DE2836984A1 - Selbsthaertende zusammensetzung fuer die herstellung von sandformen - Google Patents

Selbsthaertende zusammensetzung fuer die herstellung von sandformen

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    • C04B22/14—Acids or salts thereof containing sulfur in the anion, e.g. sulfides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • 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

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine neuartige Zusammensetzung für die Herstellung einer Sandform, die als Härter ein oder mehrere Imidodisulfonate in einer Mischung aus Formsand und Wasserglas, d.h. einer wäßrigen Natriumsilikatlösung enthält.
Sandformen werden üblicherweise dadurch hergestellt, daß man Formsand unter Verwendung von Wasserglas als Bindemittel eine bestimmte Gestalt verleiht. Wenn Wasserglas allein als Bindemittel verwendet wird, ist eine außerordentlich lange Zeit für die Härtung der Sandform erforderlich. Man mischt daher gewöhnlich einen Beschleuniger für die Härtung, wie Dicalciumsilikat, Natrxumsilxkofluorid, Glyoxal, Ferrosilicium, Natriumaluminat, Phosphate, mehrwertige Alkohole, Carbonsäureester und dergleichen zu.
Die auf diese Weise hergestellten Sandformen haben jedoch den Nachteil, daß sie kaum wiederholt verwendet werden können, da sie nach ihrer Verwendung für einen Guß nur schlecht zusammenfallen.
Ziel der Erfindung ist daher eine neuartige verbesserte Zusammensetzung für Sandformen, die nach ihrer Verwendung sehr
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leicht zusammenfällt, eine ideale Härtungsgeschwindigkeit und während des Formens die notwendige Druckfestigkeit aufweist.
Man erreicht dies dadurch, daß man den Formsand, Wasserglas als Bindemittel und mindestens ein Imidodisulfonsäuresalz als Härter verwendet.
Die Art des in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eingesetzten Wasserglases ist keinen besonderen Beschränkungen unterworfen, und es kann datier jede geeignete Art von Wasserglas, wie Wasserglas Nr. 1 bis Nr. 3 gemäß JIS K 1408-1966 verwendet werden. Wenn man jedoch ein Imidodisulfonat von verhältnismäßig hoher Acidität einsetzt, ist es vorteilhaft, ein Wasserglas Nr. 2 zu verwenden, das ein niedriges SiO.-,/Na~O-Molverhältnis aufweist, d.h. einen hohen Na„O-Gehalt, um ein Produkt mit der gewünschten Härtungsgeschwindigkeit und Festigkeit zu erhalten. Bei Verwendung eines Imidodisulfonats geringer Acidität ist es vorteilhaft, ein Wasserglas Nr. 3 oder Nr. 4 einzusetzen, die ein hohes SiOp/Na^O-Molverhältnis besitzen.
Die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen verwendeten Imidodisulfonate können mit geringen Kosten in großen Mengen als Nebenprodukt von Naßverfahren zur Entfernung von Schwefelverbindungen und/oder Stickoxiden unter Verwendung von
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Sulfit, Fe(II)-Salzen und dergleichen als Absorptions lösung erhalten werden. Die wirksame Verwertung dieser Materialien ist vom Standpunkt der Erhaltung von Bodenschätzen und der Energieeinsparung sehr vorteilhaft.
Es kann mindestens eines von verschiedenen Salzen der Imidodisulfonsäure eingesetzt werden, z.B. das Natrium-, Kalium-, Calcium- oder Magnesiumsalz usw. Man kann den pH-Wert der Zusammensetzung der Form oder die Härtungsgeschwindigkeit durch geeignete Auswahl von Salzen mit verschiedener Azidität (deren pH-Wert von 4 bis 11 beträgt) und Löslichkeit einstellen, z.B. von Ca(SO3) 2NH, Ca(SO3)2N-. Ca(SO3)NNa, Ca(SO3J2NK,
---Ca,
Ca (SO3) 2NNa.3H2O, Ca(SO3) 2NH. 3H3O, Ca(SO3) 2 N\.
J^Ca..8ü?0 usw., Ca(SO-J9N-"'''^
entweder allein oder in Kombination. Zum Beispiel kann man die Lebensdauer durch Zugabe von (NaSO3)„NNa-Anhydrid zu Ca (SO-,) 9NNa. 3H9O in geeignetem Verhältnis steuern und dadurch die Bearbeitungsfähigkeit und Festigkeit der Form verbessern.
Im Hinblick auf das Zusammenfallen bevorzugt man Salze von stark alkalischen Metallen, wie Natrium und Kalium.
Die Menge des der Zusammensetzung zugefügten Imidodisulfonats ist variierbar und hängt von der Art des Natriumsilikats, dem
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Verhältnis Natriumsilikat zu Sand und der Art des verwendeten Imidodisulfonats ab. Im allgemeinen kann es jedoch in einer Menge von 0,3 bis 3 Gew.% eingesetzt werden, wenn das Wasserglas in einer Menge von 5 bis 7 Gew.% des Sandes zur Anwendung kommt. Dieser Bereich ist jedoch nicht kritisch. Ferner kann das Härtungsmittel mit dem Formsand vor, nach oder während der Zugabe des Wasserglases zum Sand gegeben werden. Um dem Formsand Fließfähigkeit zu verleihen, kann ein schaumerzeugendes oder ein oberflächenaktives Mittel zugefügt werden. Man kann auch ein bekanntes, das Zusammenfallen begünstigendes Mittel, wie Pech, Magnesiumoxid, Holzmehl und dergleichen, zufügen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beigefügte grafische Darstellung verwiesen, aus der die Beziehung zwischen der Restdruckfestigkeit der Sandform gemäß der Erfindung (Kurve A) zu der bekannter Sandformen (Kurve B) und der Erhitzungstemperatur hervorgeht. Die experimentellen Bedingungen und andere Details sind in Beispiel 5 beschrieben.
Wie aus der grafischen Darstellung hervorgeht, hat die erfindungsgemäße Sandform die charakteristische Eigenschaft, daß sie zwar bei gewöhnlicher Temperatur eine außerordentlich hohe Bruchfestigkeit besitzt, aber leicht zusammenfällt, wenn sie einer höheren Temperatur von über etwa 800 C ausgesetzt wird,
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was der Gießtemperatur von Metallen entspricht. Mit anderen Worten, eine mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellte Sandform hat einen Bruchfaktor von mehr als 3, wobei dieser Faktor als Verhältnis der Druckfestigkeit der Form vor dem Erhitzen zur Restdruckfestigkeit der Form nach dem Erhitzen auf eine Temperatur von über 800°C ausgedrückt ist. Die Kurve B der grafischen Darstellung veranschaulicht, daß eine herkömmliche Sandform einen Bruchfaktor von höchstens 2 besitzt.
Die folgenden Beispiele erläutern weitere Vorteile der Erfindung .
Beispiel 1
1 Gewichtsteil pulvriges Ca (SO3)~NNa.3H2O wurde mit 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 (JIS G 5901-1974) vermischt. Zwei Proben dieser Mischung wurden mit Wasserglas Nr. 3 Si02/Na20-Molverhältnis = 3,2; 15°C, 40° Be) in einer Menge von 6 bzw. 5 Teilen versetzt. Dann wurden die beiden Mischungen gleichmäßig geknetet. Anschließend wurde jede Mischung in ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 100 mm gegeben, worauf man ein Gewicht von 5 kg auf die Mischungen setzte, um sie so zusammenzudrücken, daß in der so hergestellten Sandform keine weitere Schrumpfung
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eintreten kann. Das obere Ende des Rohres wurde mit einer Sperrholzplatte verschlossen, um die Form zu erhalten. Das Teststück wurde in geeigneten Zeitabständen aus dem Rohr genommen und seine Druckfestigkeit gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.
Beispiel 2
1 Gewichtsteil Ca(SO-J-N^ wurde mit 100 Gewichtsteilen
J^Ca.6H„0
Ca(SO3) 2N^
Formsand Nr. 65 vermischt, und zu dieser Mischung wurden 6 Teile Wasserglas Nr. 3 (Si02/Na20-Molverhältnis = 3,2; 150C1. 40 Be) gegeben. Anschließend wurde gleichmäßig geknetet. Diese Mischung wurde in ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 100 mm gegeben, worauf wiederum ein Gewicht von 5 kg auf die Mischung gesetzt wurde, um sie soweit zu komprimieren, daß die so- hergestellte Sandform nicht weiter schrumpfen kann. Die Form wurde dann wie in Beispiel 1 einer Druckfestigkeitsmessung unterworfen. Das erhaltene Ergebnis ist aus der Tabelle 1 zu ersehen.
■Vergleichsbeispiel
3 Gewichtsteile Dicalciumsilikat wurden mit 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 vermischt. Anschließend wurden 6 Gewichtsteile
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Wasserglas Nr. 3 (Si00/Na„0-Molverhältnis = 3,2; 15°C, 40P Be) zugefügt, worauf gleichmäßig geknetet wurde. Anschließend wurde wiederum wie in Beispiel 1 die Druckfestigkeit gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1
Mischungsverhältnis je 100
Gewichtsteile Formsand		 Imidodi-
sulfonat		 andere
Härter		 72 Druckfestigkeit nach
Stunden, kg/cm		 3 22
Natrium
silikat		 Ca(SO-J9
NNa.3H2O
1,0		 - Dical-
cium-
silikat		 1 10,3 17,5
Beisp. 1 6 /Ca(SO1J9N
Ca.6H2O
1,0		 - 3,2 8,6 16,7
Beisp. 2 5 - 2,3 12,0 18,0
Ver
gleichs-
beispiel		 6 3,5 5,4 18,4
6 1,1
Die Druckfestigkeit der Form nahm etwas schneller zu, wenn eine Mischung aus Wasserglas und einem Imidodisulfonat verwendet wurde, als bei Verwendung von Dicalciumsilikat als Härter.
Die in dieser Weise gehärteten Produkte der Beispiele 1 und 2 fielen, wenn sie auf 800 bis 10000C erhitzt worden waren, we-
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sentlich leichter zusammen, als das Produkt des Vergleichsbeispiels mit Dicalciumsilikat als Härter.
Beispiel 3
1,33 Gewichtsteile pulvriges Ca (SO3)„NNa.3H2O wurden mit 100
Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 vermischt. Diese Mischung wurde mit 5 Gewichtsteilen Wasserglas Nr. 3 versetzt. Ferner wurden
0,67 Gewichtsteile Ca (SO3)2NNa.3H3O und 0,67 Gewichtsteile
(NaSO-J ~NNa-Anhydrid mit 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65
vermischt. Zu dieser Mischung wurden 5 Gewichtsteile Wasserglas Nr. 3 gegeben. Die Druckfestigkeit dieser beiden Gemische ist aus der Tabelle 2 ersichtlich.
Beispiel 4
In der gleichen Weise wie in Beispiel 3 wurden unter Anwendung der in der Tabelle 2 angegebenen Mischungsverhältnisse und unter Verwendung von Wasserglas Nr. 2 Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse in der Tabelle 2 aufgeführt sind.
Aus dieser ist ersichtlich, daß die Druckfestigkeit verbessert und auch die Lebensdauer verlängert wurde, wenn man im Vergleich zu Ca (SO3J2NNa.3H2O allein (NaSO3J3NNa mit Ca(SO3)2NNa.3H2O vermischte.
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Tabelle 2
Mischungsverhältnis je 100
Gewichtsteile Formsand		 Imidodi-
sulfonat
A		 Imidodi-
sulfonat
B		 Druckfestigkeit nach
Stunden, kg/cm		 6 24
Beisp. 3 Natrium
silikat		 Ca(SO3)2
NNa.3H2O
1 ,33		 keines 3 9,2 18,0
Beisp. 4 (Nr. 3)
5		 11 0,67 (NaSO3J2
NNa 0,67		 8,9 12,1 22,5
(Nr. 3)
5		 Ca(SO3) 2
NNa.3H2O
1 ,33		 keines 9,5 5,5 34,6
(Nr. 2)
5		 0,67 (NaSO3)2
NNa 0,67		 3,1 7,2 37,7
(Nr. 2)
5		 3,8
Beispiel 5
1,33 Gewichtsteile Ca(SO3)2NNa.3H2O wurden mit 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 vermischt. Anschließend wurden 5 Gewichtsteile Wasserglas Nr. 2 zugegeben, und das Gemisch wurde homogen geknetet. Nach dem Formen wurde die Mischung 24 Stunden lang einer Hitzebehandlung unterworfen und dann ihre Druckfestigkeit wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Restdruckfestig-
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keiten nach 30 Minuten langem Erhitzen auf die jeweiligen Temperaturen und anschließendem Abkühlen an der Luft sind als Kurve A in der grafischen Darstellung aufgezeichnet. Ebenso ist die Restdruckfestigkeit des Vergleichsproduktes aus 2,5 Gewichtsteilen Dicalciumsilikat, 5 Gewichtsteilen Wasserglas Nr. 2 und 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 nach der gleichen Hitzebehandlung als Kurve B in der grafischen Darstellung wiedergegeben.
Man ersieht hieraus, daß durch das Zumischen von Ca(SO3J3NNa. 3H„O oder anderem Imidodisulfonat ein leichteres Zusammenfallen der Sandform bei hoher Temperatur bewirkt wird.
sch:bü
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Claims (5)

UEXKÜLL S LcRS,RASSE« 2000 HAMBURG 52 PATENTANWÄLTE DR. J.-D. FRHR von UEXKÜLL OR ULRICH GRAF STOLBERG DIPL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE KUREIIA KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA No. 8, Ilorldome-cho 1-chome Nihonbashi, Chuo-ku Tokyo / Japan (Prio: 26. August 1977 JP 52-101530 - 15201) Hamburg, 22. August 1978 Selbsthärtende Zusammensetzung für die Herstellung von Sandformen Patentansprüche
1. Selbsthärtende Zusammensetzung für die Herstellung von Sandformen, enthaltend Formsand, Wasserglas als Bindemittel und mindestens ein Imidodisulfonsäuresalz als Härter.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz der Imidodisulfonsäure aus dem Natrium-, Kalium-, Calcium- oder Magnesiumsalz besteht.
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3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz der Imidodisulfonsäure aus Na(SO-JpNNa, Ca(SO3J2NNa, Ca(SO3)2NH, /Ca (SO3)2N72Ca, Ca(SO3)2NK, Ca(SO3)2NNa.3H2O, Ca (SO3)2NH.3H2O, /Ca (SO3)2N72Ca.6H3O oder /Ca(SO3)2N72Ca.8H3O besteht.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 100 Gewichtsteile Formsand, 5 bis Gewichtsteile Wasserglas und 0,3 bis 3 Gewichtsteile des Imidodisulfonats enthält.
5. Die Verwendung der Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 4 zur Herstellung einer Sandform mit einem Bruchfaktor von über 3, wobei der Bruchfaktor als Verhältnis der Druckfestigkeit der Form zur Restdruckfestigkeit der Form nach dem Erhitzen auf eine Temperatur von über 800 C ausgedrückt ist.
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