Противопригарное и теплоизоляционное покрытие для изложниц центробежного литья

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к противопригарным теплоизоляционным краскам, наносимым на внутреннюю поверхность крупногабаритных изложниц при изготовлении массивных износостойких бандажей методом центробежного литья. Противопригарная теплоизоляционная краска содержит синтетический огнеупорный наполнитель, в качестве которого используют карбид титана 39-42%, оксид натрия 7-9%, оксид алюминия 5-7%, оксид магния 5-7% и лак, содержащий порошок поливинилового спирта 3-5% и воду 97-95%. Компоненты взяты при следующем соотношении, мас.%: синтетический огнеупорный наполнитель 25-40, лак на основе поливинилового спирта 60-75. Обеспечивается регулирование скорости кристаллизации и размера зерна наружной рабочей поверхности центробежной отливки, повышение твердости и прочности металла в этой зоне. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к противопригарным теплоизоляционным краскам, наносимым на внутреннюю поверхность крупногабаритных изложниц при изготовлении массивных (до 5 т) износостойких бандажей методом центробежного литья. Покрытие также может использоваться при производстве стального, чугунного и цветного литья в песчаных и металлических формах (кокили).

При изготовлении подобных заготовок роль разделительного покрытия между изложницей и отливкой становится определяющей, так как ее воздействие сказывается на формировании качества рабочего слоя износостойких бандажей (чистота поверхности, структура, физико-механические свойства, в том числе твердость и прочность, величина припуска на механообработку), а также на эксплуатационную стойкость изложниц.

Основная проблема в этом случае состоит в необходимости разработки такого состава покрытия, которое отличается как высокой термостойкостью и хорошей кроющей способностью, что обеспечивает высокую чистоту поверхности отливки, так и защитными теплоизолирующими свойствами, позволяющими продлить срок службы дорогостоящих крупногабаритных изложниц.

В настоящее время при изготовлении крупногабаритных заготовок из чугуна и стали методом центробежного литья получили широкое применение теплоизоляционные покрытия на основе сыпучих материалов: диатомита и бентонита (патент РФ №2089326) или диоксид циркония с индустриальным маслом (патент РФ №2297300), а также смеси кварцита, окиси магния, окислов кальция, железа, карбида кремния, графита, диоксида циркония и связующего (патент РФ №2258577).

Несмотря на высокие теплоизолирующие свойства указанных покрытий все они обладают рядом серьезных недостатков:

- отсутствие ровной поверхности, бугристость;

- резко выраженный пригар на поверхности отливки;

- сравнительно высокая толщина слоя покрытия (4-8 мм);

- разрушение покрытия и его вымывание при заливке металла;

- высокая трудоемкость при извлечении отливки.

Указанные недостатки приводят к увеличению припуска отливки на механообработку и значительному их браку из-за неравномерного отбела рабочего слоя, а также затрудняют извлечение заготовок из изложницы.

Поэтому наиболее рациональным покрытием, обеспечивающим решение настоящей проблемы, является использование его в виде литейной краски, способной устранить недостатки сыпучего покрытия и в то же время, обладая высокой термостойкостью и защитными теплоизолирующими свойствами, иметь высокие физико-механические свойства, позволяющие противостоять от разрушения усилиям, возникающим при взаимодействии струи металла при ее заливке с поверхностью покрытия на внутренней поверхности вращающейся формы.

В связи с этим требования к литейной краске на внутренней поверхности крупногабаритной изложницы сводятся к следующему:

- высокий уровень прочности к истиранию, в пределах 0,8-1,2 кг/мм²;

- высокая термостойкость, обеспечивающая чистоту поверхности отливки;

- достаточная толщина слоя краски - до 2,0 мм;

- вязкость по ВЗ-4 11,0-12,0 с;

- высокая седиментационная устойчивость 80-85%;

- хорошая кроющая способность;

- отсутствие токсичных компонентов.

Известен состав антипригарной краски, используемой для покраски кокилей при изготовлении чугунных отливок типа мелющих тел (патент РФ №2164457), отличающийся тем, что дополнительно содержит электрокорунд, огнеупорную глину и каолин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

муллиткорундовый шамот	8,1-10,7
электрокорунд	3,6-4,4
циркон	2,9-4,4
огнеупорная глина	1,1-2,1
каолин	1,1-2,9
жидкое стекло	4,3-4,8
вода	остальное

Недостатком указанного состава краски является наличие пригара на поверхности отливок, а также низкая прочность сцепления с поверхностью формы, что приводит к вымыванию краски при заливке больших масс металла (10-25 т) и, как следствие, к привариванию отливки к изложнице и ее разрушению.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению (прототипом) является патент РФ №2355505 на состав краски с добавлением диспергатора, в качестве которого используют пенообразователь на основе α-алифинов и пенорегулятор на основе полиметилполисилаксанов в соотношении 1,0:0,1.

Недостатком прототипа является более высокое тепловое сопротивление по сравнению с аналогом, что приводит к снижению скорости кристаллизации наружной рабочей поверхности бандажа, из-за чего растет зерно в рабочем слое бандажа и соответственно снижаются значения твердости и прочности металла, находящегося в этих зонах.

Указанный недостаток, присущий прототипу, объясняется наличием в нем высокого содержания цирконового порошка 70-75% в составе антипригарной краски.

Предлагаемая краска в заявленном составе позволяет обеспечить наряду с чистотой поверхности отливки и высокие защитные по отношению к изложнице теплоизоляционные свойства, позволяющие наносить необходимые толщиной слои краски на внутреннюю поверхность вращающейся крупногабаритной изложницы при заливке больших масс металла (до 5 т) с высокими прочностными характеристиками.

Указанный технический результат достигается тем, что в противопригарной теплоизоляционной краске для изложниц центробежного литья, содержащей синтетический огнеупорный наполнитель, в качестве которого применяются, карбид титана 39-42%; оксид алюминия 41-43%; оксид магния 5-7%; оксид натрия 7-9%, и лак на основе поливинилового спирта (ПВС-1), содержащий порошок поливинилового спирта 3-5% и воду 97-95% при следующем содержании компонентов, мас.%:

синтетический огнеупорный наполнитель	25-40
лак на основе поливинилового спирта (ПВС-1)	60-75

Добавление в синтетический огнеупорный наполнитель карбида титана (TiC) позволяет регулировать размер зерна металла, находящегося в наружной рабочей поверхности бандажа и соответственно значения его твердости и прочности.

Увеличение содержания карбида титана в синтетическом огнеупорном наполнителе до свыше 42% способствует образованию брака литья по раковинам, а понижение его до менее 39% не позволяет регулировать размер зерна металла, находящегося в поверхностном слое бандажа и выравнивать значения твердости и прочности на его рабочей поверхности.

Наличие в составе синтетического огнеупорного наполнителя оксидов алюминия Al₂O₃; магния MgO; и натрия Na₂O в количествах 41-43%; 5-7% и 7-9% соответственно позволяет придать краске высокую огнеупорность.

При содержании оксидов алюминия, магния и натрия (43+7+9=59%) свыше 59% существенно повышается вязкость покрытия, что приводит к привариванию металла с внутренней поверхностью изложницы, а при понижении до менее (41+5+7=53%) 53% снижается термостойкость краски, что также приводит к привариванию металла с изложницей.

Наличие в составе лака порошка поливинилового спирта в количествах 3-5% позволяет регулировать необходимую вязкость противопригарной краски.

Увеличение порошка поливинилового спирта свыше 5% повышает вязкость противопригарной краски, что приводит к отсутствию ровной наружной поверхности отливки, а понижение его до менее 3% способствует снижению вязкости противопригарной краски и соответственно разрушению покрытия и его вымыванию при заливке металла.

Наличие в составе краски противопригарного лака на основе поливинилового спирта (ПВС-1) в количестве 60-75% обеспечивает высокую прочность краски, что позволяет наносить слой краски на внутренней поверхности изложниц толщиной до 2 мм и этим самым обеспечить защиту изложниц от разрушительного напора заливаемого металла.

При содержании в составе краски лака ПВС-1 более 75% снижается вязкость краски, что способствует преждевременному выходу из строя изложницы, а при понижении его до менее 60% повышается вязкость краски, из-за чего она плохо растекается по внутренней поверхности изложницы, что также приводит к привариванию металла к изложнице.

Наличие в составе краски синтетического наполнителя в количестве 25-40% обеспечивает ее высокую огнеупорность, что позволяет увеличить срок эксплуатации изложниц.

Увеличение содержания синтетического огнеупорного наполнителя краски до свыше 40% повышает вязкость краски сверх требуемых по техническим условиям значениям, а понижение его до менее 25% уменьшает ее.

В таблицах 1 и 2 приведены составы и основные свойства предлагаемой краски по сравнению с прототипом.

Пример пользования предлагаемой краски.

Синтетический огнеупорный наполнитель получают методом экзотермической реакции путем восстановления, он является инертным по отношению к заливаемому металлу.

Предварительно измельченный огнеупорный наполнитель в заявленных количествах смешивается в смесителе валкового типа. В перемешанную сухую смесь добавляется лак ПВС-1 с последующим выстаиванием в течение 20 часов. Затем ее основу перемешивают до получения однородной суспензии.

Лак (ПВС-1) предварительно готовят следующим образом: в нагретую до температуры 100°С воду засыпают порошок поливинилового спирта и одновременно перемешивают до образования прозрачной жидкости.

Вязкость суспензии проверяется на отобранной пробе и должна составлять по ВЗ-4 10,0-11,0 с. Все применяемые материалы для приготовления краски не обладают токсичностью.

Подготовленная краска наносится методом пульверизации на внутреннюю поверхность предварительно прогретой до температуры 200-250°С изложницы в процессе ее вращения.

Апробирование заявленного состава краски производилось при изготовлении бандажей массой 2-5 т. Поверхность отливок, полученных с применением заявленного состава краски, отличалась ровным рельефом и не имела пригара, а внутренняя поверхность изложницы не имела сетки разгара и других дефектов.

Свойства полученных бандажей с использованием заявленного в изобретении состава противопригарной теплоизоляционной краски отвечали всем предъявленным техническим условиям и требованиям к их качеству.

Таблица 1
Свойства противопригарных теплоизоляционных красок
Наименование компонентов покрытия	Количество компонентов, мас.%
Заниженное содержание	Предлагаемый состав	Завышенное содержание	Прототип
Карбид титана	9,5	10	13,4	16,80	17,0	-
Оксид алюминия	10,0	10,25	13,7	17,20	18,0	-
Оксид магния	1,0	1,25	2,03	2,80	3,0	-
Оксид натрия	1.0	1,75	2,70	3,60	4,0	-
Цирконовый порошок	-	-	-	-	-	70-75
Бентонит	-	-	-	-	-	2,5-4,5
ПАВ (диспергатор), %	-	-	-	-	-	0,11-0,20
ак на основе водного поливинилового спирта (ПВС-1)	2,5	3,00	4,00	5,00	5,5	-

Таблица 2
Свойства противопригарных теплоизоляционных красок
Наименование физико-механических характеристик краски	Показатели качественных характеристик краски
Заниженное содержание компонентов	Предлагаемый состав	Завышенное содержание компонентов	Прототип
Чистота поверхности отливок (наличие пригара), % от площади отливки	6,0	0,0	0,0	0,0	8,0	15,0
Номер зерна в поверхностных рабочих слоях металла отливки	6-8	2-3	2-4	2-4	3-5	8-10
Прочность на истирание, кг/мм2	10	12	20	25	30	16
Толщина слоя, мм	1,0	1,5	1,8	2,0	2,0	2,0
Плотность г/см3	1,8	1,8	1,85	1,9	1,95	1,95

Противопригарная теплоизоляционная краска для изложниц центробежного литья, содержащая синтетический огнеупорный наполнитель и лак, отличающаяся тем, что в качестве синтетического огнеупорного наполнителя используют карбид титана (TiC) 39-42%, оксид алюминия (Al₂O₃) 41-43%, оксид магния (MgO) 5-7%, оксид натрия (Na₂O) 7-9%, а в качестве лака - лак на основе поливинилового спирта (ПВС-1), содержащий порошок поливинилового спирта 3-5% и воду 97-95%, при следующем содержании компонентов, мас.%:

синтетический огнеупорный наполнитель	25-40
лак (ПВС-1)	60-75