Связующее для формовочных и стержневых смесей литейного производства

 

СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ФОРМОВОЧНЫХ |И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ ЛИТЕЙНОГО ПРО- -ИЗЮДСТВА, включающее лигносульфонаты и .воду, отличающеесятем, что, с целью повьипения скорости холодного отверждения и прочности форм и стержней, оно дополнительно содержит легколетучий растворитель, а именно этанол или ацетон, при следующем количественном соотношении ингредиентов, вес.ч.: Лигносульфонаты (в пересчете на сухое в6~ щество)50-70Легколетучийрастворитель1-45Вода5-49

(19) (11) СОЮЗ СОВЕ.) СНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я) В 22 С 1 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOlVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1-45

5-49

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2380923/22-02 (22) 01.07.76 (46) 23.07.83. Бюл. В 27 (72) Ю.П. Васин, A.Е. Спасский, Э.A. Вансович, A.ß. Ларионова, П.П. Рыжов, Л.A. Сидоренкова, В.A. Кичанов и В.Е. Кобзарь (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.742.4(088.8) . (54)(57) СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ФОРМОВОЧНЫХ И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА, включающее лигносульфонаты и воду, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения скорости холодного отверждения и прочности форм и стержней, оно дополнительно содержит легколетучий растворитель, а именно этанол или ацетон, при следующем количественном соотношении ингредиентов, вес.ч.:

Лигносульфо- наты (в пересчете на сухое вещество) 50-70

Легколетучий растворитель вода

604237

Т а б л и ц а 1

Техническая характеристика

Метод испытаний

Показатель

По ТУ-8104-225-73

По результатам испытания

По ОСТ81-79-74

Мучнис-. тый порошок светлокоричневого цвета

Однородная жидкость темнокоричневого цвета

Мучнистый порошок от светлого до темно- коричневого цвета

Однородная жидкость темнокоричневого цвета

Внешний вид и цвет

Визуально

Содержание сухих веществ, Ъ, не менее

По ГОСТ

8518-57

50,4

50

Содержание эо.лы, Ъ, не более

По ОСТ

81-79-74

16,5

12,7

13

Содержание нерастворимых в воде веще ст в, Ъ, не более

По ГОСТ

8518-57

1,0

1,55

0,8

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к составам связующих для приготовления формовочных и стержневых смесей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является связующее на основе лигносульфонатоь, представляющее собой 50Ъ-ный водный концентрат кальциевых, натриевых, аммоиийных или кальциево-натриевых (аммонийных) солей лигносульфоновых кислот. Формовочные и стержневые смеси на основе огнеупорного наполнителя и указанного связующего отверждаются при комнатной температуре весьма медленно вследствие низкой упругости водяного пара, что резко замедляет испарение растворителя (воды ). IIo этой же причине данная смесь обладает неудовлетворительными физико-механическими характеристиками.

Целью изобретения является повышение скорости холодного отверждения и прочности форм и стержней при использовании связующего на основе лигносульфонатов.

Для достижения поставленной цели связующее для формовочных и стержневых смесей литейного производства, включающее лигносульфонаты и Воду, дополнительно содержит легколетучий растворитель, а именно зтанол или ацетон, при следующем количественном соотношении ингредиентов, sec,÷.:

Аигносульфонаты (в перес еФе на

5 сухое ве-, щество) 50-70

Легколетучий растворитель 1-45

10 Вода 5-49

Так как упругость пара легколетучего растворителя выше упругости пара воды, он испаряется быстрее

) и вследствие этого обусловливает повышение скорости отверждения смесей. Наряду с этим растворители существенно повышают прочность смесей.

Концентрирование заявляемого связующего осуществляют использованием наряду с жидкими лигносульфонатами (OCT 81-79-74) дополнительного: количества порошкообразных лиrносульфонатов (ТУ 81-04-225-73).

Термин " лигносульфонаты (в пе25 ресчете на сухое вещество)" или "сухие лигносульфонаты" подразумевает суммарное содержание сухих веществ в жидких (50%) и порошкообразных (100%) лигносульфонатах, 30 Техническая характеристика использованных лигносульфонатов сравнительно с требованиями OCT-81-79-74 и ТУ-81-04-225-73 показана в табл. 1.

604237

Техническая характеристика

Показатель

Метод испытаний

-Г

По ОСТ- По ТУ-8181-79-74 04-225-73

По результатам испытания

1 2

Внешний вид и цвет

Однородт ная жидкость ° темнокорнчне-. вого цвета

Мучнистый по рошок светлокоричневого цвета

Мучнистый порошок от светлого до темно-коричневого цвета

Однородная жидкость темнокоричневого цвета

Визуально

По ГОСТ

8518-57

11,5 не норм. 12

10,4

По ГОСТ

81-79-74

4,7

4,7

4,5

4,5

По ГОСТ

8420-57, ОСТ 81—

79-74

По ГОСТ 8518-57 не норм. 200

300

Плотность, г/см

1,265 не норм. не норм.

В качестве легколетучих растворителей выше названы этанол или ацетон. 35

Упругость пара этилового спирта при 20 С составляет 44 мм рт.ст., а ацетона — 181,72, мм рт. ст. Указанная пара растворителей охватывает достаточно широкий диапазон по упругости пара, в который входят многие практически приемлемые растворители, например ацетонитрил-упругость пара 89 мм рт.ст., метиловый спирт-упругость пара 95,7 мм рт. столба и т.д. Таким образом, этанол 45 и ацетон являются наиболее характерными представителями легколетучих растворителей, но не ограничивают собой круг возможных к использованию других легколетучих растворите- 50 лей.

Ингредиенты связующего

26

50

В том .числе:

Сухие лигносульфонаты

13

1.9

Содержание редуцирующих веществ, Ъ, не более рН 20Ъ-ного раствора концентрата, не менее

Вязкость условная. при 20 + 1 С по вискозиметру В3-4, с, не более

Лигносульфонаты жидкие (ОСТ 81-79-74) Продолжение табл. 1.

При содержании легколетучего раст. ворителя менее. 1 вес.ч. смесь обладает низкой скоростью холодного отверждения и неудовлетворительными прочностными характеристиками, а при содержании его более 45 вес.ч. резко возрастает прочность смеси в сыром состоянии и соответственно ухудшается способность ее к. заполнению оснастки и формуемость.

Изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами.

Пример 1. Для получения связующего подготовлено по шесть композиций с содержанием сухих веществ в каждой 50% (как в стандартных жидких лигносульфонатах), отличающихся различным содержайием воды и этилового спирта (см.табл.2), а также воды и ацетона {см. табл 3). Таблица 2

604237

Продолжение табл. 2

Ингрединеты связующего

49

Вода

13

Ли гносульфона ты порошкообразные (ТУ-81-04-225-73) 10

37

50

50

50

31

37

Таблица3

Ингредиенты связующего

8-0

56

30

В том числе:

40

49,5

28, 49

Вода

Лнгносульфонаты порошкообраэные (ТУ 81-04.-225-73) 10

35

50

50 50

50

35

10

28, 0

Итого сухих лигносульфонатов

Этанол (ГОСТ 8314-57) Лигносульфонаты жидкие (OCT 81-79-74) Сухие лигносульфонаты

Итого сухих лигносульфо-. натов 50

Ацетон (ГОСТ 2768-69)

Из табл. 2 видно, что при сохранении сухих веществ на уровне 50%, I содержание воды в связующем снижается с 49 до 5В, а этилового спирта увеличивается соответственно с 1 до.

45%. Подобная тенденция выявляется и при анализе данныи табл. 3.

По мере увеличения содержания в связующем легколетучего растворителя увеличивается соответственно количество порошкообраэных лигносульфонатов, вводимых для связывания ео замещаемой воды.

Каждая смесь ингредиентов готовится следующим образом.

В жидкие лигносульфонаты вводят растворитель и перемешивают, затем 65 вводят порошкообраэные лигносульфо наты и снова перемешивают.

Стандартные образцы-восьмерки (ГОСТ 2189-62) готовят иэ смеси, вес.%

Песок Кичигинский К0315А 65,0

Песок Нижнеувельский

К016А

Связующее (см. табл,2 и 3) 7,0

Содержание глины в Кичигинском песке 1,53%, а в Нижнеувельском 0,97%, Смесь со связующим по прототипу, (100 вес.В жидких лигносуиьфонатов) имеет аналогичный состав.

604237

Смеси готовят в лабораторных бегунах

Сухие Кичигинский и Нижнеувельский песок перемешивают 2 мин, затем вводят связующее и перемешивают еще 2 мин.

Прочности смесей с этиловым спиртом при отверждения на воэдухе приведены в табл. 4, а с ацетоном— в табл. 5.

Т а б л и ц а 4

Индекс связующего (см. составы s табл.2) Свойства смесей

4 5 6

7 прототип) 0,32

1,12

0,96 1,76 2,08

0,4

О, 72

1,44

1,76

6 ч

0,8

8 ч

0,4

1,36 2,16 2,24

1,52

0,96

1,4

10 ч

0,32

1,44

1,36

3,04

1,84 2,64

12 ч

1,4

3,04

1,44

13 ч

2,88 2,88

2 08 2,88 . 2,62

14 ч

1,84

16 ч

2,08

18 ч

1,92

20 ч

22 ч

Та бл и ца 5

Индекс связующего (см. составы в табл. 3) Свойства смесей

4Х

0,4

2 ч

1,28 0,64

3 ч

0,72 0,8 0,96 1,28 1,36 0,4

0,8

4 ч

1,44 2,08

5 ч

0,32

1,4

1,92 1,84

6 ч

Прочность на растяжение, кгс/см

2 при отверждении в течение:

2 ч

Прочность на растяжение, кгс/см

2 при отверждении в течение:

2 14

1,84

2,24 2,08

2,08 1,6

7 прототип) 604237

Продолжение табл. 5

Индекс связующего (см. составы в табл. 3) Свойства смесей

6" 7 (прототип) 114

2,24

2,08 2,08

1,84 1,72

1,28

7 ч

8 ч

0,8 1,28

1,28

1,36 1,44 2,48

12 ч

?,24

13 ч

1„84

2,08

14 ч

1,84 2,24

2,12 1;92

16 ч

18 ч

2,14

20 ч

1,92

22 ч з, вес.ч.

Ингредиенты связующего зяэующего

7 (прототип) 10

100

38

Ли гно суль фо на ты жидкие

В там числе:

Сухие лигносульфонаты

19

Из табл. 4 видно, что по мере увеличения в связующем содержания этилового спирта и снижения содержания воды прочность смесей повышается, а продолжительность отверждения до получения максимальной прочности снижается. Оптимальным является связующее под индексом.4.

При использовании связующих 5 и б продолжительность отверждения снижается, но смеси имеют низкую прочность вследствие высокого содержания легколетучего растворителя в связующем, за счет чего резко повышается прочность смеси в сыром состоянии и снижается ее формуемость.

По укаэанным причинам также затруднено равномерное распределение связующего по зернам наполнителя.

Из табл. 5 видно, что по мере увеличения в связующем содержания ацетона до определенного предела, соответствующего связующему под индексом 3", прочность повышается, а продолжительность отверждения до получения максимальной .прочности снижается. При использовании связующих (4-6)" прочность падает, а тен4О денция сокрашения продолжительности отверждения сохраняется.

Пример 2. Связующее 4 (c этанолом) согласно табл. 2 и связующее 3 (с ацетоном) согласно табл. 3 концентрируют, повышая сс.— держание в них сухих лигносульфонатов. Составы связующих в данной. серии опытов приведены в табл. б и 7.

Т а б л и ц а б

604237

Продолжение табл. 6

Ингрединеты связующего

13

19

Вода

Лигносульфонаты порошкообразные

52

70

60

Зтанол

25

22. 19

Таблица7

Состав связующего, вес.ч, Индекс связующего с с

Ингредиенты связующего

9 10"

3 к см.табл.3) 7 (прототип) 100

40

56

23

20

28

Вода 23

20

Лигносульфонаты порошкообразные

53

60

70

50

Ацетон

17

Концентрированное свя4ующее приготавливают аналогично примеру 1.

Смеси готовят также аналогично примеру 1, но продолжительность пере- 45 мешивания после ввода связующего изменяют в зависимости от вида растворителя и содержания сухих веществ. одолжительности перемешивания, соТ а б л и ц а 8

Индекс связующего (см. составы в табл. 6) 1о (Свойства смесей

4 8 см.табл.2) 6,0

1,0

1,5

2,0

4,0

0,32

1,.76

1,92

1,76

3,04

2,08

0,6

3,2

3 ч

Итого сухих лигносульфонатов

Лигносульфонаты жидкие

В том числе:

Сухие лигносульфонаты

Итого сухих лигносульфонатов

Оптимальная продолжительность перемешивания, мин

Прочность на растяжение, кгс/см2, при отверждении в течение:

2 ч ответствующие максимумам прочности в отвержденном состоянии, даны в т абл. 8.

Прочность смесей с использованием связующих 4-10 (составы этих связующих приведены в табл. 6) показана в табл. 8. с

7 (про тоти и) 13

604237

Продолжение табл. 8

Индекс связующего

4 8 (см.табл.2) Свойства смесей

7 (прототип ) 0,4

4,0

4,32

3,44

2,88

2,88

3,04

5 ч

0,4

0,8

1,6

2,7.2

0,4

3,04

2,08

7 ч

2,0

1,4

10 ч

12 ч

1,4

20 в табл. 7) при оптимальной для каждого случая продолжительности пере- мешивания показана в табл. 9.

Т а б л и ц а 9

Прочность смесей с использованием связующих 3», 7 ", 8», 9" 10" (1составы этих связующих приведены

Индекс связующего (см. составы в табл. 7) 3 8Х 9 10 м. табл. 3) 7 (прототип) Свойства смесей.Оптимальная продолжительность перемешивания,.мин

6,0

0,5

1,0

1,5

3,0

0,32

2 ч

0,8

1,84

1,76

1,6

1,84

1,76

0,6

3 ч

0,4

1,92

294

1,92

2,08

2 56

2,88

2,4

-0,8

2,24

2,48

6 ч

1,76

2,24

2,08

7 ч

1,4

10 ч

1,4

12 ч должительность отверждения сокращается с 10 до 5 ч. При повышении концентрации сухих веществ до 65% свойства смесей изменяются мало, а при более высокой концентрации - сни65 жаются, так как при перемешивании

Иэ табл. 8 следует, что при содержании сухих веществ в связующем

50% и замене 31% воды на этиловый

° спирт (см. табл .. 2) прочность смеси повышается с 1,4 (прототип) до

3,04.кгм/см2, т.е,. 2,2 раза, а проПрочность на растяже ние, кгс/см, при отверждении в течение: (см. составы в табл. 6)

9 19

604237

16 вследствие высокой скорости испарения спирта резко повышается прочность смесей в сыром состоянии, что затрудняет равномерное распределение связующего.

Из табл. 9 видно, что при содер, жанни сухих веществ 50% и замене

22% воды на ацетон (см. табл. 3) прочность смеси повышается до

2,48 кгс/см, а продолжительность отверждения сокращается до б ч. При повышении сухих веществ в связующем до 60% прочность увеличивается и при концентрации сухих веществ 65% изменяется- мало, а далее падает по

5 тем же причинам, что и при использовании связующего с этиловым спиртом.

Оптимальные свойства смесей с растворителями этанолом и ацетоном обобщены в табл. 10 и 11.

10 Т а б л и ц а 10

Индекс связующего (см. составы в табл.б) 8 9 10

Свойства смесей

7 (прототип) Продолжительность перемешивания, мин

1 5

Прочность на растяжение, кгс/см2

1,4

0,6

4,0

4,32

3,04

Продолжительность отверждения, ч

10,0

3,0

4i0

4,0

5,0

О у14

0,2

1,0

1,08

0,60

2,11

2, 17.

1,75

2,11

Влажность смеси,%

Т а б л и ц а 11

Свойства смесей

Индекс связующего

Продолжительность перемешивания, мин

0,5

1,0

1,5

0,8

1,4

2,56

2,88

2,48

Продолжительность отверждения, ч

10,0

2,0

5 0

5,0

6,0

0,14

0,4

0 51

0,58

0,41

Влажность смеси,%

2,17

1,62

2,08

2i0B

2,08

Из табл. 10 видно, что при заме.не воды этиловым спиртом и введении порошкообраэных лигносульфонатов до содержания сухих веществ 50%, проч3,04ность смесей повышается в 4 =:=2,2

1,40,60 раэ, а скорость отверждения в .- — =4;3

0,44

pas. При повышении концентрации су.". хих веществ в связующем до 60% проч- 65

Скорость отверждения, кгс/см . ч

Прочность на растяжение, кгс/см

Скорость отверждения, кгс/см ч (см. составы в табл. 7) 9Х, 10

7 (прототип) ность и скорость дополнительно повы4,Д (,08 шается s = 1,4 и, 1,8 раз., 3,04, 0,60

При повышении концентрации сухих веществ до 65% нет заметного дополнительного эффекта.

Из табл. 11 видно, что при 50% сухих веществ прочность и скорость отверждения смесей с ацетоном по17

604237

2.48,0 4 вышается в = 1,8 и . †= 2,9

44 0 4 раз. При повыаен-m концентрации сухих веществ в связующем до 60% прочность и скорость дополнительно повышаются в *,1,16 и, * 1,4 раэ, Ф« а при более вйсоком содержании сухих веществ дополнительного эффекта не обнаруживается.

Из табл. 10 и 11 видно, что при испольаовании в качестве легколетучего растворителя ацетона прочность ниже, чем при использовании этилового спирта. Пониженная скорость отверждения смесей, несмотря на боТемпература сушки

170 С

Свойства смесей

300 С

Индекс связующего (см. составы в табл.6 и 7)

4 3 8 8

8 8

Прочность на растяжение, кгс/см, при отверждении в течение: 5,60 4,24

5 мин

7 мин

8,64

8,0

8,12

9,70

5,76 13,20

10,40

7,10

6,80 9,70

4,80

10 мин

11,60

8,80

5,20

7,84

8,32

13 мин

15 мин

20 мин

25 мин

6,58

7,5

7,04

10,40

7,20

Корректор A. Ференц

Редактор О. Юркова Техред И.Гайду

Заказ 6514/2 Тираж 813 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Из приведенных примеров видно, что предложенное связующее обеспелее высокую прочность пара ацетона. сравнительно с этиловым спиртом, объясняется тем, что при практически равной влажности смесей (см. табл. 10 и 11) доля воды в смеси с ацетоном гораздо выше, так как ацетон, замещает ее меньше, чем этиловый спирт (см. табл. 2 и 3) .

Пример 3. Данный пример слу- жит для иллюстрации воэможности использования предложенных связующих в составах смесей, отверждаемых при тепловой обработке.

Соответствующие данные приведены в табл. 12.

Т а б л и ц а 12 чивает повышение скорости отверждения и прочности форм и стержней.