Связующее теплового отверждения для изготовления литейных стержней и форм

 

1. Связующее теплового отверждения для изготовления литейных стержней и форм, включающее материал на основе водорастворимых лигносульфонатов и модифицирующую добавку с содержанием моноэтаноламина, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества стержней и форм за счет повышения их прочности в отвержденном состоянии, снижения себестоимости и улучшения санитарно-гигиенических условий труда за счет сокращения расхода связующего в составах стержневых и формовочных смесей, связующее содержит в качестве упомянутой модифицирующей добавки кубовый остаток от регенерации моноэтаноламина - адсорбента углекислого газа из топочных газов - при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Материал на основе водорастворимых лигносульфонатов - 80 - 95 Кубовый остаток от регенерации моноэтаноламина - адсорбента углекислого газа из топочных газов - 5 - 20 2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что упомянутый кубовый остаток имеет следующий состав, мас.%: Моноэтаноламин - 4 - 6 Гидроокись натрия - 8 - 11 Комплексы железа хелатного типа - 0,03 - 0,15 Побочные продукты превращения моноэтаноламина, содержащие аминные и амидные группы - 7 - 14 Вода - 5 - 10 Осмоленные продукты, содержащие полиаминные и полиамидные группы - Остальное

Изобретение относится к литейному производству, в частности к связующим материалам на основе водорастворимых лигносульфонатов, применяемым для изготовления литейных стержней и форм, отверждаемых тепловой обработкой конвективным способом. Известно связующее для изготовления литейных стержней и форм, содержащее материал на основе лигносульфонатов и модификатор мочевину. При использовании этого связующего наблюдается высокая адгезия смеси к оснастке, повышенная гигроскопичность литейных стержней и форм. Известна также активация лигносульфонатов формамидом. Его применение приводит к весьма высокой степени упрочнения стержней и форм, однако дефицитность и высокая стоимость формамида делают использование известного связующего затруднительным. Кроме индивидуальных химических веществ, в качестве модификаторов лигносульфонатов нашли применение побочные продукты различных производств, например кубовые остатки от производства этилцеллозольва и этилкарбитола, γ-бутиролактона, поливинилпирролидона и ректификации метилпирролидона. Смеси на основе этих связующих обладают высокими прочностными характеристиками после конвективной сушки. Однако количество подобных связующих ограничено в связи с ограниченностью промышленного выхода упомянутых кубовых остатков. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является связующее теплового отверждения для изготовления литейных стержней и форм, содержащее, мас. Материал на основе
водорастворимых
лигносульфонатов
(в пересчете на сухое
вещество), например
сульфитно-дрожже-
вая бражка (СДБ) 60-99,8
Моноэтаноламин 0,2-40
В известном техническом решении в качестве модификатора технических лигносульфонатов использован моноэтаноламин (МЭА), представляющий собой бесцветную маслянистую жидкость со слабым аммиачным запахом. Связующее сульфитно-дрожжевая бражка МЭА сообщает стержням и формам недостаточно высокие прочностные свойства. Кроме того, использование МЭА в качестве модификатора СДБ предполагает повышенное содержание связующего (7-9% ) в составе смеси, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда. Недостатком известного связующего является также ограниченная доступность МЭА и его сравнительно высокая стоимость. Целью изобретения является улучшение качества стержней и форм за счет повышения их прочности в отвержденном состоянии, снижение себестоимости смеси и улучшение санитарно-гигиенических условий труда за счет сокращения расхода связующего в составах стержневых и формовочных смесей. Поставленная цель достигается тем, что связующее теплового отверждения для изготовления литейных стержней и форм, включающее материал на основе водорастворимых лигносульфонатов и модифицирующую добавку с содержанием моноэтаноламина, в качестве последней содержит кубовый остаток от регенерации моноэтаноламина адсорбента углекислого газа из топочных газов при следующем соотношении ингредиентов, мас. Материал на основе
водорастворимых
лигносульфонатов 80-95
Кубовый остаток
от регенерации
моноэтаноламина
абсорбента угле-
кислого газа из то-
почных газов 5-20
Упомянутый кубовый остаток от регенерации моноэтаноламина имеет следующий состав, мас. Моноэтаноламин 4-6
Гидроокись натрия 8-11
Комплексы железа
хелатного типа 0,03-0,15
Побочные продукты
превращения МЭА,
содержащие аминные
и амидные группы 7-14
Вода 5-10
Осмоленные продук-
ты, содержащие по-
лиаминные и поли-
амидные группы Осталь-
ное
Кубовый остаток от регенерации моноэтаноламина (КО МЭА) представляет собой вязкую жидкость темно-коричневого цвета с плотностью (при 20^оС) 1,27-1,29 г/см³, условной вязкостью (по ВЗ-4 при 20^оС) 960-987 с; с водой смешивается неограниченно. Указанные кубовые остатки образуются в результате регенерации растворов МЭА после адсорбции двуокиси углерода из топочных газов. Суммарную схему поглощения СО₂ водными растворами МЭА можно представить следующими уравнениями химических реакций:
CO₂+2 OHCH₂CH₂NH₂+H₂O (OHCH₂CH₂NH₃)₂CO₃
CO₂+(OHCH₂CH₂NH₃)₂CO₃+H₂O 2 OHCH₂CH₂NH₃HCO₃
Кроме основных реакций, приведенных выше, протекает ряд подобных реакций с образованием оксазолидона-2 и 1-(2-оксиэтил)имидазолидона-2. Последнее соединение в условиях регенерации МЭА подвергается гидролизу с образованием N-(2-оксиэтил)этилендиамина. Все эти побочные продукты превращения МЭА до настоящего времени не регенерировались. Причиной, приводящей к потерям МЭА, является также его окисление кислородом топочных газов с образованием осмоленных продуктов. Источником примесей, накапливающихся в растворе МЭА и обуславливающих его потери, может быть образование комплексов железа хелатного типа. Регенерация МЭА осуществляется в вакууме с добавкой щелочи. Роль щелочи заключается не только в регенерации связанного амина, но и в снижении кислотности раствора. Регенерируемый МЭА возвращается в технологический цикл, а кубовый остаток удаляется промывкой водой в приемник и направляется на сжигание. Примером материала на основе водорастворимого лигносульфоната служит сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ). Связующее по изобретению готовят путем совмещения и тщательного перемешивания указанных материалов в течение 3-5 мин до получения однородной жидкости. Ввиду различия в показателях концентрации водородных ионов у КО МЭА (рН 10,0-12,5) и СДБ (рН 3,5-4,0) при введении первого во второе наблюдается загустевание композиции, однако при последующем перемешивании загустевшей массы она теряет высокую вязкость, переходя в жидкое состояние. Оптимальное содержание модификатора КО МЭА находится в диапазоне 5-20 мас. При содержании кубового остатка от регенерации МЭА в составе связующего ниже 5% и выше 20% прочность стержней и форм уменьшается. В табл. 1 приведены составы связующих 1-3 по изобретению и 4, согласно прототипу. П р и м е р. Для приготовления связующего по изобретению использовали жидкий концентрат сульфитно-дрожжевой бражки с натриевым основанием Камского ЦБК (содержание сухих веществ 54,0% плотность 1,237 г/см³ и вязкость по ВЗ-4 при 20^оС свыше 3200 с); кубовый остаток от регенерации МЭА Новочеркасского завода синтетических продуктов (плотность 1,28 г/см³ при 20^оС, вязкость 980 с по ВЗ-4 при 20^оС следующего химического состава, мас. моноэтаноламин 4, гидроокись натрия 9, соединения железа 0,11, побочные продукты превращения МЭА 13, осмоленные продукты 70, вода остальное. Стержневые смеси на основе кварцевого песка марки 1КО2А готовили в лабораторных бегунах мод. LM-1. Состав смеси со связующим согласно изобретению содержал 95 мас. кварцевого песка и 5 мас. связующего. Состав смеси согласно описанию прототипа: 93 мас. кварцевого песка и 7 мас. связующего с содержанием 64,26 мас. СДБ в пересчете на сухое вещество. В течение 1 мин перемешивали кварцевый песок, затем вводили связующее и продолжали перемешивание смеси в течение 4 мин. Физико-механические свойства смесей со связующими 1-4 приведены в табл. 2. Из представленных в табл. 2 данных следует, что свойства смесей со связующим СДБ-КО МЭА (по изобретению) превосходят свойства смеси, обеспечиваемые при использовании связующего СДБ-МЭА согласно прототипу. Наилучшие показатели получены при использовании связующего, содержащего 85 мас. СДБ и 15 мас. КО от регенерации моноэтаноламина. Это связующее в отличие от прототипа позволяет увеличить прочность стержней и форм после их тепловой обработки в течение 5-20 мин в 1,5-2,5 раза. Использование в качестве модификатора СДБ кубовых остатков регенерации МЭА позволит снизить содержание связующего в составе смеси с 7 до 5 мас. Отсюда следует, что смеси с описываемым связующим СДБ КО СЭА обладают улучшенными санитарно-гигиеническими свойствами. Для изготовления стержней ручной формовкой с последующей тепловой обработкой в конвейерных сушилках сравниваемые смеси содержали 93 мас. кварцевого песка, 3 мас. бентонита М1/IT₂, 7 мас. связующего (N 2 по изобретению и N 4, согласно прототипу). Результаты испытаний смесей приведены в табл. 3. Как видно из данных табл. 3, прочность сравниваемых смесей выше у описываемого технического решения. Уровень осыпаемости стержней после 5 мин сушки повышается по сравнению с известным техническим решением, но остается достаточным, чтобы удовлетворять требованиям литейного производства. Таким образом, связующее СДБ-КО МЭА может быть использовано для изготовления стержней и форм ручной и машинной формовкой с последующей тепловой сушкой в сушильных агрегатах. Использование связующего по изобретению в сравнении с известным обеспечивает следующие технико-экономическое преимущества:
улучшение санитарно-гигиенических условий труда за счет снижения содержания связующего в составе смеси 7-5 мас. повышение прочности стержней и форм после их тепловой обработки в течение 5-20 мин в 1,5-2,5 раза;
снижение себестоимости смеси за счет использования в качестве модификатора СДБ кубовых остатков от регенерации моноэтаноламина.

Формула изобретения

1. Связующее теплового отверждения для изготовления литейных стержней и форм, включающее материал на основе водорастворимых лигносульфонатов и модифицирующую добавку с содержанием моноэтаноламина, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества стержней и форм за счет повышения их прочности в отвержденном состоянии, снижения себестоимости и улучшения санитарно-гигиенических условий труда за счет сокращения расхода связующего в составах стержневых и формовочных смесей, связующее содержит в качестве упомянутой модифицирующей добавки кубовый остаток от регенерации моноэтаноламина адсорбента углекислого газа из топочных газов при следующем соотношении ингредиентов, мас. Материал на основе водорастворимых лигносульфонатов 80 95
Кубовый остаток от регенерации моноэтаноламина адсорбента углекислого газа из топочных газов 5 20
2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что упомянутый кубовый остаток имеет следующий состав, мас. Моноэтаноламин 4 6
Гидроокись натрия 8 11
Комплексы железа хелатного типа 0,03 0,15
Побочные продукты превращения моноэтаноламина, содержащие аминные и амидные группы 7 14
Вода 5 10
Осмоленные продукты, содержащие полиаминные и полиамидные группы Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3