DE2024861A1 - Gießereiform- oder -kernmasse - Google Patents
Gießereiform- oder -kernmasseInfo
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Description
- Gießereiform- oder -kernmasse Die Erfindung bezieht sich auf Gießereiform- oder -kernmassen bestehend aus einem Gemisch von größtenteils Sand oder einem anderen feuerfesten Stoff, Bindemittel und Härtemittel oder selbsthärtendem Bindemittel, ferner Schäummittel und Wasser.
- Es ist bereits ein Formgemisch vorgeschlagen worden, das strömungsfahig ist, so daß es mittels der üblichen Vorrichtungen zur Beförderung von Flüssigkeiten hoher Viskosität transportiert werden kann, beispielsweise durch Leitungen hindurch, und demzufolge llnmrttelbar in Kernkasten oder um die Matrizen in Formkäs-ten herum gegossen werden kann. Die Flüssigkeit füllt die Höhlungen des Kernkastens oder der Matrizen aus, ohne daß das übliche Stampfen, Rütteln oder Pressen vorgenommen werden müßte. Die flüssige Mischung liegt in der Form eines stabilen Schaumes vor und enthält Bindemittel, so daß sie nach einer gewissen Zeit zu einer festen porösen Masse aushärtet und eine starre Form oder einen starren Kern ergibt, der zur Verwendung bei der Herstellung von GieBereiprodukten geeignet ist.
- Ein derartiges Gemisch ist Gegenstand der britischen Patentschrift Er. 1 085 651. Als Schäummittel ist darin ein sulfoniertes öl vorgeschlagen, hergestellt durch Neutralisation einer Sulfonsäure. Weiterhin ist vorgeschlagn, daß ein schaumstabilisierendes Mittel eingebaut werden kann, um diejenige Zeitdauer zu verlängern, während der das Gemisch flüssig bzw. strömungsfahig bleibt. Zur Abkürzung dieser Zeitdauer ist ferner an den Einsatz eines schaumzerstörenden Mittels gedacht, wie beispielsweise Butylalkohol. Zur Bindung des Gemisches bzw. zu seiner Aushärtung werden bekannte Natrium- oder Kaliumsilikat-Bindemittel verwendet, und zwar in Verbindung mit einem Härtemittel, beispielsweise Bikalziumsilikat, Gips oder Zement. Stattdessen ist auch die Verwendung eines selbsthärtenden Bindemittels in Form eines schnellhärtenden Zements allein in Vorschlag gebracht. Ein weiteres derartiges geschäumtes und gießfähiges Sandgernisch ist Gegenstand der britischen Patentschrift Nr. 1 162 448, wobei das Schäummittel beispielsweise eiD Alkylamin oder Alkylamid ist und als Bindemittel wiederum Natriumsilikat in Betracht gezogen ist, das durch Silizium, ein Silizid oder Ferrosilizium ausgehärtet wird.
- Ein Entschäumungsmittel, wie beispielsweise ein Alkohol oder Benzol, kann wiederum zugesetzt sein.
- Jedes andere geeignete selbsthärtende Bindemittel oder jede andere Kombination eines Bindemittels mit einem Härtemittel kann mit ähnlichem Ergebnis verwendet werden, wenn nur die Aushärtung zu einer starren Form in einer vernünftigen Zeitspanne geschieht. Ein Nachteil dieser bekannten Vorschläge beruht jedoch darin, daß die Gemische auf Grund ihres Schaumcharakters gasundurchlässig sind. Demzufolge ist die Verwenv dung von Bindemitteln, welche beim Aushärten Gase abgeben, mit Schwierigkeiten verbunden. Weiterhin ist der Einsatz eines Gases als Härtemittel ausgeschlossen oder doch zumindest erschwert, das die Masse durchströmen muß.
- Aufgabe der Erfindung ist die Vermittlung eines Gemisches, bei dem das Schäummittel eine besondere StrömungsfBhigkeit und leichte Gießbarkeit gewährleistet und zusätzlich den Einsatz von Bindemitteln ermöglicht, welche das Gemisch in verhältnismäßig kurzer Zeit zu einer festen Masse hoher Festigkeit aushärten lassen. Weiterhin soll der Schaum nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen und nach einer bestimmten, bekannten Zeitspanne sich auflösen bzw. zerfallen, ohne daß ein besonderes Entschäumungsmittel zugesetzt werden müßte.
- Dies ist mit einer Gießereiform- oder -kernmasse der eingangs angegebenen Art erreicht, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schäummittel ein anionisches Alkylsulfat ist. Diese Massen ergeben einen Schaum nur begrenzter Lebensdauer, und es kann dafür Vorsorge getroffen werden, daß bei Verwendung eines mit einem Härtemittel reagierenden Bindemittels oder eines selbstaushärtenden Bindemittels die Lebensdauer des Schaumes der Aushärtungsgeschwindigkeit des Bindemittels angepaßt ist, so daß der Schaum zwar wahren des Gießens bestehen bleibt, jedoch vor dem Aushärten zusammenfällt. Nach dem Zusammenfallen des Schaumes ist das Gemisch nicht mehr gasundurchlässig und ermöglicht das Entweichen aller derjenigen Gase, welche bei der Härtungsreaktion entstehen.
- Weiterhin ist die Verwendung eines gasförmigen Rärtemittels, beispielsweise Kohlendioxid, anstelle eines flüssigen oder festen Härtemittels ermöglicht, das zur Aushärtung des Gemisches durch die Gemischmasse hindurchgeleitet wird, sobald der Schaum zusammengefallen ist.
- Vorzugsweise weist das Alkylsulfat eine Alkylgruppe mit wenigstens 6 C-Atomen auf. Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung eines Alkylsulfats mit einer Alkylgruppe von höchstens 10 C-Atomen. Die besten Ergebnisse werden erzielt mit einem Alkylsulfat, dessen Alkylgruppe 8 C-Atome besitzt, nämlich mit Oktylsulfat. Ein solches ist der unter dem Handelsnamen t'Pentrone ON" bekannte Stoff, der entweder allein oder in Mischung mit einem anderen Schäummittel angewendet werden kann, beispielsweise einem anionischen Alkylarylsulfonat, das unter dem Handelsnamen "Teepol 514" bekannt ist und die Stabilität des Schaumes steigert. Gruhisätzlich können die erfindungsgemäßen Massen einen zusätzlichen geringen Anteil eines zweiten Schäummittels oder eines Schaumpromotors aufweisen.
- Statt Oktylsulfat ist auch noch Decylsulfat bevorzugt eingesetzt.
- Die Lebensdauer des Schaumes kann über die Menge oder den Anteil des zweiten Schäummittels an die Reaktions- oder Aushärtungszeit des Bindemittels angepaßt werden, oder aber bei der Verwendung von Natriumsilikat als Bindemittel durch Einstellung des Mengenverhältnisses von Natriumsilikat und verwendetem Wasser.
- Die nachstehenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung. Alle Mengenangaben sind als Gewichtsteile zu verstehen.
- Beispiel I 100 Teilen von sauberem, gewaschenem "Leightón-Buzzard-21"-Silikasand werden 3 Teile Wasser, 6 Teile einer Natriumsilikatlösung mit einem spezifischen Gewicht von 1,375 und einem Molverhältnis von 3,0 sowie 0,1 Teile des acht Eohlenstoffatome aufweisenden, anionischen Alkylsulfats zugegeben, das unter dem Handelsnamen t'Pentrone ON" erhältlich ist. Diesem Gemisch wird Luft zugeführt, und zwar mittels eines geeigneten Misch- oder Rührverfährens, um eine gießfähige, strömende Brühe zu erzeugen. Dieser Brühe werden dann 3 Teile eines fein zerkleinerten bzw. gemahlten (200 Maschen) Härtemittels zugegeben, vorzugsweise Kalziumsilizid. Dann wird die Mischung sofort in einen Form oder Kernkasten gegossen. Nach zwei bis drei Minuten bricht der Schaum zusammen und beginnt eine exotherme Reaktion zwischen dem Natriumsilikat und Kalziumsilizid, wobei große Volumina an Wasserstoffgas sich entwickeln. Mit dem Zusammenbrechen des Schaumes verliert die Brühe ihre Strömungsfähigkeit, während gleichzeitig die Sandmasse durchlässig wird, so daß das Wasserstoffgas in die Atmosphäre entweichen kann. Bei normaler Temperatur ist die Reaktion nach 30 Minuten im wesentlichen abgeschlossen. Die Sandmasse ist vollständig gebunden und bildet einen harten Körper.
- Die Wasserkonzentration im Sandgemisch ist wichtig, da sie Einfluß auf den Zeitpunkt hat, zu dem die exotherme Reaktion beginnt, ferner die Größe des Temperaturanstiegs während der Reaktionen beeinflußt. In der beigefügten Zeichnung ist die gegenseitige Abhangigkeit zwischen der Temperatur des Sandgemisches und der Zeit seit der Gemischbildung graphisch wiedergegeben, und zwar für vier verschiedene Wasserkonzentrationen. Das Gemisch enthält 6 Teile Natri1lmsilikatlösung des spezifischen Gewichts 1,375 und des Molverhältnisses 3, 3 Teile Kalziumsilizid und 1 (Kurve A) bzw. 3 (Xurve B) bzw. 4 (Kurve C) bzw. 6 (Kurve D) Teile Wasser. Aus der graphischen Darstellung ist ersichtlich, daß die exotherme Reaktion bei niedrigen Wasserkonzentrationen (Kurve A, 1 Teil Wasser) eher beginnt, jedoch in Gegenwart von 3 bis 6 Teilen Wasser bei der exothermen Reaktion höhere Temperaturen und eine stärkere Bindung erreicht werden. Bei den meisten Gemischen vermittelt der Zusatz von 3 Teilen Wasser eine zufriedenstellende Reaktionsgeschwindigkeit.
- Kalziumsilizid ist als Särte- oder sekundäres Bindemittel bevorzugt. Die Aktivität dieses Stoffes bei der Reaktion mit Natriumsilikat wird über die Feinheit der Mahlung und das Maß der Alterung gesteuert. Eine feine Mahlung erhöht die Aktivität. Die Substanz sollte durch ein 200 -Maschen-Sieb hindurchgehen. Gerade gemahlenes Material ist sehr reaktionsfreudig. Gemahlenes Ealziumsilizid sollte man 48 h in Berührung mit Luft altern lassen, bevor es als Härtemittel eingesetzt wird. Es kann auch in Verbindung mit Dikalziumsilikat als Härtemittel für natriumsilikathaltige Sandgemische verwendet werden, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit vom gegenseitigen Mengenverhältnis der mehr und weniger reaktionsfreudigen Ingredienzen abhängt.
- Metallurgische Schlacken und Rückstände von basischen Kupolofenarbeiten, basischen Offenherdöfen, von der Ferrochromherst ellung oder vom "Pidgeon"-Verfahren zur Herstellung von Magnesium liefern beispielsweise das gewünschte Dikalziumsilikat. Portland-Zement und Hochofenschlacke-Zement enthalten dieses Mineral auch und können in Verbindung mit Ealziumsilizid erfindungsgemäß je nach der gewünschten Reaktionsgeschwindigkeit eingesetzt werden.
- Beispiel II Die Verwendung eines Gemisches von Dikalziumsilikat und Kalziumsilizid vermittelt den Vorteil, daß Kalziumsilizid gespart wird. Jedoch wird die Härtungsreaktion verzögert.
- 100 Teilen von sauberem, gewaschenem "Leighton-Buzzard-21"-Sand werden 3 Teile Wasser, 6 Teile Natriumsilikatlösung des spezifischen Gewichts 1,375 und des Molverhältnisses 3,0 sowie 0,1 Teile des unter dem Handelsnamen "Pentrone ON" bekannten Stoffes zugegeben. In diese Sandmasse wird Luft eingemischt, so daß man eine strömungsfähige Brühe erhält.
- 5 Teile gemahlenes Dikalziumsilikat, welches ein 200-Maschen-Sieb durchläuft, und 1 Teil gemahlenes Kalziumsilizid, welches gleichfalls 200-Maschen-Sieb passiert, werden miteinander und dann mit der Brühe zu einer gleichmäßigen Dispersion vermischt.
- Das Gemisch wird in eine Kasten- oder Kornform gegossen. Der Luft/Wasser-Schaum ist nach etwa zwei Minuten aufgelöst. Die anschließende Reaktion zwischen dem Natriumsilikat-Bindemittel und dem Dikalziumsilikat-Härtemittel führt zu einer festgebundenen Sandmasse, die sich in etwa neunzig Minuten ergibt.
- Bei mit Natriumsilikat gebundenen Sandgemischen der beschriebenen Art hängt die Lebensdauer eines stabilen Luft/ Wasser-Schaumes von den vorhandenen Anteilen an Natriumsilikatlösung und Wasser ab.
- Durch Veränderung der Anteile von Natriumsilikatlösung und Wasser, d. h. durch Veränderung des Natriumsilikatlösung/ Wasser-Verhältnisses kann das Zusammenfallen des Schaumes gesteuert werden, so daß gewährleistet ist, daß es vor Beginn der chemischen Härtungsreaktionen stattfindet. Beispielsweise fallen Buft/Wasser-Schäume, welche unter Zusatz des unter dem Handelsnamen "Pentrone ON" bekannten Stoffes zu Sandgemischen erhalten worden sind, in den folgenden Zeiträumen zusammen:
Gemisch gehalt an Schaumverschwinden Natriumsili- katlösung Wasser durch Gemischbildung 6 Gew.-Teile 4 Gew.-Teile 2 min 20 sec 6 - " - 2 - " - 8 -"- 6 - " - 1 - " - 13 -"- - Die nachstehende Tabelle zeigt die Lebensdauerverlängerung des Luft/Wasser-Schaumes durch den Zusatz von "Ueepol 514" zu Gemischen, welche 6 Teile Natriumsilikatlösung des spezifischen Gewichts 1,375 und des Molverhältnisses 3,0, 2 Teile Wasser und 0,1 Teile "Pentrone ON" enthalten.
Pentrone ON Teepol 514 Schaum- Zusatz Zusatz lebensdauer 0,1 Gew.-Teile 0,0025 Gew.-Teile 20 min 0,1 - " - 0,005 - " - 24 -"- 0,1 - " - 0,010 - " - über 30 -"- Pentrone ON Trisophone PK Schaum- Zusatz Zusatz lebensdauer 0,1 Gew.-eile 0,005 Gew.-Ueile 7,5 min 0,1 - " - 0,010 - " - 20 -"- 0,1 - " - 0,020 - " - über 30 -"- - Beispiel III Dieses Beispiel zeigt die Anwendung des Kohlendioxidhärtens, die deswegen möglich ist, weil die begrenzte Lebensdauer des Schaumes eine Begasung des Gemisches nach dem Giessen ermöglicht. 100 Teile von "Leighton-Buzzard-21"-Silikasand werden mit 6 Teilen einer Natriumsilikatlösung des spezifischen Gewichts 1,375 und des Molverhältnisses 3,0 sowie mit 2 Teilen Wasser und 0,1 Teilen des unter dem Handelsnamen "Pentrone ON" bekannten Schaummittels vermischt. Dann wird Luft in das Gemisch eingerührt und die so erhaltene strömungsfähige Brühe in einen Gießereigießformkasten gegossen. Der Schaum fällt nach drei Minuten zusammen.
- Dann wird Kohlendioxidgas durch den soerhaltenen gasdurchlässigen Körper hindurchströmen gelassen. Das Sandgemisch weist dabei ein Volumen von 1 1 auf, durch das 8 1 Gas in 1 min hindurchgeleitet werden. Die Druckfestigkeit der Masse beträgt unmittelbar nach der Gasbehandlung 6,2 kg/ cm². Diese schnelle Festigkeitsentwicklung erlaubt das sofortige Entnehmen der Matrizen, um welche die erwähnte Brühe herumgegossen worden ist, welche Matrizen sofort weiterverwendet werden können. Weiterhin steht die Form in kürzester Zeit für das Gießen von Metall zur Verfügung.
- Beispiel IV In diesem Beispiel ist ein schnell härtender Portland-Zement anstelle von Natriumsilikat als Bindemittel verwendet, wobei das Aushärten durch Begasen mit Kohlendioxid geschieht.
- Die Verwendung von Zement ist an sich bekannt, jedoch ist das Härten dabei über die normale Zement/Wa3ser-Reaktion erfolgt, was für die Verwendung in industriellem Maßstab in Gießereien zu lange dauert. Durch die Verwendung eines Schäuuungsmittels, das eine schaumbegrenzte Lebensdauer liefert, ist eine Begasung möglich. Die Begasung von Zement läßt diesen sehr schnell aushärten.
- 100 Teile "Leighton-Buzzard-21$'-Silikasand werden mit 10 Teilen eines schnell härtenden Portland-Zements mit einer spezifischen Oberfläche von 7,500 cm²/gm, 6 Teilen Wasser und 0,1 Teilen Schäummittel (Gemisch mit 80 06"Pentrone ON" und 20 % eines unter dem Handelsnamen 'gEmpilan NP9" bekannten Nonylphenol-Äthoxylats) vermischt.
- Das Gemisch wird in einen Kernkasten zur Bildung eines Kernes mit einem Gewicht von 36 kg gegossen. Der Schaum dispergierte nach 1 h, worauf 0,12 m3 gasförmiges Kohlendioxid durch die Masse hindurchgeleitet werden, die innerhalb zwei Minuten aushärtet. Die Temperatur im Kern steigt um 25 0 an. Die entstandene Festigkeit reicht aus, den Kern unmittelbar dem Kasten zu entnehmen. Nach einem 24 h langen Härten bei Raumtemperatur weist der Kern eine Druckfestigkeit von 0,11 kg/mm² auf. Der Kern wird bei der Herstellung eines Eisengießlings mit einem Gewicht von 354 kg verwendet, wobei die Gießtemperatur 1300 °C beträgt. Abgekühlt zerbricht der Eiern leicht.
- Mit einem ähnlichen Sand/Zement/Wasser-Gemisch ohne Behandlung mit gasförmigen C02 hergestellte Kerne entwickeln unter ähnlichen Bedingungen eine Festigkeit von nur 0,076 kg/ mm2. Wegen der längeren Aushärtungszeit können diese Kerne erst nach mindestens 4 h aus ihren Formkästen entnommen werden.
- Beispiel V Dieses Beispiel verdeutlicht die Verwendung eines anderen anionischen Alkylsulfats als Schäummittel, wobei das Alkylradikal zehn Kohlenstoffatome aufweist. 100 Teile "Leighton Buzzard-21t'-Silikasand werden mit 10 Teilen schnell aushärtendem Portland-Zement mit einer spezifischen Oberfläche 2 von 7,500 cm2/gm, 6 Teilen Wasser und 0,1 Teilen Schäumungsmittel vermischt. Bei letzterem handelt es sich um das Natriumsalz von Decylsulfat, welches unter dem Handelsnamen "Pentrone DN11 bekannt ist. Eine vollständige Dispersion bzw. Auflösung des Schaumes ist zwei Minuten nach dem Vergießen des Gemisches in einen Kernkasten gegeben. Danach wird der Kern auf die in Beispiel IV beschriebene Art und Weise durch Hindurchleiten von gasförmigem Kohlendioxid gehärtet.
- Bei jedem der vorstehenden funf Beispiele ist ein Schäummittel verwendet, das ausschließlich oder zum größten Teil aus einem anionischen Alkylsulfat besteht9 dessen Alkylgruppe wenigstens 6 und vorzugsweise 8 C-Atome aufweist.
- Dieser Stoff vermittelt dem gebildeten Schaum eine begrenzte Lebensdauer, ohne daß irgend welche Schaumzerstörungsmittel zugegeben werden müßten, so daß das Material in kurzer Zeit nach dem Gießen aushärten kanns wobei die Form oder der Kern vor dem Aushärten des Bindemittels unter Gasbildung oder unter Verwendung von Gas durchlässig wird.
Claims (4)
1. Gießereiform- oder -kernmasse bestehend aus einem Gemisch von größtenteils
Sand oder einem anderen feuerfesten Stoff, Bindemittel und Eärtemittel oder selbsthärtendem
Bindemittel, ferner Schäummittel und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Schäummittel
ein anionisches Alkylsulfat ist.
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkylsulfat
eine Alkylgruppe mit wenigstens 6 C-Atomen und vorzugsweise höchstens 10 C-Atomen
aufweist.
3. Masse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schäummittel
Oktylsulfat oder Decylsulfat ist.
4. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen
zusätzlichen geringeren Anteil eines zweiten Schäummittels oder eines Schaumpromotors.
Leerseite
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