Смесь для изготовления литейных форм и стержней
Владельцы патента RU 2472598:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей с жидкостекольным связующим, отверждаемых тепловой сушкой. Смесь содержит, мас.%: глину огнеупорную 3-4, жидкое стекло 6-7, углеродсодержащую добавку в виде фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла 1-2 и остальное - огнеупорный наполнитель на основе кремнезема. Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла могут использовать разбавленным водой при соотношении, мас.%: фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла - 40, вода - 60. Обеспечивается улучшение выбиваемости смеси из отливок. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей с жидкостекольными связующими для изготовления форм и стержней, отверждаемых тепловой сушкой.
Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая огнеупорный наполнитель, глину огнеупорную, едкий натр и жидкое стекло [Лясс А.М. Быстротвердеющие формовочные смеси. - М.: Машиностроение, 1965. - 330 с.].
Однако данная смесь обладает неудовлетворительной выбиваемостью из отливок.
Известно введение в состав жидкостекольных смесей с целью улучшения их выбиваемости различных углеродсодержащих добавок, таких как древесный пек [Лясс А.М. Быстротвердеющие формовочные смеси. - М.: Машиностроение, 1965. - 330 с.], ощелаченная сульфитно-спиртовая барда [А.с. 1311835, В22С 1/00, 1/02 опубл. 23.05.1987 г. бюл. №19], торфяная зола [А.с. 176662, В22С 1/02, опубл. 01.01.1965 г.], а также скоп - отход целлюлозно-бумажного производства [А.с. 2405648, В22С 1/18, опубл. 10.12.2010 г.] и ряд других.
Известно введение в состав жидкостекольных смесей углегродсодержащей добавки сажесмоляной пульпы, представляющей собой трудноразделяемую эмульсию темно-коричневого цвета с содержанием воды до 50% [А.с. 1222390, В22С 1/00, 1/02 опубл. 07.04.1986 г. бюл. №13].
В производственных условиях чаще всего для улучшения выбиваемости жидкостекольных смесей используют углеродсодержащие добавки, такие как древесные опилки, древесную муку и мазут [Лясс А.М. Быстротвердеющие формовочные смеси. - М.: Машиностроение, 1965. - 330 с.].
Введение углеродсодержащих добавок позволяет улучшить выбиваемость жидкостекольных смесей за счет ослабления когезионных связей в силикатных пленках связующих, а также при выгорании добавки и образовании инертной прослойки сажистого углерода, которая снижает адгезию пленок и уменьшает прочность смесей при температурах 800-1000°С [Лясс А.М. Быстротвердеющие формовочные смеси. - М.: Машиностроение, 1965. - 330 с.].
Известно введение в состав жидкостекольных смесей с целью улучшения выбиваемости экстракта селективной очистки масляных дистиллятов [А.с. 627904, В22С 1/02, 1976 г.]. Всем перечисленным смесям, содержащим углеродсодержащие добавки, присуще увеличенная газотворность смесей, что может служить причиной образования газовых раковин в отливках и ухудшения санитарно-гигиенических условий труда.
Наиболее близкой к описанному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая масс.%:
| Водный раствор едкого натра плотностью 1,2 г/см3 | - 0,4-0,6 |
| Жидкое стекло | - 3,0-4,0 |
| Отходы контактной очистки остаточных и | |
| дистиллятных масел | - 0,4-0,6 |
| Огнеупорный наполнитель на основе кремнезема | - остальное |
[А.с. 1026924 В22С 1/02 опубл. 07.07.1983 г. бюл. №25].
Недостатком данной смеси является большая остаточная прочность за счет малого содержания углеродсодержащей добавки в отходах контактной очистки остаточных и дистиллятных масел, что влияет на ухудшение выбиваемости.
Задачей настоящего изобретения является разработка жидкостекольной смеси, включающей новую углеродсодержащую добавку - фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла, улучшающий выбиваемость смеси из отливок, а также утилизация отхода производства.
Технический результат изобретения - улучшение выбиваемости смеси из отливок, расширение ассортимента технологических добавок в составах жидкостекольных смесей и утилизация остаточного продукта переработки семян горчицы, а именно отхода производства растительного горчичного масла.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявленной смеси для изготовления литейных форм и стержней, содержащей огнеупорный наполнитель на основе кремнезема, глину огнеупорную, жидкое стекло, углеродсодержащую добавку, используют углеродсодержащую добавку, представляющую собой фильтро-прсссовый осадок растительного горчичного масла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Глина огнеупорная | - 3-4; |
| Жидкое стекло | - 6-7; |
| Фильтро-прессовый осадок | |
| растительного горчичного масло | - 1-2; |
| Огнеупорный наполнитель | |
| на основе кремнезема | - остальное. |
Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла также можно использовать разбавленным водой при соотношении, мас.%:
| Фильтро-прессовый осадок | |
| растительного горчичного масла | - 40; |
| вода | - 60. |
Для достижения поставленного технического результата использовали отход при производстве горчичного масла в виде фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла. Большая часть фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла накапливается на маслоэкстракционных заводах и требует их реализации и утилизации. При переработке семян горчицы с них снимают шелуху, после чего путем прессования зерен горчицы получается горчичное масло (ГОСТ 8807 - 74). После фильтрации горчичного масла образуется фильтро-прессовый осадок (ФПО), содержащий 40-50% горчичного масла и до 50% мелкодисперсного горчичного жмыха - порошка, представляющий собой углеродсодержащий материал.
Отличием заявляемого изобретения является использование отхода, образующегося при фильтрации растительного горчичного масла, который служит новым средством для получения технического результата, а именно улучшения выбиваемости за счет снижения остаточной прочности смесей.
Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла в качестве углеродсодержащей добавки вводится в жидкостекольную смесь как в чистом виде, так и в сочетании с водой при соотношении, мас.%:
| Фильтро-прессовый осадок | |
| растительного горчичного масла | - 40; |
| Вода | - 60. |
Указанное соотношение удовлетворяет требованиям ТУ по плотности и вязкости.
Жидкостекольную смесь готовят следующим образом: сначала загружают огнеупорный наполнитель на основе кремнезема, затем глину огнеупорную, время перемешивания 2 минуты, затем вводят жидкое стекло, перемешивание 5 минут и фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла, перемешивание 1 минута. Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла в чистом виде вводился в смесь после жидкого стекла, а фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла в сочетании с водой (40/60) вводился как до жидкого стекла, так и после него.
В изобретении используют жидкостекольные смеси с содержанием 6-7 мас.% жидкого стекла и 3-4 мас.% глины огнеупорной, в прототипе указана смесь, содержащая 3% жидкого стекла.
Содержание жидкого стекла меньше 6% не удовлетворяет прочностным характеристикам, а также снижается живучесть смеси за счет меньшего процента влаги, что требует дополнительного введения едкого натра, что не желательно. Введение жидкого стекла в смесь сверх 7% ухудшает выбиваемость за счет повышения прочности в отвержденном состоянии. Увеличение глины сверх 4% влияет на снижение газопроницаемости смеси, что может способствовать образованию газовых раковин, а содержание глины менее 3% не обеспечивает необходимой сырой прочности во влажном состоянии. При содержании углеродсодержащей добавки в виде фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла меньше нижнего предела (1%) не достигается требуемое улучшение выбиваемости, а при содержании ее выше верхнего предела (2%) происходит нежелательное повышение газотворности смеси.
Составы и свойства смесей заявляемой и прототипа представлены в таблицах 1 и 2.
При сопоставлении свойств заявляемой смеси с содержанием огнеупорной глины (3-4%) и жидкого стекла (6-7%) (смеси 1-5, табл.1, 2) в сравнении со смесью прототипа (смесь 7, табл.1, 2) видно, что газопроницаемость и влажность всех смесей практически не отличаются и удовлетворяют требованиям ТУ. Смесь 6 (табл.1, 2) не соответствует требованиям ТУ по газопроницаемости.
Прочность смесей на сжатие во влажном состоянии с содержанием жидкого стекла 6% и глины 3% составляет 0,13·105 Па (смесь 9; табл.2). При введении 1-2% фильтро-прессового осадка в чистом виде прочность на сжатие во влажном состоянии возрастает до 0,26-0,3·105 Па (смеси 1,2; табл.2). Введение фильтро-прессового остатка, разведенного с водой (40/60), в смесь до жидкого стекла снижает прочность до 0,05-0,06·105 Па (смеси 3, 4; табл.2) и объясняется тем, что глина смеси, пропитанная маслом фильтро-прессового осадка, не впитывает воду жидкого стекла и в результате является гидрофобным материалом. Однако введение фильтро-прессового осадка в сочетании с водой (40/60) в смесь после жидкого стекла несколько повышает сырую прочность до 0,08-0,09·105 Па (смеси 5, 6; табл.2) за счет увлажнения глины водным связующим - жидким стеклом. Смеси 3-6 (табл.1, 2) следует рекомендовать для пескодувного способа уплотнения стержней, смеси 1,2 (табл.1, 2) для ручного, встряхивающего и вибрационного способов уплотнения форм и стержней.
Прочность на разрыв в сухом состоянии смесей с введением фильтро-прессового осадка в смесь до жидкого стекла в чистом виде в 2,5-3,0 раза ниже (смеси 1, 2; табл.2), чем с фильтро-прессовым осадком в сочетании с водой (40/60) (смеси 3, 4; табл.2), что объясняется большей толщиной пленки «масляного» связующего - фильтро-прессового осадка в чистом виде и неравномерностью его распределения по поверхности кварцевых зерен.
При введении фильтро-прессового осадка в сочетании с водой (40/60) в смесь после жидкого стекла прочность на разрыв в сухом состоянии несколько снижается, при этом осыпаемость смеси незначительно повышается (смеси 5, 6; табл.2) и находится в пределах ТУ. Прочность на разрыв в сухом состоянии заявляемых смесей на чистом фильтро-прессовом осадке (смеси 1, 2; табл.1, 2) аналогична смеси-прототипа (смесь 7; табл.1, 2), а смеси с фильтро-прессовым осадком, разведенным с водой (смеси 3-6; табл.1, 2), имеют прочность на разрыв в сухом состоянии в 1,5-2,5 раза выше смеси прототипа (смесь 7; табл.1, 2). Аналогичные результаты по прочности на сжатие в сухом состоянии цилиндрических образцов на всех исследуемых смесях (смеси 1-6; табл.1, 2).
Гигроскопичность исследуемых смесей на основе жидкого стекла с добавлением фильтро-прессового осадка в чистом виде и разведенного с водой (40/60) превышает требования ТУ (смеси 1-6; табл.1, 2) аналогично смеси на основе жидкого стекла без глины (смесь 8; табл.1, 2) и с глиной (смесь 9; табл.1, 2), что объясняется гидрофильной природой жидкого стекла. Введение фильтро-прессового осадка в сочетании с водой (40/60) в смесь после жидкого стекла уменьшает гигроскопичность до 1% (смеси 5, 6; табл.2), что объясняется «масляной» составляющей фильтро-прессового осадка.
Сравнительный анализ газотворности заявляемой смеси с прототипом показал, что смеси с фильтро-прессовым осадком в чистом виде (смеси 1,2; табл.1, 2) обладают меньшей газотворностью, а с фильтро-прессовым осадком в сочетании с водой (смеси 3-6; табл.1, 2) обладают меньшей газотворностью в 1,5-2 раза, что может улучшить санитарно-гигиенические условия труда.
Сравнительный анализ выбиваемости по остаточной прочности прокаленных цилиндрических образцов при температуре 200, 400, 600, 800, 1000°С заявляемой смеси в сравнении с жидкостекольной смесью без добавки (смесь 8; табл.1, 2) и жидкостекольной смесью с глиной (смесь 9; табл.1, 2) показал, что введение в жидкостекольную смесь фильтро-прессового осадка в чистом виде в количестве 1-2% снижает остаточную прочность при 200°С в 3 раза (смеси 1, 2; табл.2), при 400°С в 3 раза смеси 1, 2; табл.2), при 600°С в 6 раз (смеси 1, 2; табл.2), при 800°С в 1,5 раза (смеси 1, 2; табл.2), при 1000°С в 5 раз (смеси 1, 2; табл.2), все смеси при нагружении рассыпаются, что характеризует отличную выбиваемость.
Наилучшие результаты представлены по остаточной прочности заявляемой смеси с фильтро-прессовым осадком в сочетании с водой (40/60) при введении его в смесь до жидкого стекла (смеси 3, 4; табл.2) в сравнении со смесями с фильтро-прессовым осадком в сочетании с водой (40/60) при введении его в смесь после жидкого стекла (смеси 5, 6; табл.2).
Как видно из данных табл.2, смеси по изобретению (смеси 1-4; табл.2) в сравнении со смесью прототипа (смесь 7, табл.2) обладают меньшей остаточной прочностью при температурах прокалки от 400-1000°С, что обеспечит лучшую выбиваемость форм и стержней и объясняется углеродсодержащей природой технологической добавки - фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла.
Применение в составах жидкостекольных смесей отхода - фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла решает проблему утилизации, снижения трудоемкости за счет улучшения выбиваемости форм и стержней, экономии дорогостоящих технологических добавок, применяемых для улучшения свойств смесей, а также расширения ассортимента технологических добавок в составах жидкостекольных смесей.
1. Смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая огнеупорный наполнитель на основе кремнезема, жидкое стекло, глину огнеупорную и углеродсодержащую добавку, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащей добавки она содержит фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Глина огнеупорная | 3-4 |
| Жидкое стекло | 6-7 |
| Фильтро-прессовый осадок | |
| растительного горчичного масла | 1-2 |
| Огнеупорный наполнитель | |
| на основе кремнезема | Остальное |
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла, разбавленный водой, при соотношении, мас.%:
| Фильтро-прессовый осадок | |
| растительного горчичного масла | 40 |
| Вода | 60 |
