DE2836984C3 - Selbsthärtende Formmasse für die Herstellung von Sandformen - Google Patents

Selbsthärtende Formmasse für die Herstellung von Sandformen

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C1/16Compositions 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
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    • B22C1/188Alkali 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
SiO2/Na2O-Molverhältnis
1,84-2,24
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
/
Ca(SOj)2N
Ca(SO3)NNa Ca(SO3J2NK
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.
Beispiel 1
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
Tabelle 1
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.
Beispiel 2.
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
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.
Mischungsverhältnis je 100 Gewichisteile Formsand
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
Beispiel 1 6 Beispiel 2 6
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.
Beispiel 3
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.
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(SOj)2NNa · 3 H?O allein (NaSOj)2NNa mit Ca(SOj)2NNa · 3 H2O vermischte.
Tabelle 2 Beispiel 3 Beispiel 4
Mischungsverhältnis je 100 Gewichtsteile Formsand Druckfestigkeit nach
Stunden, kg/cm2
Natriumsilikat
lmidodisuifonat
A
lmidodisuifonat
B
(Nr. 3) 5
(Nr. 3) 5
(Nr. 2) 5
(Nr. 2)
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
Beispiel 5
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)

Patentansprüche;
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.
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.
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