Раствор для подготовки жидкостекольного связующего

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

«а," "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (5р4 В 22 С 18 (21) 3800921/22-02 (22) 15,10 ° 84 (46) 23.06.86..Бюл. У 23 (71) Челябинский политехнический

:институт им. Ленинского комеомола (72).Ю.П. Васин, А.Н. Логиновский, А.Н. Копылов и Н.Л. Харитонов (53) 621.742 ° 4(088.8) (56) Вавинская Л.А. и др., Формы из суспензии иа жидком стекле, обработанном неорганическими кислотами.Литейное проиеводство, 1982, У 3, :с. 31-32.

Патент Франции У 2340787, кл. В 22 С 1/16, 1977..

Авторское свидетельство СССР

У 1068206, кл., В .22 С 1/18, 1982.

„„SU„„123888)l А1 (54)(57) 1. РАСТВОР ДЛЯ ПОДГОТОВКИ

ЖИДКОСТЕКОЛЬНОГО СВЯЗУКЩЕГО, используемого и составе керамических суспензий при изготовлении литейных форм по вынлавляемым моделям, включающий воду и неорганическую кислоту, .о.т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения качества форм sa, счет увеличения их прочности на всех этапах формообразования; раствор содержит в качестве неорганической кислоты серную или азотную .кислоту с концентрацией в растворе 0,201,24 моль/л.

2. Раствор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что содержит в качестве неорганической кислоты серную кислоту с концентрацией в растворе 0,20-1,00 моль/л.

Предлагаемый раствор повышает модуль жидкого стекла, стабилизирует свойства связующего, улучшает его реологические характеристики и позволяет повысить прочность формооболочек в "сыром", "горячем" и прокаленном состояниях,,повысить производительность процесса, сократить время подготовки жидкого стекла.

Повышение прочности оболочек в

"сыром" состоянии объясняется высокой прочностью образующихся в результате закреп_#_ения жидкостеколъиых слоев суспензии в растворе оксихпорида алюминия или гидрата сульфата алюминия А1 (80,,)>.18Н О или оксинитрата алюминия А1„(ОН)„ ЯО ..

Это позволяет повысить прочность керамических форм в "сыром" состоянии на бО-ЗОЖ.

При прокаливании в результате образования тугоплавких соединений прочность керамических форм повышается на 100-ЗООЖ. Образующиеся в результате химических реакций (1) и (2) легкоплавкие примеси обеспечивают повышение прочности .оболочек после прокалки íà 20Х по сравнению с оболочками, изготовленными на связующем, подготовленном раствором ортофосфорной кислоты (по известному способу) .

Вместе с увеличением прочности керамических форм подготовка жидкого, стекла по изобретению сокращает и время приготовления связующего до

5-10 мин против 40-60 мин по известной технологии.

Изобретение относится к литейному производству и может найти широкое применение при изготовлении отливок методом точного литья по выплавляемым моделям с применением жидкостекольного связующего.

Цель изобретения - повышение качества форм sa счет увеличения их прочности на всех этапах формообра" эования.

Сйособ заключается в следующем.

Предлагаемый раствор перемешивают с жидким стеклом с плотностью стекла /=1400 кг/м в соотношении

30 100. При этом протекают следующие реакции:

mNa 0„SiO +H S0, =(m-2)Na>0„ SiO + (1) пса 0„8.10 +2ННО (ш-2)На 0„810 +

+2NaNO +Н О ° (2) 1238881 2

В случае .подготовки жидкого стек- ла раствором ортофосфорной кислоты не полностью учитывается его реакционная способность, определяемая но" рогом коагуляции (ПК) жидкого стекла для ортофосфорной кислоты. Это, в свою очередь, приводит в одном случае к неполному использованию связующих свойств жидкого стекла (когда

10 концентрация раствора для подготовки меньше величины ПК), а в другом— к потере жидким стеклом агрегативной устойчивости, увеличению его вязкости (когда концентрация раствора

15 для. подготЬвки больше величины ПК).

В предлагаемом растворе для подготовки жидкого стекла его концентрация определяется по формуле с учетом величины порога коагуляцни жидкого

20 стекла. Это позволяет обеспечить оптимальные реологические свойства подготовленного связующего и получать оболочки высокой прочности на всех этапах формообразования.

25, Введение в раствор для подготов« ки жидкого стекла серной кислоты в количестве меньшем, чем требуется для доведения его концентрации .до

0,2 моль/л, не дает эффекта повыше30 ния прочности керамики. Раствор с концентрацией выше 1,0 моль/л приводит к снижению седиментационной устойчивости, повышению вязкости суспензии и к уменьшению прочности форм

35 в сыром состоянии е

Опз имальная концентрация серной кислоты определяется по эмпирической формуле (3,3-И)-О 02

40 0,94 где К - требуемая концентрация Н -SO„., моль/л;

И вЂ” модуль исходного жидкого слоя.

Данная формула справедлива для значений модуля 2,5-3.,0, нри этом концентрация кислоты в растворе составляет,0,3"0,8 моль/л, что должно рассматриваться как оптимальная область в рекомендуемом диапазоне.

Порог коагуляции жидкого стекла, обработанного серной кислотой, должен соответствовать величине, определяемой по формуле

HKmml,2-К, . где HK — порог коагуляции жидкого стекла, подготовленного серной кислотой, Ж;

К - концентрация И SÎ, моль/л., 3 1238881

Использование этой величины при подготовке жидкого стекла позволяет полнее реализовать его связующие свойства и избежать снижения агрегативной устойчивости жидкостекольной суспензии.

Введение в раствор для подготовки жидкого стекла азотной кислоты в количестве меньшем, чем требуется для доведения его концентрации до

0,2 моль/л,не дает эффекта повышения прочности керамики. Раствор с концентрацией выше 1,24 моль/л приводит к ухудшению реологических свойств суспенэии — снижению их седиментационной устойчивости, увеличению вязкости.

Оптимальная концентрация азотной кислоты определяется по эмпирической формуле

Например, используется жидкое стекло с М=2,8, раствор для подготовки данного. стекла имеет концентрацию

0,50 моль/л, ПК подготовленного стекла должен быть 0,7% Na О.

Пример 1. Жидкое стекло с известным модулем подготавливают

10 раствором серной кислоты в воде,,при этом осуществляют следующие операции: доводят исходное жидкое стекло водой до плотности 1400 кг/м ; приготовляют раствор для подготовки;

15 смешивают раствор с жидким стеклом в соотношении 30/100 (r).

С применением подготовленного связующего приготавливают огнеупорную суспензию с вязкостью 35-40 с по вискозиметру В3-4. В качестве наполнителя суспензии использууот пылевидный кварц. Для определения прочности керамики в "сыром", "горячем" и прокаленном состояниях изготавливают пятислойные образцы на статический изгиб с закреплением каждого слоя в течение 1 мин в растворе оксихлорида алюминия А1 (ОН) С1 плотностью 8 =1260 кг/мз. Сушка каждого слоя составляет 10 мин. Сразу же после нанесения всех слоев и сушки в течение 10 мин последнего слоя из формы выплавляют модельный состав в горячей водной среде. Соответствующие данные, характеризующие осуществление предлагаемого способа при использовании водного раствора сер-ной кислоты, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Прочность керамических форм на изгиб

Время подготовки

Концентрация.н 30„

Модуль исходно

ro жидкого стекла

Плотность растl вора, Р, кг/м мас.% моль/л г/л

800 прок.

В„ &„, МПа, Мйа

1 сыр.

Фи

МПа кого стекла, мин

7 0 74 72 7 1045 2 8 3 1 . 1 3 5

8 0,83 80,9 1050 3,3 3,8 . 1,8 5

2,5

9 0,98 96,6 1060 3,3 . 3,2 1,5 10

6 0 62 60 9 1038 2 8

3,31 1,3 5

2,6

7 0,74

3,5 1,8 5

77., 7 1045 3, 3

3,4 1,66 10. 8 0,83 80,9 1050 3,1 (3,15-М)-0,013

0,68 где К - требуемая концентрация HN0, моль/л;

М вЂ . модуль исходного жидкого стекла.

Данная формула справедлива для значений модуля 2,5-3,0, при этом оптимальная концентрация азотной кислоты в растворе составляет О,20,9 моль/л.

Порог коагуляции жидкого стекла, обработанного азотной кислотой, должен соответствовать величине, определяемой по формуле

ПК 0,93-0,46 К, где ПК - порог коагуляции жидкого стекла, подготовленного азотной кислотой, %;

К вЂ” концентрация HNO, моль/л.

1238881

Продолжение табл.1

Плотность

Время подготовки

Прочность керамических форм на изгиб жидкого, стекла, мин

ИПа сыр.

МПа прок.

8и1

МПа

5 0,5. :48,9 )030 3,1 3,0 1,2 ю

6 . 0,.62 60,9 1038 2,4 3.,5 l 7 .7 . 0,74 72,7 1045 2,3 3,4 1 5

217

10

1О

4 042 420 1025, 21 . 28 13 е. l0

5 . 0,54 48,9 1030 2,4 3,5 1,7

6. 062, 609 1038, 22 32 14 10

3 0,33 33 0 1020 2,4

2,9 1;0

4 0,42 42,0 -1025 2,4 3,7 . l 5

5 Î,Ь 48,9, 1030 2,3 . 3,0 1,1 10

3 0,30 33, 0 1020 2,4

4 0,42 42,0 1025 2,1

3,0. 1,5

2,9 1,3

3,0

Закрепление жидкостекольиых слоев производят в течение 1 мии в растворе оксихлорида алюминия g> (Оц) (;g з плотностью S 1260 кг/м, все остальные операции те же. Результаты приведены в табл. 2.

Пример 2. Жидкое стекло с известным модулем подготавливают раствором азотной кислоты в воде.

Операции по подготовке жидкого стекла производят те же,и в той же последовательности, что и в примере 1.

Таблица 2

Плотность раст вора

6„, г/м : ИНа ость керамических орм на изгиб

Концентрация НМО® моль/л r/л

800 прок.

6„,. е, МПа ИПа стекла

2,1 1,3

2,5

5 0,.79 50,1 1025

2,6

6 0,94 59,6 1030 3,0:2,4 1,6

7 1,24 . 78,3 1040 2,8

2, 2

1,5

40,6 1.020 2,6 2,0

4 0,64

2,6

5 0,79 50,1 1025 3,0 2,4 1,66

Модуль исходно го жидкого стекла

Модуль исходного жидкого

Концентрация Н2804 мас.Х моль/л г/л

:мас. Ж !

1 !

I раствора

Р, кг/м

Время подготовки жидкого стекла, 1238881

Продолжение табл.2

Концентрация.Н-lO ость керамкчеcKHx Время форм на изгиб подгоМодуль исходного жидкого .

Плотность моль/л г/л

f! мас.% раст вора .8 г/H3 товки! 800 прок.

6», e„, МПа МПа жидкого стекла, мин стекла

I 4

6 0,94 59,6 1030 2,9

2,2

1,8 1,) 2Ф7

3 050 3)21015 21

4 0,64.. 40,6 1020 2,4

2,2 ),6

5Ь,) 1025

2 l 9 10)0

5 0,79

2,2.

2,0

1,9

1,2

2 0,35

2,8

3 0,50 31,2 )0)5 2,4

2,2

1,6

4. 0,64

40,6 1020 .2,0

2,0

1,3

),8 .1,0

2,9

1 . 0,20 13,6 1005 2,0

2 0,35 21,9 1010 2,4

2,2

1,4

3 0,50 31,2 10!5 2,!

2,0

3,0

1 0,20 12,6 )005 2,2

2 0,35 21,3 10!0 1,9

2,2

l 4

lь2

35 до полного растворения выпавшего осадка.

Пример 3 (сравнительный).

Жидкое стекло с известным модулем подготавливают раствором Н Р0» в описанной последовательности, при этом к трем указанным операциям подготовки и смешивания водного раствора кислоты с жидким стеклом добавляют четвертую операцию, заключающуюся в выдержке обработанного жидкого стекла

Закрепление жидкастекольных слоев производят в течение I мин в раство ре оксихлорида алюминия Al (ОН) С1 з плотностью @=2260 кг/м, все остальные операции те же. Результаты приведены в табл. 3.

Таблица 3

Прочность керамичес форм на изгиб

Концентрация Н РО» ас.% моль/л г/л

800 про

8„, .

МПа . МПа сыр.

6„, МПа

I ° 3 60

),2 60

1,4 45

)il 40

1,) 40

I 40

Модуль . исходного жидкого стекла

2,5 2,6

2,7

2,8

2,9

3,0

11

8

Плотность раствора .S, кг/м

1,21 1! 8,6 1060

1 1 108 9 1055

0,96 94,1 1048

0,81 75,9 )040

0,71 69,8 1035

0,52 . 50,5 1025

1,6 12

1,6 1 ° l

1,4 1 ° 1

1,4 I,I

1,4 2,0

1,4 1,0

Время подго товки жидкого стекла, мин

1238881

Составитель С. Тепляков

Редактор H. Данкулич ТехредИ.Попович Корректор А. Обручар

Заказ 3331/8 Тираж 757 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из сравнения данных табл. 1 и 2 (по предлагаемому способу) с данными табл. 3 (IIo известному способу) следует, что использование растворов для подготовки жидкостекольного связующего согласно предлагаемому спо собу позволяет улучшить качество керамических форм. за счет повьппения их прочности на всеХ стадиях формообразования, а также повысить произво- .1О. дительность труда при изготовлении керамических форй за счет сокращения времени подготовки жидкОго стекла с

40-60 мин (табл. 3) до 5-10 мин (табл. 1 и 2) °

Испольsование раствора по предлагаемому способу позволяет разработать технологический процесс изготовления керамических форм на жидкостекольном связующем и значительно повысить качество литых точных заготовок.