CH560563A5 - - Google Patents

Description

  
 



   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine giessbare, wässrige Mischung zur Herstellung von Gussformen und Gusskernen, die ein feuerfestes Material, ein Bindemittel und ein Schaummittel enthält.



   Es sind schon   freifliessende    Formmischungen vorgeschlagen worden, die mit den üblichen Mitteln zum Transport von relativ hoch viskosen Flüssigkeiten befördert werden können, z. B. durch Rohrsysteme, und daher direkt in   Keimkästen    oder um die Modelle in Gusskästen eingeschüttet werden können.



  Die flüssige Mischung füllt die Hohlräume des Kernkastens oder Gusskastens aus, ohne dass die sonst übliche Stampfung, Schüttel- oder Abdrückbehandlung erforderlich ist. Eine solche flüssige Mischung stellt einen stabilen Schaum dar und enthält Bindemittel, so dass sie sich nach einem gewissen Zeitraum zu einer festen porösen Masse verfestigt und starre Formen oder Kerne liefert, die zur Herstellung von Gussstücken geeignet sind.



   Eine Mischung dieser Art ist in der britischen Patentschrift Nr. 1 081 651 beschrieben. Das dort vorgeschlagene Schaummittel ist ein durch Neutralisieren einer Sulfonsäure hergestelltes sulfoniertes   Öl.    Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Schaumstabilisierungsmittel einzuarbeiten, um die Zeit, während der die Mischung fliessfähig bleibt, zu verlängern. Auch Schaumunterdrückungsmittel, wie Butylalkohol, können zur Verkürzung dieser Zeit eingearbeitet werden. Zur Bindung bzw. Härtung der Mischung kann man die bekannten Natrium- oder Kaliumsilikat-Bindemittel zusammen mit Härtungsmitteln, wie Bicalciumsilikat, Gips oder Zement, verwenden. Auch die Verwendung von schnell härtendem Zement allein als selbsthärtendes Bindemittel wurde schon vorgeschlagen.

  Eine weitere derartige verschäumte giessfähige Sandmischung ist in der britischen Patentschrift Nr.   1162    448 vorgeschlagen. wobei das Schaummittel ein Alkylamin oder -amid oder ein anderer Stoff und das Bindemittel wieder Natriumsilikat ist, das mit Silicium, einem Silicid oder Ferrosilicium gehärtet wird. Wiederum kann ein Entschäumungsmittel, wie ein Alkohol oder Benzol, mitverwendet werden.



   Man kann jeden anderen geeigneten, selbsthärtenden Binder oder eine Kombination von Binder und Härter mit ähnlichen Ergebnissen verwenden, vorausgesetzt, dass der Binder bzw. die Kombination innerhalb eines entsprechenden Zeitraumes Härtung und Ausbildung einer starren Form bewirkt.



  Hier besteht aber ein Nachteil darin, dass die Schaumstruktur der bekannten Mischungen diese für Gase undurchlässig macht, so dass Bindemittel, die beim Härten Gase erzeugen, hierbei problematisch sind und es schwierig ist, gasförmige Härter zu verwenden, da diese die Masse durchdringen müssten.



   Ziel der Erfindung ist also eine Mischung, bei welcher das Schaummittel eine besonders fliessfähige, leicht giessbare Mischung ergibt und gleichzeitig die Verwendung von Bindemitteln ermöglicht, welche die Mischung in relativ kurzer Zeit zu einer soliden Masse hoher Festigkeit erhärten. Das vorhandene Schaummittel sollte einen Schaum ergeben, der von sich aus eine beschränkte Lebensdauer hat und sich nach einer bestimmten vorbekannten Zeitspanne verteilt, ohne dass ein besonderes Entschäumungsmittel zugegeben werden muss.



   Die erfindungsgemässe Mischung dient zur Herstellung von Gusskernen oder Gussformen und besteht vorzugsweise überwiegend aus Giessereisand, d. h. einem sandartigen, feuerfesten bzw. temperaturbeständigen Material. Die Mischung enthält ferner Bindemittel und gegebenenfalls Härter, nämlich dann, wenn das Bindemittel nicht ein selbsthärtender Binder ist, sowie Schäumungsmittel und eine entsprechende Menge Wasser, gewöhnlich aus dem Bindemittel.



   Die erfindungsgemässe Mischung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine Natriumsilikatlösung und das Schaummittel 2-Äthylhexylsulfat ist.



   In der erfindungsgemässen Mischung wird als feuerfestes Material vorzugsweise Sand eingesetzt.



   Das Schäumungsmittel ergibt einen Schaum, der von sich aus eine beschränkte Lebensdauer besitzt, und man kann bei Verwendung eines Bindemittels und einem Härter bzw. bei Verwendung eines selbsthärtenden Bindemittels die Lebensdauer des Schaums so auf die Härtungsgeschwindigkeit des Binders abstimmen, dass der Schaum genügend lang für das Giessen der Mischung erhalten bleibt, aber vor der Härtung zusammenfällt. Wenn der Schaum zusammenfällt, ist die Mischung nicht mehr undurchlässig, so dass allfällige bei der Härtungsreaktion erzeugten Gase austreten können. Ferner kann man hierdurch anstelle fester oder flüssiger Härtungsmittel Gase, wie Kohlendioxyd, verwenden, die sofort nach Zusammenfallen des Schaums durch die Mischung geführt werden, um die Härtung zu bewirken.



   Das anionische Alkylsulfat in den Mischungen, nämlich 2-Äthylhexylsulfat, wird unter dem Handelsnamen  Pentrone ON  verkauft und stellt das Natriumsalz von 2 Äthylhexylsulfat dar.



   Die Zeitspanne, während der der Schaum erhalten bleibt, kann der Reaktions- oder Härtungszeit des Bindemittels entsprechend gesteuert werden, indem das Verhältnis von Natriumsilikat zu Wasser entsprechend eingestellt wird.



   In den folgenden Beispielen erfindungsgemässer Mischungen beziehen sich alle Angaben in Teilen auf das Gewicht.



   Beispiel 1
Zu 100 Teilen reinem gewaschenem Kieselsand (Leighton Buzzard   21 )    werden 3 Teile Wasser, 6 Teile Natriumsilikatlösung (spezifisches Gewicht 1,375; Molekularverhältnis 3,0) sowie 0,1 Teile des unter der Handelsbezeichnung  Pentrone ON  erhältlichen 8 C-Atome enthaltenden anionischen Alkylsulfates gegeben (Natriumsalz von 2-Äthylhexylsulfat). Durch entsprechendes Vermischen oder Rühren wird Luft in die Mischung so eingearbeitet, dass eine giessbare fliessfähige Aufschlämmung entsteht. Dann werden zu dieser Aufschlämmung 3 Teile feingemahlener (Siebzahl 80 Maschen/cm) Härtungsmittel gegeben, wobei Calsiumsilicid das bevorzugte Material ist. Die Mischung wird sofort in einen Formkasten oder Kernkasten gegossen.

  Nach 2 oder 3 min ist der Schaum zusammengefallen, und nach dieser Zeit setzt zwischen dem Natriumsilikat und dem Calciumsilicid eine exotherme Reaktion unter Entwicklung grosser Volumina gasförmigem Wasserstoff ein. Beim Zusammenfall des Schaumes verliert die Aufschlämmung ihre Fliessfähigkeit und die Sandmasse wird gleichzeitig gut durchlässig, was einen freien Austritt des Wasserstoffgases in die Atmosphäre ermöglicht. Bei normalen Temperaturen ist diese Reaktion innerhalb von 30 min praktisch beendet und die Sandmasse durchgängig zu einem harten Körper gebunden.



   Die Konzentration des in der Sandmischung vorhandenen Wassers ist wichtig und beeinflusst den Zeitpunkt des Beginns der exothermen Reaktion sowie die Grösse des Temperaturanstiegs während der Reaktion. In der beigeschlossenen Zeichnung ist ein Diagramm dargestellt, das die Beziehung zwischen Temperatur der Sandmischung (Ordinate) und der Zeit seit ihrer Bildung (Abszisse) für vier verschiedene Wasserkonzentrationen wiedergibt. Die Mischung enthält 6 Teile Natriumsilikatlösung (spezifisches Gewicht   1+375;    Molekularverhältnis 3), 3 Teile Calciumsilicid und in den Beispielen A, B, C, D sind jeweils 1, 3, 4 bzw. 6 Teile Wasser vorhanden. 

  Es zeigt sich, dass die exotherme Reaktion bei niedrigen Wasserkonzentrationen (Zusatz von 1 Teil Wasser) früher beginnt, dass aber bei Zusatz von   3-6    Teilen Wasser die exotherme Reaktion höhere Temperaturen erreicht und eine feste Bindung erzielt wird. Bei den meisten   Mischungen ergibt ein Zusatz von 3 Teilen Wasser eine zufriedenstellende Reaktionsgeschwindigkeit.



   Calsiumsilicid ist der bevorzugte Härter (sekundäres Bindemittel). Die Aktivität dieses Materials bei der Umsetzung mit Natriumsilikat kann durch die Mahlfeinheit und den Alterungsgrad gesteuert werden. Die Aktivität lässt sich durch feines Vermahlen erhöhen, und vorzugsweise sollte das Material durch ein Sieb mit 78 Maschen/cm hindurchgehen. Da frisch gemahlenes Material sehr reaktionsfähig ist, wird das gemahlene Calciumsilicid vorzugsweise 48 Stunden an der Luft gealtert, ehe es als Härtungsmittel verwendet wird. Für Natriumsilikat enthaltende Sandmischungen kann dieser Stoff auch in Mischung mit Dicalciumsilikat als Härtungsmittel verwendet werden, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit von den relativen Anteilen der mehr oder weniger reaktionsfähigen Komponenten abhängt.



   Metallurgische Schlacken und Verfahrensrückstände, z. B.



  aus dem basischen Kupolverfahren, dem Betrieb basischer Martin-Öfen, der Ferrochromherstellung und der Magnesiumherstellung nach dem Pidgeon-Verfahren, sind geeignete Quellen für Dicalciumsilikat. Portlandzement und Hochofenschlackenzement enthalten dieses Mineral ebenfalls und können in beliebiger Kombination mit Calciumsilicid und in Abhängigkeit von der geforderten Reaktionsgeschwindigkeit für die Zwecke der Erfindung verwendet werden.



   Die Verwendung einer Mischung aus Dicalciumsilikat und Calciumsilicid hat den Vorteil, dass weniger Calciumsilicid verwendet werden muss, doch wird die Härtungsreaktion verzögert. Im folgenden wird ein Beispiel für eine Mischung unter Verwendung dieser Stoffe gegeben.



   Beispiel 2
Zu 100 Teilen sauber gewaschenem Sand ( Leighton Buzzard 21 ) werden 3 Teile Wasser, 6 Teile Natriumsilikatlösung (spezifisches Gewicht 1,375, Molekularverhältnis 3,0) und 0,1 Teile  Pentrone ON  gegeben. In einer entsprechenden Mischoperation wird Luft in die Sandmasse eingearbeitet, was zur Erzeugung einer fliessfähigen Aufschlämmung führt.



  5 Teile Dicalciumsilikat (gemahlen auf -78 Maschen/cm) und 1 Teil Calciumsilicid (gemhalen auf feiner als 78 Maschen/cm) werden gemischt und unter weiterem Rühren zu der Aufschlämmung gegeben, so dass sich eine gleichmässige Dispersion bildet. Die Mischung wird in einen Formkasten oder Kernkasten gegossen. Die Luft/Wasser-Schaumstruktur verteilt sich nach 2 min. Die folgende Reaktion zwischen dem Natriumsilikat-Bindemittel und dem Dicalciumsilikat-Härter führt in etwa 90 min zu einer fest gebundenen Sandmasse.



   Bei mit Natriumsilikat gebundenen Sandmischungen der oben beschriebenen Art hängt die Dauerhaftigkeit einer stabilen Luft/Wasser-Schaumstruktur von den Anteilen der Natriumsilikatlösung und des zugegebenen Wassers ab.



   Durch Veränderung der Anteile von Natriumsilikatlösung und Wasser kann der Zusammenfall des Schaums gesteuert werden, um sicherzustellen, dass dies vor Beginn der chemischen Härtungsreaktion erfolgt. Luft/Wasser-Schäume, die durch Zugabe von  Pentrone ON  zu Sandmischungen erhalten wurden, fielen in Abhängigkeit von der relativen Konzentration von Natriumsilikatlösung und vorhandenem Wasser innerhalb folgender Zeitspannen zusammen:
Mit 6 Teilen Natriumsilikatlösung auf 4 Teile Wasser verteilte sich der Schaum 2 min und 20 sec nach dem Mischen.



   Bei 6 Teilen Natriumsilikatlösung mit 2 Teilen Wasser verteilte sich der Schaum 8 min nach dem Mischen.



   Bei 6 Teilen Natriumsilikatlösung mit 1 Teil Wasser verteilte sich der Schaum 13 min nach dem Mischen.



   Wie bei den bekannten Mitteln kann als Härter für das Natriumsilikat Silicium allein, in Form von feingemahlenem Ferro-Silicium oder metallischem Silicium, oder ein Silicid verwendet werden. Bei dieser Umsetzung bilden sich grosse Mengen Wasserstoffgas, das nicht frei entweichen kann, solange sich der Luft/Wasser-Schaum nach dem Giessen und vor Beginn der Reaktion nicht vollständig in der Sandmasse verteilt hat. Im folgenden ist ein Beispiel für die Verwendung von Calciumsilicid als Härter gegeben.



   Beispiel 3
Dieses Beispiel erläutert die Verwendung des Kohlendioxyd-Härtungsverfahrens, das dadurch ermöglicht wird, dass die beschränkte Lebensdauer des Schaums eine Begasung der Mischung nach dem Giessen ermöglicht. Es wurde eine Mischung aus folgenden Komponenten gebildet: Sand ( Leighton Buzzard No. 21  Kieselsand 100 Teile Natriumsilikat (spezifisches Gewicht 1,375, Molekularverhältnis 3,0) 6 Teile Wasser 2 Teile Schäumungsmittel ( Pentrone ON ) 0,1 Teil
Durch eine geeignete Mischverarbeitung wurde Luft in die Mischung eingearbeitet und die erhaltene fliessfähige Aufschlämmung um ein in einen Giesskasten eingelegtes Modell gegossen. Der Schaum fiel nach 3 min zusammen.



   Dann wurde durch den erhaltenen, gasdurchlässigen Körper Kohlendioxyd-Gas hindurchgeleitet. Das Volumen der Sandmischung betrug 1 Liter, und es wurden 8 Liter Gas pro Minute durch den Körper hindurchgeführt. Die Druckfestigkeit der Masse betrug unmittelbar nach der Begasungsbehandlung 6,2 kg/cm2. Diese rasche Festigkeitsentwicklung machte eine sofortige Herausnahme des Modells möglich, wodurch die Zeit, während der das Modell belegt war, verkürzt wurde. Auch wurde dadurch ermöglicht, dass die Form schneller für den Metallguss verwendbar war.

 

   Es ist ersichtlich, dass das verwendete Schäummittel in jedem der weiter oben angegebenen drei Beispiele ein anionisches Alkylsulfat ist, welches ohne Verwendung eines Schaumbremsungsmittels einen Schaum von begrenzter Lebensdauer ergibt und die Durchlässigkeit des Kerns erzielt, bevor das Bindemittel entweder unter Gasentwicklung oder durch Anwendung eines Gases aushärtet. In allen Fällen fiel der Schaum intert weniger Minuten zusammen, und das Material härtete innert relativ kurzer Zeit aus. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Giessbare, wässrige Mischung zur Herstellung von Gussformen und Gusskernen, die ein feuerfestes Material, ein Bindemittel und ein Schaummittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine Natriumsilikatlösung und das Schaummittel 2-Äthylhexylsulfat ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Mischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Härter enthält.

   2. Mischung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter Calciumsilizid oder eine aus Calciumsilizid und Dicalciumsilikat bestehende Mischung ist.

   3. Mischung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Härter bei der Umsetzung mit dem Bindemittel ein Gas entwickelt, und dass das Schaummittel das Entstehen einer Schaumstruktur bewirkt, die genügend lange bestehen bleibt, um das Giessen der Mischung zu ermöglichen, die aber zusammenfällt, bevor die Härtungsreaktion zwischen dem Bindemittel und dem Härter beginnt.

   4. Mischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das feuerfeste Material Sand ist.

   5. Mischung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummittel das Natrium-2-äthyl-hexyl-sulfat ist.