DE2836984C3 - Selbsthärtende Formmasse für die Herstellung von Sandformen - Google Patents
Selbsthärtende Formmasse für die Herstellung von SandformenInfo
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- 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
- C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
- C04B22/08—Acids or salts thereof
- 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
- 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
Description
Die Erfindung beirifft 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 Natriumsilikatlösung
enthalt.
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, 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 aufweist.
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.
Wasserglas
Nr. 1
Nr. 2
Nr. 3
Nr. 4
Nr. 2
Nr. 3
Nr. 4
SiO2/Na2O-Molverhältnis
1,84-2,24
2,25-2,29
2,30-3,30
3,40-4,00
2,25-2,29
2,30-3,30
3,40-4,00
teilhaft, ein Wasserglas Nr, 2 zu verwenden, das ein
niedriges SiO2/Na2O-Mo|yerhältnis aufweist, d. h, einen
hohen Na2O-Gehalt, um ein Produkt mit der gewünschten
Härtungsgeschwindigkeit und Festigkeit zu erhal-
■-, ten. Bei Verwendung eines Imidodisulfonats geringer
Acidität ist es vorteilhaft, ein Wasserglas Nr. 3 oder Nr, 4 einzusetzen, die ein hohes SiO2/Na2O-Mo|verhäItnis
besitzen.
Die in den erfindungsgemäßen Formmassen vefwendeten Imidodisulfonate können mit geringen Kosten in
großen Mengen als Nebenprodukt von Naßverfahren zur Entfernung von Schwefelverbindungen und/oder
Stickoxiden unter Verwendung von Sulfit, Fe(!I)-Salzen 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
jo 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
:j einstellen, z. B. von
Ca(SO3I2KH
Ca(SO.,)2N
Ca(SO.,)2N
Ca
/
Ca(SOj)2N
/
Ca(SOj)2N
Ca(SO3)NNa Ca(SO3J2NK
Ca(SO3I2NNa -3H2O
Ca(SO3J2NH ■ 3H2O
Ca(SO3J2N
Ca(SO3I2NNa -3H2O
Ca(SO3J2NH ■ 3H2O
Ca(SO3J2N
Ca · 8H,O
Ca(SOj)2N
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
(NaSOj)2NNa-Anhydrid zu Ca(SOj)2NNa · 3 H2O in
geeignetem Verhältnis steuern und dadurch die Bearbeitungsfähigkeit untf Festigkeit der Form verbessern.
-,o 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 Nairiumsilikats,
dem 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 An-
M) wendung 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 schaumerzeugen-
(,5 des 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 grafische Darstellung verwiesen, aus der die Beziehung
zwischen der Restdruckfestigkeit der Sandform gemäß der Erfindung (Kurve /IJ 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 Ober etwa 8000C ausgesetzt wird, was der Gießtemperatur
von Metallen entspricht Mit anderen Worten, eine mit der erfindungsgemäßen Formmasse 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 !rasitzt.
Die folgenden Beispiele erläutern weitere Vorteile der Erfindung.
1 Gewichtsteil pulvriges Ca(SO3)JNNa · 3 H2O wurde
mit 100 Gewichtsteilen Formsand mit einer Korngröße von 210 bis 297 μπι 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
hergestellten Sandform keine weitere Schrumpfung eintreten kann. Das obere Ende des Rohrss wurde mit
einer Sperrnolzplatte 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.
M) Gewichtsteil
Ca(SO3I2N
Ca ·6Η,Ο
Ca(SO.,)2N
wurde mit 100 Gewichtsteilen Formsand Nr. 65 vermischt, und zu dieser Mischung wurden 6 Teile Wasser
2» glas Nr. 3 40" Be gegeben. Anschließend wurde gleichmäßig
geknetet. Diese Mischung wurae 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 so weit zu
komprimieren, daß die so hergestellte Sandform nicht weiter scnrumpfen 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 Dicalciumsiiikat wurden mit 100 Gcwichtsteilen
Formsand Nr. 65 vermischt. Anschließend wurden 6 Gewichtsteile Wasserglas Nr. 3 zugefügt, worj5
auf gleichmäßig geknetet wurde. Anschließend wurde wiederum wie in Beispiel 1 die Druckfestigkeit gemessen.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.
Natriumsilikat
Imidodisulfonat
andere
Härter
Druckfestigkeit nach | 3 | Stunden. |
kg/cm2 | 10,3 | |
1 | 8,6 | 22 |
3.2 | 12.0 | 17,5 |
2,3 | 5,4 | 16,7 |
3,5 | 18,0 | |
1,1 | 18,4 | |
Vergleichsbeispiel 6
Ca(SOj)2NNa · 3 H2O 1,0
[Ca(SO2)2N]2Ca · 6 H2O 1,0
— Dicalciumsiiikat 1,1
Die Druckfestigkeit der Form nahm etwas schneller zu, wenn eine Mischung aus Wasserglas und einem
Imidodisulfonat verwendet wurde, als bei Verwendung von Dicalciumsiiikat 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 Dicalciumsiiikat als
Härter.
1.33 Gewichtsteile pulvriges Ca(SOj)2NNa · 3 H2O
wurden mit 100 G^vichtsteilen Formsand Nr. 65 vermischt. Diese Mischung wurde mit 5 Gewichtsteilen
Wasserglas Nr. 3 verse·.*.·. Ferner wurden 0,67 Gewichtsteile
Ca(SOj)2NNa ■ 3 H2O und 0,67 Gewichtsteile (NaSOj)2NNa-Anhydrid mit 100 Gewichtsteiien
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.
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(SOj)2NNa · 3 H?O allein
(NaSOj)2NNa mit Ca(SOj)2NNa · 3 H2O vermischte.
Mischungsverhältnis je 100 Gewichtsteile Formsand Druckfestigkeit nach
Stunden, kg/cm2
Stunden, kg/cm2
Natriumsilikat
lmidodisuifonat
A
A
lmidodisuifonat
B
B
(Nr. 3)
5
(Nr. 3)
5
(Nr. 2)
5
(Nr. 2)
5
5
Ca(SOj)2NNa · 3 H2O 1,33 keines 8,9 9,2 18,0
Ca(SOj)2NNa · 3 H2O 0,67 (NaSOj)2NNa 0,67 9,5 12,1 22,5
Ca(SOi)2NNa · 3 H..O 1,33 keines 3,1 5.5 34.6
Ca(SOi)2NNa · 3 11:0 0,67 (NaSOi)2NNa 0.67 3.8 7.2 37.7
1.33 Gewichtsteile Ca(SOi)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 1 bestimmt. Die Restdriickfestigkeilen
nach 30 Minuten langem Erhitzen auf die jeweiligen Temperaturen und anschließendem Abkühlen
an der Luft sind als Kurve A in der grafischen
festigkeit des Vergleichsproduktcs aus 2.5 Gewichtsteilen Dicalciumsilikat, 5 Gewichtsteilcn 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(SOi))NNa · 3 H2O oder anderem lmidodisuifonat
ein leichteres Zusammenfallen der Sandform bei hoher Temperan '. bewirkt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Formmasse zur Herstellung von Sandformen mit verbesserten Zerfallseigenscnsften aus Sand,
Wasserglas und einem Härter, gekennzeichne t durch
100 Gewichtsteile Formsand
5 bis 7 Gewichtsteile Wasserglas sowie
0,3 bis 3 Gewichtsteile mindestens eines
Salzes der Imido-bis-sulfonsäure als Härter.
5 bis 7 Gewichtsteile Wasserglas sowie
0,3 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 I und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie
Na(SOi)2NNa, Ca(SOj)2NNa,
Ca(SOJj)2NH, [Ca(SOj)2N]2Ca,
Ca(SOj)2NK, Ca(SOj)2NNa · 3 H2O,
Ca(SOjJi2UH · 3 H2O,
[Ca(SOi)2N]2Ca ■ 6 H2O oder
[Ca(SO ,J2N]2Ca. 8 H2O
enthält.
Ca(SOJj)2NH, [Ca(SOj)2N]2Ca,
Ca(SOj)2NK, Ca(SOj)2NNa · 3 H2O,
Ca(SOjJi2UH · 3 H2O,
[Ca(SOi)2N]2Ca ■ 6 H2O oder
[Ca(SO ,J2N]2Ca. 8 H2O
enthält.
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