EP3565679B1 - Verwendung einer säure enthaltenden schlichtezusammensetzung in der giessereiindustrie - Google Patents

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EP3565679B1
EP3565679B1 EP17821891.3A EP17821891A EP3565679B1 EP 3565679 B1 EP3565679 B1 EP 3565679B1 EP 17821891 A EP17821891 A EP 17821891A EP 3565679 B1 EP3565679 B1 EP 3565679B1
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EP
European Patent Office
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waterglass
bound
core
mould
acid
Prior art date
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EP17821891.3A
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English (en)
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EP3565679A1 (de
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Sabrina Maria ANDERTEN
Klaus Seeger
Christian LUSTIG
Paolo Adriano Feltrin
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
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    • 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
    • B22C1/186—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents contaming ammonium or metal silicates, silica sols
    • B22C1/188—Alkali metal silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C19/00—Components or accessories for moulding machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to the use of a sizing composition, in particular comprising an aqueous phase with a pH of at most 5 and one or more refractory materials, in the foundry, as well as sized, water-glass-bound foundry mold bodies, in particular foundry molds and / or foundry cores, each of which is used according to the invention Include sizing composition.
  • the invention further relates to a method for producing a sized, water-glass-bonded foundry molded body (mold or core).
  • the invention also relates to a kit containing, inter alia, a size composition used according to the invention.
  • the invention is defined in the appended claims.
  • Casting in a lost mold is a common method for producing near-net-shape components, especially in metal casting. After the casting, the mold is destroyed and the casting is removed. Molds are negatives, they contain the cavity to be poured, which results in the casting to be manufactured. The inner contours of the future casting can be formed by cores. During the production of the mold, the cavity can be formed in the molding material by means of a model of the casting to be produced. Cores are usually formed in a separate core box.
  • the basic mold materials used are predominantly refractory granular materials such as washed, classified quartz sand. Further suitable and known basic molding materials are e.g. zircon sands, chromite sands, chamottes, olivine sands, sands containing feldspar and andalusite sands.
  • a basic molding material can also be a mixture of various of the named or other preferred basic molding materials.
  • the refractory basic molding material is preferably in free-flowing form so that it can be filled into a suitable hollow mold and compacted therein.
  • the basic molding material or the corresponding molding material mixture (molding material) is compressed in order to increase the strength of the foundry mold.
  • the basic mold materials are bound with inorganic or organic molding material binders (binders).
  • the molding material binder creates a firm bond between the particles of the molding material, so that the foundry mold has the required mechanical stability.
  • molds and cores are regularly and advantageously produced in shooting machines or molding machines in which the particulate constituents are compacted and the binder hardened; this also applies to the molds and cores used in the context of the present invention.
  • both organic and inorganic molding material binders can be used, the hardening of which can take place in each case by cold or hot processes.
  • the person skilled in the art describes processes which are carried out essentially at room temperature without heating the foundry mold as cold processes.
  • the hardening usually takes place through a chemical reaction, which is triggered, for example, by the fact that a gas as a catalyst is passed through the molding material mixture to be hardened after molding, which contains the molding base material and the molding material binder.
  • the molding material mixture is heated to a sufficiently high temperature after molding, for example to drive off the solvent contained in the molding material binder and / or to initiate a chemical reaction by which the molding material binder is hardened, for example by crosslinking.
  • molding material binders can be used which are based on inorganic materials and, if need be, a very small proportion of organic compounds contain.
  • Such molding material binder systems have been known for a long time, for example from the documents GB 782205 A , US 6972059 B1 , US 5582232 A , US 5474606 A and US 7022178 .
  • inorganic molding material binder denotes a molding material binder which consists predominantly, preferably more than 95% by weight, preferably more than 99% by weight, very particularly preferably completely, of water and inorganic materials, so that the proportion of organic compounds in such an inorganic molding material binder is preferably less than 5% by weight, preferably less than 1% by weight and very particularly preferably 0% by weight.
  • inorganically bound means that a mold or a core has been bound with an inorganic molding material binder (as defined above).
  • Alkali waterglass is of particular importance as a component of inorganic molding material binders.
  • Alkali waterglass is the term used to denote solidified, vitreous, i.e. amorphous, water-soluble sodium, potassium and lithium silicates, their mixtures and the corresponding aqueous solutions.
  • water glass denotes amorphous, water-soluble sodium, potassium and / or lithium silicates and / or their aqueous solutions and / or mixtures of the aforementioned silicates and / or their solutions, each having a molar module (molar ratio) of SiO 2 to M 2 O in the range from 1.6 to 4.0, preferably in the range from 1.8 to 2.5, where M 2 O denotes the total amount of lithium, sodium and potassium oxide.
  • water glass-bound means that a foundry molded body, in particular a mold or a core, was produced or can be produced using a molding material binder which comprises water glass or consists of water glass.
  • a molding material mixture which, in addition to a refractory molding base material, comprises a waterglass-based molding material binder and a particulate metal oxide, the particulate metal oxide preferably being precipitated silica or fumed silica.
  • Inorganic molding binders however, also have disadvantages compared to organic molding binders.
  • foundry molds or cores produced with known inorganic molding material binders have a comparatively low or low stability towards atmospheric humidity or towards water or aqueous moisture. This means, for example, that such foundry molds or cores cannot be reliably stored for a longer period of time, as is customary with organic molding material binders.
  • Sizing compositions for use in foundries usually contain or consist of the following components: (i) one or more fine-grain refractory materials, i.e. fine-grain, refractory to highly refractory inorganic materials, (ii) a carrier liquid comprising one or more compounds (water, alcohols , etc.) and (iii) as further constituents, for example one or more size binders (hereinafter also referred to as "binders" for short) and / or biocides and / or wetting agents and / or rheological additives.
  • binders size binders
  • Ready-to-use sizing compositions for coating molds and cores are therefore mostly suspensions of fine-grained, refractory to highly refractory inorganic materials (refractories) in a carrier liquid, e.g. an aqueous (water-containing) carrier liquid or a non-aqueous (no water-containing) carrier liquid; for details regarding the carrier fluid, see below.
  • a carrier liquid e.g. an aqueous (water-containing) carrier liquid or a non-aqueous (no water-containing) carrier liquid; for details regarding the carrier fluid, see below.
  • the size or the size composition is applied to the inner contour of the casting mold or on the core by a suitable application process, for example spraying, dipping, flooding or brushing, and is dried there, so that a size coating or size film is produced.
  • the size coating can be dried by adding Heat or radiant energy, for example by microwave radiation, or by drying in the room air. In the case of sizing compositions which contain combustible compounds in the carrier liquid, drying can also take place by burning off these compounds.
  • refractory refers to masses, materials and minerals that can withstand the temperature load during casting or solidification of molten iron, usually cast iron, at least for a short time.
  • Highly refractory refers to masses, materials and minerals that can withstand the casting heat of a steel melt for a short time. The temperatures that can occur when casting steel melts are usually higher than the temperatures that can occur when casting iron or cast iron melts.
  • Refractory masses, materials and minerals (refractory materials) and highly refractory masses, materials and minerals are known to the person skilled in the art, for example from DIN 51060: 2000-06.
  • Mineral oxides, silicates or clay minerals are usually used as refractory materials in sizing compositions.
  • refractory materials that are also suitable in the context of the present invention are quartz, aluminum oxide, zirconium dioxide, aluminum silicates, sheet silicates, zirconium silicates, olivine, talc, mica, graphite, coke, feldspar, diatomite, kaolins, calcined kaolins, metakaolinite, iron oxide, chromite and bauxite, which can be used individually or in any combination with one another.
  • the refractory material serves, among other things, to close the pores in a foundry mold or a core against the penetration of the liquid metal.
  • the refractory material also provides thermal insulation between the foundry mold or core and the liquid metal.
  • the refractory material is usually provided in powder form. Unless otherwise stated, pulverulent refractory materials then have an average grain size (preferably measured by means of light scattering according to ISO 13320: 2009-10) in the range from 0.1 to 500 ⁇ m, preferably in the range from 1 to 200 ⁇ m. Particularly suitable refractory materials are those materials which have melting points which are at least 200 ° C. above the temperature of the molten metal used in each case and / or which do not react with the molten metal.
  • the refractories are mostly dispersed in a carrier liquid.
  • the carrier liquid is one or the component of a sizing composition which is preferably liquid under normal conditions (20 ° C. and 1013.25 hPa) and / or can be vaporized at 160 ° C. and normal pressure (1013.25 hPa).
  • Preferred carrier liquids which are also suitable in the context of the present invention, are selected from the group consisting of water and organic carrier liquids and mixtures thereof with one another and / or with further constituents.
  • Suitable organic carrier liquids are preferably alcohols, including polyalcohols and polyether alcohols.
  • Preferred alcohols are Ethanol, n-propanol, isopropanol (2-propanol), n-butanol and glycol. Water and aqueous mixtures (including aqueous solutions) are often preferred as the carrier liquid.
  • Size binders are used primarily to fix the refractory materials contained in a size composition on the molding material.
  • binders which are also suitable in the context of the present invention are synthetic resins (organic polymers) or synthetic resin dispersions such as polyvinyl alcohols, polyacrylates, polyvinyl acetates and / or corresponding copolymers of the aforementioned polymers. Polyvinyl alcohols are preferred. Natural resins, dextrins, starches and peptides are also suitable as binders.
  • Biocides prevent bacterial infestation.
  • biocides which are also suitable in the context of the present invention are formaldehyde, 2-methyl-4-isothiazolin-3-one (MIT), 5-chloro-2-methyl-4-iosthiazolin-3-one (CIT) and 1,2 -Benzisothiazolin-3-one (BIT).
  • the biocides preferably the individual biocides mentioned, are usually used in a total amount of 10 to 1000 ppm, preferably in an amount of 50 to 500 ppm, each based on the total mass of the ready-to-use sizing composition (which is intended to be applied directly to a casting mold or . a core to be applied).
  • Rheological additives are used to adjust the flowability of the size required for processing.
  • Inorganic thickening agents suitable for the purposes of the present invention are, for example, swellable clays such as sodium bentonite or attapulgite (palygorskite).
  • Organic adjusting agents which are also suitable in the context of the present invention include, for example, swellable polymers such as cellulose derivatives, in particular carboxymethyl, methyl, ethyl, hydroxyethyl and hydroxypropyl cellulose; Plant mucilage, polyvinylpyrrolidone, pectin, gelatin, agar agar, polypeptides and / or alginates.
  • the aforementioned rheological additives or adjusting agents are preferred ingredients of the size composition used according to the invention.
  • wetting agents can also be used in order to achieve better wetting of the molding material.
  • Ionic and nonionic wetting agents are known to the person skilled in the art.
  • dioctyl sulfosuccinates are used as ionic wetting agents and alkynediols or ethoxylated alkynediols are used as nonionic wetting agents.
  • the aforementioned wetting agents are also preferred ingredients of the aqueous size composition used according to the invention.
  • a size composition can also contain defoamers, pigments and / or dyes.
  • Silicone or mineral oil for example, can be used as defoamers.
  • pigments are red and yellow iron oxide and graphite.
  • dyes are commercially available dyes known to the person skilled in the art.
  • the aforementioned defoamers, pigments and / or dyes are also preferred ingredients of the size composition used according to the invention
  • inorganic molding material binders In order to be able to meet the increasing requirements in the area of environmental and emission protection, inorganic molding material binders, in particular water glass-containing molding material binders, should also gain in importance in the production of molds and cores in the future in the field of steel and iron casting. In order to achieve the desired or necessary casting quality, as stated above, it is usually necessary or advantageous to coat inorganically bound molds and cores with a coating. In terms of environmental and emission protection, it is consequently worthwhile when selecting the size to avoid the use of organic carrier liquids as far as possible and preferably water-based sizes, i.e. sizes with water as the sole carrier liquid or at least as a predominant part of the Use carrier liquid.
  • foundry moldings in particular molds and cores which were produced with inorganic molding material binders, in particular with water glass-containing molding material binders, have a low stability to the action of water or aqueous moisture.
  • the water contained in water-based sizing compositions can consequently damage the inorganically bound molds and cores treated (sized) with it. In particular, this can disadvantageously reduce the strength of the shapes and cores that are finished in this way.
  • WO 00 / 05010A1 has hitherto only been inadequately countered with the means previously used, including, for example, particularly intensive hardening of the molds and cores, complex processes for drying the applied size or the adaptation of the molding material mixture.
  • a coating based on water can in particular be applied to cores and molds gassed with carbon dioxide and bound with sodium silicate, if the composition of the coating used has a specific additive that is soluble in water or a water-miscible one such as esters of polyvalent Contains alcohols, carbonates, esters or lactones.
  • the individual components of the coating system are preferably not mixed with one another until immediately before the coating process.
  • the salts are salts of magnesium and / or manganese, in particular their sulfates and chlorides.
  • esters of formic acid are used as an additive component of the size composition, the chain length of the alcohol or alcohol mixture used in the esterification being in particular less than six and particularly preferably less than three carbon atoms on average.
  • the document DE 27 30 753A1 describes a composition for coating molds which are used in the machining of molten metals, and molds which are coated with this composition.
  • the aforementioned composition can contain, for example, formic acid or its salts.
  • the document DE 10 2006 040 385 A1 discloses temperature-stable BN mold release liners based on ceramic and vitreous binders; However, the document does not disclose the use for inorganically bound molds or cores (based on corresponding mold raw materials) for use in foundries.
  • JP S55 19415 discloses a size with a pH of 4.0-5.0 for resin-bonded molded bodies.
  • German Patent and Trademark Office has researched the following prior art for the priority application for the present application: DE 10 2006 040 385 A1 , DE 10 2006 002 246 A1 and DE 10 2005 041 863 A1 .
  • a further object of the present problem was to provide sized, inorganically bound foundry moldings, in particular foundry molds and / or foundry cores, each of which comprises a size composition to be specified according to the invention.
  • Another object of the present invention was to provide a corresponding method for producing an inorganically bound foundry molded body sized with a water-containing size.
  • an object of the present invention was to provide a kit containing, inter alia, a size composition to be specified according to the invention.
  • compositions used according to the invention methods according to the invention, sized shapes or cores according to the invention and kits according to the invention are described below which "comprise” or “contain” certain embodiments, components or features, should, within the scope of the subject matter defined by the claims, in each case the corresponding variant, to be understood in a narrower scope, of the said uses, processes, structured forms or cores or kits, which "consists” of these specific embodiments, components or features.
  • amorphous silicon dioxide In addition to the particulate, amorphous silicon dioxide, larger amounts of conventional mold raw materials are usually present in the water-glass-bound mold or the water-glass-bound core. For the selection of preferred molding raw materials, see above.
  • the refractory materials in the sizing composition are preferably one or more substances selected from the group consisting of quartz, aluminum oxide, zirconium dioxide, aluminum silicates, sheet silicates, zirconium silicates, olivine, talc, mica, graphite, coke, feldspar, diatomite , Kaolins, calcined kaolins, metakaolinite, iron oxide and bauxite.
  • the pH value in a size composition is determined in each case from the or a suspension, preferably in accordance with the standard method DIN 19260: 2012-10.
  • the foundry mold bodies which can be coated (coated) with the sizing composition according to the invention can be produced in any manner known per se, for example by shooting, pouring or by 3D printing techniques.
  • the coated waterglass-bonded mold or the coated waterglass-bonded core in comparison with a coated waterglass-bonded comparison mold or a coated waterglass-bonded comparison core, a comparison sizing composition for its or its production under otherwise identical conditions was used, which was obtained from the sizing composition by adding sodium hydroxide until a pH value of 7 was reached, has a less decreasing flexural strength on drying.
  • a comparison sizing composition for its or its production under otherwise identical conditions was used, which was obtained from the sizing composition by adding sodium hydroxide until a pH value of 7 was reached, has a less decreasing flexural strength on drying.
  • Technically particularly relevant in industrial practice are those "acidic" sizing compositions (ie those comprising an aqueous phase with a pH of at most 5, preferably at most 4), their “alkaline” equivalents (pH 7 or higher) to coated water-glass-bound forms or lead cores that show a greater decrease in flexural strength on drying.
  • the coated water-glass-bound mold or the coated water-glass-bound core in comparison with a coated water-glass-bound comparative form or a coated water-glass-bound comparative core, for its or its production under otherwise identical conditions a comparative Sizing composition was used, which was obtained from the sizing composition by adding sodium hydroxide until a pH of 7 was reached, have an increased storage stability.
  • the water-glass-bound form or the water-glass-bound core contains particulate, amorphous silicon dioxide.
  • particulate, amorphous silicon dioxide is understood to mean particulate synthetic silicon dioxide, preferably precipitated silica and / or pyrogenic silicas. Fumed silicas are preferred.
  • Precipitated silica is known per se and can, for example, be obtained in a manner known per se by reacting an aqueous alkali metal silicate solution with mineral acids: the resulting precipitate is then separated off, dried and, if necessary, ground.
  • Pyrogenic silicas are also known per se and can preferably be obtained in a manner known per se at high temperatures by coagulation from the gas phase. Fumed silica can be produced, for example, by flame hydrolysis of silicon tetrachloride or, for the purposes of the present invention, preferably in an electric arc furnace by reducing quartz sand with coke or anthracite to silicon monoxide gas with subsequent oxidation to silicon dioxide.
  • amorphous, particulate silicon dioxide preferred according to the invention is obtained in the production of zirconium dioxide.
  • Another possibility, known per se, for the production of particulate amorphous silicon dioxide is the spraying of a silicon dioxide melt: the primary, amorphous silicon dioxide particles are not created here (as in other preferred manufacturing processes) by a grinding process.
  • the primary amorphous silicon dioxide particles (“primary particles”) are often agglomerated, ie as agglomerates of primary particles, according to the manufacturing processes mentioned above.
  • the particle shape of the primary particles of the particulate, amorphous silicon dioxide is preferably spherical.
  • the spherical shape of the primary particles can be determined, for example, by means of scanning electron microscopy.
  • the primary particles of the particulate, amorphous silicon dioxide are preferably spherical and have a sphericity of 0.9 or more, determined by evaluating two-dimensional microscopic (preferably scanning electron microscopic) images.
  • Waterglass-bonded molds and cores including those which contain particulate amorphous silicon dioxide (in addition to conventional mold raw materials), and their production, are known per se, for example from the documents WO 2006/024540 and WO 2009/056320 .
  • the aforementioned shapes and cores known per se are suitable for the purposes of the present invention.
  • the one or more acids can be mixed in the usual form, ie solid or liquid and optionally diluted, preferably diluted with water, with further constituents of the sizing composition (i.e. in particular with refractory materials according to constituent (a) and water) when preparing the sizing composition to be used according to the invention according to component (b1)) so that the desired pH value is set or achieved.
  • further constituents of the sizing composition i.e. in particular with refractory materials according to constituent (a) and water
  • the specified preferred ratio of the masses (b1) to (2) preferably applies, provided that the one or more acids of component (b2) are selected from the group of organic acids, as described in more detail below; the mass of the component (b2) relates to the total mass of the pure (i.e. without adhesions or water of crystallization, etc.) organic acid or organic acids. If an acid has several pKa values (e.g. citric acid), the lowest (first) pKa value is meant for the purposes of the present invention.
  • pKa values e.g. citric acid
  • the ratio of the mass of component (b1) to the total mass of the aqueous phase (b) is preferably greater than 50%, preferably greater than 70%, particularly preferably greater than 90%.
  • the aqueous phase preferably has a pH of at most 4.
  • a use according to the invention in which two or more of the preferred embodiments are implemented at the same time is generally preferred.
  • a particularly preferred variant is a use according to the invention or a preferred use according to the invention of a size composition, component (b2) comprising one or more acids selected from the group consisting of inorganic and organic acids.
  • the aforementioned organic acids are preferably selected from the group consisting of mono-, di- and tricarboxylic acids, preferably mono-, di- and tricarboxylic acids solid at 25 ° C. and 1013 mbar (or 1013 hPa).
  • the organic acids selected from the group consisting of citric acid and oxalic acid are particularly preferred.
  • the aforementioned inorganic acids are preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and acidic phosphates, e.g. aluminum phosphate, particularly preferably from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid and phosphoric acid.
  • organic acids in combination with one or more inorganic acids in or as constituent (b2) is preferred.
  • organic acids in or as constituent (b2) is particularly preferred.
  • the ratio of the total mass of inorganic and organic acids of component (b2) to the total mass of the size composition is preferably in the range from 0.1 to 10% (i.e. in the range from 0.1 to 10% by weight) %), more preferably in the range from 0.5 to 5% (ie in the range from 0.5 to 5% by weight), even more preferably in the range from 1 to 5% (ie in the range from 1 to 5) % By weight), particularly preferably in the range from 1 to 3.5% (ie in the range from 1 to 3.5% by weight) and very particularly preferably in the range from 2.5 to 3.5% (ie im Range from 2.5 to 3.5% by weight).
  • component (a) comprises particulate, amorphous silicon dioxide, preferably particulate, amorphous silicon dioxide, the primary particles (i) of which are spherical and / or a D90 value ⁇ 10 ⁇ m, preferably a D90 value of ⁇ 1 ⁇ m, determined by means of laser diffraction, particularly preferably particulate, amorphous silicon dioxide, which as a secondary component (i) zirconium dioxide and / or (ii) a Lewis acid, very particularly preferably zirconium dioxide.
  • the primary particles of the particulate, amorphous silicon dioxide of component (a) (i) being spherical and / or (ii) having a D90 value ⁇ 10 ⁇ m, preferably ⁇ 1 ⁇ m, determined by means of laser diffraction .
  • the primary particles of the particulate, amorphous silicon dioxide of the component (a) (i) are preferably spherical and have a sphericity of 0.9 or more as determined by evaluating two-dimensional microscopic images. Modern commercially available electron microscopic or light microscopic systems enable digital image analysis and thus a convenient determination of the particle shape. Digital image analysis is preferred for studies of sphericity.
  • a use according to the invention of a sizing composition is particularly preferred, preferably a use according to the invention designated as preferred, component (a) comprising one or more substances selected from the group consisting of quartz, aluminum oxide, zirconium dioxide, aluminum silicates, sheet silicates, zirconium silicates , Olivine, talc, mica, graphite, coke, feldspar, diatomite, kaolins, calcined kaolins, metakaolinite, iron oxide and bauxite.
  • component (a) comprising one or more substances selected from the group consisting of quartz, aluminum oxide, zirconium dioxide, aluminum silicates, sheet silicates, zirconium silicates , Olivine, talc, mica, graphite, coke, feldspar, diatomite, kaolins, calcined kaolins, metakaolinite, iron oxide and bauxite.
  • the "D90 value" of the primary particles of the particulate, amorphous silicon dioxide denotes their particle size distribution.
  • the particle size distribution is determined in a manner known per se by laser diffraction, preferably according to the standard method according to DIN ISO 13320: 2009-10.
  • the D90 values determined for the cumulative frequency distribution of the volume-averaged size distribution function indicate that 90% by volume of the primary particles have a particle size that is equal to or smaller than the specified value (e.g. 10 ⁇ m).
  • Suitable devices for determining the particle size distribution are laser diffraction devices known per se, for example of the "Mastersizer 3000” type from Malvern, Great Britain, preferably of the “Coulter LS 230" type from Beckman Coulter, USA "Polarization Intensity Differential Scattering" (“PIDS”) technology is made.
  • PIDS Polyization Intensity Differential Scattering
  • the evaluation of the scattered light signals is preferably carried out according to the Mie theory, which also takes into account the refraction and absorption behavior of the primary particles.
  • amorphous silicon dioxide are present as agglomerates and / or aggregates and / or in some other way as combinations of several primary particles, they are preferably gently separated mechanically or in a similar manner in a manner known per se, before the determination of the particle size distribution of the primary particles is carried out, in order to rule out a falsification of the result as far as possible.
  • the term "secondary constituent" means that the particulate, amorphous silicon dioxide of component (a) only contains such secondary constituents as impurities or adhesions from previous manufacturing and / or processing methods of the particulate, amorphous Can come from silicon dioxide.
  • the mentioned secondary constituents are in an amount of not more than 18% by weight (or mass fraction), particularly preferably in an amount of not more than 12% by weight, most preferably in an amount of not more than 8% by weight % present, in each case based on the total mass of the particulate amorphous silicon dioxide of the component (a).
  • Lewis acid is understood to mean an acid according to the concept proposed by G. N. Lewis, according to which an acid is an electron pair acceptor, i.e. an electron pair acceptor.
  • H. is a molecule or ion with an incomplete noble gas configuration that can accept an electron pair provided by a Lewis base and form a so-called Lewis adduct with it.
  • a Lewis acid is electrophilic while a Lewis base is nucleophilic. Molecules and ions can therefore also be understood as acids that are not acids according to classical ideas.
  • the size compositions used according to the invention can also contain further ingredients, for example esters, lactones and / or acid anhydrides, for example methyl formate, ethyl formate, propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, diacetin, triacetin, known "dibasic esters" (a mixture of several dimethyl esters of dicarboxylic acids, especially of glutaric acid, succinic acid and adipic acid), acetic anhydride, methyl carbonate and ⁇ -caprolactone.
  • esters, lactones and / or acid anhydrides for example methyl formate, ethyl formate, propylene carbonate, ⁇ -butyrolactone, diacetin, triacetin, known "dibasic esters” (a mixture of several dimethyl esters of dicarboxylic acids, especially of glutaric acid, succinic acid and adipic acid), acetic anhydride, methyl carbonate and ⁇ -caprolact
  • Customary biocides such as microbicides, in particular bactericides, algicides and / or fungicides, are suitable as biocides.
  • the biocides given above can preferably be used become.
  • the wetting agents listed above are preferably suitable as wetting agents.
  • the rheological additives listed above are preferably suitable as rheological additives.
  • the binders listed above are preferably suitable as binders.
  • Polyvinyl alcohol is a particularly preferred binder.
  • the use according to the invention of a size composition is preferred, the size composition having a solids content of less than 80% by weight, preferably less than 45% by weight, based in each case on the total mass of the size composition.
  • the size composition to be used according to the invention is preferably ready-to-use, that is to say it is intended to be applied directly to a casting mold or a core.
  • the size composition to be used according to the invention can, however, also be in the form of a concentrate, which is then intended to be diluted before application to a casting mold or a core, in particular by adding water or an aqueous mixture. This applies to all configurations of the present invention, unless otherwise indicated or specified.
  • the expert decides in each individual case whether a size composition is ready for use or should be diluted.
  • the size composition having one or more binders, preferably comprising polyvinyl alcohol, in a total amount of not more than 2% by weight, preferably in an amount in the range from 0.05 to 0.80% by weight, based in each case on the total mass of the size composition.
  • binders preferably comprising polyvinyl alcohol
  • the use of a sizing composition according to the invention or preferred according to the invention is particularly preferred, the application of the sizing composition to a water-glass-bound mold or a water-glass-bound core for use when pouring a metal melt at a temperature> 900 ° C, preferably> 1250 ° C, takes place, preferably for use when casting a molten metal comprising iron and / or steel.
  • a size composition according to the invention or preferred according to the invention is particularly preferred, the size composition being applied to a water-glass-bound mold or a water-glass-bound core for use in iron or steel casting.
  • a sizing composition according to the invention or preferred according to the invention is particularly preferred, the application of the sizing composition to a water-glass-bound mold or a water-glass-bound core at a temperature of the water-glass-bound core or the water-glass-bound form of> 50 ° C, preferably> 70 ° C takes place, particularly preferably at a temperature of> 50 ° and ⁇ 100 ° C.
  • a form or core that can be used for subsequent treatment or processing steps is obtained or retained under these conditions.
  • the invention also relates to the use of acid to set a pH value of at most 5, preferably a pH value of at most 4, in the aqueous phase of a size composition for application to a water-glass-bound mold or a water-glass-bound core.
  • the aforementioned acid is preferably selected from the group consisting of inorganic and organic acids.
  • the organic acids are preferably selected from the group consisting of mono-, di- and tricarboxylic acids, preferably mono-, di- and tricarboxylic acids solid at 25 ° C. and 1013 mbar, particularly preferably citric acid and oxalic acid.
  • the inorganic acids are preferably selected from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid and acidic phosphates, e.g. aluminum phosphate, particularly preferably from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid and phosphoric acid.
  • the water-glass-bound form or the water-glass-bound core comprises particulate, amorphous silicon dioxide, the acid preferably being used to adjust a pH value of at most 4.
  • the size composition provided or produced in step (1) of the process according to the invention can be produced by processes known per se.
  • water can be provided in a suitable amount and the other ingredients for the production of the size composition can then be added in the desired amount to this template while stirring with a suitable stirrer such as a high-shear stirrer, e.g. a gear stirrer or a dissolver stirrer.
  • a suitable stirrer such as a high-shear stirrer, e.g. a gear stirrer or a dissolver stirrer.
  • constituents can be digested before or during the addition in a manner known per se.
  • one or more rheological additives can be digested using a high-shear stirrer, before or after addition to the water receiver and individually or together with one or more refractory materials.
  • the one or more refractory materials are not digested together with the optionally added rheological additives, they can also be digested individually and added to the water receiver. Then, for example, the other constituents of the sizing composition can then be added to the water initial charge, which may contain rheological additives and / or refractory materials, in any order and preferably with stirring, preferably with a high-shear stirrer, such as one or more acids, optionally one or several size binders, optionally one or more biocides, optionally one or more wetting agents, optionally one or more defoamers, optionally one or more pigments and / or optionally one or more dyes.
  • a high-shear stirrer such as one or more acids, optionally one or several size binders, optionally one or more biocides, optionally one or more wetting agents, optionally one or more defoamers, optionally one or more pigments and / or optionally one or more dyes.
  • the size composition provided or produced in step (1) of the process according to the invention can be ready for application to foundry moldings, for example in a concentration that is suitable for use as an immersion bath for molds or cores.
  • the aforementioned sizing composition can also be produced in a manner known per se as a concentrate, which is only diluted later, for example shortly before the use of the sizing composition, for example by further addition of water to a ready-to-use concentration (or consistency) that is then suitable for application to molds and / or cores.
  • a ready-to-use size composition (which is intended to be applied directly to a casting mold or a core) is meant, unless expressly stated otherwise. It is not necessary to mix the individual constituents of the size composition to be used according to the invention only immediately before an intended coating process on molds or cores; rather, the mixing can take place much earlier because the storage stability of the size composition to be used according to the invention is high.
  • the unsized, water-glass-bonded form provided or produced in step (2) of the method according to the invention or the unsized, water-glass-bonded core provided or produced can be produced in a manner known per se, for example as in the documents WO 2006/024540 or WO 2009/056320 described.
  • step (3) of the prepared or produced sizing composition from step (1) to the prepared or produced mold or the prepared or produced core according to step (2) of the method according to the invention can be carried out in a manner known per se, preferably according to the above Application methods indicated as suitable, particularly preferably by dipping the mold or the core in a size composition provided as an immersion bath according to the invention.
  • the provided or manufactured mold or the provided or manufactured core contains particulate amorphous silicon dioxide.
  • the application to the mold takes place at a temperature of the core or the mold of> 50 ° C, preferably> 70 ° C, particularly preferably at a temperature of> 50 ° C and ⁇ 100 ° C.
  • the sized shape or the sized core can be produced according to an aforementioned method according to the invention or according to the preferred method.
  • the water-glass-bound form and / or the water-glass-bound core each contain particulate, amorphous silicon dioxide.
  • the above-disclosed form according to the invention and / or the above-disclosed core according to the invention is preferably used when casting a metal melt at a temperature> 900 ° C, preferably when casting a metal melt comprising iron and / or steel, particularly preferably when casting a metal melt comprising iron and / or or steel with a temperature> 1250 ° C.
  • the kit according to the invention comprises a size composition as component (U), the size composition being defined as above in the context of the use according to the invention of a size composition.
  • Example 1 Preparation of Sizing Compositions.
  • the size composition according to the invention (“SZ1") specified in Table 1 and the comparison size compositions not according to the invention (“SZ2" or “SZ3”) were produced in a manner known per se by mixing the ingredients specified in each case with one another: For this purpose, the required amount of water was placed in a beaker (batch size approx. 2 kg each size composition as "concentrate”, see Table 1), the rheological additives and the refractory materials (phyllosilicates, zirconium powder, graphite) were added and then with a high shear Dissolver stirrer opened for 3 minutes in a manner known per se. The other constituents of the size composition (cf. Table 1) were then added in the stated proportions and the mixture was stirred for a further 2 minutes using a high-shear dissolver stirrer. The dilutable concentrates of size compositions indicated in Table 1 were obtained in each case.
  • the information on "DIN grinding” in Table 1 means that the specified component of the size composition is in the ground state, whereby after sieving a sample of this component with a test sieve with a nominal mesh size in ⁇ m that corresponds to the specified numerical value (e.g.: "80” means "test sieve with a mesh size of 80 ⁇ m") (according to DIN ISO 3310-1: 2001-09), in each case a residue in the range of 1 to 10% by weight remains, based on the amount of sample used.
  • Biocide (benzisothiazolinone, 10% solution w / w in water) 0.3 0.3 0.3 Modified starch ./. 0.3 ./. Polyvinyl alcohol 0.4 ./. 0.4 Iron oxide (yellow) ./. 1.2 ./. Wetting agents 0.6 0.3 0.6 Defoamer 0.1 ./. 0.1 Propylene carbonate ./. 3.0 ./. Citric acid 3.0 ./. ./. TOTAL: 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
  • the dilutable concentrates of sizing compositions given in Table 1 were then diluted with water to produce ready-to-use sizing compositions for the purpose provided here (for application to molds or cores by means of an immersion process, preferably in the form of an immersion bath).
  • the size compositions for the purpose envisaged here, application to test cores by means of an immersion application or an immersion bath were produced in such a way that (i) their respective properties when applied to the test cores and (ii) the resulting properties of the coated test cores were guaranteed (densities and flow times that were as similar as possible were set; however, a different pH value for size composition SZ1 according to the invention compared to size compositions SZ2 and SZ3 not according to the invention).
  • the sizing compositions SZ1 and SZ3 each contained attapulgite as a rheological additive.
  • Sizing composition SZ2 is different from that in document WO00 / 05010 described type.
  • test cores test specimens
  • core system 1 a core shooting machine from Multiserw (type LUT, gas injection pressure: 2 bar, shot time: 3.0 s; shooting pressure 4.0 bar).
  • the test cores with the above-mentioned ready-to-use sizing compositions "SZ1", “SZ2” and “SZ3" were immersed at room temperature (25 ° C.) (conditions: 1 s immersion; 3 s holding time in the Sizing composition, 1s immersion) coated (sized).
  • the wet layer thickness of the sizes was set to about 250 ⁇ m in each case.
  • the sized test cores were then dried under the conditions given below (1 hour at 120 ° C.) in a forced-air oven, and the change in their flexural strength under the drying conditions was examined in each case.
  • test cores were each dried over a period of one hour, their flexural strengths (in N / cm 2 , according to the definition as given in leaflet R 202 of the Association of German Foundry Experts, October 1978 edition) at various times during the drying and then again one hour after the end of the drying process was measured with a standard tester of the type "Multiserw-Morek LRu-2e", in each case with a standard measuring program "Rg1v_B 870.0 N / cm 2 " (3-point flexural strength).
  • Table 2 the values for the maximum decrease in flexural strength under drying conditions are given in% for each of the examined sized test cores, in each case based on the flexural strength of the freshly sized (still wet) test core before the start of drying (initial value).
  • Table ⁇ /u> 2 Decrease in strength of sized test cores under drying conditions Sizing type on test core Maximum drop in flexural strength on drying, to% of the initial value Observation of core failure during drying SZ1 80 No SZ 2 25th No SZ 3 0 Yes
  • core failure means here and in the following that a sized core became unusable during the drying process, i.e. the sized core was unusable for the measurement of the flexural strength as well as for a subsequent cast.
  • waterglass-bonded test cores test specimens
  • their flexural strengths were each unsized shortly after their production (one hour storage time, relative humidity in the range from 30 to 60%, storage temperature in the range from 20 to 25 ° C.) as stated above, see Table 3 (entry "Unsized after 1 h").
  • test cores as indicated below in Table 3 were carried out one hour after core production (ie at the same time interval from their production) at room temperature (25 ° C.) with the size compositions SZ1 or SZ3 Dipping (conditions: 1 s immersion; 3 s holding time in the size composition, 1 s immersion) sized (designation of the size compositions as in Example 1) and each dried for one hour at 120 ° C. in a convection oven.
  • the sized, dried test cores were then subjected to a storage test for a period of four days (as far as the production of the sized core was possible or as far as the failure of the core was not determined beforehand).
  • the temperature during storage was 35 ° C.
  • test cores (“core system 1”), the production conditions of which are given in Table 4 below, were used for all tests in Example 3.
  • Table ⁇ /u> 3 Determination of the storage stability of sized and unsized foundry cores Core system Not settled after 1 h Finished with type SZ1 after storage (4d) Finished with type SZ3 after storage (4d) Not settled at / during storage Flexural strength [N / cm 2 ] 1 300 149 not definable Core failure after 131 min.
  • Table 3 show, among other things, that a waterglass-bonded test core sized with a sizing composition according to the invention (SZ1) still had> 40% of the initial strength after storage for four days, while a test core sized with a comparative sizing composition not according to the invention (SZ3) Test core was unusable under comparable conditions; its flexural strength could no longer be determined under the conditions defined above, since it broke during aging. An unsized comparison core failed under the test conditions after just 131 minutes, ie the application of a size composition according to the invention to a test core already led to a stabilization of the test core under drying conditions.
  • Table ⁇ /u> 4 Manufacturing conditions for core system 1 parameter Core system 1 Molding material (100 parts by weight) Quartz sand Binder (2.2 parts by weight) Alkali water glass solution, 25-35% by weight water glass content in water (w / w) Additive (1.0 part by weight) Particulate, amorphous silicon dioxide Core box temperature 120 ° C Aeration temperature 150 ° C Curing time 30 s
  • test cores test specimens each with and without a content of particulate, amorphous silicon dioxide were produced and their flexural strengths were each unsized shortly after for comparison purposes their production (one hour storage time at a temperature in the range from 20 to 25 ° C., relative humidity 30 to 60%) determined as stated above (for the production conditions of the test cores see Table 6).
  • test cores were sized by dipping as indicated in Table 5 below (conditions: 1s immersion; 3s holding time in the size composition, 1s immersion) (designation of the size compositions as in Example 1) and each dried for one hour at 120 ° C in a convection oven. After cooling to room temperature and a storage time of 24 hours (relative humidity in the range from 30 to 60%, temperature in the range from 20 to 25 ° C.), the flexural strengths of the sized, dried test cores were then determined as indicated above.
  • binders and additives given in Table 6 for core systems A, B and C corresponded in each case to the binders given in Table 4 (“Cordis® 8511”) and additives (“Anorgit® 8396”).
  • the above-mentioned core systems A, B and C each consisted only of the components molding material, binder and, if appropriate, additive, as indicated in Table 6.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer Schlichtezusammensetzung, insbesondere umfassend eine wässrige Phase mit einem pH-Wert von höchstens 5 und einen oder mehrere Feuerfeststoffe, in der Gießerei, sowie geschlichtete, wasserglasgebundene Gießereiformkörper, insbesondere Gießereiformen und/oder Gießereikerne, welche jeweils eine erfindungsgemäß verwendete Schlichtezusammensetzung umfassen. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines geschlichteten, wasserglasgebundenen Gießereiformkörpers (Form oder Kern). Ebenfalls betrifft die Erfindung ein Kit, u.a. enthaltend eine erfindungsgemäß verwendete Schlichtezusammensetzung. Die Erfindung wird in den beigefügten Ansprüchen definiert.
  • Das Gießen in einer verlorenen Form ist ein verbreitetes Verfahren zur Herstellung endkonturnaher Bauteile, insbesondere beim Metallguss. Nach dem Guss wird die Form zerstört und das Gussstück wird entnommen. Formen sind Negative, sie enthalten den auszugießenden Hohlraum, der das zu fertigende Gussstück ergibt. Die Innenkonturen des zukünftigen Gussstückes können durch Kerne gebildet werden. Bei der Herstellung der Form kann mittels eines Modells des zu fertigenden Gussstücks der Hohlraum in den Formstoff geformt werden. Kerne werden meist in einem separaten Kernkasten geformt.
  • Für Gießereiformen (für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auch als "Formen" bezeichnet) und Gießereikerne (für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auch als "Kerne" bezeichnet) werden als Formgrundstoffe überwiegend feuerfeste körnige Stoffe wie z.B. gewaschener, klassifizierter Quarzsand verwendet. Weitere geeignete und an sich bekannte Formgrundstoffe sind z.B. Zirkonsande, Chromitsande, Schamotten, Olivinsande, feldspathaltige Sande und Andalusitsande. Ein Formgrundstoff kann auch eine Mischung verschiedener der genannten oder anderer bevorzugter Formgrundstoffe sein. Der feuerfeste Formgrundstoff liegt bevorzugt in rieselfähiger Form vor, so dass er in eine geeignete Hohlform eingefüllt und darin verdichtet werden kann. Der Formgrundstoff bzw. die entsprechende Formstoffmischung (Formstoff) wird verdichtet, um die Festigkeit der Gießereiform zu erhöhen. Zur Herstellung der Gießereiformen werden die Formgrundstoffe mit anorganischen oder organischen Formstoffbindemitteln (Bindern) gebunden. Durch das Formstoffbindemittel wird ein fester Zusammenhalt zwischen den Partikeln des Formstoffs erzeugt, so dass die Gießereiform die erforderliche mechanische Stabilität erhält. Die Herstellung von Formen und Kernen erfolgt in der industriellen Praxis regelmäßig und vorteilhafterweise in Schießmaschinen oder Formmaschinen, in denen eine Verdichtung der partikulären Bestandteile und eine Härtung des Binders erfolgt; dies gilt auch für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzten Formen und Kerne.
  • Zur Herstellung von Gießereiformen können sowohl organische als auch anorganische Formstoffbindemittel eingesetzt werden, deren Aushärtung jeweils durch kalte oder heiße Verfahren erfolgen kann. Als kalte Verfahren bezeichnet der Fachmann dabei Verfahren, welche im Wesentlichen bei Raumtemperatur ohne Erhitzen der Gießereiform durchgeführt werden. Die Aushärtung erfolgt dabei meist durch eine chemische Reaktion, die beispielsweise dadurch ausgelöst wird, dass ein Gas als Katalysator nach der Formgebung durch die zu härtende Formstoffmischung geleitet wird, die den Formgrundstoff und das Formstoffbindemittel enthält. Bei heißen Verfahren wird die Formstoffmischung nach der Formgebung auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um beispielsweise das im Formstoffbindemittel enthaltene Lösungsmittel auszutreiben und/oder um eine chemische Reaktion zu initiieren, durch welche das Formstoffbindemittel ausgehärtet wird, beispielsweise durch Vernetzen.
  • Unabhängig vom Aushärtemechanismus ist allen organischen Formstoffbindemitteln gemeinsam, dass sie sich beim Einfüllen von flüssigem Metall in die Gießereiform thermisch zersetzen und dabei Schadstoffe wie z. B. Benzol, Toluol, Xylole, Phenol, Formaldehyd und andere, teilweise nicht identifizierte, Thermolyse- bzw. Crackprodukte freisetzen können. Es ist zwar durch verschiedene Maßnahmen gelungen, diese Emissionen zu minimieren, völlig vermeiden lassen sie sich bei organischen Formstoffbindemitteln derzeit jedoch nicht.
  • Um die Emission von Zersetzungsprodukten während des Gießvorgangs zu minimieren bzw. zu vermeiden, können Formstoffbindemittel verwendet werden, die auf anorganischen Materialien basieren und allenfalls einen sehr geringen Anteil an organischen Verbindungen enthalten. Solche Formstoffbindemittelsysteme sind bereits seit längerem bekannt, beispielsweise aus den Dokumenten GB 782205 A , US 6972059 B1 , US 5582232 A , US 5474606 A und US 7022178 .
  • Nachfolgend bezeichnet der Begriff "anorganisches Formstoffbindemittel" ein Formstoffbindemittel, welches ganz überwiegend, bevorzugt zu mehr als 95 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 99 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt vollständig aus Wasser und anorganischen Materialien besteht, so dass der Anteil an organischen Verbindungen in einem solchen anorganischen Formstoffbindemittel bevorzugt kleiner als 5 Gew.-%, vorzugsweise kleiner als 1 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 0 Gew.-% ist.
  • Der Ausdruck "anorganisch gebunden" bedeutet im Rahmen des vorliegenden Textes, dass eine Form bzw. ein Kern mit einem anorganischen Formstoffbindemittel (wie vorstehend definiert) gebunden wurde.
  • Von besonderer Bedeutung als Bestandteil anorganischer Formstoffbindemittel ist Alkaliwasserglas. Als Alkaliwasserglas werden aus einer Schmelze erstarrte, glasartige, also amorphe, wasserlösliche Natrium-, Kalium- und Lithiumsilicate, ihre Mischungen sowie die entsprechenden wässrigen Lösungen bezeichnet. Nachfolgend bezeichnet der Begriff "Wasserglas" solche amorphen, wasserlöslichen Natrium-, Kalium- und/oder Lithiumsilicate und/oder deren wässrige Lösungen und/oder Mischungen der vorgenannten Silicate und/oder deren Lösungen, die jeweils ein molares Modul (molares Verhältnis) von SiO2 zu M2O im Bereich von 1,6 bis 4,0, vorzugsweise im Bereich von 1,8 bis 2,5 aufweisen, wobei M2O die Gesamtmenge an Lithium-, Natrium- und Kaliumoxid bezeichnet. Der Ausdruck "wasserglasgebunden" bedeutet, dass ein Gießereiformkörper, insbesondere eine Form oder ein Kern, unter Verwendung eines Formstoffbindemittels hergestellt wurde bzw. herstellbar ist, welches Wasserglas umfasst oder aus Wasserglas besteht. Beispielsweise wird in der Schrift US 7770629 B2 eine Formstoffmischung vorgeschlagen, welche neben einem feuerfesten Formgrundstoff ein auf Wasserglas basierendes Formstoffbindemittel und ein teilchenförmiges Metalloxid umfasst, wobei als teilchenförmiges Metalloxid bevorzugt Fällungskieselsäure oder pyrogene Kieselsäure verwendet wird.
  • Anorganische Formstoffbindemittel weisen im Vergleich zu organischen Formstoffbindemitteln jedoch auch Nachteile auf. Beispielsweise besitzen mit bekannten anorganischen Formstoffbindemitteln hergestellte Gießereiformen oder -kerne eine vergleichsweise geringe oder geringere Stabilität gegenüber Luftfeuchtigkeit bzw. gegenüber Wasser oder wässriger Feuchtigkeit. Damit ist z.B. eine Lagerung solcher Gießereiformen oder -kerne über einen längeren Zeitraum, wie mit organischen Formstoffbindemitteln üblich, nicht zuverlässig möglich.
  • Üblicherweise werden, insbesondere beim Stahl- und Eisenguss, die Oberflächen von Gießereiformkörpern, insbesondere von Formen und Kernen, mit einem "Schlichte" genannten Überzug beschichtet, insbesondere diejenigen Oberflächen, die mit gegossenem Metall in Berührung kommen. Schlichten bilden hier eine Grenz- oder Sperrschicht zwischen Form/Kern und Metall, u.a. zur gezielten Unterdrückung von Fehlermechanismen an diesen Stellen oder zur Nutzung metallurgischer Effekte. Allgemein sollen Schlichten in der Gießereitechnik vor allem folgende Funktionen erfüllen:
    • Verbesserung der Glätte der Gussstückoberfläche;
    • Möglichst vollständige Trennung von flüssigem Metall und Form bzw. Kern;
    • Vermeidung von chemischen Reaktionen zwischen Bestandteilen von Form/Kern und Schmelze, dadurch Erleichterung der Trennung zwischen Form/Kern und Gussstück und/oder
    • Vermeidung von Oberflächenfehlern am Gussstück wie z.B. Gasblasen, Penetrationen, Blattrippen und/oder Schülpen.
  • Die vorstehend genannten sowie gegebenenfalls weitere Funktionen werden in der Regel durch die genaue Zusammensetzung der Schlichte bzw. der auf die Form bzw. den Kern zu applizierenden Schlichtezusammensetzung eingestellt und optimiert bzw. an den jeweils beabsichtigten Zweck angepasst.
  • Schlichtezusammensetzungen zur Verwendung in der Gießerei enthalten meist folgende Komponenten, oder setzen sich aus diesen zusammen: (i) ein oder mehrere feinkörnige Feuerfeststoffe, d.h. feinkörnige, feuerfeste bis hochfeuerfeste anorganische Materialien, (ii) eine Trägerflüssigkeit umfassend eine oder mehrere Verbindungen (Wasser, Alkohole, etc.) sowie (iii) als weitere Bestandteile z.B. ein oder mehrere Schlichtebindemittel (nachfolgend auch kurz als "Bindemittel" bezeichnet) und/oder Biozide und/oder Netzmittel und/oder rheologische Additive. Gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzungen zur Beschichtung von Formen und Kernen sind demnach meist Suspensionen von feinkörnigen, feuerfesten bis hochfeuerfesten anorganischen Materialien (Feuerfeststoffen) in einer Trägerflüssigkeit, z.B. einer wässrigen (Wasser enthaltenden) Trägerflüssigkeit oder einer nichtwässrigen (kein Wasser enthaltenden) Trägerflüssigkeit; zu Details hinsichtlich der Trägerflüssigkeit siehe weiter unten.
  • Die Schlichte bzw. die Schlichtezusammensetzung wird durch ein geeignetes Auftragsverfahren, beispielsweise Sprühen, Tauchen, Fluten oder Streichen auf die Innenkontur der Gießform oder auf den Kern aufgebracht und dort getrocknet, so dass ein Schlichteüberzug oder Schlichtefilm entsteht. Die Trocknung des Schlichteüberzugs kann durch Zufuhr von Wärme oder Strahlungsenergie, z.B. durch Mikrowellenstrahlung, oder durch Trocknung an der Raumluft erfolgen. Im Falle von Schlichtezusammensetzungen, welche brennbare Verbindungen in der Trägerflüssigkeit enthalten, kann die Trocknung auch durch Abbrennen dieser Verbindungen erfolgen.
  • Als "feuerfest" werden im vorliegenden Text im Einklang mit dem üblichen fachmännischen Verständnis Massen, Werkstoffe und Mineralien bezeichnet, die zumindest kurzzeitig der Temperaturbelastung beim Abguss bzw. bei der Erstarrung einer Eisenschmelze, meist Gusseisen, widerstehen können. Als "hochfeuerfest" werden Massen, Werkstoffe und Mineralien bezeichnet, die kurzfristig der Gießhitze einer Stahlschmelze widerstehen können. Die Temperaturen, die beim Abguss von Stahlschmelzen auftreten können, liegen meist höher, als die Temperaturen, welche beim Abguss von Eisen- bzw. Gusseisenschmelzen auftreten können. Feuerfeste Massen, Werkstoffe und Mineralien (Feuerfeststoffe) und hochfeuerfeste Massen, Werkstoffe und Mineralien sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise aus der DIN 51060:2000-06.
  • Als Feuerfeststoffe werden in Schlichtezusammensetzungen üblicherweise mineralische Oxide, Silikate oder Tonmineralien eingesetzt. Beispiele für auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Feuerfeststoffe sind Quarz, Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Aluminiumsilicate, Schichtsilikate, Zirkonsilikate, Olivin, Talk, Glimmer, Graphit, Koks, Feldspat, Diatomit, Kaoline, kalzinierte Kaoline, Metakaolinit, Eisenoxid, Chromit und Bauxit, die jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander eingesetzt werden können. Der Feuerfeststoff dient u.a. dazu, die Poren in einer Gießereiform oder einem Kern gegen das Eindringen des flüssigen Metalls zu verschließen. Weiter wird durch den Feuerfeststoff eine thermische Isolierung zwischen Gießereiform bzw. Kern und flüssigem Metall erreicht. Der Feuerfeststoff wird meist in Pulverform bereitgestellt. Sofern nicht anders angegeben, weisen pulverförmige Feuerfeststoffe dann eine mittlere Korngröße (vorzugsweise gemessen mittels Lichtstreuung nach ISO 13320:2009-10) im Bereich von 0,1 bis 500 µm, bevorzugt im Bereich von 1 bis 200 µm, auf. Als Feuerfeststoffe sind insbesondere solche Materialien geeignet, welche Schmelzpunkte aufweisen, die zumindest 200 °C oberhalb der Temperatur der jeweils eingesetzten Metallschmelze liegen und/oder die keine Reaktion mit der Metallschmelze eingehen.
  • Die Feuerfeststoffe werden meist in einer Trägerflüssigkeit dispergiert. Die Trägerflüssigkeit ist ein oder der Bestandteil einer Schlichtezusammensetzung, der vorzugsweise unter Normalbedingungen (20 °C und 1013,25 hPa) flüssig vorliegt und/oder bei 160 °C und Normaldruck (1013,25 hPa) verdampfbar ist. Bevorzugte Trägerflüssigkeiten, welche auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser und organischen Trägerflüssigkeiten sowie deren Mischungen untereinander und/oder mit weiteren Bestandteilen. Geeignete organische Trägerflüssigkeiten sind vorzugsweise Alkohole, einschließlich Polyalkohole und Polyetheralkohole. Bevorzugte Alkohole sind Ethanol, n-Propanol, Isopropanol (2-Propanol), n-Butanol und Glykol. Wasser und wässrige Mischungen (auch wässrige Lösungen) sind als Trägerflüssigkeit häufig bevorzugt.
  • Schlichtebindemittel (Bindemittel) dienen vor allem dazu, die in einer Schlichtezusammensetzung enthaltenen Feuerfeststoffe auf dem Formstoff zu fixieren. Beispiele für Bindemittel, welche auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind Kunstharze (organische Polymere) oder Kunstharzdispersionen wie Polyvinylalkohole, Polyacrylate, Polyvinylacetate und/oder entsprechende Copolymerisate der vorgenannten Polymere. Polyvinylalkohole sind bevorzugt. Auch Naturharze, Dextrine, Stärken und Peptide sind als Bindemittel geeignet.
  • Biozide verhindern einen bakteriellen Befall. Beispiele für auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Biozide sind Formaldehyd, 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on (MIT), 5-Chlor-2-methyl-4-iosthiazolin-3-on (CIT) und 1,2-Benzisothiazolin-3-on (BIT). Die Biozide, vorzugsweise die genannten individuellen Biozide, werden üblicherweise in einer Gesamtmenge von 10 bis 1000 ppm, vorzugsweise in einer Menge von 50 bis 500 ppm verwendet, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzung (die dazu vorgesehen ist, unmittelbar auf eine Gießform bzw. einen Kern appliziert zu werden).
  • Rheologische Additive (Stellmittel) werden eingesetzt, um die für die Verarbeitung gewünschte Fließfähigkeit der Schlichte einzustellen. Auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete anorganische Stellmittel sind beispielsweise quellfähige Tone, wie z.B. Natriumbentonit oder auch Attapulgit (Palygorskit). Als auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete organische Stellmittel sind beispielsweise quellfähige Polymere zu nennen wie Cellulosederivate, insbesondere Carboxymethyl-, Methyl-, Ethyl-, Hydroxyethyl- und Hydroxypropylcellulose; Pflanzenschleime, Polyvinylpyrrolidon, Pektin, Gelatine, Agar Agar, Polypeptide und/oder Alginate. Die vorgenannten rheologischen Additive bzw. Stellmittel sind bevorzugte Inhaltsstoffe der erfindungsgemäß verwendeten Schlichtezusammensetzung.
  • Insbesondere im Falle von wässrigen (d.h. als Trägerflüssigkeit oder Bestandteil der Trägerflüssigkeit Wasser enthaltenden) Schlichtezusammensetzungen können zudem Netzmittel eingesetzt werden, um eine bessere Benetzung des Formstoffes zu erzielen. Dem Fachmann sind ionische und nichtionische Netzmittel bekannt. Beispielsweise werden als ionische Netzmittel Dioctylsulfosuccinate und als nichtionische Netzmittel Alkindiole bzw. ethoxylierte Alkindiole eingesetzt. Die vorgenannten Netzmittel sind auch bevorzugte Inhaltsstoffe der erfindungsgemäß verwendeten wässrigen Schlichtezusammensetzung.
  • Eine Schlichtezusammensetzung kann darüber hinaus Entschäumer, Pigmente und/oder Farbstoffe enthalten. Als Entschäumer können beispielsweise Silikon- oder Mineralöl verwendet werden. Beispiele für Pigmente sind rotes und gelbes Eisenoxid sowie Graphit. Beispiele für Farbstoffe sind handelsübliche, dem Fachmann bekannte Farbstoffe. Die vorgenannten Entschäumer, Pigmente und/oder Farbstoffe sind auch bevorzugte Inhaltsstoffe der erfindungsgemäß verwendeten Schlichtezusammensetzung
  • Um den steigenden Anforderungen im Bereich Umwelt- und Emissionsschutz gerecht werden zu können, sollten zukünftig auch im Bereich des Stahl- und Eisengusses anorganische Formstoffbindemittel, insbesondere wasserglashaltige Formstoffbindemittel, bei der Fertigung von Formen und Kernen an Bedeutung gewinnen. Um die erwünschte bzw. notwendige Abgussgüte zu erzielen, ist es, wie oben angeführt, meist notwendig oder vorteilhaft, anorganisch gebundene Formen und Kerne mit einer Schlichte zu überziehen. Im Sinne des Umwelt- und Emissionsschutzes ist es daher konsequenterweise auch bei der Auswahl der Schlichte erstrebenswert, auf die Verwendung von organischen Trägerflüssigkeiten so weit wie möglich zu verzichten und vorzugsweise wasserbasierte Schlichten, d.h. Schlichten mit Wasser als alleiniger Trägerflüssigkeit oder als zumindest überwiegendem Anteil an der Trägerflüssigkeit einzusetzen.
  • Wie vorstehend angegeben besitzen aber Gießereiformkörper, insbesondere Formen und Kerne, die mit anorganischen Formstoffbindemitteln, insbesondere mit wasserglashaltigen Formstoffbindemitteln, hergestellt wurden, eine geringe Stabilität gegenüber der Einwirkung von Wasser oder wässriger Feuchte. Das in wasserbasierten Schlichtezusammensetzungen enthaltene Wasser kann folglich die damit behandelten (geschlichteten), anorganisch gebundenen Formen und Kerne beschädigen. Dadurch kann insbesondere die Festigkeit der so geschlichteten Formen und Kerne nachteilig vermindert werden. Diesem in der Gießereitechnik bekannten besonderen Problem (vgl. z.B. WO 00/05010A1 ) kann mit bisher eingesetzten Mitteln, darunter z.B. eine besonders intensive Härtung der Formen und Kerne, aufwändige Verfahren zur Trocknung der applizierten Schlichte oder die Anpassung der Formstoffmischung, bislang nur unzureichend begegnet werden.
  • In Dokument WO 00/05010 wird angegeben, dass eine Beschichtung auf der Basis von Wasser insbesondere angewendet werden kann auf mit Kohlenstoffdioxid begasten und mit Natriumsilikat gebundenen Kernen und Formen, wenn die zum Einsatz kommende Zusammensetzung der Beschichtung einen in Wasser löslichen oder einen mit Wasser mischbaren spezifischen Zusatzstoff wie Ester von mehrwertigen Alkoholen, Carbonate, Ester oder Lactone enthält. Die einzelnen Bestandteile des Beschichtungssystems werden vorzugsweise erst unmittelbar vor dem Beschichtungsvorgang miteinander vermischt.
  • In Dokument WO 2013/044904 A1 wird angegeben, dass durch die Kombination bestimmter Tone als Inhaltsstoffe einer wasserhaltigen Schlichte Schlichten mit einem ungewöhnlich hohen Feststoffgehalt hergestellt werden können, deren Viskosität aber trotzdem mit handelsüblichen, gebrauchsfertigen Schlichten vergleichbar sei, wobei die Qualität der mit diesen Schlichten beschichteten, mit anorganischen Formstoffbindemitteln gebundenen Kerne und Formen verbessert werden könne.
  • In den Dokumenten DE 10 2011 115 025 A1 und WO 2013/050022 A2 wird angegeben, dass bei Zugabe bestimmter Salze in einem bestimmten Konzentrationsbereich zu einer wässrigen Schlichtezusammensetzung die Qualität der geschlichteten anorganischen Kerne und Formen verbessert werden, insbesondere deren Lagerstabilität gesteigert werden könne. Bei den Salzen handelt es sich um Salze von Magnesium und/oder Mangan, insbesondere deren Sulfate und Chloride.
  • Die Dokumente DE 10 2011 115 024 A1 und WO 2013/050023 A2 geben an, dass bei Zugabe bestimmter Additive zu einer wässrigen Schlichtezusammensetzung die Qualität der geschlichteten anorganischen Kerne und Formen verbessert, insbesondere deren Lagerstabilität gesteigert werden könne. Als Additiv-Bestandteil der Schlichtezusammensetzung werden Ester der Ameisensäure (Methansäure) verwendet, wobei die Kettenlänge des bei der Veresterung verwendeten Alkohols bzw. der Alkoholmischung insbesondere im Mittel kleiner sechs und besonders bevorzugt kleiner drei Kohlenstoffatome beträgt.
  • Das Dokument DE 27 30 753A1 beschreibt eine Masse zur Beschichtung von Formen, welche bei der Bearbeitung von geschmolzenen Metallen verwendet werden, und Formen, die mit dieser Masse beschichtet sind. Die vorgenannte Masse kann beispielsweise Ameisensäure oder deren Salze enthalten.
  • Das Dokument DE 10 2006 040 385 A1 offenbart temperaturstabile BN-Formtrennschichten auf Basis von keramischen und glasartigen Bindern; das Dokument offenbart jedoch nicht die Verwendung für anorganisch gebundene Formen oder Kerne (auf Basis entsprechender Formgrundstoffe) zur Verwendung in der Gießerei.
  • JP S55 19415 offenbart eine Schlichte mit einem pH-Wert von 4.0-5.0 für harzgebundene Formstoffkörper.
  • Das Deutsche Patent- und Markenamt hat zu der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2006 040 385 A1 , DE 10 2006 002 246 A1 und DE 10 2005 041 863 A1 .
  • Die vorstehend genannten Probleme bestehen aber, wie eigene Untersuchungen gezeigt haben, selbst bei einer Vorgehensweise nach dem genannten Stand der Technik noch in relevantem Maße.
  • Ausgehend vom Stand der Technik besteht daher ein Bedarf an weiter verbesserten Schlichtezusammensetzungen zur Verwendung in der Gießerei, welche eine oder mehrere, vorzugsweise alle, der folgenden vorteilhaften Eigenschaften aufweisen oder ermöglichen sollen:
    • die Festigkeit der damit herstellbaren geschlichteten Formen und/oder Kerne soll gegenüber mit bekannten wasserhaltigen Schlichten bzw. Schlichtezusammensetzungen geschlichteten Formen und Kernen erhöht werden, insbesondere soweit die Formen und Kerne mit anorganischen Formstoffbindemitteln, insbesondere mit wasserglashaltigen Formstoffbindemitteln, hergestellt wurden;
    • die Lagerstabilität sowie die Beständigkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit der damit herstellbaren geschlichteten Formen und/oder Kerne soll gegenüber mit bekannten wasserhaltigen Schlichten bzw. Schlichtezusammensetzungen geschlichteten Formen und/oder Kernen erhöht werden;
    • die Lagerstabilität der Schlichtezusammensetzung selbst soll gegenüber bekannten wasserhaltigen Schlichtezusammensetzungen nicht signifikant verschlechtert sein oder sogar gesteigert werden;
    • die Applikation der Schlichtezusammensetzung auf heiße Formen und/oder Kerne (d.h. insbesondere auf solche Formen und/oder Kerne, welche Temperaturen von mehr als 50 °C, vorzugsweise Temperaturen im Bereich von 50 bis 100 °C, aufweisen) soll ermöglicht oder zumindest verbessert werden;
    • die damit herstellbaren geschlichteten Formen und Kerne sollen eine hohe Abgussgüte und Glätte der Gussstückoberfläche, vorzugsweise eine fehlerarme Abgussgüte, besonders bevorzugt eine fehlerfreie Abgussgüte, ermöglichen;
    • der Einsatz von anorganisch gebundenen, insbesondere wasserglasgebundenen Gießereiformkörpern, insbesondere Formen und/oder Kernen, soll auch für den Eisen- und/oder Stahlguss ermöglicht bzw. die Möglichkeit des Einsatzes für diese Zwecke soll erweitert werden.
  • Es war allgemein eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schlichtezusammensetzung zur Verwendung in der Gießerei anzugeben, die eine oder mehrere oder sämtliche der vorstehend genannten Eigenschaften besitzt bzw. ermöglicht.
  • Es war dabei eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verwendung einer Schlichtezusammensetzung in der Gießerei zu ermöglichen, die auf anorganisch gebundenen, insbesondere wasserglasgebundenen, Gießereiformkörpern, vorzugsweise Formen und/oder Kernen eingesetzt werden kann, ohne deren Eigenschaften, insbesondere deren Festigkeiten, nachteilig zu beeinflussen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Aufgabe war es, geschlichtete anorganisch gebundene Gießereiformkörper, insbesondere Gießereiformen und/oder Gießereikerne, zur Verfügung zu stellen, welche jeweils eine erfindungsgemäß anzugebende Schlichtezusammensetzung umfassen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines mit einer wasserhaltigen Schlichte geschlichteten anorganisch gebundenen Gießereiformkörpers zur Verfügung zu stellen.
  • Zudem war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kit, u.a. enthaltend eine erfindungsgemäß anzugebende Schlichtezusammensetzung, zur Verfügung zu stellen.
  • Die Erfindung wird in den beigefügten Ansprüchen näher definiert bzw. beschrieben. Spezielle und/oder bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend genauer beschrieben. Im Rahmen des durch die Ansprüche definierten Gegenstands lassen sich bevorzugte Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung mit anderen Aspekten oder Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere mit anderen bevorzugten Aspekten oder Ausführungsformen, kombinieren. Die Kombination von jeweils bevorzugten Aspekten oder Ausführungsformen miteinander ergibt jeweils wieder bevorzugte Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung. Ausführungsformen, Aspekte oder Eigenschaften, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung für die erfindungsgemäß verwendete Schlichtezusammensetzung beschrieben oder als bevorzugt beschrieben werden, gelten jeweils entsprechend bzw. sinngemäß auch für erfindungsgemäße Verfahren, für erfindungsgemäße geschlichtete Formen oder Kerne sowie für erfindungsgemäße Kits im Rahmen des durch die Ansprüche definierten Gegenstands.
  • Sofern im Folgenden erfindungsgemäß verwendete Schlichtezusammensetzungen, erfindungsgemäße Verfahren, erfindungsgemäße geschlichtete Formen oder Kerne sowie erfindungsgemäße Kits beschrieben werden, welche näher bestimmte Ausführungsformen, Bestandteile oder Merkmale "umfassen" oder "enthalten", soll, im Rahmen des durch die Ansprüche definierten Gegenstands, jeweils auch die in einem engeren Umfang zu verstehende entsprechende Variante der besagten Verwendungen, Verfahren, geschlichteten Formen oder Kerne bzw. Kits mit offenbart sein, welche aus diesen jeweils näher bestimmten Ausführungsformen, Bestandteilen oder Merkmalen "besteht".
  • Erfindungsgemäß werden die primäre Aufgabe und weitere oben angegebene Aspekte der allgemeinen Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer Schlichtezusammensetzung umfassend
    1. (a) einen oder mehrere Feuerfeststoffe, und
    2. (b) eine wässrige Phase mit einem pH-Wert von höchstens 5, vorzugsweise höchstens 4,
    zur Herstellung eines Überzugs auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern, zur Verwendung in der Gießerei, wobei die wasserglasgebundene Form bzw. der wasserglasgebundene Kern partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthält.
  • In der wasserglasgebundenen Form bzw. dem wasserglasgebundenen Kern liegen üblicherweise neben dem partikulären, amorphen Siliziumdioxid größere Mengen an herkömmlichen Formgrundstoffen vor. Zur Auswahl bevorzugter Formgrundstoffe siehe oben.
  • Als Feuerfeststoffe in der Schlichtezusammensetzung (vgl. Bestandteil (a)) werden vorzugsweise eine oder mehrere Substanzen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarz, Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Aluminiumsilicate, Schichtsilikate, Zirkonsilikate, Olivin, Talk, Glimmer, Graphit, Koks, Feldspat, Diatomit, Kaoline, kalzinierte Kaoline, Metakaolinit, Eisenoxid und Bauxit.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der pH-Wert in einer Schlichtezusammensetzung jeweils bestimmt aus der bzw. einer Suspension, vorzugsweise gemäß der Standard-Methode DIN 19260:2012-10.
  • Die Gießereiformkörper, welche mit der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung überzogen (geschlichtet) werden können, können auf beliebige, jeweils an sich bekannte Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Schießen, Schütten oder durch 3D-Drucktechniken.
  • Ohne Gewähr der Richtigkeit wird vermutet, dass bei entsprechendem Einsatz der erfindungsgemäßen wässrigen Schlichtezusammensetzung zwar wegen des Wasseranteils der Schlichtezusammensetzung Bindungsstrukturen im Alkalisilikatgerüst des wasserglasgebundenen, geschlichteten Gießereiformkörpers (Form oder Kern) angegriffen werden, temporär möglicherweise daraus resultierende Schwächungen der Bindungsstruktur allerdings durch eine weitere chemische Reaktion, etwa eine Säure-Base-Reaktion, wieder beseitigt werden, wodurch im Ergebnis eine erhöhte Festigkeit solcher geschlichteter, wasserglasgebundener Gießereiformkörper im Vergleich mit dem Stand der Technik erreicht wird.
  • Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die überzogene wasserglasgebundene Form bzw. die überzogene wasserglasgebundenen Kern, im Vergleich mit einer überzogenen wasserglasgebundenen Vergleichs-Form bzw. einem überzogenen wasserglasgebundenen Vergleichs-Kern, zu deren bzw. dessen Herstellung unter ansonsten identischen Bedingungen eine Vergleichs-Schlichtezusammensetzung eingesetzt wurde, die aus der Schlichtezusammensetzung durch Zugabe von Natriumhydroxid bis zum Erreichen eines pH-Werts von 7 erhalten wurde, eine beim Trocknen weniger abnehmende Biegefestigkeit besitzt. Technisch besonders relevant sind in der industriellen Praxis nämlich solche "sauren" Schlichtezusammensetzungen (d.h. solche umfassen eine wässrige Phase mit einem pH-Wert von höchstens 5, vorzugsweise höchstens 4), deren "alkalische" Äquivalente (pH 7 oder höher) zu überzogenen wasserglasgebundenen Formen bzw. Kernen führen, die beim Trocknen eine größeren Abnahme der Biegefestigkeit zeigen.
  • Bevorzugt ist zudem eine erfindungsgemäße Verwendung, wobei die überzogene wasserglasgebundene Form bzw. der überzogene wasserglasgebundenen Kern, im Vergleich mit einer überzogenen wasserglasgebundenen Vergleichs-Form bzw. einem überzogenen wasserglasgebundenen Vergleichs-Kern, zu deren bzw. dessen Herstellung unter ansonsten identischen Bedingungen eine Vergleichs-Schlichtezusammensetzung eingesetzt wurde, die aus der Schlichtezusammensetzung durch Zugabe von Natriumhydroxid bis zum Erreichen eines pH-Werts von 7 erhalten wurde, eine erhöhte Lagerstabilität besitzen.
  • Im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung einer Schlichtezusammensetzung enthält die wasserglasgebundene Form bzw. der wasserglasgebundene Kern partikuläres, amorphes Siliziumdioxid.
  • Unter dem Begriff "partikuläres, amorphes Siliziumdioxid" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung teilchenförmiges synthetisches Siliziumdioxid verstanden, vorzugsweise Fällungskieselsäure und/oder pyrogene Kieselsäuren. Pyrogene Kieselsäuren sind bevorzugt.
  • Fällungskieselsäure ist an sich bekannt und kann z.B. auf an sich bekannte Weise durch Reaktion einer wässrigen Alkalisilikatlösung mit Mineralsäuren erhalten werden: der dabei anfallende Niederschlag wird anschließend abgetrennt, getrocknet und gegebenenfalls vermahlen. Pyrogene Kieselsäuren sind ebenfalls an sich bekannt und können vorzugsweise auf an sich bekannte Weise bei hohen Temperaturen durch Koagulation aus der Gasphase gewonnen werden. Die Herstellung pyrogener Kieselsäure kann z.B. durch Flammhydrolyse von Siliziumtetrachlorid, oder für die Zwecke der vorliegenden Erfindung vorzugsweise im Lichtbogenofen durch Reduktion von Quarzsand mit Koks oder Anthrazit zu Siliziummonoxidgas mit anschließender Oxidation zu Siliziumdioxid erfolgen. Eine weitere erfindungsgemäß bevorzugte Form von amorphem, partikulärem Siliziumdioxid fällt bei der Zirkondioxidherstellung an. Eine weitere, an sich bekannte, Möglichkeit der Herstellung von partikulärem amorphem Siliziumdioxid ist das Versprühen einer Siliziumdioxidschmelze: die primären, amorphen Siliziumdioxid-Teilchen entstehen hierbei (wie auch in anderen bevorzugten Herstellverfahren) nicht durch einen Vermahlungsprozess.
  • Die primären amorphen Siliziumdioxid-Teilchen ("Primärpartikel") liegen nach den oben genannten Herstellungsprozessen häufig agglomeriert, d.h. als Agglomerate von Primärpartikeln vor. Die Teilchenform der Primärpartikel des partikulären, amorphen Siliziumdioxids ist vorzugsweise sphärisch. Die sphärische Gestalt der Primärpartikel kann z.B. mittels Rasterelektronenmikroskopie festgestellt werden. Vorzugsweise sind die Primärpartikel des partikulären, amorphen Siliziumdioxids sphärisch und besitzen eine Sphärizität von 0,9 oder mehr, bestimmt durch Auswertung zweidimensionaler mikroskopischer (vorzugsweise rasterelektronenmikroskopischer) Bilder.
  • Wasserglasgebundene Formen und Kerne, einschließlich solcher, welche partikuläres amorphes Siliziumdioxid (neben herkömmlichen Formgrundstoffen) enthalten, und deren Herstellung, sind an sich bekannt, beispielsweise aus den Dokumenten WO 2006/024540 und WO 2009/056320 . Die vorgenannten, an sich bekannten Formen und Kerne sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet.
  • Ebenfalls bevorzugt ist gemäß einer Ausführungsform eine erfindungsgemäße oder bevorzugte erfindungsgemäße Verwendung einer Schlichtezusammensetzung, wobei die wässrige Phase (b)
    • (b1) Wasser, und
    • (b2) eine oder mehrere Säuren, vorzugsweise mit einem pKa < 5, bevorzugt mit einem pKa < 4,
    umfasst,
    wobei vorzugsweise das Verhältnis der Masse des Bestandteils (b1) zur Masse des Bestandteils (b2) im Bereich von 10:1 bis 200: 1, besonders bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 100:1 liegt.
  • Die eine oder die mehreren Säuren können bei Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Schlichtezusammensetzung in üblicher Form, d.h. fest oder flüssig und gegebenenfalls verdünnt, vorzugsweise verdünnt mit Wasser, mit weiteren Bestandteilen der Schlichtezusammensetzung vermischt werden (also insbesondere mit Feuerfeststoffen gemäß Bestandteil (a) und Wasser gemäß Bestandteil (b1)) so dass der gewünschte pH-Wert eingestellt bzw. erreicht wird.
  • Vorzugsweise gilt das angegebene bevorzugte Verhältnis der Massen (b1) zu (2), sofern die eine oder mehreren Säuren des Bestandteiles (b2) ausgewählt sind aus der Gruppe der organischen Säuren, wie weiter unten näher beschrieben; die Masse des Bestandteils (b2) bezieht sich dabei jeweils auf die Gesamtmasse der reinen (d.h. ohne Anhaftungen bzw. Kristallwasser etc. vorliegenden) organischen Säure bzw. organischen Säuren. Sofern eine Säure mehrere pKa-Werte aufweist (z.B. Citronensäure), ist für die Zwecke der vorliegenden Erfindung jeweils der niedrigste (erste) pKa-Wert gemeint.
  • In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen oder bevorzugten erfindungsgemäßen Verwendung einer Schlichtezusammensetzung ist vorzugsweise das Verhältnis der Masse des Bestandteils (b1) zur Gesamtmasse der wässrigen Phase (b) größer als 50 %, bevorzugt größer als 70 %, besonders bevorzugt größer als 90 %.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen oder bevorzugten erfindungsgemäßen Verwendung einer Schlichtezusammensetzung besitzt die wässrige Phase vorzugsweise einen pH-Wert von höchstens 4.
  • Bevorzugt ist allgemein eine erfindungsgemäße Verwendung, bei der zwei oder mehr der bevorzugten Ausführungsformen gleichzeitig verwirklicht sind.
  • Besonders bevorzugte Kombinationen bevorzugter Parameter, Eigenschaften und Bestandteile der Erfindung ergeben sich generell aus den beigefügten Ansprüchen.
  • Eine besonders bevorzugte Variante ist eine erfindungsgemäße oder bevorzugte erfindungsgemäße Verwendung einer Schlichtezusammensetzung, wobei der Bestandteil (b2) eine oder mehrere Säuren umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus anorganischen und organischen Säuren. Die vorgenannten organischen Säuren sind dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, bevorzugt bei 25°C und 1013 mbar (bzw. 1013 hPa) feste Mono-, Di- und Tricarbonsäuren. Besonders bevorzugt sind die organischen Säuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Citronensäure und Oxalsäure. Die vorgenannten anorganischen Säuren sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und sauren Phosphaten, z.B. Aluminiumphosphat, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure.
  • Der Einsatz organischer Säuren in Kombination mit einer oder mehreren anorganischen Säuren in oder als Bestandteil (b2) ist bevorzugt. Besonders bevorzugt ist der Einsatz organischer Säuren in oder als Bestandteil (b2).
  • In der vorgenannten bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Verwendung einer Schlichtezusammensetzung liegt das Verhältnis der Gesamtmasse an anorganischen und organischen Säuren des Bestandteils (b2) zur Gesamtmasse der Schlichtezusammensetzung vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 % (d.h. im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-%), mehr bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 5 % (d.h. im Bereich von 0,5 bis 5 Gew.-%), noch mehr bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 % (d.h. im Bereich von 1 bis 5 Gew.-%), besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 3,5 % (d.h. im Bereich von 1 bis 3,5 Gew.-%) und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3,5 % (d.h. im Bereich von 2,5 bis 3,5 Gew.-%).
  • Weiter ist besonders bevorzugt eine erfindungsgemäße Verwendung einer Schlichtezusammensetzung, vorzugsweise eine als bevorzugt bezeichnete erfindungsgemäße Verwendung, wobei der Bestandteil (a) partikuläres, amorphes Siliziumdioxid umfasst, vorzugsweise partikuläres, amorphes Siliziumdioxid, dessen Primärpartikel (i) sphärisch sind und/oder einen D90-Wert < 10 µm, bevorzugt einen D90-Wert von < 1 µm, besitzen, bestimmt mittels Laserbeugung, besonders bevorzugt partikuläres, amorphes Siliziumdioxid, welches als Nebenbestandteil (i) Zirkondioxid und/oder (ii) eine Lewis-Säure, ganz besonders bevorzugt Zirkondioxid, umfasst. Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Verwendung einer Schlichtezusammensetzung, wobei die Primärpartikel des partikulären, amorphen Siliziumdioxids des Bestandteils (a) (i) sphärisch sind und/oder (ii) einen D90-Wert < 10 µm, vorzugsweise < 1 µm, besitzen, bestimmt mittels Laserbeugung. Vorzugsweise sind die Primärpartikel des partikulären, amorphen Siliziumdioxids des Bestandteils (a) (i) sphärisch und besitzen eine Sphärizität von 0,9 oder mehr, bestimmt durch Auswertung zweidimensionaler mikroskopischer Bilder. Moderne handelsübliche elektronenmikroskopische oder lichtmikroskopische Systeme ermöglichen eine digitale Bildanalyse und somit eine komfortable Bestimmung der Partikelform. Die digitale Bildanalyse ist für Untersuchungen zur Sphärizität bevorzugt.
  • Darüber hinaus ist besonders bevorzugt eine erfindungsgemäße Verwendung einer Schlichtezusammensetzung, vorzugsweise eine als bevorzugt bezeichnete erfindungsgemäße Verwendung, wobei der Bestandteil (a) eine oder mehrere Substanzen umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Quarz, Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Aluminiumsilicate, Schichtsilikate, Zirkonsilikate, Olivin, Talk, Glimmer, Graphit, Koks, Feldspat, Diatomit, Kaoline, kalzinierte Kaoline, Metakaolinit, Eisenoxid und Bauxit.
  • Der "D90-Wert" der Primärpartikel des partikulären, amorphen Siliziumdioxids bezeichnet deren Teilchengrößenverteilung. Die Teilchengrößenverteilung wird auf an sich bekannte Weise durch Laserbeugung bestimmt, vorzugsweise nach der Standard-Methode gemäß DIN ISO 13320:2009-10. Hierbei ermittelte D90-Werte der Summenhäufigkeitsverteilung der volumengemittelten Größenverteilungsfunktion geben an, dass 90 Vol.-% der Primärpartikel eine Teilchengröße aufweisen, die gleich oder kleiner als der angegebene Wert (z.B. 10 µm) ist. Geeignete Geräte für die Bestimmung der Teilchengrößenverteilung sind an sich bekannte Laserbeugungsgeräte, z.B. vom Typ "Mastersizer 3000" der Fa. Malvern, Großbritannien, vorzugsweise vom Typ "Coulter LS 230" der Fa. Beckman Coulter, USA, wobei die Messung vorzugsweise mit Hilfe der "Polarization Intensity Differential Scattering" ("PIDS")-Technologie vorgenommen wird. Die Auswertung der Streulichtsignale erfolgt bei den vorgenannten Laserbeugungsmethoden jeweils vorzugsweise nach der Mie-Theorie, welche auch Brechungs- und Absorptionsverhalten der Primärpartikel berücksichtigt.
  • Sofern die Primärpartikel des partikulären, amorphen Siliziumdioxids als Agglomerate und/oder Aggregate und/oder in anderer Weise als Zusammenschlüsse mehrerer Primärpartikel vorliegen, werden diese vor Durchführung der Bestimmung der Teilchengrößenverteilung der Primärpartikel vorzugsweise auf an sich bekannte Weise schonend mechanisch oder in ähnlicher Weise getrennt, um eine Verfälschung des Ergebnisses soweit wie möglich auszuschließen.
  • Der Begriff "Nebenbestandteil" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass das partikuläre, amorphe Siliziumdioxid des Bestandteils (a) solche Nebenbestandteile nur in geringen Mengen enthält, die etwa noch als Verunreinigungen oder Anhaftungen aus vorangegangenen Herstellungs- und/oder Bearbeitungsverfahren des partikulären, amorphen Siliziumdioxids stammen können. Die genannten Nebenbestandteile sind einer Menge von nicht mehr als 18 Gew.-% (bzw. Massenanteil), besonders bevorzugt in einer Menge von nicht mehr als 12 Gew.-%, am meisten bevorzugt in einer Menge von nicht mehr als 8 Gew.-% vorhanden, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des partikulären amorphen Siliziumdioxids des Bestandteils (a).
  • Einer der vorgenannten Nebenbestandteile im Bestandteil (a) kann eine Lewis-Säure sein. Jedoch können auch mehrere Lewis-Säuren und/oder deren Mischungen umfasst sein. Unter "Lewis-Säure" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Säure nach dem von G. N. Lewis vorgeschlagenen Konzept verstanden, wonach eine Säure ein Elektronenpaarakzeptor, d. h. ein Molekül oder Ion mit unvollständiger Edelgaskonfiguration ist, das ein von einer Lewis-Base zur Verfügung gestelltes Elektronenpaar aufnehmen und mit dieser ein sogenanntes Lewis-Addukt bilden kann. Eine Lewis-Säure ist elektrophil, während eine Lewis-Base nucleophil ist. Es können somit auch Moleküle und Ionen als Säuren aufgefasst werden, die nach den klassischen Vorstellungen keine Säuren sind.
  • Neben den vorstehend genannten Bestandteilen können die erfindungsgemäß verwendeten Schlichtezusammensetzungen noch weitere Bestandteile enthalten, z.B. Ester, Lactone und/oder Säureanhydride, beispielsweise Methylformiat, Ethylformiat, Propylencarbonat, γ-Butyrolacton, Diacetin, Triacetin, an sich bekannten "dibasischen Ester" (eine Mischung von mehreren Dimethylestern von Dicarbonsäuren, insbesondere von Glutarsäure, Bernsteinsäure und Adipinsäure), Essigsäureanhydrid, Methylcarbonat und ε-Caprolacton.
  • In einer Ausgestaltung ist eine erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung einer Schlichtezusammensetzung bevorzugt, wobei die Schlichtezusammensetzung einen oder mehrere oder sämtliche der folgenden Bestandteile umfasst:
    • ein oder mehrere Biozide,
    • ein oder mehrere Netzmittel,
    • ein oder mehrere rheologische Additive, und
    • ein oder mehrere Bindemittel, vorzugsweise Polyvinylalkohol.
  • Als Biozide eignen sich übliche Biozide wie Mikrobizide, insbesondere Bakterizide, Algizide und/oder Fungizide. Vorzugsweise können die weiter oben angegebenen Biozide eingesetzt werden. Als Netzmittel eignen sich vorzugsweise die weiter oben angeführten Netzmittel. Als rheologische Additive eignen sich vorzugsweise die weiter oben angeführten rheologischen Additive. Als Bindemittel eignen sich vorzugsweise die oben angeführten Bindemittel. Polyvinylalkohol ist ein besonders bevorzugtes Bindemittel.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Verwendung einer Schlichtezusammensetzung bevorzugt, wobei die Schlichtezusammensetzung einen Feststoffgehalt kleiner 80 Gew.-% besitzt, vorzugsweise kleiner 45 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Schlichtezusammensetzung.
  • Die erfindungsgemäß zu verwendende Schlichtezusammensetzung ist vorzugsweise gebrauchsfertig, ist also dazu vorgesehen, unmittelbar auf eine Gießform bzw. einen Kern appliziert zu werden. Die erfindungsgemäß zu verwendende Schlichtezusammensetzung kann aber auch als Konzentrat vorliegen, ist dann also dazu vorgesehen, vor der Applikation auf eine Gießform bzw. einen Kern verdünnt zu werden, insbesondere durch Zugabe von Wasser oder einer wässrigen Mischung. Dies gilt für sämtliche Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, sofern nicht anders angegeben oder spezifiziert. Der Fachmann entscheidet im Einzelfall, ob eine Schlichtezusammensetzung gebrauchsfertig ist oder noch verdünnt werden sollte.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung besonders bevorzugt, wobei die Schlichtezusammensetzung ein oder mehrere Bindemittel, vorzugsweise umfassend Polyvinylalkohol, in einer Gesamtmenge von nicht mehr als 2 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 0,80 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Schlichtezusammensetzung umfasst.
  • Die Bestimmung des Feststoffgehaltes einer erfindungsgemäß zu verwendenden Schlichtezusammensetzung erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß Merkblatt P79 des Vereins Deutscher Gießereifachleute in der Fassung von 1976, Punkt 6.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist besonders die erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung einer Schlichtezusammensetzung bevorzugt, wobei die Applikation der Schlichtezusammensetzung auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern zur Verwendung beim Abguss einer Metallschmelze mit einer Temperatur > 900 °C, vorzugsweise > 1250 °C, erfolgt, vorzugsweise zur Verwendung beim Abguss einer Metallschmelze umfassend Eisen und/oder Stahl.
  • Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung einer Schlichtezusammensetzung besonders bevorzugt, wobei die Applikation der Schlichtezusammensetzung auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern zur Verwendung beim Eisen- oder Stahlguss erfolgt.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist besonders die erfindungsgemäße oder erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung einer Schlichtezusammensetzung bevorzugt, wobei die Applikation der Schlichtezusammensetzung auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern bei einer Temperatur des wasserglasgebundenen Kerns bzw. der wasserglasgebundenen Form von > 50 °C, bevorzugt > 70 °C erfolgt, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von > 50 ° und < 100 °C. Überraschender Weise entsteht unter diesen Bedingungen bzw. bleibt unter diesen Bedingungen eine für nachfolgende Be- bzw. Verarbeitungsschritte brauchbare Form bzw. ein brauchbarer Kern erhalten.
  • Weiter ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung von Säure zur Einstellung eines pH-Wertes von höchstens 5, vorzugsweise eines pH-Wertes von höchstens 4, in der wässrigen Phase einer Schlichtezusammensetzung zum Auftragen auf eine wasserglasgebundene Form oder einen wasserglasgebundenen Kern. Vorzugsweise ist die vorgenannte Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischen und organischen Säuren. Die organischen Säuren sind dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, bevorzugt bei 25°C und 1013 mbar feste Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, besonders bevorzugt Citronensäure und Oxalsäure. Die anorganischen Säuren sind dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und sauren Phosphaten, z.B. Aluminiumphosphat, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure. Die wasserglasgebundene Form oder der wasserglasgebundene Kern umfasst partikuläres, amorphes Siliziumdioxid, wobei die Säure vorzugsweise zur Einstellung eines pH-Wertes von höchstens 4 verwendet wird.
  • Ebenfalls ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer geschlichteten, wasserglasgebundenen Form, vorzugsweise mit hoher Lagerstabilität, oder eines geschlichteten, wasserglasgebundenen Kerns, vorzugsweise mit hoher Lagerstabilität, zur Verwendung in der Gießerei, mit folgenden Schritten:
    1. (1) Bereitstellen oder Herstellen einer Schlichtezusammensetzung wie vorstehend im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung einer Schlichtezusammensetzung definiert,
    2. (2) Bereitstellen oder Herstellen einer ungeschlichteten, wasserglasgebundenen Form oder eines ungeschlichteten, wasserglasgebundenen Kerns, und
    3. (3) Auftragen der bereitgestellten oder hergestellten Schlichtezusammensetzung aus Schritt (1) auf die in Schritt (2) bereitgestellte oder hergestellte Form bzw. den bereitgestellten oder hergestellten Kern.
  • Die in Schritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte oder hergestellte Schlichtezusammensetzung kann nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann Wasser in geeigneter Menge vorgelegt werden und die weiteren Bestandteile zur Herstellung der Schlichtezusammensetzung können dann in jeweils gewünschter Menge zu dieser Vorlage unter Rühren mit einem geeigneten Rührer wie einem hochscherenden Rührer, z.B. einem Zahnradrührer oder einem Dissolverrührer, hinzugegeben werden. Sofern nötig, können Bestandteile vor oder während der Zugabe auf an sich bekannte Weise aufgeschlossen werden. So können z.B. gegebenenfalls ein oder mehrere rheologische Additive unter Einsatz eines hochscherenden Rührers, vor oder nach Hinzugabe zu der Wasser-Vorlage und einzeln oder zusammen mit einem oder mehreren Feuerfeststoffen, aufgeschlossen werden. Sofern die einen oder mehreren Feuerfeststoffe nicht gemeinsam mit den gegebenenfalls zugegebenen rheologischen Additiven aufgeschlossen werden, können sie auch einzeln aufgeschlossen und zu der Wasser-Vorlage hinzugegeben werden. Anschließend können dann z.B. die weiteren Bestandteile der Schlichtezusammensetzung zu der - gegebenenfalls rheologische Additive und/oder Feuerfeststoffe enthaltenden - Wasser-Vorlage in beliebiger Reihenfolge und vorzugsweise unter Rühren, vorzugsweise mit einem hochscherenden Rührer, hinzugegeben werden, so etwa eine oder mehrere Säuren, gegebenenfalls ein oder mehrere Schlichtebindemittel, gegebenenfalls ein oder mehrere Biozide, gegebenenfalls ein oder mehrere Netzmittel, gegebenenfalls ein oder mehrere Entschäumer, gegebenenfalls ein oder mehrere Pigmente und/oder gegebenenfalls ein oder mehrere Farbstoffe.
  • Die in Schritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte oder hergestellte Schlichtezusammensetzung kann zum Auftragen auf Gießereiformkörper gebrauchsfertig sein, also beispielsweise in einer Konzentration vorliegen, die zur Verwendung als Tauchbad für Formen oder Kerne geeignet ist. Ebenso kann die vorgenannte Schlichtezusammensetzung auch in an sich bekannter Weise zuerst als Konzentrat hergestellt werden, welches erst später, z.B. erst kurz vor der Verwendung der Schlichtezusammensetzung, z.B. durch weitere Zugabe von Wasser zu einer gebrauchsfertigen Konzentration (bzw. Konsistenz) verdünnt wird, die sich dann zum Auftragen auf Formen und/oder Kerne eignet. Sofern im Rahmen der vorliegenden Erfindung Mengen oder Verhältnisse bezüglich der erfindungsgemäß verwendeten Schlichtezusammensetzung angegeben sind, ist jeweils eine gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzung (die dazu vorgesehen ist, unmittelbar auf eine Gießform bzw. einen Kern appliziert zu werden) gemeint, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben. Es ist nicht notwendig, die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäß zu verwendenden Schlichtezusammensetzung erst unmittelbar vor einem bestimmungsgemäßen Beschichtungsvorgang auf Formen oder Kerne miteinander zu vermischen, vielmehr kann das Vermischen sehr viel früher erfolgen, weil die Lagerstabilität der der erfindungsgemäß zu verwendenden Schlichtezusammensetzung hoch ist.
  • Die in Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellte oder hergestellte ungeschlichtete, wasserglasgebundenen Form oder der bereitgestellte oder hergestellte ungeschlichtete, wasserglasgebundene Kern kann auf an sich bekannte Weise hergestellt werden, beispielsweise wie in den Dokumenten WO 2006/024540 oder WO 2009/056320 beschrieben.
  • Das Auftragen in Schritt (3) der bereitgestellten oder hergestellten Schlichtezusammensetzung aus Schritt (1) auf die bereitgestellte oder hergestellte Form bzw. den bereitgestellten oder hergestellten Kern nach Schritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf an sich bekannte Weise erfolgen, vorzugsweise gemäß den vorstehend als geeignet angegebenen Auftragsverfahren, besonders bevorzugt durch Tauchen der Form oder des Kerns in einer als Tauchbad bereitgestellten erfindungsgemäß verwendeten Schlichtezusammensetzung.
  • Die bereitgestellte oder hergestellte Form bzw. der bereitgestellte oder hergestellte Kern enthält partikuläres amorphes Siliziumdioxid. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des vorgenannten erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten Verfahrens erfolgt das Auftragen auf die Form bei einer Temperatur des Kerns bzw. der Form von > 50 °C, bevorzugt > 70 °C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von > 50 °C und < 100 °C.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch eine geschlichtete Form oder ein geschlichteter Kern zur Verwendung in der Gießerei, jeweils umfassend
    • (X) eine wasserglasgebundene Form bzw. einen wasserglasgebundenen Kern, und
    • (Y) einen Überzug umfassend eine Schlichtezusammensetzung wie vorstehend im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung einer Schlichtezusammensetzung definiert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform dieses zuletzt genannten erfindungsgemäßen Gegenstandes ist die geschlichtete Form oder der geschlichtete Kern herstellbar gemäß einem vorgenannten erfindungsgemäßen oder erfindungsgemäß bevorzugten Verfahren.
  • Die wasserglasgebundene Form und/oder der wasserglasgebundene Kern enthält jeweils partikuläres, amorphes Siliziumdioxid.
  • Vorzugsweise findet die vorstehend offenbarte erfindungsgemäße Form und/oder der vorstehend offenbarte erfindungsgemäße Kern Verwendung beim Abguss einer Metallschmelze mit einer Temperatur > 900 °C, vorzugsweise beim Abguss einer Metallschmelze umfassend Eisen und/oder Stahl, besonders bevorzugt beim Abguss einer Metallschmelze umfassend Eisen und/oder Stahl mit einer Temperatur > 1250 °C.
  • Ebenfalls ist Gegenstand der Erfindung ein Kit enthaltend in separaten Komponenten
    • (U) eine Schlichtezusammensetzung umfassend
      1. (a) einen oder mehrere Feuerfeststoffe, und
      2. (b) eine wässrige Phase mit einem pH-Wert von höchstens 5
        zur Herstellung eines Überzugs auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern, zur Verwendung in der Gießerei,
    • (V) ein Bindemittel umfassend Wasserglas, und
    • (W) partikuläres, amorphes Siliziumdioxid.
  • In einer bevorzugten Alternative umfasst der erfindungsgemäße Kit als Komponente (U) eine Schlichtezusammensetzung, wobei die Schlichtezusammensetzung wie vorstehend im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung einer Schlichtezusammensetzung definiert ist.
  • Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäße Verwendung der vorstehend beschriebenen Schlichtezusammensetzung insbesondere die folgenden Vorteile gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten vergleichbaren bzw. vergleichbar verwendeten Schlichtezusammensetzungen aufweist und/oder - abhängig vom betrachteten Aspekt - begründet:
    • eine verbesserte Festigkeit der damit herstellbaren geschlichteten wasserglasgebundenen Formen und/oder Kerne, vorzugsweise wasserglasgebundener Formen und/oder Kerne, welche partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthalten;
    • eine verbesserte Lagerstabilität der damit herstellbaren geschlichteten wasserglasgebundenen Formen und/oder Kerne, vorzugsweise wasserglasgebundener Formen und/oder Kerne, welche partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthalten;
    • eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Luftfeuchtigkeit der damit herstellbaren geschlichteten wasserglasgebundenen Formen und/oder Kerne, vorzugsweise wasserglasgebundener Formen und/oder Kerne, welche partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthalten;
    • eine verbesserte Möglichkeit der Applikation auf heiße Formen und/oder Kerne (d.h. vorzugsweise auf solche Formen und/oder Kerne, welche Temperaturen von mehr als 50 °C, vorzugsweise Temperaturen im Bereich von 50 bis 100 °C, aufweisen), vorzugsweise auf wasserglasgebundene Formen und/oder Kerne, insbesondere auf wasserglasgebundene Formen und/oder Kerne, welche partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthalten; und/oder
    • eine verbesserte Einsatzmöglichkeit von wasserglasgebundenen Gießereiformkörpern, insbesondere von Formen und/oder Kernen, vorzugsweise von wasserglasgebundenen Formen und/oder Kernen, welche partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthalten, für den Eisen- und/oder Stahlguss, durch erfindungsgemäße Verwendung der beschriebenen Schlichtenzusammensetzung.
  • Diese Vorteile gelten mutatis mutandis für die weiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung.
    • Beispiele:
    • Die nachstehend angegebenen Beispiele sollen die Erfindung näher beschreiben und
    • erklären, ohne ihren Umfang zu beschränken.
    Beispiel 1: Herstellung von Schlichtezusammensetzungen.
  • Es wurden die in Tabelle 1 angegebenen erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung ("SZ1") sowie die nicht-erfindungsgemäßen Vergleichs-Schlichtezusammensetzungen ("SZ2" bzw. "SZ3") auf an sich bekannte Weise durch Vermischen der jeweils angegebenen Inhaltsstoffe miteinander hergestellt:
    Hierzu wurde jeweils in einem Becherglas die benötigte Menge an Wasser vorgelegt (Ansatzgröße jeweils ca. 2 kg Schlichtezusammensetzung als "Konzentrat", vgl. Tabelle 1), die rheologischen Additive und die Feuerfeststoffe (Schichtsilikate, Zirkonmehl, Graphit) hinzugegeben und anschließend mit einem hochscherenden Dissolverrührer 3 min. lang auf an sich bekannte Weise aufgeschlossen. Dann wurden die weiteren Bestandteile der Schlichtezusammensetzungen (vgl. Tabelle 1) in den angegebenen Mengenverhältnissen zugegeben und es wurde für weitere 2 Minuten mit einem hochscherenden Dissolverrührer gerührt. Man erhielt jeweils die in Tabelle 1 angegebenen verdünnbaren Konzentrate von Schlichtezusammensetzungen.
  • Die Angaben zu "DIN-Vermahlungen" in Tabelle 1 bedeuten, dass der jeweils angegebene Bestandteil der Schlichtezusammensetzung im vermahlenen Zustand vorliegt, wobei nach dem Sieben einer Probe dieses Bestandteils mit einem Analysensieb mit einer Nennmaschenweite in µm, die dem angegebenen Zahlenwert entspricht (z.B.: "80" bedeutet "Analysensieb mit Maschenweite 80 µm") (nach DIN ISO 3310-1:2001-09), jeweils ein Rückstand im Bereich von 1 bis 10 Gew.-% verbleibt, bezogen auf die eingesetzte Probenmenge. Tabelle 1: Erfindungsgemäße und nicht-erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzungen, jeweils erhalten als verdünnbare "Konzentrate"
    Schlichtezusammensetzungen ("Konzentrate"): SZ1 SZ2 SZ3
    Inhaltsstoffe : [Gew.-%] [Gew.-%] [Gew.-%]
    Wasser 44,1 46,0 47,1
    Rheologisches Additiv 1,5 5,0 1,5
    Schichtsilikat (Pyrophyllit, DIN 140 Vermahlung) ./. 26,0 11,0
    Schichtsilikat (Glimmer, DIN 160 Vermahlung) 25,0 ./. 18,0
    Zirkonmehl (Zirkonsilikat, DIN 60 Vermahlung) 14,0 9,0 10,0
    Graphit (DIN 80 Vermahlung) 11,0 8,0 11,0
    Polyvinylacetat ./. 0,9 ./.
    Biozid (Benzisothiazolinon, 10 %-ige Lösung w/w in Wasser) 0,3 0,3 0,3
    Modifizierte Stärke ./. 0,3 ./.
    Polyvinylalkohol 0,4 ./. 0,4
    Eisenoxid (gelb) ./. 1,2 ./.
    Netzmittel 0,6 0,3 0,6
    Entschäumer 0,1 ./. 0,1
    Propylencarbonat ./. 3,0 ./.
    Citronensäure 3,0 ./. ./.
    SUMME: 100,0 100,0 100,0
  • Die vorstehend in Tabelle 1 angegebenen verdünnbaren Konzentrate von Schlichtezusammensetzungen wurden anschließend zur Herstellung von für den hier vorgesehenen Zweck gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzungen (zum Auftragen auf Formen bzw. Kerne mittels eines Tauchprozesses, vorzugsweise in Form eines Tauchbades) mit Wasser verdünnt. Die jeweils angewendete Verdünnung sowie weitere Eigenschaften der durch die angewendete Verdünnung jeweils entstandenen gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzungen sind nachstehend in Tabelle 1a angegeben: Tabelle 1a: Herstellung und Eigenschaften gebrauchsfertiger (für Tauchbad bzw. Tauchbecken) Schlichtezusammensetzungen
    Schlichtezusammensetzungen (gebrauchsfertig für Tauchbecken bzw. Tauchbad): SZ1 SZ2 SZ3
    Konzentrat (gemäß Tabelle 1), Gewichtsteile : 100,0 100,0 100,0
    Wasser, Gewichtsteile 40,0 30,0 40,0
    Eigenschaften der durch o.g. Verdünnung entstandenen gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzungen :
    Dichte [g/ml] 1,32 1,36 1,35
    Auslaufzeit [s] 13,5 13,7 13,3
    pH-Wert 2,1 7,2 6,7
  • Wie aus Tabelle 1a ersichtlich ist, wurden die Schlichtezusammensetzungen für den hier vorgesehenen Zweck, das Auftragen auf Versuchskerne mittels einer Tauchapplikation bzw. eines Tauchbades, so hergestellt, dass eine gute Vergleichbarkeit (i) ihrer jeweiligen Eigenschaften beim Auftragen auf die Versuchskerne sowie (ii) der daraus jeweils resultierenden Eigenschaften der beschichteten Versuchskerne gewährleistet war (möglichst ähnliche Dichten und Auslaufzeiten wurden eingestellt; jedoch abweichender pH-Wert für erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung SZ1 gegenüber nicht-erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzungen SZ2 und SZ3).
  • Die in Tabelle 1a angegebenen Dichten der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzungen wurden gemäß der Standard-Prüfmethode DIN EN ISO 2811-2 (Verfahren A) gemessen.
  • Die in Tabelle 1a angegebenen Auslaufzeiten der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzungen wurden gemäß der Standard-Prüfmethode DIN 53211 (1974) durch Bestimmung mit dem DIN-Becher 4 gemessen.
  • Die in Tabelle 1a angegebenen pH-Werte der gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzungen wurden entsprechend der Standard-Prüfmethode DIN 19260:2012-10 jeweils aus der Suspension gemessen.
  • Die Schlichtezusammensetzungen SZ1 und SZ3 enthielten als rheologisches Additiv jeweils Attapulgit. Schlichtezusammensetzung SZ2 ist von dem in Dokument WO00/05010 beschriebenen Typ.
    • Beispiel 2: Untersuchung der Aufweichung von Gießereikernen
  • Zur Ermittlung der Aufweichung von Gießereikernen (d.h. des maximalen Abfalls der Biegefestigkeit) wurden auf an sich bekannte Weise Versuchskerne (Prüfkörper) hergestellt (gemäß dem in Tabelle 4 angegebenen "Kernsystem 1") in einer Kernschießmaschine der Fa. Multiserw (Typ LUT, Begasungsdruck: 2 bar, Schusszeit: 3,0 s; Schießdruck 4,0 bar). Eine Stunde nach der Kernherstellung wurden die Versuchskerne mit den o.g. gebrauchsfertigen Schlichtezusammensetzungen "SZ1", "SZ2" bzw. "SZ3" (vgl. Tabelle 1a) bei Raumtemperatur (25 °C) durch Tauchen (Bedingungen: 1s Eintauchen; 3s Haltezeit in der Schlichtezusammensetzung, 1s Austauchen) überzogen (geschlichtet). Die Nassschichtdicke der Schlichten wurde dabei auf jeweils etwa 250 µm eingestellt. Anschließend wurden die geschlichteten Versuchskerne unter den unten angegebenen Bedingungen (1 Stunde bei 120 °C) im Umluftofen getrocknet und dabei jeweils die Veränderung ihrer Biegefestigkeit unter den Trocknungsbedingungen untersucht.
  • Die geschlichteten Versuchskerne wurden jeweils über einen Zeitraum von einer Stunde getrocknet, wobei ihre Biegefestigkeiten (in N/cm2, entsprechend der Definition wie angegeben im Merkblatt R 202 des Vereins Deutscher Gießereifachleute, Ausgabe Oktober1978) zu verschiedenen Zeitpunkten während der Trocknung und dann noch einmal eine Stunde nach Ende des Trocknungsvorgangs mit einem Standard-Prüfgerät vom Typ "Multiserw-Morek LRu-2e" gemessen wurde, jeweils mit einem Standard-Messprogramm "Rg1v_B 870,0 N/cm2" (3-Punkt-Biegefestigkeit).
  • In Tabelle 2 sind für die untersuchten geschlichteten Versuchskerne jeweils die Werte für den maximalen Abfall der Biegefestigkeit unter Trocknungsbedingungen in % angegeben, jeweils bezogen auf die Biegefestigkeit des jeweiligen frisch geschlichteten (noch nassen) Versuchskernes vor Trocknungsbeginn (Ausgangswert). Tabelle 2: Festigkeitsabfall geschlichteter Versuchskerne unter Trocknungsbedingungen
    Schlichtetyp auf Versuchskern Maximaler Abfall der Biegefestigkeit bei Trocknung, auf % des Ausgangswertes Beobachtung von Kernversagen während der Trocknung
    SZ1 80 Nein
    SZ 2 25 Nein
    SZ 3 0 Ja
  • Der Ausdruck "Kernversagen" besagt hier und im Folgenden jeweils, dass ein geschlichteter Kern während des Trocknungsprozesses unbrauchbar wurde, d.h. der geschlichtete Kern war jeweils für die Messung der Biegefestigkeit sowie für einen nachfolgend vorgesehenen Abguss unbrauchbar.
  • Aus den in Tabelle 2 angegebenen Werten ist u.a. zu ersehen, dass der maximale Abfall der Biegefestigkeit eines Versuchskerns, welcher mit einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung geschlichtet wurde (SZ1), deutlich geringer ausfiel, als mit nicht-erfindungsgemäßen Vergleichs-Schlichtezusammensetzungen (SZ2 bzw. SZ3). Weiter ist aus den Werten in Tabelle 2 zu ersehen, dass mit der nicht-erfindungsgemäßen Vergleichs-Schlichtezusammensetzung SZ3 unter den gewählten Bedingungen keine brauchbaren geschlichteten Kerne hergestellt werden konnten.
    • Beispiel 3: Untersuchung der Lagerstabilität von geschlichteten und ungeschlichteten Gießereikernen
  • Zur Ermittlung der Lagerstabilität wurden auf an sich bekannte Weise (analog wie in Beispiel 2 beschrieben) wasserglasgebundene Versuchskerne (Prüfkörper) hergestellt und ihre Biegefestigkeiten wurden jeweils ungeschlichtet kurz nach ihrer Herstellung (eine Stunde Lagerzeit, relative Luftfeuchtigkeit im Bereich von 30 bis 60 %, Lagertemperatur im Bereich von 20 bis 25 °C) wie oben angegeben bestimmt, vgl. Tabelle 3 (Eintrag "Ungeschlichtet nach 1 h").
  • Zudem wurden entsprechende Versuchskerne wie unten in Tabelle 3 angegeben eine Stunde nach Kernherstellung (d.h. in jeweils gleichem zeitlichen Abstand zu ihrer Herstellung) bei Raumtemperatur (25 °C) mit den Schlichtezusammensetzungen SZ1 bzw. SZ3 jeweils durch Tauchen (Bedingungen: 1s Eintauchen; 3 s Haltezeit in der Schlichtezusammensetzung, 1s Austauchen) geschlichtet (Bezeichnung der Schlichtezusammensetzungen wie in Beispiel 1) und jeweils für eine Stunde bei 120 °C im Umluftofen getrocknet. Die geschlichteten, getrockneten Versuchskerne wurden dann für die Dauer von vier Tagen einem Lagertest unterzogen (soweit die Herstellung des geschlichteten Kerns möglich war bzw. soweit nicht zuvor das Versagen des Kerns festgestellt wurde). Die Temperatur während der Lagerung betrug jeweils 35 °C, die relative Luftfeuchtigkeit betrug jeweils 75 %. Nach Abschluss des Lagertests wurden die Biegefestigkeiten der Versuchskerne wie oben angegeben bestimmt. Die Ergebnisse dieses Lagertests sind unten in Tabelle 3 angegeben. Es wurden für alle Versuche in Beispiel 3 jeweils Versuchskerne ("Kernsystem 1") verwendet, deren Herstellungsbedingungen unten in Tabelle 4 angegeben sind. Tabelle 3: Bestimmung der Lagerstabilität geschlichteter und ungeschlichteter Gießereikerne
    Kernsystem Ungeschlichtet nach 1 h Geschlichtet mit Typ SZ1 nach Lagerung (4d) Geschlichtet mit Typ SZ3 nach Lagerung (4d) Ungeschlichtet bei / während Lagerung
    Biegefestigkeit [N/cm2]
    1 300 149 nicht bestimmbar Kernversagen nach 131 min.
  • Aus den in Tabelle 3 angegebenen Werten ist u.a. zu ersehen, dass ein mit einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung (SZ1) geschlichteter wasserglasgebundener Versuchskern nach einer viertägigen Lagerung noch > 40 % der Ausgangsfestigkeit aufwies, während ein mit einer nicht-erfindungsgemäßen Vergleichs-Schlichtezusammensetzung (SZ3) geschlichteter Versuchskern unter vergleichbaren Bedingungen unbrauchbar war; seine Biegefestigkeit war unter den oben definierten Bedingungen nicht mehr bestimmbar, da er während der Auslagerung zerbrach. Ein ungeschlichteter Vergleichs-Kern versagte unter den Versuchsbedingungen bereits nach 131 min., d.h. das Auftragen einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung auf einen Versuchskern führte bereits zu einer Stabilisierung des Versuchskerns unter Trocknungsbedingungen. Tabelle 4: Herstellungsbedingungen für Kernsystem 1
    Parameter Kernsystem 1
    Formstoff (100 Gewichtsteile) Quarzsand
    Bindemittel (2,2 Gewichtsteile) Alkali-Wasserglaslösung, 25-35 Gew.-% Wasserglasgehalt in Wasser (Gew./Gew.)
    Additiv (1,0 Gewichtsteile) Partikuläres, amorphes Siliziumdioxid
    Kernkastentemperatur 120 °C
    Begasungstemperatur 150 °C
    Aushärtezeit 30 s
  • Das Kernsystem 1 bestand nur aus den Bestandteilen Formstoff, Bindemittel und Additiv, wie in Tabelle 4 angegeben:
    • Das für das Kernsystem 1 in Tabelle 4 angegebene Bindemittel war hierbei ein handelsübliches Alkali-Wasserglas-Bindemittel "Cordis® 8511" (Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH).
    • Das für das Kernsystem 1 in Tabelle 4 angegebene Additiv war hierbei ein handelsübliches Binder-Additiv mit dem Hauptbestandteil (≥ 95 Gew.-%) partikuläres, amorphes Siliziumdioxid, "Anorgit® 8396" (Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH).
    Beispiel 4: Untersuchung zur Biegefestigkeit geschlichteter Gießereikerne
  • Es wurden auf an sich bekannte Weise (analog wie in Beispiel 2 beschrieben, aber nach zwischenzeitlicher Wartung der eingesetzten Kernschießmaschine) wasserglasgebundene Versuchskerne (Prüfkörper) jeweils mit und ohne einen Gehalt an partikulärem, amorphen Siliziumdioxid hergestellt und ihre Biegefestigkeiten wurden zu Vergleichszwecken jeweils ungeschlichtet kurz nach ihrer Herstellung (eine Stunde Lagerzeit bei einer Temperatur im Bereich von 20 bis 25 °C, relative Luftfeuchtigkeit 30 bis 60 %) wie oben angegeben bestimmt (zu den Herstellungsbedingungen der Versuchskerne siehe Tabelle 6).
  • Zudem wurden Versuchskerne wie unten in Tabelle 5 angegeben durch Tauchen (Bedingungen: 1s Eintauchen; 3s Haltezeit in der Schlichtezusammensetzung, 1s Austauchen) geschlichtet (Bezeichnung der Schlichtezusammensetzungen wie in Beispiel 1) und jeweils für eine Stunde bei 120 °C im Umluftofen getrocknet. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur und einer Lagerzeit von 24 Stunden (relative Luftfeuchtigkeit im Bereich von 30 bis 60 %, Temperatur im Bereich von 20 bis 25 °C) wurden an den geschlichteten, getrockneten Versuchskernen dann die Biegefestigkeiten wie oben angegeben bestimmt.
  • Die Ergebnisse der Bestimmungen der Biegefestigkeiten sind unten in Tabelle 5 angegeben. Hierbei wurden jeweils drei verschiedene Versuchskerne (Kernsysteme A, B und C) verwendet, deren Herstellungsbedingungen jeweils unten in Tabelle 6 angegeben sind. Tabelle 5: Bestimmung der Biegefestigkeiten geschlichteter und ungeschlichteter Gießereikerne
    Ungeschlichtet nach 1 h Geschlichtet mit Typ SZ1 Geschlichtet mit Typ SZ3
    Kernsystem Biegefestigkeit [N/cm2]
    A 401 335 Herstellung eines geschlichteten Kerns nicht möglich
    B 413* 317 Herstellung eines geschlichteten Kerns nicht möglich
    C (ohne partikuläres, amorphes SiO2) 347 269 Herstellung eines geschlichteten Kerns nicht möglich
    *Abweichung des Messwerts vom entsprechenden Wert in Tabelle 3 für Kernsystem 1 wird im Wesentlichen als Auswirkung der Wartung der Kernschießmaschine aufgefasst.
  • Aus den in Tabelle 5 angegebenen Werten ist zu ersehen, dass mit einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung geschlichtete Gießereikerne hohe Biegefestigkeiten erreichen. Weiterhin zeigen die in Tabelle 5 angegebenen Werte, dass mit einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung (SZ1) erfolgreich unter verschiedenen Bedingungen hergestellte Gießereikerne mit gutem Erfolg (hohe Biegefestigkeiten) geschlichtet werden können. Mit einer nicht-erfindungsgemäßen Vergleichs-Schlichtezusammensetzung (SZ3) waren unter vergleichbaren Bedingungen hingegen keine brauchbaren geschlichteten Kerne herzustellen. Tabelle 6: Herstellungsbedingungen für Kernsysteme A, B und C
    Parameter Kernsystem A Kernsystem B Kernsystem C
    Formstoff Quarzsand (100,0 Gewichtsteile) Quarzsand (100,0 Gewichtsteile) Quarzsand (100,0 Gewichtsteile)
    Bindemittel Alkali-Wasserglaslösung, 25-35 Gew.-% Wasserglasgehalt in Wasser (Gew./Gew.) (2,2 Gewichtsteile) Alkali-Wasserglaslösung, 25-35 Gew.-% Wasserglasgehalt in Wasser (Gew./Gew.) (2,2 Gewichtsteile) Alkali-Wasserglaslösung, 25-35 Gew.-% Wasserglasgehalt in Wasser (Gew./Gew.) (3,2 Gewichtsteile)
    Additiv Partikuläres, amorphes Siliziumdioxid (1,0 Gewichtsteile) Partikuläres, amorphes Siliziumdioxid (1,0 Gewichtsteile) Keines
    Kernkastentemperatur 120 °C 120 °C 120 °C
    Begasungstemperatur 150 °C 150 °C 150 °C
    Aushärtezeit 50 s 30 s 50 s
  • Die für die Kernsysteme A, B und C in Tabelle 6 angegebenen Bindemittel und Additive entsprachen jeweils den zu Tabelle 4 angegebenen Bindemitteln ("Cordis® 8511") bzw. Additiven ("Anorgit® 8396").
  • Die oben genannten Kernsysteme A, B und C bestanden jeweils nur aus den Bestandteilen Formstoff, Bindemittel und gegebenenfalls Additiv, wie in Tabelle 6 angegeben.

Claims (13)

  1. Verwendung einer Schlichtezusammensetzung umfassend
    (a) einen oder mehrere Feuerfeststoffe, und
    (b) eine wässrige Phase mit einem pH-Wert von höchstens 5,
    zur Herstellung eines Überzugs auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern, zur Verwendung in der Gießerei, wobei die wasserglasgebundene Form bzw. der wasserglasgebundene Kern partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthält.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei die wässrige Phase (b) (b1) Wasser, und
    (b2) eine oder mehrere Säuren, vorzugsweise mit einem pKa < 5, bevorzugt mit einem pKa < 4,
    umfasst,
    wobei vorzugsweise das Verhältnis der Masse des Bestandteils (b1) zur Masse des Bestandteils (b2) im Bereich von 10:1 bis 200: 1, besonders bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 100:1 liegt,
    und/oder
    wobei vorzugsweise das Verhältnis der Masse des Bestandteils (b1) zur Gesamtmasse der wässrigen Phase (b) größer als 50 %, bevorzugt größer als 70 %, besonders bevorzugt größer als 90 %, ist
    und/oder
    wobei vorzugsweise die wässrige Phase einen pH-Wert von höchstens 4 besitzt.
  3. Verwendung nach Anspruch 2,
    wobei
    der Bestandteil (b2) eine oder mehrere Säuren umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus anorganischen und organischen Säuren,
    - wobei die organischen Säuren vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, bevorzugt bei 25 °C und 1013 mbar feste Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, besonders bevorzugt Citronensäure und Oxalsäure,
    und/oder
    - wobei die anorganischen Säuren vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und sauren Phosphaten, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure
    und/oder
    - wobei das Verhältnis der Gesamtmasse an anorganischen und organischen Säuren des Bestandteils (b2) zur Gesamtmasse der Schlichtezusammensetzung im Bereich von 0,1 bis 10 %, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 %, mehr bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 %, besonders bevorzugt im Bereich von im Bereich von 1 bis 3,5 % und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3,5 % liegt,
  4. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Bestandteil (a)
    - partikuläres, amorphes Siliziumdioxid umfasst,
    vorzugsweise partikuläres, amorphes Siliziumdioxid, dessen Primärpartikel (i) sphärisch sind und eine Sphärizität von 0,9 oder mehr besitzen, bestimmt durch Auswertung zweidimensionaler mikroskopischer Bilder, und/oder (ii) einen D90-Wert < 10 µm, bevorzugt einen D90-Wert von < 1 µm , besitzen, bestimmt mittels Laserbeugung,
    besonders bevorzugt partikuläres, amorphes Siliziumdioxid, welches als Nebenbestandteil in einer Menge von nicht mehr als 18 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des partikulären amorphen Siliziumdioxids, (i) Zirkondioxid und/oder (ii) eine Lewis-Säure umfasst,
    und/oder
    - eine oder mehrere Substanzen umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Quarz, Aluminiumoxid, Zirkondioxid, Aluminiumsilicate, Schichtsilikate, Zirkonsilikate, Olivin, Talk, Glimmer, Graphit, Koks, Feldspat, Diatomit, Kaoline, kalzinierte Kaoline, Metakaolinit, Eisenoxid und Bauxit.
  5. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Schlichtezusammensetzung
    einen oder mehrere oder sämtliche der folgenden Bestandteile umfasst:
    - ein oder mehrere Biozide,
    - ein oder mehrere Netzmittel,
    - ein oder mehrere rheologische Additive, und
    - ein oder mehrere Bindemittel, vorzugsweise Polyvinylalkohol
    und/oder
    einen Feststoffgehalt kleiner 80 Gew.-% besitzt, vorzugsweise kleiner 45 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Schlichtezusammensetzung
    und/oder
    ein oder mehrere Bindemittel, vorzugsweise umfassend Polyvinylalkohol, in einer Gesamtmenge von nicht mehr als 2 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 0,80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Schlichtezusammensetzung umfasst.
  6. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    wobei die Applikation der Schlichtezusammensetzung auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern zur Verwendung beim Abguss einer Metallschmelze mit einer Temperatur > 900 °C, vorzugsweise > 1250 °C, erfolgt, vorzugsweise zur Verwendung beim Abguss einer Metallschmelze umfassend Eisen und/oder Stahl
    und/oder
    wobei die Applikation der Schlichtezusammensetzung auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern zur Verwendung beim Eisen- oder Stahlguss erfolgt
    und/oder
    wobei die Applikation der Schlichtezusammensetzung auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern bei einer Temperatur des wasserglasgebundenen Kerns bzw. der wasserglasgebundenen Form von > 50 °C, bevorzugt > 70 °C erfolgt, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von > 50 °C und < 100 °C.
  7. Verwendung von Säure zur Einstellung eines pH-Wertes von höchstens 5 in der wässrigen Phase einer Schlichtezusammensetzung zum Auftragen auf eine wasserglasgebundene Form oder einen wasserglasgebundenen Kern, wobei die wasserglasgebundene Form oder der wasserglasgebundene Kern partikuläres, amorphes Siliziumdioxid umfasst,
    wobei vorzugsweise
    - die Säure ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus anorganischen und organischen Säuren,
    wobei die organischen Säuren vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, bevorzugt bei 25°C und 1013 mbar feste Mono-, Di- und Tricarbonsäuren, besonders bevorzugt Citronensäure und Oxalsäure,
    und/oder
    wobei die anorganischen Säuren vorzugsweise ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure und sauren Phosphaten, besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Salpetersäure und Phosphorsäure,
    und/oder
    - die Säure zur Einstellung eines pH-Wertes von höchstens 4 verwendet wird.
  8. Verfahren zur Herstellung einer geschlichteten, wasserglasgebundenen Form mit hoher Lagerstabilität oder eines geschlichteten, wasserglasgebundenen Kerns mit hoher Lagerstabilität, zur Verwendung in der Gießerei, mit folgenden Schritten:
    (1) Bereitstellen oder Herstellen einer Schlichtezusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert,
    (2) Bereitstellen oder Herstellen einer ungeschlichteten, wasserglasgebundenen Form oder eines ungeschlichteten, wasserglasgebundenen Kerns, wobei die bereitgestellte oder hergestellte Form bzw. der bereitgestellte oder hergestellte Kern partikuläres amorphes Siliziumdioxid enthält und
    (3) Auftragen der bereitgestellten oder hergestellten Schlichtezusammensetzung aus Schritt (1) auf die bereitgestellte oder hergestellte Form bzw. den bereitgestellten oder hergestellten Kern.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Auftragen auf die Form bei einer Temperatur des Kerns bzw. der Form von > 50 °C, bevorzugt > 70 °C erfolgt, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von > 50 °C und < 100 °C.
  10. Geschlichtete Form oder geschlichteter Kern zur Verwendung in der Gießerei,
    jeweils umfassend
    (X) eine wasserglasgebundene Form bzw. einen wasserglasgebundenen Kern, wobei die wasserglasgebundene Form und/oder der wasserglasgebundene Kern partikuläres, amorphes Siliziumdioxid enthält, und
    (Y) einen Überzug umfassend eine Schlichtezusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert.
  11. Geschlichtete Form oder geschlichteter Kern nach Anspruch 10, herstellbar gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9.
  12. Geschlichtete Form oder geschlichteter Kern nach einem der Ansprüche 10 bis 11 zur Verwendung beim Abguss einer Metallschmelze mit einer Temperatur > 900 °C, vorzugsweise zur Verwendung beim Abguss einer Metallschmelze umfassend Eisen und/oder Stahl.
  13. Kit enthaltend in separaten Komponenten
    (U) eine Schlichtezusammensetzung umfassend
    (a) einen oder mehrere Feuerfeststoffe, und
    (b) eine wässrige Phase mit einem pH-Wert von höchstens 5,
    zur Herstellung eines Überzugs auf einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern, zur Verwendung in der Gießerei,
    (V) ein Bindemittel umfassend Wasserglas, und
    (W) partikuläres, amorphes Siliziumdioxid,
    und vorzugsweise umfassend als Komponente (U) eine Schlichtezusammensetzung, wobei die Schlichtezusammensetzung wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert ist.
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