DD158090A1 - Verfahren zur festigkeitsregulierung anorganischer formstoffe auf der basis von alkalisilikatloesungen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Festigkeitsregulierung anorganischer Formstoffe, insbesondere von Kern- und Formenformstoffen auf der Basis von Alkalisilicaten. Ziel der Erfindung ist es, die Festigkeitseigenschaften - Steigerung der Primaerfestigkeit bzw. Senkung der Restfestigkeit - des gebundenen und gehaerteten Kern- und Formenformstoffes bewusst und sicher zu beeinflussen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass geloeste oder pulverfoermige Phosphate mit monomerer, dimerer, cyclischer oder kettenfoermiger Anionenstruktur unter Ruehren in die Wasserglasloesung mit einem Molverhaeltnis SiO tief 2: M tief 2 O = 1,5 bis 4,0 (M =Na, K) mit einem SiO tief2 -Gehalt von 15 bis 35 Masse- % eingebracht werden und dass einschliesslich des Bindemittels, eine gewisse Zeit gelagert und danach mit giessereispezifischem Granulat vermischt wird. Die Erfindung ist in der Formen- und Kernherstellung in der Giessereitechnik anwendbar.

Description

•1 . Anwendung ge "biet der Erfindung . ^{w β} ~^ <£» ^#

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der Pestig keitseigenschaften von Kern-Formenformstoffen auf der Basis wäß rig er Alkalisilicate, das im Formbildungsprozeß der Gußstückher· stellung günstige Festigkeiten erbringt.

2. Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise gesielt eine Steigerung dor Primärfestigkeit bzw. eine Reduzierung der Restfestigkeit des gebundenen und ausgehärteten Kern- und Formej formstoffes zu erreichen. . . .

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Anorganische Binder auf der Basis-wäßriger Alkalisilicatlösungen werden im Formenbildungsprozeß für die Gußkörperherstellung schon seit langem eingesetzt. Die Aushärtung der Wasserglas-Sanc Gemische wird dabei durch chemische, physikalische oder physikochemisch^ .Methoden bewirkt. Den ökonomischen und hygienischen Vorteilen, der Umweltfreundlichkeit des Verfahrens und der ausreichenden Verfügbarkeit der Wasserglaslö'sungen stehen als lachteile vor allem die gravierend hohe Restfestigkeit des ausgehärteten Formstcffes gegenüber. Charakteristisch für das Wasserglas -Forms t off ν er f ehren ist die gegenüber organischen. Formst offen unbefriedigende Zerfallseigenschaft des Formst offs_e Das bedingt einen erhöhten Energieaufwand beim Trennen des Altsandes vom Gußkörper und schränkt zur Zeit entscheidend den Anwendungsbereich des Verfahrens ein. Die Senkung der Restfestigkeit von wasserglasgebimdenem Fonnstoff nach thermischer Belastung entsprechend dem jetzigen Stand der Technik durch den Zusatz organischer bzw. anorganischer Zerfallsförderer stellt noch koine .optimale 'Lösung dar. Da sowohl Primär- als auch Sekundärfestigkeit des ausgehärteten Wasseglas-Sand-Gemisches entscheidend vom sinterpunktserniedrigenden Alkalianteil der SiIicatlosung beeinflußt wird, ist eine Verringerung des Bindemittelgehaltes bei Zusatz der-herkömmlichen Zerfallsförderer nicht . möglich. Im Gegenteil, oft muß besonders bei feingemahlenen anorganischen Zusätzen wie z.B. Bauxit, der Bindemittelgehalt erhöht werden j um eine ausreichende Primärfeetigkeit zu gewährleisten.-So wird dies zerfallsfördernde Y/irkung-des Zusatzes teilweise -wieder aufgehoben bzw» verringert»

Weder in der Fachliteratur noch in bisherigen Patenten sind Verfahren angegeben, welche den Einsatz monomerer oder kondensierter Phosphate zum Zweck der Festigkeitsregulierung anorga- nischer Formst offβ vorsehen.·Die in. RO-PS 51 778 erwähnte Anwendung des Hexanatriumtetraphosphates, UagP.O^, bei Wasserglas-Zement -Formst off en soll lediglich in Verbindung mit einem Alkylarylsulfondetergenten eine Verbesserung des Fließvermögens der Formstoffmischungen bewirken«,

In DD-PS 140213 wird ein Verfahren zur regulierten Erstarrung anorganischer Formstoffbinder beschrieben, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß durch Zusatz von Natriummonophosphat'en, vorzugsweise UaH₂PO^H₂O (oder 2H₂O)_-und Na₂HPO₄' 12H₂O oder von Phosphorpentoxid, i^O-iQ» ^{zur 0}^³ Bindemittel verwendeten Aikalisilicatlösung ein gewünschtes Brstarrungsint ervall des Formst offbinders eingestellt werden kann. Dabei wird, neben der Verhinderung" eines vorzeitigen Erstarrens des Formstoffes vor dem Gießen eine erhöhte Formblockstabilität_s danach eine Minderung der Druckfestigkeit beobachtet. Jedoch umfaßt der Erfindungsanspruch ausschließlich die Verzögerung.der Erstarrung von Formstoffen. Es wird in der DD-PS 140213 in der Darlegung des Wesens der Erfindung ausdrücklich darauf hingewiesen, daß-die in der Erfindung verwendeten tertiären, monomeren bsw. kondensierten Phosphate die angestrebte, das Ziel vorliegender Erfindung darstellende festigkeitsregulierende Wirkung nicht zeigen.

3» Darlegung deS₁₁ Wesens^ der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, bei der Bildung von Kern- und Formenformstoffen aus wäßrigen Alkalisilicatlösungen mit gießereispezifischem Granulat, den Anteil an Silicatlö.sung im Gemisch,' bei gleichzeitiger Steigerung der Primärfestigkei.t nach dem Erhärten und Senkung der Restfestigkeit nach thermischer Belastung des Formst offes, entscheidend zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird die Festigkeitsregulierung von anorganischem Formstoff auf-der Basis von Aikalisilicatlösung dadurch erreicht, daß gelöste oder pulvsrfo'rmige Phosphate unter Rühren in die Aikalisilicatlösung eingebracht werden, und/daß anschließend das Bindemittel eine bestimmte Zeit· gelagert wird, ehe es. in einein weiteren Verfahren»?.sehritt mit gießereispezifi-

schem Granulat, insbesondere Quarzsand und Schamotte, vermischt wird. ' ·

Zweckmäßig ist es, eine Natronwasserglaslösung mit einem Molverhältnis SiO₂ : M₂O = 1,5 bis .4,0 mit einem SiO₂-Gehalt von 15

bis 35 Masse-%, einer Dichte'von 1150 bis 1550 kg^m""-*, einer

— 3 -1

Oberflächenspannung von 72 bis 77 · 10 -I¹Tm und einer Viskosität von 1 bis 2000 mPa*s bei einem Masseverhältnis von Wasserglaslösung zu Phosphat von 100 zu 0,1 bis 20 zu verwenden«, Weiterhin vorteilhaft ist esj Phosphate zu verwenden, die hinsichtlich ihrer Struktur mono- oder dimer, cyclisch oder kettenförmig gebaut sind, . . · z.B. Trinatriummonophosphat, Ha^PO,, rein, handelsüblich, Tetranatriumdiphosphat-12-hydrat, Pantanatriumtriphosphat-6-hydrat, ^Q ₂ Trinatriumcyclotriphoaphat, ITaoPoOg und . je nach gewollter Festigkei tsregulierung (primär- bzw„ Sekundärfestigkeit) das Bindemittel zwischen 5 min bis 24 h stehen au lassen, bevor es mit gieß ereispezifischem Granulat vorzugsweise innerhalb von 3 min in einem schneilaufenden Flügelmisciier aufbereitet wird* '

Der Vorteil der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens be st eiit darin _s daß man damit in der Lage ist, Pestigkeits eigenschaften gehärteter bzw. thermisch belasteter Y/asserglas-Formstoffe zielgerichtet und siche.i? einzustellen. Die ökonomischen Vorteile bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens resultieren aus einer Einsparung an Bindemittel bzw. Einsatz einer wesentlich kostengünstiger herzustellenden Alkalisilicatlösung und aus einer Arbeitsaeiteinsparung durch Herabsetzung des Energie- und Zeitaufwandes zum Trennen des Kern- und J^orrnenf ormst of f es vom Gußkorper«,' Weiterhin sind die als Bindemittelzusätze verwendeten Phosphate ungefährlich und ungiftig sowie bei den angewandten geringen Mengen unbedenklich hinsichtlich einer Umweltbelastung undkön- n.en daher ohne besondere Maßnahm en des Arbeifcs- und Umweltschutzes gehandhabt werden.

s führung s be i spi ele

Die Erfindung soll nachstehend durch zwei Ausführungsbeispiele erläutert werden. . ·

Beispiel 1. ·

.Rezeptur; 97$O Maase-% Quarzsandy trocken

mittlere Korngröße 0,24 mm Gleichmäßigkeitsgrad 73. % Glühverlust O,11 % .

Schlämmst offgehalt O₉2 % pH-Wert des wäßrigen Auszugs 5,4 3,0 Masse-% Bindemittel

Masseverhältnis Wasserglaslösung zu

.'Phosphat 100 ; 2 lass erglaslösungσ

SiO₉»Gehalt 25,05 Masse-%

C.

Molverhältnis SiO₂ : IJa₂O = 3,47 Dichte 1310 kgm"³

Viskosität 28 mPas

— 3 —1

jHm

Oberflächenspannung 75 · 10 Phosphat: Ua-iPO^, rein, handelsüblich " . (nicht carbonatfrei)

•Aufbereitung, Verarbeitung:

Das Phosphat wird 30 min lang in die Wasserglaslösung eingerührt. Die Aufbereitungszeit von Quarzaand und Bindemittel.beträgt 3 min_c Das Gemisch ist ca, 20 min verarbeitungsfähige'

Ergebnis: .

Aus.dem Formstoff werden Normprüfkörper nach TGL 14317 hergestellt und auf ihre Festigkeit geprüft«' Nach einer Trocknungszeit von 1 h bei 378 K ergibt sich im Vergleich zu ohne Phosphatzusatz hergestellten Prüfkörpern die ausgewiesene Festigkeit sanderung

Die Druckfestigkeit steigt von 6,10 JiTPa auf 8,24-MPa = 35 %

Zunahme Die Biegefestigkeit steigt von 2,64 MPa auf 3,65 MPa = .38 %

• · - Zunahme«

Die Restfestigkeit ändert sich von 0,-54.MPa auf O_?61 MPa* Das entspricht, bezogen auf die Druckfestigkeit, einer Änderung von 8,86 % ohne Phosphatzusatz'auf 7,40 % mit PhosphatzusatZj cL'h. , die relative Restfestigkeit ist im letzteren Fall 17 % gestiegen.

Beispiel 2 '

'Rezeptur; 97,5 Masae-% Quarzaand, wie Beispiel 1 . ' 2,5 Masse-^ Bindemittel

Masseverhältnis Wasserglaslösung.zu

Phosphat 100 : 1,6 Wasserglaslösung

25,6 Masse-% . . ,

Molverhältnis SiO₂ ϊ Na₂O = 3,33 : 1 Dichte 1 340 kg m~

Viskosität 27 mPa s . ,.

— 3 -1

Oberflächenspannung 75_S5 * 10 ^ Im

Phosphat: Trinatriumcyclotriphosphat PoOg, wasserfrei

Aufbereitung, Verarbeitung: wie 'Beispiel 1

Absteha'eit des Bindemittels· bei der Aufbereitung 2_s0 h

Ergebnis;

Normprüfkörperherotellung und Prüfung- wie Beispiel 1 Aushärtung der Gemische wie Beispiel 1 Ergebnis im Vergleich mit analog, nur ohne Phosphatzusatz hergestellten Prüfkörpern:

Druckfestigkeit: von 5,42 IiPa auf 6,48 IvIPa = 19 % Zunahme

Biegefestigkeit: von 0,51 MPa auf 0,96 MPa = 88 % Zunahme

Restfestigkeit; von 0,36 MPa auf 0,27 MPa = 34 % Abnahme der

relativen Restfestigkeit

Claims (1)

1. /C ^fi 'j iss; j

   Verfahren zur Festigkeitsregulierung anorganischer Formstoffe auf der Basis von Alkalisilicatlösung für die Formen-,und Kernherstellung für den Gußkörperbildungspro.zeß, gekennzeichnet dadurch j daß gelöste oder pulverförmige Phosphate mit monomerer, diraerer_s cyclischer, oder· kettenförmiger Anionenstruktur mit einem Masse verhältnis Wasserglas lösung au Phosphat mit ra.onom.e~ rer, dimerer,.cyclischer oder kettenförmiger Anionenstruktur von 100 ; (0,1 bis 20) unter Rühren in die Wasserglaslösung mit einem Molverhältnis SiO₂ t M₂O = 1,5 bis 4_?0 (M = Ka, K) mit einem SiCU-Gehalt von 15'bis 35 Masse-%, einer Dichte von 1/150 bis 1^550 kg»/m ^J und einer Viskosität von 1,0 bis 2000 mPa«s eingebracht werden, und daß anschließend das Bindemittel eine bestimmte Zeit gelagert und danach mit gießereispezifischem Granulat, insbesondere" Quarzsand und Schamotte, vermischt wird«