Самотвердеющая смесь для изготовления форм и стержней

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам самотвердеющих (холоднотвердеющих) смесей на основе неорганических связующих для изготовления форм и стержней. Самотвердеющая смесь на основе магнийфосфатного связующего дополнительно содержит водный коллоидный раствор двуокиси кремния в количестве 2,5-3,5 мас,%. Состав содержит , мас.%: порошкообразный материал на основе обожженного оксида магния, предварительно обработанного ПАВ (поверхностно-активным веществом) 1,0...2,5; ортофосфорная кислота 2,0...3,5; водный коллоидный раствор двуокиси кремния 2,5 ..3,5; огнеупорный наполнитель остальное . Этот состав смеси обеспечивает получение высокой прочности, низкой осыпаемости стержней и форм. Время набора манипуляторной прочности стержней из этого состава составляет 20-30 мин. 1 табл. сл С XI О О сл XI сл :

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 С 1/00, 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 (,(л

4 (rl

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4850049/02 (22) 10.07.90 (46) 07,10.92. Бюл. М 37 (71) Научно-исследовательский институт прикладной механики Научно-производственного объединения "Ротор" (72) И.В.Филиппов, Г.С.Жданов и B.È,×åðêàñîâ (56) 1. С.С.Жуковский и др. Фосфатные ХТС для производства стальных и чугунных отливок.—

Литейное производство, 1987, N4,,c,19 — 20.

2, И.Е,Илларионов и др, Свойства Х С на основе фосфатных связующих при высокой температуре — Литейное производство, 1988, N. 11, с,11 — 13, 3. С.И.Рывкин и др, Применение магнийфосфатных самотвердеющих смесей в сталелитейном производстве. — Литейное производство, 1989, N- 2, 4. С.С,Жуковский и А.М.Лясс. Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей, M.:

Машиностроение, 1987, с.11-19.

5. И,Е.Илларионов, Термические и технологические основы получения активированных фосфатных связующих смесей,—

Литейное производство, 1990. N 3, с.16 — 17, 6. Авторское свидетельство СССР

N 1172146, кл. В 22 С 1/18, 1983.

Изобретение относится к литейному производству, а именно, к составам самотвердеющих (холоднотвердеющих) смесей на основе неорганических связующих для изготовления форм и стержней при литье черных и цветных сплавов.

Самотвердеющие смеси с фосфатными связующими — одни из наиболее экологиче„„Я „„1766575 А1 (54) САМОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ (57) Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам самотвердеющих (холоднотвердеющих) смесей на основе неорганических связующих для изготовления форм и стержней. Самотвердеющая смесь на основе магнийфосфатного связующего дополнительно содержит водный коллоидный раствор двуокиси кремния в количестве 2,5-3,5 мас,%. Состав содержит, мас.%: порошкообразный материал на основе обожженного оксида магния, предварительно обработанного ПАВ (поверхностно-активным веществом) 1,0...2,5; ортофосфорная кислота 2,0.„3,5; водный коллоидный раствор двуокиси кремния

2,5„,3,5; огнеупорный наполнитель остальное. Этот состав смеси обеспечивает получение высокой прочности, низкой осыпаемости стержней и форм. Время набора манипуляторной прочности стержней иэ этого состава составляет 20-30 мин. 1 табл. ски чистых самотвердеющих смесей. Применение этих смесей позволяет улучшить качество поверхности отливок, ликвидировать брак по подкорковым газовым дефектам, а также снизить трудоемкость ряда технологических операций.

Однако, до настоящего времени самотвердеющие смеси. с фосфатными связую1766575 щими не получили широкого применения в производстве отливок, Это, главным образом связано с тем, что стабильность таких технологических свойств смесей на неорганических связующих как скорость набора 5 манипуляторной прочности, стабильность показателей конечной прочности, и осыпаемости, которые определяют практическую возможность их применения в производстве, обеспечивать значительно сложнее, чем 10 у.смесей на основе органических связующих. Это обусловлено принципиальными различиями в механизме их отверждения. В отличие от органических связующих (смол), отверждение которых — это поликонденса- 15 ция по механизму гомогенного катализа, отверждение неорганических фосфатных связующих состоит в кристаллизации из пересыщенных растворов гидрамированных фосфатов магния в виде кристаллогидратов, 20

Эти кристаллогидраты 8 отличие QT органических полимеров имеют высокоупорядоченную кристаллическую структуру и очень чувствительны к изменениям химического состава. 25

Этим определяется большая зависимость технологических свойств, указанных выше, у всех смесей с неорганическими фосфатными связующими от свойств исходных материалов и точности их дозировки, что и 30 затрудняет их практическое внедрение, Наиболее близкой к изобретению по технологической сущности является самотвердеющая смесь по а.с. К 1172146 (1) для изготовления форм и стержней на основе 35 неорганического связующего состава, MBC.%: порошкообразный материал на основе обожженного оксида магния, предварительно 40 обработанный ПАВ аниноактивного класса в количестве

0,05 — 0,2% мас. от материала - 1- i0 ортофосфорная кислота 1 — 6 45 вода О, — О, )1 огнеупорный материал на основе кремнезема остальное.

Однако, смесь указанного состава не обеспечивает стабильности технологиче- 50 ского процесса в условиях реально существующего разброса свойств исходных компонентов.

Целью изобретения является cîêðàùåние времени набора прочности, повышение 55 прочности после отверждения, снижение осыпаемости стержней и форм, а также улучшение технологических свойств смеси за счет их стабилизации, Поставленная цель достигается тем, что смесь для изготовления форм и стержней, включающая огнеупорный наполнитель, порошкообразный материал на основе обожженного оксида магния, обработанного

ПАВ, ортофосфорную кислоту и воду, дополнительно содержит водный коллоидный раствор двуокиси кремния (с содержанием в нем Si02 20 — 30 Mac.%).

Смесь имеет следующий состав, мас.%: порошкообразный материал на основе обожженного оксида магния, предварительно обработанный поверхностно-активным веществом (ПАВ) анионоактивного или неионогенного класса в количестве

0,05 — 0,2 мас,% материала 1,0 2,5 ортфосфорная кислота 2,0-3,5 водный коллоидный раствор двуокиси кремния (содержанием

SiOz 20-30 мас.%) 2,5 — 3,5 огнеупорный материал на основе кремнезема остальное

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав самотвердеющей смеси отличается от известного введением нового компонента, а именно водного коллоидного раствора двуокиси кремния ("кремнезоль").

Анализ экспериментальных данных по исследованию технологичности самотвердеющей смеси по а.с, N. 1172146 показывает, что регулирование характеристик проности, осыпаемости, скорости набора технологической прочности в процессе производства возможно, но улучшение одного из параметров, как правило, ведет к ухудшению других, Возможность регулирования усложняется еще и зависимостью от свойств исходных материалов.

Введение в смесь водного коллоидного раствора двуокиси кремния ("кремнезоля") в количестве 2,5 — 3,5 мас.% позволило увеличить скорость набора манипуляторной прочности, несколько повысить конечную прочность, снизить осыпаемость, не влияя на живучесть и, что очень важно, повысить стабильность этих характеристик при использовании разных партий кварцевого песка и порошка магнезита с различным сроком хранения, Кремнезоль, применяемый в качестве связующего при изготовлении оболочковых форм, экологически чистый продукт; он нетоксичен, взрыво- и пожароопасен. Введение его не ухудшает экологических

1766575

10

55 характеристик смеси на основе магнийфосфатного связующего.

В присутствии ортофосфорной кислоты частицы кремнезема, гидроксидированные группами Si-OH, желатинизируются, и, по видимому параллельно с образованием сростка основного связующего (М9НРО4 ЗН20) дополнительно образуется соединение связующего — кремнезема с поверхностью огнеупорного наполнителя с образованием в процессе удаления влаги силоксановых связей (Si — Π— Si), Ортофосфорная кислота используется в смеси в состоянии поставки (без разбавления до рекомендуемого в а.с. hL 1172146, уд. веса), так как необходимое количество воды вводится с кремнезолем.

Состав обеспечивает получение оптимальной скорости набора манипуляторной прочности в сочетании с пониженным значением осыпаемости, высокой конечной прочности стержней и форм при стабилизации этих значений для различных партий огнеупорного наполнителя порошка магнезита и, таким образом, придает смеси новые свойства.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава были подготовлены 7 составов самотвердеющих смесей, три из которых показали оптимальные результаты, Дополнительно были подготовлены 4 состава с оптимальным (средним) содержанием компонентов, но с использованием порошка оксида магния со сроком хранения более 1 года, а также кварцевого песка с повышенным содержанием глинистой составляющей для оценки влияния качества материала на свойства смеси заявляемого состава. Данные приведены в таблице.

В качестве исходных материалов использовали: порошки периклазовые и периклазоизвестковые спеченные для сталеплавильного производства ГОСТ

24862-81/ст.СЭВ 1410-78/ марок ППЭ-88 и

ППК-88, которые подвергались дополнительному измельчению в вибромельнице до порошка с удельной поверхностью 28004000 см /г и сроком хранения не более 3 месяцев. Рекомендуемый максимальный срок хранения порошка магнезита, Для оценки же влияния активности порошка магнезита на стабильность технологических свойств смеси использовали порошки со сроком хранения более 1 года. В качестве

ПА — синтетические жирные кислоты марки Си-С о по ГОСТ 24362-81.

Ортофосфорную кислоту применяли как термическую техническую по ГОСТ 1067878, так и реактивную,.марки ЧДА по ГОСТ

6552-80. При этом для составов, соответст15

45 вующих прототипу (по а,с. hb 1172146) кислоту предварительно разбавляли до плотности 1,46 г/см . Кислота в предлагаемом з составе смеси использовалась в состоянии поставки.

В качестве водного коллоидного раствора двуокиси кремния применяли "Кремнезоль-25" по ТУ 6-02-1-268-75.

В качестве наполнителя использовали кварцевые пески марок ОбК02А и 063К02А по ГОСТ 2138-84.

В наполнитель (кварцевый песок) вводили водный коллоидный раствор двуокиси кремния, после перемешивания в течение

50 — 60 с ортофосфорную кислоту и, после перемешивания 50 — 60 с магнезитовый порошок, затем после перемешивания всех составляющих в течение 50-60 с смесь выпускали из смесителя.

Все испытания на прочность и осыпаемость производили на стандартных образцах Я = 50 мм, h = 50 мм. Параллельно, по каждому варианту изготавливали стержни массой 15 кг с внутренними полостями и переменным сечением для качественной оценки параметров технологичности и манипуляторной прочности, По оптимальному предлагаемому варианту были изготовлены производственные партии стержней и форм, которые были залиты алюминиевым сплавом и чугуном. Отливки годные и сданы на механическую обработку.

Результаты работы приведены в таблице.

Из данных таблицы следует, что оптимальному сочетанию характеристик прочности, осыпаемости времени набора манипуляторной прочности отвечают составы t+hh 3, 4 и 5 при содержании оксида магния в пределах 1,0-2,5%, ортофосфорной кислоты от 2,0 до 3.5% и кремнезоля от

2,5 до 3,5%, При содержании в смеси порошка менее 1%, кислоты менее 2% и кремнезоля менее 2,5% (составы Khan 1, 2) время набора манипуляторной прочности и осыпаемости резко возрастает, а средняя прочность низкая.

При содержании порошка магнезита более 2,5% кислоты и кремнезоля более 3,5% стержни остаются долгое время сырыми, время набора прочности и осыпаемости возрастают до значения непреемлемых в производстве (состав 1Ф 6).

Использование кварцевого песка с повышенным содержанием глинистой составляющей (составы Мйт 8, 10), а также порошка оксида магния с длительным сроком хранения (составы ММ 9, 11) практически не влияет на свойства стержней из

1766575 остальное результаты мас.ь

Состав смеси, ЮГ п/п средняя прочность на сжатие, МПа, через

24 ч 7 суток осыпаемость, Ф среднее время набора манипуляторной прочности (3 МПа) о ртофо сфо р ная "кислота (поставочная) кварцевый песок/Об1К кремнезоль-25 оксид магния,обработанный

ПАВ (со сро ком хранения до 3-хмесяцев) 24 ч 7 суток

1,8

0,8

0,3 0>2

0,4

2,6

0,8

1,5

2,9

3,9

3,0

1,6

3,5

1>7

0,4

0,25

0,5

0,9

1,6

2,8

4,0

3,1

>2,7

1,5 ч

47 мин

95,7

94,5

92

90,5

2,О

2,0

2,5

3,0

3 5

4,0

0,8

1,0

1,0

2,0

2,5

3,0

Прототип

1,5

2,О

2,О

3 0

3 ° 5

4,0

33 мин

20 мин

26 мин

)60 мин

4

3,0

3,o"

3 о

3,0

3,0

0,4

1,5

1,6

0,45

0,4

0,35

1,2

1,0

0,4

0>25

2,О

1,7

1,4

3,0

3,1

2,2

1,8

1,6

3,0

3>2

55 мин

47 мин

>1,5 ч

27 мин

24 мин

92

2,0

2,0

2 0" "

2,0

2 О%в»

8

3,0

3,0 плотностью 1,46 гlсмз

Об3К с содержанием глинистой составляю>цей - 0,82

- ортофосфорная кислота

"" - кварцевый песрк марки "" " порошок оксида магния со сроком хранения 1 год смесей с "кремнезолем" в отличие от составов по а.с. М 1172146.

По отношению к прототипу предлагаемый состав показывает более высокую прочность и меньшее время набора манипуляторной проч- 5 ности при низких значениях осыпаемости, Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения определяется:

1. Сокращением в 2-2,5 раза времени набора прочности при высоком среднем 10 значении конечной прочности стержней и форм и низких значениях осыпаемости, что позволяет оптимизировать производственный цикл изготовления форм и стержней и более эффективно использовать механизи- 15 рованное оборудование.

2. Стабилизацией параметров процесса изготовления форм и стержней за счет уменьшения зависимости технологических характеристик от разброса свойств исход- 20 ных материалов, что обеспечивает реальную возможность широкого внедрения магнийфосфатных смесей в производстве, Формула изобретения

Самотвердеющая смесь для изготовле- 25 ния форм и стержней, включающая огнеупорный наполнитель на основе кремнезема, порошкообразный материал на основе обожженного оксида магния, предварительно обработанный поверхностно-активным веществом анионоактивного или неионогенного класса в количестве

0,05-0,2 мас, от материала и ортофосфорную кислоту, отличающаяся тем, что, с целью сокращения времени набора прочности, повышения прочности после отверждения, снижения осыпаемости форм и стержней, а также улучшения технологических свойств смеси за счет их стабилизации, она дополнительно содержит водный коллоидный раствор двуокиси кремния (с содержанием в нем $102 20-30 мас.%) при следующем соотношении компонентов, в мас.%: порошкообразный материал на основе обожженного оксида магния, предварительно обработанный поверхностноактивным веществом анионоактивного или неионогенного класса в количестве 0,05-0,2 мас.% от материала 1,0-2,5; ортофосфорная кислота 2,0-3,5 водный коллоидный раствор двуокиси кремния (с содержанием в нем Sj02 20-30 мас.%) 2,5-3,5 огнеупорный наполнитель на основе кремнезема