, methanol, Ethanol, propanol, butanol, acetone and gasoline is more than 50 wt .-%, based on the total amount of the carrier liquid.
  • the composition comprises one or more surfactants.
  • the use of surfactants in the composition results in lowering the surface tension of the composition and in wetting the composition, wetting of the casting mold is improved.
  • the penetration (penetration) of the composition into the upper layers of the mold is improved.
  • the presence of one or more surfactants is preferred when only water is present as carrier liquids.
  • Suitable surfactants are anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants and amphoteric surfactants.
  • the composition comprises one or more binders, wherein preferably the one or at least one of the plurality of binders is self-curing in the air and / or dries when the carrier liquid is removed.
  • the composition comprises one or more binders which are basic, in particular basic binders which are listed above, the basic binder or the basic binders fulfill the function of the basic component consisting of one or more bases.
  • the basic binder or the basic binders fulfill the function of the basic component consisting of one or more bases.
  • Other basic components which are not binders may be present in the composition, however, the presence of such other basic components is not mandatory.
  • Organic binders are understood to mean binders which are based on carbon and, apart from hydrogen, oxygen, sulfur and nitrogen, contain no further atoms. Organic binders may be present as salts; In such cases, in addition to a charged organic binder ion, charged counterions are present, which need not or not exclusively consist of the named elements.
  • solvent constituents and possible water of crystallization of the silicates are assigned not to the silicates but only to the total amount of the composition.
  • the composition contains one or more solids suspended in the carrier liquid, preferably one or more solids suspended in the carrier liquid which are inert upon contact with water or have an acidic or basic surface, wherein preferably one or more solids suspended in the carrier liquid are inorganic solids, wherein the inorganic solid is preferably not silicate.
  • the composition containing a proportion of solids suspended in the carrier liquid and having a particle size of less than 0.075 mm preferably contains a proportion of suspended in the carrier liquid inorganic solids having a particle size less than 0.075 mm, preferably contains a proportion of solids suspended in the carrier liquid with a particle size of less than 0.075 mm in the range of> 50% by weight, based on the total amount of solids, preferably contains a proportion of suspended in the carrier liquid inorganic solids having a particle size of less than 0.075 mm in the range of> 50 wt .-%, based on the total amount of solid.
  • composition contains one or more dyes, preferably contains one or more color pigments and / or dyes dissolved in the carrier liquid.
  • composition containing one or more dyes has the advantage that when the composition is applied to the mold or to parts of the mold it can be directly recognized on which areas of the mold the composition has already been applied.
  • brushing or spraying the composition when dipping the mold in the composition or when flooding the mold with the composition, it can be quickly appreciated whether all required areas of the mold are sufficiently in contact with the composition. Also can be seen after breaking the mold optically how deep the composition has penetrated into the molding material surface.
  • composition contains no graphite and no oxides of zirconium, silicon, aluminum, magnesium and calcium and no mixed oxides of these elements.
  • the mold material of a mold comprising quartz sand and an acid-cured binder, the mold (or at least portions of the mold cavity defining surfaces) preferably reacting acidically upon contact with water.
  • the quartz sand is a regenerated quartz sand, which was preferably prepared by working up a molding material mixture comprising quartz sand and an acid-cured binder.
  • step (ii) is carried out to form an infiltration product which is basic to at least an infiltration depth of 5 mm, more preferably 10 mm, upon contact with water, measured from the surface of the mold, most preferably at each infiltration depth in the range of 2 to 5 mm, the infiltration product reacts basicly upon contact with water.
  • one, more than one or all of the inorganic bases in the basic component is or are selected from the group consisting of alkali metal hydroxide, alkaline earth metal hydroxide and water glass, in particular sodium silicate, potassium silicate or lithium water glass.
  • the carrier liquid for the basic component comprises one or more compounds selected from the group consisting of water and organic compounds having a boiling point below 100 ° C at 1000 hPa, preferably in the carrier liquid, the total amount of water and organic compounds having a boiling point below 100 ° C at 1000 hPa more than 50 wt .-%, based on the total amount of the carrier liquid.
  • the carrier liquid for the basic component comprises one or more compounds selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone and Gasoline, wherein preferably in the carrier liquid, the total amount of water, methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone and gasoline is more than 50 wt .-%, based on the total amount of the carrier liquid.
  • the basic composition preferably comprises one or more surfactants.
  • the basic composition preferably comprises organic binders in a concentration of from 0.2 to 40% by weight, based on the total amount of the composition, preferably from 0.2 to 10% by weight, more preferably from 0.2 to 5% by weight and or inorganic binders in a concentration of 0.5 to 80 wt .-%, based on the total amount of the composition.
  • the basic composition preferably comprises alkaline silicate in a concentration of 5 to 50 wt .-% based on the total amount of the composition, particularly preferably 10 to 40 wt .-%.
  • the basic composition preferably contains one or more solids suspended in the carrier liquid, preferably one or more solids suspended in the carrier liquid which are inert upon contact with water or have an acidic or basic surface, preferably one or more of which are present in the carrier liquid
  • Carrier liquid suspended solids are inorganic solids, wherein the inorganic solid is preferably not silicate.
  • the composition preferably contains a proportion of suspended in the carrier liquid solids having a particle size of less than 0.075 mm, preferably a proportion of suspended in the carrier liquid inorganic solids having a particle size less than 0.075 mm, preferably a proportion of suspended in the carrier liquid solids having a particle size smaller 0.075 mm in the range of> 50 wt .-%, based on the total amount of solids, preferably a proportion of suspended in the carrier liquid inorganic solids having a particle size of less than 0.075 mm in the range of> 50 wt .-%, based on the total amount of solid.
  • the basic composition preferably contains one or more dyes, preferably one or more color pigments and / or dyes dissolved in the carrier liquid and / or the composition contains no graphite and no oxides of zirconium, silicon, aluminum, magnesium and calcium and none Mixed oxides of these elements.
  • the method according to the invention in all its preferred aspects and embodiments, is equally suitable for the production of a GJS or GJL casting and for suppressing the formation of pitted surfaces on these castings.
  • the carrier liquid of the composition to be used according to the invention is at least substantially removed prior to filling the mold cavity with a molten iron-carbon alloy. This is usually done by evaporating (drying) the carrier liquid. The process can be accelerated by heat input or radiation input (microwave or infrared radiation). It is also possible to carry out the drying by flaming off combustible volatile carrier liquids such as alcohols.
  • a (for example commercial) size can be applied to the casting mold or to parts of the casting mold. Usually, first the composition and then the size is applied. If no sizing is provided, the dried composition reacted with ingredients from areas of the surface of the mold will contact the molten iron-carbon alloy. When the size is applied to the composition (or the dried composition or the infiltrated area), this size separates the molten iron-carbon alloy from the thus dried and reacted composition.
  • the composition penetrates the molding material at different depths depending on the application. Especially with larger molds or cores, as they are needed for the production of the vulnerable parts, there are always better and less dense areas into which the infiltrant will penetrate at different depths. Also, depending on the manufacturer, the quartz sands used differ considerably in grain size and shape. This also influences the penetration depth (infiltration depth). In our own experiments it has been shown that a deeper infiltration into the molding material surface causes a better error suppression.
  • the penetration depth can be determined in practice by penetrating a molding material surface in a suitable manner with the composition to be used according to the invention or, for comparison purposes, with another infiltrant and then breaking or scratching the molding material at a suitable location.
  • the penetration depth can be determined from the discoloration of the sand bodies, e.g. be recognized by the carrier liquid of the infiltrant. For more accurate determination, e.g. To determine the number of penetrated sand layers, a magnifying glass or an optical microscope and a corresponding scale can be used. Alternatively or additionally, the number of discolored sand layers can be determined (see below for method).
  • the determination of the depth of penetration of the infiltrant may also be performed on well-compacted specimens.
  • Test specimens are produced for this purpose as described in the VDG leaflet P72, Binder Testing, available from the VDG Information Center, PO Box 105144, D-400042 Düsseldorf. Notwithstanding the requirement P72, however, the test specimens are compacted by means of 5 driving strokes analogous to the VDG leaflet P73 with a pile driver from Simpson Technologies GmbH, Sennweidstrasse 43, CH 6312 Steinhausen. The depth of penetration is determined on the best-compacted side of a test piece produced in this way.
  • the quartz sand is a regenerated quartz sand, which was preferably prepared by working up a molding material mixture comprising quartz sand and an acid-cured binder.
  • the process allows and promotes the use of recycled / regenerated sand and reduces the casting error commonly associated with such use.
  • a casting mold according to the invention is produced on a regular basis by means of a process according to the invention and / or under the use according to the invention of a basic composition as infiltrant; to that extent all above and below as well as in the claims as preferred specified embodiments relating to the inventive method or the inventive use also apply to the mold according to the invention, and vice versa.
  • a casting mold according to the invention is a mold made of a chemically bound molding base material, the surfaces of which define a mold cavity, for producing a GJS or GJL casting, wherein the chemically bonded molding base comprises one or more acid-cured binders and quartz sand, wherein at least one region of the mold defining the mold cavity comprises an infiltration product which is basic to at least an infiltration depth of 2 mm upon contact with water, measured from the surface of the mold.
  • Such a mold according to the invention surprisingly contributes to suppressing the formation of pitted surfaces on castings (in particular GJS and GJL).
  • the chemically bonded molding base comprises one or more acid-cured no-bake binder and quartz sand, wherein the no-bake binder comprises furan resins and / or phenolic resins.
  • a mold according to the invention wherein from the mold cavity defining surface more than 15 mm remote lying, preferably more than 25 mm away areas of the mold, measured from the surface of the mold, react acid on contact with water.
  • the process according to the invention is preferably carried out such that in step (ii) such a casting mold results; this is then used in subsequent steps.
  • a mold according to the invention wherein in the mold cavity, a liquid or solidified iron-carbon alloy is arranged, selected from the group consisting of iron-carbon alloys for the formation of GJS and GJL castings.
  • a casting mold according to the invention wherein the chemically bound molding base material is a regenerated quartz sand, which was preferably prepared by working up a molding material mixture.
  • kits according to the invention are regularly employed in a method according to the invention and / or in connection with the use according to the invention of a basic composition as infiltrant.
  • a kit according to the invention is regularly used for producing a casting mold according to the invention; to that extent all above and below as well as in the claims as preferred specified embodiments relating to the inventive method, the inventive use or the inventive mold also apply to the kit according to the invention, and vice versa.
  • kits wherein one, more than one or all of the bases have a pK B value in water at 25 ° C of less than 3.0, preferably less than 1.0.
  • kits according to the invention wherein one, more than one or all of the inorganic bases in the basic component is or are selected from the group consisting of alkali metal hydroxide, alkaline earth metal hydroxide and water glass, in particular sodium silicate, potassium silicate or lithium water glass.
  • the carrier liquid for the basic component comprises one or more compounds selected from the group consisting of water and organic compounds having a boiling point below 100 ° C. at 1000 hPa,
  • the total amount of water and organic compounds having a boiling point below 100 ° C at 1000 hPa is more than 50 wt .-%, based on the total amount of the carrier liquid.
  • the carrier liquid for the basic component comprises one or more compounds selected from the group consisting of water, methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone and gasoline,
  • the total amount of water, methanol, ethanol, propanol, butanol, acetone and gasoline is more than 50 wt .-%, based on the total amount of the carrier liquid.
  • kits according to the invention wherein the basic composition additionally comprises one or more surfactants.
  • kit according to the invention where the basic composition comprises one or more binders,
  • kits according to the invention wherein the composition contains one or more solids suspended in the carrier liquid, preferably one or more solids suspended in the carrier liquid which are inert upon contact with water or have an acidic or basic surface, wherein preferably one or more solids suspended in the carrier liquid are inorganic solids, wherein the inorganic solid is preferably not silicate.
  • a kit according to the invention is preferred, wherein the composition contains a proportion of solids suspended in the carrier liquid with a particle size of less than 0.075 mm, preferably contains a proportion of suspended in the carrier liquid inorganic solids having a particle size less than 0.075 mm, preferably contains a proportion of solids suspended in the carrier liquid with a particle size of less than 0.075 mm in the range of> 50% by weight, based on the total amount of solids, preferably contains a proportion of suspended in the carrier liquid inorganic solids having a particle size of less than 0.075 mm in the range of> 50 wt .-%, based on the total amount of solid.
  • kits according to the invention are also preferred, wherein the composition contains one or more dyes, preferably contains one or more color pigments and / or dyes dissolved in the carrier liquid and or wherein the composition contains no graphite and no oxides of zirconium, silicon, aluminum, magnesium and calcium and no mixed oxides of these elements.
  • the specimens were penetrated per m 2 area with the same amount of infiltrant as described in the field trials.
  • the determination of the penetration depth of the infiltrant into the test specimens was carried out analogously to practice.
  • the specimens were broken immediately after the order and the penetration depth was determined by light microscopy with appropriate magnification by means of a scale or by counting the penetrated sand layers.
  • the infiltration is to be recognized by a darker discoloration of the grains of sand by the carrier liquid, or after drying, for example, by a discoloration by a color body.
  • the number of penetrated sand layers is determined as follows: The test specimen is penetrated by means of the desired method with the infiltrant. Then it is broken in the transverse direction. Starting from the center of the molding surface, the number of grains of sand from the molding surface is counted perpendicular to the test center. It counts the grains of sand, which are discolored by the carrier liquid and / or a color body. A grain of sand that is adjacent to the first grain of sand and overlaps less than half of its own diameter is counted as a new layer of sand. The grains of sand must also be wetted to at least half. The determination is repeated at least 5 times on the best compressed side of the test specimen. Thus, for example, with a sand having a mean grain size of 0.36 mm, a penetration depth of about 2.7 mm results for 10 penetrated sand layers.
  • Sieve analysis according to DIN 3310 as follows: sieve fraction proportion of cumulatively Sieve analysis> 1,000 mm % 0.06 0.06 Sieve analysis> 0.710 mm % 0.27 0.33 Sieve analysis> 0.500 mm % 3.71 4.04 Sieve analysis> 0.355 mm % 22.50 26.54 Sieve analysis> 0.250 mm % 43.61 70.15 Sieve analysis> 0.180 mm % 23,03 93.18 Sieve analysis> 0.125 mm % 6.04 99.22 Sieve analysis> 0.090 mm % 0.47 99.69 Sieve analysis> 0.063 mm % 0.16 99.85 Sieve analysis ⁇ 0.063 mm % 0.14 99.99 •
  • the ignition loss according to VDG leaflet P33 is as follows: 4.7% • The residual acid [mg NaOH / 100] according to HA test specification QS no.
  • Figure 5 shows an example of a form used for the trial casts 1-3.
  • Table 1 Composition of infiltrants / test substances in test casting 1: Field in shape and casting 4 2 substance Infiltrant A, (Inventive) / Proportion [% by Weight] reference comment water 17.1 ethanol 17.1 Refractory products 52.3 95% finer than 0.063 mm, determined with air jet sieve color pigment 0.8 99% finer than 0.032 mm, determined with the air jet sieve Rheological additives, modifiers, thickeners, additives 4.0 resin 6.0 KOH 2.7 NaOH
  • Results of test casting 1 Table 2: Evaluation of the results of test casting 1: infiltrant field Evaluation of the faulty image "scarred surface" comment A 4 No pores or scars best result reference 2 Pores and scars in the radius and some pores on the surface
  • Figures 6 and 7 show photographs of fields 4 and 2 from trial casting 1.
  • Table 3 Composition of the infiltrants / test substances in test casting 2: Field in shape and casting 1 2 3 5 substance Infiltrant A, (Inventive) / Proportion [% by Weight] Infiltrant B / portion (according to the invention) [% by weight] reference Commercially available magnesite size from HA, magnesite size 5848, not according to the invention [% by weight] comment water 17.1 8.9 - ethanol 17.1 26.2 23 (different alcohols) Refractory products 52.3 58 71 95% finer than 0.063 mm, determined with the air jet sieve color pigment 0.8 0.9 0.1 99% finer than 0.032 mm, determined with the air jet sieve Rheological additives, modifiers, thickeners, additives 4.0 5.1 resin 6.0 0.4 0.8 KOH 2.7 3.0 - NaOH 0.3 -
  • Penetration depth of the infiltrant A in the molding material depending on the compression of the molding material of the form: 1.7-2.4 mm
  • Table 4 Evaluation of the results of test casting 2: infiltrant field Evaluation of the faulty image "scarred surface" comment A 1 No pores or white adhesions best result B 2 No pores or white adhesions Good result reference 3 Pores and scars in the radius and on the surface Bad result Magnesite size 5848 5 Pores and scars in the radius and on the surface Bad result Figure 8 shows a photograph of the manufactured casting with fields 1 to 5.
  • Table 5 Composition of the infiltrants / test substances in test casting 3: Field in shape and casting 1 4 5 substance Infiltrant A (Inventive) / Percentage [% by Weight] Infiltrant D (Inventive) / Percentage [% by Weight] reference comment water 17.1 25.7 ethanol 17.1 - Refractory products 52.3 61.7 95% finer than 0.063 mm, determined with the air jet sieve color pigment 0.8 - 99% finer than 0.032 mm, determined with the air jet sieve Rheological additives, modifiers, thickeners, additives 4.0 3.85 wetting agent 0.05 resin 6.0 6.0 KOH 2.7 2.7 Table 6: Composition of the infiltrants / test substances in test casting 3: Field in shape and casting 3 6 7 8th substance Infiltrant E (Inventive) / Proportion [% by Weight] Infiltrant F (Inventive) / Proportion [% by Weight] Infiltrant G (Inventive) / Proportion [% by Weight] Infiltration agent
  • Figure 9 shows a photograph of the manufactured casting with the corresponding casting surfaces.
  • Figure 10 shows a photograph of the manufactured casting with the corresponding cast surfaces 1 to 4.
  • Part of the mold surface in the top box was treated with the infiltrant A (see above). 1170 g / m 2 molding surface was applied.
  • Figure 11 shows the photograph of the casting produced in Example 3.
  • the left surface of the casting was represented by the area of the forming surface in the top box treated with the infiltrant A.
  • Example 3 analogous examples were carried out for GJL castings. Also in this regard, it was found that the formation of pores and scars was surprisingly greatly reduced by infiltrating the molding material with a basic composition to be used according to the invention.
  • Figures 13 and 14 are detail shots of GJL castings with a respective unit weight of 2,016 kg; the particular casting material was "GG20" (that is, an alloy for making a GJL casting).
  • the casting temperature was identical in both cases and was about 1300 ° C.
  • Figure 13 relates to a comparative example in which no infiltration of the molding material of the mold took place. Otherwise, in the comparative example, only steps were carried out which correspond to the procedure according to the invention.
  • Figure 14 relates to an example according to the invention in which the casting mold was infiltrated with a basic composition so that, up to an infiltration depth of about 6 mm, the resulting infiltration product reacted basicly upon contact with water, measured from the surface of the casting mold. Otherwise, the procedure in Comparative Example and Example was identical.
  • the infiltrant used in the example according to the invention was a basic composition according to Example 3 above.
  • Figure 13 shows at the lower edge of the image a surface area with an approximately triangular shape, which has a pronounced pitted surface.
  • Figure 14 (Concerning the casting produced in accordance with the invention) shows in the corresponding area of the casting a particularly smooth surface structure, which has no disturbing scars or pores.
  • the casting produced according to the invention according to Figure 14 was produced using a mold whose surface was treated only in some areas with the inventive composition according to Example 3.
  • the treated area was in the mold exactly where, in the comparative example, the triangular area with a scarred surface was adjacent the casting.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung einer Zusammensetzung umfassend eine basische Komponente bestehend aus einer oder mehreren Basen sowie eine Trägerflüssigkeit für die basische Komponente als Infiltrationsmittel für den Formstoff einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst. Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines GJS- oder GJL-Gussstücks.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung einer basischen Zusammensetzung als Infiltrationsmittel für den Formstoff einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines GJS- oder GJL-Gussstücks. Die vorliegende Erfindung betrifft auch entsprechende Gießformen und Kits.
  • Die meisten Erzeugnisse der Eisen- und Stahlindustrie sowie der Nichteisenmetallindustrie durchlaufen zur ersten Formgebung Gießprozesse. Dabei werden die Schmelzflüssigwerkstoffe, Eisenmetalle bzw. Nichteisenmetalle, in geformte Gegenstände mit bestimmten Werkstückeigenschaften überführt. Für die Formgebung der Gussstücke müssen zunächst zum Teil sehr komplizierte Gießformen zur Aufnahme der Metallschmelze 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 feuerfesten, körnigen Formstoff, der mit Hilfe eines härtbaren Bindemittels verfestigt wird.
  • Formen sind Negative, sie enthalten den auszugießenden Hohlraum, der das zu fertigende Gussstück ergibt. Die Innenkonturen des zukünftigen Gussstücks werden durch Kerne gebildet. Bei der Herstellung der Form wird mittels eines Modells des zu fertigenden Gussstücks der Hohlraum in den Formstoff geformt. Innenkonturen werden durch Kerne dargestellt, die in einem separaten Kernkasten geformt werden.
  • Zur Herstellung der Gießformen können sowohl organische als auch anorganische Bindemittel eingesetzt werden, deren Aushärtung durch kalte oder heiße Verfahren erfolgen kann. Als kalte Verfahren bezeichnet man dabei Verfahren, bei denen die Aushärtung im Wesentlichen bei Raumtemperatur ohne Erhitzen der Formstoffmischung erfolgt. Die Aushärtung erfolgt dabei meist durch eine chemische Reaktion, die beispielsweise dadurch ausgelöst werden kann, dass ein gasförmiger Katalysator durch die zu härtende Formstoffmischung geleitet wird, oder indem der Formstoffmischung ein flüssiger Katalysator zugesetzt wird. Bei heißen Verfahren wird die Formstoffmischung nach der Formgebung auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um beispielsweise das im Bindemittel enthaltene Lösungsmittel auszutreiben, oder um eine chemische Reaktion zu initiieren, durch welche das Bindemittel durch Vernetzen ausgehärtet wird.
  • Die Herstellung der Gießformen kann dabei in der Weise verlaufen, dass der Formstoff zunächst mit dem Bindemittel vermengt wird, sodass die Körner des feuerfesten Formstoffs mit einem dünnen Film des Bindemittels überzogen sind. Die aus Formgrundstoff und Bindemittel erhaltene Formstoffmischung kann dann in eine entsprechende Form eingebracht und gegebenenfalls verdichtet werden, 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 aus der Form entnommen werden.
  • Wie bereits erwähnt werden Gießformen für die Herstellung von Metallkörpern häufig aus sogenannten Kernen und Formen zusammengesetzt. Dabei werden an die Kerne und Formen unterschiedliche Anforderungen gestellt. Bei Formen steht eine relativ große Oberfläche zur Verfügung, um Gase abzuleiten, die beim Abguss durch die Einwirkung des heißen Metalls entstehen. Bei Kernen steht meist nur eine sehr kleine Fläche zur Verfügung, über welche die Gase abgeleitet werden können. Bei zu starker Gasentwicklung besteht daher die Gefahr, dass Gas aus dem Kern in das flüssige Metall übertritt und dort zur Ausbildung von Gussfehlern führt. Oftmals werden die inneren Hohlräume daher durch Kerne abgebildet, welche durch Cold-Box-Bindemittel verfestigt wurden, also einem Bindemittel auf der Basis von Polyurethanen, während die äußere Kontur des Gussstücks durch kostengünstigere Formen dargestellt wird, wie eine Grünsandform, eine durch ein Furanharz oder ein Phenolharz gebundene Form oder durch eine Stahlkokille.
  • Für größere Formen werden meist organische Polymere als Bindemittel für den feuerfesten, körnigen Formstoff verwendet. Als feuerfester, körnigen Formstoff wird häufig gewaschener, klassifizierter Quarzsand verwendet, aber auch andere Formstoffe wie z.B. Zirkonsande, Chromitsande, Schamotten, Olivinsande, feldspathaltige Sande und Andalusitsande. Die aus Formgrundstoff und Bindemittel erhaltene Formstoffmischung liegt bevorzugt in einer rieselfähigen Form vor.
  • Gegenwärtig werden für die Herstellung von Gießformen vielfach organische Bindemittel, wie z. B. Polyurethan-, Furanharz- oder Epoxy-Acrylatbindemittel eingesetzt, bei denen die Aushärtung des Bindemittels durch Zugabe eines Katalysators erfolgt.
  • Die Auswahl des geeigneten Bindemittels richtet sich nach der Form und der Größe des herzustellenden Gussstücks, den Produktionsbedingungen sowie dem Werkstoff, der für den Guss verwendet wird. So werden bei der Herstellung kleiner Gussstücke, die in großen Zahlen hergestellt werden, oft Polyurethan-Bindemittel verwendet, da diese schnelle Taktzeiten und damit auch eine Serienherstellung ermöglichen.
  • Verfahren, bei denen die Aushärtung der Formstoffmischung durch Hitze oder durch nachträgliche Zugabe eines Katalysators erfolgt, haben den Vorteil, dass die Verarbeitung der Formstoffmischung keinen besonderen zeitlichen Restriktionen unterliegt. Die Formstoffmischung lässt sich zunächst in größeren Mengen herstellen, die dann innerhalb eines längeren Zeitraums, meist mehreren Stunden, verarbeitet werden. Die Aushärtung der Formstoffmischung erfolgt erst nach der Formgebung, wobei dabei eine rasche Reaktion angestrebt wird. Die Gießform lässt sich nach dem Aushärten unmittelbar aus dem Formwerkzeug entnehmen, sodass kurze Taktzeiten verwirklicht werden können. Um allerdings eine gute Festigkeit der Gießform zu erhalten, muss die Aushärtung der Formstoffmischung innerhalb der Gießform gleichmäßig verlaufen. Soll die Aushärtung der Formstoffmischung durch nachträgliche Zugabe eines Katalysators erfolgen, wird die Gießform nach der Formgebung mit dem Katalysator begast. Dazu wird der gasförmige Katalysator durch die Gießform geleitet. Die Formstoffmischung härtet nach Kontakt mit dem Katalysator unmittelbar aus und kann daher sehr rasch aus dem Formwerkzeug entnommen werden. Mit zunehmender Größe der Gießform wird es schwieriger, in allen Abschnitten der Gießform eine für die Aushärtung der Formstoffmischung ausreichende Menge an Katalysator bereitzustellen. Die Begasungszeiten verlängern sich, wobei dennoch Abschnitte in der Gießform entstehen können, die nur sehr schlecht oder überhaupt nicht vom gasförmigen Katalysator erreicht werden. Die Menge des Katalysators steigt daher mit zunehmender Größe der Gießform stark an.
  • Ähnliche Schwierigkeiten treten bei heißen Aushärteverfahren auf. Hier muss die Gießform in allen Abschnitten auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt werden. Mit zunehmender Größe der Gießform verlängern sich zum einen die Zeiten, für welche die Gießform zum Aushärten auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden muss. Nur dann kann sichergestellt werden, dass die Gießform auch in ihrem Inneren die erforderliche Festigkeit aufweist. Zum anderen wird die Aushärtung mit zunehmender Größe der Gießform auch von der apparativen Seite sehr aufwendig.
  • Im Bereich des Großgusses liegt das Gewicht der Kerne häufig bei etwa 1000 kg oder darüber. Mit Verfahren, in denen die Härtung mit Gas oder durch Hitze erfolgt, sind unter technischen Gesichtspunkten solch große Kerne nur schwer bzw. nicht herstellbar. Hier werden dann vorzugsweise kalthärtende Verfahren angewendet.
  • Bei der Herstellung von Gießformen für große Gussstücke, beispielsweise Motorblöcke von Schiffsdieseln oder großen Maschinenteilen, wie Naben von Rotoren für Windkraftwerke, werden aus den genannten Gründen meist sogenannte "No-Bake-Bindemittel" verwendet. Beim "No-Bake-Verfahren" wird der feuerfeste Formgrundstoff (z.B. Sand) häufig zunächst mit einem Katalysator (Härter) belegt, anschließend das Bindemittel zugegeben und durch Mischen gleichmäßig auf den bereits mit Katalysator beschichteten Körnern des feuerfesten Formgrundstoffs verteilt. Bei diesem Verfahren wird häufig mit sogenannten kontinuierlichen Durchlaufmischern gearbeitet. Die resultierende Formstoffmischung lässt sich dann zu einem Formkörper formen. Da Bindemittel und Katalysator gleichmäßig in der Formstoffmischung verteilt sind, erfolgt auch bei großen Formkörpern die Aushärtung weitgehend gleichmäßig.
  • Alternativ kann beim "No-Bake-Verfahren" der feuerfeste Formgrundstoff (z.B. Sand) zunächst mit dem Bindemittel vermischt und anschließend der Härter zugegeben werden. Bei dieser Verfahrensführung kann es, insbesondere bei der Herstellung von Gießformen für große Gussstücke, wegen einer partiellen, lokalen zu hohen Konzentration des Härters zu einer Teilhärtung bzw. Vernetzung des Bindemittels kommen, wodurch ein inhomogener Formstoff erhalten würde.
  • Da der Katalysator (Härter) bereits vor der Formgebung zu der Formstoffmischung gegeben wird, beginnt die Aushärtung der Formstoffmischung unmittelbar nach ihrer Herstellung. Um eine für eine industrielle Anwendung geeignete Verarbeitungszeit zu erreichen, sollten daher die Komponenten der Formstoffmischung aufeinander abgestimmt werden. So lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei einer gegebenen Menge des Bindemittels und des feuerfesten Formgrundstoffs beispielsweise durch die Art und Menge des Katalysators oder auch durch Zugabe von verzögernden Komponenten beeinflussen. Zum anderen sollte die Verarbeitung der Formstoffmischung unter sehr kontrollierten Bedingungen erfolgen, da die Geschwindigkeit der Aushärtung beispielsweise durch die Temperatur der Formstoffmischung beeinflusst wird.
  • Die "klassischen" No-Bake-Bindemittel beruhen häufig auf Furanharzen und Phenolharzen. Sie werden oft als Systeme (Kits) angeboten, wobei eine Komponente ein reaktionsfähiges Furanharz bzw. Phenolharz und die andere Komponente eine Säure umfasst, wobei die Säure als Katalysator für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente wirkt.
  • 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, gegebenenfalls nach vorherigem Rütteln des Gussstücks, sehr gut aus Hohlräumen ausgießen.
  • "Furan-No-Bake-Bindemittel" enthalten reaktive Furanharze, welche regelmäßig als wesentliche Komponente Furfurylalkohol umfassen. Furfurylalkohol kann unter saurer Katalyse mit sich selbst reagieren und ein Homopolymer ausbilden. Für die Herstellung von Furan-No-Bake-Bindemitteln wird im Allgemeinen nicht Furfurylalkohol alleine verwendet, sondern es werden 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 noch freies Formaldehyd zu binden.
  • Furan-No-Bake-Bindemittel werden meist dargestellt, indem zuerst Vorkondensate aus beispielsweise Harnstoff, Formaldehyd und Furfurylalkohol bei sauren Bedingungen erzeugt werden. Diese Vorkondensate werden danach mit Furfurylalkohol verdünnt. Ebenso können Harnstoff und Formaldehyd alleine zur Reaktion gebracht werden. Dabei entstehen so genannte UF-Harze ("Urea Formaldehyde"-Harze, "Aminoplaste"). Diese werden meist anschließend mit Furfurylalkohol verdünnt. Vorteile dieser Herstellungsweise sind eine höhere Flexibilität / Variabilität in der Produktpalette und geringere Kosten, da es sich um kalte Mischprozesse handelt. Nachteilig ist häufig, dass bestimmte chemische und anwendungstechnische Eigenschaften nicht erreicht werden können. Ferner sind UF-Harze häufig trübe, sodass in der Regel daraus hergestellte Bindemittel ebenfalls trübe und inhomogen sind.
  • 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 häufig mit einer großen Menge an Furfurylalkohol verdünnt.
  • Furan-No-Bake-Bindemittel werden regelmäßig mit einer Säure gehärtet. Diese Säure katalysiert die Vernetzung des reaktiven Furanharzes. Zu beachten ist, dass je nach Bindemittel-Typ gewisse Säuremengen nicht unterschritten werden sollten, da alkalische Komponenten, die im feuerfesten Formgrundstoff enthalten sein können, die Säure teilweise neutralisieren können.
  • Als Säuren werden häufig Sulfonsäuren, Phosphorsäure oder Schwefelsäure verwendet. In einigen speziellen Fällen werden Kombinationen hiervon unter anderem auch in Kombination mit weiteren Carbonsäuren verwendet. Ferner können dem Furan-No-Bake-Bindemittel bestimmte "Härtungs-Moderatoren" zugesetzt werden.
  • Phosphorsäure wird als Säurekatalysator zu Härtung häufig in konzentrierter Form, d. h. bei Konzentrationen von mehr als 70% verwendet. Sie eignet sich jedoch (von Ausnahmen abgesehen) nur für die katalytische Aushärtung von Furanharzen mit einem relativ hohen Anteil an Harnstoff, da hier im Wesentlichen die Härtung des Aminoplast-Anteils im Furan-No-Bake-Bindemittel anspricht. Der Stickstoffgehalt derartiger Harze liegt in der Regel 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, was dessen Eigenschaften beeinflusst.
  • Die Auswahl des Säurekatalysators zu Härtung hat dabei erheblichen Einfluss auf die Aushärtungsverhalten des Bindemittels, die Eigenschaften der Formstoffmischung sowie der daraus erhältlichen Gießform bzw. des daraus erhältlichen Kerns. So kann die Geschwindigkeit der Aushärtung durch die Menge sowie die Stärke der Säure beeinflusst werden. Hohe Säuremengen bzw. stärkere Säuren führen dabei zu einer Steigerung der Aushärtungsgeschwindigkeit. Im Falle eines zu raschen Abbindens wird die Verarbeitungszeit der Formstoffmischung zu sehr verkürzt, so dass die Verarbeitbarkeit stark beeinträchtigt wird oder sogar eine Verarbeitung nicht mehr möglich ist. Bei Verwendung zu großer Mengen an Säurekatalysator kann das Bindemittel, beispielsweise ein Furanharz, zudem bei der Aushärtung spröde werden, was sich nachteilig auf die Festigkeit der Gießform auswirkt. Bei Verwendung zu geringer Mengen an Säurekatalysator wird das Harz nicht vollständig ausgehärtet (oder die Aushärtung dauert sehr lang), was zu einer geringeren Festigkeit der Gießform führt.
  • Bei der Herstellung von Gießformen wird oft für die Kerne Neusand verwendet, während für die Formen häufig wieder aufgearbeiteter Formgrundstoff (z.B. Sand) verwendet wird. Feuerfeste Formgrundstoffe, die mit Furan-No-Bake-Bindemitteln verfestigt wurden, lassen sich sehr gut wieder aufarbeiten. Die Aufarbeitung erfolgt entweder mechanisch, indem eine aus restlichem Bindemittel gebildete Hülle mechanisch abgerieben wird oder indem der gebrauchte Sand thermisch behandelt wird. Bei mechanischer Aufarbeitung oder bei kombinierten mechanisch / thermischen Verfahren können Rücklaufquoten bis annähernd 100% erreicht werden.
  • Phenolharze als zweite große Gruppe säurekatalysiert aushärtbarer No-Bake-Bindemittel, enthalten als reaktive Harzkomponente Resole, also Phenolharze, die mit einem molaren Überschuss an Formaldehyd hergestellt wurden. Phenolharze zeigen im Vergleich zu Furanharzen eine geringere Reaktivität und erfordern als Katalysatoren starke Sulfonsäuren. Phenolharze zeigen eine relativ hohe Viskosität, die bei längerem Lagern des Harzes noch weiter zunimmt. Nachdem das Phenol-No-Bake-Bindemittel auf dem feuerfesten Formgrundstoff 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 schlechter als ein vergleichsweiser hergestellter Formstoff mit einem Furan-No-Bake-Bindemittel. 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 einer solchen 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 schlechter 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.
  • Wie bereits erläutert, hat die bei Furan- bzw. Phenol-No-Bake-Verfahren als Katalysator verwendete Säure einen sehr großen Einfluss auf die Eigenschaften der Gießform. Die Säure muss eine ausreichende Stärke aufweisen, um eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit bei der Aushärtung der Gießform zu gewährleisten.
  • Die Aushärtung sollte dabei gut steuerbar sein, so dass auch ausreichend lange Verarbeitungszeiten eingestellt werden können. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Gießformen für sehr große Gussstücke wichtig, deren Aufbau einen längeren Zeitraum erfordert.
  • Ferner darf sich die Säure bei der Regenerierung von Altformstoffen (d.h. von bereits zur Herstellung verlorener Formen oder Kerne eingesetzten Formstoffen, wie beispielsweise Altsanden) nicht im Regenerat anreichern. Sofern über das Regenerat Säure in die Formstoffmischung eingebracht wird, verkürzt dies die Verarbeitungszeit und führt zu einer Verschlechterung der Festigkeit der aus dem Regenerat hergestellten Gießform.
  • Für die Verwendung als Katalysator in No-Bake-Verfahren ist daher nicht jede Säure geeignet. Häufig werden Toluolsulfonsäure, Benzolsulfonsäure oder auch Methansulfonsäure eingesetzt, daneben auch Phosphorsäure und Schwefelsäure.
  • Phosphorsäure eignet sich, wie bereits erläutert, nur für die Aushärtung von bestimmten Furanharzqualitäten. Für die Aushärtung von Phenolharzen ist Phosphorsäure jedoch nicht geeignet. Als weiteren Nachteil zeigt Phosphorsäure die Tendenz, sich im Regenerat anzureichern, was die erneute Verwendung des Regenerats erschwert. Schwefelsäure führt beim Abguss sowie beim thermischen Regenerieren zur Emission von Schwefeldioxid, das korrosive Eigenschaften aufweist, gesundheitsschädlich ist und eine Geruchsbelästigung darstellt.
  • Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) ist ein Eisen-Kohlenstoff-Werkstoff, dessen Kohlenstoffanteil vorwiegend in kugelförmiger (globularer) Form vorliegt. Gusseisen mit Kugelgraphit besitzt stahlähnliche Werkstoffeigenschaften. Durch die globulare Form des Graphits ergeben sich hohe Festigkeiten bei einer sehr guten, bleibenden Verformung (Dehnung). Durch niedrige Perlitanteile steigen sowohl die Bearbeitbarkeit als auch die dazugehörigen Werkzeugstandzeiten. Gusseisen mit Kugelgraphit wird beispielsweise in der Fahrzeugindustrie, dem Maschinen- und Schiffsbau, in Druckbehältern oder in der Windkraft eingesetzt. GJS-Gusseisenqualitäten sind in der DIN EN 1563, Gießereiwesen - Gusseisen mit Kugelgraphit, beschrieben.
  • Gusseisen mit lamellarem Graphit (GJL) besitzt ebenfalls hervorragende praktische Eigenschaften und stellt an den Fachmann in vielen Fällen ähnliche Anforderungen wie GJS. Die wesentlichen für die Praxis relevanten Unterschiede zwischen GJL und GJS sind dem Fachmann bekannt.
  • Beim GJS- und GJL-Guss treten als "narbige Oberflächen" bezeichnete Gussfehler auf.
  • Diese Fehler sind flächenhaft auftretende, pockennarbige Aufrauhungen und Vertiefungen an der Gussoberfläche bzw. in der Gusshaut. Sie sind mit einem weiß bis leicht bläulich erscheinenden Belag belegt. Deshalb wird der Fehler auch als "Weißer Belag" bezeichnet. Der Belag besteht im Wesentlichen aus (faserförmigem) Siliciumoxiden. Beim Strahlen der Gussstücke wird der Belag entfernt es verbleit nur die narbige Oberfläche.
  • Der Fehler tritt bei GJS- und GJL-Gussstücken auf, die mittels Gießformen und Kernen hergestellt wurden, die aus einem chemisch gebundenen Formstoff bestehen, der wiederum aus Quarzsand und einem säuregehärteten Bindemittel besteht. Speziell bei säuregehärteten Furanharzformstoffen und anderen säuregehärteten, kalthärtenden Verfahren, wie dem Phenolharzverfahren, tritt der Fehler auf. Die häufigste Fehleranfälligkeit wurde bei regenerierten Furanharzsanden mit einem Glühverlust zwischen 3 und 4,5% festgestellt.
  • Der Fehler tritt auch bei der Verwendung von Kernen und Formen auf, die nach dem Croning Verfahren hergestellten wurden, sowie beim tongebundenen Formstoffverfahren.
  • Eine detaillierte Beschreibung des Fehlerbildes kann den folgenden Literaturstellen entnommen werden:
    1. 1) M. Schrod, H. J. Wojtas, Oberflächenfehler insbesondere bei GJS, 7. Formstofftage, Duisburg Februar 2008
    2. 2) H. G. Levelink, F.P.M.A Julien, Eigenschaften von regeneriertem Furanharzsand Giesserei 68 (1981) 340
    3. 3) S. Hasse Guß- und Gefügefehler, Schiele & Schön, Berlin 2. Auflage, 2003, 343
  • Die weißen Beläge treten überwiegend bei dickwandigen Teilen auf, also an mittleren bis schweren Gussstücken. Auch kleinere kompakte Gussstücke mit großem Modul sind betroffen. Am Gussteil tritt der Fehler zumeist in thermisch hochbelasteten Zonen, wie den Radien auf, kann sich aber von dort ausgehend auch über größere Flächen ziehen. Unterhalb der Oberfläche der betroffenen Zonen liegt der Graphit zum Teil entartet vor.
  • Der Gussfehler führt zu erhöhter Nacharbeit in der Gießerei und kann bisher nur durch ein erhöhtes Aufmaß an den betroffenen Flächen begegnet werden. Im Extremfall führen narbige Oberflächen zum Ausschuss des Gussstückes.
  • Aufgrund der Aufrauhungen und Vertiefungen an der Gussoberfläche müssen die betroffenen Flächen erst aufwendig geschliffen werden, bevor sie zur Qualitätskontrolle des Gussstücks einer Ultraschallprüfung oder Rissprüfung unterzogen werden.
  • Im Verfahren zur Herstellung von GJS- und GJL-Gussteilen durch kalthärtende Formstoffe mit verlorenen Formen besteht der Bedarf nach einem konstanten Prozess, durch den reproduzierbar und kostengünstig Gussteile hergestellt werden können, die gute Gussoberflächen aufweisen. Deshalb sind Lösungen gefordert, bei denen auch in Teilbereichen der Gussstückoberfläche narbige Oberflächen vermieden werden.
  • In S. Hasse Guß- und Gefügefehler, Schiele & Schön, Berlin 2. Auflag. 2003, 343 sind bereits einige Maßnahmen beschrieben, mit denen die Gussfehler zumindest vermindert werden können. Die beschriebenen Maßnahmen sind aber allesamt noch nicht zufriedenstellend, da sie beispielsweise durch eine Erhöhung der Sandabfälle zu einer Verteuerung des Gussprozesses führen und daher wirtschaftlich nicht darstellbar sind oder technisch schwierig umzusetzen sind.
  • In "Beitrag zum Entstehungsmechanismus des Gussoberflächenfehlers weißer Belag und Erarbeiten von Lösungsvorschlägen zur Vermeidung, Dissertation E. Potaturina, TU Bergakademie Freiberg, März 2014" werden Penetrationsschlichten beschrieben. Diese Penetrationsschlichten enthalten Mangan(IV)oxid (Braunstein). Mangan(IV)oxid (Braunstein) ist in Wasser und Alkoholen unlöslich und reagiert amphoter. Die Verwendung von Imprägnierschlichten mit Mangandioxid hat den Nachteil, dass das Mangandioxid die Feuerfestigkeit des Formstoffes herabsetzt. Es besteht die Gefahr der Bildung von Gussfehlern. Ferner können diese Penetrationsschlichten, wie von E. Potaturina beschrieben, den Gussfehler "narbige Oberflächen" bestenfalls reduzieren.
  • In der Dissertation von E. Potaturina wird ferner auch eine Schlichte beschrieben, die den Fehler etwas unterdrücken kann, wenn sie auf die Formstoffoberfläche aufgetragen wird. Dabei handelt es sich um eine Schlichte mit einem anorganischen Binder.
  • Üblicherweise werden in Gussverfahren Penetrationsschlichten verwendet, d.h. Schlichten, die in den Formstoff eindringen und mit ihren Feuerfeststoffen die Poren im Formstoff ausfüllen. Sie sind insbesondere zur Vermeidung von Gussfehlern wie Penetrationen und Erosionen geeignet. Diese Schlichten enthalten regelmäßig größere Mengen an Feuerfeststoffen und können auch anorganische oder organische Bindemittel enthalten. Handelsübliche Schlichten penetrieren regelmäßig beim Auftrag in den Formstoff. Eine Wirkung gegen narbige Oberflächen ist nicht bekannt. In eigenen Versuchen konnte beispielsweise mit der basische Feuerfeststoffe enthaltenden Magnesitschlichte 5848 der Firma Hüttenes-Albertus GmbH, Düsseldorf, kein Effekt auf die Bildung von narbigen Oberflächen beobachtet werden.
  • Auch Formlacke, die auf Formstoffoberflächen aufgetragen werden, werden häufig eingesetzt. Diese Formlacke sind Lösungen organischer Harze in einem Lösungsmittel. Sie dienen der Härtung der Formoberfläche. Eine Wirksamkeit gegen narbige Oberflächen kann nicht beobachtet werden.
  • Das Dokument DE102008025311 A1 offenbart eine geruchs- und schadstoffabsorbierende Beschichtungsmasse für den kastengebundenen Metallguss.
  • Der Abstract des Dokuments JP 57171540 A offenbart eine "Preventing Method for Sulfurization of Cast Steel Casting".
  • Das Dokument WO 2009/004090 A1 offenbart ein Verfahren zum Vergießen einer Metallschmelze.
  • Die Veröffentlichung DE 2407344 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gießereiformen und -kernen.
  • Keines dieser zuletzt genannten Dokumente betrifft den Gussfehler "narbige Oberflächen" (weiße Beläge); entsprechend offenbart keines der vorstehend genannten Dokumente Verfahren oder Mittel zur Bekämpfung derartiger Gussfehler.
  • Es war eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg zu finden, bei dem die Bildung von narbigen Oberflächen (weißen Belägen) während des Gießverfahrens unterdrückt bzw. stark vermindert wird. Hierdurch sollte es beispielsweise möglich sein, dass die GJS- und GJL-Gussteile mit üblichen Aufmaßen gefertigt werden können.
  • Idealerweise sollte es weiterhin möglich bleiben, die in der Gießerei üblichen Prozesse mit den üblicherweise in der Gießerei vorhanden Mitteln für die Kern- und Formherstellung anzuwenden. Es sollte auch möglich sein, nur die kritischen Bereiche der Formen und Kerne zur Herstellung der GJS- und GJL-Gussteile zu behandeln; hierdurch ließen sich Produktionskosten sparen. Auch sollte durch das Verfahren der Formstoffkreislauf möglichst gering belastet werden, um aufwendige Ausgleichmaßnahmen oder Neusandzugaben zu vermeiden. Ebenfalls sollte es möglich sein, zumindest einen, vorzugsweise mehrere oder sämtliche der nachfolgenden Punkte zu vermeiden bzw. zu erreichen:
    • Vermeidung von Ausschuss
    • Vermeidung von Nacharbeit
    • Vermeidung von erhöhten Bearbeitungszugaben
    • Erreichung von geforderten Oberflächengüten
    • Senkung des Prüfaufwandes z.B. bei einer Ultraschallprüfung / Rissprüfung
    • Verbesserung der mechanischen Kennwerte des fertigen Gussstücks.
  • Diese Aufgabe wird überraschenderweise gelöst durch die Verwendung einer basischen Zusammensetzung umfassend
    • eine basische Komponente bestehend aus einer oder mehreren Basen
    sowie
    • eine Trägerflüssigkeit für die basische Komponente
    als Infiltrationsmittel für den Formstoff einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst, und zum Unterdrücken der Bildung von narbigen Oberflächen während des Gießverfahrens.
  • Unter einem mittels Säure gehärtetem Bindemittel wird im Rahmen dieser Erfindung ein vernetztes organisches Polymer verstanden, das nach der Härtung ein Substrat (Quarzsand) gebunden hat und durch die freie und notwendige Säure, die zur Vernetzung (Härtung) des organischen Polymers hinzugegeben wurde, in Wasser einen pH Wert von < 7,0 erzeugen würde.
  • Unter einer Gießform wird im Rahmen dieser Erfindung die Gesamtheit aus Formaußenteilen und - sofern vorhanden - Forminnenteilen (z.B. Kernen) verstanden.
  • Im Rahmen dieser Erfindung wird unter einer Base oder einer Säure eine Brønsted-Base (Protonenakzeptor) bzw. -Säure (Protonendonor) verstanden. Zudem werden im Sinne dieser Anmeldung unter Basen Verbindungen verstanden, die mit Säuren durch Neutralisation Salze bilden oder in wässrigen Lösungen Hydroxid-Ionen bilden. Beispielsweise handelt es sich bei Natriumhydroxid im Sinne dieser Erfindung um eine Base, da Natriumhydroxid in wässrigen Lösungen Hydroxid-Ionen ausbildet.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der Basen, die in der Zusammensetzung enthalten sind, einen pKB-Wert in Wasser bei 25°C von kleiner als 3,0, vorzugsweise kleiner als 1,0 aufweisen.
  • Es hat sich in eigenen Untersuchungen gezeigt, dass bei der Verwendung von Zusammensetzungen, die zumindest eine starke Base aufweisen, also eine Base mit den oben näher spezifizierten pKB-Werten, die oben aufgeführten Gussfehler besonders gut vermieden oder reduziert werden.
  • Da in vielen Tabellenwerken statt dem pKB-Wert (Basenkonstante) der pKS-Wert (Säurekonstante) der korrespondierenden Säure angegeben ist, kann der in den Tabellenwerken angegebene pKS-Wert der korrespondierenden Säure mit der nachfolgenden Formel leicht in den pKB-Wert der Base umgerechnet werden: pK B = 14 - pK S
    Figure imgb0001
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die basische Zusammensetzung als oder in der Trägerflüssigkeit für die basische Komponente Wasser umfasst und wobei die wässrige Phase vorzugsweise einen pH-Wert von >8 aufweist, bevorzugt einen pH-Wert von >10 aufweist, besonders bevorzugt einen pH-Wert von >12 aufweist, insbesondere bevorzugt einen pH-Wert von >13 aufweist.
  • Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei der Verwendung von starken Basen in einer ausreichenden Konzentration, sodass die oben aufgeführten pH-Werte erreicht werden, die Verwendung der basischen Zusammensetzung, zu besonders guten Ergebnissen führt. So kann sichergestellt werden, dass die Zusammensetzung bei der Verwendung in der Lage ist, nach dem Infiltrieren des Formstoffs einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst, die in dem Formstoff verbliebene Säure zu neutralisieren.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung als Infiltrationsmittel für den Formstoff einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst, wobei die Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagiert.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei das Infiltrationsmittel für den Formstoff einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst, so in den Formstoff infiltriert (wird), dass ein Infiltrationsprodukt entsteht, das bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 2 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform, bevorzugt bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 5 mm, besonders bevorzugt 10 mm, wobei ganz besonders bevorzugt bei jeder Infiltrationstiefe im Bereich von 2 bis 5 mm das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert.
  • Es hat sich in eigenen Untersuchungen gezeigt, dass bei einer erfindungsgemäßen Verwendung überraschend gute Resultate erzielt werden, wenn zumindest Bereiche der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagieren, wobei das Infiltrationsmittel zumindest einen der besagten acid reagierenden Bereiche infiltriert.
  • Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung (wie vorstehend definiert, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), als Infiltrationsmittel für den mittels eines No-Bake-Bindemittels ausgehärteten Formstoff einer Gießform und zum Unterdrücken der Bildung von narbigen Oberflächen während des Gießverfahrens,
    wobei das No-Bake-Bindemittel durch einen sauren Katalysator für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente des No-Bake-Bindemittels ausgehärtet ist, wobei der saure Katalysator Sulfonsäuren, Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Kombinationen davon umfasst.
  • Es hat sich besonders bewährt und ist bevorzugt, (a) den bzw. die sauren Katalysatoren in flüssiger Phase einzusetzen oder (b) mit dem bzw. den sauren Katalysatoren den Formgrundstoff (also vorzugsweise Quarzsand) zu belegen.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus
    • anorganischen Basen und organischen Basen.
  • Insbesondere bevorzugt ist dabei eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei
    • eine, mehr als eine oder sämtliche der anorganischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Verbindungen, die von Wasser ein Proton übernehmen können, und Metallhydroxiden
    und/oder
    • eine, mehr als eine oder sämtliche der organischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Carbonsäure-Salzen und organischen Aminen.
  • Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der anorganischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallhydroxid, Erdalkalimetallhydroxid und Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas, Kaliwasserglas oder Lithiumwasserglas.
  • Erfindungsgemäß bevorzugte Alkalimetallhydroxide sind Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, insbesondere Kaliumhydroxid und Natriumhydroxid. Erfindungsgemäß bevorzugte Erdalkalimetallhydroxide sind Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid und Strontiumhydroxid, insbesondere Calciumhydroxid und Magnesiumhydroxid.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung (vorzugsweise eine Verwendung, die bzw. deren Ausgestaltung vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet ist), wobei die Trägerflüssigkeit für die basische Komponente eine oder mehrere Verbindungen umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
    • Wasser
      und
    • organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt unter 100°C bei 1000 hPa, wobei vorzugsweise in der Trägerflüssigkeit der Gesamtanteil an Wasser und organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt unter 100°C bei 1000 hPa mehr als 50 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Trägerflüssigkeit.
  • Ein Vorteil einer solchen Zusammensetzung, in der die Trägerflüssigkeit für die basische Komponente eine oder mehrere Verbindungen umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser und organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt unter 100°C bei 1000 hPa ist, dass die Trägerflüssigkeit nach dem Auftragen der Zusammensetzung auf zumindest Teile der Form schneller verdampft als vergleichbare Zusammensetzungen, deren organische Verbindungen einen Siedepunkt von über 100°C bei 1000 hPa aufweisen. Hierdurch lässt sich die Wartezeit zwischen Auftragen der Zusammensetzung auf die Gießform und dem anschließenden Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung verkürzen.
  • Eine erfindungsgemäße Verwendung ist bevorzugt, wobei die Trägerflüssigkeit für die basische Komponente eine oder mehrere Verbindungen umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Aceton und Benzin, wobei vorzugsweise in der Trägerflüssigkeit der Gesamtanteil an Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Aceton und Benzin mehr als 50 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Trägerflüssigkeit.
  • In eigenen Versuchen hat sich gezeigt, dass diese Verbindungen bzw. Substanzen besonders gute praktische Eigenschaften aufweisen. Sie verdampfen ausreichend schnell und sind physiologisch unbedenklich bzw. wenig bedenklich und lassen sich ohne hohe Sicherheitsvorkehrungen in der Gießerei anwenden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden erfindungsgemäßen Verwendung umfasst die Zusammensetzung ein oder mehrere Tenside.
  • Die Verwendung von Tensiden in der Zusammensetzung führt unter anderem dazu, dass die Oberflächenspannung der Zusammensetzung erniedrigt wird und beim Auftragen der Zusammensetzung eine Benetzung der Gießform verbessert wird. Zusätzlich wird das Eindringen (Penetrieren) der Zusammensetzung in die oberen Schichten der Gießform verbessert. Insbesondere ist das Vorliegen von einem oder mehreren Tensiden bevorzugt, wenn lediglich Wasser als Trägerflüssigkeiten vorliegt.
  • Geeignete Tenside sind anionischen Tenside, nichtionische Tenside, kationische Tenside und amphotere Tenside.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere Bindemittel umfasst, wobei vorzugsweise das eine bzw. zumindest eines der mehreren Bindemittel an der Luft selbsthärtend ist und/oder bei Entfernung der Trägerflüssigkeit trocknet.
  • Es hat sich in eigenen Untersuchungen gezeigt, dass durch die Verwendung von Bindemitteln in der Zusammensetzung die Oberflächeneigenschaften der Gießform und hierdurch die Oberflächeneigenschaften des hergestellten Gießstücks weiter verbessert werden konnten. Das Bindemittel dient unter anderem zum Verfestigen ("Heilen") der infiltrierten Formstoffschicht, um Fehler zu vermindern, die ansonsten in Einzelfällen im gebundenen Formstoff entstehen, möglicherweise durch Kontakt mit der Base (z.B. dem Metallhydroxid) der erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzung. Insbesondere ist dabei eine erfindungsgemäße Verwendung bevorzugt, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere Bindemittel umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
    phenolische Harze, bevorzugt Resole, besonders bevorzugt basische wässrige Resole,
    Thermoplaste, bevorzugt Polyamide, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole und Polybutyrale, Polyvinylpyrrolidone, besonders bevorzugt Polyvinylalkohole und Polyvinylacetate,
    Kohlehydrate, bevorzugt Stärke und Melasse, besonders bevorzugt Stärke,
    Biopolymere, bevorzugt Lignine, Cellulosen, Pflanzenschleime, Gelantine, Pektine und Alginate, besonders bevorzugt Sulfitablaugen,
    Dispersionen und Pulver, bevorzugt Copolymere, besonders bevorzugt Acrylate,
    anorganische Bindemittel basierend auf oder enthaltend:
    • Silikatbinder, insbesondere Wasserglas und Kieselsole,
    • (basische) Polyphosphate, Borate, Zementbinder.
  • Sofern bei der erfindungsgemäßen Verwendung die Zusammensetzung ein oder mehrere Bindemittel umfasst, die basisch sind, insbesondere basische Bindemittel, die weiter oben aufgeführt sind, erfüllt das basische Bindemittel bzw. erfüllen die basischen Bindemittel die Funktion der basischen Komponente bestehend aus einer oder mehreren Basen. Weitere basische Komponenten, bei denen es sich nicht um Bindemittel handelt, können in der Zusammensetzung vorliegen, jedoch ist das Vorliegen solcher weiteren basischen Komponenten nicht obligatorisch.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Zusammensetzung umfasst:
    • organische Bindemittel in einer Konzentration von 0,2 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, vorzugsweise 0,2 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%
      und/oder
    • anorganische Bindemittel in einer Konzentration von 0,5 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung.
  • Unter organischen Bindemitteln werden Bindemittel verstanden, die auf Kohlenstoff basieren und neben Wasserstoff, Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff keine weiteren Atome enthalten. Organische Bindemittel können als Salze vorliegen; in solchen Fällen liegen neben einem geladenen organischen Bindemittelion geladene Gegenionen vor, die nicht oder nicht ausschließlich aus den genannten Elementen bestehen müssen.
  • Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Zusammensetzung umfasst:
    • alkalisches Silikat in einer Konzentration von 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%.
  • Bei der Bestimmung der Konzentration des alkalischen Silikats der Zusammensetzung werden Lösungsmittelbestandteile und mögliches Kristallwasser der Silikate nicht den Silikaten, sondern nur der Gesamtmenge der Zusammensetzung zugeordnet.
  • Ebenfalls bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe enthält,
    vorzugsweise ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe, die bei Kontakt mit Wasser inert sind oder eine acide oder basische Oberfläche besitzen,
    wobei vorzugsweise ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe anorganische Feststoffe sind,
    wobei der anorganische Feststoff vorzugsweise kein Silikat ist.
  • Besonders bevorzugt ist demnach eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Zusammensetzung einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm enthält,
    vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten anorganischen Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm enthält,
    vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm im Bereich von > 50 Gew.-% enthält, bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoff,
    vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten anorganischen Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm im Bereich von > 50 Gew.-% enthält, bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoff.
  • Bevorzugt ist auch eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die basische Komponente ganz oder teilweise in der Trägerflüssigkeit gelöst ist.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere Farbstoffe enthält, vorzugsweise ein oder mehrere Farbpigmente und/oder in der Trägerflüssigkeit gelöste Farbstoffe enthält.
  • Die Verwendung einer Zusammensetzung, die ein oder mehrere Farbstoffe enthält, hat den Vorteil, dass beim Auftragen der Zusammensetzung auf die Form bzw. auf Teile der Form direkt erkennbar ist, auf welchen Bereichen der Form die Zusammensetzung bereits aufgetragen wurde. Insbesondere beim Aufstreichen oder Sprühen der Zusammensetzung, beim Tauchen der Form in der Zusammensetzung oder beim Fluten der Form mit der Zusammensetzung kann schnell erkannt werden, ob alle erforderlichen Bereiche der Form ausreichend mit der Zusammensetzung in Kontakt sind. Auch lässt sich nach dem Aufbrechen der Form optisch erkennen, wie tief die Zusammensetzung in die Formstoffoberfläche eingedrungen ist.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die Zusammensetzung kein Graphit und keine Oxide des Zirkon, Silizium, Aluminium, Magnesium und Calcium und keine Mischoxide dieser Elemente enthält.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung zum Vermindern der Bildung von Gussfehler, insbesondere zur Verminderung der Bildung von weißen Belägen.
  • Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung einer basischen Zusammensetzung umfassend
    • eine basische Komponente bestehend aus Natriumhydroxid und/oder Kaliumhydroxid,
    • 30 bis 70 Gew.-% einer Trägerflüssigkeit für die basische Komponente, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, wobei die Trägerflüssigkeit Wasser und zumindest einen Alkohol ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol umfasst,
    • ein oder mehrere Farbpigmente,
    • 20 bis 60 Gew.-% eines oder mehrerer in der Trägerflüssigkeit suspendierter Feststoffs, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorzugsweise eines Feuerfeststoffes oder hochfeuerfesten Feststoffes,
    sowie
    • 1 bis 15 Gew.-% eines oder mehrerer Bindemittel wie oben definiert, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorzugsweise eines basischen wässrigen Resols,
  • als Infiltrationsmittel (und zum Unterdrücken der Bildung von narbigen Oberflächen) für den Formstoff einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst, wobei die Gießform (oder zumindest Bereiche der den Gießfromhohlraum definierenden Oberflächen) bei Kontakt mit Wasser vorzugsweise acid reagiert.
  • Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei der Quarzsand ein regenerierter Quarzsand ist, der vorzugsweise durch Aufarbeitung einer Formstoffmischung hergestellt wurde, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst.
  • Durch die Verwendung von regeneriertem Quarzsand lassen sich die Verfahrenskosten senken und Abfälle werden vermieden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines GJS- oder GJL-Gussstücks und zur Unterdrückung der Bildung narbiger Oberflächen, mit folgenden Schritten:
    1. (i) Bereitstellen oder Herstellen einer Gießform, deren Oberflächen einen Gießformhohlraum definieren, aus chemisch gebundenem Formgrundstoff umfassend ein oder mehrere mittels Säure gehärtete Bindemittel und Quarzsand, wobei zumindest Bereiche der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagieren,
    2. (ii) Infiltrieren zumindest eines der besagten acid reagierenden Bereiche mit einer erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzung wie vorstehend, nachfolgend oder in den Ansprüchen definiert, so dass das Infiltrationsprodukt bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 2 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform,
    3. (iii) Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung,
    4. (iv) Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum, so dass ein GJS- oder GJL-Gussstück resultiert.
  • Vorzugsweise wird Schritt (ii) so durchgeführt, dass ein Infiltrationsprodukt entsteht, das bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 5 mm, besonders bevorzugt 10 mm, bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform, wobei ganz besonders bevorzugt bei jeder Infiltrationstiefe im Bereich von 2 bis 5 mm das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert.
  • Ein spezifischer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines GJS-Gussstücks, mit folgenden Schritten:
    1. (i) Bereitstellen oder Herstellen einer Gießform, deren Oberflächen einen Gießformhohlraum definieren, aus chemisch gebundenem Formgrundstoff umfassend ein oder mehrere mittels Säure gehärtete Bindemittel und Quarzsand, wobei zumindest Bereiche der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagieren,
    2. (ii) Infiltrieren zumindest eines der besagten acid reagierenden Bereiche mit einer erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzung wie oben definiert, so dass das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser an der Oberfläche der Gießform basisch reagiert, vorzugsweise so, dass der infiltrierte Oberflächenbereich der Gießform bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert,
    3. (iii) Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung,
    4. (iv) Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum, so dass ein GJS-Gussstück resultiert.
  • Und ein weiterer spezifischer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines GJL-Gussstücks, mit folgenden Schritten:
    1. (i) Bereitstellen oder Herstellen einer Gießform, deren Oberflächen einen Gießformhohlraum definieren, aus chemisch gebundenem Formgrundstoff umfassend ein oder mehrere mittels Säure gehärtete Bindemittel und Quarzsand, wobei zumindest Bereiche der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagieren,
    2. (ii) Infiltrieren zumindest eines der besagten acid reagierenden Bereiche mit einer erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzung wie oben definiert, so dass das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser an der Oberfläche der Gießform basisch reagiert, vorzugsweise so, dass der infiltrierte Oberflächenbereich der Gießform bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert,
    3. (iii) Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung,
    4. (iv) Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum, so dass ein GJL-Gussstück resultiert.
  • Vorstehend mit Blick auf die erfindungsgemäße Verwendung angegebene bevorzugte Ausgestaltungen gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren; dies gilt auch umgekehrt.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend, nachfolgend oder in den beigefügten Ansprüchen definiert, vorzugsweise wie als bevorzugt bezeichnet), bei dem die Gießform in Schritt (i) hergestellt wird, mit folgenden Schritten zum Herstellen der Gießform in Schritt (i):
    • (i-a) Bereitstellen eines No-Bake-Bindemittels, wobei das No-Bake-Bindemittel als reaktive Harzkomponente vorzugsweise Furanharze und/oder Phenolharze umfasst.
    • (i-b) Bereitstellen von Quarzsand,
    • (i-c) Bereitstellen eines sauren Katalysators, vorzugsweise in flüssiger Phase oder als Belag auf dem Quarzsand gemäß Komponente (i-b),für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente des No-Bake-Bindemittels
    • (i-d) Herstellen der Gießform aus den bereitgestellten Komponenten gemäß dem No-Bake-Verfahren.
  • Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend, nachfolgend oder in den beigefügten Ansprüchen definiert, vorzugsweise wie als bevorzugt bezeichnet), mit folgenden Schritten zum Herstellen der Gießform in Schritt (i):
    • (i-a-F)Bereitstellen eines No-Bake-Bindemittels, wobei das No-Bake-Bindemittel als reaktive Harzkomponente ein Furanharz umfasst.
    • (i-b-F)Bereitstellen von Quarzsand,
    • (i-c-F) Bereitstellen eines sauren Katalysators, vorzugsweise in flüssiger Phase oder als Belag auf dem Quarzsand gemäß Komponente (i-b), für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente des No-Bake-Bindemittels, umfassend Sulfonsäuren, Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Kombinationen davon,
    • (i-d-F) Herstellen der Gießform gemäß dem No-Bake-Verfahren
      oder
    • (i-a-P)Bereitstellen eines No-Bake-Bindemittels, wobei das No-Bake-Bindemittel als reaktive Harzkomponente ein Phenolharz umfasst,
    • (i-b-P)Bereitstellen von Quarzsand,
    • (i-c-P)Bereitstellen eines sauren Katalysators, vorzugsweise in flüssiger Phase oder als Belag auf dem Quarzsand gemäß Komponente (i-b), für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente des No-Bake-Bindemittels, umfassend Sulfonsäure,
    • (i-d-P)Herstellen der Gießform gemäß dem No-Bake-Verfahren.
  • Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend, nachfolgend oder in den beigefügten Ansprüchen definiert, vorzugsweise wie als bevorzugt bezeichnet), wobei die Herstellung und Verarbeitung der Formstoffmischung bei Temperaturen im Bereich von 15 bis 35°C erfolgt. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen
  • In der Praxis wird der Fachmann aus Zeit- und Kostengründen nur in seltenen Fällen sämtliche acide reagierenden Bereiche infiltrieren. Häufig wird er nur solche aciden Bereiche infiltrieren, an denen es bei Abwesenheit einer Infiltration/eines Infiltrationsproduktes mit hoher Wahrscheinlichkeit zu narbigen Oberflächen kommen würde. Bevorzugt ist daher ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend, nachfolgend oder in den beigefügten Ansprüchen definiert, vorzugsweise wie als bevorzugt bezeichnet) mit folgenden Schritten zur Unterdrückung der Bildung narbiger Oberflächen:
    • (I)
      Herstellen einer Vergleichsgießform, deren Zusammensetzung und, abschnittsweise oder vollständig, deren Geometrie mit der der Gießform identisch ist, wobei die Vergleichsgießform nicht mit einer basischen Zusammensetzung infiltriert wird, Füllen des Gießformhohlraums der Vergleichsgießform mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung, Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum der Vergleichsgießform, so dass ein GJS- oder GJL- Vergleichsgussstück resultiert, Identifizieren zumindest einer Position eines Bereichs der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Vergleichsgießform, an dem das erstarrte Vergleichsgußstück eine narbige Oberfläche besitzt,
      und anschließend
    • (II)
      1. (i) Bereitstellen oder Herstellen der Gießform wie vorstehend, nachfolgend oder in den Ansprüchen definiert,
      2. (ii) Infiltrieren zumindest eines der besagten acid reagierenden Bereiche wie vorstehend, nachfolgend oder in den Ansprüchen definiert, wobei der besagte acid reagierende Bereich ebenso positioniert ist wie zumindest ein Bereich der Vergleichsgießform, an dem das erstarrte Vergleichsgußstück eine narbige Oberfläche besitzt,
      3. (iii) Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung,
      4. (iv) Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum, so dass ein GJS- oder GJL-Gussstück resultiert.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren wird gemäß einem ersten Aspekt zum Infiltrieren (und damit zum Unterdrücken der Bildung von narbigen Oberflächen) eine basische Zusammensetzung eingesetzt umfassend
    • eine basische Komponente bestehend aus einer oder mehreren Basen
      sowie
    • eine Trägerflüssigkeit für die basische Komponente.
  • Bevorzugte Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachfolgend zusammenfassend dargestellt; die für die erfindungsgemäße Verwendung genannten Vorteile spezifischer Aspekte gelten entsprechend:
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der Basen in der basischen Komponente der basischen Zusammensetzung zum Infiltrieren ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus
    • anorganischen Basen und organischen Basen,
    und wobei vorzugsweise:
    • eine, mehr als eine oder sämtliche der anorganischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Verbindungen, die von Wasser ein Proton übernehmen können, und Metallhydroxiden
    und/oder
    • eine, mehr als eine oder sämtliche der organischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Carbonsäure-Salzen und organischen Aminen.
  • Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der anorganischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus, Alkalimetallhydroxid, Erdalkalimetallhydroxid und Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas, Kaliwasserglas oder Lithiumwasserglas.
  • Ganz besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Trägerflüssigkeit für die basische Komponente eine oder mehrere Verbindungen umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser und organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt unter 100°C bei 1000 hPa, wobei vorzugsweise in der Trägerflüssigkeit der Gesamtanteil an Wasser und organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt unter 100°C bei 1000 hPa mehr als 50 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Trägerflüssigkeit.
  • Äußerst bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Trägerflüssigkeit für die basische Komponente eine oder mehrere Verbindungen umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Aceton und Benzin, wobei vorzugsweise in der Trägerflüssigkeit der Gesamtanteil an Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Aceton und Benzin mehr als 50 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Trägerflüssigkeit.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die basische Zusammensetzung vorzugsweise ein oder mehrere Tenside.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die basische Zusammensetzung vorzugsweise ein oder mehrere Bindemittel, wobei vorzugsweise das eine bzw. zumindest eines der mehreren Bindemittel an der Luft selbsthärtend ist und/oder bei Entfernung der Trägerflüssigkeit trocknet. In einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die basische Zusammensetzung vorzugsweise ein oder mehrere Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
    phenolische Harze, bevorzugt Resole, besonders bevorzugt basische wässrige Resole,
    Thermoplaste, bevorzugt Polyamide, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole und Polybutyrale, Polyvinylpyrrolidone, besonders bevorzugt Polyvinylalkohole und Polyvinylacetate,
    Kohlehydrate, bevorzugt Stärke und Melasse, besonders bevorzugt Stärke,
    Biopolymere, bevorzugt Lignine, Cellulosen, Pflanzenschleime, Gelantine, Pektine und Alginate, besonders bevorzugt Sulfitablaugen,
    Dispersionen und Pulver, bevorzugt Copolymere, besonders bevorzugt Acrylate,
    anorganische Bindemittel basierend auf oder enthaltend:
    • Silikatbinder, insbesondere Wasserglas und Kieselsole,
    • (basische) Polyphosphate, Borate, Zementbinder.
  • In einem sehr bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die basische Zusammensetzung vorzugsweise organische Bindemittel in einer Konzentration von 0,2 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, vorzugsweise 0,2 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-% und/oder
    anorganische Bindemittel in einer Konzentration von 0,5 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die basische Zusammensetzung vorzugsweise alkalisches Silikat in einer Konzentration von 5 bis 50 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren enthält die basische Zusammensetzung vorzugsweise ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe, vorzugsweise ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe, die bei Kontakt mit Wasser inert sind oder eine acide oder basische Oberfläche besitzen, wobei vorzugsweise ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe anorganische Feststoffe sind, wobei der anorganische Feststoff vorzugsweise kein Silikat ist. Die Zusammensetzung enthält dabei vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm, vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten anorganischen Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm, vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm im Bereich von > 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoff, vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten anorganischen Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm im Bereich von > 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoff.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren enthält die basische Zusammensetzung vorzugsweise ein oder mehrere Farbstoffe, vorzugsweise ein oder mehrere Farbpigmente und/oder in der Trägerflüssigkeit gelöste Farbstoffe und/oder die Zusammensetzung enthält kein Graphit und keine Oxide des Zirkon, Silizium, Aluminium, Magnesium und Calcium und keine Mischoxide dieser Elemente.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in seinen sämtlichen bevorzugten Aspekten und Ausgestaltungen gleichermaßen für die Herstellung eines GJS- oder GJL-Gussstücks und für die Unterdrückung der Bildung narbiger Oberflächen auf diesen Gussstücken geeignet.
  • Es versteht sich, dass vor dem Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung die Trägerflüssigkeit der erfindungsgemäß einzusetzenden Zusammensetzung zumindest zu wesentlichen Teilen entfernt wird. Dies erfolgt üblicherweise durch Abdampfenlassen (Trocknen) der Trägerflüssigkeit. Der Prozess kann durch Wärmeeintrag oder durch Strahlungseintrag (Mikrowelle oder Infrarotstrahlung) beschleunigt werden. Es ist auch möglich die Trocknung durch Abflammen von brennbaren flüchtigen Trägerflüssigkeiten wie Alkoholen durchzuführen.
  • Zusätzlich zu der erfindungsgemäß einzusetzenden Zusammensetzung kann eine (z.B. handelsübliche) Schlichte auf die Gießform bzw. auf Teile der Gießform appliziert werden. Dabei wird üblicherweise zunächst die Zusammensetzung und anschließend die Schlichte aufgetragen. Wenn keine Schlichte vorgesehen ist, gelangt die getrocknete und mit Bestandteilen aus Bereichen der Oberfläche der Gießform umgesetzte Zusammensetzung mit der schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung in Kontakt. Sofern die Schlichte auf die Zusammensetzung (bzw. die getrocknete Zusammensetzung bzw. den infiltrierten Bereich) aufgetragen wird, trennt diese Schlichte die schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung von der derart getrockneten und umgesetzten Zusammensetzung.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren mit folgenden Schritten
    • Bereitstellen oder Herstellen einer Gießform, deren Oberflächen einen Gießformhohlraum definieren, aus chemisch gebundenem Formgrundstoff umfassend ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel und Quarzsand, wobei zumindest Bereiche der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagieren,
    • Infiltrieren zumindest eines der besagten acid reagierenden Bereiche mit einer erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzung vorstehend oder nachfolgend oder in den Ansprüchen definiert, so dass das Infiltrationsprodukt bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 2 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform, bevorzugt bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 5 mm, besonders bevorzugt 10 mm, wobei ganz besonders bevorzugt bei jeder Infiltrationstiefe im Bereich von 2 bis 5 mm das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert,
    • Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung,
    • Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum, so dass ein GJS- oder GJL-Gussstück resultiert. (Zu den bevorzugten spezifischen Aspekten betreffend GJS bzw. GJL siehe oben).
  • Die Zusammensetzung penetriert beim Auftrag abhängig von der Körnung des Quarzsandes, dem Bindersystem und dem Binderanteil sowie der Verdichtung des Sandes unterschiedlich tief in den Formstoff ein. Insbesondere bei größeren Formen oder Kernen, wie sie für die Herstellung der gefährdeten Teile benötigt werden, gibt es immer besser und schlechter verdichtete Bereiche in die das Infiltrationsmittel unterschiedlich tief eindringen wird. Auch unterscheiden sich abhängig vom Hersteller die verwendeten Quarzsande erheblich in Körnung und Gestalt. Auch hierdurch wird die Penetrationstiefe (Infiltrationstiefe) beeinflusst. In eigenen Versuchen hat sich gezeigt, dass eine tiefere Infiltration in die Formstoffoberfläche eine bessere Fehlerunterdrückung bewirkt.
  • Die Penetrationstiefe kann in der Praxis bestimmt werden, indem eine Formstoffoberfläche in geeigneter Weise mit der erfindungsgemäß einzusetzenden Zusammensetzung bzw. zu Vergleichszwecken einem anderen Infiltrationsmittel penetriert wird und dann der Formstoff an einer geeigneten Stelle aufgebrochen oder aufgeritzt wird. Die Penetrationstiefe kann anhand der Verfärbung der Sandkörper z.B. durch die Trägerflüssigkeit des Infiltrationsmittels erkannt werden. Zur genaueren Bestimmung, z.B. zur Bestimmung der Anzahl der penetrierten Sandschichten kann eine Lupe oder ein optisches Mikroskop und ein entsprechender Maßstab verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Anzahl verfärbter Sandschichten bestimmt werden (Methode siehe unten).
  • Die Bestimmung der Penetrationstiefe des Infiltrationsmittels (z.B. einer erfindungsgemäß einzusetzenden Zusammensetzung) kann auch an gut verdichteten Prüfkörpern durchgeführt werden. Dazu werden Prüfkörper hergestellt wie im VDG Merkblatt P72, Bindemittelprüfung beschrieben, zu beziehen beim VDG-Informationszentrum, Postfach 105144, D-400042 Düsseldorf. Abweichend von der Vorschrift P72 werden die Prüfkörper aber mittels 5 Rammschlägen analog zum VDG Merkblatt P73 mit einem Rammapparat der Firma Simpson Technologies GmbH, Sennweidstrasse 43, CH 6312 Steinhausen, verdichtet. Die Penetrationstiefe wird an der am besten verdichten Seite eines auf diese Weise hergestellten Prüfkörpers bestimmt.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Quarzsand ein regenerierter Quarzsand ist, der vorzugsweise durch Aufarbeitung einer Formstoffmischung hergestellt wurde, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt und fördert den Einsatz rezyklierten/regenerierten Sandes und reduziert die üblicherweise mit einem solchen Einsatz verbundenen Fehler am Gussstück.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem das Infiltrieren zumindest eines der besagten acid reagierenden Bereiche mit einer erfindungsgemäß einzusetzenden Zusammensetzung durch Sprühen, Streichen, Fluten oder Tauchen erfolgt.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Gießform. Eine erfindungsgemäße Gießform wird regelmäßig hergestellt mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder unter erfindungsgemäßer Verwendung einer basischen Zusammensetzung als Infiltrationsmittel; insoweit gelten sämtliche vorstehend und nachfolgend sowie in den Ansprüchen als bevorzugt angegebenen Ausgestaltungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren oder die erfindungsgemäße Verwendung auch für die erfindungsgemäße Gießform, und vice versa.
  • Eine erfindungsgemäße Gießform ist eine Gießform aus einem chemisch gebundenen Formgrundstoff, deren Oberflächen einen Gießformhohlraum definieren, zur Herstellung eines GJS- oder GJL-Gussstücks,
    wobei der chemisch gebundene Formgrundstoff ein oder mehrere mittels Säure gehärtete Bindemittel und Quarzsand umfasst,
    wobei zumindest ein den Gießformhohlraum definierender Bereich der Gießform ein Infiltrationsprodukt umfasst, das bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 2 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform.
  • Eine solche erfindungsgemäße Gießform trägt in überraschender Weise dazu bei, die Bildung von narbigen Oberflächen auf Gußstücken (insbesondere GJS und GJL) zu unterdrücken.
  • Bevorzugt ist eine solche erfindungsgemäße Gießform, wobei der chemisch gebundene Formgrundstoff ein oder mehrere mittels Säure gehärtete No-Bake-Bindemittel und Quarzsand umfasst, wobei das No-Bake-Bindemittel Furanharze und/oder Phenolharze umfasst. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Gießform, wobei das Infiltrationsprodukt in dem zumindest einen den Gießformhohlraum definierenden Bereich der Gießform bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 5 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform, bevorzugt bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 10 mm, wobei ganz besonders bevorzugt bei jeder Infiltrationstiefe im Bereich von 2 bis 5 mm das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Gießform, wobei von der den Gießformhohlraum begrenzenden Oberfläche mehr als 15 mm entfernte liegende, vorzugsweise mehr als 25 mm entfernt liegende Bereiche der Gießform, gemessen von der Oberfläche der Gießform, bei Kontakt mit Wasser acid reagieren. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, dass in Schritt (ii) eine solche Gießform resultiert; diese wird dann in Folgeschritten eingesetzt.
  • Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Gießform, wobei im Gießformhohlraum eine flüssige oder erstarrte Eisen-Kohlenstoff-Legierung angeordnet ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen-Kohlenstoff-Legierungen für die Bildung von GJS- und GJL-Gußstücken. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Gießform, wobei der chemisch gebundene Formgrundstoff ein regenerierter Quarzsand ist, der vorzugsweise durch Aufarbeitung einer Formstoffmischung hergestellt wurde. Auf die obigen Ausführungen und Vorteile sei verwiesen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kit. Ein erfindungsgemäßes Kit, wie nachfolgend definiert, wird regelmäßig eingesetzt in einem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verwendung einer basischen Zusammensetzung als Infiltrationsmittel. Ein erfindungsgemäßes Kit wird regelmäßig zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gießform eingesetzt; insoweit gelten sämtliche vorstehend und nachfolgend sowie in den Ansprüchen als bevorzugt angegebenen Ausgestaltungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Verwendung oder die erfindungsgemäße Gießform auch für das erfindungsgemäße Kit, und vice versa.
  • Erfindungsgemäß ist ein Kit zur Verwendung bei der Herstellung einer Gießform, umfassend
    1. (a) einen sauren Katalysator in flüssiger Phase für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente eines No-Bake-Bindemittels sowie
    2. (b) eine basische Zusammensetzung als Infiltrationsmittel für den Formstoff der Gießform, umfassend
      • eine basische Komponente bestehend aus einer oder mehreren Basen
        sowie
      • eine Trägerflüssigkeit für die basische Komponente,
      sowie optional
    3. (c) das No-Bake-Bindemittel, umfassend eine reaktive Harzkomponente, wobei der saure Katalysator gemäß Komponente (a) als Katalysator für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente wirkt. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist ein Kit, wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der Basen einen pKB-Wert in Wasser bei 25°C von kleiner als 3,0, vorzugsweise kleiner als 1,0 aufweisen. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist insbesondere ein erfindungsgemäßes Kit, wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus
    • anorganischen Basen und organischen Basen,
      und wobei vorzugsweise:
    • eine, mehr als eine oder sämtliche der anorganischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Verbindungen, die von Wasser ein Proton übernehmen können, und Metallhydroxiden und/oder
    • eine, mehr als eine oder sämtliche der organischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Carbonsäure-Salzen und organischen Aminen. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Kit, wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der anorganischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus, Alkalimetallhydroxid, Erdalkalimetallhydroxid und Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas, Kaliwasserglas oder Lithiumwasserglas. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die Trägerflüssigkeit für die basische Komponente eine oder mehrere Verbindungen umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser und organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt unter 100°C bei 1000 hPa,
  • wobei vorzugsweise in der Trägerflüssigkeit der Gesamtanteil an Wasser und organischen Verbindungen mit einem Siedepunkt unter 100°C bei 1000 hPa mehr als 50 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Trägerflüssigkeit. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist insbesondere ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die Trägerflüssigkeit für die basische Komponente eine oder mehrere Verbindungen umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Aceton und Benzin,
  • wobei vorzugsweise in der Trägerflüssigkeit der Gesamtanteil an Wasser, Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Aceton und Benzin mehr als 50 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Gesamtmenge der Trägerflüssigkeit. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die basische Zusammensetzung zusätzlich ein oder mehrere Tenside umfasst. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist zudem ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die basische Zusammensetzung ein oder mehrere Bindemittel umfasst,
  • wobei vorzugsweise das eine bzw. zumindest eines der mehreren Bindemittel an der Luft selbsthärtend ist und/oder bei Entfernung der Trägerflüssigkeit trocknet. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist insbesondere ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die basische Zusammensetzung ein oder mehrere Bindemittel umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
    phenolische Harze, bevorzugt Resole, besonders bevorzugt basische wässrige Resole,
    Thermoplaste, bevorzugt Polyamide, Polyvinylacetate, Polyvinylalkohole und Polybutyrale, Polyvinylpyrrolidone, besonders bevorzugt Polyvinylalkohole und Polyvinylacetate,
    Kohlehydrate, bevorzugt Stärke und Melasse, besonders bevorzugt Stärke,
    Biopolymere, bevorzugt Lignine, Cellulosen, Pflanzenschleime, Gelantine, Pektine und Alginate, besonders bevorzugt Sulfitablaugen,
    Dispersionen und Pulver, bevorzugt Copolymere, besonders bevorzugt Acrylate,
    anorganische Bindemittel basierend auf oder enthaltend:
    • Silikatbinder, insbesondere Wasserglas und Kieselsole,
    • (basische) Polyphosphate, Borate, Zementbinder. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die Zusammensetzung umfasst:
    • organische Bindemittel in einer Konzentration von 0,2 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, vorzugsweise 0,2 bis 10 Gew.-% besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%
      und/oder
    • anorganische Bindemittel in einer Konzentration von 0,5 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist insbesondere ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die Zusammensetzung umfasst:
    • alkalisches Silikat in einer Konzentration von 5 bis 50 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe enthält,
    vorzugsweise ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe, die bei Kontakt mit Wasser inert sind oder eine acide oder basische Oberfläche besitzen,
    wobei vorzugsweise ein oder mehrere in der Trägerflüssigkeit suspendierte Feststoffe anorganische Feststoffe sind,
    wobei der anorganische Feststoff vorzugsweise kein Silikat ist.
  • Bevorzugt ist insbesondere ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die Zusammensetzung einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm enthält,
    vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten anorganischen Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm enthält,
    vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm im Bereich von > 50 Gew.-% enthält, bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoff,
    vorzugsweise einen Anteil an in der Trägerflüssigkeit suspendierten anorganischen Feststoffen mit einer Teilchengröße kleiner 0,075 mm im Bereich von > 50 Gew.-% enthält, bezogen auf die Gesamtmenge an Feststoff. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Bevorzugt ist schließlich auch ein erfindungsgemäßes Kit, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere Farbstoffe enthält, vorzugsweise ein oder mehrere Farbpigmente und/oder in der Trägerflüssigkeit gelöste Farbstoffe enthält
    und/oder
    wobei die Zusammensetzung kein Graphit und keine Oxide des Zirkon, Silizium, Aluminium, Magnesium und Calcium und keine Mischoxide dieser Elemente enthält. Auf die obigen Ausführungen sei verwiesen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise mehrere der vorstehend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichneten Ausgestaltungen und/oder Aspekte gleichzeitig verwirklicht; insbesondere bevorzugt sind die sich aus den beigefügten Ansprüchen ergebenden Kombinationen solcher Ausgestaltungen bzw. Aspekte und der entsprechenden Merkmale.
  • Der Fachmann wird als bevorzugt und als besonders bevorzugt genannte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung miteinander kombinieren.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Abbildungen und ausgewählten Beispielen näher erläutert; sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Angaben auf das Gewicht.
  • Beschreibung der Abbildungen:
    • Abb. 1: Abbildung 1 ist die Fotografie eines konventionell hergestellten Gussteils mit einer narbigen Oberfläche und weißen Belägen.
    • Abb. 2: Abbildung 2 ist die Fotografie eines konventionell hergestellten Gussteils mit Fehlerscheinungen.
    • Abb. 3: Abbildung 3 ist die Mikroskopaufnahme eines Gefüges unterhalb des Gussfehlers "narbige Oberfläche" eines konventionell hergestellten Gussteils.
    • Abb. 4: Abbildung 4 ist die Fotografie des mit Infiltrationsmittel Formlack 1040 behandelten Feldes 1 aus Vergleichsbeispiel 1. Es können weiße Oberflächen und darunterliegende Porenbildungen auf der Gusshaut beobachtet werden.
    • Abb. 5: Abbildung 5 ist die Fotografie eines Beispiels für eine Form für die Versuchsabgüsse 1 - 3 aus Beispiel 1.
    • Abb. 6: Abbildung 6 ist die Fotografie von Feld 4 aus Versuchsabguss 1 von Beispiel 1.
    • Abb. 7: Abbildung 7 ist die Fotografie von Feld 2 aus Versuchsabguss 1 von Beispiel 1.
    • Abb. 8: Abbildung 8 ist die Fotografie des in Versuchsabguss 2 von Beispiel 1 hergestellten Gussteils mit den Feldern 1 bis 5.
    • Abb. 9: Abbildung 9 ist die Fotografie des in Versuchsabguss 3 von Beispiel 1 hergestellten Gussteils mit den Feldern 1 bis 8.
    • Abb. 10: Abbildung 10 ist die Fotografie des in Beispiel 2 hergestellten Gussteils mit den Feldern 1 bis 4.
    • Abb. 11: Abbildung 11 ist die Fotografie des in Beispiel 3 hergestellten Gussteils. Die linke Oberfläche des Gussteils wurde durch die Formfläche im Oberkasten, der mit dem Infiltrationsmittel A behandelt wurde, gebildet.
    • Abb. 12: Abbildung 12 zeigt links schematisch einen Querschnitt durch die Oberfläche einer Gussform. Die Eindringtiefe entspricht der Tiefe, in die das Infiltrationsmittel penetriert ist. In dieser Darstellung ist auch eine Schlichteschicht abgebildet. Rechts ist schematisch der Verlauf des pH-Wertes in Abhängigkeit von der Eindringtiefe abgebildet.
    • Abb. 13 Vergleichsgussstück mit narbiger Oberfläche (GJL)
    • Abb. 14 Gussstück ohne narbige Oberfläche (GJL)
    Beispiele:
  • Nachfolgend wird die Firma Hüttenes-Albertus, Düsseldorf, mit HA abgekürzt.
    • Methode zur Bestimmung der Penetrationstiefe:
  • Die Prüfkörper wurden pro m2 Fläche mit der gleichen Menge Infiltrationsmittel penetriert wie in den Praxisversuchen beschrieben. Die Bestimmung der Penetrationstiefe des Infiltrationsmittels in die Prüfkörper wurde analog zur Praxis durchgeführt. Hierzu wurden die Prüfkörper sofort nach dem Auftrag gebrochen und die Penetrationstiefe wurde bei im Lichtmikroskop bei entsprechender Vergrößerung mittels eines Maßstabes oder durch Zählen der penetrierten Sandschichten bestimmt. Dabei ist die Infiltration durch eine dunklere Verfärbung der Sandkörner durch die Trägerflüssigkeit, bzw. nach dem Trocken z.B. durch eine Verfärbung durch einen Farbkörper zu erkennen.
  • Die Anzahl der penetrierten Sandschichten wird wie folgt bestimmt: Der Prüfkörper wird mittels des gewünschten Verfahrens mit dem Infiltrationsmittel penetriert. Dann wird er in Querrichtung gebrochen. Ausgehend von der Mitte der Formstoffoberfläche wird die Anzahl der Sandkörner von der Formstoffoberfläche senkrecht zum Prüfköpermittelpunkt hin gezählt. Es werden die Sandkörner gezählt, die durch die Trägerflüssigkeit und/oder einen Farbkörper verfärbt sind. Ein Sandkorn, das an das erste Sandkorn anliegt und um weniger als die Hälfte seines eigenen Durchmessers überlappt, wird als neue Sandschicht gezählt. Die Sandkörner müssen ebenfalls zu mindestens zur Hälfte benetzt sein. Die Bestimmung wird an mindestens 5 Stellen der am besten verdichteten Seite des Prüfkörpers wiederholt. Somit ergibt sich beispielsweise bei einem Sand mit einer mittleren Körnung von 0,36 mm bei 10 penetrierten Sandschichten eine Penetrationstiefe von ca. 2,7 mm.
    • Vergleichsbeispiel 1 (nicht erfindungsgemäß):
  • Der folgende Versuch wurde an einem Kern für ein Gussstück aus EN-GJS 400-15 mit einem Gießgewicht von 13.000 kg und einem Stückgewicht von 11.000 kg durchgeführt.
    • Eisen:Sand Massenverhältnis: ca. 1 : 7
    • Formstoffsystem: mechanisch regenerierter Furanaltsand mit einer mittleren Körnung von 0,33 mm
    • Eingesetzter Binder: SRV-1 der Firma HA (Handelsprodukt)
    • Eingesetzte Aktivatoren: Aktivator 7809 der Firma HA (Handelsprodukt)
    • Eingesetzte Schlichten: 1. Lage Disopast 8957C der Firma HA (Handelsprodukt), Auftrag durch Streichen, 2. Lage Disopast 8957C der Firma HA (Handelsprodukt), Auftrag durch Streichen
    • Gießtemperatur: ca. 1360°C
    Feld in Form und Gussstück 1
    Substanz Infiltrationsmittel Formlack 1940 der Firma HA (Handelsprodukt)
    Harzanteil 20%
    Isopropanol 80%
  • Einbringen in die oberste Formstoffschicht von 970 g pro 1 m2 Formstoffoberfläche des Infiltrationsmittels Formlack 1940. Penetrationstiefe ca. 5- 6 mm.
    • Bewertung der Ergebnisse:
  • Infiltrationsmittel Feld Bewertung des Fehlbildes "narbige Oberfläche"
    Formlack 1940 der Firma HA 1 Weiße Oberflächen, darunter Porenbildung auf der Gusshaut
    Abbildung 4 zeigt eine Fotografie der hergestellten Gussoberfläche.
    • Beispiel 1:
  • Die folgenden Versuche wurde an einer Form für ein Gussstück aus GJS 400-15 mit einem Gießgewicht von 1050 kg und einem Stückgewicht von 916 kg durchgeführt.
    • Eisen:Sand Verhältnis: ca. 1 : 2
    • Formstoffsystem: mechanisch regenerierter Furanaltsand mit einer mittleren Körnung von 0,31mm
    • Die Kornverteilung des Sandes ist gem. Siebanalyse nach DIN 3310 wie folgt:
    Siebfraktion Anteil Kumuliert
    Siebanalyse > 1,000 mm % 0,06 0,06
    Siebanalyse > 0,710 mm % 0,27 0,33
    Siebanalyse > 0,500 mm % 3,71 4,04
    Siebanalyse > 0,355 mm % 22,50 26,54
    Siebanalyse > 0,250 mm % 43,61 70,15
    Siebanalyse > 0,180 mm % 23,03 93,18
    Siebanalyse > 0,125 mm % 6,04 99,22
    Siebanalyse > 0,090 mm % 0,47 99,69
    Siebanalyse > 0,063 mm % 0,16 99,85
    Siebanalyse < 0,063 mm % 0,14 99,99
    • Der Glühverlust nach VDG-Merkblatt P33 ist wie folgt: 4,7%
    • Die Restsäure [mg NaOH/100) nach HA-Prüfvorschrift QS-Nr. beträgt: 0891: 34
    • Eingesetzter Binder: Kaltharz 8670 der Firma HA (Handelsprodukt)
    • Eingesetzte Aktivatoren: Aktivator 500T2 und / oder 7901 der Firma HA (Handelsprodukte)
    • Eingesetzte Schlichten: 1. Lage Arkofluid 7232 der Firma HA, Auftrag durch Streichen, 2. Lage Arkofluid 7879 der Firma HA (Handelsprodukte), Auftrag durch Fluten.
    • Gießtemperatur: ca. 1330°C
  • Für die Versuche wurde die Formoberfläche und damit der durch diese Formoberfläche gebildete resultierende Gussteilbereich in mehrere Abschnitte eingeteilt, wobei jeweils ein Teilabschnitt für die oben beschriebene Verfahrensweise als Referenz reserviert war. Die im Folgenden als Referenz bezeichneten Bereiche des Gussstücks sind entsprechend der obigen Fertigungsweise und nicht zusätzlich behandelte oder infiltrierte Bereiche des Versuchsgussstücks. Abbildung 5 zeigt ein Beispiel einer für die Versuchsabgüsse 1 - 3 verwendeten Form.
    • Versuchsabguss 1:
  • Tabelle 1: Zusammensetzung der Infiltrationsmittel / Versuchssubstanzen in Versuchsabguss 1:
    Feld in Form und Gussstück 4 2
    Substanz Infiltrationsmittel A, (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Referenz Bemerkung
    Wasser 17,1
    Ethanol 17,1
    Feuerfeststoff 52,3 95% feiner als 0,063 mm, bestimmt mit Luftstrahlsieb
    Farbpigment 0,8 99% feiner als 0,032 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Rheologische Additive, Stellmittel, Verdicker, Zusätze 4,0
    Harz 6,0
    KOH 2,7
    NaOH
    • Bereich 4: Infiltrationsmittel A
  • Einbringen in die oberste Formstoffschicht von 910 g pro 1 m2 Formstoffoberfläche des Infiltrationsmittels A.
  • Einpenetration von 25 g KOH auf 1 m2 Formstoffoberfläche (KOH MG = 56,11 g/mol); das entspricht 0,43 Mol OH- pro 1 m2 Formstoffoberfläche. Penetrationstiefe des Infiltrationsmittel A in den Formstoff je nach Verdichtung des Formstoffs: 1,7-2,2 mm
    • Einpenetration auf Prüfkörper > 4 Sandschichten
  • Ergebnisse des Testabgusses 1: Tabelle 2: Bewertung der Ergebnisse aus Versuchsabguss 1:
    Infiltrationsmittel Feld Bewertung des Fehlbildes "narbige Oberfläche" Bemerkung
    A 4 Keine Poren oder Narben Bestes Ergebnis
    Referenz 2 Poren und Narben im Radius und einige Poren auf der Fläche
  • Abbildungen 6 und 7 zeigen Fotografien der Felder 4 und 2 aus Versuchsabguss 1.
    • Versuchsabguss 2
  • Tabelle 3: Zusammensetzung der Infiltrationsmittel / Versuchssubstanzen in Versuchsabguss 2:
    Feld in Form und Gussstück 1 2 3 5
    Substanz Infiltrationsmittel A, (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Infiltrationsmittel B / Anteil (Erfindungsgemäß) [Gew.%] Referenz Handelsübliche Magnesitschlichte der Firma HA, Magnesitschlichte 5848, nicht erfindungsgemäß [Gew%] Bemerkung
    Wasser 17,1 8,9 -
    Ethanol 17,1 26,2 23 (verschiedene Alkohole)
    Feuerfeststoff 52,3 58 71 95% feiner als 0,063 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Farbpigment 0,8 0,9 0,1 99% feiner als 0,032 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Rheologische Additive, Stellmittel, Verdicker, Zusätze 4,0 5,1
    Harz 6,0 0,4 0,8
    KOH 2,7 3,0 -
    NaOH 0,3 -
    • Bereich 1: Infiltrationsmittel A
  • Einbringen in die oberste Formstoffschicht von 1230 g pro 1 m2 Formstoffoberfläche des Infiltrationsmittels A
  • Somit Einpenetration von 33 g KOH auf 1 m2 Formstoffoberfläche (KOH MG = 56,11 g/mol); das entspricht 0,59 Mol OH- pro 1 m2 Formstoffoberfläche.
  • Penetrationstiefe des Infiltrationsmittel A in den Formstoff je nach Verdichtung des Formstoffs der Form: 1,7-2,4 mm
  • Einpenetration auf Prüfkörper > 4 Sandschichten
    • Bereich 2: Infiltrationsmittel B
  • Einbringen in die oberste Formstoffschicht von 490 g pro 1 m2 Formstoffoberfläche des Infiltrationsmittels B
  • Somit Einpenetration von 14,7 g KOH und von 1,5 g NaOH auf 1 m2 Formstoffoberfläche (KOH MG = 56,11 g/mol, NaOH MG = 40,00 g/mol); das entspricht 0,3 Mol OH- pro 1 m2 Formstoffoberfläche.
  • Penetrationstiefe des Infiltrationsmittels B in den Formstoff je nach Verdichtung des Formstoffs der Form: 0,6-1,0 mm
  • Einpenetration auf Prüfkörper > 3 Sandschichten
    • Bereich 3: Referenz Bereich 5: Magnesitschlichte 5848 der Firma HA
  • Aufbringen von 500 g pro m2 auf die ungeschlichtete Formstoffoberfläche. Die Penetrationstiefe der Schlichte beträgt je nach Verdichtung des Formstoffs der Form: 0,8-1,2 mm
    • Eindringen in den Prüfkörper > 3 Sandschichten
  • Tabelle 4: Bewertung der Ergebnisse aus Versuchsabguss 2:
    Infiltrationsmittel Feld Bewertung des Fehlbildes "narbige Oberfläche" Bemerkung
    A 1 Keine Poren oder Weißanhaftungen Bestes Ergebnis
    B 2 Keine Poren oder Weißanhaftungen Gutes Ergebnis
    Referenz 3 Poren und Narben im Radius und auf der Fläche Schlechtes Ergebnis
    Magnesitschlichte 5848 5 Poren und Narben im Radius und auf der Fläche Schlechtes Ergebnis
    Abbildung 8 zeigt eine Fotografie des hergestellten Gussstücks mit Feldern 1 bis 5.
    • Versuchsabguss 3:
  • Tabelle 5: Zusammensetzung der Infiltrationsmittel / Versuchssubstanzen in Versuchsabguss 3:
    Feld in Form und Gussstück 1 4 5
    Substanz Infiltrationsmittel A (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Infiltrationsmittel D (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Referenz Bemerkung
    Wasser 17,1 25,7
    Ethanol 17,1 -
    Feuerfeststoff 52,3 61,7 95% feiner als 0,063 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Farbpigment 0,8 - 99% feiner als 0,032 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Rheologische Additive, Stellmittel, Verdicker, Zusätze 4,0 3,85
    Netzmittel 0,05
    Harz 6,0 6,0
    KOH 2,7 2,7
    Tabelle 6: Zusammensetzung der Infiltrationsmittel / Versuchssubstanzen in Versuchsabguss 3:
    Feld in Form und Gussstück 3 6 7 8
    Substanz Infiltrationsmittel E (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Infiltrationsmittel F (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Infiltrationsmittel G (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Infiltrations-mittel H (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Bemerkung
    Wasser 16,3 15,5 14,7 4,7
    Ethanol 17,9 18,7 19,6 30,3
    Feuerfeststoff 54,6 57,1 59,8 59,0 95% feiner als 0,063 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Farbpigment 0,9 0,9 1,0 0,9 99% feiner als 0,032 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Rheologische Additive, Stellmittel, Verdicker, Zusätze 3,5 3,0 2,5 2,6
    Harz 4,7 3,3 1,7 0,2
    KOH 2,1 1,5 0,7
    Ca(OH)2 MG=74,10 2,3
    Tabelle 7: Infiltrationsmengen in Versuchsabguss 3:
    Feld Material Infiltrationsmenge pro m2 Formstoffoberfläche g KOH / m2 Mol OH- pro m2 Penetrationstiefe Form Penetrationstiefe Prüfkörper, Anzahl der Sandschichten
    1 Infiltrationsmittel A 1010 27 0,49 1,7-2,3 mm > 4
    3 Infiltrationsmittel E 920 19 0,34 1,7-2,2 mm > 4
    4 Infiltrationsmittel D 1430 38 0,71 1,8-2,4 mm > 5
    5 Referenz n. a.
    6 Infiltrationsmittel F 950 14 0,26 1,7-2,2 mm > 4
    7 Infiltrationsmittel G 910 6 0,12 1,7-2,2 mm > 4
    8 Infiltrationsmittel H 90 Ca(OH)2 21g 0,56 1,6-2,3 mm > 6
    Tabelle 8: Bewertung der Ergebnisse aus Versuchsabguss 3:
    Infiltrationsmittel Feld Bewertung des Fehlbildes "narbige Oberfläche" Bemerkung
    A 1 Keine Poren oder Weißanhaftungen Bestes Ergebnis
    E 3 Poren und Weißanhaftungen in Radius
    D 4 Keine Poren oder Weißanhaftungen zweitbestes Ergebnis
    Referenz 5 Poren und Narben im Radius und etwas auf der Fläche
    F 6 Poren und Narben im Radius und auf der Fläche, insgesamt besser als Referenz
    G 7 Poren im Radius, insgesamt besser als Referenz
    H 8 Wenige Poren im Radius
  • Abbildung 9 zeigt eine Fotografie des hergestellten Gussstücks mit den entsprechenden Gussoberflächen.
    • Beispiel 2:
  • Der folgenden Versuche wurde an einer Form für ein Gussstück aus GJS 400-15 mit einem Stückgewicht von 866 kg durchgeführt.
    • Formstoffsystem: mechanisch regenerierter Furanaltsand mit einer mittleren Körnung von 0,31 mm
    • Eingesetzter Binder: Kaltharz 8670 der Firma HA (Handelsprodukt)
    • Eingesetzte Aktivatoren: Aktivator 500T2 und / oder 7901 der Firma HA (Handelsprodukte)
    • Eingesetzte Schlichten: 1. Lage Arkofluid 7232 der Firma HA (Handelsprodukt), Auftrag durch Streichen, 2. Lage Arkofluid 7879 der Firma HA (Handelsprodukt), Auftrag durch Fluten.
    • Gießtemperatur: ca. 1330°C
    • ohne Einsatz eines Speisers
    Tabelle 9: Zusammensetzung der Infiltrationsmittel / Versuchssubstanzen:
    Feld in Form und Gussstück 3 2 1 4
    Substanz Infiltrationsmittel A, (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Infiltrationsmittel J (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Infiltrationsmittel W (Erfindungsgemäß) / Anteil [Gew.%] Referenz Bemerkung
    Wasser 17,1 31,2 50
    Ethanol 17,1
    Feuerfeststoff 52,3 52,9 - 95% feiner als 0,063 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Farbpigment 0,8 99% feiner als 0,032 mm, bestimmt mit dem Luftstrahlsieb
    Rheologische Additive, Stellmittel, Verdicker, Zusätze 4,0 1,65 -
    Harz 6,0
    Netzmittel 0,05
    Wässrige silikatische Binderlösung 12,8 44,8
    NaOH 1,5 5,2
    KOH 2,7
    Tabelle 10: Infiltrationsmengen:
    Feld Material Infiltrationsmenge pro m2 g NaOH / m2 Mol OH- pro m2 Penetrationstiefe Form Penetrationstiefe Prüfkörper, Anzahl der Sandschichten
    1 Infiltrationsmittel W 3390 g 176 4,4 1,0-3,8 mm > 40
    2 Infiltrationsmittel J 1530 g 23 0,57 2,0-4,0 mm > 25
    3 Infiltrationsmittel A 1100 g KOH = 30 g 0,55 1,5-2,0 mm > 4
    4 Referenz n. a. - -
    Tabelle 11: Bewertung der Ergebnisse:
    Infiltrationsmittel Feld Bewertung des Fehlbildes "narbige Oberfläche" Bemerkung
    W 1 keine Poren oder Weißanhaftungen Bestes Ergebnis
    J 2 einige flache Poren Besser als Referenz
    A 3 einige Poren zweitbestes Ergebnis
    Referenz 4 tiefe Poren und Narben auf der Fläche
  • Abbildung 10 zeigt eine Fotografie des hergestellten Gussstücks mit den entsprechenden Gussoberflächen 1 bis 4.
    • Beispiel 3
  • Ein weiterer Versuch wurde an einer Form für ein Gussstück aus: GJS40.3 mit einem Gießgewicht von 3,8 Tonnen und einem Stückgewicht von 2,92 Tonnen durchgeführt.
    • Formstoffsystem: mechanisch regenerierter Furanaltsand
    • Eingesetzter Binder: Kaltharz 7830 der Firma HA (Handelsprodukt)
    • Eingesetzte Aktivatoren: Aktivator 7857 der Firma HA (Handelsprodukt)
    • Eingesetzte Schlichten: Arkofluid 5004F der Firma HA (Handelsprodukt), Auftrag durch Streichen, zweite Lage Arkofluid 7879 der Firma HA (Handelsprodukt), Auftrag durch Fluten.
    • Gießtemperatur: ca. 1318°C
  • Ein Teil der Formfläche im Oberkasten wurde mit dem Infiltrationsmittel A (siehe oben) behandelt. Es wurden 1170 g/m2 Formoberfläche aufgetragen.
  • Ergebnis: Die durch die mit dem Infiltrationsmittel A behandelte Formfläche abgebildete Gussoberfläche war fast völlig frei von Narben und Poren. Die Gussoberflächen, im restlichen vom nichtbehandelten Formstoff abgebildeten Bereich des Gussstück oberkastenseitig, waren von vielen kleinen Poren und Narben insbesondere in der Nähe von Radien durchzogen.
  • Abbildung 11 zeigt die Fotografie des in Beispiel 3 hergestellten Gussteils. Die linke Oberfläche des Gussteils wurde durch den Bereich der Formfläche im Oberkasten, der mit dem Infiltrationsmittel A behandelt wurde, abgebildet.
    • Weitere Beispiele: GJL-Gussstücke
  • Zu Beispiel 3 analoge Beispiele wurden für GJL-Gussstücke durchgeführt. Auch insoweit zeigte sich, dass durch das Infiltrieren des Formstoffs mit einer erfindungsgemäß zu verwendenden basischen Zusammensetzung die Bildung von Poren und Narben überraschender Weise stark vermindert wurde.
  • Die Abbildungen 13 und 14 sind Detailaufnahmen betreffend GJL-Gussstücke mit einem jeweiligen Stückgewicht von 2.016 kg; das jeweilige Gussmaterial war "GG20" (das heißt, eine Legierung zur Herstellung eines GJL-Gussstückes). Die Gießtemperatur war in beiden Fällen identisch und lag bei ca. 1300°C.
  • Abbildung 13 betrifft ein Vergleichsbeispiel, bei dem keine Infiltration des Formstoffs der Gießform erfolgte. Ansonsten wurden im Vergleichsbeispiel ausschließlich Schritte durchgeführt, die der erfindungsgemäßen Vorgehensweise entsprechen.
  • Abbildung 14 betrifft ein erfindungsgemäßes Beispiel, bei dem die Gießform mit einer basischen Zusammensetzung so infiltriert wurde, dass bis zu einer Infiltrationstiefe von ca. 6 mm das resultierende Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser basisch reagierte, gemessen von der Oberfläche der Gießform. Ansonsten war die Vorgehensweise in Vergleichsbeispiel und Beispiel identisch.
  • Als Infiltrationsmittel eingesetzt wurde im erfindungsgemäßen Beispiel eine basische Zusammensetzung gemäß obigem Beispiel 3.
  • Abbildung 13 (betreffend das nicht erfindungsgemäße Vergleichsbeispiel) zeigt am unteren Bildrand einen Oberflächenbereich mit in etwa dreieckiger Form, der eine stark ausgeprägte narbige Oberfläche besitzt.
  • Abbildung 14 (betreffend das auf erfindungsgemäße Weise hergestellte Gussstück) zeigt im entsprechenden Bereich des Gussstücks eine besonders glatte Oberflächenstruktur, die keinerlei störende Narben oder Poren aufweist.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass das auf erfindungsgemäße Weise hergestellte Gussstück gemäß Abbildung 14 unter Verwendung einer Gießform hergestellt wurde, deren Oberfläche nur bereichsweise mit der erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzung gemäß Beispiel 3 behandelt worden war. Der behandelte Bereich befand sich in der Gießform genau dort, wo im Vergleichsbeispiel der dreieckige Bereich mit narbiger Oberfläche im Gußstrück angrenzte.
  • Der Vergleich der Abbildungen 12 und 13 zeigt, dass der Gussfehler "narbige Oberfläche" durch die erfindungsgemäße Verwendung, das erfindungsgemäße Verfahren und den Einsatz einer erfindungsgemäßen Gießform auch für GJL-Gussstücke unterdrückt werden kann.

Claims (15)

  1. Verwendung einer basischen Zusammensetzung umfassend
    - eine basische Komponente bestehend aus einer oder mehreren Basen sowie
    - eine Trägerflüssigkeit für die basische Komponente
    als Infiltrationsmittel für den Formstoff einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst, und zum Unterdrücken der Bildung von narbigen Oberflächen während des Gießverfahrens.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagiert
    und/oder
    wobei eine, mehr als eine oder sämtliche der Basen einen pKB-Wert in Wasser bei 25°C
    von kleiner als 3,0, vorzugsweise kleiner als 1,0 aufweisen
    und/oder
    wobei das Infiltrationsmittel für den Formstoff einer Gießform, die Quarzsand und ein mittels Säure gehärtetes Bindemittel umfasst, so in den Formstoff infiltriert, dass ein Infiltrationsprodukt entsteht, das bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 2 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform, bevorzugt bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 5 mm, besonders bevorzugt 10 mm, wobei ganz besonders bevorzugt bei jeder Infiltrationstiefe im Bereich von 2 bis 5 mm das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert.
  3. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Oberflächen der Gießform einen Gießformhohlraum definieren,
    wobei zumindest Bereiche der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagieren, wobei das Infiltrationsmittel zumindest einen der besagten acid reagierenden Bereiche infiltriert.
  4. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    als Infiltrationsmittel für den mittels eines No-Bake-Bindemittels ausgehärteten Formstoff einer Gießform und zum Unterdrücken der Bildung von narbigen Oberflächen während des Gießverfahrens,
    wobei das No-Bake-Bindemittel durch einen sauren Katalysator für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente des No-Bake-Bindemittels ausgehärtet ist, wobei der saure Katalysator Sulfonsäuren, Phosphorsäure, Schwefelsäure oder Kombinationen davon umfasst.
  5. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    - eine, mehr als eine oder sämtliche der anorganischen Basen in der basischen Komponente ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallhydroxid, Erdalkalimetallhydroxid und Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas, Kaliwasserglas oder Lithiumwasserglas
    und/oder
    - die Zusammensetzung
    - ein oder mehrere Tenside umfasst
    und/oder
    - ein oder mehrere Bindemittel umfasst, wobei vorzugsweise das eine bzw. zumindest eines der mehreren Bindemittel an der Luft selbsthärtend ist und/oder bei Entfernung der Trägerflüssigkeit trocknet.
  6. Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Zusammensetzung umfasst:
    organische Bindemittel in einer Konzentration von 0,2 bis 40 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, vorzugsweise 0,2 bis 10 Gew.-% besonders bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%
    und/oder
    anorganische Bindemittel in einer Konzentration von 0,5 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung.
  7. Verfahren zur Herstellung eines GJS- oder GJL-Gussstücks, mit folgenden Schritten:
    (i) Bereitstellen oder Herstellen einer Gießform, deren Oberflächen einen Gießformhohlraum definieren, aus chemisch gebundenem Formgrundstoff umfassend ein oder mehrere mittels Säure gehärtete Bindemittel und Quarzsand, wobei zumindest Bereiche der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Gießform bei Kontakt mit Wasser acid reagieren,
    (ii) Infiltrieren zumindest eines der besagten acid reagierenden Bereiche mit einer Zusammensetzung wie in einem der vorangehenden Ansprüche definiert, so dass das Infiltrationsprodukt bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 2 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform,
    (iii) Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung,
    (iv) Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum, so dass ein GJS- oder GJL-Gussstück resultiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei Schritt (ii) so durchgeführt wird, dass ein Infiltrationsprodukt entsteht, das bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 5 mm, besonders bevorzugt 10 mm, bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform, wobei ganz besonders bevorzugt bei jeder Infiltrationstiefe im Bereich von 2 bis 5 mm das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei in Schritt (ii) eine Zusammensetzung eingesetzt wird, in deren basischer Komponente eine, mehr als eine oder sämtliche der anorganischen Basen ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Alkalimetallhydroxid, Erdalkalimetallhydroxid und Wasserglas, insbesondere Natronwasserglas, Kaliwasserglas oder Lithiumwasserglas.
  10. Verfahren zur Herstellung eines GJS- oder GJL-Gussstücks nach einem der Ansprüche 7 bis 9, mit folgenden Schritten zur Unterdrückung der Bildung narbiger Oberflächen:
    (I) Herstellen einer Vergleichsgießform, deren Zusammensetzung und, abschnittsweise oder vollständig, deren Geometrie mit der der Gießform identisch ist, wobei die Vergleichsgießform nicht mit einer basischen Zusammensetzung infiltriert wird, Füllen des Gießformhohlraums der Vergleichsgießform mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung, Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum der Vergleichsgießform, so dass ein GJS- oder GJL- Vergleichsgussstück resultiert, Identifizieren zumindest einer Position eines Bereichs der den Gießformhohlraum definierenden Oberflächen der Vergleichsgießform, an dem das erstarrte Vergleichsgußstück eine narbige Oberfläche besitzt,
    und anschließend
    (II)
    (i) Bereitstellen oder Herstellen der Gießform wie in Anspruch 7 definiert,
    (ii) Infiltrieren zumindest eines der besagten acid reagierenden Bereiche wie in Anspruch 7 definiert, wobei der besagte acid reagierende Bereich ebenso positioniert ist wie zumindest ein Bereich der Vergleichsgießform, an dem das erstarrte Vergleichsgußstück eine narbige Oberfläche besitzt,
    (iii) Füllen des Gießformhohlraums mit einer schmelzflüssigen Eisen-Kohlenstoff-Legierung,
    (iv) Erstarren lassen der Eisen-Kohlenstoff-Legierung im Gießformhohlraum, so dass ein GJS- oder GJL-Gussstück resultiert.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei zwischen Schritt (ii) und Schritt (iii) eine Schlichte auf infiltrierte Bereiche der Gießform appliziert wird.
  12. Gießform aus einem chemisch gebundenen Formgrundstoff, deren Oberflächen einen Gießformhohlraum definieren, zur Herstellung eines GJS- oder GJL-Gussstücks,
    wobei der chemisch gebundene Formgrundstoff ein oder mehrere mittels Säure gehärtete Bindemittel und Quarzsand umfasst,
    wobei zumindest ein den Gießformhohlraum definierender Bereich der Gießform ein Infiltrationsprodukt umfasst, das bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 2 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform.
  13. Gießform nach Anspruch 12, wobei das Infiltrationsprodukt in dem zumindest einen den Gießformhohlraum definierenden Bereich der Gießform bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 5 mm bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert, gemessen von der Oberfläche der Gießform, bevorzugt bis mindestens zu einer Infiltrationstiefe von 10 mm, wobei ganz besonders bevorzugt bei jeder Infiltrationstiefe im Bereich von 2 bis 5 mm das Infiltrationsprodukt bei Kontakt mit Wasser basisch reagiert
    und/oder
    wobei von der den Gießformhohlraum begrenzenden Oberfläche mehr als 15 mm entfernte liegende, vorzugsweise mehr als 25 mm entfernt liegende Bereiche der Gießform, gemessen von der Oberfläche der Gießform, bei Kontakt mit Wasser acid reagieren
    und/oder
    wobei der chemisch gebundene Formgrundstoff ein regenerierter Quarzsand ist, der vorzugsweise durch Aufarbeitung einer Formstoffmischung hergestellt wurde.
  14. Kit zur Verwendung bei der Herstellung einer Gießform, umfassend
    (a) einen sauren Katalysator in flüssiger Phase für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente eines No-Bake-Bindemittels sowie
    (b) eine basische Zusammensetzung als Infiltrationsmittel für den Formstoff der Gießform, umfassend
    - eine basische Komponente bestehend aus einer oder mehreren Basen
    sowie
    - eine Trägerflüssigkeit für die basische Komponente,
    sowie optional
    (c) das No-Bake-Bindemittel, umfassend eine reaktive Harzkomponente, wobei der saure Katalysator gemäß Komponente (a) als Katalysator für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente wirkt.
  15. Kit nach Anspruch 14, wobei die basische Zusammensetzung zusätzlich
    - ein oder mehrere Tenside
    und/oder
    - ein oder mehrere Bindemittel umfasst,
    wobei vorzugsweise das eine bzw. zumindest eines der mehreren Bindemittel an der Luft selbsthärtend ist und/oder bei Entfernung der Trägerflüssigkeit trocknet.
EP15189193.4A 2014-10-10 2015-10-09 Verwendung einer basischen zusammensetzung als infiltrationsmittel für den formstoff einer giessform zur vermeidung von weissen belägen (narbigen oberflächen) auf gussstücken, entsprechende verfahren, giessformen und kits Pending EP3006136A1 (de)

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