Verfahren zum Ablösen von Formsandresten an Gussteilen

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ablösen von insbesondere zirkonoxid-und/oder titanoxidhaltigen Formsandresten an Gußteilen in Salzschmelzen, die im wesentlichen aus Alkalihydroxiden und Fluoriden bestehen, bei 400 bis 800° C.

[0002] Kompliziert geformte Bauteile für den Maschinen- oder Gerätebau werden häufig aus Stahlguß mittels Präzisionsgießverfahren hergestellt. Neben den üblichen Formsanden, die meist aus reinem Quarz oder aus Quarz-Aluminiumoxid-Gemischen bestehen, verwendet man zur Verbesserung der Maßhaltigkeit und zur Schaffung einer sauberen, glatten Oberfläche bei der Herstellung der Gußformen auch Zirkonoxid, Titanoxid oder andere Metalloxide. Zirkonoxidhaltige Formsande haben sich besonders bewährt und werden in der Feingußtechnik viel verwendet.

[0003] Besonders bei kompliziert geformten Gußteilen besteht das Problem, daß nach dem Zerschlagen der Gußform noch Reste des Formsandes sehr fest an der Oberfläche des ausgebetteten Gußstücks haften und sich insbesondere aus Hohlräumen, kompliziert geformten Vertiefungen oder Bohrungen nur schwer entfernen lassen.

[0004] Zum Entfernen dieser Formsandrückstände wendet man in der Technik normalerweise mechanische und chemische Reinigungsverfahren an.

[0005] Wo der Einsatz mechanischer Reinigungsmethoden versagt, z. B. bei tiefen Hohlräumen, gekrümmten oder sehr feinen Bohrungen etc., bedient man sich chemischer Methoden.

[0006] Dazu werden die Gußteile oft über viele Stunden, ja Tage hinweg in heißer wäßriger Natronlauge oder mit wäßriger Flußsäure behandelt (z. B. Gießerei 66 [1979], 406 oder Fonderie 227 [1965],29).

[0007] Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen die zu reinigenden Gußstücke in Salzschmelzen getaucht und elektrochemisch entsandet werden (Werkstoff und Betrieb 107 [1974] 101). Aus der US-PS 3 015 589 ist ein Verfahren bekannt, die Gußstücke in einer Salzschmelze aus Alkalihydroxiden und Alkalifluoriden bei 300 bis 800°C zu reinigen. Diese Verfahren benötigen eine relativ lange Behandlungszeit und können daher zu Verzunderungen an den Gußstücken führen. Gemäß dieser US-PS können zwar auch zirkonsilikathaltige Formsandreste in 30 Minuten entfernt werden, doch ergeben sich in der Praxis meist viel längere Behandlungszeiten.

[0008] In der FR-PS 2 253 845 wird zum Ablösen von Oxidschichten einer Salzschmelze aus Alkalihydroxid 10 bis 40% Borat und 0,1 bis 10% Siliziumcarbid zugesetzt. Formsandreste können damit aber nicht entfernt werden.

[0009] Auch in der US-PS 2 601 864 werden Entzunderungsbäder aus geschmolzenen Alkali- und Erdalkalichloriden beschrieben, die Borsäure und Siliziumkarbid enthalten können, um das Absetzen des Schlammes zu beeinflussen.

[0010] Die bisher angewendeten Reinigungsverfahren in der Gießereitechnik werden daher in der Fachliteratur ganz allgemein noch als sehr verbesserungswürdig bezeichnet.

[0011] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ablösen von insbesondere zirkonoxid- und/oder titanoxidhaltigen Formsandresten an Gußteilen in Salzschmelzen, die im wesentlichen aus Alkalihydroxiden und Fluoriden bestehen, bei 400 bis 800°C, zu finden, mit dem sich auch schwerlösliche, chemisch inerte Metalloxide ohne Anlegung eines elektrischen Stromes relativ schnell ablösen lassen.

[0012] Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit Formsandresten behafteten Gußteile in eine Schmelze eingebracht werden, die aus 55-97 Gew.-% Alkalihydroxid und 3 bis 45 Gew.-% eines oder mehrerer Fluoride der Elemente der 1. bis 3. Hauptgruppe des Periodischen Systems der Elemente und/oder von Zink besteht und zusätzlich, bezogen auf das Gesamtgewicht der vorerwähnten Schmelze, 1 bis 40 Gew.-% einer Borsauerstoff- und/oder Borfluorverbindung enthält. Als Zusätze werden vor allem Alkali- und/oder Erdalkaliborate, Natriummeta- oder -orthoborat, Eisen- oder Zinkborat, Borsäure, Bortrifluorid oder ein Alkylihydroxidborat der allgemeinen Formel

(M = Li, Na, K; x = 1 -3) verwendet. Besonders bewährt haben sich Salzschmelzen, die Natriumhydroxid, Natriumfluorid und wasserfreien Borax im Gewichtsverhältnis 3 : 1 : 1 bei Temperaturen von 650 bis 750° C, oder 80 bis 95 Gew.-% Natriumhydroxid, 5 bis 20 Gew.-% Kalzium-und/oder Bariumfluorid und bis zu 10 Gew.-% Borax enthalten.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die im Stand der Technik genannten Probleme und führt in kurzer Zeit zu einer hervorragenden Reinigung der Gußteile. Es weist dabei eine Reihe technischer und wirtschaftlicher Vorteile auf.

[0014] Beim Reinigen in der Salzschmelze kommt die wahre, unverfälschte Oberfläche der Gußteile zum Vorschein. Es erfolgt keine Abrundung der Kanten und Ecken oder ein Oberflächenabtrag. Die unerwünschte Gußhaut aus Ferrosilikat wird dagegen abgelöst.

[0015] Auch sehr kompliziert geformte Gußteile können rasch und quantitativ gesäubert werden. Während zirkonoxidhaltige Formsande in den bisher üblicherweise verwendeten Salzschmelzen, wie Alkalihydroxidgemischen oder Hydroxid-Nitrat-Gemischen, auch bei langen Behandlungsdauern so gut wie unlöslich sind, gewährleistet die erfindungsgemäße Schmelze eine rasche und rückstandslose Beseitigung der Formsandreste. Gegenüber den bekannten Alkalihydroxid/-fluorid-Salzschmelzen wird die Behandlungszeit stark verkürzt.

[0016] Überraschenderweise wurde gefunden, daß nicht Hydroxid-, Fluorid- oder Boratschmelzen für sich alleine zur Auflösung zirkon- oder titanoxidhaltiger Formsande optimal geeignet sind, sondern erst die Kombination aller dreier Komponenten in definiertem Gewichtsverhältnis dieses bewirkt und zu einem Optimum an Lösevermögen bei nur geringem Korrosionsangriff auf den Stahlguß führt. Eine Mischung aus Alkalihydroxid und einem Fluorid ist zwar geeignet, bei 400 bis 800°C Formsandreste abzulösen. Der Zusatz einer Bor-Sauerstoff-Verbindung bewirkt darüber hinaus eine Minderung des Korrosionsangriffs und verstärkt das Lösevermögen beträchtlich, so daß die Gußteile gereinigt und metallisch blank nach Behandlungsdauern von 10-60 Minuten aus dem Bad entnommen werden können.

[0017] Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:

Beispiel 1

[0018] In einem aus einer Ni-Cr-Fe-Legierung bestehenden Tiegel von 22 cm Durchmesser und 45cm Höhe werden 30 kg Salz aus 18 kg Natriumhydroxid, 6 kg wasserfreiem Borax und 6 kg Natriumfluorid eingeschmolzen. Die Temperatur wird auf 700°C eingestellt. Die grob mechanisch von zirkonoxidhaltigem Formsand befreiten Präzisionsgußteile werden in einen Chargierkorb oder ein eisernes Chargiergestell gefüllt, dieses wird mittels eines Hebezeugs in die Schmelze eingefahren. Die Temperatur der Schmelze wird konstant bei 700°C gehalten. Es beginnt alsbald eine exotherme Aufschlußreaktion, wobei unter leichtem Schäumen der Schmelze die Formsandreste vom Guß gelöst werden. Im allgemeinen genügen Behandlungszeiten von 10-30 Minuten Dauer, nur in extremen Fällen sind Behandlungszeiten bis 60 Minuten nötig. Nach beendeter Reaktion sind die Teile völlig von Formsand befreit. Die Charge wird mittels des Hebezeugs aus der Schmelze entnommen, über einen wassergefüllten Abschrecktank gefahren und dort abgeschreckt. Die so behandelten Gußteile sind metallisch blank und völlig von Formsand gereinigt.

Beispiel 2

[0019] Zum Vergleich zu den Bädern der US-PS 3 015 589 werden in einem Eisentiegel von 18 cm Durchmesser und 30 cm Tiefe 9,5 kg Natriumhydroxid und 0,5 kg Kalziumfluorid zusammengeschmolzen. Die Schmelze zeigt bei 750° C zwar ebenfalls ein gutes Lösevermögen für den Formsand bei analoger Verfahrensweise wie in Beispiel 1. Die durchschnittliche Behandlungsdauer liegt aber bei 1 bis 2 Stunden.

Beispiel 3

[0020] In einem Nickeltiegel von 18 cm Durchmesser und 30 cm Tiefe werden in 6 kg geschmolzenes Natriumhydroxid 1 kg NaF, 0,5 kg ZnF₂ und 1 kg Natriumorthoborat eingetragen. Die Schmelze zeigt ein gutes Lösevermögen für den Formsand.

Beispiel 4

[0021] In einem Flußstahltiegel von 161 Volumen werden 5 kg NaOH, 1 kg KOH, 0,5 kg Na₃A1F₆, 1 kg NaF, 0,5 kg CaF₂, 1 kg Natriummetaborat eingeschmolzen. Die so hergestellte Schmelze besitzt bei 700°C gutes Lösevermögen für zirkonoxidhaltigen Formsand, der Kryolithzusatz bewirkt insbesondere einen raschen Aufschluß des AI₂O₃-Anteils.

Beispiel 5

[0022] In einem Nickeltiegel werden 8,5 kg NaOH, 0,5 kg CaF₂, 0,5 kg BaF₂ und 0,5 kg Borax eingeschmolzen. Diese Schmelze ist bei 700°C sehr gut zur Ablösung von zirkon- und titanoxidhaltigen Formsandresten geeignet.

Ansprüche

1. Verfahren zum Ablösen von insbesondere zirkonoxid- und/oder titanoxidhaltigen Formsandresten an Gußteilen in Salzschmelzen, die im wesentlichen aus Alkalihydroxiden und Fluoriden bestehen, bei 400 bis 800°C, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Formsandresten behafteten Gußteile in eine Schmelze eingebracht werden, die aus 55 bis 97 Gew.-% Alkalihydroxid und 3 bis 45 Gew.-% eines oder mehrerer Fluoride der Elemente der 1. bis 3. Hauptgruppe des Periodischen Systems der Elemente und/oder von Zink besteht und zusätzlich, bezogen auf das Gesamtgewicht der vorerwähnten Schmelze, eine Bor-Sauerstoff-Verbindung und/oder eine Bor-Fluorverbindung in einer Menge von 1 bis 40 Gew.-% enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugefügte Bor-Sauerstoff-Verbindung ein Alkali- oder Erdalkaliborat, Natriummetaborat, Natriumorthoborat, Eisenborat, Zinkborat, Borsäure, Bortrifluorid oder ein Alkalihydroxidfluoroborat der allgemeinen Formel

ist, wobei M = Li, Na, K bedeutet und x = 1 -3 ist..

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalihydroxid Natriumhydroxid, als Fluorid Natriumfluorid und als Bor-Sauerstoff-Verbindung wasserfreier Borax im Gewichtsverhältnis 3:1:1 eingesetzt werden und die Schmelze bei Temperaturen von 650-750°C gehalten wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzschmelze 80 bis 95% Natriumhydroxid, 5-20 Gew.-% Kalzium- und/oder Bariumfluorid und bis 10 Gew.-% Borax enthält.

Claims

1. A process for removing in particular zirconium oxide- and/or titanium oxide-containing moulding sand residues form castings in salt melts which essentially consist of alkali hydroxides and fluorides, at from 400 to 800°C, characterised in that the castings covered with moulding sand residues are introduced into a melt which consists of from 55 to 97% by weight of alkali hydroxide and from 3 to 45% by weight of one or more fluorides of the elements of the I to III Main Group of the Periodic Table of Elements and/or of zinc and also contains, based on the total weight of the above-mentioned melt, a boron-oxygen compound and/or a boron-fluorine compound in a quantity of from 1 to 40% by weight.

2. A process according to claim 1, characterised in that the boron-oxygen compound which is added is an alkali- or alkaline earth borate, sodium metaborate, sodium orthoborate, iron borate, zinc borate, boric acid, borontrifluoride or an alkali hydroxide fluoroborate corresponding to the general formula

wherein M represents Li, Na, K, and x represents 1 to 3.

3. A process according to claims 1 and 2, characterised in that sodium hydroxide is used as alkali hydroxide, sodium fluoride is used as fluoride and anhydrous borax is used as the boron-oxygen compound in a weight ratio of 3:1:1, and the melt is maintained at a temperature of from 650 to 750° C.

4. A process according to claims 1 and 2, characterised in that the salt melt contains form 80 to 95% of sodium hydroxide, from 5 to 20% by weight of calcium fluoride and/or barium fluoride and up to 10% by weight of borax.

Revendications

1. Procédé pour détacher les restes de sable de moulage contenant en particulier de l'oxyde de zirconium et/ou de l'oxyde de titane, de pièces coulées, dans un bain de sels fondus, constitué essentiellement d'hydroxydes alcalins et de fluorures, à une température de 400 à 800° C, procédé caractérisé en ce que les pièces coulées sur lesquelles adhèrent les restes de sable de moulage sont introduites dans un bain fondu, constitué de 55 à 97% en poids d'hydroxyde alcalin et de 3 à 45% en poids d'un ou plusieurs fluorures des éléments du 1er au 3ème groupe principal du système périodique des éléments et/ou de zinc, et contenant en outre, calculé sur le poids total du bain fondu précédent, un composé bore-oxygène et/ou un composé bore-fluor, dans une proportion de 1 à 40% en poids.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le composé additionnel bore-oxygène est un borate alcalin ou alcalino-terreux, le métaborate de sodium, l'orthoborate de sodium, le borate de fer, le borate de zinc, l'acide borique, le trifluorure de bore, ou un fluoroborate d'hydroxyde alcalin de formule générale

oùM=Li,Na,Ketx=1-3.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, comme hydroxyde alcalin, on utilise de l'hydroxyde de sodium, comme fluorure, du fluorure de sodium, et comme composé bore-oxygène, du borax anhydre, dans une proportion pondérale de 3 : 1 : 1, et que l'on maintient le bain fondu à une température de 650-750° C.

4. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le bain de sel fondu contient 80 à 95% d'hydroxyde de sodium, 5 à 20% en poids de fluorure de calcium et/ou de baryum, et jusqu'à 10% en poids de borax.