Легковыбиваемая жидкостекольная смесь и способ ее приготовления

Группа изобретений относится к литейному производству и может быть использована для изготовления литейных форм и стержней из жидкостекольных смесей. Смесь содержит, мас.%: отработанную стержневую смесь 75,0-80,0; кварцевый песок с влажностью 3,5-4,0% 17,0-20,0; жидкое стекло 3,0-5,0; распушенную макулатуру 3,0-5,0; едкий натр 1,0-1,5. Способ включает смешивание всех ингредиентов, при этом в отработанную стержневую смесь добавляют кварцевый песок с влажностью 3,5-4,0%, едкий натр и перемешивают, после чего добавляют распушенную макулатуру совместно с жидким стеклом, смешанные предварительно. Технический результат - снижение усадки, которая возникает при отверждении смеси, увеличение трещиностойкости за счет релаксации напряжений, улучшение выбиваемости и утилизация отходов. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления литейных стержней из жидкостекольных смесей.

Известны составы смесей на основе огнеупорного наполнителя, жидкого стекла в качестве связующего, в сочетании с органическими добавками, например известна смесь составом, мас.%: кварцевый песок - 96,5, жидкое стекло - 3,5 и добавка, улучшающая выбивку и газопроницаемость смеси, - гранулированное древесное волокно - 0,5 /1/.

Известный состав имеет недостатки: сниженную прочность в отвержденном состоянии, высокий коэффициент осыпаемости.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является смесь /2/ для изготовления литейных стержней, содержащая, мас.%: отработанную смесь - 80; кварцевый песок - 20; жидкое стекло в качестве связующего - 4. Способ ее приготовления заключается в последовательном смешивании всех ее ингредиентов. Эта смесь имеет такие недостатки, как высокий процент трещинообразования, затрудненную выбиваемость и регенерируемость смеси после заливки.

Технический результат изобретения - снижение усадки, которая возникает при отверждении смеси, и, как следствие, увеличение трещиностойкости (за счет релаксации напряжений), улучшение выбиваемости и утилизация отходов, которая достигается за счет применения в составах жидкостекольных смесей распушенной макулатуры и введения в огнеупорный наполнитель едкого натра при следующем количественном соотношении ингредиентов, мас.%:

отработанная стержневая смесь	75,0-80,0
кварцевый песок с влажностью 3,5-4,0%	17,0-20,0
жидкое стекло	3,0-5,0
распушенная макулатура	3,0-5,0
едкий натр	1,0-1,5

Известный способ приготовления смеси /3/, включающий в себя первоначально смешивание кварцевого песка и раствора едкого натра в течение 5-10 мин, а затем введение жидкого стекла и перемешивание еще 2-3 мин, имеет недостатки: низкую первоначальную прочность и высокую остаточную.

Для достижения поставленного технического результата предлагается способ приготовления указанной смеси, включающий в себя смешивание всех ее ингредиентов, отличительный признак которого заключается в том, что распушенную макулатуру вводят в процессе приготовления смеси совместно с жидким стеклом после их предварительного смешивания. Причем бумажная макулатура предварительно распушается до отдельных волокон. Причем длина бумажных волокон должны быть не более чем средний размер основной фракции песчинок.

При содержании распушенной макулатуры менее 3,0% не достигается существенного улучшения технологических свойств смеси, указанных в качестве технического результата изобретения, а при содержании ее более 5,0% не наблюдается дальнейшего улучшения достигнутого уровня технологических свойств.

Предлагаемую стержневую смесь приготавливают следующим образом.

1. Смешивают жидкое стекло с распушенной макулатурой в мешалке известной конструкции, например магнитной. Время смешивания - 2-3 мин.

2. В отработанную стержневую смесь добавляют кварцевый песок с влажностью 3,5-4,0% и едкий натр. Полученную смесь перемешивают в бегунах в течение 5 мин, а затем вводят в смесь жидкое стекло с распушенной макулатурой и перемешивают еще 2-3 мин.

Приготовленную таким образом стержневую смесь используют для изготовления литейных стержней.

Предварительное смешивание жидкого стекла с распушенной макулатурой позволяет получить связующее без появления неравномерно размещенных по объему волокон.

Так как волокна распушенной макулатуры в жидкостекольных смесях выполняют функцию дисперсного армирования связующего, то при фазовом переходе и образовании твердой структуры силикагеля объем связующей композиции дает усадку практически одинаковую по сечению. Это препятствует деформации стержня, способствует сохранению геометрических размеров стержня и предотвращает трещинообразование на ранней стадии изготовления стержня.

При заливке в смесь металла происходит термодистругирование волокон распушенной макулатуры, в результате чего выделяющиеся газы разрушают гель кремневой кислоты, образовавшейся при затвердевании жидкого стекла. Образовавшиеся поры от сгоревшей добавки способствуют улучшению выбиваемости смеси.

В табл.1 приведены составы 1-3 предлагаемой смеси и известной смеси (4).

Таблица 1
Наименование ингредиента	Содержание, мас.%, в смеси
1	2	3	4
Кварцевый песок	89	91	93	94,5
Раствор 45%-й щелочи	1,0	1,25	1,5	1,5
Жидкое стекло	3,0	4,0	5,0	4,0
Распушенная макулатура	5,0	4,0	3,0	-

Свойства составов заявленной стержневой смеси, приготовленной предлагаемым способом, и известной приведены в таблице 2.

Таблица 2
Свойства	Предлагаемая формовочная смесь	Известная смесь (4), приготовленная известным способом
	Совместное введение в смесь жидкого стекла и распушенной макулатуры		Раздельное введение в смесь жидкого стекла и распушенной макулатуры
	Распушенная макулатура затем жидкое стекло		Жидкое стекло затем распушенная макулатура
	смесь		смесь	смесь
1	2	3	1	2	3	1	2	3
Прочность на сжатие во влажном состоянии, МПа	0,18	0,12	0,15	0,084	0,080	0,087	0,078	0,08	0,083	0,1-0,15
Осыпаемость, %	0,12	0,09	0,06	0,31	0,35	0,33	0,31	0,38	0,41	0,5
Прочность на разрыв в сухом состоянии, МПа	1,87	1,91	2,1	1,4	1,55	1,57	1,35	1,4	1,58	1,50-1,60
Газопроницаемость, ед	284	265	253	286	278	254	274	261	240	200
Прочность после прокалки при 700°С в течение 2 мин, МПа	0,07	0,09	0,11	0,08	0,12	0,14	0,09	0,13	0,16	0,15-0,2
Количество стержней, пораженных трещинами, %	нет	нет	3-5	-	-	3-5	-	3-5	6-8	25-35

Как видно из таблицы 2, остаточная прочность стержней в предлагаемой смеси после заливки металла в форму снизилась в 2,8 раза, так как произошло выгорание волокон распушенной макулатуры.

В предлагаемой смеси увеличивается до 1,2 раза прочность на сжатие во влажном состоянии, так как происходит дисперсное армирование связующего - жидкого стекла, а затем и смеси волокном распушенной макулатуры. По этой же причине прочность стержня после продувки углекислым газом также возрастает в 1,2 раза.

Предлагаемая смесь имеет низкий коэффициент осыпаемости, т.к. наряду с общей прочностью усиливается и поверхностная прочность. Причем осыпаемость снижается в 5-10 раз за счет образования поверхностного каркаса из волокон макулатуры.

В табл.2 видно, что эффект повышения физико-механических и технологических свойств непосредственно вытекает из того, что в предлагаемую стержневую смесь введено жидкое стекло в сочетание с распушенной макулатурой при указанном соотношении всех компонентов смеси. При раздельном введении жидкого стекла и распушенной макулатуры отдельные свойства смеси хотя и повышаются, но весьма незначительно.

Предлагаемая смесь может использоваться для литейных стержней в условиях их ручного и механизированного изготовления и различной серийности производства.

При использовании предлагаемой стержневой смеси по сравнению с известной снижается брак стержней по геометрии и трещинам (положительное влияние оказывает армирование смеси волокнами распушенной макулатуры). Стержни имеют гладкую качественную поверхность (осыпаемость практически отсутствует).

Источники информации

1. Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси. Чебоксары: Изд-во при Чуваш. ун-те, 1995. Ч.2. С.122.

2. Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси. Чебоксары: Изд-во при Чуваш. ун-те, 1995. Ч.2. C.111.

3. Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси. Чебоксары: Изд-во при Чуваш. ун-те, 1995. Ч.2. C.114.

1. Смесь для изготовления литейных стержней, содержащая отработанную стержневую смесь, кварцевый песок с влажностью 3,5-4,0% и жидкое стекло, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит распушенную макулатуру и едкий натр при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Отработанная стержневая смесь	75,0-80,0
Кварцевый песок	17,0-20,0
Жидкое стекло	3,0-5,0
Распушенная макулатура	3,0-5,0
Едкий натр	1,0-1,5

2. Способ приготовления смеси для изготовления литейных стержней, включающий смешивание всех ингредиентов, отличающийся тем, что в отработанную стержневую смесь добавляют кварцевый песок с влажностью 3,5-4,0%, едкий натр и перемешивают, после чего добавляют распушенную макулатуру совместно с жидким стеклом, смешанные предварительно.