JP7296326B2 - 鋳造業で成形材料混合物およびその成形体を製造するための方法ならびにこの方法での使用のためのキットおよびこの方法での使用のための装置 - Google Patents
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Description
次いで、金属から生じる熱の影響下で、鋳型の材料は、その機械的強度を失うように分解することになり、したがって、耐火材料の個々の粒子間の凝集の取り消しが生じる。理想的な場合では、鋳型は、再びモールドベース材料の微粒子にまで分解し、鋳物から容易に除去することができる。
しかし、フェノール樹脂ベースの有機バインダーの欠点は、その組成とは独立して、鋳造時に分解し、その際に、多少の量の、場合によってはかなりの量の有害物質、例えば、ベンゼン、トルエンおよびキシレンを排出することである。さらに、有機バインダーの鋳造は、一般原則として、望ましくない臭いおよび煙の排出を生じる。ある種の系では、鋳型の製造および/または貯蔵の初期の段階で、望ましくない排出が起こる。
この理由のため、鋳造業での使用のために無機バインダーが選択されることが増えている。それに応じて製造される鋳型成形体、特にモールドおよびコアの製品特性をさらに改善することに高い技術的および経済的関心が向けられている。
しかし、無機バインダー系の使用は、しばしば他の典型的な欠点と関連している。
独国特許出願公開第2652421号は、ケイ酸カリウムおよび/またはケイ酸ナトリウムとケイ酸リチウムとの混合物の溶液からなり、例えば、鋳物用コア用のバインダーとして適しているバインダーを記載する。
国際公開第2006/024540号パンフレットは、その記述に鋳型を製造する方法を含み、水ガラス系バインダーに粒子状金属酸化物の一部を混和する。
国際公開第2014/202042号パンフレットは、金属鋳造用のモールドおよびコアを製造するための無機バインダーベースのリチウム含有成形材料混合物を記載する。例えば、水ガラスベースの無機バインダーへのリチウム含有化合物の明白な添加による、そのようなバインダーを使用して製造される鋳型またはコアの貯蔵安定性を改善する可能性が記載されている。同時に、前記コアまたは鋳型は、高いレベルの強度を有すると言われている。
したがって、水ガラスベースの無機バインダー系でのリチウムイオン含量の一定の増加は、鋳造業におけるコアまたはモールドの高い安定性、特に高い貯蔵安定性を実現するために有利である。しかし、他方で、高いリチウムイオン含量を有するそのような前記のバインダーは、比較的不十分な貯蔵完全性を示す。
本発明のさらなる特定の目的は、前記方法の実施が工業製造スケールでも可能となる、装置、例えば、製造プラントを提供することであった。
本発明、また、本発明の好ましいパラメータ、特性および/または構成成分の発明性のある好ましい組み合わせは、添付の特許請求の範囲で定義される。本発明の好ましい態様は、以下の記述においても、および実施例においても明記または定義される。
(M1)モールドベース材料
および
(M2) 1.6~3.5の範囲の、好ましくは1.8~3.0の範囲のSiO2/M2Oモル比を有し、
M2O内のLi2Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲、好ましくは0.1~0.4の範囲である、
リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液
を含み、
以下のステップ:
(1)以下の別々の成分:
(K1)SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲、好ましくは25~34質量%の範囲であり、および/またはSiO2/M2Oモル比が、製造される成形材料混合物中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、
水ガラスを含む水溶液または分散液、
および
(K2a) リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲、好ましくは1.0~5.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲である、
水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液
を少なくとも含むキットを製造または提供するステップ
および、その後
(2)モールドベース材料(M1)と成分(K1)の一部とのおよびまた成分(K2a)の一部との混合物を製造し、使用するキットの成分を一緒に混合することにより溶液または分散液(M2)が形成されるステップ
を含み、
M2Oは、各場合に酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表す
方法により達成されることがわかった。
本発明では、成分(K1)では、SiO2/M2Oモル比が、製造される成形材料混合物中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、上記に特定した本発明の方法の実施形態が好適である。
水ガラス(K1)を含む水溶液または分散液が、10.0~13.0の範囲の、好ましくは11.0~12.5の範囲のpHを有する、上記の本発明の方法(より詳細には、本文で好ましいと表される本発明の方法)が好適である。
水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2a)が、8.0~14.0の範囲の、好ましくは11.5~13.5の範囲のpHを有する、上記の本発明の方法(より詳細には、本文で好ましいと表される本発明の方法)も同時に好適である。
「SiO2」は、本発明の方法(または本発明のキット)において、この計算が基準とするケイ素がSiO2として実際に存在するかとは独立して、実験式SiO2に従い算出した水溶液または分散液中のケイ素のモル量を表す。
「M」は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムからなる群から選択されるアルカリ金属を表す。
「M2O」は、実験式M2Oに従い算出した水溶液または分散液中のアルカリ金属の総モル量を表す。したがって、「Li2O」は、実験式Li2Oに従い算出したリチウムのモル量を表す。これらの計算値は、各場合に計算が基準とするアルカリ金属が、本発明の方法(または本発明のキット)で形態「M2O」で実際に存在するかどうかから独立している。
モールドベース材料(M1)は、好ましくは粒子状耐火性モールドベース材料である。当業者の通常の理解と一致する本文での「耐火物」は、融解金属、例えば、アルミニウムの鋳造および/または固化に関わる温度暴露に少なくとも短時間耐えることができる組成物、材料および鉱物を表す。適切なモールドベース材料の例は、ケイ砂、ジルコンまたはクロム鉱砂、かんらん石、バーミキュライト、ボーキサイト、シャモット、および合成モールドベース材料である。モールドベース材料(M1)は、2つ以上の(好ましくは粒子状、耐火性)物質の混合物であってもよい。
(K2b) リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)の場合より低く、好ましくは0~5.0mol/Lの範囲、より好ましくは0~2.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲であり、
好ましくは、リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下、好ましくは10%以下異なる、
水に溶解したアルカリ金属イオンを含み、好ましくは水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液
をさらに含み、
ステップ(2)が、以下:
(2)モールドベース材料(M1)と成分(K1)の一部とのおよびまた成分(K2a)の一部との混合物、または成分(K2b)の一部も含んでいてもよい混合物を製造し、使用するキットの成分を一緒に混合することにより溶液または分散液(M2)が形成される、ステップ
を含む
上記の本発明の方法(より詳細には、以下で好ましいと言及される方法)が特に好ましい。
(M1)モールドベース材料
および
(M2) 1.6~3.5の範囲の、好ましくは1.8~3.0の範囲のSiO2/M2Oモル比を有し、
M2O内のLi2Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲、好ましくは0.1~0.4の範囲である
リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液
を含み、以下のステップ:
(1)以下の別々の成分:
(K1) SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲、好ましくは25~34質量%の範囲であり、および/またはSiO2/M2Oモル比が、製造される成形材料混合物中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、
水ガラスを含む水溶液または分散液、
(K2a) リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲、好ましくは1.0~5.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲である、
水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液、
および
(K2b) リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)の場合より低く、好ましくは0~5.0mol/Lの範囲、より好ましくは0~2.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲であり、
好ましくは、リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下、好ましくは10%以下異なる、
水に溶解したアルカリ金属イオンを含む、好ましくは水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液
を少なくとも含むキットを製造または提供するステップ
および、その後
(2)モールドベース材料(M1)と成分(K1)の一部との、およびまた成分(K2a)の一部との、および成分(K2b)の一部との混合物を製造し、使用するキットの成分を一緒に混合することにより、溶液または分散液(M2)が形成されるステップ
を含み、
M2Oは、各場合に酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表す、
成形材料混合物を製造するための、または成形材料混合物およびその成形体、好ましくは貯蔵安定性成形体を製造するための、本発明の方法が特に好ましい。
(M1)モールドベース材料
および
(M2) 1.6~3.5の範囲の、好ましくは1.8~3.0の範囲のSiO2/M2Oモル比を有し、
M2O内のLi2Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲、好ましくは0.1~0.4の範囲である
リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液
を含み、
以下のステップ:
(1)以下の別々の成分
(K1)SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲、好ましくは25~34質量%の範囲であり、および/またはSiO2/M2Oモル比が、製造される成形材料混合物中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい
水ガラスを含む水溶液または分散液、
(K2a) リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲、好ましくは1.0~5.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲である
水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液
および
(K2b) リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)の場合より低く、好ましくは0.1~5.0mol/Lの範囲、より好ましくは0.1~2.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲であり、
好ましくは、リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下、好ましくは10%以下異なる
水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液
を少なくとも含むキットを製造または提供するステップ、
および、その後
(2)モールドベース材料(M1)と成分(K1)の一部との、およびまた成分(K2a)の一部との、および成分(K2b)の一部との混合物を製造し、使用するキットの成分を一緒に混合することにより、溶液または分散液(M2)が形成される、ステップ、
を含み、
M2Oは、各場合に酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表す
成形材料混合物を製造するため、または成形材料混合物およびその成形体、好ましくは貯蔵安定性成形体を製造するための本発明の方法が特に好ましい。
使用するキットの成分は、通常の方法で、好ましくは撹拌機構または混合管、好ましくは静的混合パイプにより、一緒に混合される。
本発明の方法の特に有利な一実施形態では、上記の方法(特に上記または下記で好ましいと特定された方法、好ましくは、使用するキット構成成分の予備混合を含む方法バリアント)が好適であり、製造される溶液または分散液(M2)は、モールドベース材料(M1)を有する混合物が形成される前に、目に見える析出物またはゲル部分を含まない。
使用するキットの成分が、一緒に混合されて、混合設備で溶液または分散液(M2)を形成し、好ましくは、混合設備は、計量容器または混合管、およびより好ましくは混合管、非常に好ましくは静的混合パイプである、上記の本発明の方法(特に上記または下記で確認された方法、好ましくは、使用するキット構成成分の予備混合を含む方法バリアント)も好適である。
好ましい計量容器は、Intermediate Bulk Containers(IBCコンテナまたはSchutzコンテナと同一)、ドラムおよびキャニスターからなる群から選択される。前記連続式または半連続式動作用の好ましい混合設備は、混合管、好ましくは静的混合パイプである。しかし、前記計量容器は、連続式または半連続式動作で使用することもできる。
- 成形体の製造の間の周囲温度、成形体の製造の間の相対湿度、成形体の貯蔵の間の温度、成形体の貯蔵の間の相対湿度、成形体の製造の間の絶対湿度、成形体の貯蔵の間の絶対湿度、および成形体の貯蔵期間からなる群から選択される1つまたは複数のパラメータを確立、決定または推定するステップ、
および
- 成形体の製造の間の周囲温度、成形体の製造の間の相対湿度、成形体の貯蔵の間の温度、成形体の貯蔵の間の相対湿度、成形体の製造の間の絶対湿度、成形体の貯蔵の間の絶対湿度、および成形体の貯蔵期間からなる群から選択される、確立、決定または推定したパラメータ(単数)またはパラメータ(複数)の関数として成分(K2a)および(K2b)の使用すべき割合を制御するステップ
を含む、成形材料混合物およびその成形体を製造するための、上記の本発明の方法(特に上記または下記で好ましいと特定された方法)が好適である。
成形体の製造の間の周囲温度および成形体の貯蔵の間の温度からなる群からのパラメータと、成形体の製造の間の相対湿度および成形体の貯蔵の間の相対湿度からなる群からのパラメータの組み合わせが、この場合特に好ましい。
「相対湿度」はこの場合-当業者の通常の理解と一致して-所与の温度での空気中の物理的最大水分量を基準にした、その温度での空気中の実際の水の割合を示す。
絶対湿度は-当業者の通常の理解と一致して-温度および相対湿度から決定する。例えば、相対湿度が同じまま温度が上昇する場合、または相対湿度が一定温度で上昇する場合、より高い絶対湿度が達成される。
リチウムイオンの比較的高い濃度の確立が本発明の方法で実用的に見える要因は、特に、成形体の製造の間および/または貯蔵の間のより高い絶対湿度、および/または成形体のより長い貯蔵期間である。
成形体の製造の間の周囲温度、成形体の製造の間の相対湿度、成形体の貯蔵の間の温度、成形体の貯蔵の間の相対湿度、成形体の製造の間の絶対湿度、成形体の貯蔵の間の絶対湿度、および成形体の貯蔵期間からなる群から選択される1つまたは複数のパラメータが増加する、または増加が予想される場合、
- 成形体の製造のために、成分(K2a)の使用する割合を増加させ、
および/または
- 成形体の製造のために、溶液または分散液(M2)中のM2O内のLi2Oのモル分率を増加させる
上記の本発明の方法(特に上記または下記で好ましいと特定された方法)が好適である。
- 成形体の製造のために使用する成分(K2a)の割合を減少させおよび/または成形体の製造のために用いられてもよい成分(K2b)の割合を増加させ、
および/または
- 成形体の製造のために、溶液または分散液(M2)中のM2O内のLi2Oのモル分率を減少させる
ように本発明の方法を設計することは、当然有利である。
および
確立、決定または推定したパラメータ(単数)またはパラメータ(複数)の関数として成分(K2a)および(K2b)の使用すべき割合を制御するために、制御設備が提供され、好ましくは、データ収集設備またはデータ処理設備と制御設備の間で、パラメータデータを移動するためにデータ接続が設定される。
前記データ収集設備またはデータ処理設備は、好ましくは気候条件を取得するための機器、またはデータロガーである。前記制御設備は、好ましくは自動混合設備である。
本発明の方法のこの前記実施形態は、工業製造作業における影響パラメータの関数として自動化または少なくとも部分的な自動化を用いてキット構成成分の混和または計量を実施することができるという利点を有する。
(M3)粒子状、非晶質二酸化ケイ素;硫酸バリウム;炭水化物;リン化合物;表面活性化合物;酸化ホウ素化合物;金属酸化物;潤滑剤、エステルおよび離型剤
からなる群から選択される1つまたは複数の構成成分がさらに添加される
上記の本発明の方法(特に上記または下記で好ましいと特定された方法)も好適である。
上述の本発明の方法での構成成分(M3)としてまたは中で使用することができる潤滑剤は、好ましくはグラファイトおよび/または硫化モリブデン(IV)から選択される。記載した潤滑剤は、個々にまたは互いに組み合わせて使用することができる。本発明の目的に適した潤滑剤は、例えば、国際公開第2014/202042号パンフレットにも記載される。潤滑剤(単数)または潤滑剤(複数)は、好ましくは成形材料混合物の総重量(総質量)を基準にして0.01~0.2質量%の範囲の量で使用される(それぞれ構成成分(M1)、(M2)およびある場合は(M3)およびさらなる任意の構成成分の重量または質量の合計)。
さらに、上記の本発明の方法(特に上記または下記で好ましいと表される方法)も好ましく、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2a)は水に溶解した水酸化リチウムを含み、(存在するまたは使用される場合)第2の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2b)も水に溶解した水酸化リチウムを含んでもよい。
および/または(好ましくは「および」)
- 水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2a)が、8.0~14.0の範囲の、好ましくは11.5~13.5の範囲のpHを有し、
および/または(好ましくは成分(K2b)が存在する場合「および」)
- 水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2b)(使用される場合)が、8.0~14.0の範囲の、好ましくは11.5~13.5の範囲のpHを有する、
上記の本発明の方法(特に本文で好ましいと言及される本発明の方法)も好ましい。
(K1)SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲、好ましくは25~34質量%の範囲であり、および/またはSiO2/M2Oモル比が、製造されるリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、
水ガラスを含む水溶液または分散液、
および
(K2a) リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲、好ましくは1.0~5.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲である
水に溶解したリチウムイオンを含む第1の水ガラスを含まない溶液または分散液
を少なくとも含む、
リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液を製造するためのキットにも関する。
(K2b) リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)の場合より低く、好ましくは0~5.0mol/Lの範囲、より好ましくは0~2.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲であり、
好ましくは、リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下、好ましくは10%以下異なる
水に溶解したアルカリ金属イオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液
をさらに含む
上記の本発明のキットが、特に好ましい。
本発明のキットまたは本発明により好ましいキットの好ましい一実施形態では、成分(K2b)中のリチウムイオンの濃度は、成分(K2a)の場合より低く、好ましくは0.1~5.0mol/Lの範囲、より好ましくは0.1~2.0mol/Lの範囲である。
(K1)SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲、好ましくは25~34質量%の範囲であり、および/またはSiO2/M2Oモル比が、製造中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、
水ガラスを含む水溶液または分散液、
(K2a) リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲、好ましくは1.0~5.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲である
水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液、
および
(K2b) リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)の場合より低く、好ましくは0.1~5.0mol/Lの範囲、より好ましくは0.1~2.0mol/Lの範囲であり、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲にあり、
好ましくは、リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下、好ましくは10%以下異なる
水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液
を少なくとも含む、上記の本発明のキット(特に上記または下記で好ましいと言及されるキット)が特に好ましい。
本発明のキットのさらなる好ましい実施形態に関して、本発明の方法に対し上記で明記される説明は、それに対応して有効であり、その逆も同様である。
本発明の上記で明記されたキットは、本発明の上記で明記された方法での使用に適切であり、意図される。
(M1)モールドベース材料
および
(M2) 1.6~3.5の範囲の、好ましくは1.8~3.0の範囲のSiO2/M2Oモル比を有し、
M2O内のLi2Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲、好ましくは0.1~0.4の範囲である、
リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液
を含む、成形材料混合物を製造するための、または成形材料混合物およびその成形体を製造するための、本発明の上記のキットまたは本発明の好ましいキットの使用に関する。
本発明による使用の好ましい実施形態に関して、本発明の方法および本発明のキットに対し上記で明記される説明は、それに対応して有効である。
装置が、
- SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲、好ましくは25~34質量%の範囲であり、および/またはSiO2/M2Oモル比が、製造中の成形材料混合物中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、第1の成分として水ガラスを含む水溶液または分散液(K1)を含有する第1の貯蔵タンク(Z1)、
-
〇リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲、好ましくは1.0~5.0mol/Lの範囲であり、
〇リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲である、
第2の成分として、水に溶解したリチウムイオンを含む第1の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2a)を含有する、第2の貯蔵タンク(Z2)、
- 少なくとも第1および第2の成分を混合して、(前記または不定の)中間体溶液または分散液(本発明の方法に関連して、この中間体溶液または分散液は、(M2)と確認される)を製造するための、好ましくは混合設備(Z3)、より好ましくは混合管、非常に好ましくは静的混合パイプ
を少なくとも含み、
- 好ましくは少なくとも第1および第2の貯蔵タンクが、各場合に1つまたは複数のライン(Z4)により混合設備(Z3)に接続されており、
M2Oは、各場合に酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表し、
および/または
- 中間体溶液または分散液中のリチウム含有水ガラスが、1.6~3.5の範囲、好ましくは1.8~3.0の範囲のSiO2/M2Oモル比を有し、および/またはM2O内のLi2Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲、好ましくは0.1~0.4の範囲であり、M2Oは、各場合に酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表し、
および/または
- 使用が、上記の本発明の方法で起こる(特に上記または下記で好ましいと言及される方法)、
成形材料混合物の製造における使用のための、または成形材料混合物およびその成形体を製造するための(好ましくは、本発明の方法による製造における使用のための)、好ましくは成形材料混合物の製造における使用のためのリチウム含有水ガラスを含む中間体溶液または分散液を製造するための、または成形材料混合物およびその成形体を製造するための、装置にも関する。
本発明の装置の好ましい実施形態に関して、本発明の方法、本発明のキット、および本発明による使用に対し上記で明記される説明は、それに対応して有効であり、その逆も同様である。
上記または下記で明記される本発明の装置は、本発明の上記で明記された方法での使用に適切であり、意図される。
上記で明記される本発明のキットは、上記または下記で明記される装置での使用に適切であり、意図される。
-
〇リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)の場合より低く、好ましくは0~5.0mol/Lの範囲、より好ましくは0~2.0mol/Lの範囲であり、
〇リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲、好ましくは0.3~20.0mol/Lの範囲、より好ましくは1.0~10.0mol/Lの範囲であり、
〇好ましくは、リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下、好ましくは10%以下異なる、
水に溶解したアルカリ金属イオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2b)を含有する第3の貯蔵タンク(Z5)
をさらに含み、
好ましくは混合設備(Z3)が、少なくとも第1、第2、および第3の成分を混合するために実施されて、中間体溶液または分散液を製造し、および
好ましくは少なくとも第1、第2、および第3の貯蔵タンクが、各場合に1つまたは複数のライン(Z4)により混合設備(Z3)に接続されている。
本発明を、以下で、以下で明記される実施例で、および図面に関連してより詳細に記載する。
別段の明記がない限り、作業は、通常の実験室条件(25℃、標準圧力)下で行った。
例示的成分(K1)、(K2a)および(K2b)
表1aに示す特性を有する、例示的成分(K1)、(K2a)および(K2b)は、通常の方法で製造した。
表1aでは、「c(Li+)」は、リチウムイオンの濃度を表し、「c(Li+/Na+/K+)」は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度を表す。「n.s.」は、当該のセルに何も値が記載されていないことを意味する。「質量%」の数値は、各場合に対応する成分(K1)、(K2a)または(K2b)の総質量に基づく。
成分(K1)、(K2a)および(K2b)のpHの決定
好ましい成分(K1)、(K2a)および(K2b)は、通常の方法で製造した。次いで、好ましい成分のpH値を通常の方法で決定した。結果を以下の表1bに示す。
本発明のリチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液の製造
リチウム含有水ガラスを含む例示的溶液または分散液(M2)は、本発明の方法により、通常の方法で、成分(K1)、(K2a)を互いに混合することにより、また(K2b)も混合することにより製造される。使用する成分は、各場合に例1で明記されたものである。この目的のため、成分(K1)の各割合を最初に導入し、各割合の成分(K2a)を加え、(K2b)も加えてもよい。振とうまたは撹拌により、得られた溶液または分散液(M2)をホモジナイズする。結果を表2に示す。
成形材料混合物の製造
表4に示す構成成分から、以下に示すプロトコルにより、成形材料混合物を本発明の方法(成形材料混合物EF1~EF3)により製造し、また、従来の、非発明性の方法により比較用の成形材料混合物(VF1)を製造した。表4のすべての量は、質量部で示す。
成形材料混合物の構成成分を実験室用のパドルミキサー(Multiserw製)で混合した。この目的のため、最初にケイ砂を導入し、粉末状の添加剤を加え混合した。その後、予備混合したバインダー(表3参照)を添加した。次いで、混合物を合計2分間撹拌した。次いで、得られた成形材料混合物をそれぞれ以下の調査のために使用した。
成形体の製造
例3で製造した成形材料混合物(表4参照)を使用し、曲げ試験片製造用の加熱可能なモールドを用いて(March 1974 M11 Merkblatt of the Verein deutscher GieBereifachleuteに示される)、成形体(試験片、すなわち、寸法22.4mm×22.4mm×165mmを有する標準曲げ試験棒)を製造し、これを以下の実験のために使用した。
製造した試験片は、成形体に相当し、鋳造業で使用することができる成形体、例えば、モールドまたはコアのモデル-当該の技術分野で一般的である-として存在する。
成形体の貯蔵安定性の調査
水ガラス結合成形体の貯蔵安定性は、周囲条件、特に空気湿度に依存する。湿度が高いほど、成形体への損傷(例えば、コア損傷)のリスクが大きくなる。成形体への損傷は、例えば、部品不良(例えば、コアの破壊)または強度の大きな低下(冷間強度に比べて低い残留強度)で明らかである。高い湿度の場合に、さらに、水の取り込みがあり、鋳造でガス欠陥(例えば、鋳造での気泡)を生じ得る。
定められた条件(温度および相対湿度)下で調査を実施し、各場合にデータロガーによりモニターした。成形体(試験片)は、各々表5(「実験」カラム参照)で、それを製造するために使用した成形材料混合物(例3および表3参照)により特徴付けられる。
部品不良(試験片の破壊)の時間の決定のために、試験片を調節されたキャビネットに貯蔵し、破壊までの時間を観察した。それぞれの時間(時間)は、各場合に3つの測定値の平均として表5に示す。
5.2.試験片の残留強度の決定
残留強度は、試験片を調節されたキャビネット内に定められた期間(表5参照)貯蔵することにより決定した。次いで、調節されたキャビネットから除去直後に曲げ強さを測定した。
得られた測定値(元の値の百分率で表す残留強度)は、各場合に3つの測定値の平均として表5に示す。
水分吸収を決定するために、モールドから除去して1時間後に試験片を秤量し、次いで調節されたキャビネットに所定の時間貯蔵した(表5参照)。調節されたキャビネットから除去直後に試験片を再び秤量した。得られた重量差(または質量差)(%)は、3つの測定値の平均として表5に示す。
表5では、「rh」は、相対湿度を意味し、「n.d.」は、「未決定(not determined)」(すなわち、測定値は決定されなかった)を意味する。数値「31.3g/m3」、「35.3g/m3」、「14.7g/m3」および「25.0g/m3」は、各場合の絶対湿度を示す。
成形体を製造するために使用する溶液または分散液(M2)のリチウムイオン含量が、記載される範囲内で増加すると、観察される成形体の貯蔵安定性(より高い)、残留強度(より高い)および水分吸収(より低い)の特性に改善が見られたことが表5からさらに明らかである。成形体のその部分でのより高い水分吸収は鋳造操作時のガスの発生、したがって、気泡の取り込みによる鋳造の品質低下のリスクを高める一般的効果を有する。
以下に示す方法で、およびその他では一定の条件下で、溶液または分散液(M2)の成分(K1)、(K2a)および(K2b)を使用し、互いに、または互いにおよびモールドベース材料(M1)と混合した。
a)予備混合なしに、成分(K1)、(K2a)および(K2b)を直接モールドベース材料と混合した。
b)成分(K1)、(K2a)および(K2b)を予備混合し、次いで、予備混合物をモールドベース材料と直接混合した。
c)成分(K1)、(K2a)および(K2b)を予備混合し、予備混合物をその製造の1日後にモールドベース材料と直接混合した。
d)成分(K1)、(K2a)および(K2b)を予備混合し、予備混合物をその製造の2日後にモールドベース材料と直接混合した。
e)成分(K1)、(K2a)および(K2b)を予備混合し、予備混合物をその製造の3日後にモールドベース材料と直接混合した。
次いで、上記で得られた成形材料混合物a)~e)を使用して、上記に示すように成形体(試験片;例4参照)を製造し、その貯蔵安定性を調べた(「部品不良の時間」;例5.1参照)。
上記の成形材料混合物a)~e)を用い、本発明の方法により製造した成形体(試験片)の貯蔵安定性を測定した際、著しい違いは確認されなかった。
この結果から、本発明の方法により製造した溶液または分散液(M2)を、実施に関連する品質低下が何も生じない試験条件下で、少なくとも3日間貯蔵できると結論付けることが可能である。
溶液または分散液(M2)の貯蔵安定性の調査
例3で製造した溶液または分散液(M2)の試料(名称「EL3」)を、表6に明記した条件下で密閉容器に貯蔵し、表6に示した時間でのその品質および一貫性を各場合に検査により決定し、結果を同様に表6に示す。
上記の結果から、本発明の方法により製造した溶液または分散液(M2)は、悪い貯蔵条件下でも、鋳造業での成形体製造のための実施に関連する程度に品質を低下させずに最大で8日間(好ましくは最大で7日間)使用できることが明らかである。
Claims (23)
- 成形材料混合物を製造するための、または成形材料混合物を製造し、かつ成形材料混合物から成形体を製造するための方法であって、前記成形材料混合物が、
(M1)モールドベース材料
および
(M2) 1.6~3.5の範囲のSiO2/M2Oモル比を有し、
M2O内のLi2Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲である、
リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液
を含み、
以下のステップ
(1)以下の別々の成分(K1)、(K2a)および(K2b):
(K1)SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲である、水ガラスを含む水溶液または分散液、
(K2a) リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲であり、かつ、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲である、水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液、
および
(K2b) リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)における濃度より低く、かつ
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲である、水に溶解したリチウム金属イオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液
を少なくとも含むキットを製造または提供するステップを含み、
(2)モールドベース材料(M1)と成分(K1)の一部との、成分(K2a)の一部との、および成分(K2b)の一部との混合物を製造し、使用するキットの成分を一緒に混合することにより、溶液または分散液(M2)が形成されるステップ
をさらに含み、
M2Oは、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表す、前記方法。 - 成分(K1)のSiO2/M2Oモル比が、製造される成形材料混合物中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、請求項1に記載の方法。
- 成分(K2b)のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下異なる、
成形材料混合物を製造し、かつ成形材料混合物から成形体を製造するための請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。 - 前記成形材料混合物が、
(M1)モールドベース材料
および
(M2) 1.6~3.5の範囲のSiO2/M2Oモル比を有し、
M2O内のLi2Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲である、
リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液
を含み、
以下のステップ
(1)以下の別々の成分(K1)、(K2a)および(K2b):
(K1) SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲である、水ガラスを含む水溶液または分散液、
(K2a) リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲であり、かつ、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲である、水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液、
および
(K2b) リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)における濃度より低く、かつ、0.1~5.0mol/Lの範囲であり、かつ、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲であり、かつ、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下異なる、
水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液
を少なくとも含むキットを製造または提供するステップ、
および、その後
(2)モールドベース材料(M1)と成分(K1)の一部との、成分(K2a)の一部との、および成分(K2b)の一部との混合物を製造し、使用するキットの成分を一緒に混合することにより、溶液または分散液(M2)が形成されるステップ
を含み、
M2Oは、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表す、
請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。 - 追加のステップ
- 成形体の製造の間の周囲温度、成形体の製造の間の相対湿度、成形体の貯蔵の間の温度、成形体の貯蔵の間の相対湿度、成形体の製造の間の絶対湿度、成形体の貯蔵の間の絶対湿度、および成形体の貯蔵期間からなる群から選択される1つまたは複数のパラメータを確立、決定または推定するステップ、
および
- 成形体の製造の間の周囲温度、成形体の製造の間の相対湿度、成形体の貯蔵の間の温度、成形体の貯蔵の間の相対湿度、成形体の製造の間の絶対湿度、成形体の貯蔵の間の絶対湿度、および成形体の貯蔵期間からなる群から選択される確立、決定、または推定したパラメータ(単数)またはパラメータ(複数)の関数として、成分(K2a)および(K2b)の使用すべき割合を制御するステップ
を含む、
および/または
方法が、いくつかの成形体の少なくとも部分的に連続式の製造として実施され、
成形体の製造の間の周囲温度、成形体の製造の間の相対湿度、成形体の貯蔵の間の温度、成形体の貯蔵の間の相対湿度、成形体の製造の間の絶対湿度、成形体の貯蔵の間の絶対湿度、および成形体の貯蔵期間からなる群から選択される1つまたは複数のパラメータが増加する場合、または増加すると予想される場合、
- 成形体の製造のために、成分(K2a)の使用する割合を増加させ、
および/または
- 成形体の製造のために、溶液または分散液(M2)中のM2O内のLi2Oのモル分率を増加させる、
または
成形体の製造の間の周囲温度、成形体の製造の間の相対湿度、成形体の貯蔵の間の温度、成形体の貯蔵の間の相対湿度、成形体の製造の間の絶対湿度、成形体の貯蔵の間の絶対湿度、および成形体の貯蔵期間からなる群から選択される1つまたは複数のパラメータが減少する、もしくは低下する、または減少が予想される、もしくは低下が予想される場合、
- 成形体の製造のために使用する成分(K2a)の割合を減少させおよび/または成形体の製造のために使用する成分(K2b)の割合を増加させ、
および/または
- 成形体の製造のために、溶液または分散液(M2)中のM2O内のLi2Oのモル分率を減少させる、
成形材料混合物を製造し、かつ成形材料混合物から成形体を製造するための請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。 - 成形体の製造の間の周囲温度、成形体の製造の間の相対湿度、成形体の貯蔵の間の温度、成形体の貯蔵の間の相対湿度、成形体の製造の間の絶対湿度、成形体の貯蔵の間の絶対湿度、および成形体の貯蔵期間からなる群から選択される1つまたは複数のパラメータを確立、決定または推定するために、データ収集設備またはデータ処理設備が提供され、
確立、決定または推定したパラメータ(単数)またはパラメータ(複数)の関数として、成分(K2a)および(K2b)の使用すべき割合を制御するために、制御設備が提供され、
データ収集設備またはデータ処理設備と制御設備の間に、パラメータデータを移動するためにデータ接続が設定される、
請求項5に記載の方法。 - 成形材料混合物の製造の間に、
(M3) 粒子状、非晶質二酸化ケイ素;硫酸バリウム;炭水化物;リン化合物;表面活性化合物;酸化ホウ素化合物;金属酸化物;潤滑剤、エステルおよび離型剤
からなる群から選択される1つまたは複数の構成成分が、さらに添加される、
請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。 - 第1の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2a)が水に溶解した水酸化リチウムを含む、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 第2の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2b)が水に溶解した水酸化リチウムを含む、請求項8に記載の方法。
- - 水ガラスを含む水溶液または分散液(K1)が、10.0~13.0の範囲のpHを有し、
および/または
- 水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2a)が、8.0~14.0の範囲のpHを有し、
および/または
- 水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2b)が、8.0~14.0の範囲のpHを有する、
請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記ステップ(2)で、最初に、モールドベース材料なしで、使用するキットの成分を一緒に混合することにより、溶液または分散液(M2)が形成され、その後、モールドベース材料(M1)またはその一部と得られる溶液または分散液(M2)の一部または総量との混合物が形成される、
請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。 - 製造される溶液または分散液(M2)が、モールドベース材料(M1)との混合物の形成前に、目に見える析出物またはゲル部分を含まない、請求項11に記載の方法。
- 混合設備で、使用するキットの成分が、一緒に混合されて、溶液または分散液(M2)を形成し、混合設備が、計量容器または混合管である、請求項11または12のいずれか1項に記載の方法。
- 形成される溶液または分散液(M2)の一部または総量が、モールドベース材料(M1)またはその一部との混合物の形成前に、混合設備で7日間以下の期間貯蔵される、請求項11から13までのいずれか1項に記載の方法。
- 以下の別々の成分(K1)、(K2a)および(K2b):
(K1) SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲である、水ガラスを含む水溶液または分散液、
(K2a) リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲であり、かつ、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲である、水に溶解したリチウムイオンを含む、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液および
(K2b) リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)における濃度より低く、かつ、0.1~5.0mol/Lの範囲であり、かつ、
リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲である、水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液、
を少なくとも含み、
M2Oは、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表す、リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液を製造するためのキット。 - 成分(K1)のSiO2/M2Oモル比が、製造される成形材料混合物中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、請求項15に記載のキット。
- 成分(K2b)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下異なる、請求項15または16のいずれか1項に記載のキット。
- 請求項15から17までのいずれか1項に記載のキットを提供することを含む、成形材料混合物を製造するための、または成形材料混合物を製造し、かつ成形材料混合物から成形体を製造する方法であって、
前記成形材料混合物が、
(M1)モールドベース材料
および
(M2) 1.6~3.5の範囲のSiO2/M2Oモル比を有し、
M2O内のLi2Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲である、
リチウム含有水ガラスを含む溶液または分散液
を含む、
前記方法。 - 成形材料混合物の製造における使用のための、または成形材料混合物を製造し、かつ成形材料混合物から成形体を製造するための装置であって、
-装置が、
- 第1の成分として、SiO2含量が、溶液または分散液の総質量を基準にして20~34質量%の範囲である、水ガラスを含む水溶液または分散液(K1)を含有する第1の貯蔵タンク(Z1)、
- 第2の成分として、
〇リチウムイオンの濃度が、0.3~5.3mol/Lの範囲であり
および
〇リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲である、
水に溶解したリチウムイオンを含み、第1の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2a)を含有する、第2の貯蔵タンク(Z2)、
- 少なくとも第1および第2の成分を混合して、中間体溶液または分散液を製造するための、混合設備(Z3)
を含み、
- 少なくとも第1および第2の貯蔵タンク(Z1、Z2)が、それぞれ1つまたは複数のライン(Z4)により、混合設備(Z3)に接続されており、
M2Oは、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表し、
および、
第3の成分として、
〇リチウムイオンの濃度が、成分(K2a)における濃度より低く、0.1~5.0mol/Lの範囲であり、
および
〇リチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、0.3~28.0mol/Lの範囲である、
水に溶解したリチウムイオンを含む、第2の水ガラスを含まない溶液または分散液(K2b)を含有する、第3の貯蔵タンク(Z5)をさらに含み、
少なくとも第1、第2、および第3の成分を混合するために、混合設備(Z3)を実施して、中間体溶液または分散液を製造し、
少なくとも第1、第2、および第3の貯蔵タンクが、それぞれ1つまたは複数のライン(Z4)により混合設備(Z3)に接続されている、
前記装置。 - 成分(K1)のSiO 2 /M 2 Oモル比が、製造される成形材料混合物中のリチウム含有水ガラスのモル比より大きい、請求項19に記載の装置。
- 中間体溶液または分散液中のリチウム含有水ガラスが、1.6~3.5の範囲のSiO 2 /M 2 Oモル比を有し、および/またはM 2 O内のLi 2 Oのモル分率が、0.05~0.60の範囲であり、M 2 Oは、酸化リチウム、酸化ナトリウムおよび酸化カリウムの総量を表す、請求項19または20のいずれか1項に記載の装置。
- 前記使用が請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法において行われる請求項19から21までのいずれか1項に記載の装置。
- 成分(K2b)のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度が、成分(K2a)中のリチウム、ナトリウムおよびカリウムイオンの総濃度と20%以下異なる、請求項19から22までのいずれか1項に記載の装置。
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