Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Flüssigkeit, die als Bindemittel für eine Giessformsandmischung geeignet ist. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Alkalimetallsilikat, ein wasserlösliches, mit dem Alkalimetallsilikat verträgliches Oxydationsmittel und 10-40% des Gesamtgewichtes der Flüssigkeit eines mit dem Oxydationsmittel bei Normaltemperatur verträglichen, jedoch bei erhöhter Temperatur durch das Oxydationsmittel oxidierbaren organischen Materials miteinander vermischt werden.
Irgendein Alkalimetallsilikat kann dafür verwendet werden, es ist jedoch üblicher in der Giessindustrie, Natriumsilikate zu verwenden, und die Erfindung wird in bezug auf die letztere näher dargestellt. Die Verwendung von Natriumsilikat weist den Nachteil auf, dass nach dem Giessen die Sandmischung sehr hart wird; dies ist ein besonderer Nachteil bei Kernen, die schwer aus den Gussstücken zu entfernen sind und bei solchen Formen, die einspringende Teile aufweisen. Versuche zur Überwindung dieser Nachteile bewegten sich im wesentlichen in den folgenden zwei Richtungen:
1. Systeme, bestehend aus Natriumsilikatlösungen, denen verschiedene organische Materialien wie Glukose, Rohrzukker, Gasteer, Pech, Dextrine, Stärken, Zellulosen und ähnliche Verbindungen von relativ niedriger thermischer Stabilität beigemengt wurden.
Diese Art von Systemen hat den Vorteil, billig zu sein und Formen und Kerne zu liefern, die nicht zu Schäden infolge zu grosser Härte und Mangel an Backfähigkeit neigen. Ihre Zerstörung ist nicht besonders leicht durchzuführen, obschon sie in dieser Hinsicht eine Verbesserung gegenüber den reinen Natriumsilikatbindemitteln bedeuten. Die hauptsächlichste Schwäche dieser Art von System bis heute besteht in der Wirkung der organischen Zugaben auf die Viskosität der Natriumsilikatlösungen, welche die Basis bilden. Wenn genügend organisches Material einer Natriumsilikatlösung zugefügt wird, damit es einen nennenswerten Einfluss auf die Zerstörung ausübt, dann wird die Lösung derart viskos, dass sie sich nicht mehr wirksam mit einem Giesssand mischen lässt, woraus sich eine ganze Reihe von Schwierigkeiten beim Giessen ergibt.
Diese reichen von weichen und zum Verkleben neigenden Formen und Kemen über Entgasungsschwierigkeiten bis zu Gussporosität.
2. Zufügen von Materialien in den Mischer zum trockenen Sand, bevor die Natriumsilikatlösung beigefügt wird. Diese Materialien umfassen einen grosseq Bereich von organischen und anorganischen Materialien, und den meisten ist vorzuwerfen, dass sie die Kern- und Formfestigkeit herabsetzen, das Zusammenbacken erhöhen, gesundheitsschädlich sind oder unerwünschte Dämpfe erzeugen, die Feuchtigkeitsaufnahme der Formen und Kerne erhöhen, deren leichte Zerstörung beeinträchtigen, die Verarbeitungszeit der Formsande vor dem Entgasen und/oder die Lebensdauer der Formen und Kerne nach dem Entgasen reduzieren, oder dass sie die Gussporosität erhöhen.
Die Verwendung von irgendwelchen Pulveradditiven ist natürlich ebenfalls nachteilig, da eine weitere Operation in den Giessprozess eingeführt wird, verglichen mit einem Einkomponenten-Bindemittel, und führt zudem zu Schwierigkeiten mit den zunehmend verwendeten Förderschnecken-Mischgeräten infolge des normalerweise bei solchen Geräten kurzen Mischzyklus.
Im britischen Patent Nr. 1 087 767 ist eine Giessformsandkomposition beschrieben, die ein körniges, hitzebeständiges Material, innig vermischt mit einer wässrigen Natriumsilikatlösung und mit 0,25 bis 0,5 Gew. % (oder eines anderen, Glukose an Ort und Stelle erzeugenden Kohlehydrates), bezogen auf das Gewicht des hitzebeständigen Materials zusammen mit einem festen Oxydationsmittel, aufweist, wobei als letzteres vor allem Eisenoxyde oder Mangandioxyde in Frage kommen, welche bei den während des Giessprozesses herrschenden Temperaturen wirksam genug sind, um die Glukose im wesentlichen vollständig abzubauen.
Diese früheren Kompositionen ermöglichten es dem Giesser, die Vorteile der leichteren Zerstörungsfähigkeit wahrzunehmen, die durch Natriumsilikate geboten wurden, deren Gewichtsverhältnis zwischen SiO2 und Na2O grösser als 2 ist, ohne die geringe Bindefestigkeit und Backfähigkeit, die normalerweise durch die Verwendung solcher Materialien entsteht. Hingegen litten diese Kompositionen unter den Nachteilen, die durch ungenügende Kontrolle in der Giesserei entstanden. Die Zugabe übermässiger Mengen von Natriumsilikat zu Sandmischungen mit diesen Additiven hat die Giesser davon abgehalten, den vollen Nutzen aus der korrekten Verwendung dieser Materialien zu ziehen.
In der genannten britischen Patentschrift war es notwendig, ein mildes Oxydationsmittel, wie Eisenoxyde oder Mangandioxyde in fester Mischung mit der Glukose zu verwenden, um Explosionsgefahr zu vermeiden. Es wäre jedoch wünschenswert, ein starkes Oxydationsmittel zu verwenden, um ein schnelles und komplettes Ausbrennen der Giessform oder des Kernes während des Giessens zu erzielen. Der Vorteil dieser Erfindung liegt daher darin, das organische Material und das Oxydationsmittel erst in wässriger Lösung in Gegenwart von grossen Mengen von Sand und Natriumsilikat zusammenkommen zu lassen, damit ein starkes Oxydationsmittel ohne Gefahr verwendet werden kann.
Ein Nachteil bei der Verwendung von separaten wässrigen Flüssigkeiten mit dem Oxydationsmittel und dem zu oxydierenden organischen Material liegt darin, dass der Giesser zu viel oder zu wenig von der einen oder anderen Flüssigkeit verwenden kann. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine einzige als Sandbindemittel geeignete wässrige Flüssigkeit zur Schaffung einer Giessform- sandmischung verwenden zu können.
Auf diese Weise kann diese Flüssigkeit im richtigen Verhältnis ihrer Bestandteile zueinander hergestellt werden, ohne sich auf Mischpraktiken in der Giesserei verlassen zu müssen. Im weiteren kann die wässrige Flüssigkeit leicht und schnell mit dem Sand in einem einzigen Arbeitsgang in einem Schneckenmischgerät vermengt werden.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Alkalimetallsilikate sind vorzugsweise die in den Formsandmischungen verwendeten Natriumsilikate, welche handelsüblich in Form von konzentrierten wässrigen Lösungen geliefert werden. Natriumsilikate mit einem Gewichtsverhältnis von 2,0 bis 3,3 zwischen SiG2 :Na2O werden bei der vorliegenden Erfindung mit Vorteil verwendet, obschon auch andere Natriumsilikate zur Anwendung gelangen können. Die Lösungen haben vorzugsweise eine Viskosität von 100 bis 2000 Centipoise und mehr bei 200C und eine Twaddell Dichte von 84 bis 1200. Die erfindungsgemässe wässrige Flüssigkeit enthält vorzugsweise zwischen 50 und 80 Gew.%, insbesondere zwischen 60 und 75 % Natriumsilikatlösung, mit einer Twaddell-Dichte von 84 bis 1200.
Das wasserlösliche Oxydationsmittel sollte mit dem Natriumsilikat in dem Sinne verträglich sein, dass seine Gegenwart das letztere nicht daran hindert, seine Funktion als Sandbindemittel auszuführen. Beispiele solcher Oxydationsmittel sind die Nitrate, Chromate, Dichromate, Permanganate und Chlorate der Alkalimetalle, insbesondere von Natrium und Kalium. Mischungen von Oxydationsmitteln können verwendet werden. Der Vorteil der Erfindung liegt in der Verwendung starker Oxydationsmittel.
Das leicht oxydierbare, d. h. bei erhöhter Temperatur durch das Oxydationsmittel oxydierbare organische Material sollte mit den übrigen Komponenten der wässrigen Flüssig kein im zweierlei Hinsicht verträglich sein. Vorerst sollte es, nachdem es in wässriger Lösung oder Dispersion mit denselben gemischt ist, nicht derart mit ihnen reagieren, dass die Flüssigkeit während der Lagerung verdirbt. Zweitens sollte es in der wässrigen Flüssigkeit während langer Zeit in Lösung, stabiler Suspension oder Dispersion verbleiben. So kann beispielsweise Glukose als organisches Material verwendet werden, trotz seiner langsamen Reaktion mit Natriumsilikatlösungen, da die Reaktion die wünschenswerten Eigenschaften der wässrigen Flüssigkeit nicht zerstört.
Ebenso scheint der langsame Zerfall von Kaliumpermanganat in der Gegenwart von Natriumsilikat die wünschenswerten Eigenschaften der wässrigen Lösung nicht zu verderben. Die erfin dungsgemäss erhaltenen wässrigen Flüssigkeiten sind unter geeigneten Lagerbedingungen mindestens 3 Monate, oft sogar ein Jahr und mehr, haltbar.
Beispiele solcher leicht oxydierbarer Materialien sind Stärke, Dextrine, Zellulose, Harze, Kunstharze, lignitartige Materialien, die verschiedenen Zucker und Kohlehydrate im allgemeinen, synthetische Polymere wie z. B. Polyäthylen und Polystyrol sowie Kohlenwasserstoffe, wie Gasteere und Holzteere, und diese Materialien können entweder separat oder in Mischung verwendet werden. Die Verwendung solcher organischer Materialien wie die obigen in Formsandmischung ist nicht neu. Es ist allgemein üblich, chlorhaltige Materialien wegen ihrer unerwünschten Dämpfe, und stickstoffhaltige Materialien wegen ihrer Wirkung auf Metallguss zu vermeiden.
Es ist einfach und praktisch, festzustellen, ob ein bestimmtes organisches Material im Sinne dieser Erfindung leicht oxydierbar ist; wenn dieses Material durch das Oxydationsmittel in einer Giessform während des Giessens oxydiert wird, wie nachher anhand der zerstörten Form festgestellt werden kann, dann ist dieses organische Material geeignet.
Kohlenwasserstoffartige Materialien, Peche und Gasteere sind gute organische Materialien, wenn Eisenmetalle gegossen werden sollen, neigen aber dazu, bei Nichteisenmetallguss Porosität zu verursachen. Saccharose ist bevorzugt, da es billig ist und Formen mit einer guten Zusammensetzung von Eigenschaften zum Giessen verschiedener Metalle ergibt. Eine besonders bevorzugte Komposition enthält Saccharose als oxydierbares organisches Material und eine Mischung, die zur Hauptsache aus Natriumchlorat und im übrigen Natriumdichromat als Oxydiermittel enthält.
Das leicht oexydierbare organische Material sollte in der erfindungsgemäss erhaltenen Flüssigkeit in solchen Mengen vorhanden sein, dass eine leichte Zerstörung der Form nach Gebrauch möglich ist. Diese Mengen variieren zwischen 10 bis 40 Gew. %, vorzugsweise zwischen 15 bis 30 %, bezogen auf das Gewicht der wässrigen Flüssigkeit. Das wasserlösliche Oxydationsmittel sollte in solchen Mengen vorhanden sein, dass es das organische Material beim Giessen in der Sandgiessform oxydiert. Das Gewicht des Oxydationsmittels ist normalerweise nicht mehr als die Hälfte desjenigen des organischen Materials und kann etwa im Bereich von 1 bis 15 Gew.% der wässrigen Flüssigkeit liegen.
Es wird normalerweise als unerwünscht betrachtet, Natriumsilikatlösungen für Formsandkompositionen Wasser beizugeben, wegen des Risikos, besonders weiche Sande zu erhalten. Überraschenderweise ergab sich nun, dass eine zusätzliche Wasserzugabe beim erfindungsgemässen Verfahren von Vorteil ist (mit zusätzlichem Wasser wird dasjenige Wasser bezeichnet, das zusätzlich zu dem normalerweise in der handelsüblichen Natriumsilikatlösung enthaltenen Wasser zugesetzt wird). Einer bevorzugten Ausführung entsprechend wird zwischen 6 und 10% Wasser zugesetzt, und kann zwischen 0 bis 20 und mehr Prozent desselben zugegeben werden. Ein niedriger Wasserzusatz ergibt eine Flüssigkeit, die in den Gussformen und Kernen eine starke Bindung bewirkt.
Ein höherer Wasserzusatz ergibt Flüssigkeiten von niedrigerer Viskosität, welche daher leichter mit dem Sand gemischt werden können, und welche Formen und Kerne bilden, die bessere Zerstörungseigenschaften nach dem Giessen aufweisen. Es ist ein Vorteil dieser Erfindung, dass das Vorhandensein eines Oxydationsmittels in Lösung die Flüssigkeit weniger empfindlich auf die Zugabe von Wasser machen kann, und dass es die Viskosität der Flüssigkeit als Ganzes merkbar reduzieren kann; ohne Oxydationsmittel kann die Viskosität einer Lösung aus organischem Material und Natriumsilikat unerwünscht hoch sein. Das Vorhandensein eines Oxydationsmittels kann es ermöglichen, mehr organische Bestandteile zuzusetzen, als es sonst ohne übermässige Zunahme der Viskosität möglich wäre.
Die Bestandteile der erfindungsgemäss erhaltenen wässrigen Flüssigkeiten können in Lösung, in stabiler Suspension oder in Dispersion vorhanden sein. Natriumsilikat bildet eine kolloidale Dispersion von gelatinartigen Silikaten bei Vorhandensein in manchen wasserlöslichen Oxydationsmitteln, insbesondere Natriumchlorat, und es kann sein, dass dieser Effekt zu der oben erwähnten Viskositätsreduktion beiträgt.
Diejenigen der oben erwähnten organischen Materialien, die nicht wasserlöslich sind, können in stabile kolloidale wässrige Dispersionen in der aus Natriumsilikat und Oxydationsmittel bestehenden Flüssigkeit übergeführt werden.
Da manche organische Substanzen brennbar, ja sogar explosionsgefährlich sind, wenn sie mit stark oxydierenden Substanzen gemischt werden, empfiehlt es sich, das Oxydationsmittel und das organische Material in wässriger Lösung oder in Suspension zu mischen. Es ist daher zweckmässig, das erfindungsgemässe Verfahren so durchzuführen, dass zuerst eine Mischung einer wässrigen Lösung des Oxydationsmittels mit der Natriumsilikatlösung hergestellt wird, welche dann zur Erzielung einer Lösung oder Dispersion unter Umrühren zum organischen Material zugegeben wird;
Wenn die oxydierende Substanz zuerst in Wasser aufgelöst wird, und dann unter konstantem Umrühren der Na triumsilikatlösung bei 70 bis 100" C beigegeben wird, ergibt sich eine Ausfällung von gelatineartigem Silikat in kolloidaler Form.
Organische Materialien können solch einer komplexen und stark oxydierenden Grundmischung ohne Gefahr während der Herstellung, des Gebrauchs oder der Lagerung beigefügt werden, selbst wenn die Flüssigkeit später in ein trokkenes Pulver durch Verdampfung oder Aussetzung an Luft umgewandelt wird.
Die wässrige Flüssigkeit kann durch spezifische Wahl der Natriumsilikatlösung an die besonderen Giessereizwecke angepasst werden. Ferner kann, falls gewünscht, die Viskosität der erhaltenen Flüssigkeit durch Zugabe von bis zu 20% Wasser zusätzlich zu der mit der Silikatlösung eingeführten Menge, wie bereits oben erwähnt, und von- anderen Substanzen den Bedürfnissen angepasst werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei der Herstellung -einer Giessformsandmischung, welche ein körniges, hitzebeständiges Material enthält. Dabei werden 2 bis 8 Gewichtsteile der gesamten Flüssigkeit mit 100 Teilen des hitzebeständigen Materials innig vermischt.
Das körnige, hitzebeständige Material kann z. B. ein Kieselerde-, Zirkon-, Chrom- oder Olivinsand oder Sillimanit sein.
Bei Anwendung des Verfahrens zur Hersrellung einer Formsandmischung, wie oben beschrieben, ist -es nicht notwendige die wässrige Flüssigkeit für sich vor der Verwendung herzustellen; die verschiedenen Komponenten der wässrigen Flüssigkeit können auch separat zum hitzebeständigen Material zugegeben und mit diesem vermischt werden zur Bildung der wässrigen Flüssigkeit an Ort und Stelle. Dafür können dasAlkalisilikat und das organische Material auch in Form von wässrigen Lösungen, oder von stabilen Suspensionen oder Dispersionen zugegeben werden während die Zugabe des Oxydationsmittels vorzugsweise in wässriger Lösung erfolgt.
Die Formsandkomposition kann durch die Wirkung von Hitze allein aushärten, durch diejenige von Kohlendioxyd oder durch die Kombination beider Wirkungen. Temperaturen von 160 bis 200"C sind für die thermische Aushärtung der Komposition geeignet, es wird jedoch bei der Herstellung von Schalenformen vorgezogen, vorerst eine teilweise Härtung durch mässiges Erwärmen zu bewirken, und die restliche Aushärtung des Silikat-Bindemittels durch Behandlung mit Kohlendioxyd vorzunehmen.
Die Verwendung eines flüssigen Bindemittels ergibt eine gleichmässige Verteilung desselben durch den fertigen Silikatbinder und ermöglicht dessen gleichmässiges Zerbrechen, wenn die Saccharose sich primär zur Bildung von sehr weit zerstreuten Kohlenstoffpartikeln zersetzt hat.
Die Aushärtung der Formen und Kerne, welche aus der durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erhaltenen Formsandkomposition gebildet werden, kann nach irgendeinem der in Giessereien gebräuchlichen Verfahren durchgeführt werden; so ergibt beispielsweise die Verwendung von erhitztem Kohlendioxydgas ein rascheres Aushärten der Formen und Kerne. Darüber hinaus ist es möglich, die Aushärtung der Formen und Kerne ohne Verwendung irgendwelchen Kohlendioxydgases zu bewerkstelligen, und wie üblich in Giessereien können diese Formen und Kerne durch Erhitzen über Zeiträume von 15 min bis zu einer Stunde bei Temperaturen zwischen 160 und 250 0C ausgehärtet werden.
Dabei hängt die Erwärmungszeit sowohl von der Temperatur wie auch vom Gewicht und der Dicke der Formen und Kerne ab; Sandformen und Kerne, die weniger als 4,5 kg wiegen, können innerhalb 15 min genügend ausgehärtet werden, während üblicherweise die grössten Formen und Kerne dazu eine Zeitdauer von 1 Stunde benötigen.
Eine weitere Möglichkeit zur Aushärtung der.Formen und Kerne besteht darin, diese der vorerwähnten Wärmeeinwirkung auszusetzen, während gleichzeitig Kohlendioxyd durch den Sand hindurchströmt, das auch vorgewärmt sein kann.
Durch die Kohlendioxydbehandlung mit anschliessender Trocknung wird die Aushärtungszeit von 15 min bzw.
1 Stunde auf 5 bzw. 30 min herabgesetzt. Es ist zu erwähnen, dass auch Schwefeldioxyd anstelle von Kohlendioxyd zur Aushärtung der Formen und Kerne verwendet werden kann, und dies kann sogar bei der Herstellung von Magnesiumguss vorteilhaft sein, da das Vorhandensein von Schwefelverbindungsrückständen in den Formen und Kernen die bei Magnesiumguss vielfach anzutreffende Porosität eliminiert oder mindestens herabsetzt; es wird angenommen, dass diese Porosität eine Folge von Reaktionen zwischen dem geschmolzenen Metall und dem Formen- oder Kernmaterial ist.
Sandmischungen unter Verwendung der erfindungsgemäss erhaltenen wässrigen Flüssigkeiten sind ebenfalls erfolgreich in sogenannten hot-box -Prozessen verwendet worden.
Für gewisse Anwendungen ist es wünschenswert, dass die Form oder der Kern eine gute sogenannte Grünfestigkeit (Festigkeit unmittelbar nach dem Pressen, vor Verwendung) aufweist. Die Zugabe von kleinen Anteilen von Bentonit und löslichen Dextrinen zwischen beispielsweise je 0,5 bis 2% zum Sand vor der Zugabe der normalen Menge wässriger Flüssigkeit ergibt Festigkeiten in der Grössenordnung von 0,55 bis 0,85 kg/cm2 durch Mahlen während 5 bis 10 min.
Wenn geschmolzenes Metall in eine Form oder um einen Kern gegossen wird, der ein Mittel zum leichteren Zerbrechen der Form enthält, zersetzt die Hitze des geschmolzenen Metalls dieses Mittel an der Oberfläche der Form oder des Kernes. Sehr oft wird jedoch ein solches Mittel, das sich nicht an der Oberfläche befindet, nicht abgebaut, wodurch die bekannten Probleme der harten Kernzentren entstehen. Dabei zeigte es sich, dass Form und Kern aus einer Formsandmischung mit der erfindungsgemäss erhaltenen wässrigen Flüssigkeit während des Giessens vollständig durchgebrannt werden, wobei es keine Rolle spielt, ob der Guss eine dünne Aluminiumschicht um einen massiven Kern oder dickwandiges Gusseisen um einen kleinen Kern ist.
Es wird angenommen, dass die Reaktion zwischen dem organischen Material und dem Oxydiermittel derart exothermisch ist, dass die entstehende Hitze die Reaktion durch die gesamte Sandmasse hindurch fördert.
Die folgenden Beispiele illustrieren die erfindungsgemässe Herstellung der wässrigen Flüssigkeit sowie die Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung von Giessformsandmischungen:
Beispiel 1
Bestandteile Gew.%
Natriumsilikatlösung
Nr. 120 Grad 33
Natriumsilikatlösung
Nr. 100 gewöhnlich Grad 33
Wasser 8
Natriumchlorat 4
Rohrzucker 22
100
Das Natriumchlorat wurde in Wasser aufgelöst und den vermischten Natriumsilikatlösungen unter Umrühren bei 70 bis 1000C beigemengt, wobei Ausfällungen von gelförmigem Silikat in kolloidaler Form auftraten. Der Rohrzucker wurde der Mischung beigemengt, bis er sich auflöste. Das Ergebnis war eine sehr dünne wässrige Flüssigkeit, die sich ohne erkennbare Änderungen über manche Monate hindurch lagern liess.
Formsandkompositionen, die aus zwei bis 8 Teilen dieser Flüssigkeit auf 100 Gew.-Teile Sand hergestellt wurden, zeigten gute Formfestigkeiten nach dem Aushärten und gute Brecheigenschaften nach dem Giessen.
Die Viskosität der wässrigen Flüssigkeit betrug 700 bis 750 cP bei 20 C. Dies ist weniger als die 800 cP des Nr. 112-Grad-Silikates, welches das übliche Giessereibindemittel ist, und zwischen diesem Grad und Nr. 100 gewöhnliche Grade ist alles geeignet. Natürlich variiert die Viskosität mit dem jeweils verwendeten Silikatgrad und der Zugabe von Wasser, ist jedoch üblicherweise weniger als die Silikat- und Zuckermischungen, da Wasser allein -die Viskosität reduziert, und Natriumchloratlösungen einen noch stärkeren Einfluss auf die Viskosität aufweisen; ähnliche Effekte können auch durch andere lösliche und verträgliche Salze nachgewiesen werden, welche Silikate ausfällen.
Beispiel 2
Bestandteile Gew. %
Natriumsilikatlösung
Nr. 120 Grad 33
Natriumsilikatlösung
Nr. 100 gewöhnlich Grad 33
Wasser 8
Natriumchlorat 3
Natriumdichromat 1
Rohrzucker 22
100
Dieses Beispiel war ähnlich dem vorhergehenden, ausgenommen die Verwendung von Natriumchlorat und Natriumdichromat als Oxydiermittel. Die Flüssigkeit wurde in gleicher Weise wie beim Beispiel 1 hergestellt und zeigte ähnliche Eigenschaften.
Das Bindemittel ist eine dünne Flüssigkeit, welche, wenn sie im Verhältnis von 0,8 bis 1,1 l auf 45 bis 50 kg von irgend welchem, im wesentlichen lehmfreiem Silikatsand zugefügt wird, eine frei fliessende und nichtklebrige Mischung, die sich ideal zum Stampfen oder Blasen eignet, ergibt. Eine derart hergestellte Mischung härtet rascher aus, wenn sie mit CO2 in der üblichen Weise behandelt wird, und ergibt harte Kerne und Formen, welche eine hohe Kratzfestigkeit, eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsabsorption und ausgezeichnete Brecheigenschaften aufweisen.
Der herausgeschlagene Sand befindet sich in einem Zustand, der zur vollständigen Wiederverwendung nicht mehr als einen gewöhnlichen Wasch- und Trocknungsprozess verlangt, wodurch die Nachteile des CO2 -Prozesses überwunden und auch weitere Vorteile gegenüber organisch verbundenen Sanden geboten werden. Die Verarbeitungszeit von Sandmischungen mit diesem wässrigen Bindemittel beträgt mehr als zwei Stunden, und Mischungen können in geschlossenen Metallbehältern oder Polyäthylensäcken für mehr als eine Woche aufbewahrt werden, ohne zu verderben. Die Lebensdauer von Kernen und Formen, die mit diesem Bindemittel hergestellt werden, kann unter günstigen Bedingungen als unbeschränkt betrachtet werden.
Die Kerne und Formen zeigen eine bemerkenswerte Unempfindlichkeit gegenüber Giesstemperaturen, wobei dieselben ausgezeichneten Brecheigenschaften unter allen Bedingungen erhalten werden. Dieselbe Unempfindlichkeit ist auch feststellbar gegenüber der Zugabemenge.
Obschon die empfohlenen Mengen bei 45 bis 50 kg Sand 0,55 bis 0,85 1 Bindemittel betragen, kann diese Menge ohne weiteres auf 1,7 1 erhöht werden, wenn besonders feine
Sande verwendet werden oder ungewöhnlich hohe Festigkeiten verlangt werden, ohne dass deswegen die Brecheigen schaften sich verschlechtern.
Formen und Kerne aus dieser Komposition zeigen einen guten Widerstand gegen das Eindringen des Gussmetalls.
Auf diese Weise wurden gute Stücke durch Giessen von blei haltiger Phosphorbronze (eine für ihr Eindringen bekannte
Legierung) bei 1200 C in eine nicht überzogene, mit CO2 gehärtete Form erhalten.
Eine quantitative Auswertung des Zerstörungsverhaltens wurde wie folgt durchgeführt. A.F.S.-Kerne wurden von den nachstehenden Sandmischungen hergestellt und mit Kohlen dioxydgas gehärtet. Eisen wurde bei 1430"C um jeden Kern herum gegossen, in Form eines Gussstückes von ungefähr
2,5 cm Wandstärke und mit einem offenen Ende. Die Guss stücke konnten sich hierauf bis auf Raumtemperatur abküh len, bevor die Eindrückbarkeit des Kerns mittels eines
Schlageindruckmessers festgestellt wurde.
Die Ergebnisse sind als Schlagwiderstandszahl angegeben.
Als Schlagwiderstandszahl wird die mittlere Anzahl von
Schlägen definiert, die für eine Eindringtiefe von 1 cm in den Kern notwendig ist, wobei die totale Eindringtiefe 4 cm beträgt.
Sandmischungen
Mischung A 100 Teile trockener 3,5 Teile Natriumsili (Kontrolle) Silikatsand katlösung (AFS Korngrösse (SiO2 :Na2O 2,5:1)
Nr. 44)
Mischung B 100 Teile trockener 3 Teile wässrige Flüs
Silikatsand (AFS sigkeit von Beispiel 2
Korngrösse Nr. 44)
Mischung C 100 Teile trockener 4 Teile wässrige Flüs Silikàtsand (AFS sigkeit von Beispiel 2
Korngrösse Nr. 44)
Mischung D 100 Teile trockener 5 Teile wässrige Flüs
Silikatsand (AFS sigkeit von Beispiel 2
Korngrösse Nr. 44)
Feststellung der Zerstörungseigenschaften Mischung Schlagwiderstandszahl A 10,9 B < 0,25 C < 0,25 D < 0,25
Nachstehend folgen weitere Beispiele von wässrigen Flüs sigkeiten.
Beispiel 3
Bestandteil Gew 112" -Natriumsilikatlösung 79
Wasser 6
Weichholzmehl, Siebgrösse 300 (etwa 0,05 mm) 10
Kaliumnitrat 5
100
Beispiel 4
Bestandteil Gew 112" -Natriumsilikatlösung 79
Wasser 6 Weichholzmehl,
Siebgrösse 300 (etwa 0,05 mm) 8
Gasteer 2 Natriumnitrat 5 ?00
Beispiel 5
Bestandteil Gew
1200 -Natriumsilikatlösung 65 Stärkepulver 5 Zellulosefiber 5 Glukosepulver 5
Rohrzucker 5 Wasser 10 Kaliumpermanganat 5
100
Beispiel 6 Bestandteil Gew 84" -Natriumsilikatlösung 35 96" -Natriumsilikatlösung 35 Kolophonium 5 Harzesterpulver 5 Stockholm-Teer 4 Wasser 10 Natriumchlorat 6
100
Beispiel 7 Bestandteil Gew 84" -Natriumsilikatlösung 30 112" -Natriumsilikatlösung 30 Glukosepulver 23 Kreosot 2 Wasser 10 Natriumchlorat 5 100
Beispiel 8 Bestandteil Gew
1200 -Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Kohlenstaub
16 Bitumen 5
100
Beispiel9 Bestandteil Gew 120 0-Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Kohlenstaub 10 Rohrzucker 5 Gasteer 4 Natriumdichromat 2
100
Beispiel 10 Bestandteil Gew 1200 -Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Rohrzucker 11 Harzester 10
100
Beispiel 11 Bestandteil Gew 120 -Natriumsulikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Rohrzucker 11 Zellulosefasern 10
100
Beispiel 12 Bestandteil Gew 1200 -Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33 Wasser 8 Natriumchlorat 5 Rohrzucker
5 Glukosepulver 5 Kohlenstaub 5 Kreosot 6
100
Beispiel 13
Bestandteil Gew.%
120 0-Natriumsilikatlösung 33 100"-gewöhnl. Natriumsilikatlösung 33
Wasser 8
Natriumchlorat 5
Dextrinpulver 21
100
Die folgenden Beispiele zeigen die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf die Herstellung von Giessformsandmischungen:
Beispiel 14
Die Flüssigkeiten der Beispiele 3 bis 13 wurden dem Sand beigefügt, in Verhältnissen von 2 bis 8 Teilen auf 100 Teile Sand, um Formsandkompositionen mit guten Brecheigenschaften zu erhalten. Die Flüssigkeiten dieser Beispiele wurden ebenfalls mit verschiedenen Mengen von zusätzlichem Wasser verwendet. Ohne zusätzliches Wasser waren die Flüssigkeiten dick, aber für eine starke Haftung zwischen den Sandpartikeln verwendbar.
Mit 20% zusätzlichem Wasser waren die Flüssigkeiten verwendbar für Formen und Kerne mit weicherer Haftung der Sandpartikeln, was bei niedrigerer Wärmeleitung, wie z. B. in dünnwandigen Formgussstücken von Vorteil sein kann.
Beispiel 15
Dieses Beispiel zeigt die getrennte Zugabe der einzelnen Flüssigkeitskomponenten zum hitzebeständigen Material zur Herstellung einer Formsandmischung.
Auf 100 Teile trockenem Silikatsand wurden die folgenden Komponenten separat und in irgendeiner beliebigen Reihenfolge zugegeben: a) 2,66 Teile einer Mischung von gleichen Teilen von handelsüblicher Nr. 1200 Natriumsilikatlösung und
Nr. 100" gewöhnlicher Natriumsilikatlösung, b) 0,27 Teile einer Lösung von drei Teilen Natriumchlorat und einem Teil Natriumdichromat in drei Teilen Wasser, und c) 1,07 Teile Sirup, bestehend aus 5 Teilen Wasser und
22 Teilen Rohrzucker.
Die sich daraus ergebende Formsandkomposition hatte die Eigenschaften gemäss Beispiel 2.
Die handelsüblichen Natriumsilikatlösungen in den obigen Beispielen haben die nachstehenden Eigenschaften: Grad Mittleres spezifisches Gewicht bei S.G. Mittleres Ge- Mittlerer Durchschnittliche Twt) "Be wichtsverhältnis Feststoffanteil Viskosität bei SiO2 : Na2O 20"CPoises 120 1,6 120 54,1 2,00 48,3 20 112 1,56 112 52,1 2,00 45,9 8 100* 1,50 100 48,1 2,50 43,6 4
96 1,48 95 46,8 2,85 43,1 5
84 1,42 84 42,7 3,20 39,5 6,5-12,0 * gewöhnlich 1 TwaddellGrade = (spez Gew.-1)X 200
Obschon in der obigen Beschreibung speziell Natriumsilikat-Bindemittel erwähnt wurden, können im Rahmen dieser Erfindung auch andere Alkalimetallsilikate eingesetzt werden.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Flüssigkeit, die als Bindemittel für eine Giessformsandmischung geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alkalimetallsilikat, ein wasserlösliches, mit dem Alkalimetallsilikat verträgliches Oxydationsmittel und 10 bis 40% des Gesamtgewichtes der Flüssigkeit eines mit dem Oxydationsmittel bei Normaltemperatur verträglichen, jedoch bei erhöhter Temperatur durch das Oxydationsmittel oxydierbaren organischen Materials miteinander vermischt werden.
The invention relates to a method for producing an aqueous liquid which is suitable as a binder for a casting mold sand mixture. The method is characterized in that an alkali metal silicate, a water-soluble oxidizing agent which is compatible with the alkali metal silicate and 10-40% of the total weight of the liquid of an organic material which is compatible with the oxidizing agent at normal temperature but which can be oxidized by the oxidizing agent at an elevated temperature are mixed together.
Any alkali metal silicate can be used for this, but it is more common in the foundry industry to use sodium silicates and the invention is illustrated in relation to the latter. The use of sodium silicate has the disadvantage that the sand mixture becomes very hard after casting; this is a particular disadvantage with cores that are difficult to remove from castings and with those molds that have re-entrant parts. Attempts to overcome these drawbacks have essentially moved in the following two directions:
1. Systems consisting of sodium silicate solutions to which various organic materials such as glucose, cane sugar, gasteer, pitch, dextrins, starches, celluloses and similar compounds of relatively low thermal stability have been added.
This type of system has the advantage of being cheap and of supplying molds and cores that are not prone to damage as a result of excessive hardness and lack of baking ability. Their destruction is not particularly easy to carry out, although in this respect they represent an improvement over the pure sodium silicate binders. The main weakness of this type of system to date has been the effect of the organic additives on the viscosity of the sodium silicate solutions that make up the base. When enough organic material is added to a sodium silicate solution to have a significant impact on the destruction, the solution becomes so viscous that it can no longer be effectively mixed with a casting sand, which creates a number of casting difficulties.
These range from soft shapes and cores that tend to stick to degassing difficulties and cast porosity.
2. Add materials in the mixer to the dry sand before adding the sodium silicate solution. These materials encompass a wide range of organic and inorganic materials, and most of them can be blamed for reducing core and mold strength, increasing caking, harmful to health or generating undesirable vapors, increasing the moisture absorption of the molds and cores, making them difficult to destroy , reduce the processing time of the molding sand before degassing and / or the service life of the molds and cores after degassing, or that they increase the casting porosity.
The use of any powder additives is, of course, also disadvantageous, since it introduces a further operation into the casting process compared to a one-component binder, and also creates difficulties with the increasingly used screw conveyor mixers due to the normally short mixing cycle of such machines.
In British Patent No. 1,087,767, a foundry molding sand composition is described which comprises a granular, refractory material intimately mixed with an aqueous sodium silicate solution and with 0.25-0.5% by weight (or some other carbohydrate producing glucose on the spot ), based on the weight of the heat-resistant material together with a solid oxidizing agent, the latter mainly being iron oxides or manganese dioxides, which are effective enough at the temperatures prevailing during the casting process to essentially completely break down the glucose.
These earlier compositions enabled the caster to take advantage of the more easily destructive power afforded by sodium silicates, the SiO2 to Na2O weight ratio of which is greater than 2, without the poor bond strength and bakeability normally associated with the use of such materials. These compositions, on the other hand, suffered from the disadvantages caused by insufficient control in the foundry. The addition of excessive amounts of sodium silicate to sand mixtures containing these additives has deterred founders from taking full advantage of the correct use of these materials.
In the aforementioned British patent it was necessary to use a mild oxidizing agent such as iron oxides or manganese dioxide in a solid mixture with the glucose in order to avoid the risk of explosion. However, it would be desirable to use a strong oxidizing agent in order to achieve a quick and complete burnout of the mold or core during casting. The advantage of this invention is therefore that the organic material and the oxidizing agent only come together in an aqueous solution in the presence of large amounts of sand and sodium silicate, so that a strong oxidizing agent can be used without danger.
A disadvantage of using separate aqueous liquids with the oxidizing agent and the organic material to be oxidized is that the caster can use too much or too little of one or the other liquid. A further advantage of the present invention is therefore to be able to use a single aqueous liquid suitable as a sand binder to create a casting mold sand mixture.
In this way, this liquid can be made in the correct proportions of its constituent parts without having to rely on mixing practices in the foundry. In addition, the aqueous liquid can be mixed easily and quickly with the sand in a single operation in a screw mixer.
The alkali metal silicates used in the present invention are preferably the sodium silicates used in the molding sand mixtures, which are commercially available in the form of concentrated aqueous solutions. Sodium silicates with a weight ratio of 2.0 to 3.3 between SiG2: Na2O are used with advantage in the present invention, although other sodium silicates can also be used. The solutions preferably have a viscosity of 100 to 2000 centipoise and more at 200C and a Twaddell density of 84 to 1200. The aqueous liquid according to the invention preferably contains between 50 and 80% by weight, in particular between 60 and 75%, sodium silicate solution, with a Twaddell Density from 84 to 1200.
The water soluble oxidizer should be compatible with the sodium silicate in the sense that its presence does not prevent the latter from performing its function as a sand binder. Examples of such oxidizing agents are the nitrates, chromates, dichromates, permanganates and chlorates of the alkali metals, in particular of sodium and potassium. Mixtures of oxidizing agents can be used. The advantage of the invention lies in the use of strong oxidizing agents.
The easily oxidizable, i.e. H. Organic material which can be oxidized by the oxidizing agent at elevated temperature should not be compatible with the other components of the aqueous liquid in two ways. For the time being, after being mixed with them in aqueous solution or dispersion, it should not react with them in such a way that the liquid is spoiled during storage. Second, it should remain in solution, stable suspension or dispersion in the aqueous liquid for a long time. For example, glucose can be used as an organic material, despite its slow reaction with sodium silicate solutions, since the reaction does not destroy the desirable properties of the aqueous liquid.
Likewise, the slow decomposition of potassium permanganate in the presence of sodium silicate does not appear to spoil the desirable properties of the aqueous solution. The aqueous liquids obtained according to the invention can be stored under suitable storage conditions for at least 3 months, often even a year or more.
Examples of such easily oxidizable materials are starch, dextrins, cellulose, resins, synthetic resins, lignite-like materials, the various sugars and carbohydrates in general, synthetic polymers such as e.g. B. polyethylene and polystyrene and hydrocarbons such as gas tars and wood tars, and these materials can be used either separately or in admixture. The use of such organic materials as the above in molding sand mix is not new. It is common practice to avoid chlorine-containing materials because of their undesirable vapors, and nitrogen-containing materials because of their effect on metal castings.
It is simple and practical to determine whether a particular organic material is easily oxidizable for the purposes of this invention; If this material is oxidized by the oxidizing agent in a casting mold during casting, as can be determined afterwards from the destroyed mold, then this organic material is suitable.
Hydrocarbonaceous materials, pitches and gasteere are good organic materials when casting ferrous metals, but tend to cause porosity in non-ferrous metal castings. Sucrose is preferred because it is inexpensive and gives molds with a good combination of properties for casting various metals. A particularly preferred composition contains sucrose as the oxidizable organic material and a mixture which mainly consists of sodium chlorate and the rest of sodium dichromate as the oxidizing agent.
The easily oxidizable organic material should be present in the liquid obtained according to the invention in such amounts that an easy destruction of the form after use is possible. These amounts vary between 10 to 40% by weight, preferably between 15 to 30%, based on the weight of the aqueous liquid. The water-soluble oxidizing agent should be present in such amounts that it oxidizes the organic material when it is poured in the sand mold. The weight of the oxidizing agent is normally no more than half that of the organic material and can range from about 1 to 15 percent by weight of the aqueous liquid.
It is usually considered undesirable to add sodium silicate solutions to water for molding sand compositions because of the risk of creating particularly soft sands. Surprisingly, it has now been found that an additional addition of water is advantageous in the process according to the invention (additional water denotes that water which is added in addition to the water normally contained in the commercially available sodium silicate solution). According to a preferred embodiment, between 6 and 10% water is added, and between 0 to 20 and more percent of the same can be added. A low addition of water results in a liquid that creates a strong bond in the molds and cores.
A higher addition of water results in liquids of lower viscosity, which can therefore be mixed more easily with the sand, and which form molds and cores that have better destructive properties after casting. It is an advantage of this invention that the presence of an oxidizing agent in solution can make the liquid less sensitive to the addition of water and that it can markedly reduce the viscosity of the liquid as a whole; without an oxidizing agent, the viscosity of a solution of organic material and sodium silicate can be undesirably high. The presence of an oxidizing agent can make it possible to add more organic components than would otherwise be possible without an excessive increase in viscosity.
The constituents of the aqueous liquids obtained according to the invention can be present in solution, in stable suspension or in dispersion. Sodium silicate forms a colloidal dispersion of gelatinous silicates when present in some water-soluble oxidizing agents, particularly sodium chlorate, and this effect may contribute to the viscosity reduction mentioned above.
Those of the above-mentioned organic materials which are not water-soluble can be converted into stable colloidal aqueous dispersions in the liquid consisting of sodium silicate and oxidizing agent.
Since some organic substances are flammable and even explosive when mixed with strongly oxidizing substances, it is advisable to mix the oxidizing agent and the organic material in aqueous solution or in suspension. It is therefore advisable to carry out the process according to the invention in such a way that a mixture of an aqueous solution of the oxidizing agent with the sodium silicate solution is first prepared, which is then added to the organic material with stirring to achieve a solution or dispersion;
If the oxidizing substance is first dissolved in water and then added to the sodium silicate solution at 70 to 100 "C with constant stirring, a precipitation of gelatinous silicate in colloidal form results.
Organic materials can be added to such a complex and highly oxidizing base mixture with no danger during manufacture, use or storage, even if the liquid is later converted to a dry powder by evaporation or exposure to air.
The aqueous liquid can be adapted to the particular foundry purposes by specifically selecting the sodium silicate solution. Furthermore, if desired, the viscosity of the liquid obtained can be adapted to requirements by adding up to 20% water in addition to the amount introduced with the silicate solution, as already mentioned above, and other substances.
The present invention also includes the use of the method according to the invention in the production of a casting sand mixture which contains a granular, heat-resistant material. Here, 2 to 8 parts by weight of the total liquid are intimately mixed with 100 parts of the heat-resistant material.
The granular, heat-resistant material can, for. B. be a silica, zirconium, chrome or olivine sand or sillimanite.
When using the method for the production of a molding sand mixture as described above, it is not necessary to prepare the aqueous liquid for itself before use; the various components of the aqueous liquid can also be added separately to and mixed with the refractory material to form the aqueous liquid in place. For this purpose, the alkali silicate and the organic material can also be added in the form of aqueous solutions or of stable suspensions or dispersions, while the addition of the oxidizing agent is preferably carried out in an aqueous solution.
The molding sand composition can harden through the action of heat alone, through that of carbon dioxide or through a combination of both effects. Temperatures of 160 to 200 "C are suitable for the thermal hardening of the composition, however, when making shell molds, it is preferred to initially effect partial hardening by moderate heating, and the remaining hardening of the silicate binder by treatment with carbon dioxide.
The use of a liquid binder results in an even distribution of the same through the finished silicate binder and enables it to be broken evenly when the sucrose has primarily decomposed to form very widely dispersed carbon particles.
The hardening of the molds and cores which are formed from the molding sand composition obtained by using the method according to the invention can be carried out according to any of the methods customary in foundries; for example, the use of heated carbon dioxide gas results in faster curing of the molds and cores. In addition, it is possible to cure the molds and cores without using any carbon dioxide gas, and as usual in foundries, these molds and cores can be hardened by heating for periods of 15 minutes to one hour at temperatures between 160 and 250 ° C.
The heating time depends on the temperature as well as on the weight and thickness of the molds and cores; Sand molds and cores that weigh less than 4.5 kg can be hardened sufficiently within 15 minutes, whereas the largest molds and cores usually require a period of 1 hour.
Another way of hardening the molds and cores is to expose them to the aforementioned heat, while at the same time carbon dioxide flows through the sand, which can also be preheated.
The carbon dioxide treatment with subsequent drying increases the hardening time of 15 minutes or
1 hour reduced to 5 or 30 minutes. It should be noted that sulfur dioxide can also be used instead of carbon dioxide to cure the molds and cores, and this can even be beneficial in the manufacture of magnesium castings, as the presence of sulfur compound residues in the molds and cores eliminates the porosity often found in magnesium casting or at least lowers; it is believed that this porosity is a result of reactions between the molten metal and the mold or core material.
Sand mixtures using the aqueous liquids obtained according to the invention have also been used successfully in so-called hot-box processes.
For certain applications it is desirable that the mold or the core has a good so-called green strength (strength immediately after pressing, before use). The addition of small proportions of bentonite and soluble dextrins between, for example, 0.5 to 2% each to the sand before adding the normal amount of aqueous liquid results in strengths of the order of 0.55 to 0.85 kg / cm2 by grinding for 5 to 10 min.
When molten metal is poured into a mold or around a core that contains an agent to break the mold more easily, the heat of the molten metal decomposes that agent on the surface of the mold or core. Very often, however, such an agent that is not on the surface is not degraded, which gives rise to the known problems of hard core centers. It was found that the mold and core made from a molding sand mixture with the aqueous liquid obtained according to the invention are completely burned through during casting, regardless of whether the casting is a thin aluminum layer around a solid core or thick-walled cast iron around a small core.
It is believed that the reaction between the organic material and the oxidizing agent is so exothermic that the heat generated promotes the reaction through the entire mass of sand.
The following examples illustrate the inventive production of the aqueous liquid and the application of the process to the production of casting mold sand mixtures:
example 1
Components% by weight
Sodium silicate solution
No. 120 degrees 33
Sodium silicate solution
No. 100 usually grade 33
Water 8
Sodium chlorate 4
Cane sugar 22
100
The sodium chlorate was dissolved in water and added to the mixed sodium silicate solutions with stirring at 70 ° to 1000 ° C., precipitating gelatinous silicate in colloidal form. The cane sugar was added to the mixture until it dissolved. The result was a very thin watery liquid that could be stored for months without any noticeable changes.
Molding sand compositions which were produced from two to 8 parts of this liquid per 100 parts by weight of sand showed good dimensional stability after curing and good breaking properties after casting.
The viscosity of the aqueous liquid was 700 to 750 cP at 20 C. This is less than the 800 cP of No. 112 grade silicate which is the common foundry binder, and anything between this grade and No. 100 common grades is suitable. Of course, the viscosity varies with the degree of silicate used and the addition of water, but is usually less than the silicate and sugar mixtures, since water alone reduces the viscosity, and sodium chlorate solutions have an even stronger influence on the viscosity; Similar effects can also be demonstrated by other soluble and compatible salts, which precipitate silicates.
Example 2
Components% by weight
Sodium silicate solution
No. 120 degrees 33
Sodium silicate solution
No. 100 usually grade 33
Water 8
Sodium chlorate 3
Sodium dichromate 1
Cane sugar 22
100
This example was similar to the previous one except for the use of sodium chlorate and sodium dichromate as oxidizing agents. The liquid was prepared in the same manner as in Example 1 and showed similar properties.
The binding agent is a thin liquid which, when added in the ratio of 0.8 to 1.1 l to 45 to 50 kg of any essentially clay-free silicate sand, is a free flowing and non-sticky mixture ideal for tamping or bubbles. A mixture prepared in this way cures more quickly when it is treated with CO2 in the usual way and gives hard cores and shapes which have high scratch resistance, good resistance to moisture absorption and excellent breaking properties.
The removed sand is in a state that requires nothing more than a normal washing and drying process for complete reuse, which overcomes the disadvantages of the CO2 process and offers further advantages over organically bound sands. The pot life of sand mixes with this aqueous binder is more than two hours, and mixes can be stored in closed metal containers or polyethylene bags for more than a week without spoiling. The service life of cores and molds made with this binder can be considered unlimited under favorable conditions.
The cores and molds show a remarkable insensitivity to casting temperatures, the same excellent breaking properties being obtained under all conditions. The same insensitivity can also be determined to the amount added.
Although the recommended amounts for 45 to 50 kg of sand are 0.55 to 0.85 liters of binder, this amount can easily be increased to 1.7 liters if particularly fine
Sands are used or unusually high strengths are required without the breaking properties deteriorating as a result.
Shapes and cores from this composition show good resistance to the penetration of the cast metal.
In this way, good pieces were made by casting lead-containing phosphor bronze (one known for its penetration
Alloy) at 1200 C in an uncoated form hardened with CO2.
A quantitative evaluation of the destruction behavior was carried out as follows. A.F.S. cores were made from the following sand mixtures and hardened with carbon dioxide gas. Iron was poured around each core at 1430 "C, in the shape of a casting of approximately
2.5 cm wall thickness and with one open end. The castings could then cool down to room temperature before the core could be pressed in using a
Impact pressure gauge was determined.
The results are given as an impact resistance number.
The mean number of
Defines strokes that are necessary for a penetration depth of 1 cm into the core, whereby the total penetration depth is 4 cm.
Sand mixes
Mixture A 100 parts dry 3.5 parts sodium silicate (control) silicate sand catalyst solution (AFS grain size (SiO2: Na2O 2.5: 1)
No. 44)
Mixture B 100 parts dry 3 parts aqueous fluids
Silicate sand (AFS fluid from example 2
Grain size no.44)
Mixture C 100 parts of dry 4 parts of aqueous liquid silica sand (AFS fluid from Example 2
Grain size no.44)
Mixture D 100 parts dry 5 parts aqueous fluids
Silicate sand (AFS fluid from example 2
Grain size no.44)
Determination of the destructive properties Mixture Impact resistance number A 10.9 B <0.25 C <0.25 D <0.25
Other examples of aqueous fluids follow.
Example 3
Ingredient wt 112 "sodium silicate solution 79
Water 6
Softwood flour, sieve size 300 (approx. 0.05 mm) 10
Potassium nitrate 5
100
Example 4
Ingredient wt 112 "sodium silicate solution 79
Water 6 softwood flour,
Sieve size 300 (approx. 0.05 mm) 8
Gasteer 2 Sodium Nitrate 5? 00
Example 5
Component wt
1200 -sodium silicate solution 65 starch powder 5 cellulose fiber 5 glucose powder 5
Cane sugar 5 water 10 potassium permanganate 5
100
Example 6 Ingredient by weight 84 "sodium silicate solution 35 96" sodium silicate solution 35 rosin 5 rosin ester powder 5 Stockholm tar 4 water 10 sodium chlorate 6
100
Example 7 Ingredient wt 84 "sodium silicate solution 30 112" sodium silicate solution 30 glucose powder 23 creosote 2 water 10 sodium chlorate 5 100
Example 8 Ingredient wt
1200 -sodium silicate solution 33 100 "-usual sodium silicate solution 33 water 8 sodium chlorate 5 coal dust
16 bitumen 5
100
Example 9 Ingredient by weight 120 0 sodium silicate solution 33 100 ″ -usual sodium silicate solution 33 water 8 sodium chlorate 5 coal dust 10 cane sugar 5 gasteer 4 sodium dichromate 2
100
Example 10 Ingredient by weight 1200 sodium silicate solution 33 100 "ordinary sodium silicate solution 33 water 8 sodium chlorate 5 cane sugar 11 rosin ester 10
100
Example 11 Ingredient by weight 120 sodium sulphate solution 33 100 "ordinary sodium silicate solution 33 water 8 sodium chlorate 5 cane sugar 11 cellulose fibers 10
100
Example 12 Constituent part by weight 1200 sodium silicate solution 33 100 ″ ordinary sodium silicate solution 33 water 8 sodium chlorate 5 cane sugar
5 glucose powder 5 coal dust 5 creosote 6
100
Example 13
Component weight%
120 0 sodium silicate solution 33 100 "-usual sodium silicate solution 33
Water 8
Sodium chlorate 5
Dextrin powder 21
100
The following examples show the application of the method according to the invention to the production of foundry molding sand mixtures:
Example 14
The liquids of Examples 3 to 13 were added to the sand, in proportions of 2 to 8 parts per 100 parts of sand, in order to obtain molding sand compositions with good breaking properties. The liquids in these examples were also used with varying amounts of additional water. With no additional water, the liquids were thick, but useful for strong adhesion between the sand particles.
With 20% additional water, the liquids could be used for molds and cores with softer adhesion of the sand particles, which can be achieved with lower heat conduction, e.g. B. in thin-walled castings can be advantageous.
Example 15
This example shows the separate addition of the individual liquid components to the heat-resistant material for the production of a molding sand mixture.
To 100 parts of dry silicate sand, the following components were added separately and in any order: a) 2.66 parts of a mixture of equal parts of commercial No. 1200 sodium silicate solution and
No. 100 "ordinary sodium silicate solution, b) 0.27 parts of a solution of three parts of sodium chlorate and one part of sodium dichromate in three parts of water, and c) 1.07 parts of syrup, consisting of 5 parts of water and
22 parts cane sugar.
The resulting molding sand composition had the properties according to Example 2.
The commercial sodium silicate solutions in the above examples have the following properties: Degrees mean specific gravity at S.G. Mean weight Mean mean Twt) "Weight ratio of solids content viscosity with SiO2: Na2O 20" CPoises 120 1.6 120 54.1 2.00 48.3 20 112 1.56 112 52.1 2.00 45.9 8 100 * 1.50 100 48.1 2.50 43.6 4
96 1.48 95 46.8 2.85 43.1 5
84 1.42 84 42.7 3.20 39.5 6.5-12.0 * usually 1 TwaddellGrade = (spec. Weight-1) X 200
Although sodium silicate binders were specifically mentioned in the above description, other alkali metal silicates can also be used in the context of this invention.
PATENT CLAIM 1
A process for the production of an aqueous liquid which is suitable as a binder for a casting mold sand mixture, characterized in that an alkali metal silicate, a water-soluble oxidizing agent compatible with the alkali metal silicate and 10 to 40% of the total weight of the liquid are compatible with the oxidizing agent at normal temperature, but at increased temperature by the oxidizing agent oxidizable organic material are mixed with one another.