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Gegenstand der Erfindung ist ein Sandgemisch aus Quarzsand, gegebenenfalls einem regenerierten Alt- sand, einem Bindemittel und einem körnigen Pufferstoff, der die Ausbildung von Quarzsandausdehnungs- fehlern bei Gussstücken verhindert.
Es ist bekannt, dass an der Oberfläche von Gussstücken, die im Sandguss hergestellt werden, oft Fehler zu beobachten sind, die häufig die Ursache dafür sind, dass diese Gussstücke als Ausschuss ausgeschieden werden müssen.
Bei diesen Oberfläehenfehlem, Schülpen genannt, handelt es sich um Quarzsandausdehnungsfehler beim Giessen, insbesondere von Nassgussformen, hervorgerufen durch Bildung einer dünnen Sandschale an der Form- oberfläche als Folge der Kristallumwandlung von ss-Quarz in a-Quarz bei 5730. Unter Wirkung von Druck- spannungen der Quarzumwandlung wölbt sich die Schale in den Formhohlraum vor oder löst sich vollständig ab, so dass ein entsprechender Abdruck auf dem Gussstück entsteht, der als Schülpe bezeichnet wird. Im Falle eines Aufreissens der Sandschalenaufwölbung entstehen riefenartige Vertiefungen an der Gussstückoberfläche, die auch als"Rattenschwänze"bezeichnet werden.
Zur Bildung einer Sandschale kommt es durch die Einwirkung von Wärme. Durch die Quarzsandausdeh- nung, besonders als Folge der Quarzumwandlung bei 5730C, entstehen Druckspannungen in den Oberflächen- schichten der Form, die zur Schalenbildung führen.
An der Grenzschicht zwischen der hocherhitzte Schale und dem dahinterliegenden, noch relativ kühlen Sandballen, treten Zugspannungen auf, die von der Formmasse aufgenommen werden müssen, wenn keine Ab- lösung entstehen soll. Bedingt durch die Strahlungswärme beim Giessen kommt es nämlich an der Formmas- senoberfläche, insbesondere an der dem Stahlspiegel zugewandten Seite, zu einer oberflächlichen Austrock- nung der Form.
Infolge der Gasdurchlässigkeit der Formmasse entweicht der Wasserdampf in Richtung auf die kältere, dem Stahlspiegel abgewandte Formmassenzone, wo er wieder kondensiert. Der höhere Wassergehalt be- dingt eine niedrige Griindruckfestigkeit und Nasszugfestigkeit. Sandausdehnungsfehler treten sowohl beim
Nassgusssand, hauptsächlich in Form von Schulpen, als auch bei kunstharzgebundenen Sanden, in Form von
Blattrippen auf.
Um das Auftreten dieser Quarzsandausdehnungsfehler zu vermindernwerden heute üblicherweise folgende
Methoden verwendet :
In Eisengiessereien wird bei Nassgussformen, um Quarzsandausdehnungsfehler zu vermeiden, dem Quarz- sand neben Bentonit und gegebenenfalls Stärke, auch Kohlenstaub zugesetzt. Der Wassergehalt des Nassguss- sandes wird den Maschineneinrichtungen entsprechend eingestellt. Kohlenstaub und Bentonit und gegebenen- falls Stärke, welche sich im Altsand anreichern, haben eine gewisse Pufferwirkung, diedieseQuarzsand- ausdehnungsfehler vermindern.
In Stahlgiessereien, welche mit Nassgusssand arbeiten, ist der Zusatz von Kohlenstaub wegen der uner- wünschen Aufkohlung und der Gasaufnahme des Stahls unmöglich. Um Quarzsandausdehnungsfehler zu ver- hindern, müssen daher viel teurere Sande wie z. B. Olivinsand, Chromitsand und Zirkonsand eingesetzt werden. Diese Sande haben eine geringere Ausdehnung bei thermischer Belastung als Quarzsand.
Die Erfindung geht von dem eingangs genannten Sandgemisch aus, das dadurch gekennzeichnet ist, dass als Pufferstoff dem Gemisch 0, 005 bis 5 Gew.-% Hohlkugeln aus komplexen anorganischen Silikaten zugesetzt sind, deren Schmelzpunkt unter 1500OC, vorzugsweise unter 12000C liegt, wobei die Korngrösse der Hohlku- geln der Korngrösse der Sandkörper im wesentlichen entspricht und unter 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,25 mm liegt. Die Menge der zuzusetzenden Hohlkugeln soll zwischen 0,01 und 3 Gew.-% liegen vor- zugsweise jedoch zwischen 0,3 und 1, 5 Gew.-%.
Die Wirkungsweise der Hohlkugeln wurde noch nicht geklärt, doch wird vermutet, dass sie die thermische Ausdehnung bei der Quarzumwandlung aufnehmen. Die thermische Ausdehnung der Si02 -Modifikation beträgt bei 573 C, 1, 4% gegenüber OC. Diese Ausdehnung wird durch die vermutlich geringe Festigkeit der anorga- nischen Hohlkugeln, welche eine geringe Wandstärke, vorzugsweise 10% des Hohlkugeldurchmessers haben sollen, aufgefangen. Die anorganischen Hohlkugeln werden hiebei teilweise eingedrückt oder verformt.
Je nachdem ob es sich nun um kunstharzgebundenen oder um Nassgusssand handelt, ist die Zusammensetzung des Sandgemisches etwas verschieden, u. zw. setzt sich das Gemisch bei kunstharzgebundenem Sand wie folgt zusammen :
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<tb>
<tb> zirka <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> Gew.-% <SEP> Furanharz
<tb> zirka <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> Gew.-% <SEP> p-Toluolsulfonsäure
<tb>
Rest auf 100% - ein Gemisch das seinerseits aus 0,05 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,075 bis 1,5 Gew.-% Hohlkugeln aus komplexen anorganischen Silikaten einer Korngrösse von 0 bis 3 mm, vorzugsweise 0 bis 1mm, insbesondere 0,01 bis 0,25 mm und 95 bis 99,95 Gew.-% aus Quarzsand besteht.
Im Falle von Nassgusssand hat das Gemisch folgende Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 2 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Bentonit, <SEP> gegebenenfalls
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> Gew. <SEP> -% <SEP> Quellstärke.
<tb>
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Rest auf 100 Gew.-%-ein Gemisch aus 0,02 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 1,5 Gew. - % Hohlkugeln obiger Korngrösse aus komplexen,. anorganischen Silikaten und 97 bis 99,98 Gew.-% Quarzsand.
Die Mischung wird mit Wasser formbar gemacht. Der Anteil des Quar zsandes kann zumindest zum Teil aus regeneriertemAltsand bestehen. Die folgenden Beispiele sollen den Erfindungsgegenstand erläutern.
Beispiel l : Bei Stahlgussstücken, welche in furanharzgebundenem Quarzsand abgegossen worden sind, war eine erhebliche Anzahl von Blattrippen festzustellen.
Erfindungsgemäss wurden dem Quarzsand in trockenem Zustand vor dem Zusatz von Furanharz und Härter 0,75 Gew.-% bezogen auf den Quarzsand, anorganische Hohlkugeln mit nachstehender Analyse zugesetzt :
Analyse der anorganischen Hohlkugeln :
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<tb>
<tb> Si02 <SEP> 55 <SEP> - <SEP> 60 <SEP> %
<tb> A1203 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 30 <SEP> %
<tb> Fe <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> %
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 2- <SEP> 0, <SEP> 6% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> %
<tb> Alkalien <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> %
<tb>
Das spez. Gewicht der anorganischen Hohlkugel betrug 0,6 g/cm3.
Die Grösse dieser Hohlkugeln lag zwischen 10 und 250 jam, die Wandstärke schwankte zwischen 2und 20 ,um.
Der Zusatz an Furanharz betrug 1,2 Gew.-% und an p-Toluolsulfonsäure 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Sand-Hohlkugelgemisch.
Die Gussstückoberfläche war nach dem Zusatz der oben angegebenen Menge an anorganischen Hohlkugeln praktisch frei von Blattrippen.
Beispiel 2 : Bei der Herstellung von Platten aus Sphäroguss in Nassgusssand war das Auftreten von Schülpen eine der häufigsten Ausschussursachen.
Für Versuche wurden dem Modellsand, der aus 1 Teil Altsand und einem Teil Neusand bestand, 0,5 Gew. -% anorganische Hohlkugeln der gleichen Analyse wie unter Beispiel 1 zugesetzt. Als Bindemittel wurden Ben- tonit und Quellstärke verwendet, die so zugesetzt wurden, dass bei einer Sandfeuchtigkeit von 4, 5% die Nassdruckfestigkeit zirka 5 N/cm2 und Trockenscherfestigkeit zirka 50 N/cm2 betragen hat.
Es wurden mit der erfindungsgemässen Sandmischung eine grössere Serie von Platten abgegossen, und an keinem der Gussstücke waren Schülpen festzustellen.
Ebenfalls gute Abgussergebnisse sind bei blattrippenanfälligen Gussstücken erzielt worden, wenn anstatt von Furanharz und p-Toluolsulfonsäure handelsübliche Cold-Box-, Hot-Box-, Phenolharz-, Alkydharz- und Croning-Binder dem Gemisch aus Quarzsand und anorganischen Hohlkugeln zugesetzt worden sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sandgemisch aus Quarzsand, gegebenenfalls einem regenerierten Altstand, einem Bindemittel und
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plexen anorganischen Silikaten zugesetzt sind, deren Schmelzpunkt unter 15000C, vorzugsweise unter 12000C liegt, wobei die Korngrösse der Hohlkugeln der Korngrösse der Sandkörner im wesentlichen entspricht und unter 3 mm, vorzugsweise zwischen 0,01 und 0,25 mm liegt.
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The subject matter of the invention is a sand mixture of quartz sand, optionally regenerated old sand, a binding agent and a granular buffer substance which prevents the formation of quartz sand expansion defects in castings.
It is known that defects can often be observed on the surface of castings that are produced by sand casting, which are often the reason why these castings have to be rejected as rejects.
These surface defects, called scabs, are quartz sand expansion defects during casting, especially in wet casting molds, caused by the formation of a thin sand bowl on the mold surface as a result of the crystal transformation of ss-quartz into a-quartz at 5730. Under the effect of pressure In the case of the quartz transformation, the shell bulges into the mold cavity or detaches completely, so that a corresponding impression is created on the casting, which is referred to as a scab. If the sand bowl bulge is torn open, groove-like depressions are created on the surface of the casting, which are also referred to as "rat tails".
A sand bowl is formed by the action of heat. The expansion of the quartz sand, especially as a result of the quartz conversion at 5730C, creates compressive stresses in the surface layers of the mold, which lead to the formation of shells.
Tensile stresses occur at the boundary layer between the highly heated shell and the relatively cool sand ball behind it, which must be absorbed by the molding compound if it is not to become detached. Because of the radiant heat during casting, the mold surface dries out on the surface of the molding compound, in particular on the side facing the steel mirror.
As a result of the gas permeability of the molding compound, the water vapor escapes in the direction of the colder molding compound zone facing away from the steel surface, where it condenses again. The higher water content results in a low impression strength and wet tensile strength. Sand expansion errors occur in both
Wet casting sand, mainly in the form of school pens, as well as synthetic resin-bound sand in the form of
Leaf veins on.
In order to reduce the occurrence of these quartz sand expansion errors, the following are commonly used today
Methods used:
In iron foundries, in order to avoid quartz sand expansion errors, in addition to bentonite and possibly starch, coal dust is also added to the quartz sand. The water content of the wet casting sand is adjusted according to the machine equipment. Coal dust and bentonite and, if necessary, starch, which accumulate in the used sand, have a certain buffer effect that reduce these quartz sand expansion errors.
In steel foundries that work with wet casting sand, the addition of coal dust is impossible because of the undesirable carburization and gas absorption of the steel. In order to prevent quartz sand expansion errors, much more expensive sands such as B. olivine sand, chromite sand and zircon sand can be used. These sands have a smaller expansion under thermal stress than quartz sand.
The invention is based on the sand mixture mentioned at the beginning, which is characterized in that 0.005 to 5% by weight of hollow spheres of complex inorganic silicates are added as a buffer substance to the mixture, the melting point of which is below 1500 ° C., preferably below 12000 ° C., the grain size of the hollow spheres corresponds essentially to the grain size of the sand body and is below 3 mm, preferably between 0.01 and 0.25 mm. The amount of hollow spheres to be added should be between 0.01 and 3% by weight, but preferably between 0.3 and 1.5% by weight.
The mode of action of the hollow spheres has not yet been clarified, but it is assumed that they absorb the thermal expansion during the quartz transformation. The thermal expansion of the SiO2 modification is at 573 C, 1.4% compared to OC. This expansion is absorbed by the presumably low strength of the inorganic hollow spheres, which should have a small wall thickness, preferably 10% of the hollow sphere diameter. The inorganic hollow spheres are partially pressed in or deformed.
Depending on whether it is synthetic resin-bonded or wet casting sand, the composition of the sand mixture is somewhat different. between the mixture of synthetic resin-bonded sand is made up as follows:
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<tb>
<tb> approximately <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP>% by weight <SEP> furan resin
<tb> about <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP>% by weight <SEP> p-toluenesulfonic acid
<tb>
Remainder to 100% - a mixture which in turn consists of 0.05 to 5% by weight, preferably 0.075 to 1.5% by weight of hollow spheres made of complex inorganic silicates with a grain size of 0 to 3 mm, preferably 0 to 1 mm, in particular 0 .01 to 0.25 mm and 95 to 99.95% by weight of quartz sand.
In the case of wet casting sand, the mixture has the following composition:
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<tb>
<tb> 2 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> wt. <SEP> -% <SEP> bentonite, <SEP> if necessary
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> weight <SEP> -% <SEP> swelling strength.
<tb>
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The remainder to 100% by weight - a mixture of 0.02 to 3% by weight, preferably 0.05 to 1.5% by weight of hollow spheres of the above grain size made of complex,. inorganic silicates and 97 to 99.98% by weight quartz sand.
The mixture is made malleable with water. The proportion of quartz sand can consist at least in part of regenerated waste sand. The following examples are intended to illustrate the subject matter of the invention.
Example 1: In steel castings which had been poured in quartz sand bound with furan resin, a considerable number of leaf ribs could be observed.
According to the invention, 0.75% by weight, based on the quartz sand, of inorganic hollow spheres with the following analysis were added to the quartz sand in the dry state before the addition of furan resin and hardener:
Analysis of the inorganic hollow spheres:
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<tb>
<tb> Si02 <SEP> 55 <SEP> - <SEP> 60 <SEP>%
<tb> A1203 <SEP> 25 <SEP> - <SEP> 30 <SEP>%
<tb> Fe <SEP> 4 <SEP> - <SEP> 10 <SEP>%
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 2- <SEP> 0, <SEP> 6% <SEP>
<tb> MgO <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 2 <SEP>%
<tb> Alkalis <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 4 <SEP>%
<tb>
The spec. The weight of the inorganic hollow sphere was 0.6 g / cm3.
The size of these hollow spheres was between 10 and 250 µm, the wall thickness varied between 2 and 20 µm.
The addition of furan resin was 1.2% by weight and of p-toluenesulfonic acid 0.4% by weight, based on the sand / hollow sphere mixture.
After the addition of the above-specified amount of inorganic hollow spheres, the casting surface was practically free of veins.
Example 2: In the manufacture of nodular cast iron plates in wet casting sand, the occurrence of scabs was one of the most frequent causes of rejects.
For tests, 0.5% by weight of inorganic hollow spheres of the same analysis as in Example 1 were added to the model sand, which consisted of 1 part of old sand and one part of new sand. The binders used were bentonite and swelling starch, which were added in such a way that the wet compressive strength was around 5 N / cm2 and dry shear strength around 50 N / cm2 at a sand moisture content of 4.5%.
A large series of slabs were cast with the sand mixture according to the invention, and no scabs were found on any of the castings.
Good casting results have also been achieved with castings susceptible to veining if, instead of furan resin and p-toluenesulfonic acid, commercially available cold box, hot box, phenolic resin, alkyd resin and Croning binders are added to the mixture of quartz sand and inorganic hollow spheres.
PATENT CLAIMS:
1. Sand mixture of quartz sand, possibly a regenerated old stand, a binding agent and
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plex inorganic silicates are added, the melting point of which is below 15000C, preferably below 12000C, the grain size of the hollow spheres essentially corresponding to the grain size of the sand grains and being below 3 mm, preferably between 0.01 and 0.25 mm.