FI89565C

FI89565C - FORM- OCH KAERNSAND SAMT FOERFARANDE FOER TILLVERKNING AV DENSAMMA

Info

Publication number: FI89565C
Application number: FI924252A
Authority: FI
Inventors: Harri Sahari; Eerik Toermae; Hannu Jylhae
Original assignee: Greencast Oy
Priority date: 1992-09-23
Filing date: 1992-09-23
Publication date: 1993-10-25
Also published as: FI924252A0; FI89565B

Description

8956589565

Kaavaus- ja keemahiekka sekä menetelmä sen valmistamiseksi Form- och kämsand samt förfarande för tillverkning av densamma 5 Keksinnön kohteena on kaavaus- ja keemahiekka, joka on päällystetty sideaineella.The invention relates to a formulation and chemical sand coated with a binder.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä kaavaus- ja keemahiekan valmistamiseksi, jossa menetelmässä hiekka päällystetään sideaineella.The invention also relates to a method for producing patterning and chemical sand, in which method the sand is coated with a binder.

10 Metallien valamisessa käytettävien muottien ja keemojen valmistamiseksi tunnetaan ennestään useita eri menetelmiä. Näitä menetelmiä ovat mm. niin sanottu kuorimuotti-menetelmä sekä Hot Box -menetelmä. Kuorimuottimenetelmässä käytetään kuorimuot-tihiekkaa, joka on hiekan toimittajan toimesta valmiiksi hartsilla päällystettyä hiekkaa, joka hartsi lämmön vaikutuksesta polymerisoituu ja muodostaa sidoksen hiekkarakeiden 15 välille. Hot Box -menetelmässä puolestaan käytetään hiekkaa, johon ennen keeman tai muotin valmistusta lisätään hartsi sekä kovete, jolloin kuuma laatikko toimii hiekan kovettamisen kiihdyttimenä. Näitä menetelmiä ja niissä käytettäviä hiekkoja on aikaisemmin selostettu mm. teoksessa "Valimotekniikka", Autere, Ingman, Tennilä, 1986, sivut 172 ja 173. Näiden menetelmien ja niissä käytettävien hiekkojen erittäin 20 suurina haittoina ovat niiden eri prosessivaiheissa syntyvät kaasut, kuten esimerkiksi formaldehydi, fenoli, urea ja furfuryyli. Näitä haittapuolia on ennestään tutkittu varsin paljon ja niitä on selostettu mm. teoksissa: "Työhygieniset selvitykset valimoissa Hämeenläänin alueella vuosina 1986-89, yhteenveto", Rainer Schimberg, Tampereen Aluetyöterveyslaitos 1990 ja "STAUB Reinhaltung der Lulf", n:o 48, 1988, s. 189-195: 25 "Expositionssituation in Geissereien".10 Several different methods are known for the production of molds and chemistry for casting metals. These methods include e.g. the so-called shell mold method as well as the Hot Box method. The shell mold method uses shell mold sand, which is pre-coated sand by the sand supplier, which resin polymerizes under the action of heat and forms a bond between the sand grains 15. The Hot Box method, on the other hand, uses sand to which resin and hardener are added before the boil or mold is made, whereby the hot box acts as an accelerator for curing the sand. These methods and the sands used in them have been previously described e.g. in "Foundry Technology", Autere, Ingman, Tennilä, 1986, pages 172 and 173. The very major disadvantages of these methods and the sands used in them are the gases generated in their various process steps, such as formaldehyde, phenol, urea and furfuryl. These disadvantages have already been studied a lot and they have been described e.g. in the works: "Occupational hygiene surveys in foundries in the Hämeenlän area in 1986-89, summary", Rainer Schimberg, Tampere Regional Institute of Occupational Health 1990 and "STAUB Reinhaltung der Lulf", no. 48, 1988, pp. 189-195: 25 "Expositionssituation in Geissereien".

Kuten mm. näistä viitejulkaisuista käy selkeästi ilmi, ovat tällaiset kaasut haitaksi sekä . . työ- ja ympäristöhygienialle sekä sulassa tilassa olevalle materiaalille. Näissä menetel missä käytettävät hiekat ovat lisäksi pelkästään kertakäyttöhiekkoja, jolloin ne edellä 30 mainittuja aineita sisältävinä ovat vaikeasti yleisille kaatopaikoille sijoitettavissa, koska ne muodostavat mahdollisen ympäristöriskin.As e.g. it is clear from these references that such gases are harmful as well. . occupational and environmental hygiene and molten material. In addition, the sands used in these methods are only disposable sands, making them difficult to dispose of in public landfills containing the above-mentioned substances, as they pose a potential environmental risk.

2 895652,89565

Muovikappaleiden valmistuksessa tunnetaan useita eri menetelmiä. Sellaisten muovikappaleiden valmistus, jotka sisältävät sisäpuolisia ja suljettuja muotoja, kuten esim. erilaiset säiliöt, pullot ja vastaavat, on ollut vaikeaa ja jopa mahdotonta, etenkin silloin mikäli valmiilta kappaleelta edellytetään erittäin tarkkoja mittoja tai mikäli kappaleet 5 eivät saa sisältää liitoksia, kuten liima- tai hitsaussaumoja, laippoja tai vastaavia. Myös vastapäästöjä sisältävien sisäpuolisten muotojen valmistus on ollut erittäin hankalaa. Yleensä tällaiset kappaleet onkin muovitekniikassa jouduttu valmistamaan useammasta osasta, jotka sittemmin on liitetty toisiinsa yhtenäisen kappaleen muodostamiseksi. Pitkien suorien reikien valmistus muovikappaleisiin niiden muun valmistuksen yhteydes-10 sä on myös ollut erittäin hankalaa. Nämä vaikeudet johtuvat pääasiassa siitä, että muoviteollisuudessa ei ole ollut käytettävissä sellaisia kohtuuhintaisia liukenevia keemoja, jotka muovien valmistuksessa mahdollistaisivat valimotekniikanomaisen teknologian.Several different methods are known for the production of plastic parts. The production of plastic pieces containing internal and closed shapes, such as various containers, bottles and the like, has been difficult and even impossible, especially if the finished part is required to have very precise dimensions or if the pieces 5 must not contain joints such as adhesive or welds, flanges or the like. The manufacture of internal molds with counter-emissions has also been very cumbersome. In general, such pieces in plastic technology have had to be made of several parts, which have since been joined together to form a single piece. The manufacture of long straight holes in plastic pieces in connection with their other manufacture has also been very cumbersome. These difficulties are mainly due to the lack of affordable soluble chemicals in the plastics industry that would allow foundry technology to be used in the manufacture of plastics.

15 Se, että metallien valmistuksessa käytettäviä menetelmiä ei ole osattu käyttää hyväksi muovikappaleiden valmistuksessa, johtuu pääasiassa siitä, että metallien ja muovien ominaisuudet poikkeavat niin ratkaisevasti toisistaan. Esimerkiksi keemojen poisto muovivaluista on huomattavan paljon ongelmallisempaa kuin metallivaluista, koska muovit eivät kestä sellaisia keemanpoistotekniikoita, joita yleisesti valimotekniikassa 20 tunnetaan ja käytetään. Näitä keemanpoistotekniikoita ovat mm. kolistus, täristys, sinkopuhallus, lämpökäsittelyt jne. Keemoja käytettäessä muovien valmistuksessa on ongelmana myös se, että muovit sulassa tilassa herkästi tunkeutuvat keemamateriaaliin.15 The fact that the methods used to manufacture metals have not been used in the manufacture of plastic parts is mainly due to the fact that the properties of metals and plastics differ so decisively. For example, the removal of chemodes from plastic castings is considerably more problematic than from metal castings because plastics do not withstand the demetition techniques commonly known and used in foundry technology. These decalcification techniques include e.g. shaking, vibration, shot blasting, heat treatments, etc. When using chemistry in the manufacture of plastics, it is also a problem that plastics in the molten state are easily penetrated by the chemical material.

Ennestään tunnetuista menetelmistä voidaan tässä yhteydessä mainita mm. sulakeema-25 tekniikka, jossa keemamateriaalina käytetään matalan sulamispisteen omaavaa metallile-jeerinkiä. Tämän menetelmän olennaisena haittapuolena on kuitenkin se, että käytetty keemamateriaali on erittäin kallista, joten menetelmää voidaan käyttää ainoastaan kalliiden erikoiskappaleiden valmistukseen. Keemamateriaali aiheuttaa myös määrätyt edellytykset tuotantolinjalle, mistä syystä johtuen valmistuskustannukset nousevat 30 entisestään. Toisessa ennestään tunnetussa menetelmässä käytetään liukenevaa muovikeemaa. Tässä menetelmässä keemamateriaalina käytetään mineraalilujitettua 3 39565 akryylihapon ja akryyliesterin sekapolymeeria. Eräänä ongelmana tässä menetelmässä on itse keeman valmistus. Myös tämä menetelmä on huomattavan kallis.Of the previously known methods, mention may be made in this connection e.g. fusible-25 technique using a low melting point metal alloy as the chemical material. However, the essential disadvantage of this method is that the chemical material used is very expensive, so that the method can only be used for the production of expensive special parts. The chemical material also imposes certain conditions on the production line, for which reason the manufacturing cost increases further. Another prior art method uses a soluble plastic matrix. In this process, a mineral-reinforced 3,395,65 copolymer of acrylic acid and acrylic ester is used as the chemical material. One problem with this method is the preparation of the chemistry itself. This method is also remarkably expensive.

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan sellainen kaavaus- ja 5 keemahiekka sekä menetelmä hiekan valmistamiseksi, joihin ei liity edellä kuvattuihin menetelmiin oleellisesti kuuluvia haittapuolia. Tämän toteuttamiseksi on keksinnön mukaiselle kaavaus- ja keemahiekalle pääasiassa tunnusomaista, että hiekan rakeet on päällystetty sellaisella alkalisilikaattisuolalla, joka kiteytyneenä sisältää stabiilin määrän kidevettä.It is an object of the present invention to provide a formulation and chemical sand and a method for producing sand which do not have the disadvantages inherent in the methods described above. To achieve this, the formulation and chemical sand according to the invention is mainly characterized in that the sand granules are coated with an alkali silicate salt which, when crystallized, contains a stable amount of water of crystallization.

1010

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on puolestaan pääasiassa tunnusomaista, että hiekan rakeet päällystetään sellaisella alkalisilikaattisuolalla, joka kiteytyy siten, että se kiteytyneenä sisältää stabiilin määrän kidevettä.The process according to the invention, in turn, is mainly characterized in that the sand granules are coated with an alkali silicate salt which crystallizes in such a way that, when crystallized, it contains a stable amount of water of crystallization.

15 Keksinnöllä saadaan aikaan ennestään tunnettuun tekniikkaan nähden merkittäviä etuja, joista voidaan tässä yhteydessä tuoda esiin mm. seuraavat. Keksinnön mukaisesti valmistetulla hiekalla, joka on normaalilämpötilassa kuivaa, kidevedellisellä suolalla päällystettyä hiekkaa, on erittäin hyvä juoksevuus, jolloin se täyttää ja kopioi hyvin monimutkaisenkin muotti- tai keemaonkalon. Keksinnön mukainen hiekka sisältää vain 20 epäorgaanisia aineita ja vettä, minkä ansiosta prosessissa haihtuu muotin tai keeman kovettamisvaiheessa pelkästään vettä. Haitallisia kaasuja ei kovettamisvaiheessa tai valuvaiheessa synny lainkaan. Keksinnön mukaisesti valmistettu sideaineella päällystetty hiekka säilyttää hyvin käyttöominaisuutensa pitkinäkin varastointiaikoina. Keksinnöllä saavutettavista lisäeduista voidaan esim. mainita se, että kuumentamalla massaa saadaan 25 siihen haluttaessa kosteutta. Kosteus syntyy kidevedellisen suolan sulamisesta. Valun jälkeen keema tai muotti on helposti purettavissa liuottamalla se vedellä tai mekaanisesti purkamalla. Käytetty ja purettu kaavausmassa voidaan tarvittaessa kokonaan tai osittain käyttää uudelleen, jolloin siitä ei vastaavassa määrin synny kaatopaikkajätettä kuin ennestään tunnetuissa menetelmissä. Yllä mainittujen etujen lisäksi saavutetaan 30 keksinnöllä muovituotteiden valmistukseen nähden mm. se, että keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetusta kaavaus- ja keemahiekasta saadaan muotit ja keemat 4 89565 muodostettua olennaisesti yksinkertaisemmin ja pienemmin kustannuksin kuin aikaisemmin. Keksinnön muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.The invention provides significant advantages over the prior art, of which e.g. following. The sand made according to the invention, which is dry sand coated at normal temperature with water of crystalline salt, has a very good flowability, thus filling and copying even a very complex mold or boiling cavity. The sand according to the invention contains only 20 inorganic substances and water, as a result of which only water is evaporated in the process during the curing step of the mold or boil. No harmful gases are generated during the curing or casting phase. The binder-coated sand prepared according to the invention retains its performance well even during long storage periods. Among the additional advantages achieved by the invention, it can be mentioned, for example, that by heating the mass, moisture is obtained if desired. Moisture is created by melting the aqueous salt. After casting, the boil or mold can be easily disassembled by dissolving it in water or mechanically disassembling. The used and dismantled molding compound can be reused in whole or in part, if necessary, so that it does not generate landfill waste to the same extent as in previously known methods. In addition to the above-mentioned advantages, the invention achieves e.g. the fact that the molds and boils 4 89565 can be formed from the patterning and chemical sand produced by the method according to the invention substantially simpler and at a lower cost than before. Other advantages and features of the invention will become apparent from the following detailed description of the invention.

5 Keksinnön mukaisessa hiekassa voidaan rakeina käyttää esim. kvartsihiekkaa, joskin myös muut rakeet ovat keksinnössä käyttökelpoisia. Kaavaushiekan rakeet päällystetään sellaisella alkalisilikaattisuolalla, joka kiteytyy siten, että se kiteytyneenä sisältää kidevettä. Hiekan sekaan sekoitetaan näin ollen kuumana määrätyssä lämpötilassa omaan kideveteensä liuennutta sellaista alkalisilikaattisuolaa, joka sisältää stabiilin 10 määrän kidevettä. Näitä suoloja voivat olla esim. orto-, meta- tai muut alkalisilikaatit. Näistä suoloista voidaan esimerkkinä mainita natriummetasilikaatti Na2 Si03.5H2Of jonka sulamispiste on 71,8°C tai Na2 Si03.9H20, jonka sulamispiste on 47°C. Suola ensin liuotetaan omaan kideveteensä kuumentamalla se yli sulamispisteensä olevaan lämpötilaan. Tätä sulaa suolaliuosta lisätään haluttavasta lujuudesta riippuen yleensä 15 2-10 paino-% kaavausrakeen määrästä. Sulan suolaliuoksen lisäyksen aikana ja sen jälkeen massaa sekoitetaan, kunnes se on jäähtynyt niin paljon, että sulanut kidevesi kiteytyy uudestaan ja samalla kaavausmassa palautuu kuivaan olotilaan, jolloin jatkuvan sekoituksen vuoksi yksittäiset rakeet pysyvät erillään toisistaan ja tulevat päällystetyiksi kiteytyneellä kideveden sisältävällä sideaineella. Tuloksena on näin ollen täysin 20 kuiva irtonainen, sideaineella päällystetty kaavaushiekka, joka ei sisällä liuosvettä.In the sand according to the invention, for example, quartz sand can be used as granules, although other granules are also useful in the invention. The granules of the formulation sand are coated with an alkali silicate salt which crystallizes so that it contains water of crystallization when crystallized. Thus, an alkali silicate salt dissolved in its own crystal water containing a stable amount of crystal water is mixed with the sand at a certain temperature. These salts can be, for example, ortho-, meta- or other alkali silicates. Examples of these salts are sodium metasilicate Na2 SiO3.5H2Of with a melting point of 71.8 ° C or Na2 SiO3.9H2O with a melting point of 47 ° C. The salt is first dissolved in its own crystal water by heating it to a temperature above its melting point. This molten saline solution is generally added depending on the desired strength in an amount of 15 to 10% by weight of the amount of the granulation. During and after the addition of the molten brine, the mass is stirred until it has cooled to such an extent that the molten crystalline water recrystallizes and at the same time the molding mass returns to the dry state. The result is thus a completely dry, loose, binder-coated molding sand which does not contain solution water.

Yllä kuvatulla tavalla valmistettu hiekka voidaan kovettaa kuorimuottikoneessa tapahtuvan sullonnan, keematykillä ammunnan tai muun sullonnan jälkeen muotti- tai keema-onkalossa tuomalla sullottuun sideaineistettuun massaan lämpöenergiaa. Lämpöenergia 25 voidaan massaan tuoda joko kuuman muotin, mikroaaltojen tai muun menetelmän avulla. Tällöin hiekka ensin kostuu, ts. kidevedellinen suola sulaa muodostaen suolaliuoksen rakeiden väliin ja kuumennuksen jatkuessa vesi, joka oli sideaineen sisältämää kidevettä, höyrystyy liuoksesta kokonaan tai osittain ja suola kiteytyy kaavaushiekan rakeiden väliin muodostaen muotin tai keeman koossapitävät sidokset. Kuivumisen 30 jälkeen muotti tai keerna on valmis irrotettavaksi laatikosta ja on valmis jatkokäsittelyyn.Sand prepared as described above can be cured after compaction in a shell molding machine, firing with a chemical cannon, or other compression in a mold or boiling cavity by introducing thermal energy into the compressed binder-massed mass. Thermal energy 25 can be introduced into the pulp by either a hot mold, microwaves, or other method. In this case, the sand first becomes wetted, i.e. the aqueous salt melts to form a salt solution between the granules and as heating continues, the water that was the crystalline water in the binder evaporates all or part of the solution and the salt crystallizes between the patterning sand granules. After drying, the mold or core is ready to be removed from the box and is ready for further processing.

5 895655,89565

Edellä on keksintöä selitetty esimerkin avulla esittämällä hiekan valmistuksesta ja hiekan koostumuksesta yksi edullinen esimerkki. Tulee kuitenkin ymmärtää, että myös muut vaihtoehdot ovat mahdollisia ja niinpä keksinnön eri suoritusmuotoja voidaan vaihdella oheisissa patenttivaatimuksissa määritellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.The invention has been described above by way of example by showing one preferred example of the preparation of sand and the composition of the sand. It is to be understood, however, that other alternatives are possible and thus different embodiments of the invention may be varied within the scope of the inventive idea defined in the appended claims.

55

Claims

1. Mold and core sand coated with binder, characterized in that the sand grains are coated with such alkali silicate salt which in crystallized form contains a stable amount of crystal water.

Sand according to claim 1, characterized in that the alkali silicate salt used as a binder is ortho, meta or other alkali silicate.

Sand according to claim 1 or 2, characterized in that the alkali silicate salt used as the binder is sodium metasilicate with 5- or 9-crystal water molecules (Na2 SiO3.5H2O or Na2 SiO3.9H2O).

Sand according to any of the preceding claims, characterized in that, depending on the desired hardness, the sand contains a certain amount of alkali silicate salt, preferably about 2-10% by weight of the amount of mold grain.

Process for the production of mold and core sand, in which process the sand is coated with adhesive, characterized in that the sand grains are coated with such alkali silicate salt which crystallizes in such a way that it contains in a crystallized form a stable amount of crystal water.

6. A process according to claim 5, characterized in that the alkali silicate salt used as a binder is heated to a temperature above its melting point to melt said site in its own crystal water and the resulting hot solution is added to the sand by constantly stirring the mixture until the salt with the crystal water, the surface of the mold bowl is recrystallized as the mass cools.

Process according to claim 5 or 6, characterized in that, depending on the desired hardness, a certain amount of alkali silicate salt is added to the sand, advantageously about 2-10% by weight of the amount of mold grain.