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DE2819456A1 - Verfahren und bindemittel-loesung zur herstellung von giesskernen - Google Patents

Verfahren und bindemittel-loesung zur herstellung von giesskernen

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Publication number
DE2819456A1
DE2819456A1 DE19782819456 DE2819456A DE2819456A1 DE 2819456 A1 DE2819456 A1 DE 2819456A1 DE 19782819456 DE19782819456 DE 19782819456 DE 2819456 A DE2819456 A DE 2819456A DE 2819456 A1 DE2819456 A1 DE 2819456A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicate
potassium
ratio
binder
molecular ratio
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19782819456
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English (en)
Inventor
Thomas Griffiths
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Unilever NV
Original Assignee
Unilever NV
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Publication date
Application filed by Unilever NV filed Critical Unilever NV
Publication of DE2819456A1 publication Critical patent/DE2819456A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B22C1/186—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents contaming ammonium or metal silicates, silica sols
    • B22C1/188—Alkali metal silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B12/00—Cements not provided for in groups C04B7/00 - C04B11/00
    • C04B12/04—Alkali metal or ammonium silicate cements ; Alkyl silicate cements; Silica sol cements; Soluble silicate cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C04B35/6316—Binders based on silicon compounds

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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
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  • Detergent Compositions (AREA)

Description

xjci der Herstellung dieser CO--Silikat-Kerne ist es notwendig, den Kern für eine ausreichende Zeitspanne zu begasen, um eine für Handhabungszwecke geeignete Stärke zu erreichen. Mittels dieses Verfahrens hergestellte Kerne sollten eine vernünftige Lagerfähigkeit besitzen; danach ist es wünschenswert, daß sich der Kern, nachdem er bei einem Iletallabgießen verwendet worden ist, leicht auflösen und von dem Metallgußstück entfernen läßt. Die Auflösung oder Zerlegung des Kerns kann durch die Einschließung von Stärke, Sucker oder Dextrin und ähnlichen Materialien in der Natrium-Silikat-Lösung unterstützt werden. Es ist allgemeine Praxis, in kommerziellen Natriumsilikaten für die Gießerei-Industrie ein Zerlegungsmittel einzuschließen.
8098 4 5/0967
Aus der GB-PS 874 117 ist ein Verfahren zum Binden von partikelförmigem, feuerfestem Material bekannt, bei dem das Bindemittel eine Lösung aus Kalium- und Natrium-Silikaten ist, wobei das Gewichtsverhältnis von SiO2: (Κ,,Ο+Να-,Ο) mindestens 3:1 beträgt und das Gewichtsverhältnis von K20:Na20 im Bereich von 2:1 bis 4:1 liegt. Die Mischung aus Silikaten und Bindemittel kann unter Verwendung von Kohlendioxiagas ausgehärtet werden. Das in der genannten GB-PS beschriebene i-lolekularverhältnis von SiO2 :K2° be~ trägt 3,3:1, und dies ist eine allgemein erhältliche Form von Kalium-Silikaton.
Es ist nun festgestellt worden, daß üann, wenn besonders schnelle Begasungszeiten gewünscht sind und eine verbesserte Kernzerlegung verlangt wird, solche Vorteile erreicht v/erden können unter Verv/enciung von besonderen Kaliuinsilikaten in dem Bindemittel, die ausgewählte Verhältnisse von Kaliumoxid und Silikondioxid besitzen.
Demgemäß sieht die Erfindung vor ein Verfahren für die Herstellung von Gießkernen unter Verwendung des COp-Silikat-Verfahrens, wobei das Silikat-Bindemittel ein Kaliumsilikat mit einera Holekularverhältnis von SiO2:K2O im Bereich von 1,6:1 bis 2,2:1 umfaßt.
Das bevorzugte Holekularverhältnis von SiO-:K2^ liegt im Bereich von 1,8:1 bis 2,2:1. Kaliumsilikate mit liolekularverhältnissen über 2,3 und mit 50 Gew.% Feststoffen sind zu viskos, um in der Gießereiumgebung zufriedenstellend gehandhabt werden zu können.
809845/0967
2819458
Des weiteren ist festgestellt worden, daß sogar dann, wenn bedeutende Anteile von Natriumsilikaten in dem Silikat-Bindemittel enthalten sind, noch eine überraschende Abnahme der Begasungszeiten erhalten werden kann. Die bevorzugten Natriumsilikate besitzen ein Molekularverhältnis von SiO„:Na2O im Bereich von 1,65:1 bis 2,8:1, vorzugsweise von 2:1 bis 2,4:1.
Der IJatriunsilikat-Anteil in dem Silikat-Bindemittel sollte 75 Gew.% nicht übersteigen, wenn bedeutende Verbesserungen erreicht werden sollen.
Aus der Sicht der HerStellung von CO^-Silikat-Kernen führt jede Reduzierung der Begasungszeit zu einem zweifachen Vorteil. Das bedeutet erstens, daß ein bedeutend größerer Ausstoß jeder Ausstattung bzw. Ausrüstung erhalten werden kann, und zweitens eine erhebliche Reduzierung der Kohlendioxidgas-Menge, die zur Herstellung einer bestimmten Anzahl von Kernen benötigt wird.
Es wurde auch noch gefunden, daß die Wirkung von Zerlegungsmitteln, wie Saccharose, erhöht wird, wenn die Silikat-Komponente aus Kaliumsilikaten, wie zuvor beschrieben, besteht oder solche enthält.
Bei Wiederverwendung von aufbereitetem Gießereisand hat die Verwendung von Kaliumsilikaten zusätzlich einen weiteren Vorteil, nämlich den, daß Kaliumsilikate eine weniger schädliche Wirkung auf die feuerfeste Natur des aufbereiteten Sandes haben als die normalerweise verwendeten Natriumsilikate. Des weiteren ist für den im Rahmen der
809845/0967
Erfindung verwendeten Kaliumsilikat-Bereich festgestellt worden, daß diese eine geringere Viskosität als die normalerweise verwendeten Natriumsilikate besitzen, somit also bei der Vermischung von Silikat und Sand diese erleichternd unterstützen.
der Charakterisierung von unter Verwendung des CO2-Silikat-Verfahrens hergestellten Kernen ist es üblich, die Druckfestigkeit des Kerns sofort nach der CO^-Begasungphase, dann nach 2 4 Stunden und nach 48 Stunden unter gesteuerten Bedingungen zu bestimmen. Ein weiterer Test wird an den Kernen nach dem Gießen durcngeführt, uiu die Zerlegungseigenschaften das hitzebehandelten Kerns zu bestimmen.
Der Zerlegungstest beinhaltet die Aufbringung einer otoßkraft mittels eines gefederten Preßkolbens auf den Kern, um die Anzahl der Stöße festzustellen, die notwendig sind, um einen Zentimeter in den Kern einzudringen. Die Stoßkraft wird auf eine Sonde jait 30 konischen Kopf aufgebracht, was eine Belastung von 31 kg ergibt. Dieser Test und andere Tests aus dieser Beschreibung sind im einzelnen in dem Buch " The G^-Silicate-Process in Foundries", von K.E.L. Nicholas, herausgegeben von British Cast Iron Research Association, Alvechurch, Birmingham, 1972, beschrieben.
£3 sind Vergleichstests unter Verwendung eines Standard-lTatriumsilikat-Bindemittels bei einem Verhältnis von 2,0:1 und bei 45% Feststoffen zusammen mit verschiedenen Kaliumsilikaten ausgeführt worden. Die Kerne sind unter Verwendung von 3,5 Gew.% der Alkali-Silikat-Lösung vermischt und nit einem geeigneten Chelford-Sand hergestellt worden.
8 0 9 8 4.5 J1 Q 9 6 7
2819458
Cs sind zylindrische Probestücke mit 50,8 mm (2 Zoll) Durchmesser und gleicher Höhe hergestellt, in der üblichen Art festgestampft und mit Kohlendioxid bei Fließgeschwindigkeiten von 2,5, 10 und 20 Litern
pro ilinute und bei einem Druck von 68,95 kll/m begast worden. Die Druckfestigkeit der Proben ist sofort nach der Begasung und nach Perioden von 2 und 48 Stunden bestimmt worden. Die Proben sind bei Temperaturen im Dereich von 20 bis 27°C und relativen Feuchtigkeiten im Bereich von 50% gelagert v/orden. Die Kernzerlegungseigenschaften sind nach Einbringung in ein Graugußstück mit einem Gewicht-von 25 kg, gegossen bei 1400°C, bestimmt worden.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle I wiedergegeben.
Die verwendeten Bindemittel sind in Tabelle I Mittels der Buchstaben A bis E angegeben, und die Zusammensetzungen waren folgende:
bindemittel A:
iiinaeinittal L:
Bindemittel C:
bindemittel D:
ein "Jatriumsilikat mit einem Verhältnis von 2,0:1 und mit 45% Feststoffen;
ain Kaliuir.silikat mit einem Verhältnis von 2,0:1 und mit 45% Feststoffen;
ein Kaliumsilikat mit einem Verhältnis von 1,8:1 und mit 45% Feststoffen;
ein Kaliumsilikat mit einem Verhältnis von 1,6:1 und mit 45% Feststoffen;
8098 4 5/0967
2919456
— Q —
iiindeiuittel E: ein Kaliurasilikat rait einem Verhältnis von 2,2:1 und mit 5 3% Feststoffen;
Die niedrigeren Stoßzerlegungszahlen in Klammern geben die Wirkung des Zusatzes von 20 Gew.% Saccharose-Bindemittel an.
8 09 8 #57 0 987
TABELLE
oo
CD CD
CO ·£-■
cn
O O
ι to σ>
CO2 Bega- Druckfestigkeit (kty nach der Begasung B C D E A 'm2) C D E 48 Stunden A B C D E Stoßspaltung B C D
Strüinungs— sungs-
»A 4 J.		 A 476 4592 (Durchschnittszahl
rate zeit
Sek.		 627 4737 4881 für 1 cm Eindringtief is 7
Liter per
Minute		 10 814 634 24 Stunden 4985 3503 5178 A lö, /
1(1,8)		 [19,8
1(3,4)
2,5 15 9o3 7398 B 4344 4344 /23,1
20 76 993 903 4688 5033 291C 5178
30 910 3503 3751
40 945 4640 4144 4047 3896 4640
45 414 2910 4592
60 786 600 882 3359 7743 4833 5626
90 703 4489 4392 19,3
10 848 752 1262 3999 4833 4640 5033 5378
10 15 772 7798 2813 8584 3110
20 110 876 731 1324 5033 3847 3703 3454 4344 3503
30 586 3206 2717
40 855 5674 3999 2765 4537 3110 |j(5,6 ;
45 462 4144 3110
60 779 586 2517 3702
90 614 4095 4592
10 896 648 4640 2910 3944
20 15 752 7398 3503 6019 3406
20 117 848 820 3799 3406 2468 3406
30 848 3158 3013
40 683 5033 3061 2075 4392 1682
45 359 5081 4392
60 586 2813
90
OO
—Si
cn
VO
aus Tabelle I ist zu ersehen, daß die sofortige "nach dar Begasung"-Druckfestigkeit der Proben in einer bedeutend kürzeren Zeit unter Verwendung von Kaliumsilikat erreicht wird als mit kommerziell verwendeten Natriumsilikat. Dies bedeutet, daß höhere Produktionsraten einer Anlage erreicht werden können und bedeutend weniger Kohlendioxid für jede gesetzte Anzahl von Kernen notwendig ist.
Die 24-und 48-Stunden-Festigkeiten unter Verwendung von Kaliumsilikat erreichten nicht die oftmals unnötig hohen Druckfestigkeiten, die häufig die Verwendung bekannter Ilatriumsilikate begleiten. Dieser Faktor hat wahrscheinlich zu der besseren Zerlegung, erreicht bei Verwendung von Kaliumsilikaton, beigetragen.
Die 3toß-bzw. Schlagfestigkeit zeigt an, daß die Zerlegung der mit Kaliumsilikat gebundenen Kerne etwas besser ist als die der mit Standard-Natriumsilikat gebundenen Kerne. Vvenn Zerlegungshilfen, wie Zucker in Kaliuiusilikat-Bindemittel eingebracht sind, ist sogar eine bedeutendere Verbesserung der Eigenschaften gegeben.
Ds ist zu beachten, daC die hier spezifizierten Kaliumsilikate zwar zu einer bedeutenden Verbesserung der Begasungszeit führen, jedoch teurer sind als die entsprechenden Natriunvsilikate. Häufig kann ein kommerzieller Ausgleich zwischen den unter ausschließlicher Verwendung von mit höheren Kosten verbundenen Kaliumsilikaten auffallend kürzeren Begasungszeiten und den bedeutenden Verbesserungen
- 11 809845/0967
aufgefunden v/erden, der durch Verwendung einer Mischung aus Kalium- und Natriumsilikaten erreicht werden kann.
Die Tabellen II und III zeigen v/eitere Einzelheiten von weiteren Untersuchungsproben unter Verv/endung von Ilischungen aus Kalium- und Natriumsilikaten. Es v/urden Begasungszeiten ausgewählt, um vergleichbare Druckfestigkeiten der Versuchskerne zu erreichen. Die Kerne wurden bei 20 C und 60S relativer Feuchtigkeit gelagert.
Die in Taoelle II und III verwendeten Bindemittel v/aren:
bindemittel F: Kaliuiasilikat nit 5 3% Feststoff
(SiC. :K_0 im Jolekularverhältnis von
6* £
2,0:1) und 25 Gev?.% Natriumsilikat mit 469J Feststoff (GiO, verhältnis von 2,0:1);
mit 46?; Feststoff (SiO-:Na2 im Ilolekular-
iinae-tiittel G
Kaliumsilikat mit 53?. Feststoff (CIiO2.'IwO im liolekularverhältnis von 2,0:1) und 50 Gew.% llatriumsilikat mit 46?; Feststoff (SiO2:Na2 im !■lolekularverhältnis von 2,0:1);
bindemittel II:
lialiurr.silikat mit 53S Feststoff (SiO9:K90 im Ilolekularverhältnis v 2,0:1) und 75 Gew.% Natriumrsilikat mit 46% Feststoff (SiO-:Na4D i"i Molekularverhältnis von 2,0:1);
- 12 -
80984 5/0967
Bindemittel J: 100 Gew.% !Jatriumsilikat mit 46%
Feststoff (SiO2 :Na2O im Ilolekularverhältnis von 2,0:1);
bindemittel K: Kaliumsilikat mit 53% Feststoff
(SiOp:K?0 im Molekularverhältnis von 2,2:1) und 25 Gew.% Natriumsilikat mit 46% Feststoff (SiO2 :Na-0 im Ilolekularverhaltnis von 2,0:1);
iinueiriittel L: Xaliuinsilikat mit 53% Feststoff
:K20 im .!olekularverhältnis
vor. 2,2:1) und 50 Gew.?, Natriumsilikat mit 4G% Feststoff (Si2 in Molakularverhältnis von 2,0:1);
:Na_0
Lindeiriittel
Kaliur.isilihat mit 53% Feststoff (GiO0 :I'„0 im Molekularverhältnis von 2,2:1) und 75 Gew.% Natriumsilikat bei 46% Feststoff (SiO2:Na20 im I'olekularverhältnis von 2,0:1).
- 13 -
809845/0967
T Λ Γ> I ' T T " '
II
co
σ>
-α
CX)2
Strömungsrate (Liter
per Minute)
10
Uhter-
suchungs-
zeit
3egasungszeit
(Sek.)
nach Begasung
Stunden
Stunden
Bindemittel F 75:25
12
20
30
12
2o
30
12
20
30
Druckfestigkeit (kN/nr)
359 710 1034 2489 2172 1482 3110 2317 1434
Bindemittel G
50:50 		- Druckfestig
keit 9
(kN/nT) 		Bindemittel H
25:75 		-Druckfestig
keit
(kN/τΓ)		 Bindemittel J ■ Druckfestig
keit „ !
(kN/nf)
Begasungs
zeit
(Sek.) 		365 Begasungs
zeit
(Sek.)		 372 Begasungs
zeit
(Sek.)		 345
19 696 30 717 45 683
30 1014 50 1055 72 1014
45 2420 68 2765 100 4392
19 2365 30 3751 45 3254
30 2172 50 2764 72 1675
45 4537 68 4881 100 4537
19 4785 30 4344 45 3799
30 4144 50 3847 72 2958
i
45 68 100
Λ Β fi L L Γ.
Ill
CX)2
Straraungs-		 liiter- Bindemittel K
75:25		 Druckfestig
keit 0
(KN/fc )		 Bindemittel L
50:50		 Druckfestig
keit ,
(kN/raT)		 Bindomir
25:75		 toi M
rate (Liter
per Minute)		 suchungs-
zeit		 Begasungs
zeit
(Sek.)		 365
717		 Begaaungs-
zeit
(Sek.)		 372
689		 Begasungs
zeit
(Sek.)		 Druckfestig
keit _
(kN/πΓ)
10 nach Be
gasung		 8,5
15		 1034 16
25		 1007 30
45		 372
710
23 2517 34 3061 72 1048
24 Stunden 8,5 2172 16 2910 30 2910
15 1779 25 3110 45 242Ο
23 2344 34 4881 72 2365
48 Stunden 8,5 2365 16 3896 30 3847
15 1627 25 4192 45 4785
23 34 72 3358
co J?- cn

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Gießkernen unter Verwendung des CO2-Silikat-Verfahrensf dadurch gekennzeichnet, daß das Silikatbindemittel ein Kaliumsilikat mit einem Molekularverhältnis von SiO2:K_O im Bereich von 1,6:1 bis 2,2:1 enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularverhältnis des Kaliumsilikats im Bereich von 1,8:1 bis 2,2:1 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaliumsilikat-Bindemittel bis zu 75 Gew.% Natriumsilikat enthält mit einem Molekularverhältnis von SiC^Na^O im Bereich von 1,65:1 bis 2,8:1.
809845/0967
ORIGINAL INSPECTED
4. Verfahren nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das 1 Iolekularverhältnis des Natriumsilikats im Bereich von 2:1 bis 2,4:1 liegt.
5. wässerige Silikat-Bindeinittel-Lösung, gekennzeichnet durch mindestens 25 Gew.% Kaliumsilikat nit einem Ilolekularverhältnis von SiO„:K_O iiu Bereich von 1,6:1 bis 2,2:1 und durch ilatriumsilikat.
6. Bindemittel-Lösung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das .lolekularverhältnis des ^aliiL.nsilikats ia Zareich von 1,8:1 bis 2,2:1 liegt.
809845/0967
DE19782819456 1977-05-03 1978-05-03 Verfahren und bindemittel-loesung zur herstellung von giesskernen Withdrawn DE2819456A1 (de)

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DE (1) DE2819456A1 (de)
ES (1) ES469437A1 (de)
FR (1) FR2389432B1 (de)
GB (1) GB1602122A (de)
IT (1) IT1147755B (de)
NL (1) NL7804734A (de)
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