Способ получения жидкостекольного связующего

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способу получения жидкостекольного связующего, применяемому для изготовления стержней и форм. Способ получения жидкостекольного связующего с использованием пылевидных отходов плавильных печей производства ферросилиция, из которых готовят пульпу путем перемешивания их с раствором щелочи с последующим нагревом смеси до температуры начала реакции. При этом нагревать могут или пульпу или водный раствор гидрооксида щелочных металлов и/или их смесь. Связующее получают требуемого модуля и плотности. Литейные формы и стержни, полученные из смесей с таким связующим, имеют легкую выбиваемость. 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способу получения жидкостекольного связующего, применяемого для изготовления стержней и форм, а также может найти применение в других хозяйственных отраслях.

Известен способ получения жидкого стекла дуплекс процессом, при котором шихта из кварцевого песка и соды оплавляется при температуре 1400 1450^o C, с последующим растворением полученной силикат глыбы при давлении пара 5 8 атм [1] [2] Эта технология связана с большими затратами энергии, а состав стекла не позволяет получать легкоразрушаемые при выбивке стержни и формы.

Известен также одностадийный способ получения жидкого стекла, сущность которого заключается в приготовлении рабочей суспензии (измельченный кварцевый песок раствор каустической соды) и последующей обработки ее в автоклаве при давлении 25 атм. и температуре 215^o C в течении 2 час. 45 мин [1] [2] Полученное жидкое стекло обладает ранее описанными недостатками.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения силикатного связующего на основе аморфных модификаций кремнезема [2] Сущность способа заключается в использовании кремнегеля (отходы производства алюминиевых фтористых солей) или молотого диатомита. В обоих случаях аморфные модификации кремнезема смешиваются со щелочью и при постоянном перемешивании в течении 20 70 мин подогревают до температуры 40 - 85^o C. При этом в процессе варки (химического взаимодействия SiO₂ и например, NaOH) и образуется силикатное связующее.

Описанный способ связан с большими энергетическими затратами (длительность процесса варки, дробление диатомита), а также невозможностью получать легкоразрушаемые при выбивке стержни и формы.

Целью изобретения получение связующего обеспечивающего легкую выбивку форм и стержней, а также уменьшение затрат при его получении.

Цель достигается тем, что из пылевидных отходов плавильных печей феросплавных производств, содержащих диоксид кремния, готовят пульпы, которую смешивают с водным раствором гидроксида щелочных металлов. Для получения связующего пульпу или раствор гидроксида или/и их смесь нагревают до температуры, обеспечивающей начало химической реакции образования жидкостекольного связующего.

Способ может быть осуществлен по нескольким схемам.

Схема 1.

1.2. Подготовка пульпы из пылевидных отходов (возможен вариант, когда пыль с высокой температурой поступает непосредственного из фильтров очистных установок печей).

1.2. Подготовка раствора гидроксида щелочного металла.

1.3. Дозирование компонентов (может быть произведено после нагрева).

1.4. Нагрев одного из компонентов или обоих до температуры обеспечивающей начало реакции при смешивании.

1.5. Смешивание пульпы гидроксида щелочного металла с одновременным протеканием реакции и выдержка до завершения реакции образования связующего.

1.6. Выгрузка связующего и его отстой.

Схема 2.

2.1. Подготовка пульпы из пылевидных отходов (возможен предварительный подогрев).

2.2. Подготовка раствора гидроксида щелочного металла (возможен предварительный подогрев).

2.3. Дозирование компонентов.

2.4. Смешивание пульпы с раствором гидроксида щелочного металла.

2.5. Нагрев до температуры начала реакции и выдержка до ее завершения (обычно не превышает нескольких минут).

2.6. Выгрузка связующего его отстой.

Cхема 3.

3.1. Подготовка пульпы из пылевидных отходов.

3.2. Подготовка гидроксида щелочного металла.

3.3. Дозирование компонентов.

3.4. Смешивание пульпы с гидроксидом щелочного металла.

3.5. Нагрев до температуры начала реакции (возможно совместить во времени со смешиванием).

3.6. Выгрузка связующего (может быть совмещена во времени с реакцией образования связующего и со смешиванием) его отстой.

Схема 4.

4.1. Подготовка раствора гидроксида щелочного металла.

4.2. Дозирование пыли и раствора гидроксида.

4.3. Смешивание пыли с раствором гидроксида.

4.4. Нагрев до температуры начала реакции и выдержка до ее завершения.

4.5. Выгрузка связующего (может быть совмещена во времени с реакцией образования связующего) и его отстой.

Перечисленные схемы не являются полным перечнем возможных вариантов ведения процесса, а показывают ряд приемлемых вариантов.

Реакция образования связующего во всех описанных схемах начинается при температуре нагрева не выше 60^o C и идет с выделением значительного количества тепла, что позволяет снизить затраты энергии только для осуществления начала процесса. В дальнейшем реакция идет без затрат энергии.

Выделяющееся тепло вызывает интенсивное испарение и следовательно бурное пенообразование, поэтому необходимо вести постоянно подавление пены.

Выбор соотношения компонентов, участвующих в реакции (диоксид кремния, гидроксид щелочного металла), а также количества воды позволяет получить жидкостекольное связующее требуемого модуля и плотности (с учетом погрешностей). Вместе с тем значение модуля связующего может быть изменено последующим вводом в связующее требуемого количества щелочи и перемешиванием до усреднения состава.

Пример 1. Получение жидкостекольного связующего с использованием пылевидных отходов плавильных печей производства феросилиция производилось путем смешивания пылевидных отходов или пульпы, содержащей пылевидные отходы с раствором щелочи с последующим нагревом смеси до температуры начала реакции (по приведенным схемам).

Реализованы были схемы ранее приведенные схемы получения жидкостекольного связующего.

Содержание диоксида кремния в пылях составляло 80 96% Остальное оксиды железа, алюминия, кальция, магния, марганца.

Во всех случаях было получено жидкостекольное связующее с требуемыми (с учетом погрешностей) свойствами (модуль, плотность, вязкость). Время получения связующего в лабораторных и промышленных условиях при периодическом производстве и не превышало 10 мин. Анализу подвергали пылевидные отходы двухнедельной, двухмесячной и годовой давности получения.

Результаты испытания свойств смесей содержащих 94% песка и 6% связующего приведены в таблице. Как видно из приведенной таблицы полученное связующее может быть использовано в литейном производстве для получения стержней и форм. Оно обладает свойствами не хуже тех, которые описаны в прототипе.

Пример 2. Кроме того, с целью снижения затрат на получение жидкостекольного связующего в качестве компонента, содержащего гидроокислы щелочных металлов, использовали отходы выщелачивания производства точного литья.

Жидкостекольное связующее со свойствами, близкими к описанным в таблице получали по схемам 2 и 3.

Стержни и смеси, полученные с использованием жидкостекольного связующего (табл. ), применяли для изготовления чугунных и стальных отливок. Во всех случаях получены стержни и формы, отвечающие технологическим требованиям. Отливки соответствовали всем техническим требованиям. При этом установлено, что стержни и формы, изготовленные с использованием жидкостекольного связующего, полученного из отходов феросплавного производства, после их контакта с расплавленным металлом частично теряют свою прочность, что приводит к значительному улучшению их выбиваемости.

Из приведенного описания видно, что предлагаемое техническое решение обладает следующими преимуществами.

Для получения жидкостекольного связующего могут быть использованы пылевидные отходы ферросплавных печей и отходы выщелачивания литейных цехов точного литья, другие отходы с аналогичными свойствами, загрязняющие среду.

При получении жидкостекольного связующего необходим только предварительный подогрев компонентов до температуры начала химической реакции образования связующего (не выше 60^o C). Дальнейшее поддержание энергетического условия протекания реакции происходит за счет выделяющегося тепла.

По сравнению с прототипом нет необходимости дробления материала, что исключает дополнительные затраты энергии.

Повышается производительность при производстве связующего, за счет возможности разделения операций смешивания, дозирования и выдержки на время протекания реакции.

Появляется возможность получения дешевого связующего за счет использования отходов производства и снижения энергетических затрат на подготовку компонентов и при производстве связующего.

Полученные продукты (стержни и формы) не загрязняют окружающей среды и будучи раздроблены до требуемой зернистости могут быть использованы повторно для тех же целей.

Формула изобретения

Способ получения жидкостекольного связующего, включающий смешивание материала, содержащего диоксид кремния, с водным раствором гидрооксида щелочных металлов и нагрев, отличающийся тем, что в качестве материала, содержащего диоксид кремния, используют пыжевидные отходы ферросплавных печей, из которых готовят пульпу, а нагреву подвергают пульпу или водный раствор гидрооксида щелочных металлов и/или их смесь до температуры, обеспечивающей начало химической реакции.

РИСУНКИ

Рисунок 1