Смесь для изготовления литейных форм и стержней


 


Владельцы патента RU 2495731:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит шламовый отход производства поливинилхлорида в количестве 97-99 мас.%, содержащий, мас.%: Н2О 50,2; CaSO4·2H2O 12,2; Са(ОН)2 7,2; NaCl 28,2; NaSO4 2,0; NaOH 0,2 и древесные опилки. Связующим в смеси являются кристаллогидраты солей NaCl. Смесь имеет высокие прочностные свойства и легко удаляется из отливок путем растворения связующего в воде. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в качестве формообразующего материала для изготовления литейных форм и стержней.

Известны формовочные смеси, содержащие в своем составе органические и неорганические отходы производств. Применение в составе смеси отходов способствует развитию ресурсосберегающих технологий, влечет за собой снижение себестоимости литых заготовок, а иногда и улучшает технологические характеристики формовочных и стержневых смесей (прочность, выбиваемость и др.) в зависимости от природы отхода.

Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней, которая включает в себя огнеупорный наполнитель, жидкое стекло и сажесмоляную пульпу-отход при производстве этилена и ацетилена при отмывке пирогаза. Сажесмоляная пульпа вводится в незначительном количестве (0,25-0,75 масс.%). Введение данной технологической добавки позволяет увеличить прочность смеси в сухом состоянии, уменьшить осыпаемость и улучшить выбиваемость смеси из отливок [1]. Известный состав дополнительно содержит продукт взаимодействия кальцийборфосфата с водой, который вводится в смесь в количестве 0,50-0,75 масс.% в целях улучшения санитарно-гигиенических условий в цехе, а также увеличения прочности смеси после тепловой сушки.

Данный состав имеет высокие прочностные показатели после тепловой сушки, однако существует несколько неблагоприятных факторов на пути к использованию данного состава:

1) Сажесмоляная пульпа-отход при производстве этилена и ацетилена - вводится в состав в малых количествах. Тем самым принципы ресурсосберегающих технологий не реализуются в достаточной степени. Использование в составе смеси большего количества отходов производств могло бы дать ощутимый экономический и экологический эффект.

2) Приготовление и использование смеси известного состава сопровождается выделением различных газов. Так, газовыделения наблюдаются при получении продукта реакции кальцийборфосфата с водой - одного из компонентов формовочной смеси. Также при заливке формы жидким металлом под действием высоких температур происходит выгорание компонентов, составляющих сажесмоляную пульпу, следствием чего является ухудшение атмосферы литейного цеха.

3) Присутствие в составе смеси сажесмоляной пульпы ухудшает условия смачиваемости зерен наполнителя жидким стеклом, что приводит к снижению прочностных свойств формовочных и стержневых смесей данного состава. Введение продукта взаимодействия калыцийборфосфата с водой частично нивелирует эти недостатки, однако получение данного продукта усложняет технологию смесеприготовления.

Наиболее близкой к изобретению по достигаемому технологическому результату является смесь, содержащая жидкое стекло (4-6%), скоп - отход целлюлозно-бумажного производства (1-3%), кварцевый песок - остальное [2]. Скоп содержит в своем составе мелко измельченную древесину, которая служит для дополнительного упрочнения формовочной и стержневой смеси за счет мелкодисперсности отхода и достаточного количества жидкостекольного связующего. Данная смесь имеет хорошие технологические характеристики и высокие механические свойства, однако, имея в своем составе в качестве связующего компонента жидкое стекло, отличается затрудненной выбивкой. Добавляемый скоп уменьшает работу выбивки, однако затраты на выбивку жидкостекольных смесей на сегодняшний день остаются более высокими, чем для песчано-глинистых и смесей на органических связующих [3].

Решаемая задача - расширение сырьевой базы формовочных материалов для литейного производства.

Техническим результатом является создание смеси для изготовления литейных форм и стержней, обеспечивающей беспрепятственное ее удаление путем гидравлической выбивки и растворения связующего в воде после заливки и охлаждения формы, а также хорошие санитарно-гигиенические условия труда в рабочей зоне участков смесеприготовления, изготовления и заливки форм и выбивного отделения при, достаточно высоких прочностных характеристиках смеси.

Указанный результат достигается тем, что смесь для изготовления литейных форм и стержней на основе отходов производства содержит шламовый отход, образующийся в результате выделения хлора из поверенной соли при получении поливинилхлорида, и опилки древесные при следующем соотношении компонентов, масс.%:

Шламовый отход 97÷99
Опилки древесные остальное.

Шламовый отход может иметь следующий состав, масс.%:

H2O 50,2
CaSO4·2H2O 12,2
Ca(ОН)2 7,2
NaCl 28,2
NaSO4 2,0
NaOH 0,2

Заявляемое изобретение направлено на создание смеси для изготовления форм и стержней на основе техногенного отхода химической промышленности. Используемый шламовый отход образуется в результате выделения хлора из поваренной соли при получении поливинилхлорида (ПВХ), добываемой на различных месторождениях. В экспериментах по данной заявке использовался вышеприведенный состав.

Помимо перечисленных компонентов, в шламе присутствует кварцевый песок. Это обусловлено спецификой происхождения сырья (из песчано-солевых карьеров). Химический состав шлама и его свойства делают его пригодным для использования в литейном производстве в качестве формообразующего материала. Зернистой основой является песок, а связующее воздействие оказывает сочетание кристаллогидратов солей NaCl и CaSO4. И тот, и другой материал используются в качестве связующих в литейном производстве. Неорганический состав шламового отхода позволит улучшить санитарно-гигиенические условия труда в литейных цехах при изготовлении форм и стержней на его основе, а растворимость основного связующего NaCl в воде позволит существенно уменьшить работу выбивки.

Древесные опилки - отход деревообрабатывающих производств, а также модельных отделений в составе литейных цехов - вводятся с целью улучшения качества поверхности и повышения газопроницаемости форм и стержней. Они являются гигроскопичным материалом, способным вобрать в себя избыточную влагу формовочной смеси. Ввиду специфики связующего NaCl смесь на его основе должна обладать более высокой по сравнению с песчано-глинистыми или жидкостекольными смесями влажностью. Прочность смеси после тепловой сушки на основе связующего такого типа зависит от количества растворенного в ней NaCl при смесеприготовлении. Усредненное количество NaCl в шламовом отходе может составлять до 30%. Экспериментальным путем было установлено, что влажность смеси, необходимая для достижения высокой прочности образца после тепловой сушки, составляет 16÷20%. При такой влажности обеспечивается наиболее полное растворение NaCl в воде и равномерное распределение растворенного связующего в объеме смеси. Однако при приложении усилия прессования к шламовому отходу с такой влажностью происходит выдавливание воды вместе с растворенным в ней NaCl на поверхность формы или стержня. Это, в свою очередь, приводит к образованию поверхностных неровностей и каверн, а также снижает прочностные характеристики смеси (поскольку вместе с удалением воды удаляется и связующая основа). Качество поверхности образцов, изготовленных из шламового отхода без опилок древесных, хуже по сравнению с образцами, изготовленными из песчано-глинистых или жидкостекольных смесей. Введение в состав отхода древесных опилок в количестве 1-3 масс.% позволяет существенно улучшить качество поверхности без критического снижения прочностных характеристик. Дополнительно древесные опилки в составе формовочной смеси на основе шламового отхода позволяют повысить ее газопроницаемость.

Формовочную смесь приготавливают следующим образом.

Исходный шламовый отход очищают от посторонних включений продавливанием через сито с размером ячейки 10 мм в состоянии поставки (во влажном состоянии) либо в сухом состоянии путем дробления в валковой дробилке и просеиванием через сито с ячейкой 3 мм. После определения исходной влажности шламового отхода его рабочую влажность доводят до 16÷20% путем сушки либо размачивания (в зависимости от исходного состояния) и дают отстояться 30÷45 минут с периодическим помешиванием каждые 15 минут. Отстаивание менее 30 минут не обеспечивает равномерного распределения NaCl по объему смеси, а при отстаивании более 45 минут из шламового отхода начинает испаряться влага, и наблюдается выпадение кристаллов NaCl на его поверхности. Оба эти обстоятельства снижают прочностные свойства будущей формовочной смеси. После отстаивания смеси в нее вводятся древесные опилки, просеянные через сито с размером ячейки 3÷5 мм, в количестве 1÷3 масс.%. Смесь перемешивают в бегунах до получения однородной массы, затем подсушивают до влажности 13%, после чего смесь готова к формовке.

Полученная смесь имеет малую живучесть, однако свойства такой смеси легко восстанавливаются путем добавления воды и доведения смеси до рабочей влажности.

Изготовленные из смеси формы и стержни необходимо подвергнуть сушке при температуре ≈300°C в течение 90 минут. После охлаждения они готовы к использованию. Формы и стержни, изготовленные из такой смеси, способны сохранять приобретенную после сушки прочность в течение нескольких недель.

Составы смесей приведены в таблице 1. Физико-механические свойства указаны в таблице 2. Помимо физико-механических свойств при помощи индикаторной лакмусовой бумаги был определен водородный показатель (рН) составов смесей. Он составил 7,0, что говорит о нейтральной среде составов.

Пример.

Указанным способом приготавливались составы смеси, приведенные в таблице 1. После приготовления составов из них были изготовлены образцы для проведения различных испытаний. Контролировались следующие физико-механические свойства смесей:

1) предел прочности на сжатие во влажном состоянии;

2) предел прочности на сжатие в отвержденном состоянии после тепловой сушки;

3) предел прочности на разрыв в сухом состоянии.

Работа выбивки на данных образцах не оценивалась, поскольку удаление формовочных и стержневых смесей такого типа осуществляется растворением связующего в воде.

Предел прочности на сжатие во влажном и отвержденном состоянии определялся по методикам ГОСТ 23409.7-78 на стандартных цилиндрических образцах (D=50 mm, h=50 мм). Образцы уплотнялись троекратным ударом груза массой 6,35±0,015 кг, падающего с высоты 50±0,25 мм.

Для сравнения физико-механических свойств смеси в таблице 2 приведен состав смеси №4 прототипа, которая содержит, масс.%:

Жидкое стекло - 6;

Скоп - отход целлюлозно-бумажного производства - 3;

Кварцевый песок - 91.

Наиболее важными свойствами являются прочность смеси на сжатие и растяжение в отвержденном состоянии, т.к. именно сухая поверхностная и объемная прочность обеспечивают сохранение целостности форм и стержней при заливке формы и во время формирования отливки в ней. При определении прочности на сжатие в отвержденном состоянии каретка измерительного прибора останавливалась на максимальном для прибора значении 2,2 МПа. При этом полного разрушения образца не происходило. Уровень прочности на сжатие в сухом состоянии значительно выше аналогичного показателя для песчано-глинистых смесей, и несколько ниже сухой прочности на сжатие для жидкостекольных смесей. Однако такая прочность является достаточной для предотвращения разрушения литейной формы или стержня при транспортировке и заливке.

Для испытаний прочности на разрыв в отвержденном состоянии образцы-«восьмерки» изготавливались по методике ГОСТ 23409.7-78. Полученные значения такой прочности сравнимы с аналогичной прочностью жидкостекольных смесей.

Оптимальное содержание опилок в смеси находится в пределах 1÷3%. При содержании опилок в смеси менее 1% наблюдается недостаточное качество поверхности смеси и ее пониженная газопроницаемость. Увеличение содержания древесных опилок более 3% не приводит к существенному изменению физико-механических свойств предлагаемой смеси. Однако повышенное содержание опилок уменьшает содержание свободной воды в смеси (опилки вбирают в себя влагу), и, как следствие, ухудшает формуемость смеси. Образцы, изготовленные из смеси с содержанием древесных опилок более 3%, имеют худшее качество поверхности, чем предлагаемые составы, приведенные в таблице 1.

Преимущество предлагаемого состава состоит в том, что, имея во время заливки и выбивки формы прочность, близкую к жидкостекольным смесям, он обеспечивает значительно более легкую выбивку за счет быстрого растворения связующего NaCl в воде. Выбивка может быть организована либо путем погружения готовых отливок, извлеченных из опок, в воду (безнапорная выбивка), либо воздействием на отливки струей воды под промышленным давлением (3÷5 МПа). При этом на стальных отливках не наблюдается слоя пригара формовочной смеси предлагаемого состава. Помимо этого, в состав смеси входят лишь отходы, что позволяет говорить о низкой ее стоимости. Кроме того, использование техногенных отходов для изготовления формовочных и стержневых смесей способствует уменьшению загрязнения окружающей среды и организации безопасной технологии.

Таблица 1
Ингредиенты Состав смесей, масс.%
№1 №2 №3
1 2 3 4
Шламовый отход производства поливинилхлорида 99 98 97
Древесные опилки 1 2 3
Таблица 2
Физико-механические свойства Состав смесей, масс.%
прототип (пример №4) №1 №2 №3
Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа 0,06 0,06 0,07 0,08
Предел прочности на сжатие в отвержденном состоянии, МПа 2,2 1,82 1,82 1,82
Предел прочности на разрыв в отвержденном состоянии, МПа 0,3 0,08 0,1 0,12

Из таблицы 2 видно, что предел прочности на сжатие во влажном и отвержденном состоянии соответствуют прототипу; предел прочности на разрыв в отвержденном состоянии хотя и несколько ниже, чем у прототипа, однако позволяет избежать разрушения форм и стержней при заливке и транспортировке.

Источники информации:

1. Пат. РФ №2202438, МПК7 B22C 1/02. Состав смеси для изготовления литейных форм и стержней. - опубл. 20.04.2003.

2. Пат. РФ №2405648, МПК B22C 1/18. Смесь для изготовления литейных форм и стержней. - опубл. 10.12.2010.

3. Алиев, Д.О. Исследование механизма формирования прочности жидкостекольных смесей и разработка состава жидкостекольной смеси улучшенной выбиваемости: Дис.… канд. техн. наук: 05.16.04 / Алиев Денис Олегович - Волгоград, 2004. - 170 с. РГБ ОД, 61:04-5/1407.

1. Смесь для изготовления литейных форм и стержней на основе отходов производства, отличающаяся тем, что в качестве отходов производства она содержит шламовый отход производства поливинилхлорида и опилки древесные при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Шламовый отход 97-99
Опилки древесные Остальное

2. Смесь для изготовления литейных форм и стержней по п.1, отличающаяся тем, что шламовый отход имеет следующий состав, мас.%:

Н2O 50,2
CaSO4·2H2O 12,2
Са(ОН)3 7,2
NaCl 28,2
NaSO4 2,0
NaOH 0,2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения активированного бентонита. .
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к литейному производству. .
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к области литейного производства, а именно к форетическим суспензиям, используемым для изготовления керамических форм по удаляемым моделям методом электрофореза.
Изобретение относится к клеевой композиции на основе фенольной смолы и ее использованию для форм и стержней форм. .
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам песчано-глинистых смесей, применяемых для изготовления разовых сырых форм. .

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей с жидкостекольным связующим, отверждаемых тепловой сушкой. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению керамической вставки для формирования в процессе литья в корпусе бурового инструмента полости для установки сменной детали. Керамические частицы измельчают до диаметра меньше чем 150 мкм, а частицы смолы - до диаметра меньше чем 100 мкм. Из измельченных керамических частиц и частиц смолы готовят порошковую смесь, вводят ее в литейную форму, имеющую полость, образующую требуемую сменную деталь, например буровое долото или сопло. Затем осуществляют уплотнение смеси и отверждение смолы. Вставка может содержать армирующие волокна или графитовый сердечник и керамическую оболочку. Армирующие волокна вводят в порошковую смесь перед ее уплотнением. Для получения графитового сердечника в литейную форму вводят цилиндрический графитовый элемент и засыпают порошковую смесь так, чтобы графитовый элемент был заключен в нее. Обеспечивается получение керамической вставки с оптимальной механической прочностью, облегчение удаления из отливки вставки без ее разрушения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области литейного производства. Водный раствор алюмоборфосфатного концентрата подвергают электродиализу при силе тока 0,2…1,5 А, затем смешивают с водным раствором поливинилового спирта в объемном соотношении (2…4):1. Обеспечивается повышение физико-механических свойств керамических форм на бескремнеземном связующем. 2 табл., 2 пр.
Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит, мас.%: кварцевый песок 85,5-87,5; MgSO4·7H2O 4,0-4,5; маршаллит 3,0-3,5 и воду 5,5-6,5. Обеспечивается увеличение прочности смеси. 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству. Суспензия включает этилсиликат, спиртовой раствор нитрата алюминия девятиводного, микропорошки электрокорунда, алюминиевый порошок и оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, мас.%: этилсиликат 5,0-8,0; спирт этиловый 14,0-17,0; нитрат алюминия девятиводный 1,3-2,0; кислота соляная или азотная 0,06-0,1; поливинилбутираль 0,03-0,09; алюминиевый порошок 3,0-6,0; оксид иттрия 4,0-8,0; микропорошки электрокорунда - остальное. Обеспечивается уменьшение степени взаимодействия керамической формы с металлом отливок. 2 табл.

Суспензия для получения литейной формы содержит от 50 до 80 мас.% термостойких частиц, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, от 5 до 35 мас.% частиц оксида алюминия, средний диаметр которых составляет менее 300 нм, и от 5 до 35 мас.% воды, pH указанной суспензии составляет от 5 до 12. Суспензию получают путем смешивания водной дисперсии, содержащей частицы оксида алюминия, с термостойкими частицами, средний размер которых составляет от 0,5 до 150 мкм, и, если это необходимо, с добавками. Средний диаметр частиц оксида алюминия в дисперсии составляет менее чем 300 нм в твердом виде, содержание частиц оксида алюминия составляет более чем 15 мас.%, а pH составляет от 5 до 12. С использованием суспензии получают литейную форму для точного литья. Обеспечивается повышение устойчивости суспензии, сокращение времени сушки формы, повышение прочности формы и упрощение ее изготовления. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 табл., 5 пр.
Изобретение относится к огнеупорной композиции для получения литейных форм. Композиция содержит (a) не менее 85 частей по массе огнеупора, (b) 0,5-10 частей по массе связующего и (c) трикарбонил циклопентадиенил марганца, его производные, в количестве от примерно 0,0005 до примерно 4 частей по массе, где части по массе указаны в расчете на 100 частей по массе огнеупорной композиции. Также предложены способы изготовления литейной формы и способ литья металлической детали. Изобретение позволяет изготовить литейные формы с улучшенными экзотермическими свойствами. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 пр.

Изобретение относится к способу связывания немонолитных оксидных неорганических материалов отверждаемыми композициями, а также к отвержденным композициям, которые могут быть получены указанным способом. Способ заключается в осуществлении контакта неорганических материалов с отверждаемой композицией, содержащей, по меньшей мере, одну отверждаемую этерифицированную карбамидо-формальдегидную смолу, содержащую определенные структурные единицы, с последующим термическим отверждением смолы. Причем количество отверждаемой композиции составляет от 0,5 до 60 мас.% в пересчете на неорганические материалы и отверждение осуществляют при температуре от более 0 до 280°С. Полученные отвержденные композиции обладают улучшенными физико-механическими характеристиками. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 табл.
Изобретение относится к оснасткам для получения изделий композиционных материалов способом горячего отверждения. Термостойкая матрица выполнена из смеси портландцемента и расширяющегося цемента, или из смеси портландцемента и напрягающего цемента, причем доля расширяющегося или напрягающего цемента равна «А», где А определяется из соотношения: А=Ку/(Кр+Ку), где: Ку - коэффициент усадки портландцемента, Кр - коэффициент расширения расширяющегося или напрягающего цемента. Матрица содержит арматуру в виде стальной сетки или проволоки, или в виде высокопрочных высокомодульных волокон или пленок. Внутри матрицы имеется один или несколько слоев электропроводящего материала, подключенного к источнику электричества. Изобретение обеспечивает повышение физико-механических свойств изделий, получаемых в матрицах. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Литейную форму получают путем введения смеси для получения литейной формы в модель, уплотнения смеси для получения литейной формы внутри модели и извлечения литейной формы из модели. Смесь для получения литейной формы содержит формовочный песок и жидкую композицию, содержащую связующее, модификатор и воду. Связующее содержит смектитовую глину. Модификатор содержит карбонат металла или карбонат бора. Карбонатом металла является карбонат кальция магния или металла, выбранного из группы, состоящей из алюминия, кальция, железа, калия, магния, бора, цинка, свинца, меди и их производных. Обеспечивается получение смеси, устойчивой к термической деструкции при повышенных температурах. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 11 табл., 4 пр.
Изобретение относится к составам связующих, предназначенных для изготовления литейных форм и стержней теплового отверждения. Связующее изготовлено на основе растительного масла с добавлением анионного ПАВ, выбранного из ряда: натриевые, калиевые, триэтаноламиновые, моноэтаноламиновые, аммиачные соли жирных кислот, таллового масла, соапстока, таллового пека, канифоли, их смеси; и с добавлением неионогенного ПАВ в виде продукта этоксилирования или пропоксилирования алкилфенолов, жирных кислот, жирных спиртов, содержащего в своей структуре 2÷15 этоксилированных или пропоксилированных звеньев. Достигнута высокая стабильность приготовленной из связующего эмульсии, формовочные смеси на основе связующего характеризуются высокими прочностными характеристиками, отсутствует налипание стержневой смеси к оснастке, возможны длительное хранение связующего и его транспортировка при отрицательных температурах. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх