DE69716248T2

DE69716248T2 - Hülsen, deren herstellung und verwendung

Info

Publication number: DE69716248T2
Application number: DE69716248T
Authority: DE
Inventors: Roberto Menon
Original assignee: Ashland Inc
Current assignee: Ineos Composites IP LLC
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: AU2540697A; CA2221778A1; FR2746332A1; ES2134750T1; EP0888199A1; EP0888199B1; WO1997035677A1; GR970100095A; ITMI970688A1; NL1005627A1; IE970227A1; ES2134750T3; BR9601454C1; EP0888199A4; FR2746332B1; DE888199T1; GR1003017B; CA2221778C; IT1290822B1; ATE225687T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft exotherme und/oder isolierende Speiser, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung. Die Speiser werden durch Formen eines Speisergemisches, umfassend (1) eine Speiserzusammensetzung, die einen Speiser bereitstellen kann, und (2) einen chemisch reaktiven Binder, hergestellt. Die Speiser werden in Gegenwart eines Katalysators durch ein Cold-Box-Härteverfahren gehärtet. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Gießen von Metallteilen unter Verwendung einer Gießanordnung, wobei die Speiser eine Komponente der Gießanordnung darstellen.
Eine Gießanordnung besteht aus einer Gießschale, einem Trichtersystem (einschließlich der Ablaufgießlöcher, einem Choke und einer Gießrinne), Steigern, Speisern, Formen, Formkernen und anderen Komponenten. Um einen Metallguss herzustellen, wird Metall in die Gießschale der Gießanordnung gegossen, es fließt durch das Trichtersystem zu der Form- und/oder der Formkernanordnung, wo es abkühlt und sich verfestigt. Das Metallteil wird dann durch Abtrennen von dem Formkern und/oder der Formanordnung getrennt.
Die in der Gießanordnung verwendeten Formen und/oder Formkerne sind aus Sand oder einem anderen Gießereizuschlagstoff und einem Binder, oft nach einem No-Bake- oder einem Cold-Box-Verfahren, hergestellt. Der Gießereizuschlagstoff wird mit einem chemischen Binder gemischt und typischerweise in Gegenwart eines flüssigen oder gasförmigen Katalysators nach dem Formen gehärtet. Typischerweise verwendete Zuschlagstoffe zur Herstellung von Formen und/oder Formkernen sind Zuschlagstoffe mit hohen Dichten und hoher thermischer Leitfähigkeit, wie Quarzsand, Olivin, Quarz, Zirkonsand und Magnesiumsilikatsande. Die zur Herstellung von Formen und/oder Formkernen aus diesen Zuschlagstoffen auf einer wirtschaftlichen Basis verwendete Bindermenge beträgt typischerweise von 1,0 bis 2,25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht und den Typ des Zuschlagstoffs.
Die Dichte eines Gießgemisches beträgt typischerweise 1,2 bis 1,8 g/cm³, während die thermische Leitfähigkeit solcher Zuschlagstoffe typischerweise von 0,8 bis 1,0 W/m.K. beträgt. Die erhaltenen Formen und/oder Formkerne sind nicht exotherm, da sie keine Wärme freisetzen. Obwohl Formen und Formkerne isolierende Eigenschaften besitzen, sind sie keine sehr wirksamen Isolatoren. Tatsächlich absorbieren Formen und Formkerne Wärme.
Steiger oder Speiseleitungen sind Reservoire, die überschüssiges geschmolzenes Metall enthalten, das nötig ist, um Schrumpfungen oder von Metall freie Räume zu ersetzen, die während des Gießverfahrens auftreten. Metall aus dem Steiger füllt solche leeren Räume in dem Gussstück, wenn das Metall des Gussstückes schrumpft. Auf diese Weise kann das Metall aus dem Steiger während eines längeren Zeitraums im flüssigen Zustand bleiben, wobei Metall für das Gussstück beim Abkühlen und Festwerden bereitgestellt wird. Die Speiser werden verwendet, um den Steiger und andere Teile der Gießanordnung zu umgeben oder einzukapseln, um das geschmolzene Metall in dem Steiger heiß und im flüssigen Zustand zu halten. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls und der Zeitraum, in dem das Metal in dem Steiger geschmolzen bleibt, ist unter anderen Faktoren eine Funktion der Speiserzusammensetzung und der Dicke der Speiserwand.
Um ihre Funktion zu erfüllen, müssen die Speiser exotherme und/oder isolierende Eigenschaften aufweisen. Die exothermen und isolierenden thermischen Eigenschaften des Speisers sind in der Art und/oder dem Grad verschieden von den thermischen Eigenschaften der Formanordnung, in die sie eingesetzt werden. Vorwiegend exotherme Speiser sind durch Freisetzen von Wärme wirksam, wobei einige oder alle spezifischen Wärmeerfordernisse des Steigers erfüllt werden und sie begrenzen den Temperaturverlust des geschmolzenen Metalls in dem Steiger; wobei das Metall heißer und länger flüssig gehalten wird. Andererseits halten isolierende Speiser das geschmolzene Metall in dem Steiger durch ihre Isolierung von der umgebenden Formanordnung.
Gießereiformen und Formkerne weisen keine thermischen Eigenschaften auf, die sie befähigen, den Funktionen eines Speisers zu dienen. Sie sind nicht exotherm, sie sind als Isolatoren nicht wirksam genug und sie absorbieren zu viel Wärme, um das geschmolzene Metall heiß und flüssig zu halten. Zusammensetzungen, die in Gießereiformen und Formkernen verwendet werden, sind zur Herstellung von Speisern nicht nützlich, da sie nicht die erforderlichen thermischen Eigenschaften und die erforderliche Dichte haben.
Typische Materialien, die zur Herstellung von Speisern verwendet werden, sind Aluminium, Oxidationsmittel, Fasern, Füllstoffe und feuerfeste Materialien, insbesondere Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat und Aluminiumsilikat in Form von hohlen Aluminiumsilikatkugeln. Der Typ und die Menge der Materialien in dem Speisergemisch hängt von den Eigenschaften der Speiser ab, die erzeugt werden sollen. Typische Dichten der Speiserzusammensetzungen liegen im Bereich von 0,4 g/ml bis 0,8 g/ml. Die thermische Leitfähigkeit von Aluminium bei Raumtemperatur ist typischerweise größer als 200 W/m.K., während die thermische Leitfähigkeit der hohlen Aluminiummikrokugeln bei Raumtemperatur im. Bereich von 0,05 W/m.K. bis 0,5 W/m.K. liegt. In gewissem Maße müssen alle Speiser isolierende Eigenschaften oder kombinierte isolierende und exotherme Eigenschaften aufweisen, um den Wärmeverlust auf ein Mindestmaß herabzusetzen und das Metall so lange wie möglich in flüssigem Zustand zu halten.
Zur Herstellung von Speisern werden drei grundlegende Verfahren verwendet, "Feststampfen", "Vakuumbildung" und "Blasen oder Schleudern". Das Feststampfen und Blasen sind grundsätzlich Verfahren zum Zusammenpressen einer Speiserzusammensetzung und eines Binders zu einer Speiserform. Das Feststampfen besteht aus einem Packen eines Speisergemisches (Speiserzusammensetzung und Binder) in eine Speisergussform, die aus Holz, Kunststoff und/oder Metall hergestellt ist. Die Vakuumbildung besteht aus dem Anwenden eines Vakuums an eine wässrige Aufschlämmung eines feuerfesten Materials und/oder von Fasern und Absaugen von überschüssigem Wasser, wobei ein Speiser erzeugt wird. Typischerweise werden, gleich ob das Feststampfen, Blasen oder das Anlegen eines Vakuums zur Erzeugung des Speisers verwendet wird, die erzeugten Speiser im Ofen getrocknet, um das enthaltene Wasser zu entfernen und den Speiser zu härten. Wenn das enthaltene Wasser nicht entfernt wird, kann es verdampfen, wenn es mit dem heißen Metall in Kontakt kommt, wobei eine Gefahrenquelle entsteht. In keinem dieser Verfahren wird der geformte Speiser mit einem flüssigen oder gasförmigen Katalysator chemisch gehärtet.
Diese Zusammensetzungen werden in einigen Fällen durch den teilweisen oder vollständigen Ersatz der Fasern durch hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln modifiziert. Vgl. die PCT Veröffentlichung WO 94/23865. Diese Maßnahme ermöglicht es, die isolierenden Eigenschaften der Speiser zu verändern und vernngert oder eliminiert die Verwendung von Fasern, die Gesundheits- und Sicherheitsprobleme für die Arbeiter verursachen können, die die Speiser herstellen und die Speiser bei dem Gießverfahren verwenden.
Eines der Probleme mit Speisern besteht darin, dass die Außendimensionen der Speiser nicht genau sind. Deshalb stimmt der äußere Umfang der Speiser in ihren Abmessungen mit dem inneren Hohlraum der Form, in die der Speiser eingesetzt werden soll, nicht überein. Um die schlechte Dimensionsgenauigkeit auszugleichen, ist es oft nötig, den Hohlraum in der Form größer zu dimensionieren, in die der Speiser eingesetzt werden soll, oder "zermahlende Streben" in der Formanordnung zu erzeugen oder in sie zu bringen, die abgetragen oder deformiert werden, wenn die Speiser in den Steigerhohlraum eingesetzt werden, wobei eine Möglichkeit zum Einsetzen des Speisers in den Raum bereitgestellt wird. Alternativ werden die Speiser in den Platz auf der Gießanordnung gelegt und die Form wird um die Speisen angeordnet, auf diese Weise werden die Probleme mit den Speisern, die nicht dimensionsgenau sind, vermieden.
Ein weiteres Problem mit Speisern besteht darin, dass ihnen die erforderlichen thermischen Eigenschaften fehlen können, die nötig sind, das geschmolzene Metall in dem Steigerreservoir in heißem und flüssigem Zustand zu halten. Die Folge davon ist, dass die Gussform eine Schrumpfung aufweist, die zu Gussformmängeln führt. Diese fehlerhaften Gussformen werden höchstwahrscheinlich verschrottet, was zu vergeudeter Zeit und vergeudetem Metall führt.
Gießrinnen, Gießlöcher und andere Komponenten der Gießanordnung können auch isolierende und exotherme Speiser als Hüllen verwenden, um die Temperatur des geschmolzenen Metalls, das mit ihnen in Kontakt kommt, zu halten.
US-A-4,240,496 offenbart einen geformten, feuerfesten, die Wärme isolierenden Gegenstand zur Verwendung in einem metallurgischen Gefäß, umfassend spezielle entfaserte Bagasse oder dergleichen, ein feuerfestes Feststoffteilchenmaterial und einen Binder. Der Binder kann ein organisches Material, z. B. Stärke, ein Harz, wie ein Harnstoff-Formaldehyd- oder ein Phenol-Formaldehyd-Harz oder ein anorganisches Material, z. B. Bentonit oder ein Silikat, wie Natriumsilikat, sein. Es können exotherm reagierende Materialien als Bestandteile der Gegenstände eingeschlossen werden. Die Gegenstände können die Form von Speisern haben. Wenn Natriumsilikat als Binder verwendet wird, kann das durch Festwerden durch die Wirkung von Kohlendioxid erfolgen.
GB-A-922,505 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Speiseleitungsköpfen und Speisern. Das Verfahren umfasst das Mischen eines exothermen Materials, wie Aluminium, mit Vermiculit-Feststoffteilchen und Siliziumdioxid. Die erhaltene Speiserzusammensetzung wird in die gewünschte Form gebracht und Kohlendioxid ausgesetzt.
Die vorliegende Erfindung betrifft exotherme und/oder isolierende Speiser nach Anspruch 1, ein Cold-Box-Verfahren zur Herstellung der Speiser nach Anspruch 19, die Verwendung der Speiser zur Herstellung von Metallgussstücken nach Anspruch 20 und ein Speisergemisch nach Anspruch 21. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dem Cold-Box-Verfahren wird das Speisergemisch zuerst geformt und dann mit einem gasförmigen Härtungskatalysator in Kontakt gebracht. Die Komponenten des Cold-Box-Speisergemisches können einheitlich gemischt werden, sodass das Gemisch seine Konsistenz behält, wobei ein Speiser erhalten wird, bei dem die Eigenschaften durchweg einheitlich sind.
Das Cold-Box-Verfahren liefert chemisch gehärtete Speiser. Das Verfahren liefert eine höhere Produktion von Speisern pro Zeiteinheit, verglichen mit den im Fachgebiet bekannten Verfahren. Außerdem besteht ein geringeres Risiko für die Gesundheit und die Sicherheit der Arbeiter, die mit den Rohmaterialien und den Speisern in Kontakt kommen, da sie keinen Fasern ausgesetzt sind, die Atmungsprobleme verursachen können, wenn sie längere Zeit aufgenommen werden.
Die Erfindung betrifft auch die nach dem Verfahren hergestellten Speiser. Die nach dem Verfahren hergestellten Speiser sind dimensionsgenau. Das ermöglicht ein leichtes Einsetzen des Speisers in die Form. Die Steigerspeiser können durch automatische Methoden in die Formanordnung eingesetzt werden und dadurch kann die Produktivität des Formverfahrens weiter verbessert werden. Da die Dichte und die Dicke des Speisers gleichmäßiger und dimensionsgenauer ist, brauchen die Speiser weder überdimensioniert zu sein, noch ist es nötig "zermahlene Streben" oder Formen mit Streben zu verwenden, um den Speiser auf dem Platz zu halten. Da die Speiser außerdem genügend thermisch stabil sind, weisen die Gussstücke, die mit den Gießanordnungen unter Verwendung der Speiser hergestellt wurden, keine Schrumpfungsmängel auf. Deshalb erhält man weniger Abfall und eine höhere Produktivität.
Die Erfindung betrifft auch das Gießen von eisenhaltigen und nicht eisenhaltigen Metallteilen in einer Gießanordnung, bei der die Speiser einen Teil darstellen, und auch die Teile, die nach dem Gießverfahren hergestellt wurden. Das Gussstück, das unter Verwendung dieser Speiser hergestellt wurde, liefert weniger Abfall, da die Speiser, verglichen mit dem geschmolzenen Metall, das in dem Reservoir eines Sandsteigerhohlraums enthalten ist, die Verminderung des geschmolzenen Metalls in dem Reservoir des Speisersteigers ermöglichen. Deshalb erhält man eine bessere Verwertung des Metalls in dem Steiger und das ermöglicht die Herstellung zusätzlicher Gussstücke aus der gleichen Menge von geschmolzenem Metall.
Fig. 1 zeigt eine Gießanordnung mit zwei Steigerspeisern (ein Steigerspeiser an der Seite und ein oberer Steigerspeiser), die in die Formanordnung der Gießanordnung eingesetzt sind.
Fig. 2 veranschaulicht graphisch die Wirkung der Verwendung eines Speisers, wobei das geschmolzene Metall heiß und flüssig gehalten wird.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das ein Gussstück darstellt, wobei das Schrumpfen des Gussstücks durch die ungenügenden thermischen Eigenschaften des verwendeten Speisers eintrat. Dieses Gussstück ist mangelhaft und wird als Abfall verschrottet.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Gussstück zeigt, wobei eine örtliche Schrumpfung des Metallsteigers eintrat, aber keine Schrumpfung des Gussstücks erfolgte. Diese örtlich begrenzte Schrumpfung ergibt keine Mängel beim Gussstück und keinen Abfall.
Die nachstehenden Definitionen werden als Ausdrücke in der Offenbarung und den Ansprüchen verwendet:
Gießanordnung - Anordnung von Gießkomponenten, wie einer Gießschale, einem Gießloch, Trichtersystem (Ablaufgießloch, Gießrinne, Choke), von Formen, Formkernen, Steigern, Speisern, usw., die verwendet werden, um ein Metallgussstück durch Gießen von geschmolzenem Metall in die Gießanordnung herzustellen, wobei es zu der Formanordnung fließt und abkühlt, wobei ein Metallteil geformt wird.
Chemische Bindung - eine Bindung, die durch die chemische Umsetzung eines Katalysators und eines Binders erzeugt wird, der in eine Speiserzusammensetzung gemischt ist.
Cold-Box - Herstellungsverfahren für eine Form oder einen Formkern, das einen gasförmigen Katalysator verwendet, um die Form oder den Formkern zu härten.
Ablaufgießloch - Hauptzuleitungsverbindung der Gießanordnung durch die das geschmolzene Metall gegossen wird.
EXACTCAST® Cold-Box-Binder - ein zweiteiliger Polyurethan formender Cold-Box-Binder, wobei der Teil I ein phenolisches Harz ähnlich dem ist, das im U.S. Patent 3,485,797 beschrieben ist. Das Harz wird in einer Mischung aus aromatischen, Ester- und aliphatischen Lösungsmitteln und einem Silan gelöst. Teil II ist die Polyisocyanatkomponente, umfassend ein Polymethylenpolyphenylisocyanat, ein Lösungsmittelgemisch, bestehend hauptsächlich aus aromatischen Lösungsmitteln und einer kleinen Menge von aliphatischen Lösungsmitteln und einem Stabilisierungsmittel. Das Gewichtsverhältnis von Teil I zu Teil II beträgt etwa 55 : 45.
Exothermer Speiser - ein Speiser, der, verglichen mit der Form-/Formkern-Anordnung, in die er eingesetzt wurde, exotherme Eigenschaften besitzt. Die exothermen Eigenschaften des Speisers werden durch ein oxidierbares Metall (typischerweise metallisches Aluminium) und ein Oxidationsmittel erzeugt, die reagieren können, wobei Wärme erzeugt wird.
EXTENDOSPHERES SG - hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln, durch PQ Corporation verkauft, mit einer Teilchengröße von 10-350 u und einem Aluminiumoxidgehalt zwischen 28% bis 33 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mikrokugeln.
EXTENDOSPHERES SLG - hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln, durch PQ Corporation verkauft, mit einer Teilchengröße von 10-300 u und einem Aluminiumoxidgehalt von mindestens 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mikrokugeln.
Trichtersystem - System, durch das Metall von der Gießschale zu der Form- und/oder Formkern-Anordnung transportiert wird. Komponenten des Trichtersystems schließen das Ablaufgießloch, Gießrinnen, einen Choke usw. ein.
Handhabbarer Speiser - Speiser, der von einem Ort zu einem anderen ohne Durchhängen oder Brechen transportiert werden kann.
Isolierendes feuerfestes Material - ein feuerfestes Material mit einer thermischen Leitfähigkeit bei Raumtemperatur von typischerweise kleiner als etwa 0,7 W/m.K., vorzugsweise von kleiner als etwa 0,5 W/m.K.
Isolierender Speiser - ein Speiser mit stärker isolierenden Eigenschaften als die Form-/Formkern-Anordnung, in die er eingesetzt wird. Ein isolierender Speiser enthält typischerweise Materialien niederer Dichte, wie Fasern und/oder hohle Mikrokugeln.
Formanordnung - eine Anordnung von Formen und/oder Formkernen, die aus einem Gießereiaggregat (typischerweise Sand) und einem Gießereibinder hergestellt ist, die in eine Gießanordnung gestellt ist, um eine Form für ein Gussstück bereitzustellen.
Gießschale - Hohlraum, in den geschmolzenes Metall gegossen wird, um die Gießanordnung zu füllen.
Feuerfestes Material - ein Material vom Keramiktyp, typischerweise mit einer thermischen Leitfähigkeit bei Raumtemepratur von größer als etwa 0,8 W/m.K., das einer extrem hohen Temperatur ohne wesentliche Veränderung standhalten kann, wenn es mit geschmolzenem Metall in Kontakt kommt, das eine Temperatur von z. B. bis zu 1700ºC haben kann.
Steiger - ein Hohlraum, der mit einer Form oder einem Gussstückhohlraum der Gießanordnung verbunden ist, der als ein Reservoir für überschüssiges geschmolzenes Metall wirkt, um Hohlräume in dem Gussstück zu vermeiden, wenn dieses beim Festwerden schrumpft. Die Steiger können offen oder blind sein. Steiger sind auch als Zuleitungen oder Köpfe bekannt.
Speiser - jede formbare Form mit exothermen und/oder isolierenden Eigenschaften, die aus einer Speiserzusammensetzung gemacht wurde, die als ganzes oder teilweise jede Komponente der Gießanordnung, wie den Steiger, Gießrinnen, die Gießschale, das Gießloch usw., umhüllt oder als Teil der Gießanordnung verwendet wird. Die Speiser können verschiedene Formen, wie z. B. Zylinder, Kuppeln, Schalen, Tafeln, Formkerne, haben.
Speiserzusammensetzung - jede Zusammensetzung, die einen Speiser mit exothermen und/oder isolierenden Eigenschaften bereitstellen kann. Die Speiserzusammensetzung enthält gewöhnlich metallisches Aluminium und/oder Aluminiumsilikat, insbesondere in Form von hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln, oder Gemische davon. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften kann die Speiserzusammensetzung auch Aluminiumoxid, feuerfeste Materialien, ein Oxidationsmittel, Fluoride, Fasern und Füllstoffe enthalten.
Speisergemisch - ein Gemisch, umfassend eine Speiserzusammensetzung und einen chemischen Binder, das durch das Cold-Box-Verfahren einen Speiser formen kann.
W./m.K. - eine Einheit der thermischen Leitfähigkeit = Watt/Meter Kelvin.
Fig. 1 zeigt eine einfache Gießanordnung, umfassend eine Gießschale 1, ein Gießloch 2, eine Gießrinne 3, einen Speiser für den Steiger an der Seite 4, einen Steiger an der Seite 5, einen Speiser für einen oberen Steiger 6, einen oberen Steiger 7 und eine Form- und/oder Formkern-Anordnung 8. Das geschmolzene Metall wird in die Gießschale 1 gegossen, wobei es durch das Gießloch 2 zu der Gießrinne 3 und anderen Teilen des Filtersystems und schließlich zu der Form- und Formkernanordnung 8 fließt. Die Steiger 5, 7 sind Reservoire für überschüssiges geschmolzenes Metall, das vorhanden ist, wenn das. Gussstück abkühlt, schrumpft und geschmolzenes Metall von den Steigern abzieht. Die Speiser 4, 6, die in die Form- und/oder Formkernanordnung 8 eingesetzt sind, umgeben die Steiger 5, 7 und bewahren das geschmolzene Metall in dem Steigerreservoir vor einem zu schnellen Abkühlen.
Fig. 2 veranschaulicht graphisch die vorteilhafte Wirkung der Verwendung eines Speisers, um das geschmolzene Metall heiß und flüssig zu halten.
Fig. 3 veranschaulicht ein Gussstück 3, wobei eine Schrumpfung 2 des Metalls des Steigers 1 und des Metalls des Gussstücks 3 eingetreten ist. Dieses Gussstück ist mangelhaft und wird als Abfall verschrottet.
Fig. 4 veranschaulicht ein Gussstück 3, wobei eine Schrumpfung 2 des Metalls des Steigers 1 eingetreten ist, aber keine Schrumpfung des Metalls in dem Gussstück 3 eintrat. Dieses Gussstück ist nicht fehlerhaft und kann verwendet werden.
Die Speisergemische, die bei dem vorliegenden Verfahren verwendet werden, enthalten (1) eine Speiserzusammensetzung und (2) eine wirksame Menge eines chemisch reaktiven Binders. Das Speisergemisch wird geformt und durch Inkontaktbringen des Speisers mit einer wirksamen Menge eines Härtungskatalysators gehärtet.
Bei der Speiserzusammensetzung, die zur Herstellung der exothermen und/oder isolierenden Speiser verwendet wird, ist nichts neu. Jede im Fachgebiet bekannte Speiserzusammensetzung zur Herstellung von Speisern kann zur Herstellung der Speiser verwendet werden. Die Speiserzusammensetzung enthält typischerweise anorganische exotherme - und/oder isolierende Materialien. Die exothermen und/oder isolierenden Materialien sind typischerweise Aluminium enthaltende Materialien, vorzugsweise ausgewählt aus metallischem Aluminium, Aluminiumsilikat, Aluminiumoxid und Gemischen davon, wobei besonders bevorzugt Aluminiumsilikat in Form von hohlen Mikrokugeln ist.
Das exotherme Material ist ein oxidierbares Metall und ein Oxidationsmittel, die bei der Temperatur, wobei das Metall gegossen werden kann, eine exotherme Reaktion erzeugen können. Das oxidierbare Metall ist typischerweise Aluminium, obwohl Magnesium und ähnliche Metalle auch verwendet werden können. Das isolierende Material ist typischerweise Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat, vorzugsweise Aluminiumsilikat in Form von hohlen Mikrokugeln.
Wenn Aluminiummetall als oxidierbares Metall für den exothermen Speiser verwendet wird, wird es typischerweise in Form von Aluminiumpulver und/oder Aluminiumgranulaten verwendet. Das für den exothermen Speiser verwendete Oxidationsmittel schließt Eisenoxid, Manganoxid, -nitrat, Kaliumpermanganat usw. ein. Die Oxide brauchen nicht in stöchiometrischen Mengen vorzuliegen, um der metallischen Aluminiumbrennstoffkomponente zu genügen, da die Steigerspeiser und Formen, in denen sie enthalten sind, durchlässig sind. Deshalb wird Sauerstoff aus den Oxidationsmitteln durch atmosphärischen Sauerstoff ergänzt, wenn der Aluminiumbrennstoff verbrannt wird. Typischerweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Aluminium zu dem Oxidationsmittel etwa 10 : 1 bis etwa 2 : 1, vorzugsweise etwa 5 : 1 bis etwa 4 : 1.
Die thermischen Eigenschaften des exothermen Speisers werden durch die erzeugte Wärme gesteigert, die den Temperaturverlust des geschmolzenen Metalls in dem Steiger vermindert, wobei es heißer und länger flüssig gehalten wird. Die exothermen Ergebnisse ergeben sich aus der Reaktion des metallischen Aluminiums, das bei Raumtemperatur eine thermische Leitfähigkeit von größer als 150 W/m.K., typischerweise größer als 200 W/m.K., besitzt. Eine Form und/oder ein Formkern weisen keine exothermen Eigenschaften auf.
Wie vorstehend erwähnt, werden die isolierenden Eigenschaften des Speisers vorzugsweise durch hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln, einschließlich Aluminiumsilikatzeeokugeln, bereitgestellt. Die mit hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln hergestellten Speiser besitzen niedere Dichten, geringe thermische Leitfähigkeiten und ausgezeichnete isolierende Eigenschaften. Die thermische Leitfähigkeit der hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln liegt bei Raumtemperatur im Bereich von etwa 0,05 W/m.K. bis etwa 0,6 W/m.K., typischer von etwa 0,1 W/m.K. bis etwa 0,5 W/m.K.
Die isolierenden und exothermen Eigenschaften des Speisers können verändert werden, sie haben aber thermische Eigenschaften, die in dem Grad und/oder der Art von der Formanordnung, in die sie eingesetzt werden, verschieden sind.
Abhängig von dem gewünschten Grad der exothermen Eigenschaften des Speisers wird die Menge an Aluminium in dem Speiser im Bereich von 0 Gew.-% bis 50 Gew.-%, typischerweise 5 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, liegen.
Abhängig von dem Grad der gewünschten isolierenden Eigenschaften des Speisers liegt die Menge der hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln in dem Speiser im Bereich von 0 Gew.-% bis 100 Gew.-%, typischerweise 40 Gew.-% bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung. Da in den meisten Fällen in den Speisern sowohl isolierende als auch exotherme Eigenschaften nötig sind, werden sowohl metallisches Aluminium als auch hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln in dem Speiser verwendet. In Speisern, bei denen sowohl isolierende als auch exotherne Eigenschaften nötig sind, beträgt das Gewichtsverhältnis von metallischem Aluminium zu hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln typischerweise von etwa 1 : 5 bis etwa 1 : 1, vorzugsweise von etwa 1 : 1 bis etwa 1 : 1,5.
Die hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln besitzen typischerweise eine Teilchengröße von etwa 3 mm mit verschiedener Wanddicke. Bevorzugt sind hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von kleiner als 1 mm und einer Wanddicke von etwa 10% der Teilchengröße. Es wird angenommen, dass hohle Mikrokugeln, die aus einem anderen Material als Aluminiumsilikat mit isolierenden Eigenschaften hergestellt wurden, auch verwendet werden können, um sie zu ersetzen oder in Kombination mit den hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln verwendet werden können.
Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid zu Silikat (als SiO&sub2;) in den hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln kann, abhängig von der Anwendung, über einen weiten Bereich verschieden sein, zum Beispiel von 25 : 75 bis 75 : 25, typischerweise 33 : 67 bis 50 : 50 sein, wobei die Gew.-%-Anteile auf dem Gesamtgewicht der hohlen Mikrokugeln beruhen. Aus der Literatur ist bekannt, dass hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln mit einem höheren Aluminiumoxidgehalt sich besser zur Herstellung von Speisern eignen, die beim Gießen von Metallen, wie Eisen und Stahl, verwendet werden, wobei Gießtemperaturen von 1300ºC bis 1700ºC angewendet werden, da hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln mit größerem Aluminiumoxidgehalt höhere Schmelzpunkte haben. Diese Speiser, die mit diesen hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln hergestellt wurden, bauen bei höheren Temperaturen nicht so leicht ab.
Feuerfeste Materialien können, obwohl sie wegen ihrer höheren Dichten und hohen thermischen Leitfähigkeiten nicht notwendigerweise für die Funktion bevorzugt sind, in der Speiserzusammensetzung verwendet werden, um dem Speisergemisch höhere Schmelzpunkte zu verleihen, sodass der Speiser nicht abgebaut wird, wenn er mit dem geschmolzenen Metall während des Gießverfahrens in Kontakt kommt. Beispiele für die feuerfesten Materialien schließen unter anderem Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Olivin, Chromit, Aluminiumsilikat und Siliziumcarbid ein. Diese feuerfesten Materialien werden vorzugsweise in Mengen von weniger als 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, stärker bevorzugt von weniger als 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, verwendet. Wenn Aluminiumoxid als ein feuerfestes Material verwendet wird, wird es in Mengen von weniger als 50 Gew.- %, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, stärker bevorzugt von weniger als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, verwendet.
Die Dichte der Speiserzusammensetzung liegt typischerweise im Bereich von etwa 0,1 g/cm³ bis etwa 0,9 g/cm³, stärker bevorzugt von etwa 0,2 g/cm³ bis etwa 0,8 g/cm³. Für exotherme Speiser liegt die Dichte der Speiserzusammensetzung typischerweise im Bereich von etwa 0,3 g/cm³ bis etwa 0,9 g/cm³, stärker bevorzugt von etwa 0,5 g/cm³ bis etwa 0,8 g/cm³. Für isolierende Speiser liegt die Dichte der Speiserzusammensetzung typischerweise im Bereich von etwa 0,1 g/cm³ bis etwa 0,7 g/cm³, stärker bevorzugt von etwa 0,3 g/cm³ bis etwa 0,6 g/cm³.
Die Speiserzusammensetzung kann außerdem verschiedene Füllstoffe und Additive, wie Kryolith (Na&sub3;AlF&sub6;), Kaliumaluminiumtetrafluorid, Kaliumaluminiumhexafluorid, enthalten.
Die Binder, die mit der Speiserzusammensetzung vermischt werden, um das Speisergemisch zu erzeugen, sind im Fachgebiet bekannt. Jeder Cold-Box-Binder, der das Speisergemisch genügend in Form eines Speisers zusammenhält und in Gegenwart eines Härtungskatalysators polymerisiert, ist geeignet. Beispiele für diese Binder sind unter anderen phenolische Harze, phenolische Urethanbinder, Furanbinder, alkalische phenolische Resolbinder und epoxyacrylische Binder. Besonders bevorzugt sind expoxyacrylische und phenolische Urethanbinder, die als EXACTCAST®-Cold Box-Binder bekannt sind, die durch Ashland Chemical Company verkauft werden. Die phenolischen Urethanbinder sind in den U.S. Patenten 3,485,497 und 3,409,579 beschrieben, die hier als Druckschriften in diese Offenbarung aufgenommen werden. Diese Binder basieren auf einem Zweiteilsystem, ein Teil ist eine phenolische Harzkomponente und der andere Teil ist eine Polyisocyanatkomponente. Die expoxyacrylischen Binder, die mit Schwefeldioxid in Gegenwart eines Oxidationsmittels gehärtet werden, sind in dem U.S. Patent 4,526,219 beschrieben, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird.
Die benötigte Bindermenge ist eine wirksame Menge, um die Form des Speisers zu halten und eine wirksame Härtung zu ermöglichen, d. h. die einen Speiser produziert, der nach dem Härten gehandhabt werden kann oder freitragend ist. Eine wirksame Menge des Binders ist größer als etwa 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung. Die Menge des Binders liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-%, stärker bevorzugt von etwa 6 Gew.-% bis etwa 12 Gew.-%.
Das Härten des Speisers durch das Cold-Box-Verfahren erfolgt durch Blasen oder Feststampfen des Speisergemisches in eine Form und Inkontaktbringen des Speisers mit einem dampfförmigen oder gasförmigen Katalysator. Verschiedene Dampf- oder Dampf- /Gas-Gemische oder Gase, wie tertiäre Amine, Kohlendioxid, Methylformiat und Schwefeldioxid, können, abhängig von dem gewählten chemischen Binder, verwendet werden. Den Fachleuten ist bekannt, welches gasförmige Härtungsmittel für den verwendeten Binder geeignet ist. Zum Beispiel wird ein Amindampf-/Gas-Gemisch mit phenolischen Urethanharzen verwendet. Schwefeldioxid (in Verbindung mit einem Oxidationsmittel) wird mit einem epoxyacrylischen Harz verwendet. Vgl. das U.S. Patent 4,526,219, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird. Kohlendioxid (vgl. U.S. Patent 4,985,489, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird) oder Methylester (vgl. U.S. Patent 4,750,716, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird) werden mit alkalischen phenolischen Resolharzen verwendet. Kohlendioxid wird auch mit Bindern verwendet, die auf Silikaten basieren. Vgl. U.S. Patent 4,391,642, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird.
Vorzugsweise ist der Binder ein EXACTCAST®-Cold-Box-phenolischer Urethanbinder, der durch Leiten eines Gases eines tertiären Amins, wie Triethylamin, durch das geformte Speisergemisch in der Weise, wie es in dem U.S. Patent 3,409,579 beschrieben ist, gehärtet wird, oder der epoxyacrylische Binder wird mit Schwefeldioxid in Gegenwart eines Oxidationsmittels gehärtet, wie es in dem U.S. Patent 4,526,219 beschrieben ist. Typische Begasungszeiten betragen von 0,5 bis 3,0 Sekunden, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 Sekunden. Spülzeiten betragen von 1,0 bis 60 Sekunden, vorzugsweise von 1,0 bis 10 Sekunden.

Beispiele

In allen nachstehenden Beispielen war der verwendete Binder ein Cold-Box-phenolischer Urethanbinder, wie angegeben, wobei das Verhältnis von Teil I zu Teil II 55 : 45 betrug. Die Speisergemische wurden durch etwa 2-4 Minuten langes Mischen der Speiserzusammensetzung und des Binders in einem Hobart N-50-Mischer hergestellt.
Die hergestellten Speiser waren zylindrische Speiser mit einem inneren Durchmesser von 90 mm, einem äußeren Durchmesser von 130 mm und einer Höhe von 200 mm. Die Menge des in allen Fällen verwendeten Binders, außer im Vergleichsbeispiel A, betrug 8,8 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung. Alle bezeichneten Beispiele sind Kontrollen, wobei Quarzsand als Speiserzusammensetzung verwendet wurde. Alle Teile sind Gewichtsteile und alle Prozentanteile sind Gewichtsprozentanteile, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, wenn es nicht anders angegeben ist.

Vergleichsbeispiel A

(Aus Quarzsand erzeugter Speiser)

100 Teile Quarzsand wurden als Speiserzusammensetzung verwendet, die mit etwa 1,3 Gew.-% EXACTCAST®-No-Bake-Binder gemischt wurde, wobei ein Speisergemisch erzeugt wurde. Dann wurde etwa 1 Gew.-% eines flüssigen tertiären Amins, POLYCAT 41 Katalysator [ Weniger als 5% Wirkstoff, bezogen auf Teil 1], verkauft von Air Products, zu dem Speisergemisch zugegeben. Das erhaltene Gemisch wurde zu zylindrischen Speisern geformt.
Die Zugeigenschaften der Speiser, die die Festigkeit der Speiser bei der Handhabung angeben, wurden gemessen und in der nachstehenden Tabelle I angegeben. Die Zugfestigkeiten der Speiser wurden nach dem Entfernen aus der Kernbox sofort (30 Minuten), nach 1 Stunde, 4 Stunden und 24 Stunden bei 100% relativer Feuchtigkeit (RH) gemessen.
Obwohl die Zugfestigkeiten gut waren, wiesen die Stahlgussstücke, die mit den Speisern hergestellt wurden, eine Schrumpfung auf, die durch Fig. 3 dargestellt ist. Die Schrumpfung trat ein, da die thermischen Eigenschaften für Speiseranwendungen nicht geeignet waren. Diese Gussstücke waren mangelhaft und wurden verschrottet.

Beispiel 1

(Herstellung eines isolierenden Speisers, der hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln enthielt, nach dem Cold-Box-Verfahren)

100 Teile SG EXTENDOSPHERES wurden als Speiserzusammensetzung verwendet und mit 8,8% EXACTCAST®-Cold-Box-Binder gemischt, wobei ein Speisergemisch erzeugt wurde. Das Speisergemisch wurde in ein Gussmodell mit einer Form eines Speisers geblasen und mit Triethylamin in Stickstoff bei 20 psi nach bekannten, in dem U.S.- Patent 3,409,579 beschriebenen, Verfahren begast. Die Gaszeit betrug 2,5 Sekunden, an,schließend wurde etwa 60,0 Sekunden mit Luft bei 60 psi, gereinigt.
Die Zugfestigkeiten der gehärteten Speiser wurden wie in Vergleichsbeispiel A gemessen, außer dass die unmittelbare Zugfestigkeit 30 Sekunden nach dem Entfernen aus de Kernbox gemessen wurde. Die Zugfestigkeiten der Speiser sind in Tabelle I angegeben. Die Speiser waren sowohl außen als auch innen dimensionsgenau.

Beispiel 2

(Beispiel 1 mit Silikonharz)

Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass 1,2 Gew.-% Silikonharz zu dem Speisergemisch zugegeben wurde. Die Zugfestigkeiten der gehärteten Speiser wurde wie in Beispiel 1 gemessen. Die Zugfestigkeiten der Speiser sind in Tabelle 1 angegeben. Die Speiser sind sowohl außen als auch innen dimensionsgenau.

Beispiel 3

(Herstellung eines exothermen Speisers nach dem Cold-Box-Verfahren)

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, außer dass die verwendete Speiserzusammensetzung aus 55% SLG EXTENDOSPHERES, 16,5% feinst verteiltem Aluminium, 16,5% Aluminiumpulver, 7% Magnetit und 5% Kryolith bestand. Die Zugfestigkeiten der gehärteten Speiser wurden wie in Beispiel 1 gemessen. Die Zugfestigkeiten der Speiser sind in Tabelle I angegeben. Die Speiser sind sowohl außen als auch innen dimensionsgenau.

Beispiel 4

(Herstellung eines exothermen Speisers, der Siliziumdioxid enthält, nach dem Cold-Box-Verfahren)

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, außer dass die verwendete Speiserzusammensetzung aus 50% Wedron 540 Quarzsand, 10% Aluminiumoxid und 40% des Speisergemisches des Beispiels 3 bestand. Die Zugfestigkeiten der gehärteten Speiser wurden wie in Beispiel 1 gemessen. Die Zugfestigkeiten der Speiser sind in Tabelle I angegeben. Die Speiser sind sowohl außen als auch innen dimensionsgenau.

Beispiel 5

(Speiserzusammensetzung)

Eine Speiserzusammensetzung wurde durch etwa 4 Minuten langes Mischen der nachstehenden Komponenten in einem Hobart N-50-Mischer hergestellt:
50% Quarzsand,
10% Eisenoxid,
10% Aluminiumoxid,
3% Natriumnitrat,
20% Aluminiumpulver und
2% Sägemehl.
Die Speiserzusammensetzung wurde verwendet, um zylindrische Speiser nach dem Cold-Box-Verfahren herzustellen. Die exothermen und isolierenden Eigenschaften der Speiser wurden durch Änderung der Menge von metallischem Aluminium und Aluminiumoxid verändert. Tabelle I (Eigenschaften von Testformen)

Vergleichsbeispiel B und Beispiel 5-8

In Vergleichsbeispiel B und in den Beispielen 5-8 wurden die Speiser des Vergleichsbeispiels A und der Beispiele 1-4 in einer Gießanordnung unter Verwendung der Speiser zum Umgeben des oberen Steigers der Gießanordnung geprüft. Das in die Gießanordnung gegossene Metall war Stahl (Kohlenstoffgehalt von 0,13%), es wurde bei einer Temperatur von 1650ºC gegossen. Das Gussstück des Vergleichsbeispiels B, das unter Verwendung des Speisers des Vegleichsbeispiels A hergestellt wurde, wies eine Schrumpfung auf und ergab ein mangelhaftes Gussstück, das als Abfall verschrottet wurde. Die Gussstücke der Beispiele 5-8, die mit Speisern der Beispiele 1-4 hergestellt wurden, schrumpften nicht, wie die Fig. 4 zeigt. Die Fig. 4 zeigt eine geringe Schrumpfung des Steigers über dem Gussstück, aber das Gussstück wies keine Schrumpfung auf. In allen Fällen, in denen die Speiser nach dem Cold-Box-Verfahren hergestellt wurden, zeigte das Gussstück keine Schrumpfung. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II zusammengefasst.

Tabelle II

Ergebnisse der Gussstücke

Beispiel Ergebnisse der Gussstücke
Vergl. B Schrumpfung des Gussstücks, deshalb mangelhaftes Gussstück und Abfall
5 Keine Schrumpfung des Gussstücks. Kein Abfall oder kein mangelhaftes Gussstück.
6 Keine Schrumpfung des Gussstücks. Kein Abfall oder kein mangelhaftes Gussstück.
7 Keine Schrumpfung des Gussstücks. Kein Abfall oder kein mangelhaftes Gussstück.
8 Keine Schrumpfung des Gussstücks. Kein Abfall oder kein mangelhaftes Gussstück.

Claims

1. Speiser mit exothermen Eigenschaften, isolierenden Eigenschaften oder beiden, erhältlich durch ein Cold-Box-Verfahren umfassend

(A) Einbringen eines Speisergemisches in eine Speisergußform zur Herstellung eines ungehärteten Speisers, wobei das Speisergemisch umfaßt:

(1) eine Speiserzusammensetzung, die einen Speiser erzeugen kann, wobei die Speiserzusammensetzung umfaßt:

(a) ein oxidierbares Metall und ein Oxidationsmittel, das eine exotherme Reaktion erzeugen kann; oder

(b) ein isolierendes feuerfestes Material; oder

(c) Gemische von (a) und (b);

(2) eine wirksame Bindermenge eines chemisch reaktiven Cold-Box- Binders, ausgewählt aus Phenolharzen, phenolischen Urethanbindern, Furanbindern, alkalischen Phenolresolbindern und epoxyacrylischen Bindern;

(B) Inkontaktbringen des ungehärteten Speisers, der nach (A) hergestellt wurde, mit einem dampfförmigen Härtungskatalysator;

(C) Härtenlassen des durch (B) erhaltenen Speisers, bis der Speiser gehandhabt werden kann; und

(D) Entfernen des Speisers aus der Gußform.

2. Speiser nach Anspruch 1, wobei das oxidierbare Metall und das isolierende feuerfeste Material Aluminium enthaltende Materialien sind.

3. Speiser nach Anspruch 2, wobei das Aluminium enthaltende oxidierbare Metall metallisches Aluminium ist und das Aluminium enthaltende isolierende feuerfeste Material aus Aluminiumoxid und Aluminiumsilikat ausgewählt ist.

4. Speiser nach Anspruch 3, wobei das metallische Aluminium in Form von Aluminiumpulver, Aluminiumgranulaten oder beiden vorliegt.

5. Speiser nach Anspruch 3, wobei das Aluminium enthaltende isolierende feuerfeste Material Aluminiumsilikat ist, das in Form von hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln vorliegt.

6. Speiser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Menge des Binders etwa 4 Gew.-% bis etwa 12 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, beträgt.

7. Speiser nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Menge des Aluminiums in der Speiserzusammensetzung 0 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, beträgt.

8. Speiser nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei ein Oxidationsmittel in einer wirksamen Menge vorliegt, um das metallische Aluminium zu oxidieren.

9. Speiser nach Anspruch 5, wobei die Menge der hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln in der Speiserzusammensetzung 30 Gew.-% bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 40 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, beträgt.

10. Speiser nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Menge des Aluminiums in der Speiserzusammensetzung 5 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, beträgt.

11. Speiser nach Anspruch 1, wobei der chemische Binder ein phenolischer Urethanbinder ist und der Härtungskatalysator ein dampfförmiges tertiäres Amin ist.

12. Speiser nach Anspruch 1, wobei der chemische Binder ein epoxyacrylischer Binder ist und der Härtungskatalysator Schwefeldioxid ist.

13. Speiser nach Anspruch 1, wobei der chemische Binder ein alkalisches Phenolresolharz ist und der Härtungskatalysator Kohlendioxid ist.

14. Speiser nach Anspruch 1, wobei der chemische Binder ein alkalisches Phenolharz ist und der Härtungskatalysator ein Methylester ist.

15. Speiser nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei das Gewichtsverhältnis des metallischen Aluminiums zu Aluminiumsilikat in Form der hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln in der Speiserzusammensetzung etwa 1 : 5 bis etwa 1 : 1 beträgt.

16. Speiser nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Speiserzusammensetzung ein feuerfestes Material enthält.

17. Speiser nach Anspruch 16, wobei die Menge des feuerfesten Stoffes in der Speiserzusammensetzung 10 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, beträgt.

18. Speiser nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das feuerfeste Material Siliciumdioxid ist.

19. Cold-Box-Verfahren zur Herstellung von Speisern mit exothermen Eigenschaften, isolierenden Eigenschaften oder beiden, umfassend:

(A) Einbringen eines Speisergemisches nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in eine Speisergußform zur Herstellung eines ungehärteten Speisers,

(D) Entfernen des Speisers aus der Gußform.

20. Verwendung eines Speisers nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in einem Verfahren zum Gießen eines Metallteils, welches umfaßt:

(1) Einbringen des Speisers in eine Gießanordnung mit einer Formanordnung,

(2) Gießen des Metalls, während es im flüssigen Zustand ist, in die Gießanordnung;

(3) Abkühlenlassen des Metalls zum Festwerden; und

(4) dann Abtrennen des Metallgußteils aus der Gießanordnung.

21. Speisergemisch, umfassend:

(a) ein oxidierbares Metall und ein Oxidationsmittel, das eine exotherme Reaktion erzeugen kann, oder

(b) ein isolierendes feuerfestes Material, oder

(c) Gemische von (a) und (b); und

(2) eine wirksame Bindermenge eines chemisch reaktiven Cold-Box-Binders, ausgewählt aus einem Phenolharz, einem phenolischen Urethanbinder, einem Furanbinder, einem alkalischen Phenolresolbinder und einem epoxyacrylischen Binder, der in Gegenwart eines Cold-Box- Härtungskatalysators gehärtet wird.