Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней

 

Изобретение относится к литейному производству, а более конкретно к составам смесей для изготовления самотвердеющих форм и стержней. Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней включает огнеупорный наполнитель, алюмохромфосфатное связующее и отвердитель - нейтрализованные осадки хромсодержащих гальваностоков, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: алюмохромфосфатное связующее 0,5 - 3,5; нейтрализованные стоки хромсодержащих гальваностоков 3 - 6; огнеупорный наполнитель - остальное. После прогрева отверждаемого материала при температуре свыше 500°С происходит разрушение смеси, позволяя тем самым улучшить выбиваемость стержней из отливок и повысить газопроницаемость. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству, а более конкретно к составам смесей для изготовления самотвердеющих форм и стержней.

Известны самотвердеющие смеси на основе фосфатных связующих, используемые для изготовления стержней и форм в литейном производстве [1]. Недостатком таких смесей является их недостаточная пластичность, отрицательно влияющая на технологические свойства получаемых стержней и форм.

Известна холоднотвердеющая смесь на основе кремнезема, содержащая в качестве связующего магнийалюмофосфатное соединение в виде водного раствора фосфатов магния с концентрацией по сухому веществу 49,5-56,5%, а в качестве отвердителя - отход электросталеплавильного производства [2]. Описанная холоднотвердеющая смесь обладает достаточной пластичностью, обеспечивающей высокие механические показатели изготавливаемых из нее форм и стержней. Однако нестабильность состава отходов электросталеплавильного производства не позволяет широко использовать их в литейном производстве.

Известны холоднотвердеющие фосфатные смеси, в которых в качестве отвердителей используют крокус и трифолин [3]. Наиболее близкой к заявляемой по совокупности существенных признаков является холоднотвердеющая смесь, содержащая огнеупорный наполнитель, алюмохромфосфатное связующее в количестве 4-5 мас. ч., а в качестве отвердителя трифолин в количестве 4-6 мас.ч. Газопроницаемость известной смеси составляет 275 ед., исходная прочность смеси после приготовления 0,04 МПа, живучесть 20-25 мин. Однако применение порошкообразного отвердителя - трифолина приводит к снижению газопроницаемости форм и стержней и ухудшению их выбиваемости после заливки металлом. Кроме того, применение пылевидного материала в качестве отвердителя ухудшает условия труда работающих.

Для повышения газопроницаемости, улучшения выбиваемости, а также улучшения условий труда в холоднотвердеющей смеси для изготовления форм и стержней, содержащей огнеупорный наполнитель, алюмохромфосфатное связующее и отвердитель, согласно изобретению, в качестве отвердителя используют нейтрализованные отходы хромсодержащих гальваностоков при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Нейтрализован- ные отходы хром- содержащих гальваностоков 0,5-3,5 Алюмохромфос- фатное связующее 3,0-6,0 Огнеупорный наполнитель Остальное Указанные нейтрализованные отходы хромсодержащих гальваностоков имеют следующий состав, мас.%: Гидроксид хрома 2-10 Гидроксид железа 3-10 Гидроксид алюми- ния 1-5 Сульфат натрия или кальция 5-15 Вода 70-80 Примеси гидрок-
сидов меди, никеля, цинка, кадмия и др. До 2
Нейтрализованные осадки хромсодержащих гальваностоков являются крупнотоннажным отходом гальванических цехов машиностроительных предприятий, образующиеся в результате нейтрализации стоков ванн хромирования с помощью сульфата железа или алюминиевой стружки. Полученный раствор нейтрализуют щелочью или известью, а выпавший осадок отстаивают и фильтруют. Нейтрализованные осадки хромсодержащих гальваностоков относятся к 3-му классу опасности и требуют специальных способов захоронения на полигонах складирования промышленных отходов. Существующие способы утилизации таких отходов дороги и энергоемки, что делает их применение экономически нецелесообразным. Установлено, что этот отход является хорошим отвердителем алюмохромфосфатного связующего, причем после прогрева отверждаемого материала при температуре свыше 500^оС происходит его разрушение, что делает возможным использование этого отхода для изготовления форм и стержней в литейном производстве.

Оптимальным соотношением ингредиентов при изготовлении холоднотвердеющих смесей для литейных форм и стержней при использовании предлагаемого отвердителя является следующее, мас.%:
Нейтрализован-
ные осадки хром-
содержащих галь- ваностоков 0,5-3,5
Алюмохромфос- фатное связующее 3-6
Огнеупорный на- полнитель Остальное
Низкое содержание отвердителя в предлагаемой холоднотвердеющей смеси даже при очень высокой влажности осадка (70-80%) объясняется высокой активностью гидроксидов металлов, входящих в состав отвердителя, а также высокой дисперсностью частиц. При содержании отвердителя в смеси менее 0,5 мас.% отверждение происходит очень медленно и стержни не набирают необходимой прочности даже после 24-часовой выдержки. Верхний предел содержания отвердителя (3,5 мас.%) обусловлен отсутствием необходимой прочности вследствие быстрого отверждения.

Сравнение заявляемого решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его требованию новизны.

Анализ известных из уровня техники решений не позволил выявить признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении, т.е. оно отвечает требованию изобретательского уровня.

Примеры поясняют техническую сущность изобретения. Исследования проводились в лабораторных условиях. В опытах использовали алюмохромфосфатное связующее (АХФС) производства Актюбинского завода хромовых соединений с содержанием,%:
Алюминий в перес- чете на Al₂O₃ 7,1
Хром в пересчете на Сr₂O₃ 4,0
Фосфаты в перес- чете на Р₂О₅ 39 отвердителем служил нейтрализованный осадок хромсодержащих гальваностоков (НОХГ), взятый с очистных сооружений завода Торгмаш г.Екатеринбург, с содержанием,%: Гидроксид хрома 4,8 Гидроксид железа 8,9 Гидроксид алюминия 2,1 Сульфат кальция 7,7 Гидроксид цинка 1,5 Влажность осадка 75%
П р и м е р 1. В лабораторных бегунах проводили приготовление холоднотвердеющей смеси. Для этого загружали кварцевый песок в количестве 4,7 кг и вводили в него 100 г нейтрализованных осадков хромсодержащих гальваностоков. Смесь перемешивали в течение 2 мин, затем вводили 200 г алюмохромфосфатного связующего, перемешивали еще 2 мин. Из полученной смеси изготавливали стандартные образцы для испытания на прочность (сжатие) и газопроницаемость. Прочность на сжатие через 0,5 ч составляла 0,25 МПа, через 1 ч - 0,43 МПа; через 4 ч - 0,95 МПа; через 24 ч - 1,35 МПа. Газопроницаемость составляла 168 ед. Прочность на сжатие после прогрева стержня при 700^оС составляла 0,01 МПа.

Дополнительно были проведены опыты с различным содержанием ингредиентов (табл.1). Результаты опытов приведены в табл. 2.

Результаты исследований показали, что применение в качестве отвердителя нейтрализованных осадков хромсодержащих гальваностоков при изготовлении холоднотвердеющих смесей с использованием алюмохромфосфатного связующего позволяет улучшить выбиваемость стержней из отливок, повысить газопроницаемость стержней. Наряду с этим улучшаются условия труда работающих, так как уменьшается выделение пыли в воздух рабочей зоны в связи с использованием влажного отвердителя.

Формула изобретения

1. ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, включающая огнеупорный наполнитель, алюмохромфосфатное связующее и отвердитель, отличающаяся тем, что в качестве отвердителя она содержит нейтрализованные осадки хромсодержащих гальваностоков при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Алюмохромфосфатное связующее 0,5 - 3,5
Нейтрализованные осадки хромсодержащих гальваностоков 3,0 - 6,0
Огнеупорный наполнитель Остальное
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что нейтрализованные осадки хромсодержащих гальваностоков имеют следующий состав, мас.%:
Гидрооксид хрома 2,0 - 10,0
Гидрооксид железа 3,0 - 10,0
Гидрооксид алюминия 1,0 - 5,0
Сульфат натрия или кальция 5,0 - 15,0
Вода 70,0 - 80,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2