DE10116849C2 - Verwendung einer hydraulischen Bindemittelmischung für ein Metallgussverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer hydraulischen Bin­ demittelmischung zur Herstellung von Einbettungs- bzw. Formmas­ sen für ein Metallgussverfahren, insbesondere für das Wachsaus­ gießverfahren.

Es ist insbesondere bei einem Feinstausschmelzverfahren im Me­ tallguss bekannt, Gießformen dadurch herzustellen, dass eine Einbettungsmasse, ein Formsand oder Ähnliches in eine Form ein­ gefüllt werden und dabei ein Modell des zu formenden Gegen­ stands umgeben. Ferner ist es auch bekannt, ein Modell in eine Formmasse oder Formsand einzudrücken, dann das Modell zu ent­ fernen und den entsprechenden Abdruck mit Metall aufzufüllen und dieses anschließend auszuformen.

Für den Präzisionsguss wird insbesondere das Wachsausschmelz­ verfahren angewandt. Beim Wachsausschmelzverfahren wird für je­ des zu produzierende Gussteil ein Wachsmodell benötigt. Dieses Wachsmodell wird mit einer flüssigen Einbettungsmasse, insbe­ sondere aus Gips überzogen. Anschließend wird um das mit dem Gips überzogene Wachsmodell ein fester Behälter gebaut und mit einer flüssigen Einbettungsmasse, insbesondere ebenfalls Gips, aufgefüllt. Die durchgetrocknete Gießmasse wird im Ofen erhitzt bis das Wachs in ihrem Innern ausschmilzt, verdampft und ver­ brennt. Im Behälter ist nun ein Hohlkörper entstanden, der dem Modell entspricht.

Anschließend kann der Metallguss durchgeführt werden. Hierfür wird die flüssige Metalllegierung in den Hohlraum in der Gieß­ masse eingegossen. Anschließend wird das Gussstück langsam aus­ kühlen gelassen. Nach dem Erstarren der Metalllegierung wird der Mantel aus der erhärteten Einbettungsmasse zerschlagen. Die Fehler durch Luftblasen in der Einbettungsmasse und andere Un­ ebenheiten werden durch sogenanntes Ziselieren beseitigt. Beim Patinieren wirken verschiedene Chemikalien auf die Metallober­ fläche ein, um beispielsweise einen Antikeffekt zu erzielen. Wie bereits ausgeführt, werden üblicherweise Gipsformen herge­ stellt. Gipsformen enthalten bis zu 20 M-% Kristallwasser auch nach dem Austreiben des Wachses. Es darf deshalb in diese For­ men zunächst kein heißes Metall eingegossen werden. Die Gips­ formen müssen vor dem Metallguss getrocknet und entwässert wer­ den. Hierbei finden die für den Gips typischen Phasenumwand­ lungen statt, welche jedoch unerwünschte Gefügeänderungen her­ beiführen können. Diese verursachen insbesondere Schwindung und damit die Bildung von Schwind- und nach dem Abkühlen Kühlris­ sen. Ferner wird die Porosität und die Gasdurchlässigkeit er­ höht. Darüber hinaus können bestimmte Metalle (Magnesium) auch chemische Reaktionen im Gips verursachen, was zusätzlich uner­ wünscht ist. Eine weiterer Nachteil bei der Verwendung von Gips ist, dass diese Gipsmassen üblicherweise mit einem Vakuumrühr­ gerät hergestellt werden, um die Gipsmasse vor dem Eingießen zu entgasen.

In der DE-AS 11 27 544 wird die Verwendung von Zement zur Her­ stellung von Formen für das Gießen mit verlorenem Wachs be­ schrieben, wobei das Modell aus Wachs mit einem feuerfesten Ü­ berzug umhüllt und in einen Formkasten gesetzt wird. Anschlie­ ßend wird der Formkasten mit einem trockenen Gemisch aus Sand und Zement angefüllt und das Gemisch mit Wasser durchtränkt. Derartige Formmassen erleiden wärmebedingte Rissbildungen, wes­ halb vorgeschlagen wird, Bauzement mit einer stark verdünnten Alkalisilicatlösung zu kombinieren, um eine Gelierung zu erhal­ ten und das schnelle Abbinden des Zements zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bindemittelmischung zur Ver­ wendung für Einbettungs- bzw. Formmassen für den Metallguss an­ zugeben, welche eine lange steuerbare Verarbeitungszeit, eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine einfache und schnelle Verarbeitung ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die Verwendung einer Bindemittelmischung für Einbettungs- bzw. Formmassen mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß weist eine Bindemittelmischung für Einbettungs- bzw. Formmassen für den Metallguss ein hydraulisches Bindemit­ tel als Binderkomponente der Bestandteile der Bindemittelmi­ schung auf, wobei erfindungsgemäß dieses Bindemittel ein sul­ fatträgerfreies hydraulisches Feinstbindemittel ist. Als sul­ fatträgerfreies hydraulisches Bindemittel wird fein- oder feinstgemahlener Portlandzementklinker verwendet. Während Ein­ bettungs- bzw. Formmassen auf Basis hydraulischer Bindemittel wie Portlandzement und/oder Tonerdeschmelzzement Formen erge­ ben, die nicht temperaturstabil sind und insbesondere den Tem­ peraturschock beim Eingießen des flüssigen Metalls kaum oder nur beschädigt überstehen, wurde überraschend herausgefunden, dass eine Einbettungs- bzw. Formmasse unter Verwendung eines sulfatträgerfreien hydraulischen Feinstbindemittels, insbeson­ dere unter Verwendung eines sulfatträgerfrei vermahlenen Port­ landzementklinkers eine überragende Temperaturbeständigkeit, eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeiet (Thermoschock) und zudem eine sehr gute Langzeittemperaturbeständigkeit er­ reicht. Zudem kann eine Bindemittelmischung bzw. eine Einbet­ tungs- bzw. Formmasse mit dem erfindungsgemäß verwendeten sul­ fatträgerfreien hydraulischen Feinstbindemittel über einen sehr weiten Bereich sehr feinfühlig bezüglich des Erstarrungsver­ laufs, des Erhärtungsverlaufs, sowie der Viskosität eingestellt werden. Ferner hat sich herausgestellt, dass mit der erfin­ dungsgemäßen Bindemittelmischung unter Verwendung des erfin­ dungsgemäßen Feinstbindemittels sich sehr glatte Oberflächen erzielen lassen, so dass die Nachbearbeitung eines Gussstücks minimiert wird.

Das erfindungsgemäß verwendete sulfatträgerfreie Feinstbinde­ mittel ist beispielsweise Portlandzementklinkermehl. Portland­ zementklinker ist das ofenfallende Gut, welches den Zementdreh­ rohrofen verlässt. Üblicherweise wird dieses ofenfallende Gut zusammen mit sogenannten Sulfatträgern wie Gips oder Anhydrit oder Gemengen daraus zu Portlandzement vermahlen, anschließend gesichtet und dann gegebenenfalls abgepackt. Das erfindungsge­ mäß verwendete sulfatträgerfreie hydraulische Feinstbindemittel ist ein ohne Sulfatträgerzusatz vermahlener Portlandzementklin­ ker. Der Sulfatträgerzusatz hat bei den üblicherweise herge­ stellten Zementen die Aufgabe, das Erstarren durch die Bildung des Minerals Ettringit an der Oberfläche des Tricalciumalumi­ nats (C₃A)zu regeln.

Insbesondere können auch Kombinationen aus Portlandzementklin­ kerfeinstmehlen und/oder latenthydraulischen Stoffen wie Hüt­ tensandmehlen und/oder puzzolanischen Stoffen, wie Trass sowie Mikrosilica, Meta-Kaolinit, unbehandelte oder getemperte Zeo­ lithe, und/oder inerte, feingemahlene Gesteinsmehle, wie Kalk­ steinmehl und/oder hydraulische Kalke und/oder Calciumsilicate und/oder Calciumaluminate oder jede Kombination aus diesen Be­ standteilen verwendet werden. Zur Regelung der Frühfestigkeit, des Erstarrungsverlaufs und der Endfestigkeit kann die Binde­ mittelkomponente auch aus Fraktionen unterschiedlicher Feinheit zusammengesetzt sein. Darüber hinaus können auch die aufgezähl­ ten Einzelbestandteile der Bindemittelkomponente je unter­ schiedliche Feinheiten aufweisen.

Die Bindemittelkomponente weist die Feinheit von Feinstzementen auf. Feinstzemente sind sehr feinkörnige hydraulische Binde­ mittel, insbesondere mit stetig und eng abgestuften Kornvertei­ lungen und einer Begrenzung des Größtkorns. Die Eigenschaften und die übliche Verwendung von Feinstzementen ist zum Beispiel in einem vorläufigen Merkblatt für Einpressarbeiten mit Feinstbindemitteln in Lockergesteinen (Bautechnik 70, [1993], Heft 9, Ernst & Sohn, Seiten 550 bis 560, und ZTV-RISS 93, Ver­ kehrsblatt-Dokument B 5237, Verkehrsblatt-Verlag) dargelegt.

Die Bestandteile der Mischung sind vorzugsweise sehr genau und reproduzierbar aufeinander abgestimmt, wobei vorzugsweise alle wesentlichen Bestandteile eine Kornverteilung d95 ≦ 24 µm, vor­ zugsweise d95 ≦ 16 µm, und d50 ≦ 7 µm, vorzugsweise d50 ≦ 5 µm, und vorzugsweise ein Verhältnis von d50 zu d95 = 0,33 ± 0,04 aufweisen (d95 - Korndurchmesser bei 95 Gew.-% des Siebdurch­ gangs; d50 - Korndurchmesser bei 50 Gew.-% des Siebdurchgangs). Insbesondere wenn diese Bedingungen eingehalten werden, ist es möglich, den Einfluss eines Zusatzmittels zu optimieren.

Erfindungsgemäß weist die Bindemittelmischung eine sulfatträ­ gerfreie Bindemittelkomponente sowie ein sulfonatgruppenfreies Fließmittel als Zusatzmittel auf. Sulfonatgruppenfreie Fließ­ mittel, insbesondere Polycarboxylate wirken innerhalb einer kurzen Zeitspanne, beispielsweise 2 bis 10 Minuten, auch verzö­ gernd bezüglich der Früherstarrung der sulfatfreien Bindemit­ telkomponente. Dies wird darauf zurückgeführt, dass die sul­ fonatgruppenfreien Fließmittel, insbesondere Polycarboxylate offenbar kurzfristig unerwünschtes Kristallwachstum behindern.

Die verwendeten modifizierten Polycarboxylate sind beispiels­ weise in der DE 196 53 524 A1 beschrieben. Es handelt sich meist um homo- oder copolymere carboxylgruppenhaltige Monomere, deren Seitenketten modifiziert sind. Ferner sind als sulfo­ natgruppenfreie Fließmittel Stoffe aus der Gruppe der Polyaspa­ raginsäuren und/oder Polyacrylate geeignet.

Zudem kann die Bindemittelzusammensetzung gegebenenfalls Be­ schleuniger enthalten. Geeignete Beschleuniger sind beispiels­ weise Alkalicarbonate oder Alkalibicarbonate sowie Calciumni­ trat, Alkalisilicate, Alkalihydroxide, Erdalkalihydroxide, Chloride mehrwertiger Kationen (z. B. Calciumchlorid), Alkali­ sulfate, Alkalipyrosulfite, Aminverbindungen sowie Calciumfor­ miat und andere bekannte Beschleuniger sowie selbstverständlich Mischungen aus den genannten Beschleunigern.

Die Beschleuniger werden insbesondere eingesetzt, wenn wegen einer nötigen Verflüssigung bei niedrigem Wasserbindemittelwert viel Polycarboxylat zugesetzt wird. Mit den Beschleunigern kann die Verzögerung eingestellt werden, insbesondere, wenn diese über ein gewünschtes Maß hinausgeht.

Das sulfonatgruppenfreie Fließmittel, insbesondere das Polycar­ boxylat wird insbesondere in Mengen von 0,25 bis 2 Masse-% be­ zogen auf das Bindemittel zugesetzt. Hierdurch können bei­ spielsweise Verzögerungen von 2 bis 10 Minuten erzielt werden bei einer sehr guten Verflüssigung. Durch die starke Verflüssi­ gungswirkung kann die Menge des zugesetzten Wassers und damit die Porosität des Bindemittelleims bzw. des erhärteten Binde­ mittelsteins herabgesetzt werden, wodurch die Festigkeit steigt.

Die Komponenten der Bindemittelmischung, also die Bindemittel­ komponente, der oder die sulfonatgruppenfreien Verflüssiger so­ wie ggfs. Beschleuniger und weitere bekannte Zusatzstoffe und/oder Zusatzmittel, wie Entschäumer oder Zuschlagstoffe, können, sofern sie in trockenem Zustand vorliegen, vorgemischt als Werktrockenmischung vorgehalten werden, welche vor dem Her­ stellen der Gießform lediglich noch mit Wasser angemischt wer­ den muss.

Ferner können auch Stabilisierer in der Bindemittelmischung verwendet werden.

Nach der Erfindung werden Stabilisierer aus der Gruppe der mi­ krobiellen Polysaccharide verwendet. Dies sind synthetische Biopolymere von denen insbesondere Xanthan und Welan für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet sind.

Besonders geeignete Biopolymere sind z. B. in einem Kelco Pro­ spekt: "Xanthan Gum", Seite 1 bis 24 beschrieben und insbeson­ dere auf Seite 1, Spalte "Microbial polysaccharides" genannt. Es handelt sich um Dextran, Gellan gum, Rhamsan gum, Welan gum, Xanthan gum.

Die Verwendung eines sulfatträgerfreien Bindemittels bewirkt zudem, dass die Suspension chromatfrei ist, weil die Chromkom­ ponente im Klinkerfeinstmehl durch Hydratphasen eingebunden wird.

Darüber hinaus lassen sich in vorteilhafter Weise auch Zusatz­ mittelkombinationen der vorstehend bzw. nachstehend beschriebe­ nen Zusatzmittel verwenden.

Eine hydraulische Bindemittelzusammensetzung für die erfin­ dungsgemäße Verwendung kann hierdurch bezüglich der Ver­ arbeitbarkeit, des Beginns des Erstarrens, der Höhe der Frühfe­ stigkeit, der Höhe der Endfestigkeit und Dauerhaftigkeit der Endfestigkeit auf einfache Weise z. B. werkseitig auf die je­ weils gestellte Anforderung genau vorbereitet eingestellt wer­ den.

Die Bindemittelzusammensetzung kann alternativ oder zudem einen Erstarrungsverzögerer, gegebenenfalls einen plastifizierenden Erstarrungsverzögerer enthalten.

Erfindungsgemäß werden insbesondere die gebräuchlichen plasti­ fizierenden sulfonatgruppenhaltigen Erstarrungsverzögerer als Zusatzmittel verwendet. Dies sind beispielsweise Ligninsulfona­ te, Sulfonseifen, Sulfonsäuren, Alkylbenzolsulfonate, Naphtha­ linsulfonate und sulfonierte Melaminformaldehydkondensate. Die­ se können aber auch insbesondere teilweise durch andere sulfonatgruppenfreie Verzögerer ersetzt werden. Zum Beispiel sind teilweise verwendbar: Celluloseether (Methyl-, Ethyl- und/oder Propylether), Mono- und/oder Polysaccharide (Fructose, Gluco­ se), Acrylsäuren und deren Salze, Oxycarbonsäuren und deren Salze (z. B. Zitronensäure), Phosphorsäuren und deren Salze, Borsäure und deren Salze, Alkylamide, Styrol-Butadien.

Insbesondere die Verwendung der Polycarboxylate zusammen mit an sich bekannten sulfonatgruppenhaltigen Verzögerern, die gleich­ zeitig auch als Verflüssiger wirken, in Kombination mit an sich bekannten Beschleunigern erbringt die Wirkung, dass die sulfo­ natgruppenhaltigen Mittel lediglich bezüglich der Verzögerung wirksam sind und die verflüssigende Wirkung der Polycarboxylate nicht beeinflussen. Die sulfonathaltigen Verflüssiger können ohne Beachtung sehr genauer Grenzwerte zugegeben werden, weil es ausreicht, zumindest die Menge zuzugeben, die für eine vor­ bestimmte Bindemittelmenge zum Verzögern erforderlich ist. Grö­ ßere Mengen stören weder den Verzögerungsprozess noch die ver­ flüssigende Wirkung der Polycarboxylate.

Ferner ermöglicht die Verwendung der genannten Zusatzmittelkom­ binationen nicht nur das sehr genaue Steuern der oben genannten Eigenschaften, sondern gewährleistet, dass auch ungewöhnlich hohe Frühfestigkeiten und dauerhafte höhere Endfestigkeiten er­ zielbar sind. Eine die Verwendung störende klebrig gummiartige Konsistenz bildet sich trotz Anwesenheit sulfonatgruppenhalti­ ger Verzögerer und üblicher Beschleuniger in überraschender Weise nicht mehr aus.

Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, weitere Zusatzmittel, die die Steuerung der oben genannten Eigenschaf­ ten nicht beeinträchtigen und anderen Eigenschaftsbeinflussun­ gen dienen, beispielsweise Mahlhilfsmittel, zu verwenden.

Die weitergehende Steuerung der oben genannten Eigenschaften durch bestimmte Kornfraktionen und/oder Kornbänder kann z. B. mit folgenden Klinkermehlfraktionen aus ausgesichteten Feinst­ mehlen erfolgen:
d95 ≦ 6,5 µm
d95 ≦ 9 µm
d95 ≦ 16 µm
d95 ≦ 24 µm oder
beliebige Mischungen selektiver Feinstmehle.

Insbesondere durch die Verwendung selektiver Feinstmehlfraktio­ nen kann außerdem Zusatzmittel eingespart oder die Verarbeit­ barkeit, die Frühfestigkeit und/oder die Endfestigkeit gesteu­ ert, z. B. gesteigert werden. Durch eine Verwendung bestimmter Kornfraktionen oder Kornbänder können auch in anderen hydrauli­ schen Bindemittelzusammensetzungen Zusatzmittel eingespart und bei bestimmter Zusatzmittelmenge und -art die Verarbeitbarkeit, die Frühfestigkeit und/oder die Endfestigkeit gesteuert werden.

Der Verflüssiger (Fließmittel) kann werksseitig in einer Werk­ trockenmischung zugesetzt in der Bindemittelmischung enthalten sein.

Zur Erstarrungs- und Erhärtungsregelung können zudem auch Lig­ ninsulfonate in Verbindung mit Alkalicarbonaten eingesetzt wer­ den. Als Alkalicarbonate werden Natrium- und Kaliumcarbonat in verschiedenen Mischungsverhältnissen je nach Aufgabenstellung eingesetzt.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch die Variation des Verhältnisses von Kaliumcarbonat zu Natriumcarbo­ nat die Frühfestigkeit der Bindemittelpaste, also der Einbet­ tungsmasse in einem weitem Bereich variiert werden kann. Die Festigkeitsentwicklung der angemachten Bindemittelmischung kann somit zielgerichtet durch eine entsprechende Mischung aus Na­ trium- und Kaliumcarbonat schon werkseitig eingestellt werden, wobei die Festigkeitsentwicklung insbesondere im Bereich von 2 bis 24 h durch das Verhältnis der Alkalicarbonate steuerbar ist. Hierbei wird, bei einer vorgegebenen Mischung bzw. bei ei­ ner vorgegebenen Bindemittelkomponente und bei einem vorgegebe­ nen Bereich der Frühfestigkeit zur Steuerung des Frühfestig­ keitsverlaufs und der Frühfestigkeit das Na₂O-Äquivalent - abge­ stimmt auf diese Parameter - konstant gehalten und lediglich das Verhältnis von K₂CO₃/(K₂CO₃ + Na₂CO₃) innerhalb des konstanten Na₂O-Äquivalents verändert. Zusätzlich ist die Verarbeitungszeit durch weitere Zusatzmittel wie Ligninsulfonat innerhalb be­ grenzter Zeitfenster ohne nachhaltige Festigkeitsverluste zu frühen Zeitpunkten einstellbar. Insofern wird eine weite Varia­ bilität bezüglich des Beginns der Festigkeit und der Höhe der Festigkeit der Paste geschaffen. Eine weitere Einfluss­ möglichkeit bezüglich der Festigkeitsentwicklung und des Be­ ginns der Festigkeitsentwicklung liegt in der Feinheit der ver­ wendeten Bindemittelkomponente. Darüber hinaus können diese Pa­ rameter auch dadurch gesteuert werden, dass der Bindemittelbe­ standteil, in diesem Fall das Klinkermehl, aus unter­ schiedlichen Kornfraktionen jeweils individualisiert für den Anwendungsfall zusammengemischt wird.

Als Zusatzstoffe bzw. Zuschlagstoffe zu dem sulfatträgerfreien hydraulischen Bindemittel kommen Quarzsand (bis 2 mm Korngrö­ ße), Schamottemehl, Sillimanitmehl, Disthenmehl, Meta-Kaolinit und Hüttenmehl in Frage, wobei diese Bestandteile einzeln oder als Mischung im Verhältnis 1 : 1 bis 1 : 3 dem Bindemittel zuge­ schlagen werden. Insbesondere mit Schamotte, Sillimanit, Disthen und Meta-Kaolinit lassen sich die Temperaturbeständig­ keiten deutlich erhöhen.

Es wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass es besonders vor­ teilhaft ist, der erfindungsgemäß verwendeten Bindemittelmi­ schung für eine Einbettungs- bzw. Formmasse sogenannte Aus­ brennstoffe zuzugeben, welche nach einer thermischen Behand­ lung, insbesondere nach dem Ausbrennen des Wachses, ebenfalls ausgebrannt sind und gezielt Poren bzw. Kanälchen in der erhär­ teten Masse hinterlassen. Dies ist wichtig, um den im Metall gelösten Wasserstoff oder andere Gase über die Kanäle in die Masse abzuleiten und so einen lunkerfreien Gusskörper zu erhal­ ten. Als Ausbrennstoffe sind insbesondere geeignet Polypro­ pylenfasern (3 bis 20 mm Länge), Dolanitfasern, im Allgemeinen Kunststofffasern, welche bis ca. 200°C ausbrennen, sowie Cel­ lulosefasern, Holzspäne bzw. -mehl. Ferner hat es sich als vor­ teilhaft erwiesen Tiermehl bzw. Knochenmehl zuzusetzen, da die enthaltenen Fette und Gewebefasern ebenfalls in hervorragender Weise Poren und Kanälchen beim Ausbrennen erzeugen. Zudem er­ höht das verbleibende Phosphat die Feuerfestigkeit in erhebli­ chem Maße.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten sulfatträgerfreien Binde­ mittel wird das Erstarren und Erhärten anstelle des Sulfatträ­ gers durch die Zugabe der genannten Zusatzmittel sehr feinfüh­ lig und in weiten Bereichen reguliert. In der Literatur sind Bindemittel dieser Art als anorganische Systeme aus Klinkermehl mit sehr hohen spezifischen Oberflächen, Verflüssigern und Al­ kalisalzen beschrieben. Der beobachtete Verflüssigungseffekt der Zusätze scheint mit deren Fähigkeit, die Klinkerpartikel in einer wässrigen Suspension effektiv zu dispergieren, im Zusam­ menhang zu stehen. Weil diese Bindemittel kein Sulfatträger beinhalten, bilden sich auf der Oberfläche des Trical­ ciumaluminats statt Ettringit, einem Sulfoaluminat mit 32 Was­ sermolekülen, wasserärmere Calciumcarboaluminate als früheste Hydratphasen.

In der DE 199 36 093 A1 wird diese Wirkungsweise unter Hinweis auf "Cement and Concrete Research", Vol. 3, Seiten 279 bis 293, Pergamon Press, Inc., 1973, beschrieben für eine Bindemittelmi­ schung aus sulfatträgerfreiem Portlandzementklinkermehl, Ligninsulfonaten und Alkalicarbonaten.

Die Einbettungs- bzw. Formmasse auf der Basis von sulfatträger­ freiem Portlandfeinstzement widersteht dem Einfluss von erhöh­ ten und hohen Temperaturen besser als die Mörtel aus üblichem Portlandzement. Ihre Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperatu­ ren und Temperaturschock entspricht dem eines Mörtels mit Ton­ erdeschmelzzement, der ja der typische Zement für die Feuer­ festindustrie ist. Die Massen weisen außerdem eine beträchtlich höhere Langzeitstabilität auf. Möglich sind zudem noch Kombina­ tionen mit Microsilica, welches die Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen noch weiter verbessert. Die Eigenschaften der Kontaktzone zwischen dem Zuschlag und dem sulfatträgerfreien Bindemittel wurden untersucht. Die Kontaktzone erwies sich als sehr kompakt und gewährleistete eine hohe Verbundfestigkeit der Matrix. Der Verbund Zuschlag/sulfatträgerfreies Bindemittel in der Gieß- bzw. Formmasse ist zweimal höher als die entsprechen­ de Verbundfestigkeit des Zuschlags mit Portlandzement.

Während gipsgebundene Einbettmassen vor dem Wachsausschmelzen vortemperiert werden, z. B. je nach Größe der Form mit Tempera­ tursteigerungen von 40 bis 60°C pro Stunde mit unterschiedli­ chen Verweilzeiten (2 Stunden bei Temperaturen bis 300°C, 4 Stunden bei Temperaturen von etwa 700°C) ist dies bei den Ein­ bettungs- bzw. Formmassen auf Basis der erfindungsgemäß verwen­ deten sulfatträgerfreien Bindemittel nicht erforderlich. Das Vortemperieren hängt mit dem hohen gebundenen und ungebundenen Wassergehalt der Gipsmassen zusammen, der beim schnellen Erwär­ men zur Rissbildung führt. Das Mischungsverhältnis bei gipsge­ bundenen Einbettmassen beträgt 100 Teile Pulver auf 38 bis 40 Teile Wasser. Die Verarbeitungszeit der gipsgebundenen Einbett­ massen beträgt etwa 10 bis 12 Minuten.

Bei einer aus einer erfindungsgemäßen Verwendung resultierenden Einbettungs- bzw. Formmasse hergestellten Form muss vor dem Wachsausschmelzen nicht vortemperiert werden. Die Einbettungs- bzw. Formmassen mit sulfatträgerfreiem Bindemittel werden mit niedrigem Wasserzementwert hergestellt. Weil sich kein Ettringit bildet sind diese Systeme wasserarm. Die Mischungsverhält­ nisse bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Bindemittelmi­ schung betragen Formmasse : Wasser = 100 : 10 bis 100 : 25. Dabei fließt die Einbettungs- bzw. Formmasse schnell und leicht in die Form ein, wobei die Erzeugnisse aus dieser Masse überra­ schend eine porenfreie Oberfläche zeigen, die erheblich glatter ist als die einer vergleichsweise verwendeten Gipsmasse. Die Verarbeitungszeit der Feinstzementmassen beträgt beispielsweise 30 bis 40 Minuten bei 20°, sie ist jedoch für den jeweiligen Anwendungsfall sehr feinfühlig und über einen sehr weiten Be­ reich von wenigen Minuten bis mehreren Stunden steuerbar.

Claims (36)

1. Verwendung einer hydraulischen Bindemittelmischung zur Herstellung von Einbettungs- bzw. Formmassen für ein Me­ tallgussverfahren, insbesondere für das Wachsausgießver­ fahren, wobei die Bindemittelmischung zumindest die folgen­ den Komponenten aufweist:

• a) Ein sulfatträgerfreies hydraulisches, Tricalciumalumi­ nat enthaltendes Feinstbindemittel,
• b) ein erstarrungs- und erhärtungsregelndes, Calciumcar­ boaluminate als früheste Hydratphasen auf der Ober­ fläche des Tricalciumaluminats bildendes Zusatzmittel.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feinstbindemittel ein ohne Sulfatträgerzusatz vermahle­ ner Portlandzementklinker ist.

3. Verwendung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung zudem latenthydraulische und/oder puzzolanische Bindemittel aufweist.

4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bindemittel Hüttensandmehl ist.

5. Verwendung nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bindemittel Trassmehl ist.

6. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Bindemittel Mikrosilica ist.

7. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung unbehandelte oder getemperte Zeo­ lithe enthält.

8. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung Meta-Kaolinit enthält.

9. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung inerte feingemahlene Gesteinsmehle enthält.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesteinsmehl ein Kalksteinmehl ist.

11. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung Sillimanitmehl enthält.

12. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung Disthenmehl enthält.

13. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung Schamottemehl enthält.

14. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung als weitere hydraulische Stoffe Calciumsilicate enthält.

15. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung als weitere hydraulische Stoffe Calciumaluminate enthält.

16. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung als weitere hydraulische Stoffe hydraulische Kalke enthält.

17. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung Quarzsand enthält.

18. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zugesetzten Stoffe einzeln oder als Mischung im Ver­ hältnis 1 : 1 bis 1 : 3 der Bindemittelmischung zugeschlagen sind.

19. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung Ausbrennstoffe enthält.

20. Verwendung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausbrennstoffe Polypropylenfasern, Dolanitfasern, Kunststofffasern, Cellulosefasern, Holzmehl, Kunststoff­ granulate, Tiermehl, Knochenmehl oder andere Ausbrennstoffe vorhanden sind, die beim Ausbrennen Poren und Kanälchen in der erhärteten Bindemittelmischung erzeugen.

21. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung als Zusatzmittel (b) Ligninsulfona­ te in Kombination mit Alkalicarbonaten oder Alkalibicarbo­ naten aufweist.

22. Verwendung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Frühfestigkeit das Verhältnis von Kalium­ carbonat zu Natriumcarbonat variiert wird.

23. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Zusatzmittel Erhärtungsbeschleuniger und/oder Erstarrungsverzögerer und/oder Fließmittel und/oder Stabi­ lisierer enthalten sind.

24. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass als Fließmittel sulfonatgruppenfreie und/oder sulfonatgrup­ penhaltige Fließmittel enthalten sind.

25. Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als sulfonatgruppenfreie Fließmittel Stoffe aus der Gruppe der Polyasparaginsäuren und/oder Polyacrylate und/oder modifizierte Polycarboxylate enthalten sind, wobei die modifizierten Polycarboxylate homo- oder copolymere carbo­ xylgruppenhaltige Monomere sind, deren Seitenketten modifi­ ziert sind.

26. Verwendung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Molmasse der Polycarboxylate zwischen 5000 und 50000 g/Mol liegt, wobei das sulfonatgruppenfreie Fließmittel insbesondere in Mengen von 0,25 bis 2 M-% bezogen auf die Bindemittelkomponente vorhanden ist.

27. Verwendung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass als sulfonatgruppenhaltige Fließmittel Ligninsulfonate, Sul­ fonseifen, Sulfonsäuren und weitere bekannte sulfonatgrup­ penhaltige Fließmittel enthalten sind.

28. Verwendung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass als sulfonatgruppenhaltige Fließmittel Fließmittel mit einem erstarrungsverzögernden Effekt enthalten sind.

29. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass Erhärtungs- und/oder Erstarrungsbeschleuniger enthalten sind.

30. Verwendung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschleuniger Alkalicarbonate und/oder Calciumnitrat und/oder Alkalisilicate und/oder Alkalihydroxide und/oder Erdalkalihydroxide und/oder Chloride mehrwertiger Kationen und/oder Alkalisulfonate und/oder Alkalipyrosulfate und/ oder Aminverbindungen und/oder Calciumformiat und/oder andere bekannte Beschleuniger oder Mischungen aus den ge­ nannten Beschleunigern enthalten sind.

31. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stabilisierer aus der Gruppe der mikrobiellen Poly­ saccharide enthalten ist.

32. Verwendung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass als mikrobielles Polysaccharid ein synthetisches Biopolymer wie Xanthan oder Welan enthalten ist.

33. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bindemittelmischung als Erstarrungsverzögerer Cel­ lulose, Ether und/oder Mono- und/oder Polysaccharide und/ oder Acrylsäure und deren Salze und/oder Oxycarbonsäuren und deren Salze und/oder Phosphorsäure und deren Salze und/oder Borsäure und deren Salze und/oder Alkylamid und/ oder ein Styrol-Butadien enthalten sind.

34. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten der Bindemittelmischung in trockenem Zu­ stand zu einer Werktrockenmischung zusammengestellt werk­ seitig vorgemischt enthalten sind.

35. Verwendung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Frühfestigkeit und/oder Endfestigkeit und/oder Hydrata­ tionsgeschwindigkeit mit Fraktionen unterschiedlicher Fein­ heit des Feinstbindemittels geregelt wird.

36. Verwendung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten der Bindemittelmischung abgestimmt auf eine gewünschte Frühfestigkeit und/oder Endfestigkeit und/ oder Hydratationsgeschwindigkeit und/oder Reaktionsge­ schwindigkeit in unterschiedlichen Formfeinheiten vorlie­ gend zu einem einheitlichen, stetigen und abgestuften Korn­ band zusammengesetzt enthalten sind.