Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ ., РЕСПУБЛИН (19) (11) з(дц В 22 С 1/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ снижения ее ения загрязпромышленными в качестве следующими

1,1-3,1

0,1-0,4

1,2-2,7

3,0-5,5 нии ингреди0,6-46,8

С::

50,0-98,0

1,0-2,0

0,4-1,2

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3449541/22-02 (22) 08. 06. 82 (46 ) 2 3. 08. 83 ° Бюл. N 31 (72) В. А. Сафронов, А. А. Шпектор, В. Н. Скорняков, А. В. Торовин, В. В. Сильвестров, Ю.Д. Домбровский;

В. И. Шейкин и С. П. Танаев (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного производства (53.) 621,742.4 (088.8) (56) 1. Платонов А.П. и др. Применение холоднотвердеющих смесей для изготовления стержней в серийном и индивидуальном производстве чугунных отливок.-"Литейное производство", 1977 If 2, с. 16-20.

2. Сафронов и др. Механическая регенерация холоднотвердеющих смесей.-"Литейное производство", 1977, N 11, с. 27-28. (54) (57) ХОЛОДНОТBEРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖ»«

НЕЙ, включающая кварцевый песок,. регенерат из собственного возврата, связующее с содержанием карбамидо-формальдегидного олигомера и ортофосфорную кислоту, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения термостойкости смеси, себестоимости и уменьш нения окружающей среды отходами, она содержит регенерата материал со показателями, мас.ь

Остаточное содер- . жание РО - групп

Остаточное валовое содержание азота

Потери при прокаливании

Показатель водородных ионов, рН при следующем соотноше ентов:

Кварцевый песок

Регенерат с упомянутыми показателями

Связующее с содержанием карбамидоформальдегидного олигомера

Ортофосфорная кислота

36429

1,2 "2,7 валовое

2,8

50,0-98,0

Связующее с содержанием карбамидо1 10

Изобретение относится к литейному производству и предназначено для изготовления форм и стержней из холоднотвердеющих смесей на синтетических смолах в условиях индивидуального серийного и массового производства отливок иэ чугуна, стали и цветных сплавов, Известна холоднотвердеющая смесь (ХТС) для изготовления литейных стерж ней, содержащая кварцевый песок, карбамидо-фурановую смолу. марки БС-40 и ортофосфорную кислоту плотностью

1,56 — 1,57 г/см5 Г1)

Однако при использовании этой смеси для изготовления форм расход свежего кварцевого песка достигает 6 т на 1 т годного литья, что приводит к существенному возрастанию себестоимости последнего.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ХТС, содержащая огнеупорный наполнитель в виде кварцевого песка и регенерата иэ о собст венного возврата, связующее с содержанием карбамидо-формальдегидного олигомера и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении ингредиентов, мас.4:

Кварцевый песок 47,7

Регенерат 47,7

Связующее с содержанием кврбамидоформальдегидного олигомера (связующее

УГТС1 3,8

Ортофосфорная кислота 0,69-0,85

Регенерат, используемый в составе данной ХТС, характеризуется следующи ми показателями, мас.Ф:

Остаточное содержание

P0t, †гру 1,0

Остаточное содержание азота 0 5

Потери при прокаливании

Показатель водородных ионов, рН 6,0

В качестве связующего с содержанием карбамидо-формальдегидного олигомера используется связующее

УГТС включающее карбамидную смолу например, УКС или Кф-Ж ), модифици рованную смолой переработки слайцев

Гтф 52l.

При использовании в литейном про.изводстве данной ХТС расход свежего .песка остаетея значительным и составляет 3 т на 1 т годного литья.

Высокое содержание связующего в смеси и большой расход свежего песка увеличивают себестоимость ХТС, а неполное использование регенерата является причиной загрязнения окружающей среды промышленными отходами.

Кроме того, данная ХТС характеризуется также низкой прочностью при высоких температурах (термостойкостью)

/ что приводит к снижению качества чугунных отливок.

Целью изобретения является повышение термостой кости смеси, снижение ее себестоимости и уменьшение загрязнения окружающей среды промышленными отходами.

Для достижения поставленной цели холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, включающая кварцевый песок, регенерат из собственного возврата, связующее с содержанием карбамидо-формальдегидного олигомера и ортофосфорную кислоту, содержит в качестве регенерата материал со следующими покаэате35 лями, мас.4:

Остаточное содержание

РО -групп 1,1-3,1

Остаточное валовое содержание азота 0,1 "0,4

Потери при прокаливании

45 Показатель водородных ионов, рН 3,0-5,5 при следующем соотношении ингредиентов:

50 Кварце выи песок 0,6-46,8

Регенерат с упомянутыми показателями

10364 формальдегидного олигамера 1, 0-2,0

Ортофосфорная кислота О, 4-1,2

В качестве связующего с содержа5 нием карбамидо-формальдегидного олигомера целесообразно использование карбамидо-фурановых связующих БС-40 (ТУ-6-05-1750-77), БС-70 (ВТУ 32-70) или БС-20 (временные ТУ завода "Карболит" ).

В составе смеси используется ортофосфорная кислота по ГОСТ 10678-63 . с плотностью 1,56-1,70 г/см

Приготовление смеси осуществляется по .технологии, принятой для холоднотвердеющих смесей.

Термостойкость смеси (прочность при высоких температурах) обусловлена качеством регенерата, в частности содержанием в нем РО -групп. Известно, что Н РО4 при нагревании конденсируется до пирофосфорной кислоты (2Н Р04. НаР От+ Н О) и далее до полимеризованной метафосфорной кислоты (НРО )„, где и равно от

2 до 6. Полимеризованная метафосфорная кислота представляет собой густую вязкую массу, термостойкую до

900 С.

Однако основное влияние на повышение термостойкости оказывают продукты термодеструкции системы смолакатализатор, т.е. коксы. Установлено, что если при комнатной температуре прочностные свойства смесей определяются силой адгезии связующего к кварцу, то при работе в условиях высокотемпературного нагрева на прочность смеси существенное влияние начинает оказывать величина силы когезии кок40 са. Прочность коксов увеличивается при увеличении остаточного содержания в регенерате РО4-групп.

На состав и свойства регенератов большое влияние оказывает число обо45 ротных циклов. В процессе нарастания циклов оборота в регенерированном песке происходит накопление P04 -rpynn, Этот процесс зависит от расхода в

ХТС ортопосфорной кислоты, от количества РО -групп, удаляемых при механической регенерации, а также от количества регенерированного песка, вводимого в смесь.

Оптимальное содержание в регенера-:55 те РО4 -групп составляет 1,1-3,1 мас ° .

Использование регенерата с меньшим содержанием РО -групп приводит к

29 4 уменьшению прочности смеси при высоких температурах, которая становится недостаточной для сопротивления давление жидкого металла, при этом наблюдается проникновение металла в форму и образование механического пригара на отливке.

Использование регенерата с большим содержанием РО -.групп повышает термостойкость смеси, однако смесь в холодном состоянии имеет повышенную хрупкост, что ведет к образованию брака. по засорам.

Оптимальная величина остаточного валового содержания азота в регенерате составляет 0,1-0,4 мас.Ж, а содержание потерь при прокаливании

1,2-2,7 мас.4. Увеличение остаточного валового содержания азота более

0,43 и содержания потерь при пр каливании более 2,73 приводит к браку литья по водородно-азотной пористости, которая обнаруживается в виде округлых или вытянутых раковин размером до 2-3 мм в поверхностном слое отливки.

Уменьшение в регенерате остаточного валового азота и величины потерь при прокаливании практически устраняет брак литья по водородно-азотной пористости. Получить в регенерате остаточное валовое содержание азота менее 0,13 и величины потерь при прокаливании менее 1,23 не представляется возможным на выпускаемых отечественной промышленностью связующих с содержанием карбамидо-формальдегидного олигомера до 103.

Показатель водородных ионов в регенерате непосредственно связан с количеством катализатора, которое необходимо ввести в смесь для ее отверждения. Оптимальный показатель водородных ионов в pего.нерате составляет 3,0-5,5 ед. Повышение в регенерате показателя водородных ионов более 5,5 ед. влечет эа собой увел:iчение количества ортофосфорной кислоты, так как часть ее расходуется на нейтрализацию, что экономически нецелесообразно. Уменьшение в регенерате окгзателя водородных ионов резко увеличивает скорость нарастания прочности смеси на начальных стадиях отверждения,что приводит к разупрочнению форм и стержней в отвер. жденном состоянии из-эа перенапряженной структуры смеси.

1036429

Наименов ингредие

Кварцевый песок

"7,7

0,6

46,8

27 2

47 7

80

50

Регенерат

Связующее с содержанием карбамидо-.формальдегидного олиго мера: смола БС-20 смола БС-40 смола БС-70

2,0

1,0

1,2

3,8 композиция УГТС ортофосфорная кислота

1,2

0,4

0,8

1,0

0,5

Указанные показатели регенерата в стабилизированном состоянии (при многократном его использовании) обусловлены era количеством, вводимым в состав формовочных и стержневых смесей, а также содержанием связующего и катализатора. Оптимальные показатели регенерата соответствуют содержанию его в приготовленной смеси в количестве 50.-98 мас.3, при >0 .этом содержание связующего равно

1-23, а ортофосфорной кислоты

0,4- 1,2ã.. Уменьшение содержания регенерата в составе смеси приводит к ухудшению показателя ее термостой-- 15 кости, что отрицательно сказывается на качестве отливок, а также к увеличению ее себестоимости в связи с возрастанием расхода свежего кварцевого песка. ° 20

Следует отметить, что использование регенерата в количестве большем, чем в известной смеси, и при таком же, как в известной смеси, содержании связующего также приводит к по- 25 вышению термостойкости смеси, однако из-эа увеличения содержания величины потерь при прокаливании и валового азота сверх обусловленных значений увеличивается брак литья по газовым- 30 раковинам.

Составы ХТС предлагаемой 1 - 4„а также известной 5 приведены в талб.1.

Свойства регенерата, использованного в составах ХТС предлагаемой

1 - 4 и известной 5 приведены в табл. табл.2.

Термостойкость 1(ТС 1 — 5 и их влияние на качество отливок показаны в табл, 3.

Исйользование предлагаемой XTC для изготовления форм и стержней. обеспечивает по сравнению с известной следующие преимущества: увеличение прочности смеси (термостойкости) при высоких температурах, уменьшение брака литья по механическому пригару, а также газовым раковинам и засорам, возможность использования регенерата в смесях в количестве до 983» сокращение объема использования свежего кварцевого песка (в среднем на 254), сокращение затрат на добычу, транспортирование и сушку свежего кварцевого песка; сокращение затрат на транспортирование отработанной смеси в отвалы, уменьшение загрязнения окружающей среды промышленными отходами (за счет сокращения удаления отработанной смеси в отвалы).

Расчет экономической эффективности от внедрения предлагаемой смеси показал, что полученная экономия составит 12,8 руб на 1 т годных отливок, Т а б л и ц а 1

1036429

Таблиц а 2

С войст ва регенерата

2,4

l,0

3,!

2.9

0,40

0,10

0,50

0,15

0 35

2,8

1,2

2,5

1,7

3,6

6,0

3,0

5,5

Т а б л и ц а 3

Свойства

ХТС

8,6

8,7

8,2

10,4

12,6

700 С

",3

4,5

7,6

5,3

900 С

2,1

2 3

2,2

Годная Пораженность меГодная Годная

Годная ханическим пригаром

ВНИИПИ Заказ 5894/9 Тираж 813 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Остаточное содержание PO -групп, мас .4

Остаточное валовое содержание азота, мас, Ф е

Потери при прокаливании, мас. 4

Показатель концентрации водородных ионов, рН

Термостойкость по прочности на сжатие, кгс/см, при: и

500 С

Оценка качества отливок из чугуна

Показатели свойств для регенерата, используемого в составе смесей предлагаемой 1-4 и известной 5

Показатели свойств для смесей