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WO2008113765A1 - Kern-hülle-partikel zur verwendung als füllstoff für speisermassen - Google Patents

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

Info

Publication number
WO2008113765A1
WO2008113765A1 PCT/EP2008/053114 EP2008053114W WO2008113765A1 WO 2008113765 A1 WO2008113765 A1 WO 2008113765A1 EP 2008053114 W EP2008053114 W EP 2008053114W WO 2008113765 A1 WO2008113765 A1 WO 2008113765A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core
feeder
particles
shell
shell particles
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/053114
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Lanver
Klaus Dieter Riemann
Jürgen HÜBERT
Hermann Lieber
Original Assignee
Chemex Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to CA2681125A priority Critical patent/CA2681125C/en
Priority to AU2008228269A priority patent/AU2008228269B2/en
Application filed by Chemex Gmbh filed Critical Chemex Gmbh
Priority to KR1020097021541A priority patent/KR101429144B1/ko
Priority to UAA200910468A priority patent/UA100511C2/uk
Priority to AT08717855T priority patent/ATE544545T1/de
Priority to MX2009009887A priority patent/MX2009009887A/es
Priority to US12/531,652 priority patent/US9352385B2/en
Priority to ES08717855T priority patent/ES2379207T3/es
Priority to JP2009554011A priority patent/JP5361073B2/ja
Priority to CN2008800085642A priority patent/CN101657281B/zh
Priority to DK08717855.4T priority patent/DK2139626T3/da
Priority to SI200830596T priority patent/SI2139626T1/sl
Priority to BRPI0808307-0A priority patent/BRPI0808307B1/pt
Priority to EP08717855A priority patent/EP2139626B1/de
Priority to PL08717855T priority patent/PL2139626T3/pl
Publication of WO2008113765A1 publication Critical patent/WO2008113765A1/de
Priority to ZA2009/06588A priority patent/ZA200906588B/en
Priority to HR20120201T priority patent/HRP20120201T1/hr

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/088—Feeder heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/06—Ingot moulds or their manufacture
    • B22D7/10—Hot tops therefor

Definitions

  • the present invention relates to core-shell particles for use as filler for feeder masses for the production of feeders, to a corresponding pourable filler material which comprises a multiplicity of core-shell particles according to the invention, to processes for producing core-shell particles or pourable filler materials according to the invention , corresponding feeder masses and corresponding feeders and corresponding uses. Further objects of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims.
  • feeder includes both feeder shells, feeder inserts and feeder caps, and heating pads.
  • EP 0 888 199 B1 describes feeders which contain hollow aluminum silicate microspheres as insulating refractory material.
  • EP 0 913 215 B1 discloses feed compositions comprising hollow aluminum silicate microspheres having an alumina content of less than 38% by weight.
  • WO 9423865 A1 discloses a feeder composition comprising hollow alumina-containing microspheres having an alumina content of at least 40% by weight.
  • WO 2006/058347 A2 discloses feed compositions comprising as fillers core-shell microspheres having a core of polystyrene.
  • hollow spheres are often used today, which come from the fly ash of coal power plants or are produced synthetically.
  • hollow spheres suitable for use in feeders are not fully available. It was therefore the object of the present invention to provide a lightweight filler, which is a substitute for the currently favored Hollow balls can be used.
  • the specified lightweight filler should meet the following primary requirements:
  • core-shell particles for use as a filler for feeder masses for the production of feeders, comprising
  • the invention is based on the recognition that it is possible by encasing carrier materials (which are used as a carrier core) with a z. B. for use as a filler in Lucasrmassen insufficient temperature resistance in core-shell particles to convert, which are up to a temperature of at least 1450 0 C, but usually at least 1500 0 C resistant.
  • Required for this is the wrapping of the carrier core with particles having a D 50 - value for the grain size of a maximum of 15 microns, considered by themselves up to a temperature of at least 1500 0 C, preferably 1600 0 C are resistant.
  • the carrier core has a size, ie a maximum length in the range of 30 .mu.m to 500 .mu.m; it consists of a material which is maximum up to a temperature of 1400 0 C resistant and contains no polystyrene, preferably no organic, but preferably exclusively inorganic constituents.
  • the carrier core is preferably spherical.
  • a particle or material is considered to be stable if it neither melts below a given temperature nor softens or decomposes while losing its spatial shape.
  • the carrier core (a) of a core-shell particle according to the invention preferably consists of a ceramic or a glass.
  • the carrier core (a) is a hollow sphere or a porous particle, hollow sphere or porous particle again preferably consisting of a ceramic or a glass.
  • preferred carrier core (a) include settable materials are fine-pored expanded glass, as z. B. under the name Poraver by Dennert Poraver GmbH or z. B. under the name omega bubbles from Omega Minerals Germany GmbH are available and hollow glass microspheres, such as. B. 3M Scotchlite K20 from 3M Specialty Materials available.
  • the said particles (b1) of the shell (b) preferably comprise one or more materials or consist of one or more materials selected from the group consisting of refractory materials (according to DIN 51060), preferably from the group consisting of: alumina, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, titanium boride, titanium oxide, yttrium oxide and zirconium oxide and mixed oxides, eg Cordierite or MuMt.
  • the binder (b2) is preferably selected from the group consisting of:
  • Cold-box binder preferably a polyurethane which can be prepared from a benzyl ether resin and a polyisocyanate,
  • Core-shell particles of the invention may be used in refractory materials or materials, e.g. As such for use in industrial furnace construction or to improve the fire protection in buildings. They can also be used in or as planteoliermaterialien, z. In the construction industry or the foundry industry.
  • the core-shell particles according to the invention are part of a pourable filling material which is suitable for use as a filler for feeder masses for the production of feeders.
  • a pourable filling material according to the invention regularly comprises a multiplicity of core-shell particles according to the invention (the above being the case with regard to the preferred embodiment of the core-shell particles) and optionally further filling substances.
  • the carrier cores (a) in the plurality of core-shell particles preferably have an average grain size MK in the range from 60 ⁇ m to 380 ⁇ m.
  • the average particle size is determined according to VDG leaflet P27 (October 1999).
  • the bulk density of the particles used as carrier cores is per se preferably in the range of 85 g / L to 500 g / L.
  • the bulk density of the carrier cores (a) is preferably determined before they are coated with the particles (b1) and the binder (b2) and optionally other constituents of the shell.
  • In the pourable filling material according to the invention preferably have at least 90 wt .-% of the particles (b1) in the plurality of core-shell particles based on the total weight of the particles (b1), a particle size of at most 45 microns.
  • pulverulent (ie fine, polydisperse) bulk materials are suitable for coating the carrier cores (a), in which more than 90% by weight of the particles contained in the powder have a maximum particle size of 45 ⁇ m.
  • the particle size of the particles in a corresponding powder is determined with scattered light photometers, z. B. by means of a Coulter scattered light photometer.
  • a D50 value is given, which corresponds to a mean grain size.
  • Max 90% by weight of the particles contained in the powder in question has a particle size below the stated value.
  • a pourable filler according to the invention preferably has a bulk density of less than 0.6 g / cm 3 (ie 600 g / L).
  • a pourable filling material according to the invention which comprises core-shell particles according to the invention can be prepared by mixing carrier cores (a) with the (refractory) powder of particles (b1) in the presence of a binder (b2). In a corresponding process according to the invention for producing core-shell particles according to the invention or for producing a free-flowing filler material according to the invention, the following steps are carried out:
  • the present invention also relates to a feeder mass for the production of feeders, consisting of or comprising: core-shell particles according to the invention (as described above, preferably in a preferred embodiment above) or a pourable filler material according to the invention (as described above, preferably in one design referred to above as preferred) and a binder for bonding the core-shell particles or the pourable filling material.
  • a cold-box binder preferably each based on a benzyl ether resin and a polyisocyanate , particularly preferably an identical binder is used.
  • An edible mass according to the invention can be designed as an exothermic feeder mass and then regularly comprises, in addition to the constituents mentioned, an easily oxidizable metal and an oxidizing agent therefor, which are intended for exothermic reaction with one another.
  • the present invention also relates to feeders comprising a feeder mass according to the invention.
  • Feeders according to the invention preferably have a density of less than 0.7 g / cm 3 .
  • Further aspects of the present invention relate to the use of core-shell particles according to the invention (as described above, preferably in a preferred embodiment) or pourable filler material according to the invention (as described above, preferably in a preferred embodiment) as an insulating filler material in a feeder mass or in a feeder.
  • the present invention also relates to the use of a feeder mass according to the invention for producing an insulating or exothermic feeder.
  • a binder suitable according to the invention eg cold-box binder, see above
  • optionally further constituents are mixed, and the resulting mixture is shaped into a feeder and cured the shaped feeder.
  • the molding process is preferably carried out by the slurry process, the green state process, the cold box process or the hot box process.
  • Poraver standard grain size 0.1-0.3, Dennert Poraver GmbH
  • a BOSCH Profi 67 mixer 120 g
  • cold box binder 120 g
  • silicon carbide powder D 50 value for particle size: ⁇ 5 ⁇ m
  • the carrier core used is 800 g of omega bubbles (from Omega Minerals GmbH, grain size ⁇ 0.5 mm) as the carrier material in a suitable mixer of the type BOSCH Profi 67, and 120 g of Cold Box binder (Hüttenes-Albertus : Benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 6348) evenly wetted. 200 g of alumina powder (D 50 value for grain size: about 12 microns) are added and the whole mixed homogeneously. Finally, about 0.5 ml of dimethylpropylamine are added to cure the binder. After a few seconds, the core-shell-shell particles formed are present as bulk material for further use.
  • the bulk material produced according to embodiment 1 or 2 is homogeneously mixed with CoId box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 6348). From the resulting mixture, feeder caps and other profile tablets (a) are stamped and (b) shot with core shooters (e.g., Röper, Laempe). Curing takes place in each case by addition of dimethylpropylamine.
  • CoId box binder Hettenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 6348.
  • a mixture of 30 parts by weight (GT) of the bulk material produced according to working examples 1 and 2 and 70 parts by weight of a conventional aluminothermic mixture is mixed with cold box binder (Hüttenes-Albertus: benzyl ether resin based on activator 6324 / gas resin 6348). homogeneously mixed. From the resulting mixture are feeder caps and others Profile molding (a) tamped and (b) shot with core shooting machines (eg Röper, Laempe). Curing takes place in each case by addition of dimethylpropylamine.
  • Feeder caps according to the embodiments of B were checked with their so-called cube tests on their applicability.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend (a) einen Trägerkern, der eine Größe im Bereich von 30 µm bis 500 µm besitzt und aus einem Material besteht, das maximal bis zu einer Temperatur von 1400 °C beständig ist und kein Polystyrol enthält, (b) eine den Kern einschließende Hülle bestehend aus oder umfassend (b1) Partikel mit einem D 50 -Wert für die Korngröße von maximal 15 µm, die bis zu einer Temperatur von mindestens 1500 °C beständig sind, sowie (b2) einem Bindemittel, welches die Partikel aneinander und an den Trägerkern bindet, wobei das Kern-Hülle-Partikel bis zu einer Temperatur von mindestens 1450 °C beständig ist.

Description

Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen
Die vorliegende Erfindung betrifft Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, ein entsprechendes schüttfähiges Füllmaterial, welches eine Vielzahl erfindungsgemäßer Kern-Hülle- Partikel umfasst, Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Kern-Hülle- Partikel bzw. erfindungsgemäßer schüttfähiger Füllmaterialien, entsprechende Speisermassen und entsprechende Speiser sowie entsprechende Verwendungen. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen.
Der Begriff „Speiser" umfasst im Rahmen der vorliegenden Unterlagen sowohl Speiserumhüllungen, Speisereinsätze und Speiserkappen als auch Heizkissen.
Bei der Herstellung von metallischen Formteilen in der Gießerei wird flüssiges Metall in eine Gießform eingefüllt und erstarrt dort. Der Erstarrungsvorgang ist mit einer Verringerung des Metallvolumens verbunden und es werden deshalb regelmäßig Speiser, d. h. offene oder geschlossene Räume in oder an der Gießform eingesetzt, um das Volumendefizit bei der Erstarrung des Gussstücks aus- zugleichen und so eine Lunkerbildung im Gussstück zu verhindern. Speiser sind mit dem Gussstück bzw. mit dem gefährdeten Gussstückbereich verbunden und befinden sich für gewöhnlich oberhalb und/oder an der Seite des Formhohlraums.
In Speisermassen zur Herstellung von Speisern und in den daraus hergestellten Speisern selbst werden heute regelmäßig Leichtfüllstoffe eingesetzt, welche bei einer hohen Temperaturbeständigkeit eine gute isolierende Wirkung bewirken sollen.
DE 10 2005 025 771 B3 offenbart isolierende Speiser umfassend keramische Hohlkugeln und Glas-Hohlkugeln.
In EP 0 888 199 B1 werden Speiser beschrieben, welche als isolierendes feuerfestes Material hohle Aluminiumsilikatmikrokugeln enthalten.
EP 0 913 215 B1 offenbart Speiserzusammensetzungen, die hohle Aluminiumsi- likatmikrokügelchen mit eine Aluminiumoxidgehalt mit weniger als 38 Gew.-% umfassen.
WO 9423865 A1 offenbart eine Speiserzusammensetzung umfassend hohle Aluminiumoxid enthaltende Mikrokügelchen mit einem Aluminiumoxidanteil von zumindest 40 Gew.-%.
WO 2006/058347 A2 offenbart Speiserzusammensetzungen, die als Füllstoffe Kern-Hülle-Mikrokugeln mit einem Kern aus Polystyrol umfassen. Der Einsatz von Polystyrol führt jedoch zu unerwünschten Emissionen im Gießereibetrieb.
In der industriellen Praxis werden heute häufig Hohlkugeln eingesetzt, die aus den Flugaschen von Kohlekraftwerken stammen oder synthetisch hergestellt werden. Für den Einsatz in Speisern geeignete Hohlkugeln sind jedoch nicht uneingeschränkt verfügbar. Es war daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leichtfüllstoff anzugeben, der als Ersatz für die derzeit favorisierten Hohlkugeln eingesetzt werden kann. Der anzugebende Leichtfüllstoff sollte dabei die folgenden primären Anforderungen erfüllen:
Thermische Stabilität auch bei Temperaturen von mehr als 1450 0C, vorzugsweise bei Temperaturen von mehr als 1500 0C;
- Ausreichende mechanische Stabilität auch bei hohen Temperaturen von z. B. 1400 0C;
Geringe oder keine Staubanhaftung;
Geringe Schüttdichte.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend
(a) einen Trägerkern, der
eine Größe im Bereich von 30 μm bis 500 μm besitzt
und
aus einem Material besteht, das maximal bis zu einer Temperatur von 1400 0C beständig ist und kein Polystyrol enthält,
(b) eine den Kern einschließende Hülle bestehend aus oder umfassend
(b1 ) Partikel mit einem D 50 - Wert für die Korngröße von maximal 15 μm, vorzugsweise maximal 10 μm, die bis zu einer Temperatur von mindestens 1500 0C, vorzugsweise mindestens 1600 0C beständig sind,
sowie - A -
(b2) einem Bindemittel, welches die Partikel aneinander und an den Trägerkern bindet,
wobei das Kern-Hülle-Partikel bis zu einer Temperatur von mindestens 1450 0C, vorzugsweise mindestens 1500 0C beständig ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, durch Umhüllen Trägermaterialien (die als Trägerkern eingesetzt werden) mit einer z. B. für die Verwendung als Füllstoff in Speisermassen nicht ausreichenden Temperaturbeständigkeit in Kern-Hülle-Partikel zu überführen, die bis zu einer Temperatur von mindestens 1450 0C, üblicherweise aber mindestens 1500 0C beständig sind. Erforderlich ist hierfür das Umhüllen des Trägerkerns mit Partikeln mit einem D 50 - Wert für die Korngröße von maximal 15 μm, die für sich betrachtet bis zu einer Temperatur von mindestens 1500 0C, vorzugsweise 1600 0C beständig sind.
In den erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln besitzt der Trägerkern eine Größe, d. h. eine maximale Länge im Bereich von 30 μm bis 500 μm; er besteht aus einem Material, das maximal bis zu einer Temperatur von 1400 0C beständig ist und kein Polystyrol enthält, vorzugsweise überhaupt keine organischen, sondern vorzugsweise ausschließlich anorganische Bestandteile. Der Trägerkern ist vorzugsweise sphärisch.
Im Rahmen des vorliegenden Textes gilt ein Partikel oder Material als beständig, wenn es unterhalb einer gegebenen Temperatur weder schmilzt noch unter Verlust der räumlichen Gestalt erweicht oder sich zersetzt.
Vorzugsweise besteht der Trägerkern (a) eines erfindungsgemäßen Kern-Hülle- Partikels aus einer Keramik oder einem Glas.
Vorzugsweise ist der Trägerkern (a) eine Hohlkugel oder ein poröses Partikel, wobei Hohlkugel bzw. poröses Partikel wiederum vorzugsweise aus einer Keramik oder einem Glas bestehen. Beispiele für bevorzugte als Trägerkern (a) ein- setzbare Materialien sind feinporige Blähgläser, wie sie z. B. unter der Bezeichnung Poraver von der Dennert Poraver GmbH oder z. B. unter der Bezeichnung Omega-Bubbles von der Omega Minerals Germany GmbH erhältlich sind und hohle Glasmikrokugeln, wie sie z. B. unter der Bezeichnung 3M Scotchlite K20 von 3M Specialty Materials erhältlich sind.
In erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln umfassen die besagten Partikel (b1 ) der Hülle (b) vorzugsweise ein oder mehrere Materialien oder bestehen aus einem oder mehreren Materialien, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus feuerfesten Materialien (gemäß DIN 51060), vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid, Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titanborid, Titanoxid, Yttriumoxid und Zirkonoxid und Mischoxide, z.B. Cordierit oder MuIMt.
In erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikeln ist das Bindemittel (b2) vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
- Cold-Box-Bindemittel, vorzugsweise ein aus einem Benzyletherharz und einem Polyisocyanat herstellbares Polyurethan,
Hot-Box-Bindemittel,
Stärke,
Polysaccharide, und
- Wasserglas.
Erfindungsgemäße Kern-Hülle-Partikel können eingesetzt werden in feuerfesten Massen oder Materialien, z. B. solchen zur Verwendung im Industrieofenbau oder zur Verbesserung des Brandschutzes in Gebäuden. Sie können auch eingesetzt werden in bzw. als Wärmeisoliermaterialien, z. B. in der Bauindustrie oder der Gießereiindustrie. Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel Bestandteil eines schüttfähigen Füllmaterials, das zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern geeignet ist. Ein solches erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial umfasst regelmäßig eine Vielzahl erfindungsgemäßer Kern-Hülle-Partikel (wobei hinsichtlich der bevorzugten Ausgestaltung der Kern- Hülle-Partikel das Vorgesagte gilt) sowie gegebenenfalls weitere Füllsubstanzen.
In einem erfindungsgemäßen schüttfähigen Füllmaterial besitzen die Trägerkerne (a) in der Vielzahl der Kern-Hülle-Partikel für sich betrachtet vorzugsweise eine mittlere Korngröße MK im Bereich von 60 μm bis 380 μm. Die mittlere Korngröße wird dabei gemäß VDG-Merkblatt P27 (Oktober 1999) bestimmt.
Die Schüttdichte der als Trägerkerne eingesetzten Partikel liegt für sich betrachtet vorzugsweise im Bereich von 85 g/L bis 500 g/L. Die Schüttdichte der Trägerkerne (a) wird dabei vorzugsweise vor ihrer Umhüllung mit den Partikeln (b1 ) und dem Bindemittel (b2) sowie gegebenenfalls weiteren Bestandteilen der Hülle bestimmt. In dem erfindungsgemäßen schüttfähigen Füllmaterial besitzen vorzugsweise zumindest 90 Gew.-% der Partikel (b1 ) in der Vielzahl der Kern-Hülle- Partikel bezogen auf das Gesamtgewicht der Partikel (b1 ), eine Teilchengröße von maximal 45 μm. Zur Beschichtung der Trägerkerne (a) sind dementsprechend insbesondere pulverförmige ( d. h. feine, polydisperse) Schüttgüter geeig- net, bei denen mehr als 90 Gew.-% der im Pulver enthaltenen Partikel eine Teilchengröße von maximal 45 μm besitzen. Die Teilchengröße der Partikel in einem entsprechenden Pulver wird dabei mit Streulichtphotometern bestimmt, z. B. mittels eines Coulter-Streulichtphotometers. Als weitere charakteristische Kennzahl wird dabei häufig ein D50-Wert angegeben, der einer mittleren Korngröße entspricht. Eine Auswahl von Pulvern, welche als Hüllmaterial (Beschichtungs- material) zur Umhüllung der Trägerkerne besonders geeignet ist, sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst:
Figure imgf000008_0001
„max" bedeutet: 90 Gew.-% der im betreffenden Pulver enthaltenen Partikel besitzt eine Teilchengröße unterhalb des angegebenen Wertes.
„Zers." bedeutet: Zersetzung.
Ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial besitzt vorzugsweise eine Schüttdichte von weniger als 0,6 g/cm3 (d.h. 600 g/L). Ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial, welches erfindungsgemäße Kern-Hülle-Partikel um- fasst, lässt sich durch Mischen von Trägerkernen (a) mit dem (feuerfesten) PuI- ver von Partikeln (b1 ) in Gegenwart eines Bindemittels (b2) herstellen. In einem entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Kern-Hülle-Partikel bzw. zur Herstellung eines erfindungsgemäßen schüttfähigen Füllmaterials werden die folgenden Schritte durchgeführt:
Bereitstellen von Trägerkernen einer Größe im Bereich von 30 μm bis 500 μm, die aus einem Material bestehen, das maximal bis zu einer Temperatur von 1400 0C beständig ist,
Bereitstellen von Partikeln einer mittleren Korngröße von maximal 15 μm, vorzugsweise maximal 10 μm, die bis zu einer Temperatur von mindestens 1500 0C, vorzugsweise mindestens 1600 0C beständig sind, Kontaktieren der Trägerkerne mit den besagten Partikeln in Gegenwart eines Bindemittels, so dass die Partikel an den Trägerkern und aneinander gebunden werden und einzelne oder sämtliche Trägerkerne umhüllt werden.
Hierbei gilt hinsichtlich der Ausgestaltung bevorzugter Trägerkerne, bevorzugter Partikel und bevorzugter Bindemittel das vorstehend mit Blick auf die erfindungsgemäßen Kern-Hülle-Partikel und die erfindungsgemäßen Füllmaterialien gesagte entsprechend.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Speisermasse zur Herstellung von Speisern, bestehend aus oder umfassend: erfindungsgemäße Kern-Hülle-Partikel (wie oben beschrieben, vorzugsweise in einer oben als bevorzugt bezeichneten Ausgestaltung) oder ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise in einer vorstehend als bevorzugt bezeichneten Ausgestaltung) sowie ein Bindemittel zum Binden der Kern-Hülle- Partikel bzw. des schüttfähigen Füllmaterials. Hinsichtlich des Bindemittels gelten die vorstehenden Ausführungen zu bevorzugten Bindemitteln für die Kern-Hülle- Partikel entsprechend; bevorzugt ist es, wenn sowohl zum Verbinden der Trägerkerne (a) mit den Partikeln (b1 ) als auch zum Binden der Kern-Hülle-Partikel bzw. des schüttfähigen Materials ein Cold-Box-Bindemittel (vorzugsweise jeweils auf Basis eines Benzyletherharzes und eines Polyisocyanats), besonders bevorzugt ein identisches Bindemittel eingesetzt wird.
Eine erfindungsgemäße Speisermasse kann als exotherme Speisermasse ausgestaltet sein und umfasst dann regelmäßig zusätzlich zu den genannten Bestandteilen ein leicht oxidierbares Metall und ein Oxidationsmittel dafür, welche zur exothermen Umsetzung miteinander bestimmt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch Speiser, die eine erfindungsgemäße Speisermasse umfassen. Erfindungsgemäße Speiser besitzen vorzugsweise eine Dichte von weniger als 0,7 g/cm3. Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen die Verwendung erfindungsgemäßer Kern-Hülle-Partikel (wie oben beschrieben, vorzugsweise in einer als bevorzugt bezeichneten Ausgestaltung) oder erfindungsgemäßen schüttfähigen Füllmaterials (wie oben beschrieben, vorzugsweise in einer als bevorzugt angegebenen Ausgestaltung) als isolierendes Füllmaterial in einer Speisermasse oder in einem Speiser.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Speisermasse zur Herstellung eines isolierenden oder exothermen Speisers.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Speisers werden erfindungsgemäße Kern-Hülle-Partikel bzw. ein erfindungsgemäßes schüttfähiges Füllmaterial, ein erfindungsgemäß geeignetes Bindemittel (z. B. Cold-Box-Bindemittel, siehe oben) sowie gegebenenfalls weitere Bestandteile gemischt, die resultierende Mischung zu einer Speiser geformt und der geformte Speiser ausgehärtet. Der Vorgang des Formens erfolgt dabei vorzugsweise nach dem Slurry-Verfahren , dem Grünstandverfahren, dem Cold-Box-Verfahren oder dem Hot-Box- Verfahren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert:
A Herstellung erfindungsgemäßer Kern-Hülle-Partikel (Schüttgut)
Ausführungsbeispiel 1
In einem Mischer des Typs BOSCH Profi 67 werden als Trägermaterial 700 g Poraver (Standard-Korngröße 0,1-0,3; Dennert Poraver GmbH) vorgelegt und mit 120 g Cold-Box-Binder (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 6348) gleichmäßig benetzt. 300 g Siliziumcar- bidpulver (D 50-Wert für Korngröße: < 5μm) werden zugegeben und das Ganze homogen gemischt. Schließlich werden zur Aushärtung des Binders ca. 0,5 ml Dimethylpropylamin zugesetzt. Nach wenigen Sekunden liegen die gebildeten Kern-Hülle-Partikel als Schüttgut zur weiteren Verwendung vor.
Ausführungsbeispiel 2
Als Trägerkern werden in einem geeigneten Mischer des Typs BOSCH Profi 67 werden als Trägermaterial 800 g Omega-Bubbles (Fa. Omega Minerals GmbH; Korngröße < 0,5 mm) vorgelegt und mit 120 g Cold-Box-Binder (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 6348) gleichmäßig benetzt. 200 g Aluminiumoxidpulver (D 50-Wert für Korngröße: ca. 12 μm) werden zugegeben und das Ganze homogen gemischt. Schließlich werden zur Aushärtung des Binders ca. 0,5 ml Dimethylpropyla- min zugesetzt. Nach wenigen Sekunden liegen die gebildeten Kern-Hülle- Hülle-Partikel als Schüttgut zur weiteren Verwendung vor.
Herstellung von Speisermassen sowie Speiserkappen und sonstigen Profilkörpern:
Ausführungsbeispiel „isolierend"
Das nach Ausführungsbeispiel 1 bzw. 2 hergestellte Schüttgut wird mit CoId- Box-Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 6348) homogen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Zusatz von Dimethylpropylamin.
Ausführungsbeispiel „exotherm-isolierend"
Eine Mischung aus 30 GT (Gewichtsteilen) des nach Ausführungsbeispiel 1 bzw. 2 hergestellten Schüttgutes und 70 GT eines üblichen aluminothermi- schen Gemischs wird mit Cold-Box-Bindemittel (Fa. Hüttenes-Albertus: Benzyletherharz auf Basis von Aktivator 6324 / Gasharz 6348) homogen vermischt. Aus der resultierenden Mischung werden Speiserkappen und andere Profilformkörper (a) gestampft sowie (b) mit Kernschießmaschinen (z.B. Röper, Laempe) geschossen. Die Aushärtung erfolgt jeweils durch Zusatz von Dimethylpropylamin.
Würfelversuche:
Speiserkappen gemäß den Ausführungsbeispielen aus B wurden mit sogenannten Würfelversuchen auf ihre anwendungstechnische Brauchbarkeit überprüft. In diesen Versuchen soll ein Gussteil in Form eines Würfels, bei Verwendung einer modulgerechten Speiserkappe lunkerfrei sein.
Eine sicherere Dichtspeisung konnte für sämtliche Ausführungsformen („isolierend", Ausführungsbeispiele 1 und 2; „exotherm-isolierend"; Ausführungsbeispiele 1 und 2) nachgewiesen werden. Auch in den jeweiligen Restspeisern (oberhalb der Würfel) wurde jeweils ein gegenüber Vergleichsspeiserkappen verbessertes Lunkerverhalten festgestellt.

Claims

Ansprüche
1. Kern-Hülle-Partikel zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend
(a) einen Trägerkern, der
eine Größe im Bereich von 30 μm bis 500 μm besitzt und aus einem Material besteht, das maximal bis zu einer Temperatur von 1400 0C beständig ist und kein Polystyrol enthält,
(b) eine den Kern einschließende Hülle bestehend aus oder umfassend
(b1 ) Partikel mit einem D 50 - Wert für die Korngröße von maximal 15 μm, die bis zu einer Temperatur von mindestens 1500 0C beständig sind,
sowie
(b2) einem Bindemittel, welches die Partikel aneinander und an den Trägerkern bindet,
wobei das Kern-Hülle-Partikel bis zu einer Temperatur von mindestens 1450 0C beständig ist.
2. Kern-Hülle-Partikel nach Anspruch 1 , wobei der Trägerkern (a) aus einer Keramik oder einem Glas besteht.
3. Kern-Hülle-Partikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerkern (a) eine Hohlkugel oder ein poröses Partikel ist.
4. Kern-Hülle-Partikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die besagten Partikel (b1 ) der Hülle (b) ein oder mehrere Materialien umfassen oder aus einem oder mehreren Materialien bestehen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus feuerfesten Materialien, vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus: Aluminiumoxid, Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Titanborid, Titanoxid, Yttriumoxid und Zirkonoxid.
5. Kern-Hülle-Partikel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bindemittel (b2) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
Cold-Box-Bindemittel, vorzugsweise ein aus einem Benzyletherharz und einem Polyisocyanat herstellbares Polyurethan,
Hot-Box-Bindemittel, - Stärke,
Polysaccharide, und Wasserglas.
6. Schüttfähiges Füllmaterial zur Verwendung als Füllstoff für Speisermassen zur Herstellung von Speisern, umfassend eine Vielzahl von Kern-Hülle-Partikeln nach einem der vorangehenden Ansprüche.
7. Schüttfähiges Füllmaterial nach Anspruch 6, wobei die Trägerkerne (a) in der Vielzahl der Kern-Hülle-Partikel eine mittlere Korngröße MK im Bereich von 60 μm bis 380 μm besitzen.
8. Schüttfähiges Füllmaterial nach Anspruch 6 oder 7, wobei zumindest 90 Gew.-% der Partikel (b1 ) in der Vielzahl der Kern-Hülle-Partikel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Partikel (b1 ), eine Teilchengröße von maximal 45 μm besitzen.
9. Schüttfähiges Füllmaterial nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das
Füllmaterial e eine Schüttdichte von weniger als 0,6 g/cm3, vorzugsweise weniger als 0,5 g/cm3 besitzt.
10. Verfahren zur Herstellung von Kern-Hülle-Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder eines schüttfähigen Füllmaterials nach einem der Ansprüche 6 bis 9, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen von Trägerkernen einer Größe im Bereich von 30 μm bis 500 μm, die aus einem Material bestehen, das maximal bis zu einer Temperatur von 1400 0C beständig ist,
Bereitstellen von Partikeln einer mittleren Korngröße von maximal 15 μm, die bis zu einer Temperatur von mindestens 1500 0C, vorzugsweise mindestens 1600 0C beständig sind,
- Kontaktieren der Trägerkerne mit den besagten Partikeln in Gegenwart eines Bindemittels, so dass die Partikel an den Trägerkern und aneinander gebunden werden und einzelne oder sämtliche Trägerkerne umhüllt werden.
1 1. Speisermasse zur Herstellung von Speisern, bestehend aus oder umfassend: - Kern-Hülle-Partikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder ein schüttfähiges Füllmaterial nach einem der Ansprüche 6 bis 9 sowie ein Bindemittel zum Binden der Kern-Hülle-Partikel bzw. des schüttfähigen Füllmaterials.
12. Speisermasse nach Anspruch 1 1 , weiter umfassend ein leicht oxidierbares Metall und ein Oxidationsmittel dafür, zur exothermen Umsetzung miteinander.
13. Speiser umfassend eine Speisermasse nach Anspruch 12.
14. Speiser nach Anspruch 13, mit einer Dichte von weniger als 0,7 g/cm3.
15. Verwendung von Kern-Hülle-Partikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder von schüttfähigem Füllmaterial nach einem der Ansprüche 6 bis 9 als isolierendes Füllmaterial in einer Speisermasse oder einem Speiser.
16. Verwendung einer Speisermasse nach Anspruch 1 1 oder 12 zur Herstellung eines isolierenden oder exothermen Speisers.
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