Kurzfassung zum Vortrag - Archives of Foundry Engineering

33/13
Archives of Foundry,
Year 2004, Volume 4, № 13
Archiwum Odlewnictwa,
Rok 2004, Rocznik 4, Nr 13
PAN – Katowice PL ISSN 1642-5308
ANWENDUNG UND EIGENSCHAFTEN INNOVATIVER
ANORGANISCHER BINDER FÜR DIE KERNHERSTELLUNG
W. TILCH; H. POLZIN
Technische Universität Bergakademie Freiberg, Gießerei-Institut
Bernhard-von-Cotta-Straße 4, D-09596 Freiberg / Sa.
Mit der Entwicklung und der umfassenden Einführung des PUR-Cold-BoxVerfahrens in der Gießerei-Industrie (ab 1974) wurden anorganische Binder und
entsprechende Kernformverfahren (z. B. Wasserglas -CO2 , Zementsand) zunehmend
verdrängt (Bild 1). Wesentliche Vorteile der kalthärtenden organischen Verfahren sind
u. a.
hohe Produktivität und Flexibilität der Fertigungstechnik
erreichbare hohe Gussstückqualität
geringe Restfestigkeit, damit verbunden gute Zerfallsverhalten und
Regenerierbarkeit.
Als wesentliche Nachteile sind das ungünstige Emissionsverhalten beim
Aufbereiten, Härten und beim Abgießen der Formstoffe bzw. Formteile zu nennen.
Diese Probleme, insbesondere die bei der Gussteilfertigung auftretenden
Geruchsemissionen führen zunehmend zu Schwierigkeiten hinsichtlich der
Standortakzeptanz der Gießereien im territorialen Umfeld.
Aus diesen Gründen sind anorganische Bindersysteme und entsprechende
Verfahren wieder verstärkt in den Blickpunkt getreten, zahlreiche Neuentwicklungen
bzw. Weiterentwicklungen wurden zur GIFA 2003 bzw. auf entsprechenden
Fachveranstaltungen vorgestellt.
Im 1. Teil des Vortrages werden ausgewählte Verfahren zur Kernherstellun g mit
anorganischen Bindern vorgestellt und einer vergleichenden Bewertung unterzogen.
Das betrifft die Verfahren:
Hydrobond (Fa. MEG)
Laempe – Kuhs (Fa. Laempe)
Cordis (Fa. Hüttenes)
Geoset (Fa. Ashland)
AWB (Fa. Minelco)
Neue Wasserglasbinder (TU BA Freiberg, VSB Ostrava)
220
Bild 1: Tendenzen in der Anwendung von Kernherstellungsverfahren in Deutschland.
Rys. 1. Tendencje rozwoju i stosowania metod sporządzania rdzeni w Niemczech;
1 – Udział; 2 – Lata; 3 – masy wiązane olejem i bentonitem; 4 – metoda gorącej
/ciepłej rdzennicy; 5 – szkło wodne – CO 2; 6 – uretan – metoda zimnej rdzennicy;
7 – formy skorupowe; a – SO 2, b –mrówczan metylu, c – żywica rezolowa – CO2
Zur GIFA 2003 wurden erstmals Bindersysteme auf der Basis von Salzen (z. B.
Magnesiumsulfat, Natriumphosphat) vorgestellt, die durch Wärmeeinwirkung
(Wasserentzug) ausgehärtet werden. Mit diesen Bindersystemen ist die Herstellung
komplizierter geometrischer Kerne (z. B. Fahrzeugguss, Bild 2) möglich.
Der Einsatz dieser Kerne ist zunächst nur für den Leichtmetallguss vorgesehen.
Die Kerne sollen sowohl im Kokillenguss als auch bei Sandgussformverfahren
eingesetzt werden:
Als wesentliche Vorteile der Salzbinder sind zu erwähnen:
praktisch keine Emissionen bei der Formteilfertigung und beim Gießen, kein
umfeldbelastenden Gerüche;
teilweise Wiederverwendbarkeit des Kernaltsandes, d. h. die Bindefähigkeit
bleibt auch nach der thermischen Beanspruchung partiell erhalten;
sehr guter Kernzerfall, sowohl bei trockener als auch bei nasser
Entkerntechnologie.
221
Bild 2.
Rys. 2.
Beispiele für Kerne für Fahrzeigguss mit anorganischen Verfahren (Laempe-Kuhs).
Przykłady rdzeni dla odlewów motoryzacyjnych wykonanych metodą Laempe-Kuhs
z zastosowaniem spoiw nieorganicznych.
Im 2. Teil des Vortrages werden Ergebnisse umfassender Untersuchungen zu den
technologischen Eigenschaften der Kernformstoffe auf Salzbasis s owie zum
222
Rückgewinnungsverhalten der Kernformstoffe und zur Einflussnahme des Zuflusses
von Kernaltsand auf den bentonitgebundenen Formstoff vorgestellt.
Diese Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Salzgebundene Kernaltsande beeinflussen die Formstoffeigenschaften
bentonitgebundener Umlaufformstoffe. Besonders zu erwähnen sind
Desaktivierungsvorgänge durch den Ionenaustausch, die vor allem zur
drastischen Verringerung der Nasszugfestigkeit führen. Aus diesen Gründen
empfiehlt sich der Einsatz von un- bzw. teilaktivierten Bentoniten.
In Abhängigkeit der thermischen Beanspruchung tritt (ähnlich wie bei
bentonitgebundenen
Umlaufformstoffen)
ein
Festigkeitsverlust
der
wiederaufbereiteten Kernsande auf. Prinzipiell ist eine erneute partielle
Bindefähigkeit durch Wasserzugabe möglich. Sehr hohe thermische Belastung
(oberhalb 800 °C) führt zu einer irreversiblen Schädigung des Salzbinders.
Die Festigkeiten der Salzbinder sinken mit steigender Umlaufzahl (auch ohne
thermische Belastung).
Die wichtigsten Einflussgrößen auf die erreichbaren Eigenschaften von
Salzbindern (Biegefestigkeit, Abriebfestigkeit, Schiessbarkeit) sind

Aufbereitungsbedingungen, Härtungstemperatur

Bindergehalt und Verdichtungsintensität

Luftfeuchtigkeit und Lagerzeit
Das Fließverhalten der Kernformstoffe kann durch Zusätze gezielt verbessert
werden.
WŁAŚCIWOŚCI NOWYCH SPOIW NIEORGANICZNYCH I ICH
ZASTOSOWANIE W PROCESACH WYTWARZANIA RDZENI
W miarę rozwoju i coraz szerszego stosowania w odlewnictwie metody zimnej
rdzennicy PUR (od 1974 r.) ograniczano coraz bardziej stosowanie spoiw
nieorganicznych i odpowiednich metod wykonywania rdzeni (np. stosowania szkła
wodnego utwardzanego CO2 , mas wiązanych cementem) (rys. 1). Istotnymi zaletami
metod z zastosowaniem spoiw organicznych utwardzanych na zimno są m. in.:
duża wydajność i elastyczność technologiczna,
wysoka jakość odlewów, osiągana przy stosowaniu rdzeni, otrzymy wanych w ten sposób,
mała wytrzymałość masy rdzeniowej na etapie wybijania odlewów i związane z tym: zdolność do rozsypywania się rdzeni i dobra reg enerowalność
masy rdzeniowej.
Wadami metod uwzględniających stosowanie spoiw organicznych są problemy
dotyczące emisji szkodliwych gazów i zapachów w procesach wykonywania rdzeni,
ich utwardzania i zalewania form metalem. Problemy te, a zwłaszcza emisja
223
dokuczliwych zapachów w procesie wytwarzania odlewów, utrudniają w coraz
większym stopniu akceptację działalności odlewni w różnych obszarach terytorialnych.
Z tych powodów powracają idee stosowania spoiw nieorganicznych, wraz
z opracowywaniem nowych bądź rozwijaniem starych technologii związanych z tego
rodzaju spoiwami. Przedstawiono je na targach GIFA 2003 i na odpowiednich
konferencjach naukowo-technicznych.
W 1. części referatu zostaną przedstawione wybrane metody sporządzania rdzeni
z zastosowaniem spoiw nieorganicznych oraz wyniki dokonanej analizy porównawczej.
Są to metody:
Hydrobond (firma MEG),
Laempe-Kuhs (firma Laempe),
Cordis (firma Hüttene),
Geoset (firma Ashland),
AWB (firma Minelco),
nowe spoiwa na bazie szkła wodnego (TU Bergakademie Freiberg, VSB
Ostrava).
Na targach GIFA przedstawiono po raz pierwszy spoiwa na bazie soli (n a
przykład siarczanu magnezu bądź fosforanu sodu), hartowane na drodze termicznej
(przez odwilżanie). Stosowanie tych spoiw umożliwia wykonywanie skomplikowanych
geometrycznie rdzeni, na przykład rdzeni dla odlewów motoryzacyjnych – rys. 2).
W pierwszej kolejności przewidziano stosowanie takich rdzeni dla odlewów ze
stopów metali lekkich, odlewanych zarówno w kokilach jak i w formach piaskowych.
Jako istotne zalety metod stosowania spoiw na bazie soli wymien ia się:
praktyczny brak emisji szkodliwych gazów i uciążliwych zapachów
w czasie formowania i odlewania,
możliwość częściowego ponownego wykorzystywania piasku zużytego, co
oznacza, że właściwości wiążące spoiw pozostają częściowo nienaruszone
po ich termicznym obciążeniu,
łatwe rozpadanie się rdzeni, obserwowane zarówno przy suchej jak
i mokrej metodzie usuwania rdzeni z odlewów.
W 2. części referatu zostaną przedstawione wyniki badań właściwości
technologicznych materiałów formierskich na rdzenie ze spoiwami na bazie soli, badań
możliwości wtórnego wykorzystywania tych materiałów oraz wpływu dodatku
zużytych materiałów rdzeniowych na właściwości mas formierskich ze spoiwem
bentonitowym. Wyniki te można podsumować następująco:
zużyte masy rdzeniowe ze spoiwem na bazie soli wpływają na
właściwości obiegowej masy formierskiej wiązanej bentonitem; wymienić
należy szczególnie procesy dezaktywacji w wyniku wymiany jonów,
prowadzące głównie do drastycznego zmniejszenia wytrzymałości masy
na wilgotno; z tego powodu zaleca się stosowanie bentonitu nieaktywo wanego lub częściowo zaktywowanego;
224
-
-
-
w zależności od stopnia obciążenia cieplnego następuje (podobnie jak
w przypadku masy obiegowej wiązanej bentonitem) spadek wytrzymałości
przygotowanej masy rdzeniowej; zasadniczo możliwe jest przywrócenie
siły wiązania przez dodatek wody;. bardzo duże obciążenie cieplne
(podgrzanie powyżej 800 C) prowadzi do nieodwracalnego zaniku siły
wiązania spoiwa;
wytrzymałość spoiw na bazie soli zmniejsza się w miarę zwiększania się
liczby obiegów (nawet bez obciążania cieplnego);
właściwości spoiw na bazie soli (wytrzymałość na zginanie, odporność na
ścieranie, podatność na formowanie metodą strzelania) zależą głównie od:
1. warunków przygotowywania masy, temperatury utwardzania,
2. udziału spoiwa w masie oraz intensywności jej zagęszczania,
3. wilgotności powietrza i czasu leżakowania.
płynność materiałów rdzeniowych można poprawiać przez wprowadzanie
odpowiednich dodatków.
Recenzent: prof. zw. dr hab. inż. Czesław Podrzucki.