Способ получения связующего для формовочных и стержневых смесей

 

Способ относится к литейному производству и может быть использован при литье черных и цветных металлов. Способ заключается в том, что измельченную до крупности -1,0+0,63 мм опалкристобалитовую породу выщелачивают раствором едкого натрия концентрацией 120 - 150 г/л в течение 90 - 120 мин при температуре 80 - 85^oC. На основе полученной суспензии готовят формовочные и стержневые смеси, а также оболочковые формы для точного литья. Способ позволяет упростить и удешевить технологию приготовления литейных форм и улучшить выбиваемость смесей. 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии приготовления жидкостекольных связующих для формовочных и стержневых смесей, а также смесей для оболочковых форм для точного литья, и может быть использовано при литье черных и цветных металлов и их сплавов.

Силикатно-натриевые связующие являются одними из традиционных, широко применяемых во всем мире для изготовления литейных форм и стержней (например, патентные документы по кл. B 22 C 1/18: Япония N 45-28705, 49-25090, 50-20543, 51-46733, 54-22775, 54-37043, 55-7336, 56-6816, 4-46662; Франция N 2382290 и 2389432; Германия N 1249461, 1285677, 1934371 и 1955248; СССР N 703963, 1243883, 1639871, 1775211, перечень является далеко не исчерпывающим).

Как правило, в отечественной практике в качестве жидкостекольного связующего применяется собственно жидкое стекло по ГОСТ 13078-81 или водный раствор силиката натрия по ГОСТ 13079-81. Технология приготовления этих реагентов заключается в сплавлении смеси кварцевого песка и соды с получением силикат-глыбы, представляющей из себя силикат натрия, и последующим растворением ее в автоклавах в кипящей воде или щелочном растворе (В.И.Корнеев, В. В. Данилов. Производство и применение растворимого стекла. Л. Стройиздат, 1991). Другим вариантом является непосредственное растворение высокочистого кварцсодержащего сырья в концентрированных растворах едкого натрия при повышенном давлении и температуре (П.Н.Григорьев, М.А.Матвеев. Растворимое стекло. М. "Промстройиздат", 1956). Оба способа энергоемки и требуют применения специального оборудования для работы при высоких давлениях и температуре -автоклавов.

Из уровня техники известен целый ряд способов приготовления связующих жидкостекольного типа для формовочных смесей, основанный на традиционных технологических приготовлениях жидкого стекла. В частности, по авт.св. СССР N 1072980, кл. B 22 C 1/18 автоклавному щелочному растворению подвергают кремнезем аморфной модификации, в качестве источника которого используют промышленные пыли. По авт.св.СССР N 1217551, кл. B 22 C 1/18 автоклавной щелочной обработке подвергают аморфный кремнеземистый материал, предварительно термически подготовленный, способ получения силикатного связующего по авт.св. СССР N 1243883, кл. B 22 C 1/18предусматривает совместное автоклавное растворение силиката натрия и аморфного кремнезема в щелочной среде, причем в качестве источника аморфного кремнезема используют трепел или диатомит. Известно также усовершенствование автоклавной технологии, заключающейся в выщелачивании материала раствором едкого натрия в присутствии поверхностно-активного вещества анионного класса, что интенсифицирует процесс и повышает качество продукта (авт.св. СССР N 1565565, кл. B 22 C 1/18).

Известен также способ получения силиката калия путем растворения диоксида кремния в едком калии при 20-60^oC, т.е. без применения автоклавов, но при этом предъявляются высокие требования к измельчению сырья до крупности менее 40 мкм (авт.св. СССР N 1087464, кл. C 01 B 33/32).

Наиболее близким к заявляемому является способ получения метасиликата натрия, включающий обработку измельченной высококремнистой осадочной горной породы, в качестве которой использована опока, раствором едкого натрия при 90 94^oC в течение 10-25 мин (авт.св. СССР N 1611860, кл. C 01 B 33/32, опубл. БИ N 45, 1990 г.).

Однако и в данном способе требуется определенный гранулометрический состав исходного сырья, без чего не обеспечивается протекание процесса в указанном температурном интервале в течение короткого периода.

Целью изобретения является упрощение и удешевление технологии приготовления жидкостекольного связующего из горных пород с высоким содержанием аморфного кремнезема, а также улучшение выбиваемости формовочных смесей, приготовленных на его основе.

Поставленная цель достигается в заявленном решении за счет того, что в способе, включающем горячее выщелачивание высококремнистой осадочной горной породы раствором едкого натрия, в качестве исходного сырья используют опал-кристобалитовую породу, измельченную до крупности -1,0+0,63 мм, а выщелачивание ведут при 80 85^oC в течение 90 120 мин.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. Формовочные смеси представляют из себя композиции, состоящие из огнеупорного наполнителя, например кварца, жидкостекольного вяжущего и различных добавок. Представляется целесообразность при приготовлении связующего из кремнеземсодержащего сырья оставить некоторую часть кварцевой фазы в нерастворимом виде и использовать полученную в качестве основы формовочной смеси. Исследованиями авторов настоящего решения установлено, что из всего многообразия имеющегося кремнеземсодержащего сырья предъявляемым требованиям наилучшим образом отвечают опалкристобалитовые породы, представленные остатками глобулярий и мелкозернистыми обломками кристобалита (Кремнистые породы СССР. Таткнигоиздат, Казань, 1976). Как показали исследования, из опалкристобалитовой породы, измельченной до крупности -1,0+0,63 мм, в течение 1,5 2,0 ч при температуре 80 85^oC раствором едкого натрия с концентрацией 120 150 г/л выщелачивается на уровне 60% аморфного кремнезема, тогда как кристобалитовая фаза практически не подвергается растворению. Получаемая в результате процесса суспензия кристобалита в жидкостекольной фазе применяется для приготовления качественной формовочной смеси.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими примерами выполнения.

Навеску 400 г опалкристобалитовой породы Красногвардейского месторождения, имеющей состав, 72 SIO₂, 2 СaO, 9 Al₂O₃, растворяли при перемешивании в растворе едкого натрия концентрацией 150 г/л. Продолжительность выщелачивания, температуру процесса исходного сырья варьировали в течении 120 мин при 85^oC.

Формовочную смесь получали в лабораторных бегунах при перемешивании кварцевого песка и приготовленной вышеуказанного состава суспензии. При этом навеска кварцевого песка составляла 500 г, а количество суспензии изменяли. Перемешивание в бегунах осуществлялось в течение 3 мин. Приготавливали стандартные круглые образцы и после продувки их диоксидом углерода в течение 1 мин проводили стандартные испытания на прочность, газопроницаемость и осыпаемость. Результаты испытаний приведены в таблице.

Представленные результаты свидетельствуют о работоспособности заявляемого способа и об улучшении выбиваемости смесей, приготовленных на суспензии, полученной заявляемым способом.

Формула изобретения

Способ получения связующего для формовочных и стержневых смесей, а также оболочковых форм для точного литья, включающий гидротермальную щелочную обработку осадочной горной породы-опоки, отличающийся тем, что используют опоку фракции 0,63 1,0 мм, а процесс гидротермальной обработки проводят при 80 85^oС в течение 90 120 мин и концентрации едкого натрия 120 150 г/л до получения суспензии, содержащей кристобалитовую и жидкостекольную фазы.

РИСУНКИ

Рисунок 1