DE69716248T2

DE69716248T2 - SLEEVES, THEIR PRODUCTION AND USE

Info

Publication number: DE69716248T2
Application number: DE69716248T
Authority: DE
Inventors: Roberto Menon
Original assignee: Ashland Inc
Current assignee: Ineos Composites IP LLC
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: NL1005627C2; AU729980B2; IE970227A1; JP2000501028A; EP0888199B1; DE888199T1; PL328966A1; AU2540697A; CA2221778C; JP3278168B2; WO1997035677A1; CA2221778A1; FR2746332B1; DE69716248D1; IT1290822B1; FR2746332A1; GR970100095A; PL183084B1; ATE225687T1; ZA972479B

Abstract

This invention relates to exothermic and/or insulating sleeves, their method of preparation, and their use. The sleeves are prepared by shaping a sleeve mix comprising (1) a sleeve composition capable of providing a sleeve, and (2) a chemical binder. The sleeves are cured in the presence of a catalyst by the cold-box or no-bake curing process. The invention also relates to a process for casting metal parts using a casting assembly where the sleeves are a component of the casting assembly. Additionally, the invention relates to the metal parts produced by the casting process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft exotherme und/oder isolierende Speiser, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung. Die Speiser werden durch Formen eines Speisergemisches, umfassend (1) eine Speiserzusammensetzung, die einen Speiser bereitstellen kann, und (2) einen chemisch reaktiven Binder, hergestellt. Die Speiser werden in Gegenwart eines Katalysators durch ein Cold-Box-Härteverfahren gehärtet. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Gießen von Metallteilen unter Verwendung einer Gießanordnung, wobei die Speiser eine Komponente der Gießanordnung darstellen.The present invention relates to exothermic and/or insulating risers, a process for their manufacture and their use. The risers are made by forming a riser mixture comprising (1) a riser composition capable of providing a riser and (2) a chemically reactive binder. The risers are cured in the presence of a catalyst by a cold box curing process. The invention also relates to a method for casting metal parts using a casting assembly, wherein the risers are a component of the casting assembly.

Eine Gießanordnung besteht aus einer Gießschale, einem Trichtersystem (einschließlich der Ablaufgießlöcher, einem Choke und einer Gießrinne), Steigern, Speisern, Formen, Formkernen und anderen Komponenten. Um einen Metallguss herzustellen, wird Metall in die Gießschale der Gießanordnung gegossen, es fließt durch das Trichtersystem zu der Form- und/oder der Formkernanordnung, wo es abkühlt und sich verfestigt. Das Metallteil wird dann durch Abtrennen von dem Formkern und/oder der Formanordnung getrennt.A casting assembly consists of a casting shell, a hopper system (including the drain pour holes, a choke and a runner), risers, feeders, molds, mold cores and other components. To make a metal casting, metal is poured into the casting shell of the casting assembly, it flows through the hopper system to the mold and/or mold core assembly where it cools and solidifies. The metal part is then separated by cutting from the mold core and/or mold assembly.

Die in der Gießanordnung verwendeten Formen und/oder Formkerne sind aus Sand oder einem anderen Gießereizuschlagstoff und einem Binder, oft nach einem No-Bake- oder einem Cold-Box-Verfahren, hergestellt. Der Gießereizuschlagstoff wird mit einem chemischen Binder gemischt und typischerweise in Gegenwart eines flüssigen oder gasförmigen Katalysators nach dem Formen gehärtet. Typischerweise verwendete Zuschlagstoffe zur Herstellung von Formen und/oder Formkernen sind Zuschlagstoffe mit hohen Dichten und hoher thermischer Leitfähigkeit, wie Quarzsand, Olivin, Quarz, Zirkonsand und Magnesiumsilikatsande. Die zur Herstellung von Formen und/oder Formkernen aus diesen Zuschlagstoffen auf einer wirtschaftlichen Basis verwendete Bindermenge beträgt typischerweise von 1,0 bis 2,25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht und den Typ des Zuschlagstoffs.The molds and/or mold cores used in the casting assembly are made from sand or other foundry aggregate and a binder, often by a no-bake or cold box process. The foundry aggregate is mixed with a chemical binder and typically cured in the presence of a liquid or gaseous catalyst after molding. Typically used aggregates to make molds and/or mold cores are aggregates with high densities and high thermal conductivity, such as quartz sand, olivine, quartz, zircon sand and magnesium silicate sands. The amount of binder used to make molds and/or mold cores from these aggregates on an economical basis is typically from 1.0 to 2.25 wt.% based on the weight and type of aggregate.

Die Dichte eines Gießgemisches beträgt typischerweise 1,2 bis 1,8 g/cm³, während die thermische Leitfähigkeit solcher Zuschlagstoffe typischerweise von 0,8 bis 1,0 W/m.K. beträgt. Die erhaltenen Formen und/oder Formkerne sind nicht exotherm, da sie keine Wärme freisetzen. Obwohl Formen und Formkerne isolierende Eigenschaften besitzen, sind sie keine sehr wirksamen Isolatoren. Tatsächlich absorbieren Formen und Formkerne Wärme.The density of a casting mix is typically 1.2 to 1.8 g/cm³, while the thermal conductivity of such aggregates is typically 0.8 to 1.0 W/mK. The resulting molds and/or mold cores are not exothermic, as they do not release heat. Although molds and mold cores have insulating properties, they are not very effective insulators. In fact, molds and mold cores absorb heat.

Steiger oder Speiseleitungen sind Reservoire, die überschüssiges geschmolzenes Metall enthalten, das nötig ist, um Schrumpfungen oder von Metall freie Räume zu ersetzen, die während des Gießverfahrens auftreten. Metall aus dem Steiger füllt solche leeren Räume in dem Gussstück, wenn das Metall des Gussstückes schrumpft. Auf diese Weise kann das Metall aus dem Steiger während eines längeren Zeitraums im flüssigen Zustand bleiben, wobei Metall für das Gussstück beim Abkühlen und Festwerden bereitgestellt wird. Die Speiser werden verwendet, um den Steiger und andere Teile der Gießanordnung zu umgeben oder einzukapseln, um das geschmolzene Metall in dem Steiger heiß und im flüssigen Zustand zu halten. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls und der Zeitraum, in dem das Metal in dem Steiger geschmolzen bleibt, ist unter anderen Faktoren eine Funktion der Speiserzusammensetzung und der Dicke der Speiserwand.Risers or feeders are reservoirs that hold excess molten metal needed to replace shrinkage or metal-free spaces that occur during the casting process. Metal from the riser fills such empty spaces in the casting as the metal of the casting shrinks. In this way, the metal from the riser can remain in the liquid state for an extended period of time, providing metal for the casting as it cools and solidifies. The feeders are used to surround or encapsulate the riser and other parts of the casting assembly to keep the molten metal in the riser hot and in the liquid state. The temperature of the molten metal and the length of time the metal in the riser remains molten is a function of the feeder composition and the thickness of the feeder wall, among other factors.

Um ihre Funktion zu erfüllen, müssen die Speiser exotherme und/oder isolierende Eigenschaften aufweisen. Die exothermen und isolierenden thermischen Eigenschaften des Speisers sind in der Art und/oder dem Grad verschieden von den thermischen Eigenschaften der Formanordnung, in die sie eingesetzt werden. Vorwiegend exotherme Speiser sind durch Freisetzen von Wärme wirksam, wobei einige oder alle spezifischen Wärmeerfordernisse des Steigers erfüllt werden und sie begrenzen den Temperaturverlust des geschmolzenen Metalls in dem Steiger; wobei das Metall heißer und länger flüssig gehalten wird. Andererseits halten isolierende Speiser das geschmolzene Metall in dem Steiger durch ihre Isolierung von der umgebenden Formanordnung.To perform their function, the risers must have exothermic and/or insulating properties. The exothermic and insulating thermal properties of the riser are different in type and/or degree from the thermal properties of the mold assembly in which they are inserted. Predominantly exothermic risers operate by releasing heat, meeting some or all of the specific heat requirements of the riser and limiting the temperature loss of the molten metal in the riser; keeping the metal hotter and liquid longer. On the other hand, insulating risers keep the molten metal in the riser by isolating it from the surrounding mold assembly.

Gießereiformen und Formkerne weisen keine thermischen Eigenschaften auf, die sie befähigen, den Funktionen eines Speisers zu dienen. Sie sind nicht exotherm, sie sind als Isolatoren nicht wirksam genug und sie absorbieren zu viel Wärme, um das geschmolzene Metall heiß und flüssig zu halten. Zusammensetzungen, die in Gießereiformen und Formkernen verwendet werden, sind zur Herstellung von Speisern nicht nützlich, da sie nicht die erforderlichen thermischen Eigenschaften und die erforderliche Dichte haben.Foundry molds and cores do not have thermal properties that enable them to serve the functions of a riser. They are not exothermic, they are not effective enough as insulators, and they absorb too much heat to keep the molten metal hot and fluid. Compositions used in foundry molds and cores are not useful for making risers because they do not have the required thermal properties and density.

Typische Materialien, die zur Herstellung von Speisern verwendet werden, sind Aluminium, Oxidationsmittel, Fasern, Füllstoffe und feuerfeste Materialien, insbesondere Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat und Aluminiumsilikat in Form von hohlen Aluminiumsilikatkugeln. Der Typ und die Menge der Materialien in dem Speisergemisch hängt von den Eigenschaften der Speiser ab, die erzeugt werden sollen. Typische Dichten der Speiserzusammensetzungen liegen im Bereich von 0,4 g/ml bis 0,8 g/ml. Die thermische Leitfähigkeit von Aluminium bei Raumtemperatur ist typischerweise größer als 200 W/m.K., während die thermische Leitfähigkeit der hohlen Aluminiummikrokugeln bei Raumtemperatur im. Bereich von 0,05 W/m.K. bis 0,5 W/m.K. liegt. In gewissem Maße müssen alle Speiser isolierende Eigenschaften oder kombinierte isolierende und exotherme Eigenschaften aufweisen, um den Wärmeverlust auf ein Mindestmaß herabzusetzen und das Metall so lange wie möglich in flüssigem Zustand zu halten.Typical materials used to make risers are aluminum, oxidizers, fibers, fillers and refractory materials, especially alumina, aluminum silicate and aluminum silicate in the form of hollow aluminum silicate spheres. The type and amount of materials in the riser mixture depends on the properties of the risers to be produced. Typical densities of the riser compositions are in the range of 0.4 g/ml to 0.8 g/ml. The thermal conductivity of aluminum at room temperature is typically greater than 200 W/mK, while the thermal conductivity of the hollow aluminum microspheres at room temperature is in the range of 0.05 W/mK to 0.5 W/mK. To some extent All feeders must have insulating properties or combined insulating and exothermic properties to minimize heat loss and keep the metal in the liquid state for as long as possible.

Zur Herstellung von Speisern werden drei grundlegende Verfahren verwendet, "Feststampfen", "Vakuumbildung" und "Blasen oder Schleudern". Das Feststampfen und Blasen sind grundsätzlich Verfahren zum Zusammenpressen einer Speiserzusammensetzung und eines Binders zu einer Speiserform. Das Feststampfen besteht aus einem Packen eines Speisergemisches (Speiserzusammensetzung und Binder) in eine Speisergussform, die aus Holz, Kunststoff und/oder Metall hergestellt ist. Die Vakuumbildung besteht aus dem Anwenden eines Vakuums an eine wässrige Aufschlämmung eines feuerfesten Materials und/oder von Fasern und Absaugen von überschüssigem Wasser, wobei ein Speiser erzeugt wird. Typischerweise werden, gleich ob das Feststampfen, Blasen oder das Anlegen eines Vakuums zur Erzeugung des Speisers verwendet wird, die erzeugten Speiser im Ofen getrocknet, um das enthaltene Wasser zu entfernen und den Speiser zu härten. Wenn das enthaltene Wasser nicht entfernt wird, kann es verdampfen, wenn es mit dem heißen Metall in Kontakt kommt, wobei eine Gefahrenquelle entsteht. In keinem dieser Verfahren wird der geformte Speiser mit einem flüssigen oder gasförmigen Katalysator chemisch gehärtet.Three basic processes are used to make risers, "tamping", "vacuum forming" and "blowing or spinning". Tamping and blowing are basically processes for compressing a riser composition and a binder into a riser shape. Tamping consists of packing a riser mixture (riser composition and binder) into a riser mold made of wood, plastic and/or metal. Vacuum forming consists of applying a vacuum to an aqueous slurry of refractory material and/or fibers and sucking out excess water, producing a riser. Typically, whether tamping, blowing or applying a vacuum is used to create the riser, the produced risers are kiln dried to remove the contained water and harden the riser. If the water contained is not removed, it can evaporate when it comes into contact with the hot metal, creating a hazard. In none of these processes is the formed riser chemically hardened with a liquid or gaseous catalyst.

Diese Zusammensetzungen werden in einigen Fällen durch den teilweisen oder vollständigen Ersatz der Fasern durch hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln modifiziert. Vgl. die PCT Veröffentlichung WO 94/23865. Diese Maßnahme ermöglicht es, die isolierenden Eigenschaften der Speiser zu verändern und vernngert oder eliminiert die Verwendung von Fasern, die Gesundheits- und Sicherheitsprobleme für die Arbeiter verursachen können, die die Speiser herstellen und die Speiser bei dem Gießverfahren verwenden.These compositions are modified in some cases by the partial or total replacement of the fibers by hollow aluminosilicate microspheres. See PCT publication WO 94/23865. This measure makes it possible to modify the insulating properties of the risers and reduces or eliminates the use of fibers which can cause health and safety problems for the workers who manufacture the risers and use the risers in the casting process.

Eines der Probleme mit Speisern besteht darin, dass die Außendimensionen der Speiser nicht genau sind. Deshalb stimmt der äußere Umfang der Speiser in ihren Abmessungen mit dem inneren Hohlraum der Form, in die der Speiser eingesetzt werden soll, nicht überein. Um die schlechte Dimensionsgenauigkeit auszugleichen, ist es oft nötig, den Hohlraum in der Form größer zu dimensionieren, in die der Speiser eingesetzt werden soll, oder "zermahlende Streben" in der Formanordnung zu erzeugen oder in sie zu bringen, die abgetragen oder deformiert werden, wenn die Speiser in den Steigerhohlraum eingesetzt werden, wobei eine Möglichkeit zum Einsetzen des Speisers in den Raum bereitgestellt wird. Alternativ werden die Speiser in den Platz auf der Gießanordnung gelegt und die Form wird um die Speisen angeordnet, auf diese Weise werden die Probleme mit den Speisern, die nicht dimensionsgenau sind, vermieden.One of the problems with risers is that the outside dimensions of the risers are not accurate. Therefore, the outside perimeter of the risers does not match the inside cavity of the mold into which the riser is to be inserted. To compensate for the poor dimensional accuracy, it is often necessary to oversize the cavity in the mold into which the riser is to be inserted, or to create or introduce "grinding struts" in the mold assembly that will be worn away or deformed when the risers are inserted into the riser cavity, providing a means of inserting the riser into the space. Alternatively, the risers are placed in place on the mold assembly and the mold is placed around the risers, thus avoiding the problems with risers not being dimensionally accurate.

Ein weiteres Problem mit Speisern besteht darin, dass ihnen die erforderlichen thermischen Eigenschaften fehlen können, die nötig sind, das geschmolzene Metall in dem Steigerreservoir in heißem und flüssigem Zustand zu halten. Die Folge davon ist, dass die Gussform eine Schrumpfung aufweist, die zu Gussformmängeln führt. Diese fehlerhaften Gussformen werden höchstwahrscheinlich verschrottet, was zu vergeudeter Zeit und vergeudetem Metall führt.Another problem with feeders is that they may lack the necessary thermal properties needed to keep the molten metal in the riser reservoir in a hot and liquid state. The result is that the mold will experience shrinkage, which leads to mold defects. These defective molds will most likely be scrapped, resulting in wasted time and wasted metal.

Gießrinnen, Gießlöcher und andere Komponenten der Gießanordnung können auch isolierende und exotherme Speiser als Hüllen verwenden, um die Temperatur des geschmolzenen Metalls, das mit ihnen in Kontakt kommt, zu halten.Pouring runners, pouring holes and other components of the pouring assembly may also use insulating and exothermic risers as shells to maintain the temperature of the molten metal that comes into contact with them.

US-A-4,240,496 offenbart einen geformten, feuerfesten, die Wärme isolierenden Gegenstand zur Verwendung in einem metallurgischen Gefäß, umfassend spezielle entfaserte Bagasse oder dergleichen, ein feuerfestes Feststoffteilchenmaterial und einen Binder. Der Binder kann ein organisches Material, z. B. Stärke, ein Harz, wie ein Harnstoff-Formaldehyd- oder ein Phenol-Formaldehyd-Harz oder ein anorganisches Material, z. B. Bentonit oder ein Silikat, wie Natriumsilikat, sein. Es können exotherm reagierende Materialien als Bestandteile der Gegenstände eingeschlossen werden. Die Gegenstände können die Form von Speisern haben. Wenn Natriumsilikat als Binder verwendet wird, kann das durch Festwerden durch die Wirkung von Kohlendioxid erfolgen.US-A-4,240,496 discloses a shaped refractory heat insulating article for use in a metallurgical vessel comprising special defiberized bagasse or the like, a refractory particulate material and a binder. The binder may be an organic material, e.g. starch, a resin such as a urea-formaldehyde or a phenol-formaldehyde resin, or an inorganic material, e.g. bentonite or a silicate such as sodium silicate. Exothermically reacting materials may be included as components of the articles. The articles may be in the form of risers. When sodium silicate is used as a binder, this may be by solidification through the action of carbon dioxide.

GB-A-922,505 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Speiseleitungsköpfen und Speisern. Das Verfahren umfasst das Mischen eines exothermen Materials, wie Aluminium, mit Vermiculit-Feststoffteilchen und Siliziumdioxid. Die erhaltene Speiserzusammensetzung wird in die gewünschte Form gebracht und Kohlendioxid ausgesetzt.GB-A-922,505 relates to a process for the manufacture of feeder heads and risers. The process involves mixing an exothermic material, such as aluminium, with vermiculite solid particles and silica. The resulting riser composition is formed into the desired shape and exposed to carbon dioxide.

Die vorliegende Erfindung betrifft exotherme und/oder isolierende Speiser nach Anspruch 1, ein Cold-Box-Verfahren zur Herstellung der Speiser nach Anspruch 19, die Verwendung der Speiser zur Herstellung von Metallgussstücken nach Anspruch 20 und ein Speisergemisch nach Anspruch 21. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The present invention relates to exothermic and/or insulating feeders according to claim 1, a cold box method for producing the feeders according to claim 19, the use of the feeders for producing metal castings according to claim 20 and a feeder mixture according to claim 21. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei dem Cold-Box-Verfahren wird das Speisergemisch zuerst geformt und dann mit einem gasförmigen Härtungskatalysator in Kontakt gebracht. Die Komponenten des Cold-Box-Speisergemisches können einheitlich gemischt werden, sodass das Gemisch seine Konsistenz behält, wobei ein Speiser erhalten wird, bei dem die Eigenschaften durchweg einheitlich sind.In the cold box process, the riser mix is first formed and then contacted with a gaseous curing catalyst. The components of the cold box riser mix can be uniformly mixed so that the mix retains its consistency while producing a riser whose properties are consistent throughout.

Das Cold-Box-Verfahren liefert chemisch gehärtete Speiser. Das Verfahren liefert eine höhere Produktion von Speisern pro Zeiteinheit, verglichen mit den im Fachgebiet bekannten Verfahren. Außerdem besteht ein geringeres Risiko für die Gesundheit und die Sicherheit der Arbeiter, die mit den Rohmaterialien und den Speisern in Kontakt kommen, da sie keinen Fasern ausgesetzt sind, die Atmungsprobleme verursachen können, wenn sie längere Zeit aufgenommen werden.The cold box process provides chemically hardened risers. The process provides a higher production of risers per unit of time compared to the processes known in the art. In addition, there is less risk to the health and safety of the workers who come into contact with the raw materials and the risers, as they are not exposed to fibers that can cause respiratory problems if ingested for a long time.

Die Erfindung betrifft auch die nach dem Verfahren hergestellten Speiser. Die nach dem Verfahren hergestellten Speiser sind dimensionsgenau. Das ermöglicht ein leichtes Einsetzen des Speisers in die Form. Die Steigerspeiser können durch automatische Methoden in die Formanordnung eingesetzt werden und dadurch kann die Produktivität des Formverfahrens weiter verbessert werden. Da die Dichte und die Dicke des Speisers gleichmäßiger und dimensionsgenauer ist, brauchen die Speiser weder überdimensioniert zu sein, noch ist es nötig "zermahlene Streben" oder Formen mit Streben zu verwenden, um den Speiser auf dem Platz zu halten. Da die Speiser außerdem genügend thermisch stabil sind, weisen die Gussstücke, die mit den Gießanordnungen unter Verwendung der Speiser hergestellt wurden, keine Schrumpfungsmängel auf. Deshalb erhält man weniger Abfall und eine höhere Produktivität.The invention also relates to the risers made by the method. The risers made by the method are dimensionally accurate. This allows for easy insertion of the riser into the mold. The riser risers can be inserted into the mold assembly by automatic methods and thereby the productivity of the molding process can be further improved. Since the density and thickness of the riser is more uniform and dimensionally accurate, the risers do not need to be oversized, nor is it necessary to use "ground struts" or molds with struts to hold the riser in place. In addition, since the risers are sufficiently thermally stable, the castings made with the molding assemblies using the risers do not have shrinkage defects. Therefore, less waste and higher productivity are achieved.

Die Erfindung betrifft auch das Gießen von eisenhaltigen und nicht eisenhaltigen Metallteilen in einer Gießanordnung, bei der die Speiser einen Teil darstellen, und auch die Teile, die nach dem Gießverfahren hergestellt wurden. Das Gussstück, das unter Verwendung dieser Speiser hergestellt wurde, liefert weniger Abfall, da die Speiser, verglichen mit dem geschmolzenen Metall, das in dem Reservoir eines Sandsteigerhohlraums enthalten ist, die Verminderung des geschmolzenen Metalls in dem Reservoir des Speisersteigers ermöglichen. Deshalb erhält man eine bessere Verwertung des Metalls in dem Steiger und das ermöglicht die Herstellung zusätzlicher Gussstücke aus der gleichen Menge von geschmolzenem Metall.The invention also relates to the casting of ferrous and non-ferrous metal parts in a casting arrangement in which the risers form a part, and also to the parts produced by the casting process. The casting produced using these risers produces less waste because the risers enable the reduction of the molten metal in the reservoir of the riser compared to the molten metal contained in the reservoir of a sand riser cavity. Therefore, a better utilization of the metal in the riser is obtained and this enables the production of additional castings from the same amount of molten metal.

Fig. 1 zeigt eine Gießanordnung mit zwei Steigerspeisern (ein Steigerspeiser an der Seite und ein oberer Steigerspeiser), die in die Formanordnung der Gießanordnung eingesetzt sind.Fig. 1 shows a casting assembly with two riser feeders (a side riser feeder and a top riser feeder) inserted into the mold assembly of the casting assembly.

Fig. 2 veranschaulicht graphisch die Wirkung der Verwendung eines Speisers, wobei das geschmolzene Metall heiß und flüssig gehalten wird.Fig. 2 graphically illustrates the effect of using a feeder, keeping the molten metal hot and fluid.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das ein Gussstück darstellt, wobei das Schrumpfen des Gussstücks durch die ungenügenden thermischen Eigenschaften des verwendeten Speisers eintrat. Dieses Gussstück ist mangelhaft und wird als Abfall verschrottet.Fig. 3 shows a diagram representing a casting where shrinkage of the casting occurred due to the insufficient thermal properties of the feeder used. This casting is defective and will be scrapped as waste.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein Gussstück zeigt, wobei eine örtliche Schrumpfung des Metallsteigers eintrat, aber keine Schrumpfung des Gussstücks erfolgte. Diese örtlich begrenzte Schrumpfung ergibt keine Mängel beim Gussstück und keinen Abfall.Fig. 4 is a diagram showing a casting where local shrinkage of the metal riser occurred but no shrinkage of the casting occurred. This localized shrinkage results in no defects in the casting and no waste.

Die nachstehenden Definitionen werden als Ausdrücke in der Offenbarung und den Ansprüchen verwendet:The following definitions are used as terms in the disclosure and the claims:

Gießanordnung - Anordnung von Gießkomponenten, wie einer Gießschale, einem Gießloch, Trichtersystem (Ablaufgießloch, Gießrinne, Choke), von Formen, Formkernen, Steigern, Speisern, usw., die verwendet werden, um ein Metallgussstück durch Gießen von geschmolzenem Metall in die Gießanordnung herzustellen, wobei es zu der Formanordnung fließt und abkühlt, wobei ein Metallteil geformt wird.Casting assembly - Arrangement of casting components, such as a pouring bowl, pouring hole, funnel system (drain pouring hole, pouring trough, choke), molds, mold cores, risers, feeders, etc., used to produce a metal casting by pouring of molten metal into the pouring assembly where it flows to the mold assembly and cools, forming a metal part.

Chemische Bindung - eine Bindung, die durch die chemische Umsetzung eines Katalysators und eines Binders erzeugt wird, der in eine Speiserzusammensetzung gemischt ist.Chemical bond - a bond created by the chemical reaction of a catalyst and a binder mixed into a feed composition.

Cold-Box - Herstellungsverfahren für eine Form oder einen Formkern, das einen gasförmigen Katalysator verwendet, um die Form oder den Formkern zu härten.Cold-Box - Manufacturing process for a mold or mold core that uses a gaseous catalyst to harden the mold or mold core.

Ablaufgießloch - Hauptzuleitungsverbindung der Gießanordnung durch die das geschmolzene Metall gegossen wird.Drain pour hole - main supply connection of the pouring arrangement through which the molten metal is poured.

EXACTCAST® Cold-Box-Binder - ein zweiteiliger Polyurethan formender Cold-Box-Binder, wobei der Teil I ein phenolisches Harz ähnlich dem ist, das im U.S. Patent 3,485,797 beschrieben ist. Das Harz wird in einer Mischung aus aromatischen, Ester- und aliphatischen Lösungsmitteln und einem Silan gelöst. Teil II ist die Polyisocyanatkomponente, umfassend ein Polymethylenpolyphenylisocyanat, ein Lösungsmittelgemisch, bestehend hauptsächlich aus aromatischen Lösungsmitteln und einer kleinen Menge von aliphatischen Lösungsmitteln und einem Stabilisierungsmittel. Das Gewichtsverhältnis von Teil I zu Teil II beträgt etwa 55 : 45.EXACTCAST® Cold Box Binder - a two-part polyurethane molding cold box binder, wherein Part I is a phenolic resin similar to that described in U.S. Patent 3,485,797. The resin is dissolved in a mixture of aromatic, ester and aliphatic solvents and a silane. Part II is the polyisocyanate component comprising a polymethylene polyphenyl isocyanate, a solvent mixture consisting primarily of aromatic solvents and a small amount of aliphatic solvents, and a stabilizer. The weight ratio of Part I to Part II is about 55:45.

Exothermer Speiser - ein Speiser, der, verglichen mit der Form-/Formkern-Anordnung, in die er eingesetzt wurde, exotherme Eigenschaften besitzt. Die exothermen Eigenschaften des Speisers werden durch ein oxidierbares Metall (typischerweise metallisches Aluminium) und ein Oxidationsmittel erzeugt, die reagieren können, wobei Wärme erzeugt wird.Exothermic riser - a riser that has exothermic properties compared to the mold/core assembly into which it is inserted. The exothermic properties of the riser are created by an oxidizable metal (typically metallic aluminum) and an oxidizer that can react to produce heat.

EXTENDOSPHERES SG - hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln, durch PQ Corporation verkauft, mit einer Teilchengröße von 10-350 u und einem Aluminiumoxidgehalt zwischen 28% bis 33 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mikrokugeln.EXTENDOSPHERES SG - hollow aluminosilicate microspheres, sold by PQ Corporation, with a particle size of 10-350 u and an alumina content of between 28% to 33% by weight, based on the weight of the microspheres.

EXTENDOSPHERES SLG - hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln, durch PQ Corporation verkauft, mit einer Teilchengröße von 10-300 u und einem Aluminiumoxidgehalt von mindestens 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Mikrokugeln.EXTENDOSPHERES SLG - hollow aluminosilicate microspheres, sold by PQ Corporation, having a particle size of 10-300 u and an alumina content of at least 40 wt%, based on the weight of the microspheres.

Trichtersystem - System, durch das Metall von der Gießschale zu der Form- und/oder Formkern-Anordnung transportiert wird. Komponenten des Trichtersystems schließen das Ablaufgießloch, Gießrinnen, einen Choke usw. ein.Hopper system - System by which metal is transported from the casting shell to the mold and/or mold core assembly. Components of the hopper system include the drain hole, sprues, a choke, etc.

Handhabbarer Speiser - Speiser, der von einem Ort zu einem anderen ohne Durchhängen oder Brechen transportiert werden kann.Handleable riser - Riser that can be transported from one location to another without sagging or breaking.

Isolierendes feuerfestes Material - ein feuerfestes Material mit einer thermischen Leitfähigkeit bei Raumtemperatur von typischerweise kleiner als etwa 0,7 W/m.K., vorzugsweise von kleiner als etwa 0,5 W/m.K.Insulating refractory material - a refractory material having a thermal conductivity at room temperature of typically less than about 0.7 W/m.K., preferably less than about 0.5 W/m.K.

Isolierender Speiser - ein Speiser mit stärker isolierenden Eigenschaften als die Form-/Formkern-Anordnung, in die er eingesetzt wird. Ein isolierender Speiser enthält typischerweise Materialien niederer Dichte, wie Fasern und/oder hohle Mikrokugeln.Insulating riser - a riser with more insulating properties than the mold/core assembly into which it is inserted. An insulating riser typically contains low density materials such as fibers and/or hollow microspheres.

Formanordnung - eine Anordnung von Formen und/oder Formkernen, die aus einem Gießereiaggregat (typischerweise Sand) und einem Gießereibinder hergestellt ist, die in eine Gießanordnung gestellt ist, um eine Form für ein Gussstück bereitzustellen.Mold assembly - an assembly of molds and/or mold cores made from a foundry aggregate (typically sand) and a foundry binder, placed in a casting assembly to provide a shape for a casting.

Gießschale - Hohlraum, in den geschmolzenes Metall gegossen wird, um die Gießanordnung zu füllen.Pouring pan - cavity into which molten metal is poured to fill the pouring assembly.

Feuerfestes Material - ein Material vom Keramiktyp, typischerweise mit einer thermischen Leitfähigkeit bei Raumtemepratur von größer als etwa 0,8 W/m.K., das einer extrem hohen Temperatur ohne wesentliche Veränderung standhalten kann, wenn es mit geschmolzenem Metall in Kontakt kommt, das eine Temperatur von z. B. bis zu 1700ºC haben kann.Refractory material - a ceramic-type material, typically having a thermal conductivity at room temperature of greater than about 0.8 W/m.K., which can withstand extremely high temperatures without significant change when in contact with molten metal which may have a temperature of, for example, up to 1700ºC.

Steiger - ein Hohlraum, der mit einer Form oder einem Gussstückhohlraum der Gießanordnung verbunden ist, der als ein Reservoir für überschüssiges geschmolzenes Metall wirkt, um Hohlräume in dem Gussstück zu vermeiden, wenn dieses beim Festwerden schrumpft. Die Steiger können offen oder blind sein. Steiger sind auch als Zuleitungen oder Köpfe bekannt.Riser - a cavity connected to a mold or casting cavity of the casting assembly that acts as a reservoir for excess molten metal to prevent voids in the casting as it shrinks during solidification. Risers may be open or blind. Risers are also known as feeders or heads.

Speiser - jede formbare Form mit exothermen und/oder isolierenden Eigenschaften, die aus einer Speiserzusammensetzung gemacht wurde, die als ganzes oder teilweise jede Komponente der Gießanordnung, wie den Steiger, Gießrinnen, die Gießschale, das Gießloch usw., umhüllt oder als Teil der Gießanordnung verwendet wird. Die Speiser können verschiedene Formen, wie z. B. Zylinder, Kuppeln, Schalen, Tafeln, Formkerne, haben.Riser - any malleable form having exothermic and/or insulating properties made from a riser composition which, in whole or in part, supports any component of the casting assembly such as the riser, runners, casting bowl, the pouring hole, etc., or used as part of the pouring arrangement. The feeders can have various shapes, such as cylinders, domes, shells, panels, mold cores.

Speiserzusammensetzung - jede Zusammensetzung, die einen Speiser mit exothermen und/oder isolierenden Eigenschaften bereitstellen kann. Die Speiserzusammensetzung enthält gewöhnlich metallisches Aluminium und/oder Aluminiumsilikat, insbesondere in Form von hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln, oder Gemische davon. Abhängig von den gewünschten Eigenschaften kann die Speiserzusammensetzung auch Aluminiumoxid, feuerfeste Materialien, ein Oxidationsmittel, Fluoride, Fasern und Füllstoffe enthalten.Riser composition - any composition capable of providing a riser with exothermic and/or insulating properties. The riser composition usually contains metallic aluminium and/or aluminium silicate, particularly in the form of hollow aluminium silicate microspheres, or mixtures thereof. Depending on the desired properties, the riser composition may also contain alumina, refractory materials, an oxidising agent, fluorides, fibres and fillers.

Speisergemisch - ein Gemisch, umfassend eine Speiserzusammensetzung und einen chemischen Binder, das durch das Cold-Box-Verfahren einen Speiser formen kann.Riser Mixture - a mixture comprising a riser composition and a chemical binder capable of forming a riser by the cold box process.

W./m.K. - eine Einheit der thermischen Leitfähigkeit = Watt/Meter Kelvin.W./m.K. - a unit of thermal conductivity = watt/meter Kelvin.

Fig. 1 zeigt eine einfache Gießanordnung, umfassend eine Gießschale 1, ein Gießloch 2, eine Gießrinne 3, einen Speiser für den Steiger an der Seite 4, einen Steiger an der Seite 5, einen Speiser für einen oberen Steiger 6, einen oberen Steiger 7 und eine Form- und/oder Formkern-Anordnung 8. Das geschmolzene Metall wird in die Gießschale 1 gegossen, wobei es durch das Gießloch 2 zu der Gießrinne 3 und anderen Teilen des Filtersystems und schließlich zu der Form- und Formkernanordnung 8 fließt. Die Steiger 5, 7 sind Reservoire für überschüssiges geschmolzenes Metall, das vorhanden ist, wenn das. Gussstück abkühlt, schrumpft und geschmolzenes Metall von den Steigern abzieht. Die Speiser 4, 6, die in die Form- und/oder Formkernanordnung 8 eingesetzt sind, umgeben die Steiger 5, 7 und bewahren das geschmolzene Metall in dem Steigerreservoir vor einem zu schnellen Abkühlen.Fig. 1 shows a simple pouring arrangement comprising a pouring bowl 1, a pouring hole 2, a pouring trough 3, a side riser feeder 4, a side riser 5, a top riser feeder 6, a top riser 7 and a mold and/or mold core assembly 8. The molten metal is poured into the pouring bowl 1, flowing through the pouring hole 2 to the pouring trough 3 and other parts of the filter system and finally to the mold and mold core assembly 8. The risers 5, 7 are reservoirs for excess molten metal that is present as the casting cools, shrinks and draws molten metal from the risers. The feeders 4, 6, which are inserted into the mold and/or mold core arrangement 8, surround the risers 5, 7 and protect the molten metal in the riser reservoir from cooling too quickly.

Fig. 2 veranschaulicht graphisch die vorteilhafte Wirkung der Verwendung eines Speisers, um das geschmolzene Metall heiß und flüssig zu halten.Fig. 2 graphically illustrates the beneficial effect of using a feeder to keep the molten metal hot and fluid.

Fig. 3 veranschaulicht ein Gussstück 3, wobei eine Schrumpfung 2 des Metalls des Steigers 1 und des Metalls des Gussstücks 3 eingetreten ist. Dieses Gussstück ist mangelhaft und wird als Abfall verschrottet.Fig. 3 illustrates a casting 3 in which shrinkage 2 has occurred in the metal of the riser 1 and the metal of the casting 3. This casting is defective and is scrapped as waste.

Fig. 4 veranschaulicht ein Gussstück 3, wobei eine Schrumpfung 2 des Metalls des Steigers 1 eingetreten ist, aber keine Schrumpfung des Metalls in dem Gussstück 3 eintrat. Dieses Gussstück ist nicht fehlerhaft und kann verwendet werden.Fig. 4 illustrates a casting 3 in which shrinkage 2 of the metal of the riser 1 has occurred, but no shrinkage of the metal in the casting 3 has occurred. This casting is not defective and can be used.

Die Speisergemische, die bei dem vorliegenden Verfahren verwendet werden, enthalten (1) eine Speiserzusammensetzung und (2) eine wirksame Menge eines chemisch reaktiven Binders. Das Speisergemisch wird geformt und durch Inkontaktbringen des Speisers mit einer wirksamen Menge eines Härtungskatalysators gehärtet.The riser mixtures used in the present process contain (1) a riser composition and (2) an effective amount of a chemically reactive binder. The riser mixture is formed and cured by contacting the riser with an effective amount of a curing catalyst.

Bei der Speiserzusammensetzung, die zur Herstellung der exothermen und/oder isolierenden Speiser verwendet wird, ist nichts neu. Jede im Fachgebiet bekannte Speiserzusammensetzung zur Herstellung von Speisern kann zur Herstellung der Speiser verwendet werden. Die Speiserzusammensetzung enthält typischerweise anorganische exotherme - und/oder isolierende Materialien. Die exothermen und/oder isolierenden Materialien sind typischerweise Aluminium enthaltende Materialien, vorzugsweise ausgewählt aus metallischem Aluminium, Aluminiumsilikat, Aluminiumoxid und Gemischen davon, wobei besonders bevorzugt Aluminiumsilikat in Form von hohlen Mikrokugeln ist.There is nothing new about the feeder composition used to make the exothermic and/or insulating feeders. Any feeder composition known in the art for making feeders can be used to make the feeders. The feeder composition typically contains inorganic exothermic and/or insulating materials. The exothermic and/or insulating materials are typically aluminum-containing materials, preferably selected from metallic aluminum, aluminum silicate, aluminum oxide and mixtures thereof, with aluminum silicate in the form of hollow microspheres being particularly preferred.

Das exotherme Material ist ein oxidierbares Metall und ein Oxidationsmittel, die bei der Temperatur, wobei das Metall gegossen werden kann, eine exotherme Reaktion erzeugen können. Das oxidierbare Metall ist typischerweise Aluminium, obwohl Magnesium und ähnliche Metalle auch verwendet werden können. Das isolierende Material ist typischerweise Aluminiumoxid oder Aluminiumsilikat, vorzugsweise Aluminiumsilikat in Form von hohlen Mikrokugeln.The exothermic material is an oxidizable metal and an oxidizing agent that can produce an exothermic reaction at the temperature at which the metal can be cast. The oxidizable metal is typically aluminum, although magnesium and similar metals can also be used. The insulating material is typically alumina or aluminum silicate, preferably aluminum silicate in the form of hollow microspheres.

Wenn Aluminiummetall als oxidierbares Metall für den exothermen Speiser verwendet wird, wird es typischerweise in Form von Aluminiumpulver und/oder Aluminiumgranulaten verwendet. Das für den exothermen Speiser verwendete Oxidationsmittel schließt Eisenoxid, Manganoxid, -nitrat, Kaliumpermanganat usw. ein. Die Oxide brauchen nicht in stöchiometrischen Mengen vorzuliegen, um der metallischen Aluminiumbrennstoffkomponente zu genügen, da die Steigerspeiser und Formen, in denen sie enthalten sind, durchlässig sind. Deshalb wird Sauerstoff aus den Oxidationsmitteln durch atmosphärischen Sauerstoff ergänzt, wenn der Aluminiumbrennstoff verbrannt wird. Typischerweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Aluminium zu dem Oxidationsmittel etwa 10 : 1 bis etwa 2 : 1, vorzugsweise etwa 5 : 1 bis etwa 4 : 1.When aluminum metal is used as the oxidizable metal for the exothermic feeder, it is typically used in the form of aluminum powder and/or aluminum granules. The oxidizer used for the exothermic feeder includes iron oxide, manganese oxide, nitrate, potassium permanganate, etc. The oxides do not need to be present in stoichiometric amounts to satisfy the metallic aluminum fuel component because the riser feeders and molds in which they are contained are permeable. Therefore, oxygen from the oxidizers is supplemented by atmospheric oxygen when the aluminum fuel is burned. Typically, the weight ratio of aluminum to the oxidizer is about 10:1 to about 2:1, preferably about 5:1 to about 4:1.

Die thermischen Eigenschaften des exothermen Speisers werden durch die erzeugte Wärme gesteigert, die den Temperaturverlust des geschmolzenen Metalls in dem Steiger vermindert, wobei es heißer und länger flüssig gehalten wird. Die exothermen Ergebnisse ergeben sich aus der Reaktion des metallischen Aluminiums, das bei Raumtemperatur eine thermische Leitfähigkeit von größer als 150 W/m.K., typischerweise größer als 200 W/m.K., besitzt. Eine Form und/oder ein Formkern weisen keine exothermen Eigenschaften auf.The thermal properties of the exothermic riser are enhanced by the heat generated, which reduces the temperature loss of the molten metal in the riser, keeping it hotter and liquid longer. The exothermic results are due to the reaction of the metallic aluminum, which has a thermal conductivity of greater than 150 W/m.K., typically greater than 200 W/m.K., at room temperature. A mold and/or mold core does not exhibit exothermic properties.

Wie vorstehend erwähnt, werden die isolierenden Eigenschaften des Speisers vorzugsweise durch hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln, einschließlich Aluminiumsilikatzeeokugeln, bereitgestellt. Die mit hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln hergestellten Speiser besitzen niedere Dichten, geringe thermische Leitfähigkeiten und ausgezeichnete isolierende Eigenschaften. Die thermische Leitfähigkeit der hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln liegt bei Raumtemperatur im Bereich von etwa 0,05 W/m.K. bis etwa 0,6 W/m.K., typischer von etwa 0,1 W/m.K. bis etwa 0,5 W/m.K.As mentioned above, the insulating properties of the feeder are preferably provided by hollow aluminosilicate microspheres, including aluminosilicate microspheres, The risers made with hollow aluminosilicate microspheres have low densities, low thermal conductivities and excellent insulating properties. The thermal conductivity of the hollow aluminosilicate microspheres at room temperature is in the range of about 0.05 W/mK to about 0.6 W/mK, more typically from about 0.1 W/mK to about 0.5 W/mK

Die isolierenden und exothermen Eigenschaften des Speisers können verändert werden, sie haben aber thermische Eigenschaften, die in dem Grad und/oder der Art von der Formanordnung, in die sie eingesetzt werden, verschieden sind.The insulating and exothermic properties of the riser can be varied, but they have thermal properties that vary in degree and/or type depending on the mold assembly in which they are inserted.

Abhängig von dem gewünschten Grad der exothermen Eigenschaften des Speisers wird die Menge an Aluminium in dem Speiser im Bereich von 0 Gew.-% bis 50 Gew.-%, typischerweise 5 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, liegen.Depending on the desired degree of exothermic properties of the feeder, the amount of aluminum in the feeder will range from 0 wt% to 50 wt%, typically 5 wt% to 40 wt%, based on the weight of the feeder composition.

Abhängig von dem Grad der gewünschten isolierenden Eigenschaften des Speisers liegt die Menge der hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln in dem Speiser im Bereich von 0 Gew.-% bis 100 Gew.-%, typischerweise 40 Gew.-% bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung. Da in den meisten Fällen in den Speisern sowohl isolierende als auch exotherme Eigenschaften nötig sind, werden sowohl metallisches Aluminium als auch hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln in dem Speiser verwendet. In Speisern, bei denen sowohl isolierende als auch exotherne Eigenschaften nötig sind, beträgt das Gewichtsverhältnis von metallischem Aluminium zu hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln typischerweise von etwa 1 : 5 bis etwa 1 : 1, vorzugsweise von etwa 1 : 1 bis etwa 1 : 1,5.Depending on the degree of insulating properties desired for the riser, the amount of hollow aluminosilicate microspheres in the riser ranges from 0 wt.% to 100 wt.%, typically 40 wt.% to 90 wt.%, based on the weight of the riser composition. Since in most cases both insulating and exothermic properties are required in the risers, both metallic aluminum and hollow aluminosilicate microspheres are used in the riser. In risers where both insulating and exothermic properties are required, the weight ratio of metallic aluminum to hollow aluminosilicate microspheres is typically from about 1:5 to about 1:1, preferably from about 1:1 to about 1:1.5.

Die hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln besitzen typischerweise eine Teilchengröße von etwa 3 mm mit verschiedener Wanddicke. Bevorzugt sind hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von kleiner als 1 mm und einer Wanddicke von etwa 10% der Teilchengröße. Es wird angenommen, dass hohle Mikrokugeln, die aus einem anderen Material als Aluminiumsilikat mit isolierenden Eigenschaften hergestellt wurden, auch verwendet werden können, um sie zu ersetzen oder in Kombination mit den hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln verwendet werden können.The hollow aluminosilicate microspheres typically have a particle size of about 3 mm with varying wall thickness. Preferred are hollow aluminosilicate microspheres with an average diameter of less than 1 mm and a wall thickness of about 10% of the particle size. It is believed that hollow microspheres made from a material other than aluminosilicate with insulating properties can also be used to replace or in combination with the hollow aluminosilicate microspheres.

Das Gewichtsverhältnis von Aluminiumoxid zu Silikat (als SiO&sub2;) in den hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln kann, abhängig von der Anwendung, über einen weiten Bereich verschieden sein, zum Beispiel von 25 : 75 bis 75 : 25, typischerweise 33 : 67 bis 50 : 50 sein, wobei die Gew.-%-Anteile auf dem Gesamtgewicht der hohlen Mikrokugeln beruhen. Aus der Literatur ist bekannt, dass hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln mit einem höheren Aluminiumoxidgehalt sich besser zur Herstellung von Speisern eignen, die beim Gießen von Metallen, wie Eisen und Stahl, verwendet werden, wobei Gießtemperaturen von 1300ºC bis 1700ºC angewendet werden, da hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln mit größerem Aluminiumoxidgehalt höhere Schmelzpunkte haben. Diese Speiser, die mit diesen hohlen Aluminiumsilikatmikrokugeln hergestellt wurden, bauen bei höheren Temperaturen nicht so leicht ab.The weight ratio of alumina to silicate (as SiO₂) in the hollow aluminosilicate microspheres can vary over a wide range, depending on the application, for example from 25:75 to 75:25, typically 33:67 to 50:50, the weight percentages being based on the total weight of the hollow microspheres. It is known from the literature that hollow aluminosilicate microspheres with a higher alumina content are more suitable for the manufacture of feeders used in the casting of metals such as iron and steel, where casting temperatures from 1300ºC to 1700ºC because hollow aluminosilicate microspheres with higher alumina content have higher melting points. These risers made with these hollow aluminosilicate microspheres do not degrade as easily at higher temperatures.

Feuerfeste Materialien können, obwohl sie wegen ihrer höheren Dichten und hohen thermischen Leitfähigkeiten nicht notwendigerweise für die Funktion bevorzugt sind, in der Speiserzusammensetzung verwendet werden, um dem Speisergemisch höhere Schmelzpunkte zu verleihen, sodass der Speiser nicht abgebaut wird, wenn er mit dem geschmolzenen Metall während des Gießverfahrens in Kontakt kommt. Beispiele für die feuerfesten Materialien schließen unter anderem Siliziumdioxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Olivin, Chromit, Aluminiumsilikat und Siliziumcarbid ein. Diese feuerfesten Materialien werden vorzugsweise in Mengen von weniger als 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, stärker bevorzugt von weniger als 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, verwendet. Wenn Aluminiumoxid als ein feuerfestes Material verwendet wird, wird es in Mengen von weniger als 50 Gew.- %, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, stärker bevorzugt von weniger als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, verwendet.Refractory materials, although not necessarily preferred for function due to their higher densities and high thermal conductivities, can be used in the feeder composition to impart higher melting points to the feeder mixture so that the feeder will not degrade when it comes into contact with the molten metal during the casting process. Examples of the refractory materials include, but are not limited to, silicon dioxide, magnesium oxide, alumina, olivine, chromite, aluminum silicate, and silicon carbide. These refractory materials are preferably used in amounts of less than 50 wt.% based on the weight of the feeder composition, more preferably less than 25 wt.% based on the weight of the feeder composition. When alumina is used as a refractory material, it is used in amounts of less than 50 wt.% based on the weight of the feeder composition, more preferably less than 10 wt.% based on the weight of the feeder composition.

Die Dichte der Speiserzusammensetzung liegt typischerweise im Bereich von etwa 0,1 g/cm³ bis etwa 0,9 g/cm³, stärker bevorzugt von etwa 0,2 g/cm³ bis etwa 0,8 g/cm³. Für exotherme Speiser liegt die Dichte der Speiserzusammensetzung typischerweise im Bereich von etwa 0,3 g/cm³ bis etwa 0,9 g/cm³, stärker bevorzugt von etwa 0,5 g/cm³ bis etwa 0,8 g/cm³. Für isolierende Speiser liegt die Dichte der Speiserzusammensetzung typischerweise im Bereich von etwa 0,1 g/cm³ bis etwa 0,7 g/cm³, stärker bevorzugt von etwa 0,3 g/cm³ bis etwa 0,6 g/cm³.The density of the feeder composition is typically in the range of about 0.1 g/cm³ to about 0.9 g/cm³, more preferably from about 0.2 g/cm³ to about 0.8 g/cm³. For exothermic feeders, the density of the feeder composition is typically in the range of about 0.3 g/cm³ to about 0.9 g/cm³, more preferably from about 0.5 g/cm³ to about 0.8 g/cm³. For insulating feeders, the density of the feeder composition is typically in the range of about 0.1 g/cm³ to about 0.7 g/cm³, more preferably from about 0.3 g/cm³ to about 0.6 g/cm³.

Die Speiserzusammensetzung kann außerdem verschiedene Füllstoffe und Additive, wie Kryolith (Na&sub3;AlF&sub6;), Kaliumaluminiumtetrafluorid, Kaliumaluminiumhexafluorid, enthalten.The feeder composition may also contain various fillers and additives such as cryolite (Na₃AlF₆), potassium aluminum tetrafluoride, potassium aluminum hexafluoride.

Die Binder, die mit der Speiserzusammensetzung vermischt werden, um das Speisergemisch zu erzeugen, sind im Fachgebiet bekannt. Jeder Cold-Box-Binder, der das Speisergemisch genügend in Form eines Speisers zusammenhält und in Gegenwart eines Härtungskatalysators polymerisiert, ist geeignet. Beispiele für diese Binder sind unter anderen phenolische Harze, phenolische Urethanbinder, Furanbinder, alkalische phenolische Resolbinder und epoxyacrylische Binder. Besonders bevorzugt sind expoxyacrylische und phenolische Urethanbinder, die als EXACTCAST®-Cold Box-Binder bekannt sind, die durch Ashland Chemical Company verkauft werden. Die phenolischen Urethanbinder sind in den U.S. Patenten 3,485,497 und 3,409,579 beschrieben, die hier als Druckschriften in diese Offenbarung aufgenommen werden. Diese Binder basieren auf einem Zweiteilsystem, ein Teil ist eine phenolische Harzkomponente und der andere Teil ist eine Polyisocyanatkomponente. Die expoxyacrylischen Binder, die mit Schwefeldioxid in Gegenwart eines Oxidationsmittels gehärtet werden, sind in dem U.S. Patent 4,526,219 beschrieben, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird.The binders that are mixed with the riser composition to create the riser mixture are known in the art. Any cold box binder that sufficiently holds the riser mixture together in the shape of a riser and polymerizes in the presence of a curing catalyst is suitable. Examples of these binders include phenolic resins, phenolic urethane binders, furan binders, alkaline phenolic resole binders, and epoxyacrylic binders, among others. Particularly preferred are epoxyacrylic and phenolic urethane binders known as EXACTCAST® cold box binders sold by Ashland Chemical Company. The phenolic urethane binders are described in U.S. Patents 3,485,497 and 3,409,579, which are incorporated herein by reference. These binders are based on a two-part system, one part is a phenolic resin component and the other part is a polyisocyanate component. The epoxy acrylic binders which are cured with sulfur dioxide in the presence of an oxidizing agent are described in U.S. Patent 4,526,219, which is incorporated herein by reference.

Die benötigte Bindermenge ist eine wirksame Menge, um die Form des Speisers zu halten und eine wirksame Härtung zu ermöglichen, d. h. die einen Speiser produziert, der nach dem Härten gehandhabt werden kann oder freitragend ist. Eine wirksame Menge des Binders ist größer als etwa 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung. Die Menge des Binders liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 5 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-%, stärker bevorzugt von etwa 6 Gew.-% bis etwa 12 Gew.-%.The amount of binder required is an effective amount to hold the shape of the riser and to enable effective curing, i.e., to produce a riser that can be handled or is self-supporting after curing. An effective amount of binder is greater than about 4% by weight based on the weight of the riser composition. The amount of binder is preferably in the range of about 5% to about 15% by weight, more preferably from about 6% to about 12% by weight.

Das Härten des Speisers durch das Cold-Box-Verfahren erfolgt durch Blasen oder Feststampfen des Speisergemisches in eine Form und Inkontaktbringen des Speisers mit einem dampfförmigen oder gasförmigen Katalysator. Verschiedene Dampf- oder Dampf- /Gas-Gemische oder Gase, wie tertiäre Amine, Kohlendioxid, Methylformiat und Schwefeldioxid, können, abhängig von dem gewählten chemischen Binder, verwendet werden. Den Fachleuten ist bekannt, welches gasförmige Härtungsmittel für den verwendeten Binder geeignet ist. Zum Beispiel wird ein Amindampf-/Gas-Gemisch mit phenolischen Urethanharzen verwendet. Schwefeldioxid (in Verbindung mit einem Oxidationsmittel) wird mit einem epoxyacrylischen Harz verwendet. Vgl. das U.S. Patent 4,526,219, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird. Kohlendioxid (vgl. U.S. Patent 4,985,489, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird) oder Methylester (vgl. U.S. Patent 4,750,716, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird) werden mit alkalischen phenolischen Resolharzen verwendet. Kohlendioxid wird auch mit Bindern verwendet, die auf Silikaten basieren. Vgl. U.S. Patent 4,391,642, das hier als Druckschrift in diese Offenbarung aufgenommen wird.Curing of the riser by the cold box process is accomplished by blowing or tamping the riser mixture into a mold and contacting the riser with a vapor or gas catalyst. Various vapor or vapor/gas mixtures or gases, such as tertiary amines, carbon dioxide, methyl formate, and sulfur dioxide, may be used, depending on the chemical binder selected. Those skilled in the art will know which gaseous curing agent is appropriate for the binder used. For example, an amine vapor/gas mixture is used with phenolic urethane resins. Sulfur dioxide (in conjunction with an oxidizer) is used with an epoxy acrylic resin. See U.S. Patent 4,526,219, which is hereby incorporated by reference into this disclosure. Carbon dioxide (see U.S. Patent 4,985,489, which is hereby incorporated by reference into this disclosure) or methyl esters (see U.S. Patent 4,750,716, which is hereby incorporated by reference into this disclosure) are used with alkaline phenolic resole resins. Carbon dioxide is also used with binders based on silicates. See U.S. Patent 4,391,642, which is hereby incorporated by reference into this disclosure.

Vorzugsweise ist der Binder ein EXACTCAST®-Cold-Box-phenolischer Urethanbinder, der durch Leiten eines Gases eines tertiären Amins, wie Triethylamin, durch das geformte Speisergemisch in der Weise, wie es in dem U.S. Patent 3,409,579 beschrieben ist, gehärtet wird, oder der epoxyacrylische Binder wird mit Schwefeldioxid in Gegenwart eines Oxidationsmittels gehärtet, wie es in dem U.S. Patent 4,526,219 beschrieben ist. Typische Begasungszeiten betragen von 0,5 bis 3,0 Sekunden, vorzugsweise von 0,5 bis 2,0 Sekunden. Spülzeiten betragen von 1,0 bis 60 Sekunden, vorzugsweise von 1,0 bis 10 Sekunden.Preferably, the binder is an EXACTCAST® cold box phenolic urethane binder that is cured by passing a tertiary amine gas, such as triethylamine, through the molded riser mixture in the manner described in U.S. Patent 3,409,579, or the epoxy acrylic binder is cured with sulfur dioxide in the presence of an oxidizing agent as described in U.S. Patent 4,526,219. Typical gassing times are from 0.5 to 3.0 seconds, preferably from 0.5 to 2.0 seconds. Purge times are from 1.0 to 60 seconds, preferably from 1.0 to 10 seconds.

Examples

In allen nachstehenden Beispielen war der verwendete Binder ein Cold-Box-phenolischer Urethanbinder, wie angegeben, wobei das Verhältnis von Teil I zu Teil II 55 : 45 betrug. Die Speisergemische wurden durch etwa 2-4 Minuten langes Mischen der Speiserzusammensetzung und des Binders in einem Hobart N-50-Mischer hergestellt.In all of the examples below, the binder used was a cold box phenolic urethane binder as indicated, with the ratio of Part I to Part II being 55:45. The riser mixes were prepared by mixing the riser composition and binder in a Hobart N-50 mixer for approximately 2-4 minutes.

Die hergestellten Speiser waren zylindrische Speiser mit einem inneren Durchmesser von 90 mm, einem äußeren Durchmesser von 130 mm und einer Höhe von 200 mm. Die Menge des in allen Fällen verwendeten Binders, außer im Vergleichsbeispiel A, betrug 8,8 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung. Alle bezeichneten Beispiele sind Kontrollen, wobei Quarzsand als Speiserzusammensetzung verwendet wurde. Alle Teile sind Gewichtsteile und alle Prozentanteile sind Gewichtsprozentanteile, bezogen auf das Gewicht der Speiserzusammensetzung, wenn es nicht anders angegeben ist.The risers produced were cylindrical risers with an inner diameter of 90 mm, an outer diameter of 130 mm and a height of 200 mm. The amount of binder used in all cases except Comparative Example A was 8.8 wt% based on the weight of the riser composition. All examples referred to are controls using silica sand as the riser composition. All parts are parts by weight and all percentages are weight percentages based on the weight of the riser composition unless otherwise indicated.

Comparison example A (Feeder made from quartz sand)

100 Teile Quarzsand wurden als Speiserzusammensetzung verwendet, die mit etwa 1,3 Gew.-% EXACTCAST®-No-Bake-Binder gemischt wurde, wobei ein Speisergemisch erzeugt wurde. Dann wurde etwa 1 Gew.-% eines flüssigen tertiären Amins, POLYCAT 41 Katalysator [ Weniger als 5% Wirkstoff, bezogen auf Teil 1], verkauft von Air Products, zu dem Speisergemisch zugegeben. Das erhaltene Gemisch wurde zu zylindrischen Speisern geformt.100 parts of silica sand was used as a riser composition which was mixed with about 1.3 wt% EXACTCAST® no-bake binder to produce a riser mixture. Then about 1 wt% of a liquid tertiary amine, POLYCAT 41 Catalyst [Less than 5% active based on Part 1], sold by Air Products, was added to the riser mixture. The resulting mixture was formed into cylindrical risers.

Die Zugeigenschaften der Speiser, die die Festigkeit der Speiser bei der Handhabung angeben, wurden gemessen und in der nachstehenden Tabelle I angegeben. Die Zugfestigkeiten der Speiser wurden nach dem Entfernen aus der Kernbox sofort (30 Minuten), nach 1 Stunde, 4 Stunden und 24 Stunden bei 100% relativer Feuchtigkeit (RH) gemessen.The tensile properties of the risers, which indicate the strength of the risers during handling, were measured and reported in Table I below. The tensile strengths of the risers were measured immediately after removal from the core box (30 minutes), after 1 hour, 4 hours and 24 hours at 100% relative humidity (RH).

Obwohl die Zugfestigkeiten gut waren, wiesen die Stahlgussstücke, die mit den Speisern hergestellt wurden, eine Schrumpfung auf, die durch Fig. 3 dargestellt ist. Die Schrumpfung trat ein, da die thermischen Eigenschaften für Speiseranwendungen nicht geeignet waren. Diese Gussstücke waren mangelhaft und wurden verschrottet.Although the tensile strengths were good, the steel castings made with the risers exhibited shrinkage, which is shown by Fig. 3. The shrinkage occurred because the thermal properties were not suitable for riser applications. These castings were defective and were scrapped.

example 1 (Fabrication of an insulating feeder containing hollow aluminum silicate microspheres using the cold box method)

100 Teile SG EXTENDOSPHERES wurden als Speiserzusammensetzung verwendet und mit 8,8% EXACTCAST®-Cold-Box-Binder gemischt, wobei ein Speisergemisch erzeugt wurde. Das Speisergemisch wurde in ein Gussmodell mit einer Form eines Speisers geblasen und mit Triethylamin in Stickstoff bei 20 psi nach bekannten, in dem U.S.- Patent 3,409,579 beschriebenen, Verfahren begast. Die Gaszeit betrug 2,5 Sekunden, an,schließend wurde etwa 60,0 Sekunden mit Luft bei 60 psi, gereinigt.100 parts of SG EXTENDOSPHERES was used as a riser composition and mixed with 8.8% EXACTCAST® cold box binder to produce a riser mixture. The riser mixture was blown into a mold with a riser shape and gassed with triethylamine in nitrogen at 20 psi according to known procedures described in U.S. Patent 3,409,579. The gas time was 2.5 seconds followed by a purge with air at 60 psi for about 60.0 seconds.

Die Zugfestigkeiten der gehärteten Speiser wurden wie in Vergleichsbeispiel A gemessen, außer dass die unmittelbare Zugfestigkeit 30 Sekunden nach dem Entfernen aus de Kernbox gemessen wurde. Die Zugfestigkeiten der Speiser sind in Tabelle I angegeben. Die Speiser waren sowohl außen als auch innen dimensionsgenau.The tensile strengths of the hardened risers were measured as in Comparative Example A except that the immediate tensile strength was measured 30 seconds after removal from the core box. The tensile strengths of the risers are given in Table I. The risers were dimensionally accurate both externally and internally.

Example 2 (Example 1 with silicone resin)

Beispiel 1 wurde wiederholt, außer dass 1,2 Gew.-% Silikonharz zu dem Speisergemisch zugegeben wurde. Die Zugfestigkeiten der gehärteten Speiser wurde wie in Beispiel 1 gemessen. Die Zugfestigkeiten der Speiser sind in Tabelle 1 angegeben. Die Speiser sind sowohl außen als auch innen dimensionsgenau.Example 1 was repeated except that 1.2 wt.% silicone resin was added to the riser mixture. The tensile strengths of the cured risers were measured as in Example 1. The tensile strengths of the risers are given in Table 1. The risers are dimensionally accurate both externally and internally.

Example 3 (Manufacture of an exothermic feeder using the cold box process)

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, außer dass die verwendete Speiserzusammensetzung aus 55% SLG EXTENDOSPHERES, 16,5% feinst verteiltem Aluminium, 16,5% Aluminiumpulver, 7% Magnetit und 5% Kryolith bestand. Die Zugfestigkeiten der gehärteten Speiser wurden wie in Beispiel 1 gemessen. Die Zugfestigkeiten der Speiser sind in Tabelle I angegeben. Die Speiser sind sowohl außen als auch innen dimensionsgenau.The procedure of Example 1 was repeated except that the riser composition used was 55% SLG EXTENDOSPHERES, 16.5% finely divided aluminum, 16.5% aluminum powder, 7% magnetite and 5% cryolite. The tensile strengths of the hardened risers were measured as in Example 1. The tensile strengths of the risers are given in Table I. The risers are dimensionally accurate both externally and internally.

Example 4 (Manufacture of an exothermic feeder containing silicon dioxide, using the cold box process)

Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, außer dass die verwendete Speiserzusammensetzung aus 50% Wedron 540 Quarzsand, 10% Aluminiumoxid und 40% des Speisergemisches des Beispiels 3 bestand. Die Zugfestigkeiten der gehärteten Speiser wurden wie in Beispiel 1 gemessen. Die Zugfestigkeiten der Speiser sind in Tabelle I angegeben. Die Speiser sind sowohl außen als auch innen dimensionsgenau.The procedure of Example 1 was repeated except that the feeder composition used consisted of 50% Wedron 540 quartz sand, 10% alumina and 40% of the feeder mixture of Example 3. The tensile strengths of the hardened feeders were measured as in Example 1. The tensile strengths of the risers are given in Table I. The risers are dimensionally accurate both inside and outside.

Example 5 (Food composition)

Eine Speiserzusammensetzung wurde durch etwa 4 Minuten langes Mischen der nachstehenden Komponenten in einem Hobart N-50-Mischer hergestellt:A feeder composition was prepared by mixing the following components in a Hobart N-50 mixer for approximately 4 minutes:

50% Quarzsand,50% quartz sand,

10% Eisenoxid,10% iron oxide,

10% Aluminiumoxid,10% aluminum oxide,

3% Natriumnitrat,3% sodium nitrate,

20% Aluminiumpulver und20% aluminum powder and

2% Sägemehl.2% sawdust.

Die Speiserzusammensetzung wurde verwendet, um zylindrische Speiser nach dem Cold-Box-Verfahren herzustellen. Die exothermen und isolierenden Eigenschaften der Speiser wurden durch Änderung der Menge von metallischem Aluminium und Aluminiumoxid verändert. Tabelle I (Eigenschaften von Testformen) The riser composition was used to produce cylindrical risers by the cold box process. The exothermic and insulating properties of the risers were changed by changing the amount of metallic aluminum and alumina. Table I (Properties of test shapes)

Comparative example B and example 5-8

In Vergleichsbeispiel B und in den Beispielen 5-8 wurden die Speiser des Vergleichsbeispiels A und der Beispiele 1-4 in einer Gießanordnung unter Verwendung der Speiser zum Umgeben des oberen Steigers der Gießanordnung geprüft. Das in die Gießanordnung gegossene Metall war Stahl (Kohlenstoffgehalt von 0,13%), es wurde bei einer Temperatur von 1650ºC gegossen. Das Gussstück des Vergleichsbeispiels B, das unter Verwendung des Speisers des Vegleichsbeispiels A hergestellt wurde, wies eine Schrumpfung auf und ergab ein mangelhaftes Gussstück, das als Abfall verschrottet wurde. Die Gussstücke der Beispiele 5-8, die mit Speisern der Beispiele 1-4 hergestellt wurden, schrumpften nicht, wie die Fig. 4 zeigt. Die Fig. 4 zeigt eine geringe Schrumpfung des Steigers über dem Gussstück, aber das Gussstück wies keine Schrumpfung auf. In allen Fällen, in denen die Speiser nach dem Cold-Box-Verfahren hergestellt wurden, zeigte das Gussstück keine Schrumpfung. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle II zusammengefasst.In Comparative Example B and Examples 5-8, the risers of Comparative Example A and Examples 1-4 were tested in a casting assembly using the risers to surround the upper riser of the casting assembly. The metal cast in the casting assembly was steel (carbon content of 0.13%) and was cast at a temperature of 1650ºC. The casting of Comparative Example B, which was cast under The cast iron riser made using the riser of Comparative Example A experienced shrinkage and resulted in a defective casting which was scrapped as waste. The castings of Examples 5-8 made using risers of Examples 1-4 did not shrink, as shown in Figure 4. Figure 4 shows a small amount of shrinkage of the riser over the casting, but the casting did not experience any shrinkage. In all cases where the risers were made using the cold box process, the casting did not experience any shrinkage. The results are summarized in Table II below.

Table II Results of the castings

Beispiel Ergebnisse der GussstückeExample results of the castings

Vergl. B Schrumpfung des Gussstücks, deshalb mangelhaftes Gussstück und AbfallCompare B Shrinkage of the casting, therefore defective casting and waste

5 Keine Schrumpfung des Gussstücks. Kein Abfall oder kein mangelhaftes Gussstück.5 No shrinkage of the casting. No waste or defective casting.

6 Keine Schrumpfung des Gussstücks. Kein Abfall oder kein mangelhaftes Gussstück.6 No shrinkage of the casting. No waste or defective casting.

7 Keine Schrumpfung des Gussstücks. Kein Abfall oder kein mangelhaftes Gussstück.7 No shrinkage of the casting. No waste or defective casting.

8 Keine Schrumpfung des Gussstücks. Kein Abfall oder kein mangelhaftes Gussstück.8 No shrinkage of the casting. No waste or defective casting.

Claims

1. Risers having exothermic properties, insulating properties or both, obtainable by a cold box process comprising

(A) introducing a feeder mixture into a feeder mold to produce an uncured feeder, the feeder mixture comprising:

(1) a feeder composition capable of producing a feeder, the feeder composition comprising:

(a) an oxidizable metal and an oxidizing agent capable of producing an exothermic reaction; or

(b) an insulating refractory material; or

(c) mixtures of (a) and (b);

(2) an effective binder amount of a chemically reactive cold box binder selected from phenolic resins, phenolic urethane binders, furan binders, alkaline phenolic resole binders, and epoxy acrylic binders;

(B) contacting the uncured riser prepared according to (A) with a vaporous curing catalyst;

(C) allowing the riser obtained by (B) to harden until the riser can be handled; and

(D) Removing the feeder from the mold.

2. A feeder according to claim 1, wherein the oxidizable metal and the insulating refractory material are aluminum-containing materials.

3. A feeder according to claim 2, wherein the aluminum-containing oxidizable metal is metallic aluminum and the aluminum-containing insulating refractory material is selected from alumina and aluminum silicate.

4. A feeder according to claim 3, wherein the metallic aluminum is in the form of aluminum powder, aluminum granules or both.

5. A feeder according to claim 3, wherein the aluminum-containing insulating refractory material is aluminum silicate in the form of hollow aluminum silicate microspheres.

6. A feeder according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of binder is about 4% to about 12% by weight based on the weight of the feeder composition.

7. A feeder according to any one of claims 2 to 6, wherein the amount of aluminum in the feeder composition is 0 wt.% to 40 wt.%, based on the weight of the feeder composition.

8. A feeder according to any one of claims 2 to 7, wherein an oxidizing agent is present in an amount effective to oxidize the metallic aluminum.

9. A feeder according to claim 5, wherein the amount of hollow aluminosilicate microspheres in the feeder composition is 30 wt.% to 100 wt.%, preferably 40 wt.% to 80 wt.%, based on the weight of the feeder composition.

10. A feeder according to any one of claims 2 to 9, wherein the amount of aluminum in the feeder composition is 5 wt.% to 30 wt.%, based on the weight of the feeder composition.

11. The riser of claim 1, wherein the chemical binder is a phenolic urethane binder and the curing catalyst is a vaporous tertiary amine.

12. The feeder of claim 1, wherein the chemical binder is an epoxy acrylic binder and the curing catalyst is sulfur dioxide.

13. The feeder of claim 1, wherein the chemical binder is an alkaline phenolic resole resin and the curing catalyst is carbon dioxide.

14. A feeder according to claim 1, wherein the chemical binder is an alkaline phenolic resin and the curing catalyst is a methyl ester.

15. A feeder according to any one of claims 5 to 14, wherein the weight ratio of the metallic aluminum to aluminum silicate in the form of the hollow aluminum silicate microspheres in the feeder composition is about 1:5 to about 1:1.

16. A feeder according to any one of claims 1 to 15, wherein the feeder composition contains a refractory material.

17. The feeder of claim 16, wherein the amount of refractory material in the feeder composition is from 10% to 50% by weight based on the weight of the feeder composition.

18. A feeder according to any one of claims 15 to 17, wherein the refractory material is silica.

19. A cold box process for producing risers having exothermic properties, insulating properties or both, comprising:

(A) introducing a feeder mixture according to one of claims 1 to 18 into a feeder casting mold to produce an unhardened feeder,

(D) Removing the feeder from the mold.

20. Use of a feeder according to one of claims 1 to 18 in a process for casting a metal part, which comprises:

(1) Inserting the feeder into a casting arrangement with a mold arrangement,

(2) pouring the metal while it is in the liquid state into the pouring assembly;

(3) allowing the metal to cool to solidify; and

(4) then separating the metal casting from the casting assembly.

21. Feeder mixture comprising:

(a) an oxidizable metal and an oxidizing agent capable of producing an exothermic reaction, or

(b) an insulating refractory material, or

(c) mixtures of (a) and (b); and

(2) an effective binder amount of a chemically reactive cold box binder, selected from a phenolic resin, a phenolic urethane binder, a furan binder, an alkaline phenolic resole binder, and an epoxy acrylic binder, which is cured in the presence of a cold box curing catalyst.