9.6 Tillsatsmedel

Bland tillsatsmedlen för formmassor är stenkolssot eller sotersättningsmedel vanligast.

På följande sidor finns mer information om tillsatsmedel:

• Stenkolssot som tillsatsmedel
• Sotersättningsmedel som tillsatsmedel
• Övriga tillsatsmaterial för formmassor
• Tillsatsmaterial för kärnmassor

Vid gjutning av järn i råsandsformmassor använder man sedan lång tid tillbaka tillsatser av organiskt kol i form av stenkolssot, vanligen benämnt ”sot”. Alternativt används ett sotersättningsmedel som glanskolgivare. Det ger samma verkan på gjutförhållandena som stenkolspulver.

Det finns flera anledningar till att använda sot i råsandsformmassor. Bland annat önskar man i formhåligheten en reducerande atmosfär för smältan så att ytorna inte oxiderar. Denna reducerande atmosfär uppstår när temperaturen efter avgjutning nått 300 – 400ºC och sotet börjar avge sitt bundna vatten tillsammans med de flyktiga beståndsdelarna. Reaktioner mellan vatten, kol och syre ger bland annat upphov till vätgas och kolmonoxid, varvid den önskade reducerande atmosfären erhålls i formhåligheten.

Risken för vidhäftningsdefekter minskas eftersom det inte kan uppstå någon reaktion mellan järnoxid och kvartssand. Är sottillsatsen för låg kan fayalit bildas, en förening med låg smältpunkt, 800 – 900ºC. Denna fungerar som ett lim mellan gjutgodsytan och sandkornen. Den del av sotets flyktiga beståndsdelar, som består av tyngre kolväten, kommer att kondensera ut på formväggen och i formsanden och bilda ”glanskol”. Detta tunna skikt av ”glanskol”, som belagt formväggen och formsanden fungerar som en spärr mellan sandkornen och smältan. Metallen kan inte väta sandkornen med resultatet att det inte blir några fastbränningar eller defekter på gjutgodset.

Den del av sotet, som återstår, när de flyktiga beståndsdelarna avgår, kommer att mjukna och svälla för att sedan fullständigt förkoksas. I och med att sotet mjuknar, kommer det att kunna ta upp en del av formväggens rörelser, när sanden på grund av värmen utvidgar sig. Sotet gör alltså att spänningarna i formen minskas. Den minskade rörelsen i formväggen medför att godset får en bättre dimensionsnoggrannhet och att risken för expansionsdefekter såsom ”skollor” och ”råttsvansar” minskar.

När alla de flyktiga beståndsdelarna avgått återstår koks. Koks har en porös och mycket spröd konsistens och bryts därför lätt sönder. Koksen hjälper till att fylla de hålrum som finns mellan sandkornen i formen. Härigenom förhindras smältan från att tränga in i formväggen och ge inträngningsdefekter. Koksens positiva effekt märks mest vid gjutning av grovt gods.

Av ovanstående framgår att tillsats av sot har en positiv inverkan på främst gjutgodsets ytor. Dock kan sotet ha negativ inverkan dels på formsandens fuktbehov, dels vad det gäller miljöaspekter.

Stenkolssot finns att tillgå med olika svavelhalt. Svavelhalten bör beaktas, speciellt vid tillverkning av kompaktgrafitjärn och segjärn. Som regel nämns att formsandens svavelhalt inte bör överstiga 0,15 procent för gjutgods med en väggtjocklek på 25 mm och under 0,1 procent om väggtjockleken överstiger 50 mm.

Vid lagring av rent sot bör beaktas att sotet kan reagera exotermt i kontakt med fukt samt att sotet i luftblandning kan föranleda brand- och explosionsrisk.

Sotersättningsmedel används som alternativ till stenkolssot. Det är en kombinerad produkt, som till största del består av en blandning av bentonit och olika kolhaltiga material.

Eftersom detta material är en blandning av bentonit och olika kolmaterial så minskar risken för brand, men också transporten av dessa material blir enklare då den inte omfattas av regelverket för transporter av farligt gods.

Eftersom dessa kolhaltiga material är mer effektiva glanskolgivare än rent sot kan tillsatserna av glanskolgivande material minskas och därmed förbättras såväl den inre som yttre miljön samt brandrisken.

Med sotersättningsmedel förenklas tillsatsen av dessa ämnen, eftersom det blir fråga om en tillsats i stället för två. Erfarenhetsmässigt har också det visat sig att sotersättningsmedlen ofta fördelar sig bättre i formsanden än det rena sotet. Det gör bland annat att råsanden får en bättre flytbarhet. Precis som vid användning av stenkolssot är det viktigt att hålla ner svavelhalten.

En utvecklingstrend är att mer oorganiskt material blandas in i sotersättningsmedlen.

Här tas trämjöl, bariumsulfat och dietylenglykol upp.

Trämjöl

I några gjuterier används finmalet trämjöl som tillsats i formmassan. Detta ersätter helt eller delvis stenkolssotet eller sotersättningsmedelet. Användningen av trämjöl i formsand har minskat även om medlet sedan gammalt är känt för att motverka expansionsdefekter.

Bariumsulfat

Inblandning av tre procent bariumsulfat (BaSO₄) i formmassan vid råsandsgjutning kan eventuellt ta bort gasblåsor (kommablåsor).

Dietylenglykol

Man kan också använda dietylenglykol för att motverka ytdefekterna råttsvans, skolla och skorv. Det görs genom att bespruta formen på de specifika ytor där expansionsfelet uppstår.

Det är viktigt att hålla två saker i åtanke när man funderar på att bland i tillsatsmaterial i kärnmassor.

Först och främst är det inte alla additiv som är kompatibla med alla bindemedelssystem. Det är därför viktigt att alltid kontrollera detta med leverantören.

Sedan så måste man tänka på att all tillsättning av additiv kan öka behovet av bindemedel då tillsatsmedlet oftast tillför mer finmaterial i sandblandningen.

Här följer en genomgång av några tillsatsmedel för kärnmassor.

Trämjöl

Användningen av trämjöl ökar vid kärntillverkning. Medlet tillsätts för att motverka sprickgrader speciellt vid de två metoderna Cold box och Epoxi-SO₂.

För kärnmassor är också trämjölet ofta hartsbehandlat. Detta görs för att inte behöva öka bindemedelstillsatsen vid sandblandningen.

Titandioxid

Titandioxid kan användas som tillsats till kärnsand. Man utnyttjar då att titandioxiden beter sig annorlunda vid en temperatur på 550ºC (då kvartsen expanderar). Man kan därför erhålla en termiskt mer stabil kärnmassa vilket minskar risken för sprickgrader.

Järnoxid

Röd järnoxid ( Fe₂O₃) används för att motverka sprickgrader hos kärnor och då speciellt för de metoderna Cold Box och Epoxi-SO₂.

Järnoxid används också för att eventuellt ta bort stickblåsor i det färdiga godset

Glödskal

Glödskal används ibland vid skalsandstillverkning detta för att det binder syre som annars skulle ge en exotermisk reaktion med skalformningshartset.

Utveckling av tillsatsmaterial

Det börjar i högre grad att tas fram tillsatsmedel som i som tillsättes i sandblandningen då detta sägs minska problemen med sprickgrader, penetration, fastbränna, stickblåsor, glanskolsdefekter, samt sugningar genom bättre kylning. Vidare sägs tillsatsmedlen också minska behovet av bindemedel vilket i sin tur leder till minskade emissioner och bättre arbetsmiljö.

I vissa fall kan tillsatsmedel även ta bort behovet av blackning.