Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней

 

1. ХОЛОДНОТВЕРДЕЮВ1АЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, включающая огнеупорный наполнитель .на основе кремнезема, материал на основе оксидов железа и фосфорно-кислое соединение, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества форм и стержней путем увеличения их пластичности; смесь содержит в качестве материала на основе оксидов железа пылевидный отход электростапеплавильного производства с содержанием оксидов щелочно-земельных металлов, а в качестве фосфорно-кислого соединения - магнийалюмофосфатное соединение в виде водного раствора фосфатов магния и алюминия с концентрацией по сухому веществу 49,5-56,5 мас.% при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Указанный отход электросталеплавильного 1,65-6,50 производства Указанное магнийалюмофосфатное 2,0-8,0 соединение Огнеупорный наполнитель на Остальное основе кремнезема 2. Смесь по п. 1, отличаю (О щ а я с я тем, что указанный отход электростапеплавильного производства имеет .следующий состав, мас.%: 10-15 Оксид магния 4-6 Оксид кальция 11-t3 Оксид алюминия Диоксид сл 8-10 кремния О) 0,5-2,0 Углерод 00 Оксид же6-15 леза II о Оксид жеел леза 111 Остальное 3. Смесь по п. 1, отличая щ а я с я тем, что указанное магнийалюмофосфаткое соединение имеет следующий состав, мас.Х: Фосфорный ангидрид 40,0-45,0 Оксид магния5,5-6,0 Оксид алюминия 4,0-5,5 ВодаОстальное

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) В 22 С 1 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ %

>е

Н- АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2,0-8,0

6-1S

4,0-5, 5

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

I (21) 3674560/22-02 (22) 20.12.83 (46) 23.05.85. Бюп. М 19 (72) И.Е. Илларионов, Г.П. Королев, Н.А. Охотникова, Г.В.Зевалкина, А.М. Скребцов, Н.Л. Емельяненко, А.Г. Смоляков, Л.И. Куданкин, И.В. Запольский и А.А. Евлампиев (71) Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова (53) 621.742.4(088,8) (56) 1. Жуковский С. С.,Лясс А,М, Формы и стержни из холсднотвердеющих смесей. М., "Машиностроение", 1978, с. 16, 157.

2. Авторское свидетельство СССР

У 850254, кл . В 22 С 1/18, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

У 865476, кл. В 22 С 1/00, С 04 В 29/02, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР

У 1002080, кл. В 22 С 1/18, С 04 В 35/00, 1981 (54) (57) 1. ХОЛОДНОТВЕРДЕНМЦАЯ СМЕСЬ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И

СТЕРЖНЕЙ, включающая огнеупорный наполнитель .на основе кремнезема, материал на основе оксидов железа и фосфорно-кислое соединение, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения качества форм и стержней путем увеличения их пластичности смесь содержит в качестве материала на основе оксидов железа пылевидный отход злектросталеплавильного производства с содержанием оксидов щелочно-земельных металлов, а в качестве фосфорно-кислого соединения — магнийалюмофосфатное соединение в виде водного раствора фосфатов магния

„„Я0„„1156805 и алюминия с концентрацией по сухоМу веществу 49,5-56,5 мас.Х при следующем соотношении ингредиентов, мас.7:

Указанный отход электросталеплавильного производства 1,6S-6,50

Указанное магнийалюмофосфатное соединение

Огнеупорный наполнитель на основе кремнезема Остальное

2. Смесь по п. 1, отличающ а я с я тем, что указанный отход электросталеплавильного производства имеет, следующий состав, мас.X:

Оксид магния 10-15

Оксид кальция 4-6

Оксид алюминия 11-13

Диоксид кремния 8-10

Углерод 0,5-2,0

Оксид железа TI

Оксид железа Т11 Остальное

3. Смесь по п. 1, о т л и ч а шщ а я с я тем, что указанное магнийалюмофосфатное соединение имеет следующий состав, мас.Х:

Фосфорный ангидрид 40,0-45,0

Оксид магния 5 5-6,0

Оксид алюминия

Вода

1156

2,0-8, О

4-6

8-10

0,5-2,0

Остальное

Изобретение относится к литейному производству, а именно к холоднотвердеющим смесям для изготовления литейных стержней и форм.

Недостатком смесей с фосфатными связующими является хрупкость ко торая существенно влияет на качество стержней сложной конфигурации, так как при извлечении иэ стержневого .ящика происходит образование IO трещин, отколов и других дефектов, связанных с недостаточной пластичностью, свойственной смесям на смоляных связующих материалах (1).

Известна самотвердеющая смесь для 1S изготовления литейных стержней и форм, содержащая материал на основе окислов металла с валентностью 2 (например, на основе окиси магния), концентрированную ортофосфорную кис- 20 лоту, сульфитно-дрожжевую бражку, глицерин и огнеупорный наполнитель f2) .

Данный состав позволяет получать смеси с живучестью 8-12 мин, низкой осыпаемостью, прочностью на завершающей стадии отверждения 5-12 кгс/см на растяжение. Однако недостаточная прочность стержней на начальной стадии отверждения и повышенная хрупкость не исключают воэможности обра- З эования трещин в стержнях и формах и ухудшения их эксплуатационных свойств.

Известна также смесь для изготовления литейных Форм H стержней, со 35 держащая связующее (50Х ортофосфорной кислоты и 50Х металлургической пыли-отхода производства при выплавке стали в электродуговых печах) и кварцевый песок.

Данная смесь обладает живучестью

7-15 мин, газонроницаемостью 100500 ед. и прочностью на сжатие через 24 ч 18-35 кгс/см 31

Однако недостаточная прочность смеси в начальной стадии отвержде" ния, высокая осыпаемость и хрупкость не позволяют получить высококачественные стержни.

Наиболее близкой к иэобретению по технической сущности и достигаемому результату является самотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая, мас.Х: трифолин (содержащий Ре О

62-75X, FeO 25-38X) 4,5-12,0, ортофосфорную кислоту 3,5-10,0„огнеупорный наполнитель на основе кремнезема

805 2 остальное. Для известной смеси характерна необходимая живучесть, прочность на сжатие и на изгиб (4) .

Однако известная смесь обладает малой деформацией при изгибе на начальных этапах отверждения, что может привести к образованию трещин при извлечении сложных стержней из стержневого ящика.

Целью изобретения является повышение качества форм н стержней путем увеличения их пластичности.

Поставленная цель достигается тем, что холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, включающая огнеупорный наполнитель на основе кремнезема, материал на основе оксидов железа и фосфорно-кислое соединение, в качестве материала на основе оксидов железа содержит пылевидный отход электросталеплавильного производства с содержанием оксидов щелочно-земельных металлов, а в качестве фосфорно-кислого соединения — магнийалюмофосфатное соединение в виде водного раствора фосфатов магния и алюминия с концентрацией по сухому веществу 49,5-56,> мас.Х при следующем соотношении ингредиентов, мас.Х:

Укаэанный отход электросталеплавильного производства 1,65-6,50

Указанное магнийалюмофосфатное соединение

Огнеупорный наполнитель на основе кремнезема Остальное

Отход электросталеплавильного производства имеет следующий химический состав, мас.Х:

Оксид магния 10-15

Окснд кальция

Оксид алюминия 11-13

Диоксид кремния

Углерод

Оксид железа,31

6-15

Окснд железа 111

1156

5,5-6,0

1О

Оптимальное массовое соотношение между магнийалюмофосфатным соедине,нием.и отходом электросталеплавильМагнийалюмофосфатное соединение .представляет собой водный раствор фосфатов алюминия и магния и имеет следующий химический состав, мас.Х:

Фосфорный 5 ангидрид 40,0-45,0

Оксид магния

Оксид алюминия. 4,0-5,5

Вода Остальное

Отход электросталеплавильного производства образуется при выплавке стали в электродуговых печах, улавливается воздушными фильтрами в виде 15 пыли и выбрасывается в отвал (примерно 2,5-3,0 тыс. т при выплавке

100 тыс. т стали в год), представляет собой мелкодисперсную пыль (удельная поверхность 2500-3500 см /r 20 по прибору ПСХ-4) с влажностью 2-57.

Основным отличием отхода электросталеплавильного производства является то, что он содержит 14-23Х оксидов щелочноземельных металлов 25 (10-157 оксида магния и 4-67 оксида кальция).

Наличие оксидов кальция и магния приводит к увеличению скорости отверждения, что позволяет добиться высоких прочностных показателей.в начальной стадии отверждения и сократить время выдержки стержней и форм в оснастке.

Отличительной особенностью взаимодействия магнийалюмофосфатного соединения с окислами металлов, / входящих в состав отхода электросталеплавильного производства, по сравнению с ортофосфорной кислотой . 4б является то, что кислота взаимодействует интенсивнее магнийалюмофосфатного связующего и черезмерная скорость реакции мешает нормальному структурообраэованию. В результате укаэанного взаимодействия магнийалюмофосфатное соединение образует аморфные фазы в отличие от фосфорной кислоты, способствующей образованию кристаллических структур, обладающих 5О хрупкостью. Магнийалюмофосфатное соединение, относящееся к классу неорганических полимеров, способно давать структуры с повышенной пластичностью. 55

805 4 ного производства (1, 1-1,3): 1. Использование отношения 1: 1 приводит к уменьшению пластичности и живучести смеси, соотношение 115:1 приводит к росту живучести смеси и ухудшению прочности на начальной стадии отверждения.

Увеличение содержания магнийалюмофосфатного соединения и отхода электросталеплавильного производства в смеси выше верхнего предела приводит к удорожанию смеси, а уменьшение нх свыше нижнего предела нельзя рекомендовать из-за ухудшения физико-механических свойств, форм и стержней.

В качестве огнеупорного наполнителя можно использовать наряду с кварцевым песком дистенсиллиманит, циркон и т.п.

Применение фосфатного соединения с содержанием фосфорного ангидрида, оксида магния и оксида алюминия большим, чем предложено, затруднено иэ-за высокой вязкости раствора (более

250 с по В3-4 при 20 С), а меньшее содержание компонентов не дает необходимого эффекта отверждения при взаимодействии с отходом электросталеплавильного производства.

Пример. Магнийалюмофосфатное соединение синтезируют следующим образом. В трехгорлую круглодонную колбу емкостью 1 л, снабженную масляной баней, мешалкой, обратным холодильником и термометром, загружают 375 r 837-ной ортофосфорной кислоты и при перемешивании дозируют

30 r оксида магния. 3а счет экэотермического эффекта реакции температура реакционной массы поднимаетО ся до 100-110 С. После дозировки оксида магния реакционную массу кипятят до полного растворения осадка. Затем прекращает нагрев и дозируют 32 г гидрата окиси алюминия.

После этого массу кипятят в течение

1-15 ч при 120-130 С. Охлаждают реакционную массу до 70-80 С и добавляют воду (63 г) до постоянного веса реакционной массы 500 г. Продукт представляет собой магнийалюмофосфатное соединение с содержаййем фосфорного ангидрида 45,0Х, оксида магния 6,0Х, оксида алюминия 4,02 воды 45,0К. вязкость по ВЗ-4 при о

20 С 190-200 с, показатель водородных ионов рН 0,5-0,8, плотность

5 11568

1,65-1,68 r/ñì . Аналогичним способом, используя 335 г 80Х-ной ортофосфорной кислоты, 28 r оксида магния и 42 г гидрвта окиси алюминия готовят магнийалюиофосфвтное соедине- 5 ние с содержанием, мвс.X:Ôîñôîðíîãî ангидрида 40,0, оксида магния 5,5, оксида алюминия 5,5, воды 49,0, вязкость по ВЗ-4 при 20 С 160-170$ показатель водородных ионов рН 1©

0,6-0,9, плотность 1,68-1,70 г/см .

В табл. 1 приведены составы полученных ивгнийалюиофосфатных соединений использованных для приготовления формовочных и стержневых смесей. 15

Смеси готовят следующим образом.

В песок вводят необходимое количество отходов электросталеплавнльного производства и перемешиваФг. в бегунах в течение 2,0-2,5 мин. 26

Затеи добавляют иагнийвлюиофосфат- . ное соединение и перемешивают 1,01,5 мии, после чего из полученной смеси вручную или виброуплотнейием набиваются стандартные образцы для М

Таблица 1 одержание ингредиентов в составах, мас.X

Ингредиент

96 ° 35 94,7 93,5 85,5 96,35

20 30 35 80

2,0

1 65 2ю3 Зэ0 6е5 1 ° 65

Ортофосфоряая кислота

Трифолин

Кварцевый песок 1К03158

Магнийалюмофосфатное соеди" некие (содержание, мас.X: фосфорного ангидрида 45,0 оксида магния 6,0, оксида алюминия 4,0, воды 45,0

Иагнийвлюмофосфвтное соединение (содержание, мас.Xt фосфорного ангидрида 40,0, оксида магния 4,5, оксида алюминия 5,5, воды 49,0) Отход электросталеплавильного производства испытаний прочности на растяжение, проч ности и деформации при изгибе.

Физико-механические показатели приведены в табл., 2.

Из приведенных данных следует, что предлагаемая смесь имеет высокие прочности, необходимые живучесть и газопроницаемость и низкую осыпаеиость

Деформация при изгибе составляет в начальный период (через 0,5 ч)

0,80-1,25 мм и (через 1 ч) 0,300,45 мм, что позволяет без трещин и др. дефектов получать стержни сложной конфигурации, в известной смеси деформация при изгибе существенно ниже — 0,19 мм через 0,5 ч и 0,16 ии через 1 ч. Это свидетельствует о снижении хрупкости и повышении пластичности фори и стержней из предлагаемой смеси, что облегчает изготовление из нее стержней и формсложной конфигурации, без поломок и трещниообразования, т.е. способствует повышению их качества.

I I 56805

Продолжение табл. 1.т

Содержание ингредиентов в составах, мас.Х

Ингредиент.

Известный

87,0

8S,5 93,0 94,5

93,7.3,5 3,5

8,0

3,5

3,5 2,0

6,5

2,8

Ортофосфорная кислота

6,0

Трифолик

790

Таблица 2

J I

Физико-механические свойства смесей

Свойства

2 3 4

Прочность на изгиб, кгс/см2, через

0,5 ч

0,5

0,8

1,3

3,7

0,5

2,3

1 ч

0,9

1,2

6,6

4 ч

3,3

3,1

6,4

5,5

9,5

3,4

5,9

24 ч

3,5

6,8

10,0

0,80

1925

1,25

1,10

0,85

0,45

0,40

0,30

0,35

0,32

1 ч

Кварцевый песок 1КО315В

Магннйалюмофосфатное соединение (содержание, мас.Х: фосфорного ангидрида 45,0, оксида магния 6,0, оксида алюминия 4,0, воды 45,0

Магнийалюмофосфатное сое-: динение (содержание, масЛ: фосфорного ангидрида 40,0, оксида магния 4,5, оксида алюминия 5,5, воды 49,0) Отход электросталеплавилького производства

Деформация при изгибе, мм, через

0,5 ч l

Продолжение табл. 2 9

1156805

Свойства

0,6

4,8

0,8

0,6

1,2

8,8

2,4

1,5

1,0

4 ч

8,9 14,3

6,2

8,2

4,8

11,5

6,0

15,0

13,6

6,5

24 ч

10

163

163

156

183

0,01

0,10

0 05

0,05

0,10

Продолжение табл. 2.

Свойства

Известная

Прочность на изгиб, кгс/см, через

0,5 ч

2 3

2,0

3 5 0,4

1 ч

6,8

4,2

4 ч

7,1

7,0 10,0

24 ч

7,7

Деформация при изгибе, мм, через

0,5 ч

0,19

1,25 1,00 0,75

О 16 кгс/см через

0,5 ч

2,2

4,4

2,2

3,7

4,5

0 5

3,2

2,1

1 ч

4,ч

10,5

5 6

8,4

9,0

12,9

12. 5,24 ч

12,0

13,0

7,8

14,1

156

163

163

13

163

183

Живучесть, мин

Гаэопроницаемость, ед.

0 05

0 05

0 05

0,05 0,01

Освжаемость, Х

ЯЦЯЯПК Заказ 3236/10 Тираж 747 go снеге

Прочность на растяжение, кгс/си через

0,5 ч

Живучесть, мин

Гнзопронидаемьсть, ед.

Осыпаемость Х

1.

Прочность на растяжение, Физико-механические свойства смесей

Физико механические свойства смесей

1,0 3,5

3,7 - 6,1

7,1 8,8

7,5 9,7

0,45 0,40 0,40 0,95