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WO2022013129A1 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ARTIKELS ZUR VERWENDUNG IN DER GIEßEREIINDUSTRIE, ENTSPRECHENDE FORM, KERN, SPEISERELEMENT ODER FORMSTOFFMISCHUNG SOWIE VORRICHTUNGEN UND VERWENDUNGEN - Google Patents

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ARTIKELS ZUR VERWENDUNG IN DER GIEßEREIINDUSTRIE, ENTSPRECHENDE FORM, KERN, SPEISERELEMENT ODER FORMSTOFFMISCHUNG SOWIE VORRICHTUNGEN UND VERWENDUNGEN Download PDF

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WO2022013129A1
WO2022013129A1 PCT/EP2021/069276 EP2021069276W WO2022013129A1 WO 2022013129 A1 WO2022013129 A1 WO 2022013129A1 EP 2021069276 W EP2021069276 W EP 2021069276W WO 2022013129 A1 WO2022013129 A1 WO 2022013129A1
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WO
WIPO (PCT)
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liquid component
weight
ingredients
amounts
component
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2021/069276
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English (en)
French (fr)
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Azghar MUNSHI
René VARGOVIC
Lukas Mirko REINOLD
Maria SCHWEINEFUSS
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.)
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Publication date
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Priority to JP2023502980A priority patent/JP2023534489A/ja
Priority to EP21749111.7A priority patent/EP4182107A1/de
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Priority to KR1020237005630A priority patent/KR20230128259A/ko
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    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/06—Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
    • C04B40/0641—Mechanical separation of ingredients, e.g. accelerator in breakable microcapsules
    • C04B40/065—Two or more component mortars
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    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00939—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for the fabrication of moulds or cores

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an article for use in the foundry industry selected from the group consisting of moulds, cores, feeder elements and molding material mixtures. Further details of the method according to the invention result from the appended patent claims and from the following description.
  • the present invention also relates to corresponding moulds, cores, feeder elements and molding material mixtures.
  • the present invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention and a corresponding use of a device according to the invention for carrying out a method according to the invention.
  • the present invention also relates to the use of a liquid component comprising aluminations dissolved in the aqueous phase as the second liquid component of a curable binder system to increase the moisture resistance of a molded article containing a basic molding material bound by the cured binder system.
  • the present invention also relates to the use of a liquid component comprising aluminations dissolved in the aqueous phase for the production of an article according to a method according to the invention.
  • the invention also relates to the use of a component comprising particulate amorphous silicon dioxide, a first liquid component and a second liquid component for producing a binder.
  • Lost-mould casting is a common process for producing near-net-shape components. After casting, the mold is destroyed and the casting is removed. Lost molds are casting molds and therefore negatives, they contain the cavity to be poured, which results in the casting to be manufactured. The inner contours of the future casting are formed by cores. During the manufacture of the casting mold, the cavity is formed in the mold material using a model of the casting to be produced. Reference is made to the applicable statements in sections [0001] to [0005] of document DE 102017 107531 A1.
  • Document DE 10 2012 020 509 A1 discloses a mold material mixture for producing casting molds and cores for metal processing, comprising at least: a refractory mold base material; an inorganic binder and particulate amorphous S1O2 can be produced by thermal decomposition of ZrSi0 4 to ZrÜ2 and S1O2.
  • the mold material mixture contains an inorganic binder, e.g. B. on the basis of water glass may include.
  • Document DE 102013 111 626 A1 discloses a mold material mixture for producing molds or cores comprising at least: a refractory mold base material, water glass as a binder, particulate amorphous silicon dioxide and one or more powdered oxidic boron compounds. The document also discloses that the addition of boron compounds to the mold material mixture improves the moisture stability of the cores produced with them.
  • Document DE 10 2013 106 276 A1 discloses a mold material mixture for producing casting molds and cores for metal processing, comprising at least: a refractory mold base material; and particulate amorphous SiO2 and water glass as organic binder with a molar ratio [SiO 2 ]/[M 2 O] of 1.9 to 2.60, preferably 1.95 to 2.40 and particularly preferably 2 to 2.30.
  • Lithium compounds wherein the molar ratio [Li 2 0] / [M 2 0] or [Li 2 0a k tiv] / [M 2 0] in the molding mixture of 0.030 to 0.17, preferably 0.035 to 0.16 and especially preferably from 0.040 to 0.14.
  • the document also discloses that the addition of lithium compounds to the molding material mixture improves the moisture stability of the moldings produced therewith.
  • Document EP 1 802 409 B1 discloses a mold material mixture for the production of casting molds for metal processing, comprising at least: a refractory mold base material, a binder based on water glass, characterized in that a proportion of a particulate synthetic amorphous silicon dioxide is added to the mold material mixture; Section [0078] states that the addition of silane has a positive effect on the strength, especially with regard to the resistance to high atmospheric humidity.
  • Document EP 2 209 572 B1 discloses a mold material mixture for the production of casting molds for metal processing, comprising at least: a refractory mold base material, a binder based on water glass, a proportion of a particulate metal oxide, which is selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide and zinc oxide, with a proportion of at least one surfactant being added to the mold material mixture.
  • a simultaneous increase in hot strength and core weight can be observed through the addition of both amorphous silicon dioxide and surface-active substances, with cold strengths and moisture stability also being advantageous.
  • Document EP 2 104 580 B1 discloses a mold material mixture for the production of casting molds for metal processing, comprising at least: a refractory base mold material; a water glass based binder; a proportion of a particulate metal oxide selected from the group consisting of silica, alumina, titania and zinc oxide; wherein a carbohydrate is added to the mold material mixture.
  • Section [0112] of document EP 2 104 580 B1 discloses that the addition of carbohydrate compounds, in particular dextrin compounds, surprisingly leads to an improvement in hot strength; in addition, an improved shelf life of the cores produced is indicated. Molding material mixtures based on water glass are therefore already known from the prior art. It is also known that, starting from certain basic formulations, the addition of additives, in particular compounds containing lithium or boron, can improve the moisture resistance (moisture stability) of the moldings produced therewith.
  • lithium compounds and boron compounds in particular have been used in the production of shaped bodies with increased moisture stability.
  • lithium compounds In many cases, however, the use of lithium compounds is seen as problematic in the foundry industry due to the high costs involved and the limited availability. In many cases, the use of lithium compounds in molding material mixtures also leads to a deterioration in the cast surfaces of metal parts that are obtained when casting moldings (compared to an otherwise identical molding material mixture or an otherwise identical molding without lithium compounds); this manifests itself in particular in penetrations or sand adhesions.
  • boron-containing compounds in mold material mixtures is also increasingly viewed as disadvantageous in the foundry industry, since boron compounds (eg borax) are classified as toxic to reproduction. There is therefore a particular need in the foundry industry for molding material mixtures from which moldings (casting moulds, cores or feeder elements) can be produced which have good moisture resistance and whose components contain no or at most extremely small amounts of lithium- or boron-containing compounds.
  • boron compounds eg borax
  • molding material mixtures from which moldings (casting moulds, cores or feeder elements) can be produced which have an even more advantageous moisture resistance than the molding material mixtures made from the known lithium compounds or boron compounds containing molding material mixtures (casting moulds, cores or feeder elements).
  • the present invention relates to: a method for manufacturing an article for use in the foundry industry, selected from the group consisting of moulds, cores, feeder elements and molding material mixtures,
  • Moulds, cores, feeder elements or molding material mixtures for use in foundries a device in a foundry for the production of an article selected from the group consisting of moulds, cores, feeder elements and molding material mixtures, the use of a device for carrying out a method according to the invention, the use of a liquid component comprising dissolved alumina as the liquid component of a hardenable binder system to increase the moisture resistance of a molded body, the use of a liquid component comprising dissolved alumina to produce an article for use in the foundry industry, selected from the group consisting of moulds, cores, feeder elements and Molding mixtures, and the use of a component comprising particulate amorphous silicon dioxide, a first liquid component and a second liquid component for the production of a binder.
  • Particular embodiments, aspects or properties that are described in connection with one of these categories or are designated as preferred also apply correspondingly or analogously to the other categories, and vice versa.
  • the above-mentioned tasks and problems are solved by a method for producing an article for use in the foundry industry, selected from the group consisting of moulds, cores, feeder elements and molding material mixtures, with the following steps:
  • (S1) producing or providing a binder system which comprises three spatially separate containers as components: - a component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide, a first liquid component (B) comprising water glass, and a second liquid component (C), comprising aluminations dissolved in the aqueous phase, (S2) contacting a basic molding material (D) and ingredients of all of the aforesaid
  • Components (A), (B) and (C) of the binder system in predetermined proportions in one or more steps, resulting in a mold material mixture in which the alumina and the particulate amorphous silicon dioxide are completely or partially mixed into the water glass, wherein steps (S1) and (S2) are carried out in a plant for the production of molding material mixtures.
  • the method according to the invention comprises steps (S1) and (S2) defined above, and optionally further steps, and leads to an article for use in the foundry industry, selected from the group consisting of moulds, cores, feeder elements and molding material mixtures. It goes without saying that in particular for the production of an article selected from the group consisting of moulds, cores and feeder elements, further specific steps are preferably carried out in addition to the steps (S1) and (S2) defined above. Corresponding configurations of the method according to the invention with preferred additional steps are described further below.
  • a first preferred embodiment of the method according to the invention is therefore a method for producing an article for use in the foundry industry, selected from the group consisting of molding material mixtures, with the following steps:
  • a binder system which comprises three spatially separate containers as components: a component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide, a first liquid component (B) comprising water glass, and a second liquid component (C) comprising aluminations dissolved in the aqueous phase,
  • a method of making an article for use in the foundry industry is selected from the group consisting of molding mixtures of steps (S1) and (S2).
  • Document DE 10 2012 020 509 A1 discloses that water glasses can also contain polyvalent ions, such as e.g. B. boron or aluminum; in this context, reference is made to document EP 2 305603 A1.
  • Document DE 10 2013 106 276 A1 discloses in section [0052] that binders based on water glass can also contain polyvalent ions, such as e.g. B. boron or aluminum; in this context, reference is made to document EP 2 305 603 A1.
  • Document EP 2 305 603 A1 discloses a process for the production of clear, aqueous solutions of silicates (water glasses) that can be stored at 20° C. for at least six months.
  • Document EP 3 225 327 A1 discloses a powder composition comprising sodium silicate.
  • Document DE 197 38 373 C2 discloses a molding compound. It refers to document EP 0 763 506 A1, from which a molding composition is known which consists of expanded glass granules to which a water glass aluminum hydroxide suspension is added as a binder.
  • Document EP 2921 243 A1 describes a binder containing water glass with a proportion of a particulate metal oxide from a list comprising aluminum oxide.
  • DE 10 2012 020 510 A1 relates to a mold material mixture for the production of casting molds and cores for metal processing, comprising at least one refractory base mold material; an inorganic binder and particulate amorphous S1O2 can be produced by oxidation of metallic silicon using an oxygen-containing gas.
  • the inorganic binder can at least one water-soluble phosphate glass, a water-soluble borate and/or water glass, and in particular a water glass with a molar modulus S1O2/M2O of 1.6 to 4.0, preferably 2.0 to less than 3.5, with M equal to lithium or sodium and/or potassium.
  • water glass binders those based on water-soluble phosphate glasses and/or borates can also be used, as they are described, for. B. in US 5,641, 015 described.
  • the preferred phosphate glasses have a solubility in water of at least 200 g/L, preferably at least 800 g/L and contain between 30 and 80 mol% P2O5, between 20 and 70 mol% L12O, Na2 ⁇ D or K2O, between 0 and 30 mol% of CaO, MgO or ZnO, and from 0 to 15 mol% AI2O3, Fe 2 03 or B2O3.
  • the particularly preferred composition is 58-72% by weight P2O5, 28 to 42 wt .-% Na 2 0 and 0 to 16 wt .-% CaO.
  • the phosphate anions are preferably present as chains in the phosphate glasses.
  • DE 10 2012 020 510 A1 does not disclose that when water-soluble phosphate glass and water glass are used at the same time, the water-soluble phosphate glass contains aluminate ions.
  • aluminations as part of the binder system in the method according to the invention leads to an improvement in the moisture stability of moulds, cores and feeder elements. Also surprisingly, when these molds and cores are cast, in particular when these molds and cores are cast with molten aluminum or molten aluminum-containing alloys, a particularly high-quality cast surface of the components or aluminum components obtained results.
  • a binder system used in the process according to the invention consists of at least the three components (A), (B) and (C) mentioned; in step (S1) of the process according to the invention, these three components (A), (B) and (C) of the binder system are present in containers which are spatially separate from one another.
  • pillate or “particulate” mean a solid powder (including dust) or granules; preferably a pourable and thus sieveable powder or granules.
  • Both synthetically produced and naturally occurring types can be used as particulate amorphous silicon dioxide.
  • the latter are e.g. B. from DE 10 2007 045 649 known, but they are not preferred because they often contain not inconsiderable crystalline fractions and are therefore classified as carcinogenic.
  • the particulate amorphous silica comprises particles (particles) in the form of dust.
  • the particulate amorphous silicon dioxide preferably comprises particles with a median particle size distribution of less than 20 ⁇ m, more preferably particles with a median particle size distribution of 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m, most preferably particles with a median particle size distribution in the range of 0.1 ⁇ m to 1.5 ⁇ m, determined in each case by means of laser scattering as described in Example 1 below with reference to Example 2.
  • amorphous silica is the target product of a chemical reaction process designed to engineer the synthesis of amorphous silica or is a by-product of a chemical reaction process designed to engineer the synthesis of a target product other than amorphous silica .
  • liquid component includes in particular substances or mixtures of substances that are free-flowing at 20° C. and 1013.25 mbar and comprise a liquid phase; in addition to liquids, including liquid solutions (solutes in a liquid solvent), the term also includes suspensions of particulate substances in a liquid continuous phase.
  • water glass is present as a dissolved component of a liquid component; it can be produced, for example, by dissolving vitreous sodium and potassium silicates in an autoclave, or from lithium silicates in a hydrothermal process.
  • Water glass contains (arithmetically) proportions of silicon dioxide and alkali metal oxide, the ratio of which is referred to as the water glass modulus.
  • water glass can be used which contains one, two or more of the alkali metal ions mentioned and/or one or also one or more multivalent cations such as, for example, aluminum ions. In many cases it is preferred if the water glass is essentially free of lithium ions.
  • a mold material mixture within the meaning of the present invention comprises a basic mold material as one of several components.
  • the basic molding material is preferably a refractory basic molding material.
  • refractory in the present text refers to masses, materials and minerals that can withstand the temperature stress during casting or during the solidification of molten iron, mostly cast iron, at least for a short time.
  • Natural and artificial basic molding materials for example quartz, zirconium or chrome ore sand, olivine, vermiculite, bauxite or fireclay, are suitable as basic molding material.
  • the "contacting" of a mold base (D) and ingredients of all of said components (A), (B) and (C) of the binder system begins as soon as the mold base (D) is brought into contact with the first of the other components and ends, if a mold material mixture with the components or ingredients mentioned is present.
  • the method according to the invention is suitable for the production of shaped bodies customary for metal casting, ie for example for the production of cores, feeder elements and molds (casting molds).
  • the mold material mixture resulting in step (S2) is an intermediate product from which molds and/or cores and/or feeder elements are produced as end products. Molded bodies can also be produced particularly advantageously that have very thin-walled sections.
  • the molds, cores and feeder elements that can be produced as end products (from the mold material mixtures resulting in step (S2)) in the process according to the invention have particularly good moisture resistance.
  • lithium compounds and/or boron compounds are also contained in the mold material mixture resulting in step (S2).
  • the positive effect of lithium compounds in molding material mixtures on the moisture resistance of molds, cores or feeder elements made from them, as described in DE 10 2013 106 276, or the positive effect of boron compounds on the moisture resistance of molded bodies, as in DE 102013 111 626, are reinforced in such cases in the method according to the invention.
  • a method according to the invention with the advantages mentioned above is carried out wherever the person skilled in the art would use the water glass-based binder systems known from the prior art. Suitable areas of use relate to applications for aluminum casting as well as for iron, steel or brass casting.
  • the molding material mixtures resulting as an intermediate product in the process according to the invention are also used for the production of water glass-bonded feeders.
  • the process according to the invention gives molds and cores which, for many applications, have a particularly positive combination of properties of comparatively high moisture resistance (moisture stability) and comparatively high relative molding weight (mass based on the volume of a given body; cores are referred to as core weight).
  • moisture stability moisture resistance
  • relative molding weight masses based on the volume of a given body
  • core weight relative molding weight
  • a combination of moisture resistance, core weight and flexural strength that is particularly preferred in the field of the foundry industry is achieved in the molds and cores that can be produced as end products in the process according to the invention (from the mold material mixtures resulting in step (S2)).
  • the invention relates in particular and preferably to a method (as described above, preferably as described above as preferred) wherein in step (S2) the contacting of basic molding material (D) and ingredients of all of said components (A), (B) and (C) of the Binder system is carried out in predetermined proportions in one or more steps such that a quantity of the first liquid component (B) present as part of the binder system in step (S1) and/or a quantity of the second liquid component present as part of the binder system in step (S1).
  • step (C) and/or after separating, preferably filtering, the first liquid component (B) present as part of the binder system in step (S1) selected ingredients of the first liquid component (B) and/or after separating, preferably filtering, the in step (S1 ) present second liquid component (C) as part of the binder system lte ingredients of the first liquid component (C) when contacting in step (S2) is or are used.
  • a quantity of a component ((A), (B), or (C)) is understood in the context of the present text as a quantifiable (e.g. in terms of mass or volume) quantity of the respective component (in its respective container) in which the molar ratios of all chemical ingredients to each other correspond to the molar ratios of these ingredients to each other in the overall component.
  • a quantity of one component or liquid component is typically used if no separation process is carried out between the production or provision of the binder system in step (S1) and the contacting of the component or liquid component with a basic mold material in step (S2), i.e. in particular no filtration either .
  • a quantity of the first liquid component (B) present as part of the binder system in step (S1) or a quantity of the second liquid component (C) present as part of the binder system in step (S1) is or are used, means that in step (S2) ingredients of the first liquid component (B) or the second liquid component (C ) are used, but specifically quantities of the first liquid component (B) or quantities of the second liquid component (C) in each case as they are in step (S1) in a separate (spatially separate from the other containers) container as part of the binder system or result.
  • Both components are preferably used in step (S2) in the form in which they are present or result in step (S1) as part of the binder system; In this way, the process in the foundry can be carried out in a particularly efficient, resource-saving and particularly environmentally friendly manner.
  • the separation process is preferably filtration, in which case the filtrate is then particularly preferably used in the contacting in step (S2); depending on the requirements of the individual case, however, the person skilled in the art also considers other separation methods to be preferred.
  • step (S2) an amount of the first liquid component (B) present in step (S1) as part of the binder system or an amount of the second liquid component (C) present in step (S1) as part of the binder system and from the respective other component only selected ingredients (but not the full component as in step (S1) present as part of the binder system).
  • step (S2) means that predefined masses or volumes or amounts of substance are used for the individual components or ingredients (eg according to a recipe).
  • step (S2) the basic molding material is brought into contact with said components of the binder system in one or more steps means in particular that the basic molding material (D) is either simultaneously or not simultaneously with ingredients or amounts of components (A), (B) and ( C) is contacted, the ingredients or amounts of components (A),
  • (B) and (C) are contacted separately or not separately in a sequence dependent on the needs of the individual case, e.g. individually, together or together premixed with the basic molding material (D).
  • component (A) in many cases, preferably in connection with a layered structure of moldings, it is preferred if the basic molding material is first contacted with component (A) and only then, and at the same time or successively, with ingredients or quantities of the liquid components (B) and (C).
  • the basic molding material is first contacted with component (A); Amounts of liquid components (B) and (C) are mixed the resulting mixture is filtered; the mixture of ingredients of the liquid components (B) and resulting as filtrate
  • component (C) is brought into contact with the basic molding material that has already been contacted with component (A).
  • the basic molding material is first contacted with component (A); Quantities of the liquid components (B) and (C) are each filtered separately from one another, so that the ingredients of the liquid components (B) and (C) each result as a filtrate; in a further step, the filtrates of the liquid components (B) and (C) are combined and, in a further step, the resulting mixture is contacted with the basic mold material that has already been contacted with component (A).
  • the basic molding material is first contacted with component (A); Quantities of the liquid components (B) and (C) are each filtered separately from one another, so that the ingredients of the liquid components (B) and (C) result in the form of a filtrate; In a further step, the respective filtrates of the liquid components (B) and (C) are contacted separately from one another in terms of space and/or time with the basic molding material that has already been contacted with component (A).
  • the basic molding material is first contacted with component (A) and liquid component (C) in any order; a quantity of the liquid component (B) is filtered so that ingredients of the liquid component (B) result as a filtrate; these ingredients from liquid component (B) are in contacted in a further step with the basic mold material already in contact with component (A) and liquid component (C).
  • step (S2) Preference is given to a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) in which ingredients or amounts of the first liquid component (B) and second liquid component (C) present in step (S1) as part of the binder system are present in step (S2) first are mixed in a predetermined ratio to result in a mixture comprising water glass and aluminations in predetermined proportions, and then the mold base (D) is contacted with this mixture, preferably
  • the mold base is contacted with the resulting mixture of amounts or ingredients of the first liquid component (B) and the second liquid component (C), preferably mixed before solid forms in the resulting mixture, or not mixed before the mold base (D) (i) completely simultaneously, (ii) partially simultaneously or (iii) in any order one after the other with ingredients or amounts of the first liquid component (B) and the second liquid component (C) is contacted.
  • Amounts of the first liquid component (B) and second liquid component (C) present as part of the binder system in step (S1) or of ingredients or amounts of the first liquid component (B) and second liquid component (C) used in step (S2) resulting mixture comprising water glass and aluminations is preferably not storable for at least 6 months at 20° C., particularly preferably not storable for at least 2 months at 20° C., and should therefore be used up in a hurry after its production.
  • the fact that the mixtures are not storage stable at 20°C for the times indicated means that they do not remain clear to the end of the time indicated and that gelation or precipitation may occur before the end of the time indicated.
  • step (S2) When used in the process according to the invention in the specified periods of time, the above-mentioned positive effects of the process according to the invention or the products of the process according to the invention are achieved without the low storage stability of the said mixture being problematic.
  • the contacting in step (S2) is effected before instabilities or precipitation of unacceptable amounts of solids render the mixture unsuitable for use in the process of the invention.
  • Methods are known to those skilled in the art for detecting the formation of solids in a solution; For example, it examines the light scattering in the mixture or detects the turbidity of the mixture. If solids precipitate to a large extent, this can also be seen with the naked eye, for example from the (changed) turbidity or from the formation of a sediment; in the event of gel formation, a significant change in viscosity can also be observed or measured. Corresponding measurement methods are known to the person skilled in the art.
  • ingredients or amounts of the liquid components (B) and (C) are not mixed together before they are contacted with the mold base material (D); in these cases it is therefore impossible for ingredients or quantities of the liquid components (B) and (C) to be mixed with one another first and only then for the resulting mixture to be brought into contact with the basic molding material (D).
  • “Completely simultaneous” means that the periods of contacting for (B) and (C) are identical, that is, they have the same beginning and end. “Partially concurrent” means that the periods of contacting for (B) and (C) overlap.
  • dosing devices e.g. one each for liquid component (B) and (C)
  • the first metering device may be opened first and the second opened thereafter but before the first is closed (i.e. partially contacted simultaneously).
  • one dosing device can be opened and closed first and only then the second (i.e. sequentially contacted in any order).
  • Carrying out the method in the manner described here leads in particular to high moisture resistance of the molds, cores and feeder elements that can be produced in the method according to the invention and to a particularly advantageous surface quality of the molds and cores when casting these molds and cores (especially when casting with aluminum or when Casting with aluminium-containing alloys) obtained metal pieces.
  • a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred), wherein in step (S2) ingredients or amounts of the first liquid component (B) with an individually predetermined dosing rate and / or ingredients or amounts of the second liquid component (C) with individually predetermined dosing rate
  • ingredients or amounts of another component of the binder system are added to ingredients or amounts of another component of the binder system, preferably automatically and/or by means of one or more dosing devices.
  • Dosing with an individually predetermined dosing rate enables a particularly resource-saving process. In many cases, it is preferred that the dosing at an individually determined dosing rate only takes place automatically for selected ingredients or quantities that are added. In some cases, however, it is preferred that the dosing takes place automatically at an individually determined dosing rate for all of the ingredients or quantities added.
  • the automated dosing preferably takes place at an individually predetermined dosing rate by means of one or more dosing devices.
  • the system for producing molding material mixtures comprises: one or more metering devices for metering ingredients or quantities of the first liquid component (B) and/or ingredients or quantities of the second liquid component (C) and/or ingredients or quantities of component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide and/or the basic molding material (D) and a control device or regulating device for the one metering device or the several metering devices, preferably a microprocessor-based control device or regulating device .
  • the system for producing mold material mixtures comprises at least four dosing devices; one each for ingredients or quantities of the first Liquid component (B) and for ingredients or amounts of the second liquid component (C) and for ingredients or amounts of component (A) and for the basic mold material (D).
  • the system for producing molding mixtures includes a common dosing device for ingredients or amounts of the first liquid component (B) and ingredients or amounts of the second liquid component (C).
  • the system for producing mold material mixtures comprises two dosing devices, one common dosing device each for (i) ingredients or amounts of the first liquid component (B) and ingredients or amounts of the second liquid component (C) and for (ii) Ingredients or amounts of component (A) and the molding base material (D).
  • this dosing device or these dosing devices are preferably controlled or regulated by a control device or regulating device; particularly preferably, this dosing device or these dosing devices are controlled or regulated by a microprocessor-supported control device or regulating device; It is very particularly preferred if a common control device or regulating device controls the dosing by means of individually predetermined dosing rates for ingredients or amounts of the first liquid component (B) and for ingredients or amounts of the second liquid component (C) and for ingredients or amounts of component (A ) and the basic molding material (D) controls or regulates.
  • alkali metal oxide preferably 10 to 17% by weight, particularly preferably 10 to 16% by weight
  • Aluminations calculated as Al 2 O3, in an amount of up to 4.0% by weight, preferably 0.4 to 4.0% by weight, particularly preferably 0.45 to 3.5% by weight, very particularly preferably 0.75 to 3.0% by weight, preferably 1 to 2.5% by weight, particularly preferably 1.25 to 2% by weight, the percentages by weight being based on the total mass of the contacting in step (S2) ingredients used or amounts of the first liquid component (B) and the ingredients used or amounts of the second liquid component (C).
  • ICP-OES inductively coupled plasma optical emission spectrometry
  • Moisture resistance of moulds, cores and food elements which is particularly preferred in the field of the foundry industry, is regularly achieved in the preferred concentration ranges;
  • a combination of moisture resistance, core weight and flexural strength that is particularly preferred in the field of the foundry industry is achieved in the molds and cores that can be produced as end products (from the mold material mixtures resulting in step (S2)) in the process according to the invention.
  • the binder system has particularly advantageous properties with regard to its processing in the foundry industry.
  • the ingredients or amounts of the first liquid component (B) used and the ingredients or amounts of the second liquid component (C) used are each at the ambient temperature prevailing in the foundry at the beginning of the contacting or mixing.
  • a method according to the invention as described above, preferably as described above as preferred, wherein in the total mass of the ingredients or amounts of the first liquid component (B) used in step (S2) and ingredients or amounts of second liquid component (C) the mass ratio of Al2O3 to S1O2 (determined analogously to the procedure for determining the water glass modulus) is greater than 1:70, preferably greater than 1:69, particularly preferably greater than 1:64.
  • step (S2) ingredients or amounts of component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide, with the basic mold material and with ingredients or amounts of the first liquid component ( B) and ingredients or amounts of the second liquid component (C) are contacted, wherein the component (A) used as part of the binder system in step (S1)
  • (i) is particulate, preferably a powder or granules, or
  • step (ii) is a suspension of particulate amorphous silicon dioxide and/or the ingredients or amounts of component (A) used in step (S2), comprising particulate amorphous silicon dioxide, (i) in the form of a powder or granules, preferably in the form of a powder, or (ii) used as a suspension and/or (preferably "and") the particulate amorphous silica of component (A) is used as an ingredient in step (S2) and is preferably selected from the group consisting of: particulate synthetic amorphous silica, which silicon dioxide contains at least 80% by weight, based on the total mass of the particulate synthetic amorphous silicon dioxide, and at least carbon as a secondary component, preferably producible by reduction of quartz in an electric arc furnace; particulate synthetic amorphous silicon dioxide, which comprises oxidic zirconium as a secondary component and can preferably be produced by thermal decomposition of ZrSi0 4 ; particulate synthetic amorphous si
  • Mixtures thereof and/or component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide additionally comprises one, two, three or more other ingredients which are used in step (S2) and are independently selected from the group consisting of: particulate materials , preferably particulate inorganic materials, preferably selected from the group consisting of oxides of aluminum, preferably aluminum oxide in the alpha phase, bauxite, oxides of zirconium, preferably zirconium (IV) oxide, aluminum / silicon mixed oxides, zinc oxide, barium sulfate, phosphorus-containing Compounds, preferably tricalcium phosphate, phyllosilicates, graphite, carbon black, glass spheres, magnesium oxides, borosilicates, hollow ceramic spheres, boron oxide compounds, preferably boron oxide compounds in powder form, and mixtures thereof, water-soluble materials,
  • particulate materials preferably particulate inorganic materials, preferably selected from the group consisting of oxides of aluminum, preferably aluminum oxide in the al
  • Hydrophobing agents preferably organosilicon compounds, silanes, silicones and siloxanes, waxes, paraffins, metal soaps, and
  • ingredients or amounts of component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide, used in step (S2) are preferably used (i) in the form of a powder or granules, preferably in the form of a powder, or (ii) as a suspension.
  • neither one of the components of the binder system nor the molding material mixture contain particulate amorphous silicon dioxide that is produced from ZrSiO4 by thermal decomposition of ZrSiO 4 to ZrO 2 .
  • the proportion of silicon dioxide in component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide is at least 25% by weight, preferably at least 30% by weight, particularly preferably at least 40% by weight, very particularly preferably at least 50% by weight, based in each case on the total mass of component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide .
  • natural and/or synthetic amorphous silicon dioxide contains up to 50% by weight of secondary components, i.e. crystalline silicon dioxide and/or substances that are not silicon dioxide.
  • the term “particulate amorphous silicon dioxide” therefore always also includes secondary components that are present in the particulate amorphous silicon dioxide.
  • a combination of preferably high moisture stability and preferably high molding weight in the case of cores: core weight, which is advantageous in many cases, can be achieved.
  • step (S2) Preference is given to a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred), wherein the first liquid component (B) and/or second liquid component (C) present as part of the binder system in step (S1) is removed from the respective container without further processing is used out in step (S2).
  • first liquid component (B) and/or second liquid component (C) present as part of the binder system in step (S1) is or are used in step (S2) without further processing from the respective container means that no separation processes, in particular no filtration either, between the removal of quantities of the respective liquid component from the container and their use in step (S2).
  • step (S2) it is desirable that between the removal of the liquid components (B) and (C) from the respective container no further processing of any of the liquid components (B) and (C) before use in step ( S2) takes place; amounts (and not just specific ingredients) of the components are thus used in step (S2).
  • first liquid component (B) and / or the second liquid component (C) additionally comprises one, two or more other ingredients that in step (S2) are also used and are independently selected from the group consisting of: surface-active substances, in particular surfactants, defoamers and wetting agents,
  • alkali metal phosphates oxidic boron compounds, preferably selected from the group consisting of borates, boric acids and boric anhydrides.
  • the first liquid component (B) preferably also contains one or more surface-active substances, preferably from the group of surfactants, defoamers and wetting agents.
  • the first liquid component (B) particularly preferably also contains one or more surfactants.
  • the second liquid component (C) preferably also contains one or more surface-active substances, preferably from the group consisting of surfactants, defoamers and wetting agents.
  • the second liquid component (C) particularly preferably contains one or more surfactants in addition to water and aluminations dissolved therein.
  • the first liquid component (B) and/or the second Liquid component (C) additionally comprises one or more of the boron compounds mentioned. It is preferred if one or more of the boron compounds mentioned is or are present either in the first liquid component (B) or in the second liquid component (C) and the respective other component is essentially free of boron compounds.
  • the second liquid component (C) comprises dissolved alkali metal aluminates which are used in step (S2).
  • alkali metal aluminates in the process according to the invention because of their good availability.
  • a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) is preferred, in which the first liquid component (B), preferably the ingredients or amounts of the first liquid component (B) used in step (S2), calculates a content of alumina as Al 2 O3, which is not greater than 0.4% by weight, preferably 0.1% by weight and/or a content of lithium ions, calculated as L1O2, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight and/or a content of boron ions, calculated as B2O3, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight, based in each case on the total mass of the first liquid component (B) and/or wherein the second liquid component (C), preferably the in Step (S2) used ingredients or amounts of the first liquid component (C), - in the aqueous phase has a content of aluminations, calculated as Al2O3, in the range of 0.4 wt .-% to 35 wt .
  • the total mass of the ingredients or amounts of the first liquid component (B) used in contacting in step (S2) and ingredients or amounts of the second liquid component (C) comprises a content of aluminations, calculated as Al2O3, which is in the range of 0, 4 to 4.0% by weight, preferably 0.45 to 3.5% by weight, particularly preferably 0.75 to 3.0% by weight, very particularly preferably 1 to 2.5% by weight, preferably 1.25 to 2% by weight, a resulting mixture of the liquid components (B) and (C) is not storage-stable at 20° C. for at least 6 months; however, this is unproblematic because the contacting in step (S2) is effected before instabilities or the precipitation of unacceptable amounts of solids render the mixture unsuitable for use in the process according to the invention.
  • a process according to the invention preferably does not contain an aqueous solution of silicates which can be stored at 20° C. for at least 6 months, particularly preferably no aqueous solution which can be stored at 20° C. for at least 2 months before.
  • the first liquid component (B) preferably the ingredients or amounts of the first liquid component (B) used in step (S2), comprises an alumina content, calculated as Al2O3, which is not greater than 0.4% by weight, preferably 0.1% by weight and a content of lithium ions, calculated as L1O2, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight % and a content of boron ions, calculated as B2O3, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight, based in each case on the total mass of the first liquid component ( b).
  • the second liquid component (C), preferably the ingredients or amounts of the first liquid component (C) used in step (S2), in the aqueous phase has an alumina content, calculated as Al2O3, in the range from 0, 4% by weight to 35% by weight, preferably in the range from 1% by weight to 30% by weight, more preferably in the range of 2.5% to 25% by weight, most preferably 5% to 23% by weight, and a lithium ion content, calculated as L1O2, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight and a content of boron ions, calculated as B2O3, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight, based in each case on the total mass of the second liquid component (C).
  • alumina content calculated as Al2O3
  • a method according to the invention is particularly preferred, in which the total mass of the ingredients or amounts of the first liquid component (B) used in contacting in step (S2) and ingredients or amounts of the second liquid component (C) includes a content of aluminations, calculated as Al2O3, which is in the range from 0.4 to 4.0% by weight, preferably 0.45 to 3.5% by weight, particularly preferably 0.75 to 3.0% by weight, very particularly preferably 1 to 2 5% by weight, preferably 1.25 to 2% by weight and a content of lithium ions, calculated as L1O2, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight % and - a content of boron ions, calculated as B2O3, which does not exceed 0.1% by weight
  • % preferably not greater than 0.01% by weight, the percentages by weight being based on the total mass of the ingredients or amounts of the first liquid component (B) used when contacting in step (S2) and the ingredients or amounts of the second liquid component (B) used C).
  • step (S2) used ingredients or amounts of the first liquid component (B), and the second liquid component (C), in particular in step (S2) used ingredients or amounts of the first liquid component (C), essentially free are of lithium and boron containing compounds; Even without these connections, an advantageously high moisture resistance of the molds, cores and feeder elements that can be produced in the method according to the invention can be achieved with the method according to the invention.
  • the second liquid component (C) comprises a content of lithium ions, calculated as L1O2, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight and/or a content of boron ions, calculated as B2O3, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight, in each case based on the total mass of the second liquid component (C) and/or wherein the component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide, comprises an alumina content which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0 0.01% by weight, particularly preferably a content of alkali metal aluminates which is not greater than 0.1% by weight, very particularly preferably not greater than 0.01% by weight, based on the total mass the component
  • step (A) and/or wherein the molar ratio [Li 2 0]/[M 2 0] in the molding material mixture resulting in step (S2) is less than 0.030, preferably less than 0.025, particularly preferably less than 0.010, wherein [ M2O] is the mole quantity of alkali metal M, calculated as M2O, where finally only the following compounds are included in the calculation: amorphous alkali silicates, alkali metal oxides and alkali metal hydroxides, including their hydrates, where Li is included as part of M without an efficiency factor and where [L12O ] is the amount of moles of Li, calculated as L12O, whereby only the following compounds are finally included in the calculation: amorphous lithium silicates, lithium oxides and lithium hydroxide, including their hydrates.
  • the term "effectiveness factor" has the meaning described in document DE 102013 106276 A1 in sections [0037] to [0038].
  • a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) is particularly preferred, wherein the second liquid component (C) has a content of lithium ions, calculated as L1O2, which is not greater than 0.1% by weight, preferably no greater than 0.01% by weight and a content of boron ions, calculated as B2O3, which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight, based in each case on the total mass of the second liquid component (C) and wherein component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide, comprises an aluminate content which is not greater than 0.1% by weight, preferably not greater than 0.01% by weight, particularly preferably comprises an alkali metal aluminate content , which is not greater than 0.1 wt .-%, most preferably not greater than 0.01 wt .-%,
  • step (S2) for the production of the article respective total masses of the basic mold material (D) and in each case the ingredients or amounts of component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide , the first liquid component (B) and the second liquid component (C) are used, wherein: - 0.1 to 3.0 parts by weight of component (A) comprising particulate amorphous silica are used, preferably 0.3 to 2.0 Parts by weight, based on 100 parts by weight of the total mass of the refractory basic molding material used (D) and/or (preferably "and") Ingredients or amounts of the first liquid component (B) and ingredients or amounts of the second liquid component (C) in the range of a total of 0.5 to 20 parts by weight, preferably in the range of a total of 0.5 to 7 parts by weight,
  • the basic mold material (D) consists at least partly of recycled basic mold material, preferably at least 50% by weight of recycled basic mold material, particularly preferably at least 70% by weight, very particularly preferably at least 85% by weight.
  • the method according to the invention can be carried out in a particularly environmentally friendly and resource-saving manner while achieving the effects and advantages described above.
  • the molds, cores and feeder elements resulting as end products in the method according to the invention are produced by layered construction, preferably by layered construction using 3D printing.
  • Corresponding methods are known in the prior art from DE 10 2014 118 577 A1 and DE 10 2011 105 688 A1, for example.
  • a second preferred embodiment of the method according to the invention is therefore a method for producing an article for use in the foundry industry, selected from the group consisting of molds, cores, feeder elements, with the following steps:
  • a binder system which comprises three spatially separate containers as components: a component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide, a first liquid component (B) comprising water glass, and a second liquid component (C) comprising aluminations dissolved in the aqueous phase,
  • a method of making an article for use in the foundry industry selected from the group consisting of moulds, cores, feeder elements consists of steps (S1), (S2), (S3) and (S4).
  • step (S2) Preference is given to a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements, preferably for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements by means of 3D printing , wherein in step (S2) at least the following steps are carried out in one or more steps when contacting a basic molding material (D) and ingredients of all of said components (A), (B) and (C) of the binder system:
  • step (S2) Preference is given to a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements, preferably for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements by means of 3D printing , wherein in step (S2) at least the following steps are carried out in one or more steps when contacting a basic molding material (D) and ingredients of all of said components (A), (B) and (C) of the binder system:
  • step (S2-2-2) mixing together the filtrates of the first liquid component (B) and the second liquid component (C) resulting in step (S-2-2-1) so that a mixture of filtrates of the first liquid component (B) and the second liquid component (C) results;
  • step (S2) Preference is given to a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements, preferably for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements by means of 3D printing , wherein in step (S2) at least the following steps are carried out in one or more steps when contacting a basic molding material (D) and ingredients of all of said components (A), (B) and (C) of the binder system:
  • step (S2) Preference is given to a method according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements, preferably for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements by means of 3D printing , wherein in step (S2) at least the following steps are carried out in one or more steps when contacting a basic molding material (D) and ingredients of all of said components (A), (B) and (C) of the binder system:
  • step (S2-4-2) contacting the filtrate of the first liquid component (B) resulting in step (S2-4-1) with molding base (D), wherein molding base (D) with the second liquid component (C) and with component (A) of the binder system is pre-contacted.
  • step (S4) the curing takes place at least in sections at a temperature in the range from 100° C. to 300° C., particularly preferably in the range from 140° C. to 250° C., very particularly preferred at a temperature in the range of 160 °C to 200 °C, preferably at a temperature of 170 to 190 °C and/or the molding material mixture brought into shape is heated in a heated mold and/or the molding material mixture brought into shape by contact with hot air is heated and/or the mold material mixture brought into shape is heated by the action of microwaves and/or the mold material mixture brought into shape is heated by passing current through it and/or the hardening of the shaped mold material mixture takes place using carbon dioxide and/or the hardening of the shaped mold material mixture takes place using esters.
  • the heating of the shaped mold material mixture for thermal curing of the binder system can take place, for example, in a mold that has temperatures in the range from 100° C. to 300° C., particularly preferably temperatures in the range from 140° C. to 250° C., very particularly preferably in the range from 160°C to 200°C, preferably temperatures in the range from 170 to 190°C.
  • the thermal curing of the binder system in the shaped molding material mixture preferably takes place completely or at least partially in a conventional mold for the industrial production of shaped bodies.
  • the thermal curing of the binder system in the shaped mold material mixture can take place in suitable systems and/or using suitable equipment (such as lines, pumps, etc.), in which the thermal curing is supported by targeted gassing of the shaped mold material mixture with temperature-controlled air.
  • suitable equipment such as lines, pumps, etc.
  • the air is preferably heated to 100.degree. C. to 250.degree. C., particularly preferably to 110.degree. C. to 180.degree.
  • the period of time for the thermal hardening i.e. also the period for the heating and for the targeted gassing of the shaped mold material mixture with temperature-controlled air, can be varied according to the needs of the individual case and depend, for example, on the size and geometric nature of the shaped mold material mixture.
  • the flow rate and/or volume flow of the temperature-controlled air when gassing the shaped mold material mixture in a targeted manner is preferably adjusted in such a way that the shaped mold material mixture hardens sufficiently for further processing or use within an acceptable, preferably very short, period of time for industrial use.
  • a period of less than 5 minutes is preferred within the scope of the present invention, particularly preferably less than 2 minutes. In the case of very large molds or cores or feeder elements, however, longer periods of time may also be required, depending on the requirements of the individual case.
  • the shaped mold material mixture can already be largely cured in the mold.
  • the method according to the invention does not require that the binder system be cured completely within the thermal curing step.
  • "Thermal curing” in the sense of the method according to the invention as described above thus also includes the incomplete curing of the binder.
  • the person skilled in the art knows, for example, the phenomenon of post-curing of the (for example thermally cured) binder system in a foundry mold or a foundry core or a feeder element.
  • the molded mold material mixture can then be cured further by removing more water (for example in an oven or by evaporating the water under reduced pressure or in a microwave oven).
  • the thermal hardening can also be effected or supported by the action of microwaves or by the action of electromagnetic radiation, in particular infrared radiation, on the shaped mold material mixture.
  • Thermal curing can also be effected or assisted by passing an electrical current through the molded molding mixture; Details are disclosed, for example, in DE 102017 217098 B3 and the literature cited therein.
  • Hardening can also be effected or supported with the use of carbon dioxide, as for example in Chapter 1.5.3 of the technical book Bührig-Polaczek, Michaeli and Spur: Handbuch Urformen (2013), Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, ISBN: 978- 3-446-42035-9.
  • Curing can also be effected or supported with the use of esters, as for example in GB 1029057 or in chapter 1.5.3 of the technical book Bührig-Polaczek, Michaeli and Spur: Handbuch Urformen (2013), Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG , ISBN: 978-3-446-42035-9.
  • the invention particularly and preferably relates to a method (as described above, preferably as described above as preferred) wherein the liquid components (B) and (C) are contacted in the absence of mold base (D) and component (A), the aqueous Solution is not heated and then cooled.
  • the solution formed is preferably not warmed up or heated before it is brought into contact with basic molding material (D) in step (S2) by supplying energy from the outside.
  • the solution formed is preferably not cooled before it is brought into contact with basic molding material (D) in step (S2) in the process according to the invention.
  • the invention particularly and preferably relates to a process (as described above, preferably as indicated as preferred above) wherein the liquid components (B) and (C) are contacted in the absence of mold base (D) and component (A) to form an unstable masterbatch.
  • Unstable here means that the premix is not storage-stable at 20° C. for at least 6 months, preferably not at 20° C. for at least 2 months.
  • the second liquid component (C) is first brought into contact with the mold base material (D) and only then is the first liquid component (B) added to the mixture of mold base material and component (C); In many cases, however, another order of contacting or simultaneous addition of the first liquid component (B) and the second liquid component (C) to the basic molding material (D) is also preferred. Preference is given to a process according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred), in which the liquid components (B) and (C) are brought into contact with one another over a period of no more than 15 minutes, preferably over a period of no more than 5 minutes.
  • Contacting begins at the point in time when a molecule of the first liquid component (B) contacts the liquid component (C) or vice versa; it ends when both components are fully inserted.
  • the temperature is preferably in this range during the entire contacting process.
  • Preferred is a method (as described above, preferably as indicated as preferred above) wherein no step of the method comprises filtration outside a printhead; preferably no step of the process includes filtration.
  • the invention also relates to moulds, cores, feeder elements and molding material mixtures for use in foundries, produced or producible according to a method as described above, preferably as described above as being preferred.
  • all or some of the aspects of the method according to the invention defined above are particularly suitable individually or in combination with one another for producing a mold according to the invention, a core according to the invention, a feeder element according to the invention or a molding material mixture according to the invention for use in the foundry.
  • a core according to the invention a feeder element according to the invention or a molding material mixture according to the invention for use in the foundry.
  • the person skilled in the art identifies the preferred aspects of the method according to the invention in each individual case and uses a correspondingly designed method.
  • the advantages and effects described above in connection with the method according to the invention are realized with molds according to the invention, cores according to the invention, feeder elements according to the invention and molding material mixtures according to the invention.
  • the invention also relates to a device in a foundry for the production of an article selected from the group consisting of moulds, cores, feeder elements and molding material mixtures, at least comprising:
  • a (first) dosing device for dosing predetermined amounts of the first liquid component (B) and the second liquid component (C) into a container for the purpose of contacting with at least one basic mold material (D) and particulate amorphous silicon dioxide.
  • the first dosing device in the device according to the invention is preferably designed in such a way that the dosing of predetermined amounts of the first liquid component (B) (from its storage container) and the second liquid component (C) (from its storage container) into a container for the purpose of contacting at least one Mold base material (D) and particulate amorphous silicon dioxide takes place together.
  • the dosing device of the device according to the invention is preferably designed in such a way that the dosing takes place automatically; the automated dosing preferably takes place by means of a control device or regulating device for the (first) dosing device.
  • the automated dosing is particularly preferably carried out by means of a microprocessor-supported control device or the regulating device for the (first) dosing device.
  • the (first) dosing device of the device according to the invention is preferably designed in such a way that when a method according to the invention is carried out outside the container for the purpose of contacting with at least one basic molding material (D) and particulate amorphous silicon dioxide, no quantities, preferably none unacceptable in the field of the invention, are produced Form amounts of solids from ingredients or amounts of the first liquid component (B) and / or the second liquid component (C).
  • a device according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements is preferred.
  • the method according to the invention can be carried out in a particularly time-saving and/or resource-saving manner.
  • a device according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) is preferred, additionally at least comprising:
  • a (second) dosing device for dosing predetermined amounts of ingredients or amounts of component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide of the basic molding material (D) for the purpose of contacting at least water glass and alumina.
  • This (second) dosing device of the device according to the invention is preferably designed in such a way that the dosing of specified amounts of component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide (from its storage container) and the basic molding material (D) (from its storage container) into a container for Purposes of contacting at least water glass and aluminations, done together.
  • component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide (from its storage container) and the basic molding material (D) (from its storage container) into a container for Purposes of contacting at least water glass and aluminations, done together.
  • the (second) dosing device of the device according to the invention is preferably designed in such a way that dosing takes place automatically; preferably the automated dosing takes place by means of a control device or regulating device for the (second) dosing device, particularly preferably the automated dosing takes place by means of a microprocessor-supported control device or regulating device for the (second) dosing device.
  • a device according to the invention for the layered construction of molds and / or cores and / or Produce feeder elements, molds and/or cores and/or feeder elements according to the invention, in particular molds and/or cores and/or feeder elements according to the invention with complex mold and/or core and/or feeder element geometries, in a method according to the invention; in devices according to the invention, this is achieved in a particularly time-saving, resource-saving manner and, in addition, in many cases in a particularly environmentally friendly manner.
  • a device comprising: a control device or regulating device, preferably a microprocessor-based control device or regulating device, for automated dosing, by means of at least one dosing device, of ingredients or quantities of the first liquid component ( B) and the second liquid component (C) in a predetermined mixing ratio, resulting in a mixture comprising at least water glass and alumina; and/or a control device or regulating device, preferably a microprocessor-based control device or regulating device, for the automated dosing, by means of at least one dosing device, of ingredients or quantities of the first liquid component (B) and the second liquid component (C), preferably for the automated dosing of ingredients or quantities component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide, the first liquid component (B) and the second liquid component (C), particularly preferred for the automated dosing of basic mold material (D) and ingredients or amounts of component (A), comprising particulate amorph
  • the method according to the invention can preferably be carried out in a particularly time-saving and resource-saving manner by means of the device according to the invention, in particular a device according to the invention for the layered construction of molds and/or cores and/or feeder elements; It is particularly preferred if the control device or regulating device, preferably the microprocessor-based control device or regulating device, also controls and/or regulates this layered structure for automated dosing by means of at least one dosing device when molds and/or cores and/or feeder elements are built up in layers.
  • the control device or regulating device preferably the microprocessor-based control device or regulating device, also controls and/or regulates this layered structure for automated dosing by means of at least one dosing device when molds and/or cores and/or feeder elements are built up in layers.
  • the invention also relates to the use of a device according to the invention (as described above, preferably as described above as preferred) for carrying out a method (as described above, preferably as described above as preferred).
  • a method according to the invention is particularly preferably carried out using a device according to the invention; the effects and advantages described above are realized particularly well in this case.
  • the invention also relates to the use of a liquid component comprising aluminations, preferably dissolved alkali metal aluminates, dissolved in the aqueous phase as the second liquid component (C) of a curable binder system comprising: a component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide and a first liquid component (B) comprising water glass, for Increasing the moisture resistance of a molding containing a basic molding material (D) bound by the cured binder system.
  • a liquid component comprising aluminations, preferably dissolved alkali metal aluminates, dissolved in the aqueous phase
  • a curable binder system comprising: a component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide and a first liquid component (B) comprising water glass, for Increasing the moisture resistance of a molding containing a basic molding material (D) bound by the cured binder system.
  • the use according to the invention leads to a surprisingly high moisture resistance of the respective shaped bodies, in each case compared to a shaped body with an otherwise identical composition and method of manufacture but without the use of the second liquid component (C).
  • the effect known from the prior art, according to which lithium- and/or boron-containing compounds increase the moisture resistance, can also be achieved by the inventive use of a liquid component comprising aluminations dissolved in the aqueous phase, preferably dissolved alkali metal aluminates, as the second liquid component (C). improve further as described above binder system.
  • the invention also relates to the use of a liquid component (C) comprising aluminations, preferably dissolved alkali metal aluminates, dissolved in the aqueous phase for the production of an article according to a method according to the invention as described above, preferably as described above as preferred, ie for the production of a form according to the invention, a form according to the invention Core, a feeder element according to the invention or a molding material mixture according to the invention.
  • C liquid component
  • aluminations preferably dissolved alkali metal aluminates
  • liquid component (C) comprising aluminations, preferably dissolved alkali metal aluminates, dissolved in the aqueous phase is used according to the invention.
  • the invention also relates to the use of a component (A), comprising particulate amorphous silicon dioxide, a first liquid component (B) and a second liquid component (C), as described above, preferably as described above as preferred, for the production of a binder, wherein the first liquid component (B) and the second liquid component (C) are mixed in a mass ratio in the range from 86:1 to 1:1, preferably in the range from 20:1 to 2:1, particularly preferably in the range from 10:1 to 3:1
  • a component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide, a first liquid component (B) and a second liquid component (C), as described above, preferably as described above as preferred, for the production of a binder, wherein the first liquid component (B) and the second liquid component (C) are mixed in a mass ratio in the range from 86:1 to 1:1, preferably in the range from 20:1 to 2:1, particularly preferably in the range from 10:1 to 3:1
  • Example 1 Determination of the particle size distribution by means of laser scattering
  • particle size distributions of silica fume particles (CAS number: 6901 2-64-2) commercially available (from RWsilicon GmbH) and present in powder form from the Si production "RW filler sieved” and from the ZrC>2 production were shown "RW-Füller Q1 Plus” determined experimentally using laser scattering.
  • the measurements were carried out with a Horiba LA-960 measuring device (hereinafter LA-960).
  • LA-960 Horiba LA-960 measuring device
  • the circulation speed was set to 6, the stirring speed to 8, the data acquisition of the sample to 30000, the convergence factor to 15, the type of distribution on volume and the refractive index (R) to 1.50-0.01 i (1.33 for dispersing medium VE water) and the refractive index (B) set to 1.50-0.01 i (1.33 for dispersing medium deionized water).
  • the laser scattering measurements were performed at room temperature (20°C to 25°C).
  • the measuring chamber of the LA-960 was three quarters filled with deionized water (highest filling level). Then the stirrer was started with the specified setting, the circulation switched on and the water deaerated. A baseline measurement was then carried out using the specified parameters. Immediately after the ultrasonic treatment, a 0.5-3.0 mL sample was taken from the sample prepared according to point 1.1 of the present Example 1 using a disposable pipette. Then the complete contents of the pipette were put into the measuring chamber so that the transmission of the red laser was between 80% and 90% and the transmission of the blue laser was between 70% and 90%. Then the measurement was started. The measurements were evaluated automatically on the basis of the specified parameters.
  • the optimal duration of ultrasonic sonication was determined by performing a series of measurements with different sonication times for each species of particulate silica.
  • the sonication time starting at 10 seconds, was extended by 10 seconds for each additional sample and the particle size distribution was determined by laser scattering (LA-960) immediately after the end of the sonication, as described under point 1.2 of the present example 1.
  • LA-960 laser scattering
  • the sonication time was selected at which the lowest median value of the particle size distribution was determined for the respective particle species in these measurement series; this sonication time is the "optimal" sonication time.
  • This example describes the production of an alkali aluminate solution as an example.
  • concentrations used are merely exemplary and other concentrations can also be used; for the corresponding properties, see the above description.
  • potassium aluminate solution with a molar ratio of potassium oxide to aluminum oxide of 2.5:1:1 (hereinafter also referred to as “potassium aluminate solution 1:2.5" or “potassium aluminate solution 1:2.5"), according to the table 1 a specified recipe 2019311 (In each case the same recipe numbers mean the same compositions in the present text) and heated to a temperature of 93 ⁇ 2° C. with stirring.
  • Apyral NH20 (Nabaltec AG, aluminum hydroxide, w>99.7%, CAS no.: 21645-51-2)
  • Aluminum hydroxide powder (Apyral NH20, according to recipe 2019311 table 1a) was then added with further stirring. The resulting mixture was heated to a temperature of 95°C ⁇ 2°C and maintained at this temperature until the solution appeared clear. The solution was then cooled at room temperature.
  • MV 4 _ 2 > 2.5 4 : MV means molar ratio (MV) between M2O (with M Na or K) and AI2O3 in the
  • Aluminum hydroxide powder (Apyral NH20, according to recipe 2019315 table 1a) was then added with further stirring. The resulting mixture was heated to a temperature of Heated to 95°C ⁇ 2°C and held at this temperature until the solution appeared clear. The solution was then cooled at room temperature.
  • LiOH monohydrate used in example 14 has a proportion of 35.6% by weight U2O.
  • the following equation is used as a basis:
  • composition of a potassium aluminate solution according to recipe 2019311 results in a proportion of 30.24% by weight K2O and 56.68% by weight H2O. 4.6% by weight B2O3
  • mold material mixtures The production of mold material mixtures is described using an example recipe.
  • the composition of the mold material mixtures is only an example, and the selection of the materials used is only an example.
  • liquid components (B) (first liquid component, comprising water glass) and (C) prepared or provided for the formulations given in the present text of the examples (here only as an example the formulation according to Table 2a) (second liquid component, comprising aluminations dissolved in the aqueous phase) so contacted with the manufactured or provided component (A) (component comprising amorphous silicon dioxide) and the basic mold material (component (D)) that (at least) when contacting the predetermined proportions according to Table 2b present.
  • the precise relative ratios of the liquid components (B) and (C) to one another result from the formulations listed.
  • Table 2a example recipe for liquid components of the molding mixture
  • GT hereinafter
  • particulate amorphous silica species “RW-Filler Q1 Plus” having a median of particle size distribution, rounded to the second decimal place, as determined by laser scattering, of 0.84 microns dry blended together in a weight ratio of 1:1 ( as an example of a component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide).
  • component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide.
  • a water glass binder was provided in a separate container (as an example of a first liquid component (B) comprising water glass) with a composition according to liquid component (B) from Table 2a. Note: In further examples, this procedure is applied to other compositions, which are then indicated in each case.
  • a sodium aluminate solution ((prepared according to Example 3.2 above; as an example of a second liquid component (C), comprising aluminations dissolved in the aqueous phase) with a molar ratio of sodium oxide to aluminum oxide of 2.5: 1. Note: In further examples, this procedure is applied to other compositions, which are then indicated in each case.
  • Mixing was then carried out for 120 seconds in a Bull mixer (type RN10/20, Morek Multiserw) at 220 rpm. This resulted in a mold material mixture, as an example of an article for use in the foundry industry.
  • the mold material mixture was suitable for the production of moulds, cores and feeder elements and was used accordingly in our own further investigations.
  • test bars This example describes the production of test bars as an example for molds (mouldings) or cores for the foundry industry; the dimensions of the test bars and the selection of the materials used are only examples.
  • Molding mixtures produced according to Example 5 were molded into test bars measuring 22.4 mm ⁇ 22.4 mm ⁇ 185 mm. (Note: Molding material mixtures produced from other compositions according to the procedure from Example 5.1 were also processed into test bars in the manner described here).
  • the mold material mixtures were introduced into a mold for test bars at a temperature of 180° C. using compressed air (4 bar) and a shot time of 3 seconds.
  • the test bars were then hot-cured for 30 seconds at 180 °C and additionally gassed with heated compressed air at a gassing pressure of 2 bar and a gassing and gassing hose temperature of 180°C for the duration of the curing. After that, the formwork tool is opened and the hardened test bars are removed.
  • test bars produced were placed horizontally on a frame to cool in the room air in such a way that they only rested on the frame in the area of the two ends of their longest extent and the test bars between the contact surfaces had a contact-free area of approx. 16 cm spanned.
  • test bars produced according to Example 6 were weighed on a laboratory balance (Type Entris 3202-1S, Sartorius).
  • the information on the core weight contained in the following examples corresponds to an average of nine individual measurements (note: the core weight was also determined in the manner described here for test bars produced from other mold material mixtures according to the procedure from Example 6.1).
  • test bars produced according to Example 6 were placed in a Georg Fischer strength tester, equipped with a 3-point bending device (Morek Multiserw ) inserted. The force that caused the test bars to break was measured 15 seconds after opening the mold.
  • the respective indication of hot strength (in N/cm 2 ) corresponds to an average of three individual measurements and is rounded to 10 N/cm 2 (Note: Test bars made from other mold material mixtures according to the procedure from Example 6.1 were also tested in the manner described here determines the hot strength).
  • Test bars were produced according to Example 6. After a cooling time of 1 hour (in the ambient air and on the frame described in Example 6 above) after removal from the mold, the test bars were placed in a Georg Fischer strength tester equipped with a 3-point bending device (Morek Multiserw) is inserted and the force that caused the test bars to break was measured.
  • the hourly strength (in N/cm 2 ) indicated in each case corresponds to an average value from three individual measurements and is rounded to 10 N/cm 2 (note: test bars made from other mold material mixtures according to the procedure from Example 6.1 were also based on the one described here way the hourly strength is determined).
  • Test bars were placed on their respective racks under controlled conditions of 1 hour after a cooling period of 1 hour (in room air and on the rack described in Example 6 above). 35 °C and 75 % rel. Humidity stored in a climate cabinet (VC 0034, Vötsch company). For the evaluation, the test bars were monitored with a camera (type HomeVista, company SECACAM). A photo of the test bars was taken at intervals of 10 minutes until they broke; the point in time of the last photo in which the test bar is not completely broken indicates the measured point in time for the humidity stability.
  • the specified moisture stabilities correspond in each case to an average value from three individual measurements (note: the moisture stability was also determined in the manner described here for test bars produced from other mold material mixtures according to the procedure from Example 6.1).
  • Test bars produced according to Example 6 were placed in an outer mold made of sand in such a way that three of the four longitudinal sides of the core came into contact with the molten metal during the casting process.
  • the casting molds prepared in this way were cast with an aluminum alloy (EN AC-42100) at a casting temperature of approx. 750 °C. After the melt had cooled, the castings were unpacked from the sand mold, the test bars were removed by high-frequency hammer blows on the feeder area of the casting with a compressed air slag hammer (type P 2535 Pro, Atlas Copco) and the casting surface that was in contact with the test bar was blown off with a compressed air gun Two corresponding casts were made in separate molds for each test bar composition.
  • test bars used here were produced according to Example 6, with the only difference that the test bars produced and used for the hot distortion tests had the dimensions 25 mm ⁇ 6 mm ⁇ 120 mm and were placed on two bearings so that the air was free can circulate around the test bar.
  • the one-sided heating during the hot distortion test causes the specimen to bend upwards towards the cold side as a result of the thermal expansion of the hot side. This movement of the specimen is referred to as the "maximum extension" in the curve.
  • the binder begins to transform into the thermoplastic state. Due to the thermoplastic properties of the various binder systems, the load from the load arm pushes the specimen back down. This downward movement along the ordinate in the zero line until fracture is referred to as "hot deformation".
  • time to rupture The time elapsed between the beginning of the maximum expansion on the curve and the rupture is referred to as "time to rupture" and represents an important parameter.
  • the maximum thermoplastic deformation is limited to 6 mm (deformation -6mm) in the tests carried out due to the equipment . This point is therefore equated with a breakage occurrence.
  • MVZ means (here and in the following) molar ratio of S1O2 to Na 2 0 in the solution.
  • test bars were produced from these molding material mixtures.
  • the formulations for the mold material mixtures were selected in such a way that, even with increasing aluminum content, the molar modulus (MVZ), the S1O2 and the Na 2 0 content remained the same in the amounts of liquid components (B) and (C) used in each case .
  • MVZ molar modulus
  • S1O2 the S1O2 and the Na 2 0 content remained the same in the amounts of liquid components (B) and (C) used in each case .
  • sufficient test bars were prepared to determine core weight (according to Example 7), hot strength (according to Example 8), hourly strength (according to Example 9) and moisture stability (according to Example 10); the results of these determinations are given in Table 4.
  • thermoplastic state for the comparative molding material mixture 2019326 without aluminations starts after 9 s, for a composition with 0.2 mol% after 10 s and for a composition with 0.4 mol% even after 22 s.
  • the total measurement time up to fracture also increases with an increasing amount of aluminization in the binder.
  • the comparison molding mixture breaks after a total time of 31 s, while for a composition with 0.2 mol % the break occurs after a total time of 35 s and for a composition with 0.4 mol % break only after a total time of 40 s occurs.
  • Example 14 Influence of aluminum, lithium and boron ions on humidity stability
  • test bars were produced from these molding material mixtures.
  • Moisture stability [min] 563 1263 783 1087 2000 2340 The results show the influence of aluminizations in the binder on the moisture stability (and on other properties) of the moldings produced with this binder in comparison to the lithium compounds and boron compounds previously used in binders to increase moisture stability.
  • a binder with otherwise the same molar composition was tested as a reference (not according to the invention), but without one of the three moisture stability promoters (recipe 2019326).
  • results show that the positive influence of the aluminization on the moisture stability is greater than in the comparative examples with lithium compounds and boron compounds.
  • results also show that the use of aluminizations in addition to boron compounds or lithium compounds results in an additional increase in moisture stability compared to the sole use of boron compounds or lithium compounds.
  • Example 15 Comparison of Potassium Aluminate Solution with Sodium Aluminate Solution in the Binder
  • molding material mixtures were produced with a composition of the liquid components (B) and (C) according to Table 7a; the (calculated) molar compositions present in a mixture of liquid components (B) and (C) (according to the formulations from Table 7a) are given in Table 7b.
  • Recipes 2019387 and 2019551 are examples of the invention.
  • the aluminates were introduced once in the form of a potassium aluminate solution (recipe 2019551) and once in the form of a sodium aluminate solution (recipe 2019387).
  • test bars were produced from these molding material mixtures.
  • test bars were produced for each of the formulations given in Table 7a in order to determine the core weight (according to example 7), hot strength (according to example 8), hourly strength (according to example 9) and moisture stability (according to example 10); the results of these determinations are given in Table 8.
  • Example 16 Combined use of aluminations and various microsilica
  • Species Molding material mixtures with a composition of the liquid components (B) and (C) according to Table 9a were produced according to the procedure of Example 5; the (calculated) molar compositions present in a mixture of liquid components (B) and (C) (according to the recipe from Table 9a) are given in Table 9b.
  • Formulation 2019650 is an example of the invention.
  • the 1:1 mixture of “RW filler screened” and “RW filler Q1 Plus” used in example 5 was used as 0.6 pbw of component (A) comprising particulate amorphous silicon dioxide .
  • Formulations 2019650-1, 2019650-2 and 2019650-3 relate to examples according to the invention.
  • a total of 4 combinations of a first liquid component (B) with a second liquid component (C) comprising sodium aluminate were produced.
  • the compositions are given in Tables 11a and 11b.
  • Liquid component water (B) 13.10 12.70
  • a total of 4 combinations of a first liquid component (B) with a second liquid component (C) comprising potassium aluminate were produced.
  • the compositions are given in Tables 11d and 11e.
  • the respective (calculated) molar compositions are given in Table 11f.
  • MVZ 1.80_ T80_ T80_ 1.80 The combination according to the formulations 2019327, 2019321, 2019328, 2019329, 2019684, 2019644, 2019647 and 201950 (as defined in Tables 11a, 11b, 11d and 11e) were each placed in a container and this was closed at room temperature (approx. 20 °C) stored.
  • Example 18 Comparison Using a Particulate Aluminate Source
  • the particulate amorphous silica species "RW-Filler Sieved” (having a median particle size distribution, rounded to the second decimal place as determined by laser scattering, of 0.23 microns) was first screened with a quantity of the particulate amorphous silicon dioxide species "RW-Füller Q1 Plus” (with a median of the particle size distribution rounded to the second decimal place determined by laser scattering of 0.84 micrometres) in a weight ratio of 1:1 dry together to form a premix (as an example for a component (A)) mixed.
  • a premix as an example for a component (A)
  • quartz sand H32 Quarzwerke GmbH, AFS grain size number 45
  • 0.6 parts by weight of this premix were mixed by hand so that 100.6 parts by weight of a mixture of quartz sand (as an example of a basic molding material (D)) and particulate amorphous silica (component (A)) resulted.
  • an alumination-free water glass binder (2019683) (cf. VB 18.1 in Table 13; this is a component (B)), (ii) a mixture of powdered AIOH3 (Apyral NH20) and a water glass binder (20200138) in a mixing ratio of 0.05:2.05 (cf. VB 18.2 in Table 13; mixing these ingredients results in a first liquid component (B) which comprises water glass into which AlOH3 is mixed) and
  • VB means “comparative example”; B denotes an example of the present invention.
  • the liquid components were added in such a way that they only came into direct contact with one another when the Bull mixer was switched on.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen, mit folgenden Schritten: (S1) Herstellen oder Bereitstellen eines Bindemittelsystems, das in drei räumlich voneinander getrennten Behältnissen als Komponenten umfasst eine Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, eine erste Flüssigkomponente (B), umfassend Wasserglas, und - eine zweite Flüssigkomponente (C), umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen, (S2) Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in vorbestimmten Mengenverhältnissen in einem oder mehreren Schritten, so dass eine Formstoffmischung resultiert, in der die Aluminationen und das partikuläre amorphe Siliciumdioxid ganz oder teilweise in das Wasserglas eingemischt sind, wobei die Schritte (S1) und (S2) in einer Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen durchgeführt werden. Beschrieben werden auch entsprechende Formstoffmischung sowie Vorrichtungen und Verwendungen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, entsprechende Form, Kern, Speiserelement oder Formstoffmischung sowie Vorrichtungen und Verwendungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen. Weitere Details des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem entsprechende Formen, Kerne, Speiserelemente und Formstoffmischungen. Die vorliegende Erfindung betrifft überdies eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine entsprechende Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer Flüssigkomponente umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen als zweite Flüssigkomponente eines härtbaren Bindemittelsystems, zur Erhöhung der Feuchtebeständigkeit eines Formkörpers enthaltend einen durch das gehärtete Bindemittelsystem gebundenen Formgrundstoff. Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Flüssigkomponente umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen zur Herstellung eines Artikels gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Erfindung betrifft zu- dem die Verwendung einer Komponente umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, einer ersten Flüssigkomponente und einer zweiten Flüssigkomponente zur Herstellung eines Bindemittels. Jeweils ergeben sich Einzelheiten aus den beigefügten Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Das Gießen in einer verlorenen Form ist ein verbreitetes Verfahren zur Herstellung endkonturnaher Bauteile. Nach dem Guss wird die Form zerstört, und das Gussstück wird entnommen. Verlorene Formen sind Gießformen und somit Negative, sie enthalten den auszugießenden Hohlraum, der das zu fertigende Gussstück ergibt. Die Innenkonturen des zukünftigen Gussstücks werden durch Kerne gebildet. Bei der Herstellung der Gießform wird mittels eines Modells des zu fertigenden Gussstücks der Hohlraum in den Formstoff geformt. Auf die zutreffenden Ausführungen in den Abschnitten [0001] bis [0005] des Dokuments DE 102017 107531 A1 wird verwiesen.
Dokument DE 10 2012 020 509 A1 offenbart eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen und Kernen für die Metallverarbeitung, umfassend mindestens: einen feuerfesten Formgrundstoff; ein anorganisches Bindemittel und partikuläres amorphes S1O2 herstellbar durch thermische Zersetzung von ZrSi04 zu ZrÜ2 und S1O2. Zudem offenbart DE 102012 020509 A1 , dass die Formstoffmischung ein anorganisches Bindemittel, z. B. auf der Basis von Wasserglas, umfassen kann.
Dokument DE 102013 111 626 A1 offenbart eine Formstoffmischung zur Herstellung von Formen oder Kernen umfassend zumindest: einen feuerfesten Formgrundstoff, Wasserglas als Bindemittel, partikuläres amorphes Siliciumdioxid und eine oder mehrere pulverförmige oxidische Bor- Verbindungen. Das Dokument offenbart zudem, dass der Zusatz von Bor-Verbindungen zur Formstoffmischung die Feuchtestabilität der damit hergestellten Kerne verbessert.
Dokument DE 10 2013 106 276 A1 offenbart eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen und Kernen für die Metallverarbeitung, umfassend mindestens: einen feuerfesten Formgrundstoff; und partikuläres amorphes S1O2 und Wasserglas als organisches Bindemittel mit einem molaren Verhältnis [Si02]/[M20] von 1 ,9 bis 2,60, vorzugsweise 1 ,95 bis 2,40 und besonders bevorzugt von 2 bis 2,30. Lithiumverbindungen, wobei das molare Verhältnis [Li20]/[M20] bzw. [Li20aktiv]/[M20] in der Formstoffmischung von 0,030 bis 0,17, vorzugsweise 0,035 bis 0,16 und besonders bevorzugt von 0,040 bis 0,14 beträgt. Das Dokument offenbart zudem, dass der Zusatz von Lithiumverbindungen zur Formstoffmischung die Feuchtestabilität der damit hergestellten Formkörper verbessert.
Dokument EP 1 802 409 B1 offenbart eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, mindestens umfassend: einen feuerfesten Formgrundstoff, ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstoffmischung ein Anteil eines teilchenförmigen synthetischen amorphen Siliciumdioxids zugesetzt ist; in Abschnitt [0078] wird ausgeführt dass sich die Zugabe von Silan positiv auf die Festigkeiten auswirkt, vor allem hinsichtlich der Beständigkeit gegen hohe Luftfeuchtigkeit.
Dokument EP 2 209 572 B1 offenbart eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, mindestens umfassend: einen feuerfesten Formgrundstoff, ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel, einen Anteil eines teilchenförmigen Metalloxids, welches ausgewählt ist aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Zinkoxid, wobei der Formstoffmischung ein Anteil zumindest eines Tensids zugesetzt ist. Gemäß Abschnitt [0153] des Dokuments EP 2 209 572 B1 lässt sich durch die Zugabe sowohl von amorphem Siliciumdioxid als auch von oberflächenaktiven Substanzen eine gleichzeitige Erhöhung der Heißfestigkeit und des Kerngewichts beobachten, wobei auch die Kaltfestigkeiten und die Feuchtestabilität vorteilhaft sind.
Dokument EP 2 104 580 B1 offenbart eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, mindestens umfassend: einen feuerfesten Formgrundstoff; ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel; einen Anteil eines teilchenförmigen Metalloxids, welches ausgewählt ist aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Zinkoxid; wobei der Formstoffmischung ein Kohlenhydrat zugesetzt ist. Abschnitt [0112] des Dokuments EP 2 104 580 B1 offenbart, dass der Zusatz von Kohlenhydratverbindungen, insbesondere von Dextrin- Verbindungen überraschenderweise zur Verbesserung der Heißfestigkeit führt; zusätzlich wird eine verbesserte Lagerbeständigkeit der hergestellten Kerne angegeben. Aus dem Stand der Technik sind somit bereits Formstoffmischungen auf Wasserglas-Basis bekannt. Auch ist bekannt, dass ausgehend von bestimmten Basisformulierungen durch den Zusatz von Additiven, insbesondere von lithium- oder borhaltigen Verbindungen, die Feuchtebeständigkeit (Feuchtestabilität) der damit hergestellten Formkörper verbessert werden kann.
Es besteht auf dem technischen Gebiet der vorliegenden Erfindung ein genereller Bedarf an Formstoffmischungen, aus denen Formkörper (Gießformen, Kerne oder Speiserelemente) herstellbar sind, die eine gute Feuchtebeständigkeit aufweisen.
Bislang kommen bei der Herstellung von Formkörpern mit erhöhter Feuchtestabilität insbesondere Lithium-Verbindungen und Bor-Verbindungen zum Einsatz.
Der Einsatz von Lithium-Verbindungen wird auf dem Gebiet der Gießereiindustrie aufgrund der damit verbundenen hohen Kosten und der eingeschränkten Verfügbarkeit allerdings in vielen Fällen als problematisch empfunden. Der Einsatz von Lithium-Verbindungen in Formstoffmischungen führt zudem in vielen Fällen zu einer Verschlechterung der Gussoberflächen von Metallteilen, die beim Abguss von Formkörpern erhalten werden (im Vergleich zu einer ansonsten identischen Formstoffmischung bzw. einem ansonsten identischen Formkörper ohne Lithium-Verbindungen); dies äußert sich insbesondere in Penetrationen bzw. Sandanhaftungen.
Auch der Einsatz von borhaltigen Verbindungen in Formstoffmischungen wird auf dem Gebiet der Gießereiindustrie zunehmend als nachteilig betrachtet, da Borverbindungen (z.B. Borax) als reproduktionstoxisch eingestuft werden. Daher besteht auf dem Gebiet der Gießereiindustrie insbesondere ein Bedarf an Formstoffmischungen, aus denen Formkörper (Gießformen, Kerne oder Speiserelemente) herstellbar sind, die eine gute Feuchtebeständigkeit aufweisen und deren Bestandteile keine oder allenfalls äußerst geringe Mengen an lithium- oder borhaltigen Verbindungen umfassen.
Zudem besteht auf dem Gebiet der Gießereiindustrie ein Bedarf an Formstoffmischungen, aus denen Formkörper (Gießformen, Kerne oder Speiserelemente) herstellbar sind, die eine noch vorteilhaftere Feuchtebeständigkeit aufweisen als die aus den bekannten Lithium-Verbindungen oder Bor-Verbindungen enthaltenden Formstoffmischungen hergestellten Formkörper (Gießformen, Kerne oder Speiserelemente).
Insbesondere besteht auf dem Gebiet der Gießereiindustrie ein Bedarf an Formstoffmischungen, aus denen Gießformen oder Kerne herstellbar sind, die gleichzeitig ein vorteilhaft hohes relatives Formkörpergewicht (bei Kernen: Kerngewicht) und eine vorteilhaft gute Feuchtebeständigkeit aufweisen.
Insbesondere besteht auf dem Gebiet der Gießereiindustrie auch ein Bedarf an Formstoffmischungen, aus denen Gießformen oder Kernen herstellbar sind, die gleichzeitig ein vorteilhaft hohes relatives Formkörpergewicht (bei Kernen: Kerngewicht) und eine vorteilhaft gute Feuchtebeständigkeit aufweisen und bei deren Abguss, insbesondere bei deren Abguss mit geschmolzenem Aluminium bzw. geschmolzenen Aluminiumlegierungen, eine hohe Oberflächenqualität der beim Abguss erhaltenen Metallteile resultiert.
Insbesondere besteht ein Bedarf an solchen Formstoffmischungen, die den vorgenannten Anforderungen ganz oder teilweise entsprechen und in der Gießerei ressourceneffizient hergestellt werden können.
Zudem besteht auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung ein wachsender Bedarf an einem energieeffizienten und umweltschonenden Einsatz von Ressourcen.
Die vorliegende Erfindung betrifft: ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen,
Formen, Kerne, Speiserelemente oder Formstoffmischungen zur Verwendung in der Gießerei, eine Vorrichtung in einer Gießerei zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen, die Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, die Verwendung einer Flüssigkomponente umfassend gelöste Aluminationen als Flüssigkomponente eines härtbaren Bindemittelsystems zur Erhöhung der Feuchtebeständigkeit eines Formkörpers, die Verwendung einer Flüssigkomponente umfassend gelöste Aluminationen zur Herstel- lung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen, sowie die Verwendung einer Komponente umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, einer ersten Flüssigkomponente und einer zweiten Flüssigkomponente zur Herstellung eines Bindemittels. Besondere Ausführungsformen, Aspekte oder Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einer dieser Kategorien beschrieben oder als bevorzugt bezeichnet werden, gelten jeweils entsprechend bzw. sinngemäß auch für die jeweils anderen Kategorien, und umgekehrt.
Sofern nicht anders angegeben, lassen sich bevorzugte Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung und ihrer verschiedenen Kategorien mit anderen Aspekten oder Ausführungsformen der Erfindung und ihrer verschiedenen Kategorien kombinieren, insbesondere mit anderen bevorzugten Aspekten oder Ausführungsformen. Kombinationen von jeweils bevorzugten Aspekten oder Ausführungsformen miteinander ergeben jeweils wieder bevorzugte Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß einem primären Aspekt der vorliegenden Erfindung, werden die vorstehend angegebe- nen Aufgaben- und Problemstellungen gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen, mit folgenden Schritten:
(S1) Herstellen oder Bereitstellen eines Bindemittelsystems, das in drei räumlich voneinander getrennten Behältnissen als Komponenten umfasst: - eine Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, eine erste Flüssigkomponente (B), umfassend Wasserglas, und eine zweite Flüssigkomponente (C), umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen, (S2) Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten
Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in vorbestimmten Mengenverhältnissen in einem oder mehreren Schritten, so dass eine Formstoffmischung resultiert, in der die Aluminationen und das partikuläre amorphe Siliciumdioxid ganz oder teilweise in das Wasserglas eingemischt sind, wobei die Schritte (S1) und (S2) in einer Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die oben definierten Schritte (S1) und (S2), sowie ggf. weitere Schritte, und führt zu einem Artikel zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen. Es versteht sich dabei von selbst, dass insbesondere zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen und Speiserelementen vorzugsweise weitere spezifische Schritte zusätzlich zu den oben definierten Schritten (S1) und (S2) durchgeführt werden. Entsprechende Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit bevorzugten zu- sätzlichen Schritten werden weiter unten beschrieben.
Eine erste bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formstoffmischungen, mit folgenden Schritten:
(51) Herstellen oder Bereitstellen eines Bindemittelsystems, das in drei räumlich voneinander getrennten Behältnissen als Komponenten umfasst: eine Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, eine erste Flüssigkomponente (B), umfassend Wasserglas, und eine zweite Flüssigkomponente (C), umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen,
(52) Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in vorbestimmten Mengenverhältnissen in einem oder mehreren Schritten, so dass eine Formstoffmischung resultiert, in der die Aluminationen und das partikuläre amorphe Siliciumdioxid ganz oder teilweise in das Wasserglas eingemischt sind, wobei die Schritte (S1) und (S2) in einer Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen durchgeführt werden.
In bestimmten Fällen besteht ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formstoffmischungen aus den Schritten (S1) und (S2).
Dokument DE 10 2012 020 509 A1 offenbart, dass Wassergläser auch mehrwertige Ionen enthalten können, wie z. B. Bor oder Aluminium; in diesem Zusammenhang wird auf das Dokument EP 2 305603 A1 verwiesen. Dokument DE 10 2013 106 276 A1 offenbart in Abschnitt [0052], dass Bindemittel auf Wasserglasbasis auch mehrwertige Ionen enthalten können, wie z. B. Bor oder Aluminium; in diesem Zusammenhang wird auf Dokument EP 2 305 603 A1 verwiesen. Dokument EP 2 305 603 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung klarer, bei 20 °C mindestens sechs Monate lagerstabiler, wässriger Lösungen von Silikaten (Wassergläsern).
Dokument WO 2018/185251 offenbart, eine Lösung oder Dispersion umfassend Wasserglas, die zudem auch ein oder mehr mehrwertige Kationen wie beispielsweise Aluminium enthalten kann.
Dokument EP 2 934 788 B9 offenbart eine Formstoffmischung zur Herstellung von Formen und Kernen für die Metallverarbeitung.
Dokument US 5,743,953 offenbart ein heißhärtbares Bindemittelsystem für die Gießerei.
Dokument US 4,432,798 offenbart versteifte geformte Gegenstände aus Aggregat/Bindemittel- Zusammensetzungen.
Dokument EP 3 225 327 A1 offenbart eine Pulverzusammensetzung umfassend Natriumsilikat.
Dokument US 3,203,057 offenbart eine Zusammensetzung für die Produktion von Sandkernen für den Metallguss.
Der Fachartikel „GEOPOL®. The Innovated Environment Friendly Inorganic Binder System“ der Autoren M.Vykoukala, A. Buriana und M.Prerovskaa, Archives of Foundry Engineering, Volume 19, Issue 1/2019, 109-116 (2019), doi:10.24425/afe.2019.127103, offenbart ein anorganisches Bindemittelsystem (GEOPOL®) basierend auf Polysialaten.
Dokument DE 197 38 373 C2 offenbart eine Formmasse. Es verweist auf Dokument EP 0 763 506 A1 , aus dem eine Formmasse bekannt ist, die aus Blähglasgranulat besteht, dem als Bindemittel eines Wasserglasaluminiumhydroxid-Suspension beigemischt ist.
Dokument EP 2921 243 A1 beschreibt ein wasserglashaltiges Bindemittel mit einem Anteil eines partikulären Metalloxids aus einer Liste umfassend Aluminiumoxid.
Dokument WO 2018/185251 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen, Kernen und daraus regenerierten Formgrundstoffen.
DE 10 2012 020 510 A1 betrifft eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen und Kernen für die Metallverarbeitung, umfassend mindestens einen feuerfesten Formgrundstoff; ein anorganisches Bindemittel und partikuläres amorphes S1O2 herstellbar durch Oxidation von metallischem Silicium mittels eines sauerstoffhaltigen Gases. Das anorganische Bindemittel kann zumindest ein wasserlösliches Phosphatglas, ein wasserlösliches Borat und/oder Wasserglas sein, und insbesondere ein Wasserglas mit einem molaren Modul S1O2/M2O von 1 ,6 bis 4,0, vorzugsweise 2,0 bis kleiner 3,5, mit M gleich Lithium, Natrium und/oder Kalium. An Stelle von Wasserglasbindern können auch solche auf der Basis von wasserlöslichen Phosphatgläsern und/oder Boraten verwendet werden, wie sie z. B. in US 5,641 ,015 beschrieben werden. Die bevorzugten Phosphatgläser besitzen eine Löslichkeit in Wasser von mindestens 200 g/L, vorzugsweise mindestens 800 g/L und enthalten zwischen 30 und 80 Mol-% P2O5, zwischen 20 und 70 Mol-% L12O, Na2<D oder K2O, zwischen 0 und 30 Mol-% CaO, MgO oder ZnO und zwischen 0 und 15 Mol-% AI2O3, Fe203 oder B2O3. Die besonders bevorzugte Zusammensetzung beträgt 58 bis 72 Gew.- % P2O5, 28 bis 42 Gew.-% Na20 und 0 bis 16 Gew.-% CaO. Die Phosphatanionen liegen in den Phosphatgläsern vorzugsweise als Ketten vor. DE 10 2012 020 510 A1 offenbart nicht, dass bei gleichzeitiger Verwendung von wasserlöslichem Phosphatglas und Wasserglas das wasserlösliche Phosphatglas Aluminat-Ionen enthält.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass der Einsatz von Aluminationen als Teil des Bindemittelsystems im erfindungsgemäßen Verfahren zu einer Verbesserung der Feuchtestabilität von Formen, Kernen und Speiserelementen führt. Ebenfalls überraschend resultiert zudem beim Abguss dieser Formen und Kerne, insbesondere beim Abguss dieser Formen und Kerne mit geschmolzenem Aluminium bzw. geschmolzenen aluminiumhaltigen Legierungen, eine besonders hochwertige Gussoberfläche der erhaltenen Bauteile bzw. Aluminiumbauteile.
Zudem wurde überraschend gefunden, dass der Einsatz von Aluminationen in Bindemittelsystemen zu einer Verbesserung der thermischen Stabilität damit hergestellter Artikel führt, vgl. insoweit die Beispiele weiter unten.
Ein im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetztes Bindemittelsystem besteht aus zumindest den drei genannten Komponenten (A), (B) und (C); in Schritt (S1) des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen diese drei Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in räumlich voneinander getrennten Behältern vor.
Die Begriffe „partikulär“ bzw. „teilchenförmig“ bezeichnen ein festes Pulver (einschließend Stäube) oder ein Granulat; vorzugsweise ein schüttfähiges und somit auch siebfähiges Pulver oder Granulat.
Als partikuläres amorphes Siliciumdioxid können sowohl synthetisch hergestellte als auch natürlich vorkommende Typen eingesetzt werden. Letztere sind z. B. aus DE 10 2007 045 649 bekannt, sie sind aber nicht bevorzugt, da sie häufig nicht unerhebliche kristalline Anteile enthalten und deshalb als karzinogen eingestuft sind.
Üblicherweise und in manchen Fällen bevorzugt umfasst das partikuläre amorphe Siliciumdioxid Partikel (Teilchen) in Form von Staub. Vorzugsweise umfasst das partikuläre amorphe Siliciumdioxid Partikel mit einem Median der Teilchengrößenverteilung von weniger als 20 pm, besonders bevorzugt Partikel mit einem Median der Teilchengrößenverteilung von 0,1 pm bis 5 pm, ganz besonders bevorzugt Partikel mit einem Median der Teilchengrößenverteilung im Bereich von 0,1 pm bis 1 ,5 pm, jeweils bestimmt mittels Laserstreuung wie in nachstehendem Beispiel 1 unter Bezugnahme auf Beispiel 2 beschrieben.
„Synthetisch hergestelltes“ partikuläres amorphes Siliciumdioxid bedeutet im vorliegenden Text, dass das amorphe Siliciumdioxid das Zielprodukt eines planmäßig durchgeführten chemischen Reaktionsprozesses zur technischen Synthese von amorphem Siliciumdioxid ist oder ein Beiprodukt eines planmäßig durchgeführten chemischen Reaktionsprozesses zur technischen Synthese eines Zielprodukts ist, welches kein amorphes Siliciumdioxid ist.
Sämtliche amorphen SiC>2-Spezies, die in dem Fachartikel „Mikrosilica - ein Staub macht Karriere“ der Autoren B. Friede und P. Fidjestol, Nachr. Chem., 59: 956-958 (2011); doi: 10.1002/nadc.201190068, offenbart werden, dort insbesondere in Abb. 4, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden; sämtliche dieser amorphen SiC>2-Spezies werden, ebenso wie sämtliche SiC>2-Spezies, die in den im vorliegenden Text angeführten Dokumenten angegeben werden, sind je nach den Erfordernissen des Einzelfalls bevorzugt.
Auch Mischungen der an den angegebenen Orten genannten Typen von partikulärem amorphen Siliciumdioxid sind in vielen Fällen bevorzugt.
Der Begriff „Flüssigkomponente“ umfasst im Rahmen des vorliegenden Textes insbesondere Stoffe bzw. Stoffgemische, die bei 20°C und 1013,25 mbar fließfähig sind und eine flüssige Phase umfassen; neben Flüssigkeiten, einschließlich flüssigen Lösungen (gelöste Stoffe in einem flüssigen Lösungsmittel) umfasst der Begriff auch Suspensionen von partikulären Substanzen in einer flüssigen kontinuierlichen Phase.
Wasserglas liegt im erfindungsgemäßen Verfahren als gelöster Bestandteil einer Flüssigkomponente vor; es kann zum Beispiel durch Lösen von glasartigen Natrium- und Kaliumsilikaten in einem Autoklaven hergestellt werden oder aus Lithiumsilikaten im Hydrothermalverfahren. Wasserglas enthält (rechnerisch) Anteile von Siliciumdioxid und Alkalimetalloxid, deren Mengenverhältnis als Wasserglasmodul bezeichnet wird. Erfindungsgemäß kann Wasserglas eingesetzt werden, welches ein, zwei oder mehr der genannten Alkaliionen enthält und/oder ein oder zudem auch ein oder mehr mehrwertige Kationen wie beispielsweise Ionen des Aluminiums enthält. In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn das Wasserglas im Wesentlichen frei ist von Lithiumionen. Eine Formstoffmischung im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst als einen von mehreren Bestandteilen einen Formgrundstoff. Der Formgrundstoff ist bevorzugt ein feuerfester Formgrundstoff. Als „feuerfest“ werden im vorliegenden Text im Einklang mit dem üblichen fachmännischen Verständnis Massen, Werkstoffe und Mineralien bezeichnet, die zumindest kurzzeitig der Temperaturbelastung beim Abguss bzw. bei der Erstarrung einer Eisenschmelze, meist Gusseisen, widerstehen können. Als Formgrundstoff geeignet sind natürliche sowie künstliche Formgrundstoffe, beispielsweise Quarz-, Zirkon- oder Chromerzsand, Olivin, Vermiculit, Bauxit oder Schamotte.
Das „Kontaktieren“ von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems beginnt, sobald der Formgrundstoff (D) mit der ersten der anderen Komponenten in Kontakt gebracht wird und endet, wenn eine Formstoffmischung mit den genannten Bestandteilen bzw. Inhaltsstoffen vorliegt.
Dass beim Kontaktieren „Inhaltsstoffe“ sämtlicher der besagten Komponenten des Bindemittelsystems eingesetzt werden können, bedeutet, dass jeweils nicht die Komponente (A), die erste Flüssigkomponente (B) oder die zweite Flüssigkomponente (C) als vollständige Komponenten, das heißt, so wie sie in den drei räumlich voneinander getrennten Behältnissen vorliegen, in Schritt (S2) eingesetzt werden müssen, sondern dass es genügt, jeweils nur ausgewählte Inhaltsstoffe der jeweils in den räumlich getrennten Behältnissen vorliegenden Komponenten in Schritt (S2) einzusetzen; dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn zwischen den Schritten (S1) und (S2) eine Aufbereitung der genannten Komponenten stattfindet. Je nach den Erfordernissen des Einzelfalls entscheidet der Fachmann, ob Komponenten (A), (B) und/oder (C) vollständig eingesetzt werden bzw. welche der Inhaltsstoffe der besagten Komponenten des Bindemittelsystems zum Einsatz kommen. Der Fachmann wird in üblicher weise anhand einfacher Versuche geeignete Mischungsverhältnisse identifizieren. Geeignete Mischungsverhältnisse ergeben sich auch aus den Beispielen und den nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für die Herstellung von für den Metallguss üblichen Formkörpern, also beispielsweise für die Herstellung von Kernen, Speiserelementen und Formen (Gießformen). Die in Schritt (S2) resultierende Formstoffmischung ist dabei ein Zwischenprodukt, aus dem Formen und/oder Kerne und/oder Speiserelemente als Endprodukte hergestellt werden. Besonders vorteilhaft können dabei auch Formkörper hergestellt werden, die sehr dünnwandige Abschnitte umfassen. Die im erfindungsgemäßen Verfahren als Endprodukte (aus den in Schritt (S2) resultierenden Formstoffmischungen) herstellbaren Formen, Kerne und Speiserelemente weisen eine besonders gute Feuchtebeständigkeit auf.
Diese gute Feuchtebeständigkeit der Formen, Kerne und Speiserelemente, die bei Einsatz entsprechender Formstoffmischungen erreicht wird, wird auch bei vollständigem Verzicht auf den Einsatz von Bor- Verbindungen (wie z. B. offenbart in DE 10 2013 111 626) und Lithium- Verbindungen (wie z. B. offenbart in DE 102013 106 276) erreicht. Die Bestimmung der Feuchtebeständigkeit wird in den beigefügten Beispielen exemplarisch beschrieben.
In manchen Fällen ist es jedoch bevorzugt, wenn auch Lithium-Verbindungen und/oder Bor-Verbindungen in der in Schritt (S2) resultierenden Formstoffmischung enthalten sind. Die positive Wirkung von Lithium-Verbindungen in Formstoffmischungen auf die Feuchtebeständigkeit von daraus hergestellten Formen, Kernen oder Speiserelementen, wie sie in DE 10 2013 106 276 beschrieben ist, bzw. die positive Wrkung von Bor-Verbindungen auf die Feuchtebeständigkeit von Formkörpern, wie in DE 102013 111 626 beschrieben, werden im erfindungsgemäßen Verfahren in solchen Fällen verstärkt. In vielen Fällen ist es jedoch aus den vorstehend genannten Gründen bevorzugt, gänzlich auf den Einsatz von Lithium-Verbindungen und/oder Bor-Verbindungen zu verzichten; auch so ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine vorteilhaft hohe Feuchtebeständigkeit der im erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Formen Kerne und Speiserelemente zu erreichen, ohne die bekannten Nachteile, die aus einer Verwendung von Lithium-Verbindungen und/oder BorVerbindungen resultieren.
Im Bereich der Gießereiindustrie ist allgemein bekannt, dass Prozessparameter bei der Herstellung eines Formkörpers (Form- und/oder Kern und/oder Speiserelement) einen signifikanten Einfluss auf die Feuchtestabilität der hergestellten Formkörper haben. Beispielsweise führt eine Erhöhung der Kernkastentemperatur regelmäßig zu höheren Feuchtestabilitäten der hergestellten Formkörper; der Fachmann berücksichtigt dies bei der Wahl der Prozessparameter.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird mit den vorstehend genannten Vorteilen überall dort durchgeführt, wo der Fachmann die aus dem Stand der Technik bekannten wasserglasbasierten Bindemittelsysteme einsetzen würde. Geeignete Einsatzgebiete betreffen sowohl Anwendungen für den Aluminiumguss als auch für den Eisen-, Stahl- oder Messingguss. Die als Zwischenprodukt im erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Formstoffmischungen werden auch zur Herstellung wasserglasgebundener Speiser verwendet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Formen und Kerne erhalten, die eine für viele Anwendungen besonders positive Eigenschaftskombination von vergleichsweise hoher Feuchtebeständigkeit (Feuchtestabilität) und vergleichsweise hohem relativem Formkörpergewicht (Masse bezogen auf das Volumen eines gegebenen Körpers; bei Kernen spricht man vom Kerngewicht) aufweisen. Insbesondere wird eine auf dem Gebiet der Gießereiindustrie besonders bevorzugte Kombination aus Feuchtebeständigkeit, Kerngewicht und Biegefestigkeit der im erfindungsgemäßen Verfahren als Endprodukte (aus den in Schritt (S2) resultierenden Formstoffmischungen) herstellbaren Formen und Kerne erreicht.
Die Erfindung betrifft insbesondere und bevorzugt ein Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei in Schritt (S2) das Kontaktieren von Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicherder besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in vorbestimmten Mengenverhältnissen in einem oder mehreren Schritten so durchgeführt wird, dass eine Menge der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) und/oder eine Menge der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden zweiten Flüssigkomponente (C) und/oder nach Trennen, vorzugsweise Filtrieren, der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) ausgewählte Inhaltsstoffe der ersten Flüssigkomponente (B) und/oder nach Trennen, vorzugsweise Filtrieren, der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden zweiten Flüssigkomponente (C) ausgewählte Inhaltsstoffe der ersten Flüssigkomponente (C) beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzt wird bzw. werden.
Unter einer Menge einer Komponente ((A), (B), oder (C)) wird im Rahmen des vorliegenden Textes eine quantifizierbare (z.B. in Bezug auf Masse oder Volumen) Menge der jeweiligen Komponente (in ihrem jeweiligen Behältnis) verstanden, in der die Stoffmengenverhältnisse sämtlicher chemischen Inhaltsstoffe zueinander den Stoffmengenverhältnissen dieser Inhaltsstoffe zueinander in der Gesamtkomponente entsprechen. Typischerweise wird eine Menge einer Komponente bzw. Flüssigkomponente eingesetzt, wenn zwischen dem Herstellen oder Bereitstellen des Bindemittelsystems in Schritt (S1) und dem Kontaktieren der Komponente bzw. Flüssigkomponente mit einem Formgrundstoff in Schritt (S2) kein Trennverfahren durchgeführt wird, insbesondere also auch keine Filtration.
Dass beim Kontaktieren in Schritt (S2) eine Menge der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) bzw. eine Menge der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden zweiten Flüssigkomponente (C) eingesetzt wird bzw. werden, bedeutet, dass in Schritt (S2) nicht allgemein Inhaltsstoffe der ersten Flüssigkomponente (B) bzw. der zweiten Flüssigkomponente (C) eingesetzt werden, sondern spezifisch Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) bzw. Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) jeweils so, wie sie in Schritt (S1) jeweils in einem separaten (räumlich von den anderen Behältnissen getrennten) Behältnis als Teil des Bindemittelsystems vorliegen bzw. resultieren.
Bevorzugt werden beide Komponenten (die erste Flüssigkomponente (B) und die zweite Flüssig- komponente (C)) in Schritt (S2) so eingesetzt, wie sie in Schritt (S1) als Teil des Bindemittelsystems vorliegen bzw. resultieren; so kann das Verfahren in der Gießerei besonders effizient, ressourcenschonend und besonders umweltverträglich durchgeführt werden.
In manchen Fällen ist es allerdings bevorzugt, von der ersten Flüssigkomponente (B) und/oder von der zweiten Flüssigkomponente (C) nur ausgewählte Inhaltsstoffe beim Kontaktieren in Schritt (S2) einzusetzen. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die jeweilige Flüssigkomponente, wie sie in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegt, einem Trennverfahren unterzogen wird und nicht sämtliche Produkte des Trennverfahrens in Schritt (S2) eingesetzt werden. Bevorzugt ist das Trennverfahren ein Filtrieren, wobei dann wiederum besonders bevorzugt das Filtrat beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzt wird; je nach den Erfordernissen des Einzelfalls betrachtet der Fachmann aber auch andere Trennverfahren als bevorzugt.
In vielen Fällen, insbesondere wenn ein schichtweiser Aufbau von Form und/oder Kern erfolgt, wird so eine besonders bevorzugt gute Kombination aus bevorzugt guter Feuchtebeständigkeit der im erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Formen und Kerne und einer besonders vorteilhaften Oberflächenqualität der beim Abguss dieser Formen und Kerne erhaltenen Metallgus- stücke erzielt.
In vielen Fällen ist es bevorzugt, in Schritt (S2) eine Menge der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) oder eine Menge der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden zweiten Flüssigkomponente (C) einzusetzen und von der jeweils anderen Komponente nur ausgewählte Inhaltsstoffe (nicht aber die vollständige Komponente wie in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegend).
Dass die besagten Komponenten des Bindemittelsystems beim Kontaktieren in Schritt (S2) in vorbestimmten Mengenverhältnissen eingesetzt werden, bedeutet, dass von den einzelnen Komponenten bzw. von den Inhaltsstoffen jeweils (z.B. gemäß einer Rezeptur) vordefinierte Massen bzw. Volumina bzw. Stoffmengen eingesetzt werden. Dass in Schritt (S2) der Formgrundstoff in einem oder mehreren Schritten mit den besagten Komponenten des Bindemittelsystems kontaktiert wird, bedeutet insbesondere, dass der Formgrundstoff (D) entweder gleichzeitig oder ungleichzeitig mit Inhaltsstoffen oder Mengen der Komponenten (A), (B) und (C) kontaktiert wird, wobei die Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponenten (A),
(B) und (C) räumlich getrennt oder nicht räumlich getrennt in einer von den Bedürfnissen des Einzelfalls abhängigen Reihenfolge, z.B. einzeln, gemeinsam oder gemeinsam vorgemischt mit dem Formgrundstoff (D) kontaktiert werden.
In vielen Fällen, vorzugsweise in Verbindung mit einem schichtweisen Aufbau von Formkörpern, ist es bevorzugt, wenn zunächst der Formgrundstoff mit der Komponente (A) kontaktiert wird und erst danach, und dabei gleichzeitig oder nacheinander, mit Inhaltsstoffen oder Mengen der Flüssigkomponenten (B) und (C).
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise in Verbindung mit einem schichtweisen Aufbau von Formkörpern (Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen), wird zunächst der Formgrundstoff mit der Komponente (A) kontaktiert; Mengen der Flüssigkomponenten (B) und (C) werden gemischt die resultierende Mischung filtriert; die als Filtrat resultierende Mischung aus Inhaltsstoffen der Flüssigkomponenten (B) und
(C) wird mit dem bereits mit Komponente (A) kontaktierten Formgrundstoff kontaktiert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise in Verbindung mit einem schichtweisen Aufbau von Formkörpern, wird zunächst der Formgrundstoff mit der Komponente (A) kontaktiert; Mengen der Flüssigkomponenten (B) und (C) werden getrennt voneinander jeweils filtriert, so dass Inhaltsstoffe der Flüssigkomponenten (B) und (C) jeweils als Filtrat resultieren; in einem weiteren Schritt werden die Filtrate der Flüssigkomponenten (B) und (C) vereinigt und die resultierende Mischung in einem weiteren Schritt mit dem bereits mit Komponente (A) kontaktierten Formgrundstoff kontaktiert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise in Verbindung mit einem schichtweisen Aufbau von Formkörpern, wird zunächst der Formgrundstoff mit der Komponente (A) kontaktiert; Mengen der Flüssigkomponenten (B) und (C) werden getrennt voneinander jeweils filtriert, so dass jeweils Inhaltsstoffe der Flüssigkomponenten (B) und (C) als Filtrat resultieren; in einem weiteren Schritt werden die jeweiligen Filtrate der Flüssigkomponenten (B) und (C) räumlich und/oder zeitlich getrennt voneinander mit dem bereits mit Komponente (A) kontaktierten Formgrundstoff kontaktiert.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzugsweise in Verbindung mit einem schichtweisen Aufbau von Formkörpern, wird zunächst der Formgrundstoff in beliebiger Reihenfolge mit der Komponente (A) und der Flüssigkomponente (C) kontaktiert; eine Menge der Flüssigkomponente (B) wird filtriert, so dass Inhaltsstoffe der Flüssigkomponente (B) als Filtrat resultieren; diese Inhaltsstoffe aus Flüssigkomponente (B) werden in einem weiteren Schritt mit dem bereits mit Komponente (A) und Flüssigkomponente (C) kontaktierten Formgrundstoff kontaktiert.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei Inhaltsstoffe oder Mengen der in Schritt (S1) jeweils als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) und zweiten Flüssigkomponente (C) in Schritt (S2) zunächst in einem vorbestimmten Verhältnis vermischt werden, so dass eine Mischung resultiert umfassend Wasserglas und Aluminationen in vorbestimmten Anteilen, und dann der Formgrundstoff (D) mit dieser Mischung kontaktiert wird, wobei vorzugsweise
(a) zwischen dem Vermischen der Mengen oder Inhaltsstoffe der besagten Flüssigkomponenten und dem Kontaktieren des Formgrundstoffs mit der resultierenden Mischung ein Zeitraum von nicht mehr als 24 Stunden liegt, bevorzugt ein Zeitraum von nicht mehr als 12 Stunden, besonders bevorzugt 4 Stunden, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 1 Stunde und/oder
(b) der Formgrundstoff mit der resultierenden Mischung der Mengen oder Inhaltsstoffe der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente(C) kontaktiert wird, vorzugsweise vermischt wird, bevor sich Feststoff in der resultierenden Mischung bildet, oder nicht vermischt werden, bevor der Formgrundstoff (D) (i) vollständig gleichzeitig, (ii) teilweise gleichzeitig oder (iii) in beliebiger Reihenfolge nacheinander mit Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) kontaktiert wird.
Die aus dem Vermischen in einem vorbestimmten Verhältnis von
Mengen der in Schritt (S1) jeweils als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) und zweiten Flüssigkomponente (C) bzw. von Inhaltsstoffen oder Mengen der in Schritt (S2) eingesetzten ersten Flüssigkomponente (B) und zweiten Flüssigkomponente (C) resultierende Mischung umfassend Wasserglas und Aluminationen ist vorzugsweise nicht bei 20 °C mindestens 6 Monate lagerstabil, besonders vorzugsweise nicht bei 20°C mindestens 2 Monate lagerstabil, und sollte deshalb nach ihrer Herstellung eilig verbraucht werden. Dass die Mischungen nicht bei 20°C für die angegebenen Zeiträume lagerstabil sind, bedeutet, dass sie nicht bis zum Ende des angegebenen Zeitraums klar bleiben und dass es vor dem Ende des angegebenen Zeitraums zu einem Vergelen bzw. zu Ausfällungen kommen kann.
Bei einem Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren in den angegebenen Zeiträumen werden die oben dargelegten positiven Effekte des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte erreicht, ohne dass die geringe Lagerstabilität der besagten Mischung problematisch ist. Das Kontaktieren in Schritt (S2) wird bewirkt, bevor Instabilitäten oder das Ausfallen inakzeptabler Mengen an Feststoffen die Mischung für einen Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren ungeeignet machen.
Dem Fachmann sind Methoden bekannt, um die Bildung von Feststoffen in einer Lösung zu de- tektieren; er untersucht z.B. die Lichtstreuung in der Mischung bzw. detektiert die Trübung der Mischung. Wenn Feststoff in besonderem Maße ausfällt, ist dies auch z.B. mit bloßem Auge an der (veränderten) Trübung oder an der Ausbildung eines Bodensatzes zu erkennen; bei einer Gelbildung ist zudem eine deutliche Veränderung der Viskosität wahrzunehmen, bzw. zu messen. Entsprechende Messmethoden sind dem Fachmann bekannt.
In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn Inhaltsstoffe oder Mengen der Flüssigkomponenten (B) und (C) nicht miteinander vermischt werden, bevor sie mit dem Formgrundstoff (D) kontaktiert werden; in diesen Fällen ist es also ausgeschlossen, dass zunächst Inhaltsstoffe oder Mengen der Flüssigkomponenten (B) und (C) miteinander vermischt werden und erst danach die resultierende Mischung mit dem Formgrundstoff (D) kontaktiert wird.
„Vollständig gleichzeitig“ bedeutet, dass die Zeiträume des Kontaktierens für (B) und (C) identisch sind, das heißt sie haben den gleichen Anfang und das gleiche Ende. „Teilweise gleichzeitig“ bedeutet, dass die Zeiträume des Kontaktierens für (B) und (C) überlappen. Beispielsweise können Dosiereinrichtungen (z.B. je eine für Flüssigkomponente (B) und (C)) (i) gleichzeitig öffnen und gleichzeitig schließen (d.h. es wird vollständig gleichzeitig kontaktiert). Es kann (ii) zuerst die erste Dosiervorrichtung geöffnet werden und die zweite wird danach geöffnet, jedoch bevor die erste geschlossen wird (d.h. es wird teilweise gleichzeitig kontaktiert). Schließlich kann (iii) erst eine Dosiervorrichtung geöffnet und geschlossen werden und erst danach die zweite (d.h. es wird in beliebiger Reihenfolge nacheinander kontaktiert).
Das Durchführen des Verfahrens in der hier beschriebenen Weise führt in besonderem Maße zu einer hohen Feuchtebeständigkeit der im erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Formen, Kerne und Speiserelemente und dabei zu einer besonders vorteilhaften Oberflächenqualität der beim Abguss dieser Formen und Kerne (insbesondere beim Abguss mit Aluminium bzw. beim Abguss mit aluminiumhaltigen Legierungen) erhaltenen Metallstücke. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei in Schritt (S2) Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) mit individuell vorbestimmter Dosierrate und/oder Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) mit individuell vorbestimmter Dosierrate
(i) zum Formgrundstoff (D) und/oder
(ii) zu Inhaltsstoffen oder Mengen einer anderen Komponente des Bindemittelsystems gegeben werden, bevorzugt automatisiert und/oder mittels einer oder mehrerer Dosiereinrichtungen.
In vielen Fällen ist es bevorzugt, Inhaltsstoffe oder Mengen der Flüssigkomponenten (B) und (C) mit individuell vorbestimmter Dosierrate zum Formgrundstoff (D) hinzuzugeben.
Das Dosieren mit einer individuell vorbestimmten Dosierrate ermöglicht ein besonders ressourcenschonendes Verfahren. Es ist in vielen Fällen bevorzugt, dass das Dosieren mit individuell bestimmter Dosierrate nur für ausgewählte der hinzudosierten Inhaltsstoffe oder Mengen automatisiert erfolgt. In manchen Fällen ist es jedoch bevorzugt, dass das Dosieren mit individuell bestimmter Dosierrate für sämtliche der hinzudosierten Inhaltsstoffe oder Mengen automatisiert erfolgt. Bevorzugt erfolgt das automatisierte Dosieren mit individuell vorbestimmter Dosierrate mittels einer oder mehrerer Dosiereinrichtungen.
Die vorstehend im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile und Effekte kommen hierbei in besonders reproduzierbarem Maße zum Tragen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei die Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen umfasst: eine oder mehrere Dosiereinrichtungen zum Dosieren von Inhaltstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und/oder von Inhaltstoffen oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) und/oder von Inhaltstoffen oder Mengen der Komponente (A) umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid und/oder des Formgrundstoffs (D) sowie eine Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung für die eine Dosiereinrichtung bzw. die mehreren Dosiereinrichtungen, vorzugsweise eine mikroprozessorgestützte Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen zumindest vier Dosiereinrichtungen; jeweils eine für Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und für Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) und für Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A) und für den Formgrundstoff (D).
In einer in manchen Fällen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen eine gemeinsame Dosiereinrichtung für Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und von Inhaltsstoffen oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C).
In einer in manchen Fällen bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen zwei Dosiereinrichtungen, jeweils eine gemeinsame Dosiereinrichtung für (i) Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und von Inhaltsstoffen oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) und für (ii) Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A) und des Formgrundstoffs (D).
Jeweils wird diese Dosiereinrichtung bzw. werden diese Dosiereinrichtungen vorzugsweise durch eine Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung gesteuert oder geregelt; besonders bevorzugt ist diese Dosiereinrichtung bzw. sind diese Dosiereinrichtungen dabei von einer mikroprozessorgestützten Steuereinrichtung bzw. Regeleinrichtung gesteuert bzw. geregelt; dabei ist es ganz besonders bevorzugt, wenn eine gemeinsame Steuereinrichtung bzw. Regeleinrichtung die Dosierung mittels individuell vorbestimmter Dosierraten für Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und für Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) und für Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A) und des Formgrundstoffs (D) steuert bzw. regelt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen zweiten Flüssigkomponente (C) umfasst:
15 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 18 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 22 -27 Gew.-% Siliciumdioxid,
8 bis 17 Gew.-% Alkalimetalloxid, bevorzugt 10 bis 17 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 16 Gew.-%,
Aluminationen, berechnet als AI2O3, in einer Menge bis 4,0 Gew.-%, bevorzugt 0,4 bis 4,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,45 bis 3,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,75 bis 3,0 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 2,5 Gew.-%, besonders vorzugsweise 1 ,25 bis 2 Gew.-% wobei die Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C).
Ein Nachweis von Na, Li und K erfolgt z.B. über Inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). Bei den angegebenen Gehalten an Siliciumdioxid bzw. Alkalimetalloxid werden die vorstehend diskutierten Effekte und Vorteile in besonders gutem Maße erreicht.
In den bevorzugten Konzentrationsbereichen wird regelmäßig eine auf dem Gebiet der Gießereiindustrie besonders bevorzugte Feuchtebeständigkeit von Formen, Kernen und Speiserelemen- ten erreicht; insbesondere wird eine auf dem Gebiet der Gießereiindustrie besonders bevorzugte Kombination aus Feuchtebeständigkeit, Kerngewicht und Biegefestigkeit der im erfindungsgemäßen Verfahren als Endprodukte (aus den in Schritt (S2) resultierenden Formstoffmischungen) herstellbaren Formen und Kerne erreicht.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei in der Gesamtmasse der in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) das (analog zur Vorgehensweise bei der Berechnung des Wasserglasmoduls bestimmte) Massenverhältnis von Alkalimetalloxid zu AI2O3 im Bereich von 35:1 bis 3:1 liegt, bevorzugt im Bereich von 20:1 bis 5:1 liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 15:1 bis 7:1 .
Bei den angegebenen Verhältnissen von Alkalimetalloxid zu AI2O3 werden die vorstehend beschriebenen Effekte und Vorteile in besonderem Maße erreicht; insbesondere besitzt das Bindemittelsystem bei diesen Massenverhältnissen besonders vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich seiner Verarbeitung in der Gießereiindustrie. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei in Schritt (S2) die Temperatur der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) zu Beginn des Kontaktierens oder Mischens jeweils in einem Bereich von 5 bis 35 °C liegt. Dies gilt insbesondere beim schichtweisen Aufbau von Formen, Kernen und Speiserelementen.
Vorzugsweise besitzen die eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und die eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) zu Beginn des Kontaktierens oder Mischens jeweils die in der Gießerei herrschende Umgebungstemperatur. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei in der Gesamtmasse der in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) das (analog zur Vorgehensweise bei der Bestimmung des Wasserglasmoduls bestimmte) Massenverhältnis von AI2O3 zu S1O2 größer ist als 1 :70, bevorzugt größer als 1 :69, besonders bevorzugt größer als 1 :64.
In vielen Fällen ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn es sich bei einer Mischung der in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) nicht um eine klare Lösung handelt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei in Schritt (S2) Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, mit dem Formgrundstoff und mit Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und Inhaltsstoffen oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) kontaktiert werden, wobei die in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems eingesetzte Komponente (A)
(i) teilchenförmig ist, vorzugsweise ein Pulver oder ein Granulat, oder
(ii) eine Suspension von partikulärem amorphen Siliciumdioxid ist und/oder die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, (i) in Form eines Pulvers oder Granulats, vorzugsweise in Form eines Pulvers, oder (ii) als Suspension eingesetzt werden und/oder (vorzugsweise „und“) das partikuläre amorphe Siliciumdioxid der Komponente (A) als Inhaltsstoff in Schritt (S2) eingesetzt wird und vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid, welches Siliciumdioxid in einem Anteil von zumindest 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des teilchenförmigen synthetischen amorphen Siliciumdioxids, sowie als Nebenbestandteil zumindest Kohlenstoff enthält, vorzugsweise herstellbar durch Reduktion von Quarz im Lichtbogenofen; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid, welches als Nebenbestandteil oxidisches Zirconium umfasst und vorzugsweise herstellbar ist durch thermische Zersetzung von ZrSi04; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid herstellbar durch Oxidation von metallischem Silicium mittels eines sauerstoffhaltigen Gases; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid herstellbar durch Quen- chen einer Siliciumdioxid-Schmelze pyrogene Kieselsäure, vorzugsweise herstellbar durch Pyrolyse von Siliciumtetrachlorid;
Mischungen davon und/oder die Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, zusätzlich ein, zwei, drei oder mehr weitere Inhaltsstoffe umfasst, die in Schritt (S2) mit eingesetzt werden und unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: teilchenförmige Materialien, vorzugsweise teilchenförmige anorganische Materialien, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxide des Aluminiums, vorzugsweise Aluminiumoxid in der alpha-Phase, Bauxit, Oxide des Zirkoniums, vorzugsweise Zirkonium(IV)-Oxid, Aluminium/Silicium-Mischoxide, Zinkoxid, Bariumsulfat, phosphorhaltige Verbindungen, vorzugsweise Tricalciumphosphat, Schichtsilikate, Graphit, Ruß, Glaskugeln, Oxide des Magnesiums, Borosilikate, keramische Hohlkugeln, oxidische Bor-Verbindungen, vorzugsweise pulverförmige oxidische Bor-Verbindungen, und deren Mischungen wasserlösliche Materialien,
Alkalihydroxide,
Tenside,
Filmbildner,
Hydrophobierungsmittel, vorzugsweise siliciumorganische Verbindungen, Silane, Silikone und Siloxane, Wachse, Paraffine, Metallseifen, und
Kohlenhydrate.
Bevorzugt werden die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, (i) in Form eines Pulvers oder Granulats, vorzugsweise in Form eines Pulvers, oder (ii) als Suspension eingesetzt.
In manchen Fällen ist es bevorzugt, dass weder eine der Komponenten des Bindemittelsystems noch die Formstoffmischung partikuläres amorphes Siliciumdioxid enthalten, das durch thermische Zersetzung von ZrSi04 zu ZrÜ2 aus ZrSi04 hergestellt ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei der Anteil an Siliciumdioxid in der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, vorzugsweise der Anteil des partikulären amorphen Siliciumdioxids in der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, mindestens 25 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid.
Je nach Herkunft oder Herstellungsverfahren enthält natürliches und/oder synthetisches amor- phes Siliciumdioxid bis zu 50 Gew.-% Nebenbestandteile, d.h. kristallines Siliciumdioxid und/oder Stoffe, die nicht Siliciumdioxid sind. Der Begriff „partikuläres amorphes Siliciumdioxid“ umfasst daher stets auch Nebenbestandteile, die im partikulären amorphen Siliciumdioxid vorhandenen sind. Insbesondere ist mit diesen Anteilen an partikulärem amorphen Siliciumdioxid eine für viele Fälle vorteilhafte Kombination aus bevorzugt hoher Feuchtestabilität und bevorzugt hohem Form- körpergewicht (bei Kernen: Kerngewicht) zu erzielen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegende erste Flüssigkomponente (B) und/oder zweite Flüssigkomponente (C) ohne weitere Aufbereitung aus dem jeweiligen Behältnis heraus in Schritt (S2) eingesetzt wird bzw. werden.
Dass die in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegende erste Flüssigkomponente (B) und/oder zweite Flüssigkomponente (C) ohne weitere Aufbereitung aus dem jeweiligen Behältnis heraus in Schritt (S2) eingesetzt wird bzw. werden bedeutet, dass keine Trennverfahren, insbesondere auch keine Filtration, zwischen der Entnahme von Mengen der jeweiligen Flüs- sigkomponente aus dem Behältnis und ihrem Einsatz in Schritt (S2) erfolgt.
In vielen Fällen ist es aus Gründen der Verfahrensökonomie und unter Umweltaspekten gewünscht, dass zwischen der Entnahme der Flüssigkomponente (B) und (C) aus dem jeweiligen Behältnis keine weitere Aufbereitung irgendeiner der Flüssigkomponenten (B) und (C) vor einem Einsatz in Schritt (S2) erfolgt; von den Komponenten werden somit Mengen (und nicht nur spezi- fische Inhaltsstoffe) in Schritt (S2) eingesetzt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die erste Flüssigkomponente (B), bevorzugt die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), vorzugsweise in wässriger Phase, eines oder mehrere Alkalimetalle M aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und
Kalium enthält, wobei der Anteil an Kaliumionen, berechnet als K2O, vorzugsweise größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt größer ist als 0,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt größer ist als 1 Gew.-% und/oder wobei die zweite Flüssigkomponente (C), bevorzugt die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (C), eines oder mehrere Alkalimetalle M aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium enthält, wobei der Anteil an Kaliumionen, berechnet als K2O, vorzugsweise größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt größer ist als 0,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt größer ist als 1 Gew.-% und/oder wobei die Gesamtmasse der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C), bevorzugt die Gesamtmasse der in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe 0- der Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C), eines oder mehrere Alkalimetalle M aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium enthält, wobei der Anteil an Kaliumionen, berechnet als K2O, vorzugsweise größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt größer ist als 0,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt größer ist als 1 Gew.-% und/oder wobei die erste Flüssigkomponente (B), bevorzugt die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), vorzugsweise in wässriger Phase, einen Gehalt an Alkalimetallsilikat im Bereich von 20 Gew.-% bis 60 Gew.-% aufweist, bevorzugt im Bereich von 25 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der ersten Flüssigkomponente (B); und/oder wobei die erste Flüssigkomponente (B), bevorzugt die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), vorzugsweise in wässriger Phase, Wasserglas mit einem molaren Modul S1O2/ Alkalimetalloxid im Bereich von 1 ,6 bis 4,0 umfasst.
Sämtliche der sich ergebenden Kombinationen sind bevorzugt; der Fachmann wählt eine jeweils geeignete Kombination nach den Erfordernissen des Einzelfalls.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die erste Flüssigkomponente (B) und/oder die zweite Flüssigkomponente (C) zusätzlich ein, zwei oder mehr weitere Inhaltsstoffe umfasst bzw. umfassen, die in Schritt (S2) mit eingesetzt werden und unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: oberflächenaktive Substanzen, insbesondere Tenside, Entschäumer und Benetzungsmittel,
Alkalimetallphosphate, oxidische Bor-Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Boraten, Borsäuren, und Borsäureanhydriden.
Bevorzugt enthält die erste Flüssigkomponente (B) neben Wasser und darin gelöstem und/oder dispergiertem Wasserglas auch eine oder mehrere oberflächenaktive Substanzen, bevorzugt aus der Gruppe der Tenside, Entschäumer und Benetzungsmittel.
Besonders bevorzugt enthält die erste Flüssigkomponente (B) neben Wasser und darin gelöstem und/oder dispergiertem Wasserglas auch ein oder mehrere Tenside.
Bevorzugt enthält die zweite Flüssigkomponente (C) neben Wasser und darin gelösten Aluminationen auch eine oder mehrere oberflächenaktive Substanzen, bevorzugt aus der Gruppe der Tenside, Entschäumer und Benetzungsmittel.
Besonders bevorzugt enthält die zweite Flüssigkomponente (C) neben Wasser und darin gelösten Aluminationen auch ein oder mehrere Tenside.
Aus den vorstehend genannten Gründen ist es zwar in vielen Fällen bevorzugt, wenn keine der beiden Flüssigkomponenten (B) und (C) Bor- Verbindungen enthält, in einigen Fällen ist es jedoch bevorzugt, wenn die erste Flüssigkomponente (B) und/oder die zweite Flüssigkomponente (C) zusätzlich eine oder mehrere der genannten Bor-Verbindungen umfasst. Bevorzugt ist es dabei, wenn jeweils eine oder mehrere der genannten Bor-Verbindungen entweder in der ersten Flüssigkomponente (B) oder in der zweiten Flüssigkomponente (C) vorliegt bzw. vorliegen und die jeweils andere Komponente im Wesentlichen frei ist von Bor-Verbindungen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die zweite Flüssigkomponente (C) gelöste Alkalialu- minate umfasst, die in Schritt (S2) eingesetzt werden.
In vielen Fällen ist es aufgrund der guten Verfügbarkeit bevorzugt, Alkalialuminate im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die erste Flüssigkomponente (B), bevorzugt die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,4 Gew.-%, bevorzugt 0,1 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der ersten Flüssigkomponente (B) und/oder wobei die zweite Flüssigkomponente (C), bevorzugt die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (C), - in wässriger Phase einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, im Bereich von 0,4 Gew.-% bis 35 Gew-% aufweist, bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 5 Gew.% bis 23 Gew.-% umfasst, und/oder - einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als
0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweiten Flüssigkomponente (C) und/oder wobei die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) - einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, umfasst, der im Bereich liegt von 0,4 bis 4,0 Gew.-%, bevorzugt 0,45 bis 3,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,75 bis 3,0 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 1 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 1 ,25 bis 2 Gew.-% und/oder - einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als
0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, wobei die Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen zweiten Flüssigkomponente (C). Wenn die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, umfasst, der im Bereich liegt von 0,4 bis 4,0 Gew.-%, bevorzugt 0,45 bis 3,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,75 bis 3,0 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 1 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 1 ,25 bis 2 Gew.-%, ist eine resultierende Mischung der Flüssigkomponenten (B) und (C) nicht bei 20°C mindestens 6 Monate lagerstabil; dies ist aber unproblematisch, weil das Kontaktieren in Schritt (S2) bewirkt wird, bevor Instabilitäten oder das Ausfallen inakzeptabler Mengen an Feststoffen die Mischung für einen Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren ungeeignet machen.
Bevorzugt liegt in einem erfindungsgemäßen Verfahren auch nach Kontaktieren von Inhaltsstof- fen oder Mengen der Komponenten (B) und (C) keine bei 20°C mindestens 6 Monate lagerstabile, besonders bevorzugt keine bei 20°C mindestens 2 Monate lagerstabile, wässrige Lösung von Silikaten vor.
Bevorzugt ist zudem ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die erste Flüssigkomponente (B), bevorzugt die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkompo- nente (B), einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,4 Gew.-%, bevorzugt 0,1 Gew.-% und einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.- %, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der ersten Flüssigkomponente (B). Bevorzugt ist zudem ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die zweite Flüssigkomponente (C), bevorzugt die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (C), in wässriger Phase einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, im Bereich von 0,4 Gew.-% bis 35 Gew-% aufweist, bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 5 Gew.% bis 23 Gew.-% umfasst, und einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.- %, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweiten Flüssigkomponente (C). Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, umfasst, der im Bereich liegt von 0,4 bis 4,0 Gew.-%, bevorzugt 0,45 bis 3,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,75 bis 3,0 Gew.- %, ganz besonders bevorzugt 1 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 1 ,25 bis 2 Gew.-% und einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und - einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-
%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, wobei die Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen zweiten Flüssigkomponente (C). In vielen Fällen ist es, aufgrund der bekannten Nachteile von lithium- bzw. borhaltigen Verbindungen auf dem Gebiet der Gießereiindustrie, jedoch auch bevorzugt, gänzlich auf den Einsatz von lithium- und/oder borhaltigen Verbindungen zu verzichten, so dass sowohl die erste Flüssigkomponente (B), insbesondere die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), als auch die zweite Flüssigkomponente (C), insbesondere die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (C), im Wesentlichen frei sind von lithium- und borhaltigen Verbindungen; auch ohne diese Verbindungen ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine vorteilhaft hohe Feuchtebeständigkeit der im erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Formen, Kerne und Speiserelemente zu erreichen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die zweite Flüssigkomponente (C) einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweiten Flüssigkomponente (C) und/oder wobei die Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, einen Gehalt an Aluminationen umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-%, besonders bevorzugt einen Gehalt an Al- kalialuminaten umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevor- zugt nicht größer als 0,01 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente
(A) und/oder wobei in der in Schritt (S2) resultierenden Formstoffmischung das molare Verhältnis [Li20]/[M20] kleiner ist als 0,030, bevorzugt weniger als 0,025, besonders bevorzugt weni- ger als 0,010, wobei [M2O] die Stoffmenge in Mol an Alkalimetall M ist, berechnet als M2O, wobei abschließend nur folgende Verbindungen in die Berechnung eingehen: amorphe Alkalisilikate, Alkalimetalloxide und Alkalimetallhydroxide, einschließlich deren Hydrate, wobei Li als Teil von M ohne einen Wirksamkeitsfaktor eingeht und wobei [L12O] die Stoffmenge in Mol an Li ist, berechnet als L12O, wobei abschließend nur folgende Verbindungen in die Berechnung eingehen: amorphe Lithiumsilikate, Lithiumoxide und Lithiumhydroxid, einschließlich deren Hydrate.
Der Begriff „Wrksamkeitsfaktor“ hat die im Dokument DE 102013 106276 A1 in den Abschnitten [0037] bis [0038] beschriebene Bedeutung. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die zweite Flüssigkomponente (C) einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweiten Flüssigkomponente (C) und wobei die Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, einen Gehalt an Aluminationen umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-%, besonders bevorzugt einen Gehalt an Alkalialuminaten umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt nicht größer als 0,01 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (A) und wobei in der in Schritt (S2) resultierenden Formstoffmischung das molare Verhältnis [I_ΐ2q]/[M2q] kleiner ist als 0,030, bevorzugt weniger als 0,025, besonders bevorzugt weni- ger als 0,010, wobei [M2O] die Stoffmenge in Mol an Alkalimetall M ist, berechnet als M2O, wobei abschließend nur folgende Verbindungen in die Berechnung eingehen: amorphe Alkalisilikate, Alkalimetalloxide und Alkalimetallhydroxide, einschließlich deren Hydrate, wobei Li als Teil von M ohne einen Wirksamkeitsfaktor eingeht und wobei [L12O] die Stoffmenge in Mol an Li ist, berechnet als L12O, wobei abschließend nur folgende Verbindungen in die Berechnung eingehen: amorphe Lithiumsilikate, Lithiumoxide und Lithiumhydroxid, einschließlich deren Hydrate.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf diese Weise besonders umweltschonend und ressourcenschonend durchzuführen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei in Schritt (S2) zur Herstellung des Artikels jeweilige Gesamtmassen des Formgrundstoffs (D) sowie jeweils der Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) eingesetzt werden, wobei: - 0,1 bis 3,0 Gewichtsteile der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, eingesetzt werden, bevorzugt 0,3 bis 2,0 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile der eingesetzten Gesamtmasse des feuerfesten Formgrundstoffs (D) und/oder (vorzugsweise „und“) Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) im Bereich von insgesamt 0,5 bis 20 Gewichtsteilen, bevorzugt im Bereich von insgesamt 0,5 bis 7 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt im Bereich von insgesamt 0,5 bis 4 Gewichtsteilen, ganz besonders bevorzugt im Bereich von insgesamt 0,7 bis 3 Gewichtsteilen eingesetzt werden, bezogen auf 100 Gewichtsteile der eingesetzten Menge des feuerfesten Formgrundstoffs (D) und/oder (vorzugsweise „und“) das Verhältnis der eingesetzten Gesamtmasse der Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) zur eingesetzten Gesamtmasse der Inhaltsstoffe oder Komponenten der zweiten Flüssigkomponente (C) im Bereich von 86:1 bis 1 :1 liegt, bevorzugt im Bereich von 20:1 bis 2:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 3:1 .
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei der Formgrundstoff (D) zumindest teilweise aus re- cycliertem Formgrundstoff besteht, bevorzugt zumindest zu 50 Gew.-% aus recycliertem Formgrundstoff besteht, besonders bevorzugt zu zumindest 70 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu zumindest 85 Gew.-%.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unter Erreichung der vorstehend beschriebenen Effekte und Vorteile auf diese Weise besonders umweltschonend und ressourcenschonend durchzuführen.
In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn die im erfindungsgemäßen Verfahren als Endprodukte resultierenden Formen, Kerne und Speiserelemente durch schichtweisen Aufbau, vorzugsweise durch schichtweisen Aufbau mittels 3D-Druck hergestellt werden. Entsprechende Verfahren sind beispielsweise aus DE 10 2014 118 577 A1 und DE 10 2011 105 688 A1 im Stand der Technik bekannt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) umfassend die Schritte
(S3) dreidimensionales in Form bringen der Formstoffmischung, vorzugsweise mittels eines Formwerkzeugs oder durch schichtweises Aufbauen mittels eines 3D-Druckers,
(S4) Härten des Bindemittels, so dass eine Form, ein Kern oder ein Speiserelement resultiert. Eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen, mit folgenden Schritten:
(51) Herstellen oder Bereitstellen eines Bindemittelsystems, das in drei räumlich voneinander getrennten Behältnissen als Komponenten umfasst: eine Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, eine erste Flüssigkomponente (B), umfassend Wasserglas, und eine zweite Flüssigkomponente (C), umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen,
(52) Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in vorbestimmten Mengenverhältnissen in einem oder mehreren Schritten, so dass eine Formstoffmischung resultiert, in der die Aluminationen und das partikuläre amorphe Siliciumdioxid ganz oder teilweise in das Wasserglas eingemischt sind, wobei die Schritte (S1) und (S2) in einer Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen durchgeführt werden,
(53) dreidimensionales in Form bringen der Formstoffmischung, vorzugsweise mittels eines Formwerkzeugs oder durch schichtweises Aufbauen mittels eines 3D-Druckers,
(54) Härten des Bindemittels, so dass eine Form, ein Kern oder ein Speiserelement resultiert.
In bestimmten Fällen besteht ein Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen, aus den Schritten (S1), (S2), (S3) und (S4).
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen, vorzugsweise zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen mittels 3D-Druck, wobei in Schritt (S2) beim Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in einem oder mehreren Schritten zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden:
(S2-1-1) miteinander Vermischen von Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C), so dass eine Mischung von Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) resultiert; (S2-1-2) Filtrieren der in Schritt (S2-1-1) resultierenden Mischung von Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) so dass eine filtrierte Mischung von Inhaltsstoffen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) resultiert;
(S2-1-3) Kontaktieren der filtrierten Mischung von Inhaltsstoffen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) mit Formgrundstoff (D) und der mit dem Formgrundstoff (D) vorkontaktierten Komponente (A) des Bindemittelsystems.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen, vorzugsweise zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen mittels 3D-Druck, wobei in Schritt (S2) beim Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in einem oder mehreren Schritten zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden:
(S2-2-1) getrennt voneinander Filtrieren von Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C), so dass jeweils ein Filtrat der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) resultiert.
(S2-2-2) miteinander Vermischen der in Schritt (S-2-2-1) resultierenden Filtrate der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) so dass eine Mischung von Filtraten der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) resultiert;
(S2-2-3) Kontaktieren der in Schritt (S2-2-2) resultierenden Mischung von Filtraten der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) mit Formgrundstoff (D) und der mit dem Formgrundstoff (D) vorkontaktierten Komponente (A) des Bindemittelsystems.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen, vorzugsweise zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen mittels 3D-Druck, wobei in Schritt (S2) beim Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in einem oder mehreren Schritten zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden:
(S2-3-1) getrennt voneinander Filtrieren von Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C), so dass jeweils ein Filtrat der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) resultiert. (S2-3-2) räumlich und/oder zeitlich getrennt voneinander Kontaktieren der in Schritt (S-2-3-1) resultierenden Filtrate der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) mit Formgrundstoff (D) und der mit dem Formgrundstoff (D) vorkontaktierten Komponente (A) des Bindemittelsystems.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen, vorzugsweise zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen mittels 3D-Druck, wobei in Schritt (S2) beim Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in einem oder mehreren Schritten zumindest die folgenden Schritte durchgeführt werden:
(S2-4-1) Filtrieren von Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B), so dass ein Filtrat der ersten Flüssigkomponente (B) resultiert.
(S2-4-2) Kontaktieren des in Schritt (S2-4-1) resultierenden Filtrats der ersten Flüssigkomponente (B) mit Formgrundstoff (D), wobei Formgrundstoff (D) mit der zweiten Flüssigkomponente (C) und mit Komponente (A) des Bindemittelsystems vorkontaktiert ist.
Sämtliche der aufgeführten bevorzugten Verfahrensausgestaltungen sind je nach den Erfordernissen des Einzelfalls besonders bevorzugt; der Fachmann wählt das jeweils geeignete Verfahren nach den jeweiligen Erfordernissen aus.
Bevorzugt ist ein Verfahren wie soeben beschrieben, wobei in Schritt (S4) das Härten, zumindest abschnittsweise bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 300 °C erfolgt, besonders bevorzugt im Bereich von 140 °C bis 250 °C, ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 160 °C bis 200 °C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 170 bis 190 °C erfolgt und/oder die in Form gebrachte Formstoffmischung in einem beheizten Formwerkzeug erwärmt wird und/oder die in Form gebrachte Formstoffmischung durch Kontakt mit heißer Luft erwärmt wird und/oder die in Form gebrachte Formstoffmischung durch Einwirkung von Mikrowellen erwärmt wird und/oder die in Form gebrachte Formstoffmischung mittels Durchleiten von Strom erwärmt wird und/oder das Härten der geformten Formstoffmischung unter Einsatz von Kohlendioxid erfolgt und/oder das Härten der geformten Formstoffmischung unter Einsatz von Estern erfolgt.
Das Erwärmen der geformten Formstoffmischung zum thermischen Härten des Bindemittelsystems kann beispielsweise in einem Formwerkzeug erfolgen, das Temperaturen im Bereich von 100 °C bis 300 °C aufweist, besonders bevorzugt Temperaturen im Bereich von 140 °C bis 250 °C, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 160 °C bis 200 °C, vorzugsweise Temperaturen im Bereich von 170 bis 190 °C. Bevorzugt erfolgt das thermische Härten des Bindemittelsystems in der geformten Formstoffmischung vollständig oderzumindestteilweise in einem üblichen Formwerkzeug zur industriellen Herstellung von Formkörpern.
Dabei kann das thermische Härten des Bindemittelsystems in der geformten Formstoffmischung in geeigneten Anlagen und/oder unter Einsatz geeigneter Apparaturen (wie Leitungen, Pumpen etc.) erfolgen, in denen das thermische Härten durch gezieltes Begasen der geformten Formstoffmischung mit temperierter Luft unterstützt wird. Die Luft wird dazu vorzugsweise auf 100 °C bis 250 °C, besonders bevorzugt auf 110 °C bis 180 °C temperiert.
Der Zeitraum für das thermische Härten, also auch der Zeitraum für das Erwärmen und für das gezielte Begasen der geformten Formstoffmischung mit temperierter Luft können nach den Bedürfnissen des Einzelfalls variiert werden und hängen beispielsweise von Größe und geometrischer Beschaffenheit der geformten Formstoffmischung, ab. Strömungsgeschwindigkeit und/oder Volumenstrom der temperierten Luft beim gezielten Begasen der geformten Formstoffmischung werden vorzugsweise so eingestellt, dass innerhalb eines für eine industrielle Anwendung akzeptablen, vorzugsweise sehr kurzen Zeitraums eine für die weitere Bearbeitung bzw. Anwendung ausreichende Härtung der geformten Formstoffmischung erreicht wird. Ein Zeitraum von weniger als 5 Minuten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, besonders bevorzugt weniger als 2 Minuten. Bei sehr großen Formen bzw. Kernen bzw. Speiserelementen können je nach den Erfordernissen des Einzelfalls jedoch auch längere Zeiträume erforderlich sein.
Die geformte Formstoffmischung kann bereits im Formwerkzeug weitgehend ausgehärtet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt aber nicht voraus, dass innerhalb des Schrittes des thermischen Härtens eine vollständige Härtung des Bindemittelsystems erfolgt. „Thermischen Härten“ im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens wie oben beschrieben umfasst somit auch das nicht vollständige Härten des Bindemittels. Dies entspricht dem fachmännischen Verständnis des Begriffs „Härten“, da aus Gründen der Reaktionskinetik nicht zu erwarten ist, dass das Bindemittelsystem im gesamten Volumen der geformten Formstoffmischung während des relativ kurzen Zeitraums des Schrittes des thermischen Härtens reagiert. Der Fachmann kennt insoweit beispielsweise das Phänomen des Nachhärtens des (zum Beispiel thermisch gehärteten) Bindemittelsystems in einer Gießereiform bzw. einem Gießereikern bzw. einem Speiserelement.
Es ist somit erfindungsgemäß auch möglich, das Bindemittelsystem im Formwerkzeug zunächst nur in einem Randbereich der geformten Formstoffmischung zu härten, so dass eine ausreichende Festigkeit (Grünstandsfestigkeit) erzielt wird, um die geformte Formstoffmischung aus dem Formwerkzeug entnehmen zu können. Anschließend kann die geformte Formstoffmischung durch Entziehen weiteren Wassers (beispielsweise in einem Ofen oder durch Verdampfen des Wassers bei vermindertem Druck oder in einem Mikrowellenofen) weiter gehärtet werden. Das thermische Härten kann auch durch Einwirkung von Mikrowellen oder durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Infrarot-Strahlung, auf die geformte Formstoffmischung bewirkt oder unterstützt werden.
Das thermische Härten kann ebenfalls bewirkt oder unterstützt werden durch Durchleiten von elektrischem Strom durch die geformte Formstoffmischung; Einzelheiten sind z.B. in DE 102017 217098 B3 und der darin zitierten Literatur offenbart.
Die Härtung kann ebenfalls mit dem Einsatz von Kohlendioxid bewirkt oder unterstützt werden, wie z.B. in Kapitel 1.5.3 des Fachbuchs Bührig-Polaczek, Michaeli und Spur: Handbuch Urformen (2013), Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, ISBN: 978-3-446-42035-9 beschrieben.
Die Härtung kann ebenfalls mit dem Einsatz von Estern bewirkt oder unterstützt werden, wie z.B. in GB 1029057 bzw. in Kapitel 1.5.3 des Fachbuchs Bührig-Polaczek, Michaeli und Spur: Handbuch Urformen (2013), Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, ISBN: 978-3-446-42035-9 beschrieben.
Auch Kalthärteverfahren und Anwendungen im Bereich Additive Manufacturing können mit erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert werden. Die Erfindung betrifft insbesondere und bevorzugt ein Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei die Flüssigkomponenten (B) und (C) in Abwesenheit von Formgrundstoff (D) und Komponente (A) kontaktiert werden, wobei die so gebildete wässrige Lösung nicht erhitzt und anschließend abgekühlt wird. Bevorzugt findet ein Erwärmen oder Erhitzen der gebildeten Lösung vor dem Kontaktieren mit Formgrundstoff (D) in Schritt (S2) durch Energiezufuhr von außen im erfindungsgemäßen Verfahren nicht statt. Bevorzugt findet ein Abkühlen der gebildeten Lösung vordem Kontaktieren mit Formgrundstoff (D) in Schritt (S2) im erfindungsgemäßen Verfahren nicht statt.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei die Flüssigkomponenten (B) und (C) in Abwesenheit von Formgrundstoff (D) und Komponente (A) kontaktiert werden, so dass eine Mischung der Flüssigkomponenten (B) und (C) resultiert, wobei die resultierende Mischung der Flüssigkomponenten (B) und (C) nicht außerhalb eines Druckkopfes filtriert wird, vorzugsweise überhaupt nicht filtriert wird.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei die Flüssigkomponenten (B) und (C) in Abwesenheit von Formgrundstoff (D) und Komponente (A) kontaktiert werden, so dass eine Mischung der Flüssigkomponenten (B) und (C) resultiert, wobei die resultierende Mischung der Flüssigkomponenten (B) und (C) eine Viskosität von weniger als 100 mPas besitzt, bestimmt gemäß ISO 12058-1 (1997-04-01) unter Verwendung von Ball No. 3.
Die Erfindung betrifft insbesondere und bevorzugt ein Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei die Flüssigkomponenten (B) und (C) in Abwesenheit von Formgrundstoff (D) und Komponente (A) unter Bildung einer instabilen Vormischung kontaktiert werden.
Instabil bedeutet hierbei, dass die Vormischung nicht bei 20°C mindestens 6 Monate, vorzugsweise nicht bei 20°C mindestens 2 Monate, lagerstabil ist.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei zunächst die zweite Flüssigkomponente (C) mit dem Formgrundstoff (D) kontaktiert wird und erst anschließend die Zugabe der ersten Flüssigkomponente (B) zu der Mischung aus Formgrundstoff und Flüssigkomponente (C) erfolgt.
In vielen Fällen ist es bevorzugt, wenn zunächst die zweite Flüssigkomponente (C) mit dem Formgrundstoff (D) kontaktiert wird und erst anschließend die Zugabe der ersten Flüssigkomponente (B) zu der Mischung aus Formgrundstoff und Komponente (C) erfolgt; in ebenfalls in vielen Fällen bevorzugt ist aber auch eine andere Reihenfolge des Kontaktierens oder eine gleichzeitige Zugabe der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) zum Formgrundstoff (D). Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei das Kontaktieren der Flüssigkomponenten (B) und (C) miteinander in einem Zeitraum von nicht mehr als 15 Minuten erfolgt, vorzugsweise in einem Zeitraum von nicht mehr als 5 Minuten.
Das „Kontaktieren“ beginnt mit dem Zeitpunkt, an dem ein Molekül der ersten Flüssigkomponente (B) die Flüssigkomponente (C) kontaktiert oder umgekehrt; es endet, wenn beide Komponenten komplett eingesetzt sind.
Bevorzugt ist ein Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei beim Kontaktieren der Flüssigkomponenten (B) und (C) die Temperatur in den Flüssigkomponenten im Bereich von 5 bis 35 °C liegt
Bevorzugt liegt die Temperatur während des gesamten Kontaktiervorgangs in diesem Bereich.
Bevorzugt ist ein Verfahren (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei kein Schritt des Verfahrens eine Filtration außerhalb eines Druckkopfes umfasst; vorzugsweise umfasst kein Schritt des Verfahrens eine Filtration.
Die vorstehend beschriebenen Effekte und Vorteile werden so besonders ressourcenschonend und in vielen Fällen besonders umweltschonend erreicht.
Die Erfindung betrifft zudem Formen, Kerne, Speiserelemente und Formstoffmischungen zur Verwendung in der Gießerei, hergestellt oder herstellbar gemäß einem Verfahren wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet.
Erfindungsgemäße Formstoffmischungen sind vorzugsweise hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren gemäß der oben definierten ersten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Erfindungsgemäße Formen, Kerne und Speiserelemente sind vorzugsweise hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren gemäß der oben definierten zweiten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Je nach den Erfordernissen des Einzelfalls sind sämtliche oder einzelne der vorstehend definierten Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens einzeln oder in Kombination miteinander besonders geeignet zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Form, eines erfindungsgemäßen Kerns, eines erfindungsgemäßen Speiserelements oder einer erfindungsgemäßen Formstoffmischung zur Verwendung in der Gießerei. Der Fachmann identifiziert zur Herstellung von erfindungsgemäßen Formen, erfindungsgemäßen Kernen, erfindungsgemäßen Speiserelementen oder erfindungsgemäßen Formstoffmischungen die im jeweiligen Einzelfall bevorzugten Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens und wendet ein entsprechend ausgestaltetes Verfahren an. Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Effekte werden mit erfindungsgemäßen Formen, erfindungsgemäßen Kernen, erfindungsgemäßen Speiserelementen und erfindungsgemäßen Formstoffmischungen verwirklicht.
Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung in einer Gießerei zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmi- schungen, zumindest umfassend:
(i) getrennte Vorratsbehältnisse für oder enthaltend: eine erste Flüssigkomponente (B), umfassend Wasserglas, und eine zweite Flüssigkomponente (C), umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen,
(ii) eine (erste) Dosiereinrichtung zum Dosieren vorgegebener Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) in ein Behältnis zum Zwecke des Kontaktierens mit zumindest einem Formgrundstoff (D) und partikulärem amorphen Silici- umdioxid. Vorzugsweise ist die erste Dosiereinrichtung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgestaltet, dass das Dosieren vorgegebener Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) (aus ihrem Vorratsbehältnis) und der zweiten Flüssigkomponente (C) (aus ihrem Vorratsbehältnis) in ein Behältnis zum Zwecke des Kontaktierens mit zumindest einem Formgrundstoff (D) und partikulärem amorphen Siliciumdioxid gemeinsam erfolgt. Vorzugsweise ist die Dosiereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgestaltet, dass das Dosieren automatisiert erfolgt; bevorzugt erfolgt das automatisierte Dosieren mittels einer Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung für die (erste) Dosiereinrichtung. Besonders bevorzugt erfolgt das automatisierte Dosieren mittels einer mikroprozessorgestützten Steuereinrichtung o- der Regeleinrichtung für die (erste) Dosiereinrichtung. Bevorzugt ist (erste) Dosiereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgestaltet, dass sich bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens außerhalb des Behältnisses zum Zwecke des Kontaktierens mit zumindest einem Formgrundstoff (D) und partikulärem amorphen Siliciumdioxid keine Mengen, vorzugsweise keine auf dem Gebiet der Erfindung inakzeptablen Mengen, an Feststoffen aus Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und/oder der zweiten Flüssigkomponente (C) bilden.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen.
Mittels einer solchen Vorrichtung, ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders zeitsparend und/oder ressourcenschonend durchzuführen.
Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), zusätzlich zumindest umfassend:
(iii) getrennte Vorratsbehältnisse für oder enthaltend eine Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, und einen Formgrundstoff (D)
(iv) eine (zweite) Dosiereinrichtung zum Dosieren vorgegebener Mengen von Inhaltsstoffen oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid des Formgrundstoffs (D) zum Zwecke des Kontaktierens mit zumindest Wasserglas und Aluminationen.
Vorzugsweise ist diese (zweite) Dosiereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgestaltet, dass das Dosieren von vorgegebenen Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid (aus ihrem Vorratsbehältnis) und des Formgrundstoffs (D) (aus seinem Vorrats behältnis) in ein Behältnis zum Zwecke des Kontaktierens mit zumindest Wasserglas und Aluminationen, gemeinsam erfolgt.
Vorzugsweise ist die (zweite) Dosiereinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung so ausgestaltet, dass das Dosieren automatisiert erfolgt; bevorzugt erfolgt das automatisierte Dosieren mittels einer Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung für die (zweite) Dosiereinrichtung, besonders bevorzugt erfolgt das automatisierte Dosieren mittels einer mikroprozessorgestützten Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung für die (zweite) Dosiereinrichtung.
Vorzugsweise lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen, erfindungsgemäße Formen und/oder Kerne und/oder Speiserelemente, insbesondere erfindungsgemäße Formen und/oder Kerne und/oder Speiserelemente mit einer komplexen Form- und/oder Kern- und/oder Speiserelement-Geometrien, in einem erfindungsgemäßen Verfahren hersteilen; in erfindungsgemäßen Vorrichtungen gelingt dies besonders zeitsparend, ressourcenschonend und zudem in vielen Fällen besonders umweltschonend.
Bevorzugt ist zudem eine erfindungsgemäße Vorrichtung (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), umfassend: eine Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung, vorzugsweise eine mikroprozessorgestützte Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung, zum automatisierten Dosieren, mittels zumindest einer Dosiereinrichtung, von Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis, so dass eine Mischung resultiert, zumindest umfassend Wasserglas und Aluminationen; und/oder eine Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung, vorzugsweise eine mikroprozessorgestützte Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung, zum automatisierten Dosieren, mittels zumindest einer Dosiereinrichtung, von Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C), bevorzugt zum automatisierten Dosieren von Inhaltsstoffen oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C), besonders bevorzugt zum automatisierten Dosieren von Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C).
Vorzugsweise lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen, das erfindungsgemäße Verfahren besonders zeitsparend und ressourcenschonend durchführen; dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung, vorzugsweise die mikroprozessorgestützte Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung, zum automatisierten Dosieren mittels zumindest einer Dosiereinrichtung, beim schichtweisen Aufbau von Formen und/oder Kernen und/oder Speiserelementen auch diesen schichtweisen Aufbau steuert und/oder regelt.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) zur Durchführung eines Verfahrens (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet). Besonders bevorzugt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt; die vorstehend beschriebenen Effekte und Vorteile werden dabei ganz besonders gut verwirklicht.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer Flüssigkomponente umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen, bevorzugt gelöste Alkalialuminate, als zweite Flüssigkomponente (C) eines härtbaren Bindemittelsystems umfassend: eine Komponente (A) umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid und eine erste Flüssigkomponente (B) umfassend Wasserglas, zur Erhöhung der Feuchtebeständigkeit eines Formkörpers enthaltend einen durch das gehärtete Bindemittelsystem gebundenen Formgrundstoff (D).
Die erfindungsgemäße Verwendung führt zu einer überraschend hohen Feuchtebeständigkeit der jeweiligen Formkörper, jeweils verglichen mit einem Formkörper mit ansonsten identischer Zusammensetzung und Herstellungsweise jedoch ohne die Verwendung der zweiten Flüssigkomponente (C). Auch der aus dem Stand der Technik bekannte Effekt, wonach lithium- und/oder borhaltige Verbindungen die Feuchtebeständigkeit erhöhen, lässt sich durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Flüssigkomponente umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminatio- nen, bevorzugt gelöste Alkalialuminate, als zweite Flüssigkomponente (C) eines wie vorstehend beschriebenen Bindemittelsystems weiter verbessern.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer Flüssigkomponente (C) umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen, bevorzugt gelöste Alkalialuminate, zur Herstellung eines Artikels gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet, d.h. zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Form, eines erfindungsgemäßen Kerns, eines erfindungsgemäßen Speiserelements oder einer erfindungsgemäßen Formstoffmischung.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Effekte werden bei erfindungsgemäßer Verwendung einer Flüssigkomponente (C) umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen, bevorzugt gelöste Alkalialuminate, erreicht.
Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung einer Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, einer ersten Flüssigkomponente (B) und einer zweiten Flüssigkomponente (C), wie jeweils vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie jeweils vorstehend als bevorzugt bezeichnet, zur Herstellung eines Bindemittels, wobei die erste Flüssigkomponente (B) und die zweite Flüssigkomponente (C) gemischt werden in einem Massenverhältnis im Bereich von 86:1 bis 1 :1 , bevorzugt im Bereich von 20:1 bis 2:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 3:1. Die vorstehend im Zusammenhang dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Effekte werden bei einer Verwendung mit den angegebenen Massenverhältnissen besonders gut erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1 - Bestimmung der Teilchenqrößenverteilunq mittels Laserstreuunq
Die Auswahl der Substanzen in diesem Beispiel ist lediglich exemplarisch und auch Teilchengrößenverteilungen bzw. Medianwerte anderer erfindungsgemäß einzusetzender teilchenförmiger (partikulärer) Siliciumdioxid-Spezies können gemäß der Vorgehensweise in diesem Beispiel mit- tels Laserstreuung bestimmt werden.
1.1 Probenaufbereitung:
Beispielhaft wurden Teilchengrößenverteilungen kommerziell erhältlicher (Fa. RW Silicium GmbH) und teilchenförmig in Pulverform vorliegender Silica Fume Partikel (CAS Nummer: 6901 2-64-2) aus der Si-Herstellung „RW-Füller gesiebt" und aus der ZrC>2-Herstellung „RW-Füller Q1 Plus" experimentell mittels Laserstreuung bestimmt.
Es wurde jeweils etwa 1 Teelöffel des teilchenförmigen Silicumdioxids mit etwa 100 mL vollentsalztem (VE-) Wasser versetzt und der so entstandene Ansatz mit einem Magnetrührer (IKAMAG RET) für 30 Sekunden bei einer Rührgeschwindigkeit von 500 Umdrehungen pro Minute gerührt. Anschließend wurde ein auf 100% Amplitude voreingestellter Ultraschallfinger (Firma Hielscher; Typ UP200HT) ausgestattet mit der Sonotrode S26d7 (Fa. Hielscher) in die Probe eingetaucht und die Probe damit beschallt. Die Beschallung erfolgte dabei kontinuierlich (nicht gepulst). Für die untersuchten Silica Fume Partikel aus der Si-Herstellung „RW-Füller gesiebt" und aus der Zr02-Herstellung „RW-Füller Q1 Plus" wurden optimale Beschallungszeiten von 300 Sekunden (für RW-Füller gesiebt) beziehungsweise 240 Sekunden (für RW-Füller Q 1 Plus) gewählt, die wie in Beispiel 2 beschrieben vorab ermittelt wurden.
1.2 Laserstreuungs-Messungen:
Die Messungen wurden mit einem Horiba LA-960 Messgerät (im folgenden LA-960) durchgeführt. Für die Messungen wurde die Zirkulationsgeschwindigkeit auf 6, die Rührgeschwindigkeit auf 8, die Datenaufnahme der Probe auf 30000, der Konvergenzfaktor auf 15, die Art der Verteilung auf Volumen und der Brechungsindex (R) auf 1.50-0,01 i (1.33 für Dispergiermedium VE-Wasser) und der Brechungsindex (B) auf 1.50-0, 01 i (1.33 für Dispergiermedium VE-Wasser) eingestellt. Die Laserstreuungs-Messungen wurden bei Raumtemperatur (20 °C bis 25 °C) durchgeführt.
Die Messkammer des LA-960 wurde zu drei Vierteln mit VE-Wasser gefüllt (höchste Füllstufe). Dann wurde der Rührer mit der angegebenen Einstellung gestartet, die Zirkulation eingeschaltet und das Wasser entgast. Anschließend wurde mit den angegebenen Parametern eine Nullmessung durchgeführt. Aus der gemäß Punkt 1.1 des vorliegenden Beispiels 1 vorbereiteten Probe wurden dann unmittelbar nach der Ultraschallbehandlung zentral mit einer Einwegpipette 0,5 - 3,0 mL Probe entnommen. Anschließend wurde der komplette Inhalt der Pipette in die Messkammer gegeben, sodass die Transmission des roten Lasers zwischen 80 % und 90 % und die Transmission des blauen Lasers zwischen 70 % und 90 % lag. Dann wurde die Messung gestartet. Die Auswertung der Messungen erfolgte automatisiert auf Basis der angegebenen Parameter. Für die untersuchten Silica Fume Partikel aus der Si-Herstellung (RW-Füller gesiebt) wurde eine Teilchengrößenverteilung mit einem auf die zweite Nachkommastelle gerundeten Median von 0,23 Mikrometer ermittelt. Für die untersuchten Silica Fume Partikel aus der ZrC>2-Herstellung (RW-Füller Q1 Plus) wurde eine Teilchengrößenverteilung mit einem auf die zweite Nachkommastelle gerundeten Median von 0,84 Mikrometer ermittelt.
Beispiel 2 - Ermittlung der optimalen Beschallunqszeit:
Die von der Probenart abhängige optimale Dauer der Ultraschall-Beschallung wurde ermittelt, indem für jede Spezies teilchenförmigen Siliciumdioxids eine Messreihe mit unterschiedlichen Beschallungszeiten durchgeführt wurde. Dabei wurde die Beschallungszeit, von 10 Sekunden startend, für jede weitere Probe um jeweils 10 Sekunden verlängert und unmittelbar nach Ende der Beschallung jeweils die Teilchengrößenverteilung mittels Laserstreuung (LA-960) bestimmt, wie unter Punkt 1.2 des vorliegenden Beispiels 1 beschrieben. Mit zunehmender Beschallungs- dauer sank dabei zunächst der ermittelte Medianwert der Teilchengrößenverteilung, bis er schließlich bei längeren Beschallungszeiten wieder anstieg. Für die unter Punkt 1.1 des vorliegenden Beispiels 1 beschriebenen Ultraschall-Beschallungen wurde die Beschallungszeit gewählt, bei der in diesen Messreihen für die jeweilige Partikelspezies der geringste Medianwert der Teilchengrößenverteilung bestimmt wurde; diese Beschallungszeit ist die „optimale" Beschal- lungszeit.
Beispiel 3 - Herstellen von Alkalialuminat-Lösunqen
Dieses Beispiel beschreibt exemplarisch die Herstellung einer Alkalialuminat-Lösung. Die verwendeten Konzentrationen sind dabei lediglich exemplarisch und auch andere Konzentrationen können verwendet werden; zu den entsprechenden Eigenschaften vgl. die vorstehende Besch rei- bung.
3.1 Herstellen einer Kaliumaluminat-Lösung
Zur Herstellung einer Kaliumaluminat-Lösung mit einem molaren Verhältnis von Kaliumoxid zu Aluminiumoxid von 2,5 : 1 1 (nachfolgend auch bezeichnet als „Kaliumaluminatlsg. 1 :2.5“ bzw. „Kaliumaluminat-Lösung 1 :2.5“) wurde gemäß der in Tabelle 1 a angegebenen Rezeptur 2019311 (jeweils gleiche Rezepturnummern bedeuten im vorliegenden Text jeweils gleiche Zusammensetzungen) eine 45 prozentige Kaliumhydroxid vorgelegt und unter Rühren auf eine Temperatur von 93±2 °C temperiert.
Tabelle 1a
Rezeptur _ 2019311 2019315
_ Gew.-% Gew.-%
Wasser — 2,37
NaOH 33% 1 — 77,63
KOH 45%2 80,00
Apyral NH203 _ 20,00 20,00
Gesamt_ 100,00 100,00 1: Natronlauge 33% Spezial (CG Chemikalien, w=32-34%, CAS-Nr.: 1310-73-2)
2: Kalilauge 45% (CG Chemikalien, w=44,7-45,3%, CAS-Nr.: 1310-58-3)
3: Apyral NH20 (Nabaltec AG, Aluminiumhydroxid, w>99,7%, CAS-Nr.: 21645-51-2)
Unter weiterem Rühren wurde dann Aluminiumhydroxid-Pulver (Apyral NH20, gemäß Rezeptur 2019311 Tabelle 1a) zugegeben. Die so entstandene Mischung wurde auf eine Temperatur von 95 °C ± 2 °C erhitzt und bei dieserTemperaturgehalten, bis eine nach Augenschein klare Lösung vorlag. Anschließend wurde die Lösung bei Raumtemperatur abgekühlt.
Die molare Zusammensetzung der resultierenden Kaliumaluminat-Lösung gemäß Rezeptur 2019311 ergibt sich aus Tabelle 1 b.
Tabelle 1b
_ 2019311 2019315
H20 [mol%] 87,50 89,23
Na20 [mol%] 0,00 7,69
K2O [mol%] 8,93 0,00
AI2O3 [mol%1 _ 3,57 3,08
MV4_ 2 > 2,5 4: MV bedeutet molares Verhältnis (MV) zwischen M2O (mit M = Na oder K) und AI2O3 in der
Aluminat-Lösung.
3.2 Herstellen einer Natriumaluminat-Lösung
Zur Herstellung einer Natriumaluminat-Lösung mit einem molaren Verhältnis von Natriumoxid zu Aluminiumoxid von 2,5 : 1 (nachfolgend auch bezeichnet als „Natriumaluminatlsg. 1 :2.5“ bzw. „Natriumaluminat-Lösung 1 :2.5“) wurde gemäß der in Tabelle 1a angegebenen Rezeptur 2019315 Wasser vorgelegt, eine 33 prozentige Natriumhydroxid-Lösung hinzugegeben und die resultierende Lösung unter Rühren auf eine Temperatur von 93±2 °C temperiert.
Unter weiterem Rühren wurde dann Aluminiumhydroxid-Pulver (Apyral NH20, gemäß Rezeptur 2019315 Tabelle 1a) zugegeben. Die so entstandene Mischung wurde auf eine Temperatur von 95 °C ± 2 °C erhitzt und bei dieserTemperaturgehalten, bis eine nach Augenschein klare Lösung vorlag. Anschließend wurde die Lösung bei Raumtemperatur abgekühlt.
Die molare Zusammensetzung der resultierenden Natriumaluminat-Lösung gemäß Rezeptur 2019315 ergibt sich aus Tabelle 1 b. Beispiel 4 - Beispielrechnunqen zur Ermittlung der Gewichtsprozentanteile von Wasser und Metalloxiden
4.1 Gewichtsprozent Na20
Die nachstehende Rechnung zeigt beispielhaft, dass die in Rezeptur 2019315 eingesetzte 33 prozentige NaOH-Lösung in Wasser formal 25,6 Gew.-% Na20 umfasst. Auch für andere Kon- zentrationen können entsprechende Berechnungen analog durchgeführt werden.
Als Grundlage wird dabei folgende Gleichung verwendet:
Figure imgf000048_0001
Daraus ergibt sich:
Figure imgf000048_0002
D.h., NaOH enthält 77,5 Gew.-% Na20.
Daraus folgt für eine 33 prozentige NaOH-Lösung:
Gew.-%(Na20 in 33% NaOH) = 33 77,5 Gew.-% / 100 = 25,6 Gew.- %
Gew.-%(H20 in 33%NaOH) = (100 - 25,6) Gew.-% = 74,4 Gew.- %
4.2 Gewichtsprozent K2O Analog ergibt sich für die in Rezeptur 2019311 eingesetzte 45 prozentige KOH-Lösung in Wasser ein Anteil von 37,8 Gew.-% K2O.
4.3 Gewichtsprozent LLO
Analog ergibt sich für das in Beispiel 14 eingesetzte LiOH-Monohydrat ein Anteil von 35,6 Gew.- % U2O. Als Grundlage wird dabei folgende Gleichung verwendet:
L12O + 3H20 - 2Li0H H20 4.4 Gewichtsprozent Natriumaluminat-Lösung
Die nachstehende Berechnung zeigt, wie analog die Zusammensetzung einer Natriumaluminat- Lösung berechnet wird.
Als Grundlage wird dabei (über die Grundlage gemäß 4.1 hinaus) folgende Gleichung verwendet:
AI2O3 + 3 H2O ^ 2 AI(OH)3
Daraus ergibt sich:
Figure imgf000049_0001
D raus folgt für die Lösung gemäß Rezeptur 2019315:
Gew.-% (AI2O3 in 2019315) = (20 65,4 Gew.-%)/100 = 13,08 Gew.-% Gew.-% (Na20 in 2019315) = (77,63 25,6 Gew.-%)/100 = 19,87 Gew.-%
Gew.-% (H2O in 2019315) = (100 - (13,08 + 19,87))Gew.-% = 67,05 Gew.-%
4.5 Gewichtsprozent Kaliumaluminat-Lösung
Analog ergibt sich für die Zusammensetzung einer Kaliumaluminat-Lösung gemäß Rezeptur 2019311 ein Anteil von 30,24 Gew.-% K2O und 56,68 Gew.-% H2O. 4.6 Gewichtsprozent B2O3
Analog ergibt sich für das in Beispiel 14 eingesetzte Natriumtetraborat-10-hydrat ein Anteil von
36.5 Gew.-% B2O3 und 16,3 Gew.-% Na20.
Als Grundlage wird dabei folgende Gleichung verwendet:
Na2[B405(OH)4]-8H20 Na20 + 2 B203 + 10 H20 Beispiel 5 - Herstellung von Formstoffmischunqen
Beschrieben wird anhand einer Beispielrezeptur die Herstellung von Formstoffmischungen. Die Zusammensetzung der Formstoffmischungen ist lediglich exemplarisch, auch die Auswahl der eingesetzten Stoffe ist lediglich beispielhaft.
Soweit nicht anders angegeben, werden für die im vorliegenden Text der Beispiele angegebenen Rezepturen (hier nur beispielhaft die Rezeptur gemäß Tabelle 2a) die hergestellten oder bereitgestellten Flüssigkomponenten (B) (erste Flüssigkomponente, umfassend Wasserglas) und (C) (zweite Flüssigkomponente, umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen) so mit der hergestellten oder bereitgestellten Komponente (A) (Komponente umfassend amorphes Siliciumdioxid) und dem Formgrundstoff (Komponente (D)) kontaktiert, dass (zumindest) beim Kontaktieren die vorbestimmten Mengenverhältnisse gemäß Tabelle 2b vorliegen. Die genauen relativen Verhältnisse der Flüssigkomponenten (B) und (C) zueinander ergeben sich jeweils aus den aufgeführten Rezepturen.
Tabelle 2a: Beispielrezeptur für Flüssigkomponenten der Formstoffmischung
Rezeptur 2019321
Flüssigkomponente Gew.-% Wasser (B) 12,70
NaOH 33% (B) 12,90
Wasserglas 48/50 HV5 (B) 67,40
Tensid EHS6 _ (B) _ 0,50
Natriumaluminatlsg. 1 :2.5 (C) 6,50
Gesamt (B) + (C) 100,00
5: Natronwasserglas 48/50 (Fa. BTC Europe GmbH)
6: Hier und im Folgenden: 2-Ethylhexhylsulfat in Wasser (Fa. Hoesch) Tabelle 2b: Vorbestimmte Mengenverhältnisse beim Kontaktieren Komponente Flüssigkomponente GT7 (Ä) (T6
(B) + (C) 2,1
(D) _ 100
7: GT bedeutet (hier und im Folgenden) Gewichtsteil bzw. Gewichtsteile
5.1 Vorgehensweise:
(a) Für die Zwecke dieses Beispiels wurden zunächst eine Menge der teilchenförmigen amorphen Siliciumdioxid-Spezies „RW-Füller gesiebt“ (mit einem auf die zweite Nachkommas- teile gerundeten Median der Teilchengrößenverteilung bestimmt mittels Laserstreuung von
0,23 Mikrometer) und eine Menge der teilchenförmigen amorphen Siliciumdioxid-Spezies „RW-Füller Q1 Plus“ (mit einem auf die zweite Nachkommastelle gerundeten Median der Teilchengrößenverteilung bestimmt mittels Laserstreuung von 0,84 Mikrometer) im Gewichtsverhältnis 1 :1 trocken miteinander vermischt (als Beispiel für eine Komponente (A) umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid). Soweit nicht im Rahmen des Textes der
Beispiele anders angegeben, wurde stets die hier beschriebene 1 :1 Mischung als Komponente (A) umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid eingesetzt.
(b) In einem separaten Behältnis wurde (als Beispiel für eine erste Flüssigkomponente (B), umfassend Wasserglas) ein Wasserglasbinder bereitgestellt mit einer Zusammensetzung gemäß Flüssigkomponente (B) aus Tabelle 2a. Anmerkung: In weiteren Beispielen wird diese Vorgehensweise auf andere Zusammensetzungen angewandt, die dann jeweils angegeben sind. (c) In einem separaten Behältnis wurde eine Natriumaluminat-Lösung ((hergestellt gemäß obigem Beispiel 3.2; als Beispiel für eine zweite Flüssigkomponente (C), umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen) mit einem molaren Verhältnis von Natriumoxid zu Aluminiumoxid von 2,5 : 1 bereitgestellt. Anmerkung: In weiteren Beispielen wird diese Vorge- hensweise auf andere Zusammensetzungen angewandt, die dann jeweils angegeben sind.
(d) In einem Kontaktierbehältnis wurden 100 GT Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH, AFS-Kornfeinheitsnummer45) bereitgestellt und 0,6 GT der vorstehend in diesem Beispiel unter (a) beschriebenen 1 :1 Mischung aus „RW-Füller gesiebt“ und „RW-Füller Q1 Plus“ per Hand mit dem Sand vermischt, so dass eine Vormischung resultiert. (e) Dann wurden Flüssigkomponenten (B) und (C) gemäß den in Tabelle 2a angegebenen relativen Mengenverhältnissen in einem Gesamtanteil von 2.1 GT jeweils einzeln zu dieser Vormischung von Feststoffen gegeben (für die in Tabelle 2a angegebenen relativen Mengenverhältnisse ergeben sich hier beispielhaft Zugabemengen von 0,1365 GT der dort definierten Flüssigkomponente (C) und 1 ,9635 GT der dort definierten Flüssigkomponente (B); insgesamt gilt also für die Zugabemengen: 0,1365 GT + 1 ,9635 GT = 2,1 GT). Dann wurde für 120 Sekunden in einem Bullmischer (Typ RN10/20, Firma Morek Multiserw) bei 220 U/min gemischt. Hieraus resultierte eine Formstoffmischung, als Beispiel eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie. Die Formstoffmischung war zur Herstellung von Formen, Kernen und Speiserelementen geeignet und wurde in eigenen weiteren Untersu- chungen entsprechend eingesetzt.
Beispiel 6 - Herstellung von Prüfrieqeln
Dieses Beispiel beschreibt exemplarisch die Herstellung von Prüfriegeln als Beispiel für Formen (Formkörper) bzw. Kerne für die Gießereiindustrie; die Abmessung der Prüfriegel und die Auswahl der eingesetzten Stoffe ist lediglich beispielhaft. 6.1 Vorgehensweise
Gemäß Beispiel 5 hergestellte Formstoffmischungen wurden zu Prüfriegeln mit den Maßen 22,4 mm x 22,4 mm x 185 mm geformt. (Anmerkung: Auch aus anderen Zusammensetzungen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 5.1 hergestellte Formstoffmischungen wurden auf die hier beschriebene Weise zu Prüfriegeln verarbeitet). Die Formstoffmischungen wurden hierzu mit Druckluft (4 bar) und einer Schusszeit von 3 Sekunden in ein Formwerkzeug für Prüfriegel mit einer Temperatur von 180 °C eingebracht. Anschließend wurden die Prüfriegel für 30 Sekunden bei 180 °C heißgehärtet und dabei zusätzlich mit erwärmter Druckluft bei einem Begasungsdruck von 2 bar und einer Begasungs- und Begasungsschlauchtemperatur von 180 °C für die Dauer der Härtung begast. Danach wurde das Formwerk- zeug geöffnet und die gehärteten Prüfriegel entnommen. Nach Entnahme aus dem Formwerkzeug wurden die hergestellten Prüfriegel zum Abkühlen an der Raumluft waagerecht derart auf einem Gestell gelagert, dass sie lediglich im Bereich der beiden Enden ihrer längsten Ausdehnung auf dem Gestell auflagen und die Prüfriegel zwischen den Auflageflächen einen Bereich von ca. 16 cm kontaktfrei überspannten.
Beispiel 7 - Bestimmung des Kernqewichts
Die gemäß Beispiel 6 hergestellten Prüfriegel wurden nach einer Abkühlzeit von etwa 1 Stunde an der Raumluft auf einer Laborwaage (Typ Entris 3202-1S, Fa. Sartorius) gewogen. Die in nachfolgenden Beispielen enthaltenen Angaben zum Kerngewicht entsprechen einem Mittelwert aus neun Einzelmessungen (Anmerkung: Auch für aus anderen Formstoffmischungen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6.1 hergestellte Prüfriegel wurde auf die hier beschriebene Weise das Kerngewicht bestimmt).
Beispiel 8 - Bestimmung der Heißfestiqkeit
Unmittelbar nach der Entnahme aus dem Formwerkzeug (also vor der in Beispiel 6 beschriebenen Lagerung auf einem Gestell) wurden gemäß Beispiel 6 hergestellte Prüfriegel in ein Georg- Fischer-Festigkeitsprüfgerät, ausgerüstet mit einer 3-Punkt-Biege-Vorrichtung (Firma Morek Mul- tiserw) eingelegt. 15 Sekunden nach dem Öffnen des Formwerkzeugs wurde die Kraft gemessen, die zum Bruch der Prüfriegel führte. Die jeweilige Angabe zur Heißfestigkeit (in N/cm2) entspricht jeweils einem Mittelwert aus drei Einzelmessungen und ist auf 10 N/cm2 gerundet (Anmerkung: Auch für aus anderen Formstoffmischungen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6.1 hergestellte Prüfriegel wurde auf die hier beschriebene Weise die Heißfestigkeit bestimmt).
Beispiel 9 - Bestimmung der Stundenfestiqkeit
Gemäß Beispiel 6 wurden Prüfriegel hergestellt. Nach einer Abkühlzeit von 1 Stunde (an der Raumluft und auf dem in obigem Beispiel 6 beschriebenen Gestell) nach Entnahme aus dem Formwerkzeug wurden die Prüfriegel in ein Georg-Fischer-Festigkeitsprüfgerät, ausgerüstet mit einer 3-Punkt-Biege-Vorrichtung (Fa. Morek Multiserw) eingelegt und die Kraft gemessen, die zum Bruch der Prüfriegel führte. Die jeweilige Angabe zur Stundenfestigkeit (in N/cm2) entspricht jeweils einem Mittelwert aus drei Einzelmessungen, und ist auf 10 N/cm2 gerundet (Anmerkung: Auch für aus anderen Formstoffmischungen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6.1 hergestellte Prüfriegel wurde auf die hier beschriebene Weise die Stundenfestigkeit bestimmt).
Beispiel 10 - Bestimmung der Feuchtestabilität
Prüfriegel wurden nach einer Abkühlzeit von 1 Stunde (an der Raumluft und auf dem in obigem Beispiel 6 beschriebenen Gestell) auf ihrem jeweiligen Gestell bei kontrollierten Bedingungen von 35 °C und 75 % rel. Luftfeuchtigkeit in einem Klimaschrank (VC 0034, Firma Vötsch) gelagert. Zur Auswertung wurden die Prüfriegel mit einer Kamera (Type HomeVista, Firma SECACAM) überwacht. Dabei wurde im Abstand von je 10 Minuten ein Foto der Prüfriegel bis zu deren Bruch angefertigt; der Zeitpunkt des jeweils letzten Fotos, auf dem der Prüfriegel nicht vollständig gebrochen ist, gibt dabei den gemessenen Zeitpunkt für die Feuchtestabilität an. Die angegebenen Feuchtestabilitäten entsprechen jeweils einem Mittelwert aus drei Einzelmessungen (Anmerkung: Auch für aus anderen Formstoffmischungen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6.1 hergestellte Prüfriegel wurde auf die hier beschriebene Weise die Feuchtestabilität bestimmt).
Beispiel 11 - Bestimmung der Abqussqüte bezüglich Sandanhaftunqen
Gemäß Beispiel 6 hergestellte Prüfriegel wurden derart in eine Außenform aus Sand eingelegt, dass jeweils drei der vier Längsseiten des Kerns beim Gießprozess mit dem geschmolzenen Metall in Verbindung kamen. Die so präparierten Gießformen wurden mit einer Aluminiumlegierung (EN AC-42100) bei einer Gießtemperatur von ca. 750 °C abgegossen. Nach dem Erkalten der Schmelze wurden die Gussstücke aus der Sandform ausgepackt, die Prüfriegel durch hochfrequente Hammerschläge auf den Speiserbereich des Gussteils mit einem Druckluftschlackenhammer (Typ P 2535 Pro, Firma Atlas Copco) entfernt und die Gussoberfläche, die mit dem Prüfriegel in Kontakt stand, mit einer Druckluftpistole abgeblasen Für jede Prüfriegelzusammensetzung wurden zwei entsprechende Abgüsse in separaten Gussformen durchgeführt.
Zum relativen Vergleich der Abgussgüte wurden die Gussoberflächen, die mit den Kernen in Kontakt standen für jede Form von der besten Gussgüte bis zur schlechtesten Gussgüte bewertet. Die Bewertung wurde unabhängig voneinander von zwei Personen mit langjähriger Erfahrung im Bereich der Gießereitechnik durchgeführt. Auch die Abgussgüte für aus anderen Formstoffmischungen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6.1 hergestellte Prüfriegel wurde auf die hier beschriebene Weise bestimmt.
Beispiel 12 - Bestimmung der Hochtemperatureiqenschaften
Die Deformation unter thermischer Belastung wurde analog zu der in EP 2 097 192 B1 angegebenen Methode (vgl. insbesondere Abschnitte [0096] - [0099] in EP 2 097 192 B1) durchgeführt, wobei ein „Hot Distortion Tester“ der Firma Simpson Technologies Corporation verwendet wurde. Die mit diesem Gerät erhaltenen Ergebnisse sind aus Sicht des Fachmanns gleichwertig zu den Ergebnissen, die mittels Hot Distortion-Messungen nach dem BCIRA-Hot-Distortion-Test bestimmt wurden.
Die hierbei verwendeten Prüfriegel wurden gemäß Beispiel 6 hergestellt, mit dem einzigen Unterschied, dass die für die Hot-Distortion-Tests hergestellten und eingesetzten Prüfriegel die Abmessungen 25 mm x 6 mm x 120 mm aufwiesen und auf zwei Lager gelegt, so dass die Luft frei um den Prüfriegel zirkulieren kann. Die einseitige Erhitzung während des Hot-Distorsion-Tests führt dazu, dass sich der Probekörper infolge der thermischen Ausdehnung der heißen Seite nach oben zur kalten Seite hin biegt. Diese Bewegung des Probenkörpers wird als „maximale Ausdehnung“ in der Kurve bezeichnet. In dem Maße, wie der Probekörper sich insgesamt erwärmt, beginnt der Binder in den thermoplastischen Zustand überzugehen. Aufgrund der thermoplastischen Eigenschaften der verschiedenen Bindersysteme drückt die Belastung durch den Lastarm den Probenkörper wieder nach unten. Diese Abwärtsbewegung entlang der Ordinate in Null-Linie bis zum Bruch wird als „Heißverformung“ bezeichnet. Die zwischen dem Beginn der maximalen Ausdehnung auf der Kurve und dem Bruch verflossene Zeit wird als „Zeit bis zum Bruch“ bezeichnet und stellt eine wichtige Kenngröße dar. Die maximale thermoplastische Verformung ist gerätebedingt in den durchgeführten Versuchen auf 6 mm (Deformation -6mm) beschränkt. Dieser Punkt wird daher gleichgesetzt mit einem Auftreten eines Bruchs.
Auch für nach anderen Rezepturen gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6.1 hergestellte Prüfriegel wurden auf die hier beschriebene Weise die Hochtemperatureigenschaften bestimmt. Beispiel 13 - Erhöhung des Aluminationen-Anteils im Bindemittel
Um den Einfluss der eingesetzten Menge an Aluminiationen im Bindemittelsystem darzustellen, wurden nach der Vorgehensweise von Beispiel 5 Formstoffmischungen mit einer Zusammensetzung der Flüssigkomponenten (B) und (C) gemäß Tabellen 3a und 3b hergestellt; die in einer Mischung von Flüssigkomponenten (B) und (C) (gemäß den Rezepturen aus Tabellen 3a und 3b) vorliegenden (berechneten) molaren Zusammensetzungen sind in Tabelle 3c angegeben. Rezepturen 2019327, 2019321 , 2019328 und 2019329 sind erfindungsgemäße Beispiele; Rezeptur 2019326 ist ein nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel (anders als im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen wird keine Flüssigkomponente (C) umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen eingesetzt). Tabelle 3a
Rezeptur _ 2019326 2019327 2019321
Flüssigkomponente _
Wasser (B) 13,55 13,10 12,70 NaOH 33% (B) 18,10 15,50 12,90 Wasserglas 48/50 HV (B) 67,85 67,65 67,40 Tensid EHS 3) 0,50 0,50 0,50
Figure imgf000054_0001
Tabelle 3b
Rezeptur 2019328 2019329
Flüssigkomponente
Wasser (B) 12,20 11 ,80
NaOH 33% (B) 10,40 7.90
Wasserglas 48/50 HV (B) 67,15 66.90
Tensid EHS (B) 0,50 0,50
Figure imgf000055_0001
Tabelle 3c
Rezeptur _ 2019326 2019327 2019321 2019328 2019329
H2O [mol%] 85,92 85,81 85,71 85,60 85,50
S1O2 [mol%] 9,06 9,06 9,06 9,06 9,06
Na20 [mol%] 5,03 5,03 5,03 5,03 5,03
AI2O3 [mol%1 _ 0,10 0,20 0,30 0,40 _
MVZ8_ 1 ,80 1 ,80 1 ,80 1 ,80 1 ,80
8: MVZ bedeutet (hier und im Folgenden) molares Verhältnis von S1O2 zu Na20 in der Lösung.
Gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6 wurden aus diesen Formstoffmischungen Prüfriegel hergestellt.
Die Rezepturen für die Formstoffmischungen wurden dabei so gewählt, dass auch bei ansteigendem Aluminiumgehalt ein gleichbleibender molarer Modul (MVZ), ein gleichbleibender S1O2- und ein gleichbleibender Na20-Gehalt in den jeweils eingesetzten Mengen aus Flüssigkomponenten (B) und (C) vorlag. Für jede der in Tabellen 3a und 3b angegebenen Rezepturen wurden ausreichend viele Prüfriegel hergestellt, um Kerngewicht (gemäß Beispiel 7), Heißfestigkeit (gemäß Beispiel 8), Stundenfestigkeit (gemäß Beispiel 9) und Feuchtestabilität (gemäß Beispiel 10) zu bestimmen; die Ergebnisse dieser Bestimmungen sind in Tabelle 4 angegeben.
Tabelle 4
Rezeptur 2019326 2019327 2019321 2019328 2019329
Kerngewicht 148,52 148,60 148,57 147,97 147,99
Heißfestigkeit [N/cm2] 180 180 190 180 190
Stundenfestigkeit [N/cm2] 550 510 540 480 490
Feuchtestabilität [min] 453 840 1207 2067 1550 Bereits bei einer Zusammensetzung mit 0,10 Mol% AI2O3 (bezogen auf die eingesetzte kombinierte Gesamtmasse der Flüssigkomponenten (B) und (C), vgl. Tabelle 3c) konnte eine signifikante Steigerung der Feuchtestabilität beobachtet werden. Für Zusammensetzungen mit 0,2 Mol%, 0,3 Mol% und 0,4 Mol% AI2O3 wurden, verglichen mit der (nicht erfindungsgemäßen) Ver- gleichs-Formstoffmischung 2019326 ohne Aluminationen, sogar Steigerungen der Feuchtestabi- lität um mehr als einen Faktor 2 gemessen. Heißfestigkeiten und Stundenfestigkeiten sämtlicher Prüfriegel lagen überden Anforderungen für industrielle Zwecke
Für die Rezepturen 2019326, 2019321 und 2019329 wurden zusätzliche Prüfriegel (gemäß Beispiel 6) hergestellt und die Gussoberfläche (gemäß Beispiel 11) bestimmt. Für beide Gussteile enthaltend jeweils einen Prüfriegel der Rezepturen 2019326, 2019321 und 2019329, unabhängig von der bewertenden Person, wurde die Reihenfolge der Gussgüte wie folgt bestimmt: 2019329 > 2019321 > 2019326. Für Zusammensetzungen mit 0,2 Mol% und 0,4 Mol% AI2O3 wurde demnach, verglichen mit der (nicht erfindungsgemäßen) Vergleichs-Formstoffmischung 2019326 ohne Aluminationen, eine Verbesserung der Gussgüte festgestellt.
Für die Rezepturen 2019326, 2019321 und 2019329 wurden zusätzliche Prüfriegel gemäß Beispiel 12 hergestellt und untersucht. Die Steigung (Deformation pro Zeiteinheit) bis zum Erreichen des thermoplastischen Bereichs ist geringer, je mehr Aluminationen im Binder enthalten sind. So setzt der Bereich des thermoplastischen Zustands für die Vergleichsformstoffmischung 2019326 ohne Aluminationen nach 9 s ein, für eine Zusammensetzung mit 0,2 Mol% nach 10 s ein und für eine Zusammensetzung mit 0,4 Mol% sogar erst nach 22 s ein. Auch die Gesamtmesszeit bis zum Bruch erhöht sich mit steigender Menge an Aluminationen im Binder. Bei der Vergleichsformstoffmischung kommt es nach einer Gesamtzeit von 31 s zum Bruch, während für eine Zusammensetzung mit 0,2 Mol% der Bruch nach einer Gesamtzeit von 35 s auftritt und für eine Zusammensetzung mit 0,4 Mol% der Bruch erst nach einer Gesamtzeit von 40 s eintritt.
Beispiel 14 - Einfluss von Aluminium-, Lithium- und Bor-Ionen auf die Feuchtestabilität
Es wurden nach der Vorgehensweise von Beispiel 5 Formstoffmischungen mit einer Zusammensetzung der Flüssigkomponenten (B) und (C) gemäß Tabellen 5a und 5b hergestellt; die in einer Mischung von Flüssigkomponenten (B) und (C) (gemäß den Rezepturen aus Tabellen 5a und 5b) vorliegenden (berechneten) molaren Zusammensetzungen sind in Tabelle 5c angegeben. Rezepturen 2019321 , 2019441 und 2019446 sind erfindungsgemäße Beispiele; Rezepturen 2019326, 2019442 und 2019445 sind nicht erfindungsgemäße Vergleichsbeispiele (anders als im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, werden keine Flüssigkomponente (C) umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen eingesetzt). Tabelle 5a
Rezeptur 2019326 2019321 2019442
Flüssigkomponente
Wasser (Bj 13,55 12,70 13,30 NaOH 33% (B) 18,10 12,90 17,10
Wasserglas 48/50 HV (B) 67,85 67,40 67.55 LiOH-Monohydrat (B) Natriumtetraborat-10-hydrat (B) 1.55 Tensid EHS _ (B) _ 0,50 0,50 0,50
Natriumaluminatlsg. 1 :2.5 (C) _ 6~5Ö Gesamt (B) + (C) 100,00 100,00 100,00
Tabelle 5b
Rezeptur 2019445 2019441 2019446
Flüssigkomponente
Wasser (Bj 14,625 12,50 13,675 NaOH 33% (B) 16,15 11 ,85 11 ,10
Wasserglas 48/50 HV (B) 67,10 67,55 LiOH-Monohydrat (B) 0,675 0,675 Natriumtetraborat-10-hydrat (B) 1 ,55 Tensid EHS _ (B) _ 0,50 0,50 0,50
Natriumaluminatlsg. 1 :2.5
Figure imgf000057_0001
(C) _ 6,50 6,50 Gesamt (B) + (C) 100,00
Tabelle 5c
Rezeptur 2019326 2019321 2019442 2019445 2019441 2019446
H20 [mol%] 85,92 85,71 85,71 85,92 85,51 85,70 S1O2 [mol%] 9,06 9,06 9,06 9,06 9,06 9,06 Na20 [mol%] 5,03 5,03 5,03 4,83 5,03 4,84 U2O [mol%] 0,19 0,19 B2O3 [mol%] 0,20 0,20 AI2O3 [mol%] 0,20 0,20 0,20
MVZ 1 ,80_ T80_ T80_ T80_ T80_ 1 ,80
Gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6 wurden aus diesen Formstoffmischungen Prüfriegel hergestellt.
Für jede der in Tabellen 5a und 5b angegebenen Rezepturen wurden ausreichend viele Prüfriegel hergestellt, um Kerngewicht (gemäß Beispiel 7), Heißfestigkeit (gemäß Beispiel 8), Stundenfestigkeit (gemäß Beispiel 9) und Feuchtestabilität (gemäß Beispiel 10) zu bestimmen; die Ergebnisse dieser Bestimmungen sind in Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6
Rezeptur 2019326 2019321 2019442 2019445 2019441 2019446
Kerngewicht 148,50 148,32 148,44 148,40 148,35 148,21
Heißfestigkeit [N/cm2] 180 180 160 170 180 190
Stundenfestigkeit, kalt [N/cm2] 560 520 510 530 480 500
Feuchtestabilität [min] 563 1263 783 1087 2000 2340 Die Ergebnisse zeigen den Einfluss von Aluminationen im Bindemittel auf die Feuchtestabilität (und auf weitere Eigenschaften) der mit diesem Bindemittel hergestellten Formkörper im Vergleich zu den bisher in Bindern zur Erhöhung der Feuchtestabilität eingesetzten Lithium-Verbindungen und Bor-Verbindungen. Als (nicht erfindungsgemäße) Referenz wurde ein Binder mit an- sonsten gleicher molarer Zusammensetzung, jedoch ohne einen der drei Feuchtestabilitätsförderer getestet (Rezeptur 2019326).
Die Ergebnisse zeigen, dass der positive Einfluss der Aluminationen auf die Feuchtestabilität größer ist als bei den Vergleichsbeispielen mit Lithium-Verbindungen und Bor-Verbindungen. Zudem zeigen die Ergebnisse, dass der Einsatz von Aluminationen zusätzlich zu Bor-Verbindungen oder Lithium-Verbindungen eine gegenüber dem alleinigen Einsatz von Bor-Verbindungen oder Lithium-Verbindungen zusätzliche Steigerung der Feuchtestabilität bewirkt.
Heißfestigkeiten und Stundenfestigkeiten sämtlicher Prüfriegel lagen überden Anforderungen für industrielle Zwecke.
Beispiel 15 - Vergleich Kaliumaluminatlösung mit Natriumaluminatlösung im Bindemittel Es wurden nach der Vorgehensweise von Beispiel 5 Formstoffmischungen mit einer Zusammensetzung der Flüssigkomponenten (B) und (C) gemäß Tabelle 7a hergestellt; die in einer Mischung von Flüssigkomponenten (B) und (C) (gemäß den Rezepturen aus Tabelle 7a) vorliegenden (berechneten) molaren Zusammensetzungen sind in Tabelle 7b angegeben. Rezepturen 2019387 und 2019551 sind erfindungsgemäße Beispiele. Bei ansonsten gleicher Zusammensetzung der Flüssigkomponenten des Bindemittelsystems wurden die Aluminationen einmal in Form einer Ka- liumaluminatlösung (Rezeptur 2019551) und einmal in Form einer Natriumaluminatlösung (Rezeptur 2019387) eingebracht.
Tabelle 7a
Rezeptur _ 2019387 2019551
_ Flüssigkomponente _
Wasser (B) 11 ,80 13,15
NaOH 33% (B) 7,90 5.50
Wasserglas 48/50 HV (B) 66,90 65,850
Tensid EHS _ (B) _ 0,50 0,50
Kaliumaluminatlösung 1 :2,5 (C) 12.50
Natriumaluminatlsg. 1 :2.5 (C) _ 12,90
Gesamt (B) + (C) 100,00 100,00 Tabelle 7b
Rezeptur 2019387 2019551
H20 [mol%] 85,50 85,50
S1O2 [mol%] 9,06 9,06
Na20 [mol%] 5,03 3,79
K2O [mol%) 1 ,25
AI2O3 [mol%] 0,40 0,40
MVZ 1 ,80 1 ,80
Gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6 wurden aus diesen Formstoffmischungen Prüfriegel hergestellt.
Für jede der in Tabelle 7a angegebenen Rezepturen wurden ausreichend viele Prüfriegel herge- stellt, um Kerngewicht (gemäß Beispiel 7), Heißfestigkeit (gemäß Beispiel 8), Stundenfestigkeit (gemäß Beispiel 9) und Feuchtestabilität (gemäß Beispiel 10) zu bestimmen; die Ergebnisse dieser Bestimmungen sind in Tabelle 8 angegeben.
Tabelle 8
2019387 2019551
Kerngewicht 147,85 148,82
Heißfestigkeit [N/cm2] 183 189
Stundenfestigkeit [N/cm2] 483 505
Feuchtestabilität [min] 2140 3220
Überraschend zeigen die Ergebnisse, dass der Einsatz von Kaliumaluminat verglichen mit dem Einsatz von Natriumaluminat die Feuchtestabilität noch einmal deutlich steigert. Zusätzliche eigene Untersuchungen haben zudem gezeigt, dass es auch keinen Unterschied macht, ob das Kalium aus der Flüssigkomponente (B) oder (C) stammt (Ergebnisse hier nicht aufgeführt).
Beispiel 16 - Kombinierter Einsatz von Aluminationen und verschiedenen Microsilica-
Spezies Es wurden nach der Vorgehensweise von Beispiel 5 Formstoffmischungen mit einer Zusammensetzung der Flüssigkomponenten (B) und (C) gemäß Tabelle 9a hergestellt; die in einer Mischung von Flüssigkomponenten (B) und (C) (gemäß der Rezeptur aus Tabelle 9a) vorliegenden (berechneten) molaren Zusammensetzungen sind in Tabelle 9b angegeben. Rezeptur 2019650 ist ein erfindungsgemäßes Beispiel. In einer ersten Versuchsreihe (2019650-1) wurde dabei als 0,6 GT der Komponente (A) umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid die in Beispiel 5 eingesetzte 1 :1 Mischung aus „RW- Füller gesiebt“ und „RW-Füller Q1 Plus“ eingesetzt. In einer zweiten Versuchsreihe (2019650-2) wurden bei ansonsten gleicher Vorgehensweise wie in Versuchsreihe 2019650-1 statt 0,6 GT der 1 :1 Mischung 0,6 GT „RW-Füller Q1 Plus“ (also ohne „RW-Füller gesiebt“) eingesetzt.
In einer dritten Versuchsreihe (2019650-3) wurden bei ansonsten gleicher Vorgehensweise wie in Versuchsreihe 2019650-1 statt 0,6 GT der 1 :1 Mischung 0,6 GT „RW-Füller gesiebt“ (also ohne „RW-Füller Q1 Plus“) eingesetzt.
Rezepturen 2019650-1 , 2019650-2 und 2019650-3 betreffen erfindungsgemäße Beispiele.
Tabelle 9a
Rezeptur _ 2019650
_ Flüssigkomponente _
Wasser (B) 13,275
NaOH 33% (B) 5,575
KOH 45% (B) 2,600
Wasserglas 48/50 HV (B) 65,900
Tensid EHS _ (B) _ 0,150
Kaliumaluminatlösung 1 :2,5 (C) _ 12,500
Gesamt (B) + (C) 100,00
Tabelle 9b
Rezeptur 2019650
H20 [mol%] 85,50
S1O2 [mol%] 9,06
Na20 [mol%] 3,79
K2O [mol%] 1 ,25
U2O [mol%]
B2O3 [mol%]
AI2O3 [mol%] 0,40
MVZ 1 ,80 Gemäß der Vorgehensweise aus Beispiel 6 wurden aus diesen Formstoffmischungen jeweils Prüfriegel hergestellt.
Für die angegebenen Versuchsreihen wurden jeweils ausreichend viele Prüfriegel hergestellt, um Kerngewicht (gemäß Beispiel 7), Heißfestigkeit (gemäß Beispiel 8), Stundenfestigkeit (gemäß Beispiel 9) und Feuchtestabilität (gemäß Beispiel 10) zu bestimmen; die Ergebnisse dieser Best- immungen sind in Tabelle 10 angegeben. Tabelle 10
_ 2019650-1 2019650-2 2019650-3
Kerngewicht 148,22 151 ,30 143,45
Heißfestigkeit [N/cm2] 190 180 200
Stundenfestigkeit [N/cm2] 500 520 460
Feuchtestabilität [mini >158407_ 1363 >158407
7: Die Tests wurden nach 15840 Minuten abgebrochen.
Überraschend zeigen die Ergebnisse, dass der Einsatz von zumindest einem Teil eines partikulären amorphen S1O2 in Komponente A, welches bei der Si-Herstellung durch Reduktion von Quarz im Lichtbogenofen hergestellt wurde („RW-Füller gesiebt“) verglichen mit dem Einsatz von Komponente A umfassend als partikuläres amorphes Siliciumdioxid lediglich solches partikuläres amorphes S1O2, welches bei der Zr02-Herstellung durch thermische Zersetzung von ZrSi04 hergestellt wurde („RW-Füller Q1 Plus“) die Feuchtestabilität noch einmal deutlich über die Erwartungen steigert. Beispiel 17 - Stabilitätstests
17.1 Es wurden insgesamt4 Kombinationen einer ersten Flüssigkomponente (B) mit einer zweiten Flüssigkomponente (C) umfassend Natriumaluminat hergestellt. Die Zusammensetzungen ergeben sich aus den Tabellen 11a und 11b.
Die jeweiligen (berechneten) molaren Zusammensetzungen sind in Tabelle 11c angegeben. Tabelle 11a
Rezeptur 2019327 2019321
Flüssigkomponente Wasser (B) 13,10 12,70
NaOH 33% (B) 15,50 12,90
Wasserglas 48/50 HV (B) 67,65 67,40
Tensid EHS _ (B) _ 0,50 0,50
Natriumaluminat-Lösung 1 :2.5 (C) _ 3,25 6,50
Gesamt (B) + (C) 100,00 100,00
Tabelle 11b
Rezeptur 2019328 2019329
Flüssigkomponente Wasser (B) 12,20 11 ,80
NaOH 33% (B) 10,40 7,90
Wasserglas 48/50 HV (B) 67,15 66,90
Tensid EHS _ (B) _ 0,50 0,50
Natriumaluminat-Lösung 1 :2.5 (C) _ 9,75 12,90
Gesamt (B) + (C) 100,00 100,00 Tabelle 11c
Rezeptur _ 2019327 2019321 2019328 2019329
H2O [mol%] 85,81 85,71 85,60 85,50
S1O2 [mol%] 9,06 9,06 9,06 9,06
Na20 [mol%] 5,03 5,03 5,03 5,03
AI2O3 [mol%1 _ 0,10 0,20 0,30 0,40
MVZ_ 1 ,80 1 ,80 1 ,80 1 ,80
17.2 Es wurden insgesamt 4 Kombinationen einer ersten Flüssigkomponente (B) mit einer zweiten Flüssigkomponente (C) umfassend Kaliumaluminat hergestellt. Die Zusammensetzungen ergeben sich aus den Tabellen 11 d und 11 e. Die jeweiligen (berechneten) molaren Zusammensetzungen sind in Tabelle 11f angegeben.
Tabelle 11d
_ Rezeptur _ 2019684 2019644
_ Flüssigkomponente
Wasser (B) 14,36 13,95
NaOH 33% (B) 5,56 5,56
KOH 45% (B) 10,21 7,70
Wasserglas 48/50 HV (B) 66,62 66,35
Tensid EHS _ (B) _ 0,15 0,15
Kaliumaluminat-Lösung 1 :2.5 (C) _ 3,10 6,20
Gesamt (B) + (C) 100,00 100,00
Tabelle 11e
Rezeptur _ 2019647 2019650
_ Flüssigkomponente
Wasser (B) 13,65 13,275
NaOH 33% (B) 5,55 5,575
KOH 45% (B) 5,10 2,600
Wasserglas 48/50 HV (B) 66,15 65,900
Tensid EHS _ (B) _ 0,15 0,150
Kaliumaluminat-Lösung 1 :2.5 (C) _ 9,40 12,500
Gesamt (B) + (C) 100,00 100,00
Figure imgf000062_0001
MVZ 1 ,80_ T80_ T80_ 1 ,80 Die Kombination gemäß den Rezepturen 2019327, 2019321 , 2019328, 2019329, 2019684, 2019644, 2019647 und 201950 (wie in Tabellen 11a, 11 b, 11d und 11 e definiert) wurden jeweils in ein Behältnis gegeben und dieses geschlossen bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) gelagert.
Während der Lagerung wurde die Stabilität der gelagerten Lösungen durch Inaugenscheinnahme überprüft. Sobald dabei mit bloßem Auge Niederschläge und/oder eine Gelbildung beobachtet werden konnte, galt die Lösung ab diesem Zeitpunkt als nicht mehr stabil.
Es zeigte sich, dass keine der getesteten Proben länger als 6 Monate stabil war und zumindest die Proben 2019329, 2019644, 2019467 und 2019550 weniger als 2 Monate stabil waren.
Beispiel 18 - Vergleich mit dem Einsatz einer partikulären Aluminatquelle In diesem Beispiel wurde zunächst die teilchenförmige amorphe Siliciumdioxid-Spezies „RW- Füller gesiebt“ (mit einem auf die zweite Nachkommastelle gerundeten Median der Teilchengrößenverteilung bestimmt mittels Laserstreuung von 0,23 Mikrometer) mit einer Menge derteilchen- förmigen amorphen Siliciumdioxid-Spezies „RW-Füller Q1 Plus“ (mit einem auf die zweite Nachkommastelle gerundeten Median der Teilchengrößenverteilung bestimmt mittels Laserstreuung von 0,84 Mikrometer) im Gewichtsverhältnis 1 :1 trocken miteinander zu einer Vormischung (als Beispiel für eine Komponente (A)) vermischt. In einem Kontaktierbehältnis wurden 100 GT Quarzsand H32 (Fa. Quarzwerke GmbH, AFS-Kornfeinheitsnummer 45) und 0,6 GT dieser Vormischung per Hand vermischt, sodass 100,6 Gewichtsteile einer Mischung aus Quarzsand (als Beispiel für einen Formgrundstoff (D)) und partikulärem amorphen Siliciumdioxid (Komponente (A)) resultierten.
In jeweiligen Folgeversuchen wurden jeweils 100,6 Gewichtsteile dieser Mischung mit jeweils 2,1 Gewichtsteilen von
(i) einem aluminationen-freien Wasserglasbinder (2019683) (vgl. VB 18.1 in Tabelle 13; dies ist eine Komponente (B)), (ii) einer Mischung aus pulverförmigem AIOH3 (Apyral NH20) und einem Wasserglasbinder (20200138) in einem Mischungsverhältnis von 0,05 : 2,05 (vgl. VB 18.2 in Tabelle 13; durch Vermischen dieser Bestandteile ergibt sich eine erste Flüssigkomponente (B), die Wasserglas umfasst, in welches AIOH3 eingemischt ist) und
(iii) einer Mischung aus Bindemittelbestandteilen 2019666 (dies ist eine Komponente (B)) und 2019665 (dies ist eine Komponente (C)) in einem Mischungsverhältnis von 1 ,78 : 0,32 (vgl. B
18.3 in Tabelle 13; erfindungsgemäßes Beispiel) zu der Mischung aus Quarzsand und partikulärem amorphen Siliciumdioxid gegeben; es wurde dann sogleich jeweils für 120 Sekunden in einem Bullmischer (Typ RN10/20, Firma Morek Mul- tiserw) bei 220 U/min gemischt. Die hieraus resultierenden Formstoffmischungen wurden jeweils gemäß der Vorgehensweise aus obigem Beispiel 6 zu Prüfriegeln verarbeitet. Für jede der beschriebenen Mischungen wurden ausreichend viele Prüfriegel hergestellt, um Kerngewicht (gemäß Beispiel 7), Heißfestigkeit (gemäß Beispiel 8), Stundenfestigkeit (gemäß Beispiel 9) und Feuchtestabilität (gemäß Beispiel 10) zu bestimmen; die Ergebnisse dieser Bestimmungen sind in Tabelle 14 angegeben.
Tabelle 13
Figure imgf000064_0001
VB bedeutet in dieser Tabelle „Vergleichsbeispiel“; B bezeichnet ein erfindungsgemäßes Beispiel.
Tabelle 14
Kerngewicht Heißfestigkeit Stundenfestigkeit Feuchtestabilität m er [g] [N/cm2] [N/cm2] [min]
VB 18.1 146,90 150 480 300
VB 18.2 146,86 150 480 340
B18.3 146,58 160 470 > 1440® 9: Versuche nach 1440 min abgebrochen.
Aus den Ergebnissen geht hervor, dass die Mischung mit pulverförmigem AI(OH)3 (VB 18.2) im Vergleich zu einer Mischung vollständig ohne AI(OH)3 (VB 18.1) keine signifikante Verbesserung der Feuchtestabilität (vgl. Beispiel 10) bewirkt, während die Mischung mit gelöstem AI(OH)3 (B 18.3) die Feuchtestabilität erheblich verbessert. Beispiel 19 - Variation der Aluminat-Zuqabe
Aus Formstoffmischungen der Rezepturen 19.1 - 19.3, wie sie sich aus der nachfolgenden Tabelle 15 unter Bezugnahme auf Tabelle 16 ergeben, wurden analog zu Beispiel 5 Formstoffmischungen erstellt. Die Flüssigkomponenten wurden dabei so zugegeben, dass sie erst mit Ein- schalten des Bullmischers miteinander in direkten Kontakt kamen.
Tabelle 15
Mischung (D) Zugabe Zugabe Zugabe
[GT] (C) [GT]
Figure imgf000065_0001
H2O [Gew.%] 67,09 59,17 61 ,13 63,41 60,18 60,82 59,69 60,27 60,15
S1O2 [Gew.%] 0,00 29,57 22,25 0,00 27,62 22,10 0,00 27,41 21 ,92
Na20 [Gew.%] 19,05 11 ,07 13,05 16,64 12,13 13,03 15,55 12,25 12,91
K2O [Gew.%] 7,26 0,11 1 ,88 9,45 0,00 1 ,89 9,26 0,00 1 ,85
AI2O3 [Gew.%] 6,60 0,00 1 ,63 10,50 0,00 2,10 15,50 0,00 3,10
Rest [Gew.%] 0,00 0,07 0,05 0,00 0,07 0,06 0,00 0,07 0,06
Gesamt 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
MV 1 ,61 1 ,60 1 ,60
Für jede der in Tabelle 15 angegebenen Rezepturen wurden ausreichend viele Prüfriegel hergestellt, um Kerngewicht (gemäß Beispiel 7), Heißfestigkeit (gemäß Beispiel 8), Stundenfestigkeit (gemäß Beispiel 9) und Feuchtestabilität (gemäß Beispiel 10) zu bestimmen; die Ergebnisse dieser Bestimmung sind in Tabelle 17 angegeben.
Tabelle 17
... , Kerngewicht Heißfestigkeit Stundenfestigkeit
Mischung “ , .... X. .... Feuchtestabilität [min]
[g] [N/cm2] [N/cm 2 21 ]
Ϊ9Ί 147,6 14Ö 43Ö 1230
19.2 147,5 130 410 1670
19.3 147,1 130 350 5760 Für Mischungen 19.1 und 19.2 mit einem Aluminationengehalt (berechnet als AI2O3) von 1 ,63 Gew.-% bzw. 2,1 Gew.-% (Gewichts-Prozent-Angaben hier stets bezogen auf die Summe der eingesetzten Komponenten (B) und (C)) werden jeweils vergleichsweise ähnliche Werte für Heißfestigkeit, Stundenfestigkeit, Kerngewicht und Feuchtestabilität erreicht. Bei einem AhOs-Gehalt von 3,1 Gew.-% (Mischung 19.3) kann ein signifikanter Anstieg in der Feuchtestabilität/Lagerstabilität beobachtet werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Artikels zur Verwendung in der Gießereiindustrie, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen, mit folgenden Schritten: (S1) Herstellen oder Bereitstellen eines Bindemittelsystems, das in drei räumlich voneinandergetrennten Behältnissen als Komponenten umfasst: eine Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, eine erste Flüssigkomponente (B), umfassend Wasserglas, und - eine zweite Flüssigkomponente (C), umfassend in wässriger Phase gelöste
Aluminationen,
(S2) Kontaktieren von einem Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicherder besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in vorbestimmten Mengenverhältnissen in einem oder mehreren Schritten, so dass eine Formstoffmi- schung resultiert, in der die Aluminationen und das partikuläre amorphe Siliciumdioxid ganz oder teilweise in das Wasserglas eingemischt sind, wobei die Schritte (S1) und (S2) in einer Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen durchgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Schritt (S2) das Kontaktieren von Formgrundstoff (D) und Inhaltsstoffen sämtlicher der besagten Komponenten (A), (B) und (C) des Bindemittelsystems in vorbestimmten Mengenverhältnissen in einem oder mehreren Schritten so durchgeführt wird, dass eine Menge der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) und/oder eine Menge der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden zweiten Flüssigkomponente (C) und/oder nach Trennen, vorzugsweise Filtrieren, der in Schritt (S1) als Bestandteil des Binde- mittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) ausgewählte Inhaltsstoffe der ersten Flüssigkomponente (B) und/oder nach Trennen, vorzugsweise Filtrieren, der in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden zweiten Flüssigkomponente (C) ausgewählte Inhaltsstoffe der ersten Flüssigkomponente (C) beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzt wird bzw. werden und/oder wobei Inhaltsstoffe oder Mengen der in Schritt (S1) jeweils als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegenden ersten Flüssigkomponente (B) und zweiten Flüssigkomponente (C) in Schritt (S2) zunächst in einem vorbestimmten Verhältnis vermischt werden, so dass eine Mischung resultiert umfassend Wasserglas und Aluminationen in vorbestimmten Anteilen, und dann der Formgrundstoff (D) mit dieser Mischung kontaktiert wird, wobei vorzugsweise
(a) zwischen dem Vermischen der Mengen oder Inhaltsstoffe der besagten Flüssigkomponenten und dem Kontaktieren des Formgrundstoffs mit der resultierenden Mischung ein Zeitraum von nicht mehr als 24 Stunden liegt, bevorzugt ein Zeitraum von nicht mehr als 12 Stunden, besonders bevorzugt 4 Stunden, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 1 Stunde und/oder
(b) der Formgrundstoff mit der resultierenden Mischung der Mengen oder Inhaltsstoffe der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkompo- nente(C) kontaktiert wird, vorzugsweise vermischt wird, bevor sich Feststoff in der resultierenden Mischung bildet, oder nicht vermischt werden, bevor der Formgrundstoff (D) (i) vollständig gleichzeitig, (ii) teilweise gleichzeitig oder (iii) in beliebiger Reihenfolge nacheinander mit Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) kontaktiert wird.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (S2) Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) mit individuell vorbestimmter Dosierrate und/oder Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) mit individuell vorbestimmter Dosierrate
(i) zum Formgrundstoff (D) und/oder
(ii) zu Inhaltsstoffen oder Mengen einer anderen Komponente des Bindemittelsystems gegeben werden, bevorzugt automatisiert und/oder mittels einer oder mehrerer Dosiereinrichtungen, wobei die Anlage zum Herstellen von Formstoffmischungen vorzugsweise umfasst: eine oder mehrere Dosiereinrichtungen zum Dosieren von Inhaltstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und/oder von Inhaltstoffen oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) und/oder von Inhaltstoffen oder Mengen der Kom- ponente (A) umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid und/oder des Formgrundstoffs (D) sowie eine Steuereinrichtung oder Regeleinrichtung für die eine Dosiereinrichtung bzw. die mehreren Dosiereinrichtungen, vorzugsweise eine mikroprozessorgestützte Steuer- einrichtung oder Regeleinrichtung.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen zweiten Flüssigkomponente (C) umfasst: - 15 bis 35 Gew.-%, bevorzugt 18 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 30
Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 22 -27 Gew.-% Siliciumdioxid,
8 bis 17 Gew.-% Alkalimetalloxid, bevorzugt 10 bis 17 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 16 Gew.-%,
Aluminationen, berechnet als AI2O3, in einer Menge bis 4,0 Gew.-%, bevorzugt 0,4 bis 4,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,45 bis 3,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,75 bis 3,0 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 2,5 Gew.-%, besonders vorzugsweise 1 ,25 bis 2 Gew.-% wobei die Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) und/oder wobei in der Gesamtmasse der in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) das Massenverhältnis von Alkalimetalloxid zu AI2O3 im Bereich von 35:1 bis 3:1 liegt, bevorzugt im Bereich von 20:1 bis 5:1 liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 15:1 bis 7:1. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (S2) die Temperatur der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) zu Beginn des Kontaktierens oder Mischens jeweils in einem Bereich von 5 bis 35 °C liegt und/oder wobei in der Gesamtmasse der in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) das Massenverhältnis von AI2O3 zu S1O2 größer ist als 1 :70, bevorzugt größer als 1 :69, besonders bevorzugt größer als 1 :64.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (S2) Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, mit dem Formgrundstoff und mit Inhaltsstoffen oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und Inhaltsstoffen oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) kontaktiert werden, wobei die in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems eingesetzte Komponente
(A)
(i) teilchenförmig ist, vorzugsweise ein Pulver oder ein Granulat, oder
(ii) eine Suspension von partikulärem amorphen Siliciumdioxid ist und/oder die in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, (i) in Form eines Pulvers oder Granulats, vorzugsweise in Form eines Pulvers, oder (ii) als Suspension eingesetzt werden und/oder das partikuläre amorphe Siliciumdioxid der Komponente (A) als Inhaltsstoff in Schritt (S2) eingesetzt wird und vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid, welches Siliciumdioxid in einem Anteil von zumindest 80 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des teilchenförmigen synthetischen amorphen Siliciumdioxids, sowie als Nebenbestandteil zumindest Kohlenstoff enthält, vorzugsweise herstellbar durch Reduktion von Quarz im Lichtbogenofen; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid, welches als Nebenbestandteil oxidisches Zirconium umfasst und vorzugsweise herstellbar ist durch thermische Zersetzung von ZrSi04; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid herstellbar durch Oxidation von metallischem Silicium mittels eines sauerstoffhaltigen Gases; teilchenförmiges synthetisches amorphes Siliciumdioxid herstellbar durch Quenchen einer Siliciumdioxid-Schmelze pyrogene Kieselsäure, vorzugsweise herstellbar durch Pyrolyse von Siliciumtetrachlorid; und
Mischungen davon und/oder die Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, zusätzlich ein, zwei, drei oder mehr weitere Inhaltsstoffe umfasst, die in Schritt (S2) mit eingesetzt werden und unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: teilchenförmige Materialien, vorzugsweise teilchenförmige anorganische Materialien, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Oxide des Aluminiums, vorzugsweise Aluminiumoxid in der alpha-Phase, Bauxit, Oxide des Zirkoniums, vorzugsweise Zirkonium(IV)-Oxid, Aluminium/Silicium- Mischoxide, Zinkoxid, Bariumsulfat, phosphorhaltige Verbindungen, vorzugsweise Tricalciumphosphat, Schichtsilikate, Graphit, Ruß, Glaskugeln, Oxide des Magnesiums, Borosilikate, keramische Hohlkugeln, oxidische Bor-Verbindungen, vorzugsweise pulverförmige oxidische Bor-Verbindungen, und deren Mischungen wasserlösliche Materialien,
Alkalihydroxide,
Tenside,
Filmbildner,
Hydrophobierungsmittel, vorzugsweise siliciumorganische Verbindungen, Silane, Silikone und Siloxane, Wachse, Paraffine, Metallseifen, und
Kohlenhydrate.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Anteil an Siliciumdioxid in der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, vorzugsweise der Anteil des partikulären amorphen Siliciumdioxids in der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, mindestens 25 Gew.-% beträgt, bevorzugt mindestens 30 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 50 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (S1) als Bestandteil des Bindemittelsystems vorliegende erste Flüssigkomponente (B) und/oder zweite Flüssigkomponente (C) ohne weitere Aufbereitung aus dem jeweiligen Behältnis heraus in Schritt (S2) eingesetzt wird bzw. werden und/oder wobei die erste Flüssigkomponente (B), vorzugsweise in wässriger Phase, eines o- der mehrere Alkalimetalle M aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium enthält, wobei der Anteil an Kaliumionen, berechnet als K2O, vorzugsweise größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt größer ist als 0,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt größer ist als 1 Gew.-% und/oder wobei die zweite Flüssigkomponente (C) eines oder mehrere Alkalimetalle M aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium enthält, wobei der Anteil an
Kaliumionen, berechnet als K2O, vorzugsweise größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 0,2 Gew.-%, besonders bevorzugt größer ist als 0,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt größer ist als 1 Gew.-% und/oder - wobei die Gesamtmasse der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) eines oder mehrere Alkalimetalle M aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium und Kalium enthält, wobei der Anteil an Kaliumionen, berechnet als K2O, vorzugsweise größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt größer ist als 0,2 Gew.- %, besonders bevorzugt größer ist als 0,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt grö- ßer ist als 1 Gew.-% und/oder wobei die erste Flüssigkomponente (B), vorzugsweise in wässriger Phase, einen Gehalt an Alkalimetallsilikat im Bereich von 20 Gew.-% bis 60 Gew.-% aufweist, bevorzugt im Bereich von 25 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der ersten Flüssigkomponente (B); und/oder wobei die erste Flüssigkomponente (B), vorzugsweise in wässriger Phase, Wasserglas mit einem molaren Modul S1O2/ Alkalimetalloxid im Bereich von 1 ,6 bis 4,0 umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Flüssigkomponente (B) und/oder die zweite Flüssigkomponente (C) zusätzlich ein, zwei oder mehr weitere Inhaltsstoffe umfasst bzw. umfassen, die in Schritt (S2) mit eingesetzt werden und unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: oberflächenaktive Substanzen, insbesondere Tenside, Entschäumer und Benetzungsmittel,
Alkalimetallphosphate, oxidische Bor-Verbindungen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Boraten, Borsäuren, und Borsäureanhydriden und/oder wobei die zweite Flüssigkomponente (C) gelöste Alkalialuminate umfasst, die in Schritt (S2) eingesetzt werden und/oder - wobei die erste Flüssigkomponente (B) einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,4 Gew.-%, bevorzugt 0,1 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der ersten Flüssigkomponente (B) und/oder wobei die zweite Flüssigkomponente (C) in wässriger Phase einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, im Bereich von 0,4 Gew.-% bis 35 Gew-% aufweist, bevorzugt im Bereich von 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 2,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 5 Gew.% bis 23 Gew.-% umfasst, und/oder einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der zweiten Flüssigkomponente (C) und/oder wobei die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) einen Gehalt an Aluminationen, berechnet als AI2O3, umfasst, der im Bereich liegt von 0,4 bis 4,0 Gew.-%, bevorzugt 0,45 bis 3,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,75 bis 3,0 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 1 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 1 ,25 bis 2 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Lithiumionen, berechnet als L1O2, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 0,01 Gew.-% und/oder einen Gehalt an Borionen, berechnet als B2O3, umfasst, der nicht größer ist als 0,1 Gew.-%, bevorzugt nicht größer ist als 0,01 Gew.-%, wobei die Gewichtsprozentangaben bezogen sind auf die Gesamtmasse der beim Kontaktieren in Schritt (S2) eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der eingesetzten Inhaltsstoffe oder Mengen zweiten Flüssigkomponente (C).
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Schritt (S2) zur Herstellung des Artikels jeweilige Gesamtmassen des Formgrundstoffs (D) sowie jeweils der Inhaltsstoffe oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) eingesetzt werden, wobei:
0,1 bis 3,0 Gewichtsteile der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, eingesetzt werden, bevorzugt 0,3 bis 2,0 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile der eingesetzten Gesamtmasse des feuerfesten Formgrundstoffs (D) und/oder
Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und Inhaltsstoffe oder Mengen der zweiten Flüssigkomponente (C) im Bereich von insgesamt 0,5 bis 20 Gewichtsteilen, bevorzugt im Bereich von insgesamt 0,5 bis 7 Gewichtsteilen, besonders bevorzugt im Bereich von insgesamt 0,5 bis 4 Gewichtsteilen, ganz beson- ders bevorzugt im Bereich von insgesamt 0,7 bis 3 Gewichtsteilen eingesetzt werden, bezogen auf 100 Gewichtsteile der eingesetzten Menge des feuerfesten Formgrundstoffs (D) und/oder - das Verhältnis der eingesetzten Gesamtmasse der Inhaltsstoffe oder Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) zur eingesetzten Gesamtmasse der Inhaltsstoffe oder Komponenten der zweiten Flüssigkomponente (C) im Bereich von 86:1 bis 1 :1 liegt, bevorzugt im Bereich von 20:1 bis 2:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 3:1.
11 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Schritte
(53) dreidimensionales in Form bringen der Formstoffmischung, vorzugsweise mittels eines Formwerkzeugs oder durch schichtweises Aufbauen mittels eines 3D-Druckers,
(54) Härten des Bindemittels, so dass eine Form, ein Kern oder ein Speiserelement resultiert, wobei vorzugsweise in Schritt (S4) - das Härten zumindest abschnittsweise bei einer Temperatur im Bereich von 100 °C bis 300 °C erfolgt, besonders bevorzugt im Bereich von 140 °C bis 250 °C, ganz besonders bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 160 °C bis 200 °C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 170 bis 190 °C erfolgt und/oder - die in Form gebrachte Formstoffmischung in einem beheizten Formwerkzeug erwärmt wird und/oder die in Form gebrachte Formstoffmischung durch Kontakt mit heißer Luft erwärmt wird und/oder die in Form gebrachte Formstoffmischung durch Einwirkung von Mikrowellen erwärmt wird und/oder die in Form gebrachte Formstoffmischung mittels Durchleiten von Strom erwärmt wird und/oder das Härten der geformten Formstoffmischung unter Einsatz von Kohlendioxid erfolgt und/oder das Härten der geformten Formstoffmischung unter Einsatz von Estern erfolgt.
12. Form, Kern, Speiserelement oder Formstoffmischung zur Verwendung in der Gießerei, hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 .
13. Vorrichtung in einer Gießerei zur Herstellung eines Artikels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Formen, Kernen, Speiserelementen und Formstoffmischungen, zumindest umfassend:
(i) getrennte Vorratsbehältnisse für oder enthaltend: eine erste Flüssigkomponente (B), umfassend Wasserglas, und eine zweite Flüssigkomponente (C), umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen,
(ii) eine Dosiereinrichtung zum Dosieren vorgegebener Mengen der ersten Flüssigkomponente (B) und der zweiten Flüssigkomponente (C) in ein Behältnis zum Zwecke des Kontaktierens mit zumindest einem Formgrundstoff (D) und partikulärem amorphen Siliciumdioxid, vorzugsweise zusätzlich zumindest umfassend:
(iii) getrennte Vorratsbehältnisse für oder enthaltend eine Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, und einen Formgrundstoff (D)
(iv) eine Dosiereinrichtung zum Dosieren vorgegebener Mengen von Inhaltsstoffen oder Mengen der Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid und des Formgrundstoffs (D) zum Zwecke des Kontaktierens mit zumindest Wasserglas und Aluminationen.
14. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 13 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
15. Verwendung einer Flüssigkomponente umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen, bevorzugt gelöste Alkalialuminate, als zweite Flüssigkomponente (C) eines härtbaren Bindemittelsystems umfassend: eine Komponente (A) umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid und eine erste Flüssigkomponente (B) umfassend Wasserglas, zur Erhöhung der Feuchtebeständigkeit eines Formkörpers enthaltend einen durch das gehärtete Bindemittelsystem gebundenen Formgrundstoff (D).
16. Verwendung einer Flüssigkomponente (C) umfassend in wässriger Phase gelöste Aluminationen, bevorzugt gelöste Alkalialuminate, zur Herstellung eines Artikels gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11. 17. Verwendung einer Komponente (A), umfassend partikuläres amorphes Siliciumdioxid, einer ersten Flüssigkomponente (B) und einer zweiten Flüssigkomponente (C), wie jeweils in einem der Ansprüche 1 bis 11 definiert, zur Herstellung eines Bindemittels, wobei die erste Flüssigkomponente (B) und die zweite Flüssigkomponente (C) gemischt werden in einem Massenverhältnis im Bereich von 86:1 bis 1 :1 , bevorzugt im Be- reich von 20:1 bis 2:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 3:1.
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