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WO2018002027A1 - Kern-hülle-partikel zur verwendung als füllstoff für speisermassen - Google Patents

Kern-hülle-partikel zur verwendung als füllstoff für speisermassen Download PDF

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WO2018002027A1
WO2018002027A1 PCT/EP2017/065812 EP2017065812W WO2018002027A1 WO 2018002027 A1 WO2018002027 A1 WO 2018002027A1 EP 2017065812 W EP2017065812 W EP 2017065812W WO 2018002027 A1 WO2018002027 A1 WO 2018002027A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core
particles
shell particles
value
feeder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/065812
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sandra LEHMANN
Klaus Riemann
Nils Zimmer
Hermann Lieber
Jürgen HÜBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Original Assignee
Huettenes Albertus Chemische Werke GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to MX2018015862A priority patent/MX2018015862A/es
Priority to JP2018568411A priority patent/JP7004681B2/ja
Priority to BR112018077220-8A priority patent/BR112018077220B1/pt
Priority to KR1020197003043A priority patent/KR102267824B1/ko
Priority to EP17737503.7A priority patent/EP3478427A1/de
Priority to US16/312,171 priority patent/US10864574B2/en
Priority to EA201990168A priority patent/EA035631B1/ru
Priority to CN201780041315.2A priority patent/CN109475927A/zh
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/088—Feeder heads

Definitions

  • the present invention relates to core-shell particles for use as fillers for feeder compositions for the production of feeders, to a corresponding pourable filler material which comprises a multiplicity of core-shell particles according to the invention, to processes for producing core-shell particles or pourable filler materials according to the invention , corresponding feeder masses and corresponding feeders and corresponding uses. Further objects of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims.
  • feeder includes both feeder shells, feeder inserts and feeder caps, and heating pads.
  • EP 0 913 215 B1 discloses feed compositions comprising hollow aluminum silicate microspheres with an alumina content of less than 38% by weight.
  • WO 9423865 A1 discloses a feeder composition comprising hollow aluminum oxide-containing microspheres having an aluminum oxide content of at least 40% by weight.
  • WO 2006/058347 A2 discloses feed compositions comprising as fillers core-shell microspheres having a core of polystyrene.
  • DE 10 2007 012 660 A1 discloses core-shell particles having a carrier core and a shell enclosing the core, wherein the core-shell particle is stable up to a temperature of at least 1450 ° C.
  • the shell material aluminum oxide, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, titanium boride, titanium oxide, yttrium oxide and zirconium oxide are proposed.
  • US 2006/0078682 A1 describes "proppants” comprising an organic substrate and an organic shell material, wherein the organic shell material comprises inorganic fillers.
  • inorganic fillers oxides, carbides, nitrides and borides are proposed.
  • the field of application of the described "proppants” is described as the use in gravel beds or as proppants A use of the described core-shell particles in feeder compositions is not described.
  • DE 10 2012 200 967 A1 describes the use of calcined diatomaceous earth as a molding material component in a moldable composition for the production of feeders or feeder components for the foundry industry by the polyurethane cold box process.
  • the use of a mixture of calcined diatomaceous earth and other molding material components such as kaolin, sand, quartz sand, fireclay sand and Koksgrash is described.
  • the use of calcined kaolin or cordierite is not described.
  • DE 10 2007 051 850 A1 describes a molding material mixture for the production of casting molds for metal processing, a process for the production of casting molds, casting molds obtained by the process and their use.
  • a refractory molding base material and a waterglass-based binder are used.
  • the refractory molding base material may, for example, be mullite, corundum, ⁇ -cristobalite, TiO 2 or FeO 3 .
  • the use of calcined kaolin or cordierite is not described.
  • WO 2013/150159 A2 describes an exothermic feeder for the foundry industry and its use for the feed-in of castings and a moldable composition for producing an exothermic feeder.
  • Suitable fillers include cordierite, andalusite, sillimanite, kyanite (disthene), mullite, nepheline or feldspar. However, these materials are not disclosed as part of core-shell particles.
  • hollow spheres are often used today, originating from the fly ash of coal-fired power plants.
  • these hollow spheres suitable for use in feeders are not available without restriction in the necessary qualities.
  • the use of synthetic hollow spheres is possible.
  • these often do not have the required properties in order to achieve good insulating properties in the finished feeder. It was therefore the object of the present invention to provide a lightweight filler, which can be used as a replacement for the currently favored hollow spheres.
  • the specified lightweight filler should meet the following primary requirements:
  • core-shell particles for use as a filler for feeder masses for the production of feeders, comprising
  • (b1) particles comprising or consisting of a material from the group consisting of calcined kaolin or cordierite, wherein the particles (b1) have a d10 value of at least 0.05 ⁇ and a d90 value of not more than 45 ⁇ and
  • (b2) a binder which binds the particles (b1) to each other and to the core (a).
  • the core (a) has a d50 value in the range of 0.15 mm to 0.25 mm. It is further preferred if the core (a) has a d10 value in the range from 0.05 mm to 0.15 mm and a d90 value in the range from 0.25 to 0.35 mm and / or an average particle size d50 from 0.15 mm to 0.25 mm, preferably has an average particle size d50 of 0.17 mm to 0.22 mm, more preferably a mean particle size d50 of 0.19 mm to 0.21 mm. In an alternative embodiment of the invention it is preferred if the core (a) has a d50 value in the range of 0.3 mm to 0.48 mm.
  • the core (a) has a d10 value in the range from 0.2 mm to 0.3 mm and a d90 value in the range from 0.4 mm to 0.6 mm and / or an average particle size d50 from 0.30 mm to 0.48 mm, preferably has an average particle size d50 of 0.33 mm to 0.45 mm, more preferably a mean particle size d50 of 0.37 mm to 0.43 mm.
  • the particles (b1) i) have a d10 value of greater than or equal to 0.07 ⁇ m, preferably have a d10 value of 0.1 ⁇ m, more preferably have a d10 value of 0.15 ⁇ m and / or ii) have a d.sub.90 value of less than or equal to 40 .mu.m, preferably have a d.sub.90 value of less than or equal to 20 .mu.m, more preferably have a d.sub.90 value of less than or equal to 10 .mu.m.
  • the particles (b1) have a d10 value of greater than or equal to 0.07 ⁇ m and a d90 value of less than or equal to 40 ⁇ m, preferably a d10 value greater than or equal to 0.1 ⁇ m d90 value of less than or equal to 20 ⁇ , more preferably have a d10 value of greater than or equal to 0.15 microns and a d90 value of less than or equal to 10 ⁇ .
  • the particles (b1) have a d 50 value in the range from 0.5 to 12 ⁇ m, preferably a d 50 value in the range from 1 to 8 ⁇ m, more preferably in the range from 1 to 5 ⁇ m ,
  • the cores (a) and the particles (b1) with the above-mentioned sizes have particularly good properties when used in feeder pulps or in pourable filling materials for feeder pulps.
  • the core (a) has a bimodal or multimodal size distribution, preferably with a first maximum diameter in the range of 0, 1 mm to 0.3 mm and a second Maximum diameter in the range of 0.25 mm to 0.5 mm. Bimodal size distributions are preferred according to the invention.
  • core-shell particles with a bimodal or multimodal size distribution By using core-shell particles with a bimodal or multimodal size distribution, a higher packing density of the core-shell particles can be achieved. It has been shown in own investigations that this improves the strength of the feeders when using the core-shell particles as filler for feeders.
  • Preferred according to the invention are core-shell particles, wherein the core (a) contains glass or consists of glass, in particular expanded glass or foam glass.
  • the core (a) contains glass or consists of glass, in particular expanded glass or foam glass.
  • core-shell particles of the invention wherein the core (a) contains silica and alumina, wherein the weight ratio between silica and alumina is preferably 27: 1 or more, preferably 30: 1 or more, more preferably 45: 1 or is more, in the particles (b1), the weight ratio between silica and alumina in the range of 1: 1 to 1: 1, 6.
  • the core-shell particles have a d10 value in the range of 0.1 mm to 0.2 mm and a d90 value in the range of 0.30 mm to 0.40 mm , It is particularly preferred if the core-shell particles have a mean particle size d50 of 0.2 mm to 0.3 mm, preferably a mean particle size d50 of 0.22 mm to 0.27 mm, more preferably an average particle size d50 from 0.24 mm to 0.26 mm. In an alternative embodiment of the invention, it is preferred if the core-shell particles have a d10 value in the range of 0.30 mm to 0.40 mm and a d90 value in the range of 0.50 mm to 0.60 mm exhibit.
  • the core-shell particles have a mean particle size d50 of 0.4 mm to 0.5 mm, preferably a mean particle size d50 of 0.42 mm to 0.47 mm, more preferably an average particle size d50 from 0.44 mm to 0.46 mm.
  • the core-shell particles have a bimodal or multimodal size distribution, preferably with a first maximum diameter in the range of 0.15 mm to 0.35 mm and a second maximum diameter in the range of 0.35 mm to 0.55 mm.
  • Bimodal size distributions are preferred according to the invention.
  • Core-shell particles having a bimodal size distribution of the particles can be obtained, for example, by mixing together the core-shell particles of two different sizes described above.
  • bimodal core-shell particles are obtained by mixing
  • core-shell particles having a d10 value in the range of 0, 1 mm to 0.2 mm and a d90 value in the range of 0.30 mm to 0.40 mm, it is particularly preferred if the core-shell particles have a mean particle size d50 of 0.2 mm to 0.3 mm, preferably a mean particle size d50 of 0.22 mm to 0.27 mm, more preferably a mean particle size d50 of 0.24 to 0.26 mm, with
  • core-shell particles having a d10 value in the range of 0.30 mm to 0.40 mm and a d90 value in the range of 0.50 mm to 0.60 mm, it is particularly preferred if the core-shell particles have a mean particle size d50 of 0.4 mm to 0.5 mm, preferably a mean particle size d50 of 0.42 mm to 0.47 mm, more preferably a mean particle size d50 of 0.44 to 0.46 mm.
  • the particle size (eg d10, d50, and d90 value) of the cores and the core-shell particles is determined according to DIN 66165-2, F and DIN ISO 3310-1.
  • the particle size of the particles (b1) is determined by means of laser diffraction.
  • the binder (b2) is an organic or inorganic binder or a mixture of organic or inorganic binder and the binder is preferably selected from the group consisting of polymer-based binders, water glass base, phenol-formaldehyde resins, polyurethane Binder curable according to the so-called cold box method, polyurethane binder with tetraethyl silicate (TEOS) and / or vegetable oil esters (preferably methyl or butyl ester) as solvent, two-component systems containing a polyol component containing free hydroxyl groups (OH groups) (US Pat. preferably a phenolic resin) and a polyisocyanate as the reactant, polysaccharides and starch.
  • TEOS tetraethyl silicate
  • a polyisocyanate preferably methyl or butyl ester
  • Free hydroxyl groups in the above-described two-component systems means that the hydroxyl groups are not etherified.
  • Preferred phenolic resins which can be used as polyol components are ortho-fused phenolic resoles (also referred to as benzyl ether resins), such as, for example, benzoic acid resins.
  • ortho-fused phenolic resoles also referred to as benzyl ether resins
  • benzoic acid resins As described in EP 1 057 554 B1.
  • ortho-condensed phenolic resole" or benzyl ether resin according to the usual expert understanding also includes compounds having the structure according to the textbook "Phenolic Resins: A Century of Progress" (Editor: L.
  • cold box binders are preferred.
  • Cold-box binders are binders whose hardening is carried out by tertiary amines supplied in mist or vapor form as catalyst ("gassing").
  • Preference according to the invention is given to organic binders, preferably cold-box binders, wherein the curing of the cold-box binder takes place by gassing with an organic amine.
  • a further aspect of the present invention relates to a pourable filling material for use as a filler for feeder masses for producing feeders, comprising or consisting of a plurality of core-shell particles according to the invention.
  • a pourable filling material according to the invention is preferred, comprising or consisting of a mixture of core-shell particles according to the invention and particles consisting of or containing cordierite, wherein the particles consisting of or containing cordierite are not the particles (b1) of the core shell Particles.
  • the particles consisting of or containing cordierite preferably have a d10 value of more than 0.045 mm.
  • the particles consisting of or containing cordierite are particles which are not bound in the pourable filling material by means of a binder to the core-shell particles according to the invention or to the cores (a) of the core-shell particles.
  • feeders have particularly good insulating properties and thus a positive influence on the voids formation and thereby have a very good temperature resistance when the pourable filling material according to the invention contains mixtures of core-shell particles according to the invention with particles consisting of or containing cordierite.
  • a pourable filling material according to the invention is preferred in which the proportion of particles consisting of or containing cordierite 10 to 60%, preferably 20 to 50%, particularly preferably 25 to 40%, based on the total weight of core-shell particles according to the invention and Particles consisting of or containing cordierite. It has been found that pourable filling materials according to the invention with these proportions of particles consisting of or containing cordierite have particularly good properties.
  • An inventive pourable filling material is preferred in which the particles consisting of or containing cordierite have an average particle size in the range of 0, 1 to 0.4 mm, determined by means of DIN 66165-2, F and DIN ISO 3310-1.
  • the particles consisting of or containing cordierite a) have a d10 value of greater than or equal to 0.05 mm and a d90 value of less than or equal to 0.60 mm and / or b) a c! 50 value of 0.13 mm to 0.4 mm, preferably 0.18 mm to 0.32 mm.
  • a pourable filling material according to the invention having a bulk density of less than 0.8 g / cm 3 is preferred, preferably having a bulk density of less than 0.7 g / cm 3 , more preferably having a bulk density of less than 0.6 g / cm 3 ,
  • a further aspect of the present invention relates to a process for the production of core-shell particles according to the invention or a free-flowing filler material according to the invention comprising the following steps:
  • cores (a) each having one or more cavities and a wall enclosing these cavities the cores (a) having a d50 value in the range of 0.15 to 0.45 mm,
  • particles (b1) comprising or consisting of a material from the group consisting of calcined kaolin or cordierite, the particles (b1) having a d10 value of at least 0.05 ⁇ and a d90 value of not more than 45 ⁇ ,
  • a binder (b2) so that particles (b1) are bound to cores (a) and to each other and single or all cores (a) are enveloped
  • the cores (a) are wetted with the binder (b2) and then the particles (b1) are added to the cores (a) wetted with the binder (b2), so that particles ( b1) are bound to cores (a) and to each other and encase single or all cores (a).
  • a process for producing a pourable filling material according to the invention additionally comprising the following step: Mixing the produced core-shell particles with particles consisting of or containing cordierite, wherein the particles consisting of or containing cordierite are not the particles (b1) of the core-shell particles.
  • Another aspect in connection with the present invention relates to a moldable composition for producing feeders, comprising or comprising: core-shell particles according to the invention or a pourable filler material according to the invention and a binder for binding the core-shell particles or the pourable filling materials.
  • a moldable composition wherein the binder is an organic or inorganic binder or a mixture of organic or inorganic binder and the binder is preferably selected from the group consisting of polymer-based binders, water glass base, phenol-formaldehyde resins Polyurethane binder curable by the so-called cold box method, polyurethane binder with tetraethyl silicate (TEOS) and / or vegetable oil esters (preferably methyl or butyl ester) as a solvent, two-component systems containing a free hydroxyl groups (OH groups) containing polyol component (preferably a phenolic resin) and a polyisocyanate as a reactant, polysaccharides and starch.
  • TEOS tetraethyl silicate
  • a polyisocyanate preferably a phenolic resin
  • the moldable composition according to the invention has a proportion of binder of 5 to 25%, preferably 7 to 20%, particularly preferably 9 to 17%, based on the total weight of core-shell particles according to the invention and cordierite in the moldable composition.
  • a feeder comprising core-shell particles according to the invention bound by a cured and / or dried binder.
  • the binder is an organic or inorganic binder or a mixture of organic or inorganic binder and the binder is preferably selected from the group consisting of polymer-based binders, water glass base, phenol-formaldehyde resins, polyurethane binder curable according to the so-called cold box method, polyurethane binder with tetraethyl silicate (TEOS) and / or vegetable oil esters (preferably methyl or butyl ester) as a solvent, two-component systems containing a free hydroxyl (OH) groups polyol component (preferably a phenolic resin) and a polyisocyanate as a reactant, polysaccharides and starch.
  • Preferred according to the invention are feeders comprising a mixture of core-shell particles according to the invention and particles consisting of or containing cordierite
  • Feeders according to the invention are particularly preferred, the proportion of particles consisting of or containing cordierite being 10 to 60%, preferably 20 to 50%, particularly preferably 25 to 40%, based on the total weight of core-shell particles and particles according to the invention or containing cordierite.
  • feeders having a density of less than 1.0 g / cm 3 , preferably less than 0.8 g / cm 3 , particularly preferably less than 0.7 g / cm 3 .
  • a feeder is particularly preferred, wherein the feeder is an insulating feeder.
  • the maximum proportion of readily oxidizable metals and oxidizing agent is at most 5 wt .-%, preferably at most 2.5 wt .-% based on the total weight of the feeder according to the invention .
  • an insulating feeder according to the invention does not contain easily oxidizable metals and oxidizing agents. Easily oxidizable metals are understood in the context of this invention to be aluminum, magnesium or silicon or corresponding metal alloys. Oxidants are understood to mean agents that can oxidize easily oxidisable metals, with the exception of oxygen.
  • a feeder is particularly preferred, wherein the feeder is a feeder for steel casting and / or iron casting.
  • Another aspect in the context of the present invention relates to a use of core-shell particles according to the invention or a pourable filler material according to the invention as insulating filling material for producing a feeder or a moldable composition for producing a feeder.
  • Another aspect of the present invention relates to a use of a feeder according to the invention for iron casting or cast steel.
  • FIG. 1 shows a scanning electron micrograph of a section of core-shell particles according to the invention with a core of expanded glass and a shell of calcined kaolin.
  • FIG. 2 shows an aluminum element distribution diagram (element mapping) of the scanning electron micrograph of FIG.
  • the bright areas contain aluminum. It can clearly be seen that the aluminum-containing shell particles (b1) are arranged around the core (a).
  • FIG. 3 shows a silicon element distribution diagram (element mapping) of the scanning electron micrograph of FIG. 1.
  • the light-colored regions contain silicon. It can be clearly seen that both the core particles of expanded glass (Si0 2 ) and the shell particles contain silicon.
  • Figure 4 shows the photograph of a sliced cube casting with residual feeder trying to cube described in more detail in the examples.
  • the casting was cast using a feeder made according to Embodiment 9.
  • the deepest part of the voids is 3 mm in the casting. This gives a void depth of -3 mm.
  • Figure 5 shows the photograph of a sliced cube casting with residual feeder trying to cube described in more detail in the examples.
  • the casting was cast using a feeder made in accordance with Embodiment 10.
  • the deepest part of the voids is 18 mm above the casting in the remainder feeder. This gives a void depth of +18 mm.
  • Figure 6 shows the photograph of a sliced cube casting with residual feeder trying to cube described in more detail in the examples.
  • the casting was cast using a feeder made according to Comparative Example 3.
  • the deepest part of the voids is 8 mm in the casting. This gives a void depth of -8 mm.
  • Figure 7 shows the photograph of a sliced cube casting with residual feeder trying to cube described in more detail in the examples.
  • the casting was cast using a feeder made according to Comparative Example 4.
  • the deepest part of the voids is 26 mm in the casting. This gives a void depth of -26 mm.
  • Figure 8 shows the photograph of a sliced cube casting with residual feeder trying to cube described in more detail in the examples.
  • the casting was cast using a feeder made according to Comparative Example 5.
  • the deepest part of the voids is 7 mm in the casting. This gives a void depth of -7 mm.
  • Poraver foam glass (standard grain size 0, 1-0.3, Dennert Poraver GmbH) are initially charged in a BOSCH Profi 67 mixer and mixed with 72 g cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1) evenly moistened.
  • 72 g cold box binder Hettenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1: 1.
  • about 0.5 mL dimethylpropylamine are added to cure the binder.
  • the core-shell particles formed are present
  • Poraver foam glass (standard grain size 0.25-0.5, Dennert Poraver GmbH) are initially charged in a BOSCH Profi 67 mixer and mixed with 72 g cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1) evenly moistened.
  • 72 g cold box binder Hettenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1) evenly moistened.
  • about 0.5 mL dimethylpropylamine are added to cure the binder. After a few seconds, the
  • Comparative Example 1 700 g of Poraver (standard particle size 0.1-0.3, Dennert Poraver GmbH) are used as carrier material in a BOSCH Profi 67 mixer. and uniformly wetted with 120 g cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1). 300 g of silicon carbide powder (d50 value for grain size: ⁇ 5 ⁇ ) are added and the whole mixed homogeneously. Finally, about 0.5 ml of dimethylpropylamine are added to cure the binder. After a few seconds, the core-shell particles formed are present as bulk material for further use.
  • Poraver standard particle size 0.1-0.3, Dennert Poraver GmbH
  • the carrier core used in a suitable mixer of the type BOSCH Profi 67 as carrier material is 560 g Poraver (standard grain size 0, 1-0.3, Dennert Poraver GmbH) and 72 g cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1) evenly moistened.
  • 240 g of alumina powder (d 50 value for grain size: about 12 microns) are added and the whole mixed homogeneously.
  • the binder added about 0.5 ml of dimethylpropylamine. After a few seconds, the core-shell particles formed are present as bulk material for further use.
  • EMBODIMENT 5 The core-shell particles prepared according to Example 1 are homogeneously mixed with cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1) mixed. From the resulting mixture, feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • cold box binder Heüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1: 1
  • feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropyl
  • the core-shell particles produced in accordance with Example 2 are homogenized with cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1) mixed. From the resulting mixture, feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • cold box binder Heüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1: 1: 1
  • feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • the core-shell particles prepared according to Embodiment 3 are homogeneously mixed with cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1). From the resulting mixture, feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • the core-shell particles produced in accordance with Example 4 are homogenized with cold-box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1). mixed. From the resulting mixture feeder caps and other profile moldings (a) are stamped and (b) shot with core shooting machines (eg Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • cold-box binder Heüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1).
  • From the resulting mixture feeder caps and other profile moldings (a) are stamped and (b) shot with core shooting machines (eg Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • EMBODIMENT 9 The core-shell particles prepared according to Example 1 and 2 are homogeneously mixed in a weight ratio of 4: 3.
  • the mixture obtained is homogeneously mixed with cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1).
  • feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • the core-shell particles prepared according to Embodiment 1 and 2 are homogeneously mixed homogeneously mixed in a weight ratio of 4: 3.
  • the mixture obtained is homogeneously mixed with particles composed of cordierite (standard particle size ⁇ 0.5 mm, Ceske lupkove zävody, a.s.), resulting in a weight ratio of core-shell particles to particles of cordierite of 7: 3.
  • This mixture is homogeneously mixed with cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1).
  • feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • Comparative Example 3 (not according to the invention)
  • the core-shell particles prepared according to Comparative Example 1 are mixed with cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 from FIG : 1) homogeneously mixed. From the resulting mixture feeder caps and other profile moldings (a) are stamped and (b) shot with core shooting machines (eg Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine. Comparative Example 4 (not according to the invention)
  • the core-shell particles produced in accordance with Comparative Example 2 are homogenized with cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1) mixed. From the resulting mixture, feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • cold box binder Heüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1: 1: 1
  • feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • 445 g of the core-shell particles prepared according to Comparative Example 2 are mixed with 250 g of aluminum (Al spray with a grain size of ⁇ 0.2 mm), 60 g of iron oxide, 220 g of potassium nitrate (free flowing commodity, grain size less than 2 mm) and 25 g ignition agent and cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 7241 with a ratio of activator 6324: gas resin 7241 of 1: 1) homogeneously mixed. From the resulting mixture, feeder caps and other profiled shapes (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by gassing with dimethylpropylamine.
  • core shooters e.g., Röper, Laempe
  • Feeder caps according to the exemplary embodiments and comparative examples from section C were tested for their usefulness with so-called cube tests.
  • a casting in the form of a cube with the use of a module-compatible feeder cap should be free of voids.
  • a safer density feed could be proven for all embodiments.
  • an improved cupping behavior was determined compared to the comparative examples.
  • the determined voids depths are shown in the following table.
  • a negative void depth value means that the void is at least partially in the casting, while a positive void depth value means that the void is formed in the respective residue vaporizer.
  • the corresponding cube castings with residual feeders are shown in Figures 4 to 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend (a) einen Kern, der einen oder mehrere Hohlräume und eine diese Hohlräume umschließende Wandung besitzt, wobei der Kern (a) einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0, 15 bis 0,45 mm aufweist, (b) eine den Kern einschließende Hülle bestehend aus oder umfassend (b1 ) Partikel umfassend oder bestehend aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus calciniertem Kaolin oder Cordierit, wobei die Partikel (b1 ) einen d10-Wert von minimal 0,05 μιη und einen d90-Wert von maximal 45 μιη aufweisen sowie (b2) ein Bindemittel, welches die Partikel (b1 ) aneinander und an den Kern (a) bindet.

Description

Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen
Die vorliegende Erfindung betrifft Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, ein entsprechendes schüttfähiges Füllmaterial, welches eine Vielzahl erfindungsgemäßer Kern-Hülle-Partikel umfasst, Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Kern-Hülle-Partikel bzw. erfindungsgemäßer schüttfähiger Füllmaterialien, entsprechende Speisermassen und entsprechende Speiser sowie entsprechende Verwendungen. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen.
Der Begriff „Speiser" umfasst im Rahmen der vorliegenden Unterlagen sowohl Speiserumhüllungen, Speisereinsätze und Speiserkappen als auch Heizkissen.
Bei der Herstellung von metallischen Formteilen in der Gießerei wird flüssiges Metall in eine Gießform eingefüllt und erstarrt dort. Der Erstarrungsvorgang ist mit einer Verringerung des Metallvolumens verbunden und es werden deshalb regelmäßig Speiser, d. h. offene oder geschlossene Räume in oder an der Gießform eingesetzt, um das Volumendefizit bei der Erstarrung des Gussstücks auszugleichen und so eine Lunkerbildung im Gussstück zu verhindern. Speiser sind mit dem Gussstück bzw. mit dem gefährdeten Gussstückbereich verbunden und befinden sich für gewöhnlich oberhalb und/oder an der Seite des Formhohlraums.
In Speisermassen zur Herstellung von Speisern und in den daraus hergestellten Speisern selbst werden heute regelmäßig Leichtfüllstoffe eingesetzt, welche bei einer hohen Temperaturbeständigkeit eine gute isolierende Wirkung bewirken sollen.
DE 10 2005 025 771 B3 offenbart isolierende Speiser umfassend keramische Hohlkugeln und Glas-Hohlkugeln. In EP 0 888 199 B1 werden Speiser beschrieben, welche als isolierendes feuerfestes Material hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln enthalten.
EP 0 913 215 B1 offenbart Speiserzusammensetzungen, die hohle Aluminiumsilikatmikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidgehalt mit weniger als 38 Gew.- % umfassen.
WO 9423865 A1 offenbart eine Speiserzusammensetzung umfassend hohle aluminium- oxidenthaltende Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidanteil von zumindest 40 Gew.- %.
WO 2006/058347 A2 offenbart Speiserzusammensetzungen, die als Füllstoffe Kern- Hülle-Mikrokugeln mit einem Kern aus Polystyrol umfassen. Der Einsatz von Polystyrol führt jedoch zu unerwünschten Emissionen im Gießereibetrieb.
DE 10 2007 012 660 A1 offenbart Kern-Hülle-Partikel mit einem Trägerkern und einer den Kern einschließenden Hülle, wobei das Kern-Hülle-Partikel bis zu einer Temperatur von mindestens 1450 °C beständig ist. Als Hüllenmaterial werden Aluminiumoxid, Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titanborid, Titanoxid, Yttriumoxid und Zirkonoxid vorgeschlagen.
In US 2006/0078682 A1 werden "Proppants" mit einem organischen Substrat und einem organischen Hüllenmaterial beschrieben, wobei das organische Hüllenmaterial anorganische Füllstoffe umfasst. Als anorganische Füllstoffe werden Oxide, Carbide, Nitride und Boride vorgeschlagen. Als Anwendungsgebiet der beschriebenen „Proppants" wird die Verwendung in Kiesschüttungen oder als Stützmittel beschrieben. Eine Verwendung der beschriebenen Kern-Hülle-Partikel in Speiserzusammensetzungen wird nicht beschrieben.
In der DE 10 2012 200 967 A1 wird die Verwendung calcinierter Kieselgur als Formstoffkomponente in einer formbaren Zusammensetzung für die Herstellung von Speisern bzw. Speiserbauteilen für die Gießereiindustrie nach dem Polyurethan-Cold-Box-Verfahren beschrieben. Auch die Verwendung einer Mischung aus calcinierter Kieselgur und weiteren Formstoffkomponenten wie beispielsweise Kaolin, Sand, Quarzsand, Schamottesand und Koksgrieß wird beschrieben. Die Verwendung von calciniertem Kaolin oder Cordierit wird nicht beschrieben. In der DE 10 2007 051 850 A1 wird eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen, mit dem Verfahren erhaltene Gießformen sowie deren Verwendung beschrieben. Für die Herstellung der Gießformen werden ein feuerfester Formgrundstoff sowie ein auf Was- serglas basierendes Bindemittel verwendet. Bei dem feuerfesten Formgrundstoff kann es sich beispielsweise um Mullit, Korund, ß-Cristobalit, Ti02 oder Fe03 handeln. Die Verwendung von calciniertem Kaolin oder Cordierit wird nicht beschrieben.
In der WO 2013/150159 A2 wird ein exothermen Speiser für die Gießereiindustrie und dessen Verwendung zur Dichtspeisung von Gussstücken sowie eine formbare Zusam- mensetzung zur Herstellung eines exothermen Speisers beschrieben. Als geeignete Füllstoffe werden unter anderem Cordierit, Andalusit, Sillimanit, Kyanit (Disthen), Mullit, Nephelin oder Feldspat beschrieben. Diese Materialien sind jedoch nicht als Bestandteil von Kern-Hülle-Partikeln offenbart.
In der industriellen Praxis für die Speiserherstellung werden heute häufig Hohlkugeln eingesetzt, die aus den Flugaschen von Kohlekraftwerken stammen. Diese für den Einsatz in Speisern geeigneten Hohlkugeln sind jedoch nicht uneingeschränkt in den notwendigen Qualitäten verfügbar. Auch der Einsatz synthetischer Hohlkugeln ist möglich. Diese weisen aber häufig nicht die benötigten Eigenschaften auf, um im fertigen Speiser gute Isoliereigenschaften zu erreichen. Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leichtfüllstoff anzugeben, der als Ersatz für die derzeit favorisierten Hohlkugeln eingesetzt werden kann.
Der anzugebende Leichtfüllstoff sollte dabei die folgenden primären Anforderungen erfüllen:
- thermische Stabilität für den Eisenguss (ab 1400 °C) und Stahlguss (ab 1600 °C); - ausreichende mechanische Stabilität auch bei hohen Temperaturen von z. B.
1400 °C;
- geringe oder keine Staubanhaftung;
- geringe Schüttdichte;
- hohe Isolierwirkung beim Einsatz des Leichtfüllstoffes in Speisern. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend
(a) einen Kern, der einen oder mehrere Hohlräume und eine diese Hohlräume umschließende Wandung besitzt, wobei der Kern (a) einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0, 15 bis 0,45 mm aufweist,
(b) eine den Kern einschließende Hülle bestehend aus oder umfassend
(b1 ) Partikel umfassend oder bestehend aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus calciniertem Kaolin oder Cordierit, wobei die Partikel (b1 ) einen d10-Wert von minimal 0,05 μιη und einen d90-Wert von maximal 45 μιη aufweisen sowie
(b2) ein Bindemittel, welches die Partikel (b1 ) aneinander und an den Kern (a) bindet.
In eigenen Untersuchungen hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Kombination aus einem Kern, der einen oder mehrere Hohlräume und eine diese Hohlräume umschließende Wandung besitzt, mit einer Hülle, die Partikel aus calciniertem Kaolin oder Cordierit (vorzugsweise calciniertes Kaolin) umfasst, bei sehr guter thermischer und mechanischer Stabilität eine ausgezeichnete isolierende Wirkung besitzt, die mit bisher bekannten Kern-Hülle-Partikeln nicht erreicht werden konnte.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Kern (a) einen d50-Wert im Bereich von 0, 15 mm bis 0,25 mm aufweist. Dabei ist es weiter bevorzugt wenn der Kern (a) einen d10-Wert im Bereich von 0,05 mm bis 0, 15 mm und einen d90-Wert im Bereich von 0,25 bis 0,35 mm aufweist und/oder eine mittlere Korngröße d50 von 0, 15 mm bis 0,25 mm aufweist, vorzugsweise eine mittlere Korngröße d50 von 0, 17 mm bis 0,22 mm, weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 0, 19 mm bis 0,21 mm aufweist. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, wenn der Kern (a) einen d50-Wert im Bereich von 0,3 mm bis 0,48 mm aufweist. Dabei ist es weiter bevorzugt wenn der Kern (a) einen d10-Wert im Bereich 0,2 mm bis 0,3 mm und einen d90- Wert im Bereich von 0,4 mm bis 0,6 mm aufweist und/oder eine mittlere Korngröße d50 von 0,30 mm bis 0,48 mm aufweist, vorzugsweise eine mittlere Korngröße d50 von 0,33 mm bis 0,45 mm, weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 0,37 mm bis 0,43 mm aufweist.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Partikel (b1 ) i) einen d10-Wert von größer gleich 0,07 μιη aufweisen, vorzugsweise einen d10- Wert von 0,1 μm aufweisen, weiter bevorzugt einen d10-Wert von 0, 15 μm aufweisen und/oder ii) einen d90-Wert von kleiner gleich 40 μιη aufweisen, vorzugsweise einen d90-Wert von kleiner gleich 20 μm aufweisen, weiter bevorzugt einen d90-Wert von kleiner gleich 10 μm aufweisen.
Dabei ist es ganz besonders bevorzugt, wenn die Partikel (b1 ) einen d10-Wert von größer gleich 0,07 μm und einen d90-Wert von kleiner gleich 40 μιη aufweisen, vorzugsweise einen d10-Wert von größer gleich 0, 1 μιη und einen d90-Wert von kleiner gleich 20 μιη aufweisen, weiter bevorzugt einen d10-Wert von größer gleich 0,15 μm und einen d90- Wert von kleiner gleich 10 μιη aufweisen.
Es ist ebenfalls erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Partikel (b1 ) einen d50-Wert im Bereich von 0,5 bis 12 μm aufweisen, vorzugsweise einen d50-Wert im Bereich von 1 bis 8 μm, weiter bevorzugt im Bereich von 1 bis 5 μm aufweisen.
In eigenen Untersuchungen hat es sich gezeigt, dass die Kerne (a) und die Partikel (b1 ) mit den oben angegebenen Größen besonders gute Eigenschafte bei der Verwendung in Speisermassen oder in schüttfähigen Füllmaterialien für Speisermassen aufweisen.
In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel, weist der Kern (a) eine bimodale oder multimodale Größenverteilung auf, vorzugsweise mit einem ersten Durchmessermaximum im Bereich von 0, 1 mm bis 0,3 mm und einem zweiten Durchmessermaximum im Bereich von 0,25 mm bis 0,5 mm. Bimodale Größenverteilungen sind erfindungsgemäß bevorzugt.
Durch die Verwendung von Kern-Hülle-Partikeln mit einer bimodalen oder multimodalen Größenverteilung kann eine höhere Packungsdichte der Kern-Hülle-Partikel erreicht werden. Es hat sich in eigenen Untersuchungen gezeigt, dass hierdurch die Festigkeit der Speiser bei der Verwendung der Kern-Hülle-Partikel als Füllstoff für Speiser verbessert wird.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Kern-Hülle-Partikel, wobei der Kern (a) Glas enthält oder aus Glas besteht, insbesondere Blähglas oder Schaumglas. Eigene Untersuchungen haben überraschenderweise gezeigt, dass Kern-Hülle-Partikel mit Kernen, die Glas enthalten oder aus Glas bestehen (insbesondere aus Blähglas oder Schaumglas), sehr gute isolierende Eigenschaften bei der Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern aufweisen. Insbesondere bei der Verwendung zur Herstellung von Speisern für den Stahl- oder Eisenguss hätte der Fachmann Glas enthaltende oder aus Glas bestehende Partikel nicht verwendet, da diese bei den für den Guss benötigten Temperaturen schmelzen.
Ebenfalls bevorzugt sind erfindungsgemäße Kern-Hülle-Partikel, wobei der Kern (a) Siliciumdioxid und Aluminiumoxid enthält, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen Siliciumdioxid und Aluminiumoxid bevorzugt 27: 1 oder mehr beträgt, vorzugsweise 30:1 oder mehr beträgt, weiter bevorzugt 45: 1 oder mehr beträgt, in den Partikeln (b1 ) das Gewichtsverhältnis zwischen Siliciumdioxid und Aluminiumoxid im Bereich von 1 : 1 bis 1 : 1 ,6 liegt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Kern-Hülle-Partikel einen d10-Wert im Bereich von 0, 1 mm bis 0,2 mm und einen d90-Wert im Bereich von 0,30 mm bis 0,40 mm aufweisen. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Kern-Hülle- Partikel eine mittlere Korngröße d50 von 0,2 mm bis 0,3 mm aufweisen, vorzugsweise eine mittlere Korngröße d50 von 0,22 mm bis 0,27 mm, weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 0,24 mm bis 0,26 mm aufweisen. In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Kern-Hülle- Partikel einen d10-Wert im Bereich von 0,30 mm bis 0,40 mm und einen d90-Wert im Bereich von 0,50 mm bis 0,60 mm aufweisen. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Kern-Hülle-Partikel eine mittlere Korngröße d50 von 0,4 mm bis 0,5 mm aufweisen, vorzugsweise eine mittlere Korngröße d50 von 0,42 mm bis 0,47 mm, weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 0,44 mm bis 0,46 mm aufweisen.
In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel, weisen die Kern-Hülle-Partikel eine bimodale oder multimodale Größenverteilung auf, vorzugsweise mit einem ersten Durchmessermaximum im Bereich von 0, 15 mm bis 0,35 mm und einem zweiten Durchmessermaximum im Bereich von 0,35 mm bis 0,55 mm. Bimodale Größenverteilungen sind erfindungsgemäß bevorzugt. Kern-Hülle-Partikel mit einer bimodalen Größenverteilung der Teilchen können beispielsweise erhalten werden, indem die oben beschriebenen Kern-Hülle-Partikel mit zwei verschiedenen Größen miteinander vermisch werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, wenn bimodale Kern- Hülle-Partikel erhalten werden durch Mischen von
(I) Kern-Hülle-Partikel mit einem d10-Wert im Bereich von 0, 1 mm bis 0,2 mm und einen d90-Wert im Bereich von 0,30 mm bis 0,40 mm aufweisen, dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Kern-Hülle-Partikel eine mittlere Korngröße d50 von 0,2 mm bis 0,3 mm aufweisen, vorzugsweise eine mittlere Korngröße d50 von 0,22 mm bis 0,27 mm, weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 0,24 bis 0,26 mm aufweisen, mit
(II) Kern-Hülle-Partikel mit einen d10-Wert im Bereich von 0,30 mm bis 0,40 mm und einen d90-Wert im Bereich von 0,50 mm bis 0,60 mm aufweisen, dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Kern-Hülle-Partikel eine mittlere Korngröße d50 von 0,4 mm bis 0,5 mm aufweisen, vorzugsweise eine mittlere Korngröße d50 von 0,42 mm bis 0,47 mm, weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 0,44 bis 0,46 mm aufweisen.
Die Teilchengröße (z. B. d10-, d50-, und d90-Wert) der Kerne und der Kern-Hülle-Partikel wird nach DIN 66165-2, F und DIN ISO 3310-1 bestimmt. Die Teilchengröße der Partikel (b1 ) wird mittels Laserbeugung bestimmt.
Vorzugsweise ist das Bindemittel (b2) ein organisches oder anorganisches Bindemittel oder einer Mischung aus organischem oder anorganischem Bindemittel und das Bindemittel ist, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bindemitteln auf Polymer-Basis, Wasserglas-Basis, Phenol-Formaldehyd-Harzen, Polyurethan-Bindemittel härtbar nach dem sog. Cold Box Verfahren, Polyurethan-Bindemittel mit Tetraethylsilikat (TEOS) und/oder Pflanzenölestern (vorzugsweise Methyl- oder Butylester) als Lösemittel, Zwei-Komponenten-Systemen, die eine freie Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) enthaltende Polyolkomponente (bevorzugt ein Phenolharz) und ein Polyisocyanat als Reaktions- partner umfassen, Polysaccharide und Stärke.
Freie Hydroxylgruppen bedeutet bei den oben beschriebenen Zwei-Komponenten- Systemen, dass die Hydroxylgruppen nicht verethert sind. Bevorzugte als Polyolkomponente einsetzbare Phenolharze sind ortho-kondensierte phenolische Resole (auch als Benzyletherharze bezeichnet) wie z. B. in EP 1 057 554 B1 beschrieben. Der Begriff „ortho-kondensiertes phenolisches Resol" bzw. Benzyletherharz umfasst gemäß dem üblichen fachmännischen Verständnis auch Verbindungen mit der Struktur gemäß dem Lehrbuch„Phenolic Resins: A Century of progress" (Herausgeber: L. Pilato, Verlag: Springer, Jahr der Veröffentlichung: 2010) Seite 477, Figur 18.22 sowie Verbindungen, die gemäß dem VDG-Merkblatt R 305„Urethan-Cold-Box-Verfahren" (Februar 1998) als „Benzyletherharz (Ortho-Phenol-Resol)" bezeichnet werden bzw. unter die in Absatz 2.2 angegebene Formel für Benzyletherpolyole fallen.
Unter den Zwei-Komponenten-Systemen, die eine freie Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) enthaltende Polyolkomponente (bevorzugt ein Phenolharz) und ein Polyisocyanat als Reaktionspartner umfassen, sind Cold-Box-Bindemittel bevorzugt. Cold-Box-Bindemittel sind Bindemittel, deren Aushärtung durch in Nebel- oder Dampfform zugeführte tertiäre Amine als Katalysator erfolgt („Begasung").
Erfindungsgemäß bevorzugt sind organischen Bindemittel, vorzugsweise Cold-Box- Bindemittel, wobei das Aushärten des Cold-Box-Bindemittels durch Begasung mit einem organischen Amin erfolgt. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein schüttfähiges Füllmaterial zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend oder bestehend aus einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln. Ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial ist bevorzugt, umfassend oder bestehend aus einer Mischung aus erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln und Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit, wobei es sich bei den Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit nicht um die Partikel (b1 ) der Kern-Hülle-Partikeln handelt. Die Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit weisen vorzugsweise einen d10-Wert von mehr als 0,045 mm auf. Bei den Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit handelt es sich um Partikel, die im schüttfähigen Füllmaterial nicht mittels eines Bindemittels an die erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel oder an die Kerne (a) der Kern-Hülle- Partikel gebunden sind. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass Speiser besonders gute Isolationseigenschaften und dadurch einen positiven Einfluss auf die Lunkerbildung haben und dabei eine sehr gute Temperaturbeständigkeit besitzen, wenn das erfindungsgemäße schüttfähige Füllmaterial Mischungen aus erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln mit Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit enthält. Hierbei ist ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial bevorzugt, bei dem der Anteil der Partikel bestehend aus oder enthaltend Cordierit 10 bis 60 %, bevorzugt 20 bis 50 %, besonders bevorzugt 25 bis 40 % beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht von erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln und Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit. Es hat sich gezeigt, dass erfindungsgemäße schüttfähige Füllmaterialien mit diesen Anteilen an Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit besonders gute Eigenschaften aufweisen.
Ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial ist bevorzugt, bei dem die Partikel bestehend aus oder enthaltend Cordierit eine mittlere Korngröße im Bereich von 0, 1 bis 0,4 mm haben, bestimmt mittels DIN 66165-2, F und DIN ISO 3310-1.
In einer bevorzugten Ausgestaltung haben die Partikel bestehend aus oder enthaltend Cordierit a) einen d10-Wert von größer gleich 0,05 mm und einen d90-Wert von kleiner gleich 0,60 mm und/oder b) einen c!50-Wert von 0, 13 mm bis 0,4 mm, vorzugsweise 0, 18 mm bis 0,32 mm.
Ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial mit einer Schüttdichte von weniger als 0,8 g/cm3 ist bevorzugt, vorzugsweise mit einer Schüttdichte von weniger als 0,7 g/cm3, besonders bevorzugt mit einer Schüttdichte von weniger als 0,6 g/cm3. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln oder eines erfindungsgemäßen schüttfähigen Füllmaterials mit folgenden Schritten:
Bereitstellen von Kernen (a), die jeweils einen oder mehrere Hohlräume und eine diese Hohlräume umschließende Wandung besitzen, wobei die Kerne (a) einen d50-Wert im Bereich von 0,15 bis 0,45 mm aufweisen,
Bereitstellen von Partikeln (b1 ) umfassend oder bestehend aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus calciniertem Kaolin oder Cordierit, wobei die Partikel (b1 ) eine d10-Wert von minimal 0,05 μιη und einen d90-Wert von maximal 45 μιη aufweisen, - Kontaktieren der Kerne (a) mit den Partikeln (b1 ) in Gegenwart eines Bindemittels (b2), so dass Partikel (b1 ) an Kerne (a) und aneinander gebunden werden und einzelne oder sämtliche Kerne (a) umhüllt werden,
Aushärten und/oder Trocknen des Bindemittels.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden zu- nächst die Kerne (a) mit dem Bindemittel (b2) benetzt und anschließend werden die Partikel (b1 ) zu den mit dem Bindemittel (b2) benetzten Kernen (a) gegeben, sodass Partikel (b1 ) an Kerne (a) und aneinander gebunden werden und einzelne oder sämtliche Kerne (a) umhüllen.
Ebenfalls bevorzugt ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen schüttfä- higen Füllmaterials zusätzlich enthaltend den folgenden Schritt: Mischen der hergestellten Kern-Hülle-Partikel mit Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit, wobei es sich bei den Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit nicht um die Partikel (b1 ) der Kern-Hülle-Partikeln handelt.
Ein weiterer Aspekt im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung betrifft eine form- bare Zusammensetzung zur Herstellung von Speisern, bestehend aus oder umfassend: erfindungsgemäße Kern-Hülle-Partikel oder ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial sowie ein Bindemittel zum Binden der Kern-Hülle-Partikel bzw. des schüttfähigen Füllma- terials.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine formbare Zusammensetzung, wobei das Bindemittel ein organisches oder anorganisches Bindemittel oder einer Mischung aus organischem oder anorganischem Bindemittel ist und das Bindemittel vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bindemitteln auf Polymer-Basis, Wasserglas-Basis, Phenol- Formaldehyd-Harzen, Polyurethan-Bindemittel härtbar nach dem sog. Cold Box Verfahren, Polyurethan-Bindemittel mit Tetraethylsilikat (TEOS) und/oder Pflanzenölestern (vorzugsweise Methyl- oder Butylester) als Lösemittel, Zwei-Komponenten-Systemen, die eine freie Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) enthaltende Polyolkomponente (bevorzugt ein Phenolharz) und ein Polyisocyanat als Reaktionspartner umfassen, Polysaccharide und Stärke.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße formbare Zusammensetzung einen Anteil an Bindemittel von 5 bis 25 %, bevorzugt 7 bis 20 %, besonders bevorzugt 9 bis 17 % auf, bezogen auf das Gesamtgewicht von erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln und Cordierit in der formbaren Zusammensetzung.
Ein weiterer Aspekt im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung betrifft einen Speiser umfassend erfindungsgemäße Kern-Hülle-Partikel gebunden durch ein ausgehärtetes und/oder getrocknetes Bindemittel. Vorzugsweise ist das Bindemittel ein organisches oder anorganisches Bindemittel oder einer Mischung aus organischem oder anorganischem Bindemittel und das Bindemittel ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bindemitteln auf Polymer- Basis, Wasserglas-Basis, Phenol-Formaldehyd-Harzen, Polyurethan-Bindemittel härtbar nach dem sog. Cold Box Verfahren, Polyurethan-Bindemittel mit Tetraethylsilikat (TEOS) und/oder Pflanzenölestern (vorzugsweise Methyl- oder Butylester) als Lösemittel, Zwei- Komponenten-Systemen, die eine freie Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) enthaltende Polyolkomponente (bevorzugt ein Phenolharz) und ein Polyisocyanat als Reaktionspartner umfassen, Polysaccharide und Stärke. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Speiser, umfassend eine Mischung aus erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln und Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit, gebunden durch ein ausgehärtetes und/oder getrocknetes Bindemittel.
Besonders bevorzugt sind erfindungsgemäße Speiser, wobei der Anteil der Partikel bestehend aus oder enthaltend Cordierit 10 bis 60 %, bevorzugt 20 bis 50 %, besonders bevorzugt 25 bis 40 % beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht von erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln und Partikeln bestehend aus oder enthaltend Cordierit.
Ebenfalls erfindungsgemäß bevorzugt sind Speiser mit einer Dichte von weniger als 1 ,0 g/cm3, bevorzugt von weniger als 0,8 g/cm3, besonders bevorzugt von weniger als 0,7 g/cm3. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein Speiser besonders bevorzugt, wobei der Speiser ein isolierender Speiser ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei der der Speiser ein isolierender Speiser ist, beträgt der maximale Anteil an leicht oxidierbaren Metallen und Oxidationsmittel maximal 5 Gew.-%, vorzugsweise maximal 2,5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Speisers. Ganz besonders bevorzugt enthält ein erfindungsgemäßer isolierender Speiser keine leicht oxidierbaren Metalle und Oxidationsmittel. Unter leicht oxidierbaren Metallen werden im Rahmen diese Erfindung Aluminium, Magnesium oder Silizium oder entsprechende Metalllegierungen verstanden. Unter Oxidationsmitteln werden Mittel Verstanden, die die leicht oxidierbaren Metalle oxidieren können, mit der Ausnahme von Sauerstoff. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein Speiser besonders bevorzugt, wobei der Speiser ein Speiser für den Stahlguss und/oder Eisenguss ist.
Ein weiterer Aspekt im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung von erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln oder einem erfindungsgemäßen schüttfähigen Füllmaterial als isolierendes Füllmaterial zur Herstellung eines Speiser oder einer formbaren Zusammensetzung zur Herstellung eines Speisers.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Speisers für den Eisenguss oder Stahlguss.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise mehrere der vorstehend als bevorzugt bezeichneten Aspekte gleichzeitig verwirklicht; insbesondere bevorzugt sind die sich aus den beigefügten Ansprüchen ergebenden Kombinationen solcher Aspekte und der entsprechenden Merkmale.
Figur 1 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Anschliffes von erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln mit einem Kern aus Blähglas und einer Hülle aus calciniertem Kaolin.
In Figur 2 ist ein Aluminium-Elementverteilungsbild (Elementmapping) der rasterelektro- nenmikroskopischen Aufnahme aus Figur 1 abgebildet. Die hell dargestellten Bereiche enthalten Aluminium. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass die aluminiumenthaltenden Hülle-Partikel (b1 ) um den Kern (a) angeordnet sind.
Figur 3 zeigt ein Silicium-Elementverteilungsbild (Elementmapping) der rasterelektro- nenmikroskopischen Aufnahme aus Figur 1. Die hell dargestellten Bereiche enthalten Silicium. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass sowohl die Kern-Partikel aus Blähglas (Si02) als auch die Hülle-Partikel Silicium enthalten.
Figur 4 zeigt die Fotographie eines aufgeschnittenen Würfel-Gussstücks mit Restspeiser zu den in den Beispielen näher beschriebenen Würfel versuchen. Das Gussstück wurde unter Verwendung eines gemäß Ausführungsbeispiel 9 hergestellten Speisers gegossen. Die tiefste Stelle des Lunkers befindet sich 3 mm im Gussstück. Dies ergibt eine Lunkertiefe von -3 mm. Figur 5 zeigt die Fotographie eines aufgeschnittenen Würfel-Gussstücks mit Restspeiser zu den in den Beispielen näher beschriebenen Würfel versuchen. Das Gussstück wurde unter Verwendung eines gemäß Ausführungsbeispiel 10 hergestellten Speisers gegossen. Die tiefste Stelle des Lunkers befindet sich 18 mm oberhalb des Gussstücks im Restspeiser. Dies ergibt eine Lunkertiefe von +18 mm.
Figur 6 zeigt die Fotographie eines aufgeschnittenen Würfel-Gussstücks mit Restspeiser zu den in den Beispielen näher beschriebenen Würfel versuchen. Das Gussstück wurde unter Verwendung eines gemäß Vergleichsbeispiel 3 hergestellten Speisers gegossen. Die tiefste Stelle des Lunkers befindet sich 8 mm im Gussstück. Dies ergibt eine Lunkertiefe von -8 mm.
Figur 7 zeigt die Fotographie eines aufgeschnittenen Würfel-Gussstücks mit Restspeiser zu den in den Beispielen näher beschriebenen Würfel versuchen. Das Gussstück wurde unter Verwendung eines gemäß Vergleichsbeispiel 4 hergestellten Speisers gegossen. Die tiefste Stelle des Lunkers befindet sich 26 mm im Gussstück. Dies ergibt eine Lunkertiefe von -26 mm.
Figur 8 zeigt die Fotographie eines aufgeschnittenen Würfel-Gussstücks mit Restspeiser zu den in den Beispielen näher beschriebenen Würfel versuchen. Das Gussstück wurde unter Verwendung eines gemäß Vergleichsbeispiel 5 hergestellten Speisers gegossen. Die tiefste Stelle des Lunkers befindet sich 7 mm im Gussstück. Dies ergibt eine Lunkertiefe von -7 mm.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und Figuren näher erläutert:
A Herstellung erfindungsgemäßer Kern-Hülle-Partikel (Schüttgut):
Ausführungsbeispiel 1
In einem Mischer des Typs BOSCH Profi 67 werden als Trägermaterial 664 g Bläglas Liaver (Standard-Korngröße 0, 1 bis 0,3 mm; Liaver GmbH und Co. KG) vorgelegt und mit 72 g Cold-Box-Binder (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) gleichmäßig benetzt. 136 g calciniertes Kaolin (d50-Wert = 1 ,4 μιη, d10-Wert = 0,4 μm, d90-Wert = 7 μm) werden zugegeben und das Ganze homogen gemischt. Schließlich werden zur Aushärtung des Binders ca. 0,5 mL Dimethylpropylamin zugesetzt. Nach wenigen Sekunden liegen die gebildeten Kern-Hülle-Partikel als Schüttgut zur weiteren Verwendung vor.
Ausführungsbeispiel 2
In einem Mischer des Typs BOSCH Profi 67 werden als Trägermaterial 640 g Bläglas Liaver (Standard-Korngröße 0,25 bis 0,5 mm; Liaver GmbH und Co. KG) vorgelegt und mit 72 g Cold-Box-Binder (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) gleichmäßig benetzt. 160 g calciniertes Kaolin (d50-Wert = 1 ,4 μm, d10-Wert = 0,4 μm, d90-Wert = 7 μm) werden zugegeben und das Ganze homogen gemischt. Schließlich werden zur Aushärtung des Binders ca. 0,5 mL Dimethylpropylamin zugesetzt. Nach wenigen Sekunden liegen die gebildeten Kern-Hülle-Partikel als Schüttgut zur weiteren Verwendung vor.
Ausführungsbeispiel 3
In einem Mischer des Typs BOSCH Profi 67 werden als Trägermaterial 664 g Poraver- Schaumglas (Standard-Korngröße 0, 1-0,3; Dennert Poraver GmbH) vorgelegt und mit 72 g Cold-Box-Binder (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) gleichmäßig benetzt. 136 g calciniertes Kaolin (d50-Wert = 1 ,4 μm, d10-Wert = 0,4 μm, d90-Wert = 7 μm) werden zugegeben und das Ganze homogen gemischt. Schließlich werden zur Aushärtung des Binders ca. 0,5 mL Dimethylpropylamin zugesetzt. Nach wenigen Sekunden liegen die gebildeten Kern-Hülle-Partikel als Schüttgut zur weiteren Verwendung vor.
Ausführungsbeispiel 4
In einem Mischer des Typs BOSCH Profi 67 werden als Trägermaterial 640 g Poraver- Schaumglas (Standard-Korngröße 0,25-0,5; Dennert Poraver GmbH) vorgelegt und mit 72 g Cold-Box-Binder (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) gleichmäßig benetzt. 160 g calciniertes Kaolin (d50-Wert = 1 ,4 μm, d10-Wert = 0,4 μm, d90-Wert = 7 μm) werden zugegeben und das Ganze homogen gemischt. Schließlich werden zur Aushärtung des Binders ca. 0,5 mL Dimethylpropylamin zugesetzt. Nach wenigen Sekunden liegen die gebildeten Kern-Hülle-Partikel als Schüttgut zur weiteren Verwendung vor.
B Herstellung von vergleichenden Kern-Hülle-Partikel (nicht erfindungsgemäß): Vergleichsbeispiel 1 (nicht erfindungsgemäß) In einem Mischer des Typs BOSCH Profi 67 werden als Trägermaterial 700 g Poraver (Standard-Korngröße 0,1 -0,3; Dennert Poraver GmbH) vorgelegt und mit 120 g Cold-Box- Binder (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) gleichmäßig benetzt. 300 g Siliziumcarbidpulver (d50-Wert für Korngröße: < 5μιη) werden zugegeben und das Ganze homogen gemischt. Schließlich werden zur Aushärtung des Binders ca. 0,5 ml Dimethylpropylamin zugesetzt. Nach wenigen Sekunden liegen die gebildeten Kern-Hülle-Partikel als Schüttgut zur weiteren Verwendung vor.
Vergleichsbeispiel 2 (nicht erfindungsgemäß)
Als Trägerkern werden in einem geeigneten Mischer des Typs BOSCH Profi 67 als Trägermaterial 560 g Poraver (Standard-Korngröße 0, 1-0,3; Dennert Poraver GmbH) und mit 72 g Cold-Box-Binder (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) gleichmäßig benetzt. 240 g Aluminiumoxidpulver (d 50- Wert für Korngröße: ca. 12 μm) werden zugegeben und das Ganze homogen gemischt. Schließlich werden zur Aushär- tung des Binders ca. 0,5 ml Dimethylpropylamin zugesetzt. Nach wenigen Sekunden liegen die gebildeten Kern-Hülle-Partikel als Schüttgut zur weiteren Verwendung vor.
C Herstellung von Speisermassen sowie Speiserkappen und sonstigen Profilkörpern:
Ausführungsbeispiel 5 Die nach Ausführungsbeispiel 1 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden mit Cold-Box- Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homogen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin.
Ausführungsbeispiel 6
Die nach Ausführungsbeispiel 2 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden mit Cold-Box- Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homo- gen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin.
Ausführungsbeispiel 7
Die nach Ausführungsbeispiel 3 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden mit Cold-Box- Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homogen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin. Ausführungsbeispiel 8
Die nach Ausführungsbeispiel 4 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden mit Cold-Box- Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homo- gen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin.
Ausführungsbeispiel 9 Die nach Ausführungsbeispiel 1 und 2 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden in einem Gewichtsverhältnis von 4 : 3 homogen gemischt. Die erhaltene Mischung wird mit Cold- Box-Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homogen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin.
Ausführungsbeispiel 10
Die nach Ausführungsbeispiel 1 und 2 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden in einem Gewichtsverhältnis von 4 : 3 homogen gemischt homogen gemischt. Die erhaltene Mi- schung wird mit Partikeln bestehend aus Cordierit (Standard-Korngröße < 0,5 mm; Ceske lupkove zävody, a.s.) homogen gemischt, wobei ein Gewichtsverhältnis aus Kern-Hülle- Partikeln zu Partikeln bestehend aus Cordierit von 7 : 3 resultiert. Diese Mischung wird mit Cold-Box-Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homogen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin.
Vergleichsbeispiel 3 (nicht erfindungsgemäß) Die nach Vergleichsbeispiel 1 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden mit Cold-Box- Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homogen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin. Vergleichsbeispiel 4 (nicht erfindungsgemäß)
Die nach Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden mit Cold-Box- Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homo- gen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin.
Vergleichsbeispiel 5 (nicht erfindungsgemäß)
445 g der nach Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Kern-Hülle-Partikel werden mit 250 g Aluminium (Al-Sprühgrieß mit einer Körnung von < 0,2 mm), 60 g Eisenoxid , 220 g Kaliumnitrat (rieselfähige Handelsware; Körnung unter 2 mm) und 25 g Zündmittel sowie Cold-Box-Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 7241 mit einem Verhältnis aus Aktivator 6324 : Gasharz 7241 von 1 : 1 ) homogen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und ande- re Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Begasen mit Dimethylpropylamin.
D Würfelversuche:
Speiserkappen gemäß den Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen aus Ab- schnitt C wurden mit sogenannten Würfelversuchen auf ihre anwendungstechnische Brauchbarkeit überprüft. In diesen Versuchen soll ein Gussteil in Form eines Würfels bei Verwendung einer modulgerechten Speiserkappe lunkerfrei sein.
Eine sicherere Dichtspeisung konnte für sämtliche Ausführungsformen nachgewiesen werden. In den jeweiligen Restspeisern (oberhalb der Würfel) wurde bei den Ausfüh- rungsbeispielen jeweils ein gegenüber den Vergleichsbeispielen verbessertes Lunkerverhalten festgestellt. Die ermittelten Lunkertiefen sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben. Ein negativer Wert der Lunkertiefe bedeutet, dass der Lunker sich zumindest Teilweise im Gussstück befindet, während ein positiver Wert der Lunkertiefe bedeutet, dass der Lunker in dem jeweiligen Restspeisern ausgebildet ist. Die entsprechenden Würfel-Gussstücke mit Restspeisern sind in den Abbildungen 4 bis 8 abgebildet.
Figure imgf000022_0001

Claims

Ansprüche:
1. Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend
(a) einen Kern, der einen oder mehrere Hohlräume und eine diese Hohlräume umschließende Wandung besitzt, wobei der Kern (a) einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,15 bis 0,45 mm aufweist,
(b) eine den Kern einschließende Hülle bestehend aus oder umfassend
(b1 ) Partikel umfassend oder bestehend aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus calciniertem Kaolin oder Cordierit, wobei die Partikel (b1 ) einen d10-Wert von minimal 0,05 μιη und einen d90- Wert von maximal 45 μm aufweisen sowie
(b2) ein Bindemittel, welches die Partikel (b1 ) aneinander und an den Kern (a) bindet.
2. Kern-Hülle-Partikel nach Anspruch 1 , wobei der Kern (a) Glas enthält oder aus Glas besteht, insbesondere Blähglas oder Schaumglas.
3. Kern-Hülle-Partikel nach Anspruch 1 , wobei
der Kern (a) Siliciumdioxid und Aluminiumoxid enthält, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen Siliciumdioxid und Aluminiumoxid bevorzugt 27: 1 oder mehr beträgt, vorzugsweise 30: 1 oder mehr beträgt, weiter bevorzugt 45: 1 oder mehr beträgt, in den Partikeln (b1 ) das Gewichtsverhältnis zwischen Siliciumdioxid und Aluminiumoxid im Bereich von 1 :1 bis 1 : 1 ,6 liegt.
4. Kern-Hülle-Partikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
(i) die Kern-Hülle-Partikel einen d10-Wert im Bereich von 0, 1 mm bis 0,2 mm und einen d90-Wert im Bereich von maximal 0,30 mm bis 0,40 mm aufweisen, wobei vorzugsweise die Kern-Hülle-Partikel eine mittlere Korngröße d50 von 0,2 mm bis 0,3 mm aufweisen, vorzugsweise eine mittlere Korngröße d50 von 0,22 mm bis 0,27 mm, weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 0,24 mm bis 0,26 mm aufweisen oder
(ii) die Kern-Hülle-Partikel einen d 10-Wert im Bereich von 0,30 mm bis 0,40 mm und einen d90-Wert im Bereich von ,0,50 mm bis 0,60 mm aufweisen, wobei vorzugsweise die Kern-Hülle-Partikel eine mittlere Korngröße d50 von 0,4 mm bis 0,5 mm aufweisen, vorzugsweise eine mittlere Korngröße d50 von 0,42 mm bis 0,47 mm, weiter bevorzugt eine mittlere Korngröße d50 von 0,44 mm bis 0,46 mm aufweisen.
5. Schüttfähiges Füllmaterial zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend oder bestehend aus einer Vielzahl von Kern- Hülle-Partikeln nach einem der vorangehenden Ansprüche.
6. Verfahren zur Herstellung von Kern-Hülle-Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder eines schüttfähigen Füllmaterials nach Anspruch 5 mit folgenden Schritten:
Bereitstellen von Kernen (a), die jeweils einen oder mehrere Hohlräume und eine diese Hohlräume umschließende Wandung besitzen, wobei die Kerne (a) einen d50-Wert im Bereich von 0, 15 bis 0,45 mm aufweisen,
Bereitstellen von Partikeln (b1 ) umfassend oder bestehend aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus calciniertem Kaolin oder Cordierit, wobei die Partikel (b1 ) eine d10-Wert von minimal 0,05 μm und einen d90- Wert von maximal 45 μm aufweisen, Kontaktieren der Kerne (a) mit den Partikeln (b1 ) in Gegenwart eines Bindemittels (b2), so dass Partikel (b1 ) an Kerne (a) und aneinander gebunden werden und einzelne oder sämtliche Kerne (a) umhüllt werden,
Aushärten und/oder Trocknen des Bindemittels.
7. Formbare Zusammensetzung zur Herstellung von Speisern, bestehend aus oder umfassend:
Kern-Hülle-Partikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder ein schüttfähiges Füllmaterial nach Anspruch 5
sowie
ein Bindemittel zum Binden der Kern-Hülle-Partikel bzw. des schüttfähigen Füllmaterials.
8. Speiser umfassend Kern-Hülle-Partikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebunden durch ein Bindemittel.
9. Verwendung von Kern-Hülle-Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder einem schüttfähigen Füllmaterial nach Anspruch 5 als isolierendes Füllmaterial zur Herstellung eines Speiser oder einer formbaren Zusammensetzung zur Herstellung eines Speisers.
10. Verwendung eines Speisers nach Anspruch 8 für den Eisen- und Stahlguss.
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