New inorganic foundry binders

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2011
Major/Subject
Valimotekniikka
Mcode
Kon-80
Degree programme
Language
fi
Pages
73
Series
Abstract
Traditionally the cores used in cast production have been made with organic sand binders. Inorganic alternatives are available, but they have not delivered efficient de-coring or sand reusability. An organic binder burns during and after pouring and emits gases that are harmful to people and the environment, such as formaldehyde. For work-safety reasons exposure to these gases must be minimized. The ever-increasing pressure to lower the emissions of the foundry process has led to the development of new inorganic binder systems. These systems aspire to combine zero emissions with efficient de-coring and sand reusability. This work looks at new inorganic foundry binders. The theory section discusses the different factors influencing the choice of a binder system and the properties of systems currently in use. The new binders are considered in light of current knowledge, which is mainly in the form of product specifications and other material from the manufacturers. The systems are discovered to be modified sodium silicate binders that are hardened with a heated core box. The manufacturers promise effective de-coring and good sand reusability for their products. Hands-on experiences of these products are sought for from the Finnish foundry industry. The experimental section describes the laboratory experiments performed with two new inorganic binders: AWB and Cordis. The changes in temperature that happen during pouring are simulated by heat treatment of cores. The strength of these cores is then measured, and a diagram of strength-temperature dependency is drawn. The efficiency of de-coring is also tested with an actual casting and subsequent de-coring. Hot-box-and CO<sub>2</sub> hardened sodium silicate binders are used as reference. Based on the experiments, the new binders are found to lose more of their strength in casting temperatures than traditional sodium silicate binders, thus making de-coring easier. The difference to the all but total disintegration of organic binders is still significant. The usability of these binders might be limited by the need of heated core boxes, which require investment by the foundry. According to experiences in industry, foundries utilizing organic hot-box binders need to change the constructions of their products when changing to a new inorganic binder to accommodate for the different conductivity of heat. The reusability of sand made with new inorganic binders is not tested in the context of this work.

Perinteisesti valutuotteiden valmistukseen käytetyt keernat on valmistettu orgaanisia hiekka sideaineita käyttäen. Epäorgaanisia sideaineita on myös olemassa, mutta ne eivät perinteisesti ole tarjonneet kilpailukykyistä keernanpoiston tehokkuutta tai hiekan kierrätettävyyttä. Orgaaninen sideaine palaa valutapahtuman aikana synnyttäen ihmisille ja ympäristölle haitallisia yhdisteitä, kuten formaldehydia. Työturvallisuuden takaamisen vuoksi ihmisten altistuminen näille yhdisteille on minimoitava. Jatkuvasti lisääntyvä paine valimon päästöjen pienentämiseksi on johtanut uusien epäorgaanisten sideaineratkaisujen kehittämiseen. Näihin uusiin sideaineisiin on pyritty yhdistämään päästöttömyys, poistettavuus sekä kierrätettävyys. Tässä työssä tarkastellaan uusia epäorgaanisia sideaineratkaisuja. Teoriaosassa käydään läpi sideaineen valintaan vaikuttavia tekijöitä ja nykyisin käytössä olevien sideaineratkaisujen ominaisuuksia. Uusia sideaineita tarkastellaan saatavilla olevan tiedon pohjalta, pääasiassa käyden läpi valmistajien julkistamia tietoja. Lähes kaikkien uusien ratkaisujen todetaan olevan muunneltuja kuumalaatikkokovetteisia vesilasisideaineita. Niille kuitenkin luvataan hiekan tehokasta poistumista ja hyvää kierrätettävyyttä. Käytännön kokemuksia uusista sideaineista on haettu suomalaisesta valimoteollisuudesta, jossa niiden on todettu tuottavan hyviä tuloksia. Kokeellisessa osassa testataan kahden uuden sideaineen - AWB:n sekä Cordiksen poistettavuutta. Valutapahtuman aikaisia lämpötilamuutoksia pyrittiin simuloimaan lämpökäsittelemällä keernoja uunissa; näiden kokeiden tulosten pohjalta sideaineiden lujuuksien lämpötilariippuvuudesta piirrettiin kuvaajat. lisäksi poistettavuutta testattiin käytännössä koevalun avulla. Kokeissa käytettiin referenssinä kuumalaatikkoja hiilidioksidikovetteisia vesilaseja. Kokeiden pohjalta uusien ratkaisujen todetaan todella menettävän lujuuttaan tehokkaammin kuin perinteisen vesilasin, tehden näin keernanpoistosta helpompaa. Ero orgaanisten sideaineiden lähes täydelliseen hajoamiseen on kuitenkin merkittävä. Näiden ratkaisujen käytettävyys saattaa olla rajoitettua, sillä ne vaativat kuumalaatikkokovetusta, ja siten niiden käyttöönotto vaatii valimoilta investointeja. Teollisuuden kokemusten perusteella jopa orgaanista kuumalaatikkokovetteista sideainetta käyttävä valimo joutuu uusimaan keernojen konstruktiot vaihtaessaan uuteen ratkaisuun, sillä keernan lämmönjohtavuus muuttuu. Uusien epäorgaanisten hiekkojen kierrätettävyyttä ei testattu tämän työn puitteissa.
Description
Supervisor
Orkas, Juhani
Thesis advisor
Peräsaari, Tomi
Keywords
foundry, valimo, core, keerna, inorganic, epäorgaaninen, binder, sideaine, sodium silicate, vesilasi
Other note
Citation