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DE3049730C1 - Selbsthaertender Formstoff zur Herstellung von Giessformen und Giesskernen - Google Patents

Selbsthaertender Formstoff zur Herstellung von Giessformen und Giesskernen

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Publication number
DE3049730C1
DE3049730C1 DE3049730A DE3049730A DE3049730C1 DE 3049730 C1 DE3049730 C1 DE 3049730C1 DE 3049730 A DE3049730 A DE 3049730A DE 3049730 A DE3049730 A DE 3049730A DE 3049730 C1 DE3049730 C1 DE 3049730C1
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DE
Germany
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molding material
mass
parts
self
magnesia
Prior art date
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DE3049730A
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DE3049730T5 (de
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Sergei S. Žukovsky
Julij M. Moskva Junovich
Vyacheslav S. Kolesnikov
Olga E. Moskva Nevskaya
Viktor N. Pertsovskij
Igor P. Sverdlovsk Renžin
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N PROIZV OB EDINENIE TECHNOLOG
Original Assignee
N PROIZV OB EDINENIE TECHNOLOG
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Publication date
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Description

Ortophosphorsäure 2 bis 10
genannte Verbindung der
Magnesiaspinellid-Art 2 bis 20
Wasser 0,5 bis 6,0
feuerfester Füllstoff Rest
2. Selbsthärtender Formstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als die genannte Verbindung der Magnesiaspinellid-Art ein Produkt der Mahlung von verbrauchtem Magnesitchromitstein aus dem feuerfesten Gewölbe von Stahlschmelzaggregaten enthält.
3. Selbsthärtender Formstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als die genannte Verbindung der Magnesiaspinellid-Art ein Produkt der Mahlung des von dem genannten verbrauchten Megnesitchromitstein zuvor abgetrennten Arbeitsteils enthält.
10
15
20
25
30 Dieser Formstoff zeichnet sich durch eine Lebensdauer von 5 bis 8 s und eine Festigkeit nach 0,5 h von 2,5 kp/cm2 und nach 24 h von 22 kp/cm2 aus.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, durch Auswahl eines Materials auf der Grundlage von gebranntem Magnesiumoxid den Regulierungsbereich für die Lebensdauer und die Härtungsgeschwindigkeit des selbsthärtenden Formstoffes zu erweitern und die Festigkeit von Gießkernen und Gießformen zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der erfindungsgemäße selbsthärtende Formstoff zur Herstellung von Gießformen und Gießkernen, bestehend aus einem feuerfesten Füllstoff, Orthophosphorsäure, einem Material auf der Grundlage gebrannten Magnesiumsoxides und Wasser, als Material auf der Grundlage gebrannten Magnesiumsoxides eine bei einer Temperatur von 1600 bis 1900° C im Laufe von 40 bis 1600 h gebrannte Verbindung der Magnesiaspinellid-Art enthält, wobei das Verhältnis der genannten Bestandteile wie folgt ist (in Masse-Teilen):
35
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gießereiproduktion und betrifft insbesondere einen selbsthärtenden Formstoff zur Herstellung von Gießformen und Gießkernen.
Bekannt ist ein selbsthärtender Formstoff zur Herstellung von Gießformen und Gießkernen, bestehend aus einem feuerfesten Füllstoff, gemahlenem Erzmagnesit und Orthophosphorsäure (Beschreibung zu der JP-Patentanmeldung Nr. 52-23882, Kl. IIA212, bekanntgemacht 28. Juni, 1977). Der genannte Formstoff zeichnet sich durch eine verminderte Lebensdauer, eine ungenügende Festigkeit in gehärtetem Zustand und ein erhöhtes Abbröckelungsvermögen aus.
Bekannt ist ferner ein selbsthärtender Formstoff zur Herstellung von Gießformen und Gießkernen, bestehend aus einem feuerfesten Füllstoff, Orthophosphorsäure, Wasser und einem Material auf der Grundlage von gebranntem Magnesiumoxid, nämlich einem pulverförmigen metallurgischen Magnesit oder Chrommagnesit (SU-Urheberschein, Nr. 605364, Kl. B22c, 1/20).
Der genannte Formstoff zeichnet sich durch eine überaus hohe Reaktionsaktivität des metallurgischen Magnesits bzw. Chrommagnesits bei der Wechselwirkung mit Orthophosphorsäure aus, wodurch eine Regulierung der Lebensdauer und der Härtungsgeschwindigkeit des Formstoffes erschwert wird; dies findet Ausdruck in einem Zunehmen der Festigkeit des Formstoffes in den erforderlichen Grenzen und wirkt sich auf die Festigkeit von Gießformen und Gießkernen ungünstig aus.
Orthophosphorsäure
genannte Verbindung der
Magnesiaspinellid-Art
Wasser
feuerfester Füllstoff
2 bis 10
2 bis 20
0,5 bis 6,0 Rest
Die Verwendung der genannten Verbindung der Magnesiaspinellid-Art gestattet es, den Bereich der Lebensdauer des Formstoffes um das 2- bis 3fache zu erweitern, den Härtungsgeschwindigkeitsb ereich um das 2- bis 4fache zu erweitern und die Festigkeit am Anfang und am Ende der Härtung um das 1,5-bis 2fache zu erhöhen.
Es empfiehlt sich, daß der selbsthärtende Formstoff als Verbindung der Magnesiaspirellid-Art ein Produkt der Mahlung verbrauchten Chrommagnesiasteins aus dem feuerfesten Gewölbe von Stahlschmelzaggregaten enthält.
Zur Erhöhung der anfänglichen Härtungsgeschwindigkeit und der allgemeinen Festigkeit des Formstoffes ist es zweckmäßig, daß der selbsthärtende Stoff als die genannte Verbindung der. Magnesiaspinellid-Art ein Produkt der Mahlung des von dem genannten Chrommagnesiastein vorabgetrennten Arbeitsteils enthält.
Bevorzugte Durchführungsvariante der Erfindung Erfindungsgemäßen selbsthärtenden Formstoff zur Herstellung von Gießformen und Gießkernen erhält man wie folgt.
Ein feuerfester Füllstoff, z. B. Quarzsand, oder ein anderer beliebiger Füllstoff, der in Gießereibetrieben verwendet wird, wird mit einer pulverförmigen bei Temperaturen von 1600 bis 1900° C im Laufe von 40 bis 1600 h gebrannten Verbindung der Magnesiaspinellid-Art vermischt. Danach werden Orthophosphorsäure und Wasser zugeführt und die Vermischung dauert noch 1 bis 2 min an.
Der erfindungsgemäße selbsthärtende Formstoff enthält 2 bis 20 Masse-Teile der Verbindung der Magnesiaspinellid-Art. Eine Senkung des Gehaltes an der genannten Verbindung unter 2 Masse-Teile gestattet es nicht, einen Formstoff mit der erforderlichen Festigkeit zu bereiten, während eine Erhöhung der Menge über 20 Masse-Teile unzweckmäßig ist, da die Härtungsgeschwindigkeit des Formstoffes übermäßig hoch ist.
Die Verbindung der Magnesiaspinellid-Art wird bei Temperaturen von 1600 bis 1900° C im Laufe von 40 bis 1600 h vorgebrannt. Bei diesen Brennverhältnissen
Magnesiumoxide
Eisen(III)-oxyd
Eisen (Il)-oxyd
Chrom(III)-oxyd
Silizium(IV)-oxyd
Aluminiumoxyd
Kalziumoxyd
10
15
kommt es zur Bildung einer Magnesiaspinellidstruktur. Bei einer Temperatur unter 16000C und einer Brenndauer von weniger als 40 h bilden sich die genannten Strukturen nicht, bei einer Temperatur über 1900° C und einer Brenndauer über 1600 h ist das Brennen nicht zweckmäßig, weil qualitative und quantitative Phasen- und chemische Zusammensetzungen ihre Optimalwerte bereits erreicht haben.
Der erfindungsgemäße selbsthärtende Formstoff enthält 2 bis 10 Masse-Teile Orthophosphorsäure. Der Gehalt an Säure unter 2 Masse-Teile gestattet es nicht, einen Formstoff mit der erforderlichen Festigkeit zu bereiten, während eine Erhöhung des Gehaltes über 10 Masse-Teile keinen spürbaren Einfluß auf die technologischen Eigenschaften des Formstoffes ausübt.
Die Orthophosphorsäure kann in Form von wäßrigen Lösungen unterschiedlicher Konzentration verwendet werden. Die Gesamtmenge an Lösung wird so gewählt, daß der Gehalt an der Säure, in verdünnte Säure umgerechnet, sich in den Grenzen zwischen 2 und 10 Masse-Teilen befindet. Bei der Verwendung von Säure in 40-bis 80%iger Konzentration werden der konzentrierten Säure in 0,5 bis 6,0 Masse-Teile Wasser zugegeben.
In der Zusammensetzung des vorgeschlagenen Formstoffes wird gemäß der Erfindung als Verbindung der Magnesiaspinellid-Art ein Produkt der Mahlung verbrauchten Chrommagnesitsteins oder Magnesitchromitsteins aus dem feuerfesten Gewölbe von Stahlschmelzaggregaten verwendet, das folgende chemische Zusammensetzung in Masse-% hat:
Die Steine werden auf Standardausrüstungen gemahlen, die üblicherweise zum Herstellen von pulverförmigen Materialien benutzt werden, wie Kugel-, Strahl-Vibrationsmühlen usw.
Die spezifische Oberfläche des gewonnenen Produkts der Mahlung des verbrauchten Steins sollte zwischen 500 und 5000 cmVg, vorzugweise zwischen 1200 und 3000 cm2/g liegen, ermittelt nach der Kozeni-Karmann-Methode. In der Tabelle sind die Zusammensetzungen und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Formstoffes im Vergleich zu dem bekannten Formstoff gemäß dem SU-Urheberschein Nr. 605364 angeführt.
30
30 bis 94
2,0 bis 40,0
0,01 bis 11,0
1,0 bis 13,0
2,8 bis 8,0
2,0 bis 19,0
0,5 bis 8,0
Selbstverständlich ist die Bildung einer magnesiaspinellidartigen Struktur von den eingesetzten Ausgangsstoffen abhängig. Beim Brennen von Magnesitchromit- und Chrommagnesitsteinen entsteht eine Periklasspinellidstruktur.
Es ist zweckmäßig, einen Formstoff zu verwenden, der ein Produkt der Mahlung des von dem verbrauchten Stein im voraus abgetrennten mit dem Innnenraum des Stahlschmelzaggregates kontaktierenden Arbeitsteils, der z. B. folgende chemische Zusammensetzung in Masse-% hat, enthält:
Magnesiumoxid 70,26
Eisen(III)-oxid 7,51
Eisen(II)-oxyd 1,96
Chrom(III)-oxyd 8,98
Silizium(IV)-oxyd 6,78
Aluminiumoxyd 3,4
Kalziumoxyd 1,0
Glühverluste 0,11
In dem letzeren Fall hat die Phasenzusammensetzung des Materials einen erhöhten Gehalt an magnesiaeisenhaltigen Verbindungen vom Typ Magnesiovüstit und Magnesioferrit und einen verminderten Gehalt an Periklas, während sich die chemische Zusammensetzung durch eine erhöhte Menge an Eisenoxyd und eine verminderte Menge an Magnesiumoxid im Vergleich zu den Zusammensetzungen von den Pulvern, die aus der gesamten Steinmasse gewonnen sind, auszeichnet.
50
55
Formstoff-Zusammensetzungen Gehalt an Bestandteilen, Masse-T
Benennung der erfindungsge- der bekannte Form
der mäße Formstoff stoff nach dem
Bestandteile Urheberschein
Nr. 605364
2 3 4
1
Quarzsand 81 81
Orthophosphorsäure 6 6
Wasser 3 3
Magnesitchromitstein,
Arbeitsteil 10
Magnesit-
chromitstein - 10
metallurgischer
Magnesit-
chromit - -
Eigenschaften der Formstoffe
Druckfestigkeit
kp/cm2
nach 0,5 h 9,5 6,2
nach lh 12,5 17,3
nach 4 h 16,5 22,5
nach 24 h 19 27
Abbröcke-
lungsver-
halten, %
nach 24 h 0,1 0,1
81
6
3
10
Lebensdauer,
min
15
2,5
13,0
16,5
22
0,4
5-6
Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, übertrifft die Festigkeit der erfindungsgemäße Formstoffe die Festigkeit des bekannten Formstoffes sowohl in der Anfangsperiode als auch in der Endperiode der Härtung. Es sei betont, daß die Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Formstoffe auch bei minimalen Gehalt an Bestandteilen in der Zusammensetzung des Formstoffes ausreichend hoch bleiben, während bei maximalen Mengen an Bestandteilen die Festigkeit der Formstoffe auf allen Härtungsstufen die analogen Eigenschaften des bekannten Formstofffes übertrifft. Die Abbröckelungsneigung des Formstoffes wird dabei wesentlich vermindert. Durch die Veränderung der Zusammensetzung in den genannten Grenzen kann die
Lebensdauer für den erfindungsgemäßen Formstoff von 9 bis 10 auf 20 min geändert werden. Im Vergleich zu dem bekannten Formstoff ist die Härtungsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Formstoffes, deren Wert durch die Festigkeit des Formstoffes nach 0,5 h nach der Aufbereitung bestimmt wird, viel höher, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Lebensdauer, die für die Ausführung des gesamten Komplexes an technologischen Arbeitsgängen zur Herstellung von Gießformen und Gießkernen hinreichend ist. Gleichzeitig damit gewährleistet eine hohe Härtungsgeschwindigkeit auf der Anfangsstufe eine weitere Erhöhung der Festigkeit auch in den nachfolgenden Härtungsperioden, und man erreicht hohe Werte nach 24 h, während die bekannten Formstoffe eine relativ niedrige Härtungsgeschwindigkeit und nicht hohe Festigkeit nach Verlauf von 24 h haben.
Zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sind im weiteren konkrete Durchführungsbeispiele angeführt.
Beispiel 1
Man vermischt 81 Masse-Teile Quarzsand mit 10 Masse-Teilen Produkt der Mahlung (spez. Oberfläche 1900 bis 2100 cm2/g) des von dem verbrauchten Magnesitchromitstein im voraus abgegtrennten Arbeitsteils. Das Gemisch wird im Laufe von 1 bis 2 min vermischt, dann setzt man ihm 6 Masse-Teile Orthophosphorsäure mit einer Dichte von 1,58 bis 1,60 g/cm3 und 3 Masse-Teile Wasser zu. Das Gemisch wird wiederholt im Laufe von 1 bis 2 min durchgemischt. Für die Ermittlung von Druckfestigkeit fertigt man aus dem gewonnenen Formstoff zylinderförmige Prüfkörper, deren Durchmesser 50 mm und Höhe 50 mm betragen.
Die Druckfestigkeit wird nach der Standardmethode bestimmt.
Der gewonnene Formstoff hat folgende Eigenschaften:
Druckfestigkeit (kp/cm2) nach Verlauf von
0,5 h 9,5
1 h 19,5
4 h 26,0
24 h 30,0
Lebensdauer 15 min
Abbröckelungsverhalten nach-24 h 0,1%
Beispiel 2
Der Formstoff wird analog dem Beispiel 1 aufbereitet. Man vermischte 95,5 Masse-Teile Quarzsand, 2 Masse-Teile Produkt der Mahlung des Arbeitsteils des Magnesitchromitsteins mit der spezifischen Oberfläche wie im Beispiel 1, 2 Masse-Teile Orthophosphorsäure (mit einer Dichte von 1,58 bis 1,60 g/cm3) und 0,5 Masse-Teile Wasser. Der gewonnene Formstoff hat folgende Eigenschaften:
Druckfestigkeit (kp/cm2) nach Verlauf von 0,5 h 6,0
1 h 12,5
4 h 16,5
24 h 19,0
Lebensdauer 18 min.
Abbröckelungsverhalten nach 24 h 0,15%.
Beispiel 3
Der Formstoff wird analog dem Beispiel 1 aufbereitet. Man vermischt 64 Masse-Teile Quarzsand, 10 Masse-Teile Orthophosphorsäure (mit einer Dichte von 1,58 bis 1,60 g/cm3), 6 Masse-Teile Wasser und 20 Masse-Teile Produkt der Mahlung des Arbeitsteils des Magnesitchromitsteins, analog dem Beispiel 1.
Der gewonnene Formstoff hat folgende Eigenschaften:
Druckfestigkeit (kp/cm2) nach Verlauf von
0,5 h 12
1 h' 24,5
4 h 32,0
ίο 24 h 43,0
Lebensdauer 12 min
Abbröckelungsverhalten nach 24 h 0,1%
Beispiel 4
Der Formstoff wird analog dem Beispiel 1 aufbereitet. Man vermischt 81 Masse-Teile Quarzsand, 10 Masse-Teile Produkt der Mahlung verbrauchten Magnesitchromitsteins (spez. Oberfläche 1900 bis 2100 cm2/g), 6 Masse-Teile Orthophosphorsäure (mit einer Dichte von 1,58 bis 1,60 g/cm3) und 3 Masse-Teile Wasser.
Der gewonnene Formstoff hat folgende Eigenschaften:
Druckfestigkeit (kp/cm2) nach Verlauf von
,5 0,5 h 6,2
1 h 17,3
4 h 22,5
24 h 27,0
Lebensdauer 16 min
Abbröckelungsverhalten nach 24 h 0,1%.
Beispiel 5
Der Formstoff wird analog dem Beispiel 1 aufbereitet. Man vermischt 86,25 Masse-Teile Quarzsand, 10 Masse-Teile Produkt der Mahlung des Arbeitsteils des verbrauchten Magnesitchromitsteins (spez. Oberfläche 1900 bis 2100 cm2/g), 3 Masse-Teilee Orthophosphorsäure (mit einer Dichte von 1,58 bis 1,60 g/cm3) und 0,75 Masse-Teile Wasser.
Der gewonnene Formstoff hat folgende Eigenschaften:
Druckfestigkeit (kp/cm2) nach Verlauf von
0,5 h 14
24 h 21
Lebensdauer 9 bis 10 min.
Beispiel 6
Der Formstoff wird analog dem Beispiel 1 aufbereitet. Man vermischt 81 Masse-Teile Quarzsand, 10 Masse-Teile Produkt der Mahlung des Arbeitsteils des Magnesitchromitsteins, analog dem Beispiel 5, 6 Masse-Teile Orthophosphorsäure (mit einer Dichte von 1,58 bis 1,60 g/cm3) und 3 Masse-Teile Wasser.
Der gewonnene Formstoff hat folgende Eigenschaften:
Druckfestigkeit (kp/cm2) nach Verlauf von
0,5 h 9,5
24 h 30
Lebensdauer 15 min.
Beispiel 7
Der Formstoff wirdanalog dem Beispiel 1 aufbereitet. Man vermischt 75,5 Masse-Teile Quarzsand, 10 Masse-Teile Produkt der Mahlung des Arbeitsteils des Magnesitchromitsteins analog dem Beispiel 5, 9 Masse-Teile Orthophosphorsäure (mit einer Dichte von 1,58 bis 1,60 g/cm3) und 5,5 Masse-Teile Wasser.
Der gewonnene Formstoff hat folgende Eigenschaften:
Druckfestigkeit (kp/cm2) nach Verlauf von 0,5 h 7,6
24 h 38
Lebensdauer 20 min.
Beispiel 8
Der Formstoff wird analog dem Beispiel 1 aufbereitet. Man vermischt 81 Masse-Teile Quarzsand (mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,16 bis 0,20 mm), 10 Masse-Teile Produkt der Mahlung verbrauchten Chrommagnesitsteins, 6 Masse-Teile Orthophosphorsäure (mit einer Dichte von 1,58 bis 1,60 g/cm2) und 3 is Masse-Teile Wasser.
Der gewonnene Formstoff hat folgende Eigenschaften:
Druckfestigkeit (kp/cm2) nach Verlauf von 0,5 h 6,0
1 h 15,5
4 h 20,0
14 h 25,5
Lebensdauer 15 min.
Abbröckelungsverhalten nach 24 h 0,15%
Industrielle Anwendbarkeit
Die erfindungsgemäßen selbsthärtenden Formstoffe werden zum Herstellen von Kernen und Formen bei Stahlguß, Roheisenguß und Nichteisen-Metallguß verwendet.
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Claims (1)

Patentansprüche:
1. Selbsthärtender Formstoff zur Herstellung von Gießformen und Gießkernen, bestehend aus einem feuerfesten Füllstoff, Orthophosphorsäure, einem Material auf der Grundlage von gebranntem Magnesiumoxid und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß er als Material auf der Grundlage von gebranntem Magnesiumoxid eine Verbindung der Magnesiaspinellid - Art enthält, die bei einer Temperatur von 1600 bis 1900° C im Laufe von 40 bis 1600 h gebrannt ist, wobei das Verhältnis der genannten Bestandteile des Formstoffes wie folgt ist (in Massse-T.)
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IT8023562A0 (it) 1980-07-18
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