NO118402B - - Google Patents

Description

Blandinger egnet for fremstilling av ildfaste gjenstander.

Denne oppfinnelse angår blandinger som er egnet for fremstilling av ildfaste gjenstander, samt fremstilling av gjenstander av slike blandinger.

Ildfaste former for støpning av metal-ler som smelter ved høy temperatur og av andre ildfaste gjenstander som ildfast sten, blokker, kjerner og foringer, blir vanligvis fremstilt ved at man blander et pulver av passende fin partikkelstørrelse med et flytende bindemiddel som herdner etter en passende tid, hvoretter man former blandingen til ønsket fasong og når bindemid-let har stivnet, tørker man hvis nødven-dig og brenner gjenstanden. Blandingen av pulverformet ildfast materiale og bindemiddel kan benyttes til fremstilling av hele formen (eller gjenstanden), til å danne bare overflaten på formen, til å skaffe overflaten og samtidig danne materialet for grovere ildfast materiale inne i formen, og til fremstilling av skallformer som bygges opp på borttagbare modeller.

For fremstilling av ildfaste gjenstander

er det blitt foreslått forskjellige flytende bindemidler og et spesielt egnet middel er kiselsyresol (eller kolloidal oppløsning av kiselsyre) og anvendelsen herav til fremstilling av ildfaste former er beskrevet i engelsk patent nr. 594 671. Disse soler kan lett påvirkes så de gelerer ved at man til-setter passende akseleratorer, og den tid hvori geleringen foregår kan lett reguleres. Når kiselsyresol anvendes til å binde sam-men ildfaste materialer og blandingen er blitt formet til ønsket fasong, er den ge-lerte blanding tilstrekkelig sterk til å kunne

håndteres og gir et utmerket ildfast produkt ved tørking og herdning, for den kiselsyre som skriver seg fra selve kiselsyresolen deltar i og gir produktet de ildfaste egenskaper.

Når kiselsyresolen anvendes som bindemiddel blir en passelig mengde av denne

(i praksis er det en vandig kiselsyresol)

blandet med det pulverformige ildfaste materiale slik at det dannes et slam. Hvis det behøves geleringsakselerator kan denne tilsettes på den tid man fremstiller slamblandingen eller slamblandingen kan hol-det som sådan inntil den skal anvendes og akseleratoren tilsettes da. I enkelte tilfeller er en geleringsakselerator ikke nød-vendig, f. eks. når man fremstiller ildfaste former ved hjelp av dyppebelegg på modeller, hvor belegget på modellen får tørke,

hvorved solen gelerer og hvoretter modellen kan dyppes gjentatte ganger inntil det på

denne måte er blitt bygget opp en passelig tykkelse av gelert slam på modellen. Slammets konsistens beror på størrelsen av par-tiklene av det ildfaste materiale og av mengdeforholdet av kiselsyre som benyttes, og den spesielle konsistens av slammet vil i hvert enkelt tilfelle bli avpasset etter den måte hvorpå det skal gis sin fasong. Hvis slammet skal formes omkring en modell ved vibrering under tyngdekraftens hjelp, må det være tykkere enn hvis det skal anvendes til fremstilling av dyppebelegg for bare dannelse av overflaten av den ildfaste gjenstand; hvis slammet skal påføres en modell i form av en dusj, må

det være tilstrekkelig tyntflytende til å kunne dusjes ut.

I enkelte tilfeller blir slammet anvendt øyeblikkelig etter blandingen, men det forekommer mange tilfeller hvor det er hensiktsmessig å fremstille en viss mengde slam og benytte denne i løpet av flere dager. Således er det ved fremstilling av flater på ildfaste former ved dypping hensiktsmessig å fremstille en stor mengde slam og holde dette i et bad som modellen dyppes i. Det tilsettes fra tid til annen mere slam for å vedlikeholde nivået i badet ettersom dettes innhold forbrukes, og badet kan være i kontinuerlig bruk i mange dager eller endog uker.

I slike tilfeller hvor slammet er tynt og anvendes i en temmelig lang periode, er det naturligvis meget ønskelig at det skal beholde sine opprinnelige egenskaper så-vidt mulig og spesielt at de ildfaste partikler som er suspendert ikke skal avsette seg, slik at slammet ikke lenger er homogent. I praksis viser det seg imidlertid at ildfaste partikler som er suspendert i en kiselsyresol har en tendens til å skille seg ut ved henstand. Slik forandring av slammets egenskaper er særlig uheldig når slammet skal brukes til påsprøytning eller til dyppebelegging, for det belegg av slam som tas opp av modellene som anvendes vil variere både i tykkelse og i sammensetning.

Ansøkerne har funnet at hvis et ikke-ionisk overflateaktivt stoff inkorporeres i slammet av kiselsyresol og ildfaste partikler og den resulterende blandings pH reguleres passende, kan de ildfaste partikler til-bøyelighet til å skille seg ut nedsettes i betydelig grad.

I henhold til oppfinnelsen er en blanding som er egnet for fremstilling av ildfaste gjenstander, omfattende et slam av en kiselsyresol og et pulverformet ildfast materiale, hvilket slam har en pH-verdi innenfor et område i hvilken solen, er sta-bil, karakterisert ved, at slammet inneholder en liten mengde av et ikke-ionisk overflateaktivt stoff som er et kondensasjonsprodukt av et alkylenoksyd og et orga-nisk stoff som inneholder en stor, ikke-polar gruppe og et aktivt vannstoffatom. og at slammet har en slik pH-verdi i det nevnte område at slammet av kiselsyresolen og det pulverformede materiale for-blir homogent ved henstand.

Blant kiselsyresoler som egner seg til å anvendes i blandingen i henhold til oppfinnelsen er slike som fås ved ioneutveksling fra natriumsilikat, eller ved den såkalte autoklavprosess, under anvendelse av en kiselsyregel, slik som de kiselsyresoler som er beskrevet i engelsk patent nr. 607.696, 645.703, 649.897, 654.850 og 662.423. Kon-sentrasjonen av kiselsyre i kiselsyresolen som anvendes utgjør fortrinsvis fra 10—30 vektpst. og ca. 15 pst. er særlig fordel-aktig. De kiselsyresoler som selges undér varemerket «Syton», f. eks. de som er kjent som «Syton C», «Syton W-20» og «Syton 2X, som inneholder resp. 15, 15 og 30 vekt-pst. kiselsyre er særlig egnet, og 30 psVs oppløsningen kan om det ønskes fortynnes med vann så man får en 15 pst.'s sol for direkte anvendelse.

Det pulverformete ildfaste materiale må selvfølgelig ikke være sådan at det er sa surt eller basisk at det bevirker at kiselsyresolen gelerer hurtig. Egnede ildfaste materialer er leirjord, karborundum, kro-mitt, kiselsyre og silikater som zirkoniumsilikat og sillimanitt. Partikkelstørrelsen av det pulverformede ildfaste materiale er forholdsvis slik at pulveret vil passere gjennom en standard britisk sikt med 200 mas-ker pr. tomme.

Blant de egnede ikke-ioniské overflateaktive stoffer kan nevnes kondensasjons-produkter av etylenoksyd med langkjedéde fettalkoholer (f. eks. det produkt som selges under betegnelsen «Lubrol. W»), kbn-densasjonsprodukter av etylenoksyd med

alkylfenoler, f. eks. en aktylfehol, (som f. eks. «Stergen») og kondensasjohsprodukter

av etylenoksyd med langkjedede alkyl-merkaptaner, f. eks. dodecylmerkaptan. Et annet ikke-ionisk overflateaktivt stoff som kan anvendes er en polyetylenglykolfett-syreester, f. eks. den som selges under betegnelsen «Nonex 99».

Stabiliteten av et slam påvirkes sterkt av dets pH, og hvor det er nødvendig må pH reguleres passsende, f. eks. ved tilsetning av en syre, etter at bestanddelene er blitt blandet. Den mest egnede pH for opp-nåelse av god stabilitet varierer med den spesielle kiselsyresol som benyttes og kan ikke bestemmes på forhånd, men den kan lett finnes ved enkle forsøk. Den mest egnede pH befinner seg på den alkaliske side av nøytralpunktet, men det kan vise seg at forholdsvis lave pH-verdier er anvendbare når mengden av det ikke-ioniske overflateaktive stoff som er tilstede er liten.

I enkelte tilfeller hvor det ikke-ionisk overflateaktivt stoff er blitt anvendt i praksis har det vist seg at viskositeten av det fremstilte slam øket betydelig ved henstand, selv om ikke kiselsyresolen gelerer. Denne foreteelse synes i en betydelig grad å være avhengig av slammets pH. En slik forandring i et slams egenskaper kan under visse forhold være uheldig, men det har vist seg at ved ytterlig å tilsette et anionisk overflateaktivt stoff mulig enten å nedsette tendensen hos slammet til å bli tykkere eller få øket viskositet ved henstand eller i tilstrekkelig grad å redusere viskositeten av et slam som allerede er blitt fortykket. Som anioniske overflateaktive stoffer som kan benyttes i forbindelse med de ikke-ioniske overflateaktive stoffer, kan nevnes alkylaryl-sulfonater som f. eks. natrium dodecylbensolsulfonat, saltene av alkylkull-vannstoffsulfater, som f. eks. natrium-laurylsulfat og natriumcetylsulfat og de rensemidler som i handelen selges under navnet «Teepol» og «Iranopol», og alkylsul-fosuccinater, f. eks. natriumdioktylsulfosuccinat, og det stoff som selges under betegnelsen «Alcopol O».

En annen fremgangsmåte til å nedsette sådan fortykning som allerede har funnet sted består i å øke slammets pH ved forsiktig tilsetning av alkalisk reagerende stoff f. eks. av ammoniakk. Man må naturligvis påse at det ikke tilsettes så meget alkali at man ødelegger slammets ikke-avsetningskarakter. Alternativt kan slammets tykkelse reguleres ved tilsetning av mer kiselsyresol og ildfast materiale.

Mengden av kiselsyresol i forhold til pulverformet ildfast materiale og eventuelt tilsatt vann vil i hvert enkelt tilfelle av-henge av den konsistens man ønsker slammet skal få. Den mengde ioni.sk overflateaktivt stoff anvendes, er som regel fra 0,05 pst. til 1 pst. av det overflateaktive stoff i forhold til slammets vekt tilstrekkelig. Mengden av anionisk overflateaktivt stoff som kan anvendes for å nedsette tykkelsen av et slam i hvilket et ikke-ionisk overflateaktivt stoff er tilstede, utgjør som regel bare en liten vektdel i forhold til det ikke-ioniske stoff. De nøyaktige mengdeforhold av overflateaktive stoffer som anvendes i hvert enkelt tilfelle kan finnes ved enkle forsøk.

Oppfinnelsen har en viktig anvendelse i den fremgangsmåte for presisjonsstøp-ning som er beskrevet i patent nr. 86922.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved de følgende eksempler:

Eksempel 1:

Dette eksempel beskriver fremstilling og egenskaper hos en blanding i form av et slam som er egnet til å anvendes ved dyppebelegging og som inneholder zirkoniumsilikat, et ikke-ionisk overflateaktivt stoff og den kolloidale oppløsning av kisel syre som selges under navnet «Syton C» og er fremstilt ved den såkalte autoklavprosess og inneholder ca. 15 vektspst. SI02.

Findelt zirkoniumsilikat som går gjennom en 200 maskers sikt (175 gr; det an-vendte materiale er det som selges under navnet «Zircosil 200») ble tilsatt porsjons-vis under kraftig omrøring til Syton C (60 ml; pH 9,75) til hvilket det var blitt satt 1,5 ml av en vandig oppløsning som inneholder 50 vektspst. av det ikke-ioniske overflateaktive stoff som selges under navnet «Stergen» (et kondensasjonsprodukt av etylenoksyd og oktylkresol). Omrøringen ble fortsatt i 10 minutter etterat tilsetningen av zirkoniumsilikatet var avsluttet og det erholdte slam fikk stå natten over.

Dets egenskaper bestemtes som følger:

1. 'Slammlets pH ble bestemt.

2. Slammet ble om rørt kraftig i noen få minutter og fikk deretter stå i en time. Deretter ble det målt hvor lang tid et målt volum av slammet ved en temperatur på 20° C behøvet for å renne ut av en 50 ml. gradert pipette som ble holdt vertikalt. Den observerte tid var et mål for slammets relative viskositet. (Den tid som et like stort volum vann krever for å renne ut av pipetten under ellers like forhold fantes å være 30 sekunder.) 3. Slammet ble omrørt kraftig i noén få minutter og ble deretter helt ut i et åpent kar så man fikk et 44,5 mm tykt lag som deretter fikk stå i 1 time. En mikro-spatel ble holdt vertikalt over overflaten av slammet med spatelens nedre ende så-vidt berørende overflaten og deretter ble spatelen sluppet og fikk synke ned gjennom slammet på grunn av sin egen vekt. Den dybde til hvilken den nedre ende av spatelen trengte gjennom slammet avhang av i hvor stor grad dannelsen av et hårdt nedre lag av zirconiumsilikat hadde funnet sted som følge av avsetning. 4. Slammet fikk stå endel dager og etterat det var blitt omrørt i noen få minutter fikk det stå ytterligere 1 time og ble deretter undersøkt for å konstatere om det fantes tilstede noe hårdt nedre lag av zirkoniumsilikat. Deretter ble slammets flytetid bestemt for å finne om noen fortykning hadde funnet sted i hehstands-perioden. Resultatene av forsøk som ble foretatt med tre atskilt fremstilte slam, er vist i nedenstående tabell. Begynnelses-pH'en i den kolloidale oppløsning av kiselsyre som ble anvendt i hvert enkelt tilfelle var 9,75, og slammene i alle tilfellene var homogene etterat de hadde fått stå det antall timer som er angitt i tabellen.

Det fremgår således av ovenstående tabell at hvert enkelt av slammene hadde meget tilfredsstillende stabilitet og viste liten tilbøyelighet til å bli tykkere ved henstand. Ved avslutningen av prøvene ble brukbarheten av slam C (vilkårlig valgt) til bruk ved dyppebehandling undersøkt derved at man dyppet en pinne av presi-sjonstøpevoks, som på forhånd var blitt renset med aceton, ned i slammet og deretter tok pinnen hurtig ut. Det belegg som dannet seg på vokset viste seg å være tilfredsstillende jevnt.

Eksempel 2:

Dette eksempel viser virkningen av å forandre pH av en blanding som til å be-gynne med var av liten nytte ved dyppebelegging på grunn av at zirkoniumsilikat-partikler skilte seg forholdsvis hurtig ut ved avsetning. Det ble fremstilt en komposisjon av zirkoniumsilikat, Ster gen og Syton C på den i eksempel 1 angitte måte med den forskjell at Syton C (som igjen hadde pH = 9,75) ble tatt fra en annen produksjon. Etterat alt zirkoniumsilikatet var blitt tilsatt og omrøring hadde foregått i ytterligere 10 min. ble blandingen (pH 8,8) satt tilside. I løpet av 1 time viste det seg at det hadde dannet seg et overordentlig hårdt nedre lag av zirconiumsilikat og penetrasjonsdybden under penetrasjons-prøven viste seg å være bare 12,7 mm. Komposisjonen fikk stå natten over, ble deretter rørt om kraftig i noen få minutter, fikk så stå i ytterligere 1 time og ble atter underkastet penetrasjonsprøven. Penetrasjonsdybden var atter bare 12,7 mm.

Dette forsøk ble gjentatt fire ganger med den forskjell - at etterat tilsetningen av zirkoniumsilikat var ferdig, ble kompo-sisjonenes pH-verdier regulert til 8,0, 7,7, 7;4 og 6,35 resp. ved tilsetning av saltsyre. T alle tilfeller ble tilstrekkelig bevegelige homogene slam som var meget anvendbare til dyppebelegg erholdt etterat komposisjonen hadde fått stå natten over og deretter blitt rørt kraftig om i ytterligere 10 min. Resultatet av penetrasjonsprøven var 44,5 mm i hvert tilfelle.

Eksempel 3:

Dette eksempel beskriver fremstilling av en komposisjon i form av et slam som er meget egnet til å anvendes ved dyppebelegging og som inneholder en nedsatt mengde kolloidal kiselsyre.

Syton C (pH 9,65) ble blandet med en like stor vektsmengde destillert vann så man fikk en oppløsning som inneholdt 7,5 vektspst. SiOa. Oppløsningens pH ble innstilt på 9,65 ved tilsetning av litt natrium-hydroksydoppløsning og 60 ml av oppløs-ningen ble anvendt til fremstilling av et slam på samme måte som i eksempel 1. Det således erholdte bevegelige slam fikk stå natten over, ble rørt kraftig om noen få minutter, fikk så stå en time og ble deretter underkastet penetrasjonsprøven som ga 44,5 mm som resultat.

Eksempel 4:

En viss mengde av den kolloidale opp-løsning av kiselsyre som selges under navnet Syton 2X og som inneholder 30 vektspst. SiO, 2 og har pH 10,0 ble blandet med ct like stort volum destillert vann og opp-løsningens pH ble innstilt på 7,0 ved tilsetning av saltsyre. 60 ml av oppløsnigen ble anvendt til fremstilling av en blanding ved å anvende den i eksempel 1 beskrevne fremgangsåte og man fikk da et lite beve-gelig homogent slam som var meget egnet til å anvendes ved dyppebelegging og som ved penetrasjonsprøven ga et resultat på 44,5 mm.

Forsøk på å fremstille en blanding uten å regulere pH-verdien til 7 med eller uten tilsetning av «Stergen», resulterte i dannelse av ustabilt slam som hurtig avsatte et overordentlig hårdt nedre lag av zirko-ruumsilikat og ga en penetrasjon på bare 12,7 mm ved spatelpenetrasjonsprøven.

Eksempel 5: Dette og det følgende eksempel illus-trerer anvendelsen av et anionisk overflateaktivt stoff for fremstilling av blandingen som har passelig lav viskositet idet man går ut fra fortykkede slam som er blitt fremstilt ved anvendelse av et ikke-ionisk overflateaktivt middel.

Zirkosil (175 g) ble tilsatt porsjons-vis under kraftig mekanisk omrøring til Syton C (60 ml, pH 9,1) til hvilket det var blitt satt 0,2 g av det ikke-ioniske overflateaktive stoff som selges under navnet Nonex 99 (en polyetylenglykol-fettsyre-ester).

Omrøringen ble fortsatt i 10 minutter' etter at tilsetningen av zirkoniumsilikatet var avsluttet og det erholdte homogene slam fikk stå natten over, ble deretter rørt om og fikk så stå i ytterligere 1 time. Det endelige slam var homogent og ga ved spatelpenetrasjonsprøven en verdi på 44,5 mm, men den var derfor tykk hvilket fremgår av at flytetiden var 1740 sekunder og den hadde derfor noe mindre verdi ved dyppebelegging. Til dette slam ble det så under kraftig omrøring tilføyet 0,1 ml av det anioniske overflateaktive middel som selges under navnet «Alcopol O (Ordinary Grade)» (natriumdioktylsulfosuccinat); følgen var at slammet øyeblikkelig ble tyn-nere og det viste seg at dets flytetid var blitt nedsatt til 73 sekunder.

Eksempel 6: En blanding ble fremstilt på den i eksempel 6 angitte måte, men istedenfor Nonex 99 ble det anvendt 1,5 ml av en vandig oppløsning som inneholdt 50 vekt-pst. Stergen. Det ferdige homogene, men fortykkede slam hadde en penetrasjon på 44,5 ml og en flytetid på 1020 sekunder. 0,2 ml av en vandig oppløsning som inneholdt 5 vektspst. av en blanding av tre de-ler natriumdodecylbenzensulfonat og en del vannfritt natriumsulfat ble satt til slam met under kraftig omrøring, og slammet ble hurtig mindre viskost. Flytetiden viste seg å være blitt nedsatt til 60 sekunder.

Claims (6)

1. Blanding egnet for fremstilling av ildfaste gjenstander, omfattende et slam av en kiselsyresol og et pulverformet ildfast materiale, hvilket slam har en pH-verdi innenfor et område i hvilket solen er sta-bil, karakterisert ved at slammet inneholder en liten mengde av et ikke-ionisk overflateaktivt stoff som er et kondensasjonsprodukt av et alkylenoksyd og et or-ganisk stoff som inneholder en stor, ikke-polar gruppe og et aktivt vannstoffatom, og at slammet har en slik pH-verdi i det nevnte område at slammet av kiselsyresolen og det pulverformede materiale for-blir homogent ved henstand.

2. Blanding ifølge påstand 1, karakterisert ved at alkylen-oksydet er etylenoksyd.

3. Blanding ifølge påstand 2, karakterisert ved at det organiske stoff som inneholder en stor ikke-polar gruppe og et aktivt vannstoffatom er en langkjedet fettalkohol eller alkylfenol, en fettsyre, eller en langkjedet alkylmerkaptan.

4. Blanding ifølge en hvilken som helst av påstandene 1—3, karakterisert ved at den inneholder fra 0,05 til 1 vekt-pst. ikke-ionisk overflateaktivt stoff.

5. Blanding ifølge en hvilken som helst av påstandene 1—4, karakterisert ved at også et anionisk overflateaktivt middel er til stede.

6. Blanding ifølge påstand 5, karakterisert ved at det anioniske overflateaktive middel er et alkylarylsulfonat, et salt av alkylvannstoffsulfat, eller et alkylsul-fosuccinat.