Смесь для изготовления литейных форм

Авторы патента:

Мухаметзянова Гульнара Фагимовна (RU)

B22C1/22 - Изготовление литейных форм (формовка огнеупорных материалов вообще B28B)

Владельцы патента RU 2626698:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) (RU)

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления форм, применяемых при производстве литых биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки. Формовочная смесь содержит, мас.%: стальную дробь 50-60, пыль из отходящих газовых потоков электродуговых печей 4-6, фенолформальдегидную смолу 3-6, 25%-ный водный раствор кристаллогидрата азотнокислой меди и 16%-ный водный раствор кобальта диамида в качестве катализатора 0,3-0,6, цирконовый песок в качестве наполнителя - остальное. Обеспечивается повышение газопроницаемости огнеупорности смеси.

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к области получения и использования формовочных материалов для изготовления водо- и газонепроницаемых литейных форм, применяемых при производстве литых биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж») сплавов на основе меди и др. методом направленной кристаллизации с использованием активных водо- и водовоздушных хладагентов.

Известна формовочная смесь [1] для изготовления литейных оболочковых форм и стержней по нагреваемой оснастке, включающая кварцевый песок, новолачную формальдегидную смолу, уротропин и стеарат кальция, триолан «Б», обеспечивающая получение высокой прочности оболочковых форм и трудозатраты при изготовлении смеси.

Недостатком [1] является высокая водо- и газопроницаемость, не позволяющая применять активные водо- и водовоздушные хладагенты для обеспечения плоского фронта направленной кристаллизации отливок, необходимого при получении биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж»).

Известна формовочная смесь [2] для изготовления литейных оболочковых форм и стержней в нагреваемой оснастке содержащая, мас.%: новолачную фенолформальдегидную смолу 3,0-6,0, 33%-ный водный раствор уротропина 0,9-1,7; эмульсию на основе кремнийорганического продукта (КЭ60 - 09) 0,01-0,1; огнеупорный наполнитель - остальное. За счет содержания в смеси эмульсии (КЭ60 - 09) повышается прочность смеси, снижается прилипаемость ее к модельной оснастке, а также улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

Недостатком [2] является высокая водо- и газопронизаемость, не позволяющая применять активные водо- и водовоздушные хладагенты для обеспечения плоского фронта направленной кристаллизации отливок, необходимого при получении биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж»).

В качестве прототипа изобретения выбрана смесь для изготовления литейных стержней [3], отверждаемых в нагреваемой оснастке, содержащая кварцевый песок, связующее и катализатор-отвердитель КЧ-41. В качестве связующего смесь содержит эмульсионную связующую композицию на основе карбамидофурановой смолы КФ-90 и модифицирующих микродобавок, полученных путем активирующей обработки в двухроторном лопастном смесителе и в шаровой вибрационной мельнице пыли из электрофильтров аспирационных систем литейного двора доменного производства (АПДГТ), имеющей следующий состав, мас. %: SiO₂ - 4, СаО - 3,45, MgO - 0,8, MnO - 0,13, Al₂O₃ - 1,08, FeO - 14,6, Fe₂O₃ - 50,3, С - 21,4, и алюмохромового порошка (АХ), содержащего, мас.%: Al₂O₃ - 72,5, Cr₂O₃ - 16,2, SiO₂ - 5,8, Fe₂O₃ - 1,4, MnO - 0,05, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %: карбамидо-фурановая смола КФ-90 - 0,98-1,69, катализатор-отвердитель КЧ-41 - 0,39-0,50; АПДП - 0,12-0,49; АХ - 0,00-0,49; огнеупорный наполнитель - остальное.

Существенным недостатком формовочной смеси [3] является сложная и трудоемкая технология получения пыли из электрофильтров аспирационных систем литейного двора доменного производства требуемого фракционного состава.

Основной целью заявляемого изобретения является разработка высококачественной и недорогой формовочной смеси для изготовления высокотеплопроводных водо- и газонепроницаемых литейных форм.

Указанная цель достигается путем применения в составе формовочной смеси пыли, получаемой в центробежных установках из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей, образующихся в результате плавки сталей и чугунов.

В действующих литейных цехах, в частности на Литейном заводе ПАО «КАМАЗ», где применяется электродуговая плавка сталей и чугунов, собирается из отходящих металлургических газовых потоков в специальных центробежных установках (бекхаузах) большое количество дисперсной пыли, фракцией порядка 0,1-0,12 мкм, содержащей, мас. %: оксид железа (II), FeO - 60-70; оксид железа (III), Fe₂O₃ - 15-20; оксид хрома (III), Cr₂O₃; оксид магния, MgO; оксид кальция, СаО; оксид марганца, MnO до 15-20.

Сущность изобретения заключается в том, что в формовочную смесь, содержащую огнеупорный наполнитель, связующее и катализатор, дополнительно вводят стальную дробь и пыль из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей. В качестве связующего смесь содержит фенолформальдегидную смолу, в качестве катализатора - 25%-ный водный раствор кристаллогидрата азотнокислой меди и 16%-ный водный раствор кобальта диамида, а в качестве огнеупорного наполнителя - цирконовый песок, при следующем соотношении компонентов, мас. %: стальная дробь 50-60; пыль из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей 4-6; фенолформальдегидная смола 3-6; катализатор (25%-ный водный раствор кристаллогидрата азотнокислой меди и 16%-ный водный раствор кобальта диамида) 0,3-0,6; цирконовый песок - остальное.

Изготовление образцов для испытания физико-механических свойств водо- и газонепроницаемых литейных форм из разработанной смеси осуществляют следующим образом.

В смеситель загружают металлическую дробь, цирконовый песок КЦЗ - 1, ОСТ 48-82-74, пыль из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей и перемешивают в течение 60 с. Затем загружают фенолформальдегидную смолу СПФ - 011Л, ГОСТ 6 - 05-441-78 с катализатором - 25%-ный водным раствором кристаллогидрата азотнокислой меди [Cu(NO₃)₂⋅3H₂O] и 16%-ный водный раствор кобальта диамида [Co(NH₂)₂], и перемешивают в течение 10 мин. После этого смесь загружают в опоку для получения литейной формы, формирующей гравюру пресс-оснастки по нагреваемой до 200-220°С металлической модели.

Образцы для испытаний физико-механических свойств также получают по нагреваемой металлической модели. Нагретая до 200-220°С металлическая модель подвергается вибрации в течение 3-5 с. При этом на поверхности модели образуется полутвердый слой из формовочной смеси под действием тепла металлической оснастки. Окончательное отверждение формовочной смеси осуществляется в печи при температуре 400°С в течение 30 мин.

Оптимальное содержание ингредиентов в разработанной смеси определено на основании анализа испытаний физико-механических свойств отвержденных образцов.

При увеличении содержания металлической дроби в интервале 50-60% теплопроводность формовочной смеси возрастает от 5,8 до 9,8 Вт/м⋅°С. Дальнейшее увеличение количества дроби приводит к снижению огнеупорности смеси. Варьирование содержания фенолформальдегидной смолы в пределах 3-6% приводит к изменению прочности отвержденных образцов из смеси на разрыв от 30 до 58 МПа. При содержании смолы выше 6% снижается газопроницаемость отвержденной смеси за счет образования продуктов термодеструкциии в результате коксования смолы. Цирконовый концентрат в объеме 20-30% обеспечивает достаточную огнеупорность смеси (до 1650°С).

Добавка в состав формовочной смеси пыли из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей фракции 0,1-0,12 мкм объемом 4-6 мас. % при размерах частиц основных наполнителей: цирконового песка, фракции 0,1-0,16 мм и стальной дроби, фракции 0,2-0,63 мм приводит к уменьшению газопроницаемости смеси в 4 раза и к увеличению теплопроводности формовочной смеси в среднем на 10% в сравнении с аналогами.

Для гарантированного обеспечения водо- и газонепроницаемости литейных форм, изготовленных из разработанной формовочной смеси при применении в них водо- воздушных хладагентов, разделительные стенки литейной формы обрабатываются жидким натриевым стеклом (ГОСТ 13078-81).

Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружены средства, которым присущи признаки, идентичные (совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Заявленное техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение можно реализовать для получения и использования формовочных материалов для изготовления водо- и газонепроницаемых литейных форм, применяемых при производстве литых биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж») сплавов на основе меди и др. методом направленной кристаллизации с использованием активных водо- и водовоздушных хладагентов, при этом решается экологическая задача - утилизации пыли из газовых потоков электродуговых плавильных печей, образующихся в результате плавки сталей и чугунов. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

Использованные источники

1. А.С. РФ №1242287 / Смесь для изготовления литейных оболочковых форм и стержней по нагреваемой оснастке / Авторы: В.В. Русскина, М.И. Романов, А.И. Стрельцов и др. Заявка 3867112, 04.01.1985, опубл. 07.07.1986, бюл. 25.

2. А.С. РФ №2011469 / Смесь для изготовления литейных оболочковых форм и стержней в нагреваемой оснастке / Авторы: Л.Н. Китаева, Э.М. Красильникова, Л.Ф. Покалякина, Л.Л. Шалаева. Заявка 5044113/02, 26.05.1992, опубл. 30.04.1994.

3. Патент РФ 2440211 С2, МПК В22С 1/22. Смесь для изготовления литейных стержней, отверждаемых в нагреваемой оснастке, и способ ее приготовления / И.В. Матвеенко, И.Я. Марьин. - №2010110449/02, заявл. 22.03.2010, опубл. 20.01.2012, бюл. №2.

Смесь для изготовления литейных форм, содержащая огнеупорный наполнитель, синтетическую смолу и катализатор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стальную дробь и пыль из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей, при этом в качестве синтетической смолы она содержит фенолформальдегидную смолу, в качестве катализатора - 25%-ный водный раствор кристаллогидрата азотнокислой меди и 16%-ный водный раствор кобальта диамида, а в качестве огнеупорного наполнителя - цирконовый песок, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

стальная дробь

50-60

пыль из отходящих газовых потоков

электродуговых плавильных печей		4-6
фенолформальдегидная смола		3-6

катализатор

0,3-0,6

цирконовый песок

остальное

Изобретение относится к системам утилизации мокрых углеродсодержащих отходов. Система содержит корпус котла, топку с кипящим слоем, теплообменник и золоуловитель, топка содержит сводчатый корпус из огнеупорного материала с колосником, расположенным на расстоянии 1/3 высоты корпуса от нижней его части, на котором расположена сопловая решетка, причем суммарная площадь сопловых отверстий составляет порядка 30÷50% от площади колосниковой решетки, а в нижней части корпуса топки установлен шнековый разгрузчик, причем на колосниковой решетке расположен инертный носитель в виде крупнозернистого кварцевого песка, а внутри корпуса котла расположены водонагревательные трубы, соединенные с теплопотребителем, при этом в сопла подается теплоноситель от дутьевого вентилятора, соединенного теплопроводом с выходом высокотемпературного воздухонагревателя теплообменного аппарата, а в боковой стенке котла установлено вихревое сопло-горелка, работающее от газообразного топлива, например биогаза, поступающего из биореактора, при этом отходы подаются от пневмозагрузочного устройства через распылительное устройство, выполненное с тангенциальным подводом теплоносителя, а дымоход расположен в одной из боковых стенок котла и соединен теплопроводом с теплообменным аппаратом, выход которого соединен с золоуловителем, содержащим входной патрубок, корпус, выходной патрубок, бункер, оросительные и распылительные сопла, в качестве которых используются центробежные форсунки для распыливания жидкости.

Противопригарная краска для литейных форм и стержней // 2615429

Изобретение относится к литейному производству. Противопригарная краска для литейных форм и стержней содержит цирконовый порошок, воду, пыль бигхаузную, ортофосфорную кислоту и алюмохромфосфатное связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%: цирконовый порошок 70,0-80,0; пыль бигхаузная 2,0-4,0; ортофосфорная кислота 5,0-8,0; алюмохромфосфатное связующее 2,0-5,0; вода остальное.

Металлополимерная композиция для изготовления pim - изделий // 2614010

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к металлополимерным композициям для изготовления PIM-изделий путем формования и спекания указанных композиций.

Песок для литейной формы, способ изготовления песчаной литейной формы и стержень для литья металла // 2608861

Изобретение относится к литейному производству, а именно к вспененной песчаной смеси, используемой для изготовления литейных песчаных стержней и литейных песчаных форм для литья алюминия или алюминиевых сплавов.

Способ изготовления оболочковых керамических форм // 2604281

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению отливок по удаляемым (выплавляемым, выжигаемым, газифицируемым) моделям. Способ включает послойное нанесение на модель оболочек путем погружения модели в суспензию из огнеупорного наполнителя и раствора связующего и последующей обсыпки зернистым материалом.

Смесь для изготовления водорастворимых стержней // 2591886

Изобретение относится к литейному производству. Смесь для изготовления водорастворимых стержней содержит, мас.%: галогенид аммония 5-10, нитрат натрия и нитрат калия в сумме 25-35, карбамид - остальное.

Связующее на основе полиуретана для получения стержней и литейных форм с применением изоцианатов, содержащих уретониминовую и/или карбодиимидную группу, смесь формовочных материалов, содержащая указанное связующее, и способ применения указанного связующего // 2578603

Настоящее изобретение относится к связующему на основе полиуретана с применением изоцианатов, содержащих уретониминовые и/или карбодиимидные группы для получения стержней и литейных форм, к смеси формовочных материалов, содержащей связующее, и к способу применения связующего для получения литейных форм.

Холоднотвердеющая смесь для изготовления форм и стержней // 2576289

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при литье алюминиевых и магниевых сплавов. Холоднотвердеющая смесь содержит, мас.ч.: кремнезем - 100, карбамидная смола - 2,1-3,5, ортофосфорная кислота - 0,5-1,3, по меньшей мере, одно соединение бора - 0,1-0,3, и нанодисперсный углеродсодержащий модификатор в количестве 0,005-0,1% от массы карбамидной смолы.

Добавка, предотвращающая возникновение ужимин, для изготовления литейных форм и стержней // 2570680

Настоящее изобретение относится к литейному производству. Добавка содержит полые алюмосиликатные микросферы в количестве от 90% до 99% и флюс от 1% до 10% от общего веса добавки.

Формовочные смеси, содержащие соль органической кислоты, и их применение // 2567932

Изобретение относится к литейному производству. Формовочная смесь содержит заполнитель формовочной смеси и соль органической кислоты.

Смесь для литейного дела холодного отверждения с увеличенным рабочим временем // 2631214

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для литья металлических деталей с использованием пресс-форм и стержней, формованных холодным отверждением. Композиция содержит предшественник полиуретанового связующего, содержащий первую часть и вторую часть, причем первая часть содержит полиольный компонент, а вторая часть содержит полиизоцианатный компонент, и компонент жидкого катализатора отверждения в диапазоне от приблизительно 5 до 7 мас. % от веса первой части полиуретанового связующего, содержащий 2-этанолпиридин. При этом жидкий катализатор отверждения обеспечивает рабочее время, протекающее от смешивания компонентов связующего и наполнителя до достижения уровня 60 по шкале твердости сырой формы «В», от приблизительно 45 до приблизительно 60 минут, и время извлечения, протекающее от смешивания компонентов связующего и наполнителя до достижения уровня 90 по шкале твердости сырой формы «В», составляющее менее приблизительно 167% рабочего времени. С помощью способа холодного отверждения обеспечивают формование более крупных отливок металла за счет обеспечения более длительного рабочего времени. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Водорастворимый материал для литья термопластичных шликеров на основе al2o3 // 2631998

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано, в частности, для изготовления водорастворимых стержней для литья шликеров на основе Al2O3. Материал содержит, мас.%: хлорид натрия 17÷12, калий йодистый 15÷16, натрий азотнокислый 14÷11 и нитрат аммония 54÷62. Обеспечивается повышение качества отливок из керамического шликера. 2 табл., 3 пр.

Формовочная смесь для изготовления литейных форм при литье магниевых сплавов // 2632754

Изобретение относится к литейному производству и предназначено для песчано-смоляных и песчано-глинистых форм, используемых при литье магниевых сплавов. Формовочная смесь содержит кварцевый песок, связующее и противопригарную добавку в виде карбида кремния в количестве от 4% до 36 мас.% по отношению к общей массе формовочной смеси. Карбид кремния представляет собой порошок или микропорошок со средним размером частиц менее среднего размера частиц песка, используемого в формовочной смеси. Формовочная смесь дополнительно может содержать олеофильный бентонит в виде сухого порошка или в набухшем состоянии в количестве от 0,5% до 12 мас.% по отношению к общей массе формовочной смеси. Обеспечивается повышение надежности защиты магниевых сплавов от окисления, чистоты поверхности отливок. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Смеси формовочного материала, содержащие сульфат бария // 2640686

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения отливок из черного или цветного металла или их сплавов. Формовочная смесь содержит огнеупорную основу, связующее на основе жидкого стекла, сульфат бария и пылевидный оксид металла. Смесь обеспечивает повышение качества поверхности отливок. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 табл.

Смесь для изготовления литейных форм и стержней в нагреваемой оснастке // 2641938

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь содержит, мас. %: карбамидо-фурановое связующее 1.5-2.2, кислый катализатор отверждения 0.3-0.7, борную кислоту 0.2-0.4, активатор твердения порошкообразный (АТП) 0.4-0.6, огнеупорный наполнитель - остальное. Обеспечивается повышение прочности смеси в горячем состоянии и увеличение ее живучести. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Смесь для изготовления литейных форм и стержней // 2643399

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит, мас.%: экструзионный крахмальный реагент 0,8-1,5, алюмохромфосфатное связующее 3,0-5,0, трепел 2,0-4,0 и огнеупорный наполнитель. Обеспечивается увеличение прочностных характеристик смеси и снижение осыпаемости. 2 табл.