DE2836984B2 - Selbsthärtende Formmasse für die Herstellung von Sandformen - Google Patents

Selbsthärtende Formmasse für die Herstellung von Sandformen

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    • B22C1/188—Alkali metal silicates

Description

Die Erfindung betrifft eine neuartige Formmasse für die Herstellung einer Sandform, die als Härter ein oder mehrere Imidodisulfonate in einer Mischung aus Formsand und Wasserglas, d.h. einer wäßrigen Natrium-Silikatlösung enthält
Sandform ^Q 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, Natriumsilikofluorid, 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.
Die Aufgabe besteht darin eine neuartige verbesserte Formmasse für Sandformen zur Verfügung zu stellen, die nach ihrer Verwendung sehr leicht zusammenfällt, sowie eine ideale Härtungsgeschwindigkeit und während des Formens die notwendige Druckfestigkeit auf- so weist
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch eine Formmasse mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind den Ansprüchen 2 und 3 zu entnehmen.
Die Art des eingesetzten Wasserglases ist keinen besonderen Beschränkungen unterworfen, und es kann daher jede geeignete Art von Wasserglas, z. B.
teilhaft, ein Wasserglas Nr. 2 zu yerwenden, das ein niedriges StOj/Na^-MoIyerhältnis aufweist, & h, einen hohen Nn2O-GeIIaIt, um ein Produkt mit der gewünschten Hirtungsgeschwindigkeit und Festigkeit zu erhalten. Bei Verwendung eines Imidodjsulfonats geringer Acidität ist es vorteilhaft, ein Wasserglas Nr, 3 oder Nr. 4 einzusetzen, die ein hohes SiO2/Na2O-MolverhäJtnis besitzen.
Die in den erfindungsgemäßen Formmassen verwendeten Imidodisulfonate können mit geringen Kosten in großen Mengen als Nebenprodukt von Naßverfahren zur Entfernung von Schwefelverbindungen und/oder Stickoxiden unter Verwendung von Sulfit, Fe(Il)-Sa]zen und dergleichen als Absorptionslösung 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 Häriungsgcscbwindigkcit durch geeignete Auswahl von Salzen mit verschiedener Azidität (deren pH-Wert von 4 bis 11 beträgt) und Löslichkeit einstellen, z. B. von
Ca(SO3J2NH
Wasserglas SiO2/Na2O-Molverhältnis
Nr. 1
Nr. 2
Nr. 3
Nr. 4
1,84-2^4
2^5-2,29
23Ο-33Ο
3,40-4,00
65 Ca(SO3J2N
Ca
/
Ca(SO3J2N
Ca(SO3)NNa Ca(SO3J2NK
Ca(SO3J2NNa-3H2O
Ca(SOj)2NH · 3H2O
Ca(SO3J2N
Ca-SH2O
Ca(SO3J2N
verwendet werden. Wenn man jedoch ein Imidodisulfid von verhältnismäßig hoher Acidität einsetzt ist es vorusw, entweder allein oder in Kombination. Zum Beispiel kann man die Lebensdauer durch Zugabe von (NaSO3J2NNa-Anhydrid zu Ca(SO3J2NNa - 3 H2O 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 Formmasse zugefügten Imidodisulfonats ist variierbar und hängt von der Art des Natriumsilikats, dem Verhältnis Natriumsilikat zu Sand und der Art des verwendeten Imidodisulfonats ab. Im allgemeinen kann es jedoch in einer Menge von 03 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 Verstindnis der Erfindung wird auf die grafische Darstellung verwiesen, aus der die Beziehung zwischen der Restdruckfestigkeit der Sandform gemiö 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 erfuidungsgemäße Sandform die charakteristische Eigenschaft daß sie zwar bei gewöhnlicher Temperatur eine außerordentlich hohe Bruchfestigkeit besitzt, aber leicht zusammenfallt, wenn sie einer höheren Temperatur von über etwa 3000C ausgesetzt wird, was der Gießtemperatur von Metallen entspricht Mit anderen Worten, eine mit der erfindungsgemäßen Formmasse hergestellte Sandform hzt 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 8000C ausgedrückt ist Die Kurve flder grafischen Darstellung veranschaulicht daß eine herkömmliche Sandform einen Bruchfaktor von höchstens 2 besitzt
Die folgenden Beispiele erläutern vj^itere Vorteile der Erfindung.
Beispiel 1
1 Gewichtsteil pulvriges Ca(SO3J2NNa · 3 H2O wurde mit 100 Gewichtsteilen Formsand mit einer Korngröße von 210 bis 297 um bei mindestens 30 VoL-% vermischt Dieser Sand wird in den weiteren Beispielen als Sand Nr. 65 bezeichnet Zwei Proben dieser Mischung wurden mit Wasserglas Nr. 3 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
Tabelle 1
hergestellten Sandform keine weitere Schrumpfung eintreten kann. Das obere Ende des Rohres wurde mit einer Sperrholzplatte verschlossen, um die Form zu erhalten. Das Teststflck wurde in geeigneten Zeitabstanden aus dem Rohr genommen und seine Druckfestigkeit gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt
Beispiel 2
ίο 1 Gewichtsteil
Ca(SO3J2N
Ca · 6H2O
15 Ca(SO3J2N
wurde mit 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 vermischt und zu dieser Mischung wurden 6 Teile Wasserglas Nr. 3 40° Be gegeben. Anschließend wurde gleichmäßig geknetet Diese Mischurr. wurde in ein Stahlrohr mit einem Durchmesser von 50 nr.in und einer Höhe von 100 nun gegeben, worauf wiederum ein Gewicht von 5 kg auf die Mischung gesetzt wurde, um sie so weit zu komprimieren, daß die so hergestellte SanoiOrm 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 Wasserglas Nr. 3 zugefügt, worauf gleichmäßig geknetet wurde. Anschließend wurde wiederum wie in Beispiel 1 die Druckfestigkeit gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt
Mischungsverhältnis je 100 Gewichtsteile Formsand
Natriumsilikat
Imidodisulfonat
andere
Härter
Druckfestigkeit nach 3 •Stunden,
kg/cm2 103
1 8,6 22
3,2 12,0 173
23 5,4 16,7
33 18,0
1.1 18,4
Beispiel 1 6 Beispiel 2 6 Vergleichsbeispiel 6 Ca(SO3J2NNa · 3 H3O 1,0 -
[Ca(SO2J2N]2Ca · 6 H2O 1,0 — Dicalciumsilikat
Dit 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 1000° C erhitzt worden waren, wesentlich leichter zusammen, als das Produkt des Vergleichsbeispiels mit Dicalciumsilikat als Härter.
Beispiel 3
133 Gewichtsteile pulvriges Ca(SO3J2NNa · 3 H2O wurden mit 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 vermischt Diese Mischung wurde mit 5 Gewichtstfilen Wasserglas Nr. 3 versetzt Ferner wurden 0,67 Gewichtsteile Ca(SO^NNa - 3 H2O und 0,67 Gewichtsteile (NaSO3)2NNa-Anhydrid mit 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 vermischt Zu dieser Mischung wurden 5 Gewichtsteile Wasserglas Nr. 3 gegeben. Die Druckfestigkeit dieser beiden Gemische ist uns 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 · 3 H2O allein (NaSO3J2NNa mit Ca(SO3J2NNa · 3 H2O vermischte.
Tabelle 2
Mischungsverhältnis je 100 Gewichtsteile Formsand
Natriumsilikat
Imidodisulfonat
A Imidodisulfonat
B
Druckfestigkeit nach Stunden, kg/cm2
3 6 24
Beispiel 3 Beispiel 4
(Nr. 3)
5
(Nr. 3)
(Nr. 2)
5
(Nr. 2)
5
Ca(SO3J2NNa ■ 3 H2O 1,33 Ca(SO3J2NNa ■ 3 H2O 0,67
Ca(SO3JiNNa · 3 H2O 1.33 Ca(SO1J2NNa · 3 H2O 0,67
keines 8,9 9.2 18,0
(NaSO3J2NNa 0,67 9,5 12,1 22.5
keines 3,1 5,5 34,6
(NaSOj)2NNa 0,67 3,8 7,2 37.7
1,33 Gewichtsteile Ca(SOj)2NNa · 3 H2O 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 I bestimmt Die Restdruckfestigkeiten nach 30 Minuten langem Erhitzen auf die jeweiligen Temperaturen und anschließendem Abkühlen an der Luft sind als Kurve A in der gralischen 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(SOj)2NNa ■ 3 H2O oder anderem Imidodisulfonat ein leichteres Zusammenfallen der Sandform bei hoher Temperatur bewirkt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;
1. Formmasse zur Herstellung von Sandformen mit verbesserten ZerfajJseigenschaften aus Sand, Wasserglas und einem Härter, gekennzeichnet durch
100 Gewichtsteile Formsand
5 bis 7 Gewichtsteile Wasserglas sowie
03 bis 3 Gewichtsteile mindestens eines
Salzes der Imido-bis-sulfonsäure als Härter.
2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Natrium-, Kalium-, Calcium- oder Magnesiumsalz der Imido-bis-sulfonsäure enthält
3. Formmasse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie
Na(SO3J2NNa, Ca(SO3J2NNa,
Ca(SOJ3J2NH, [Ca(SO3J2N]2Ca,
Ca(SO3J2NK, Ca(SO3J2NNa · 3 H2O,
Ca(SO3J2NH · 3 H2O,
[Ca(SO3J2N]2Ca · 6 H2O oder
[Ca(SOi)1N]2Ca - 8 H2O
enthält
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