Жидкая самотвердеющая смесь для изготовления литейных стержней и форм

Авторы патента:

B22C1/20 - Изготовление литейных форм (формовка огнеупорных материалов вообще B28B)

B22C1/10 - Изготовление литейных форм (формовка огнеупорных материалов вообще B28B)

тЩКАЯ САМОТВЕРДЕЮи1АЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовления, включающая огнеупорный наполнитель, огнеупорную глину, связующее на основе лигносульфонатов, хромовый ангидрид, пенообразователь и воду, о т л ичающаяся тем,что, с целью повышения качества стержней и форм за счет повьшения их прочности на начальном этапе твердения, она дополнительно содержит комплексный электро лит на основе хлорида марганца и карбоната меди при их массовом отношении соответственно

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) В 22 С 1/10, 4(20 (1 Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ лигносульфонатов

Хромовый ангидрид

Пенообразователь

Вода

Комплексный

4,30-5,90

0,22-0,30

0,30-0,90

2,30-3,20 электролит на основе хлорида марганца и карбоната меди

Огнеупорный наполнитель

0,20-0,60

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3659960/22-02 (22) 09. 11.83 (46)-23.05.85. Бюл. й- 19 (72) Л.А. Большаков, В.В. Малакуцко, Б.С. Бесчасный и Г.Л. Давшан (71) Ждановский .металлургический институт (53) 621.742.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Я 252554, кл. В 22 С 5/00, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР

В 224014, кл . В 22 С 1/10,. 1966.

3. Ващенко К.И. и др. Наливные самотвердеющие смеси с органическими связующими материалами. Киев, УкрНИИНТИ, 1970, с. 23, табл. 4.

4. Дорошенко С.П. и др. Применение сульфитно-дрожжевой бражки в литейном производстве. Киев, об-во

"Знание", "Металлургия", 1980, с. 15-16. (54) (57) ЖРЩКАЯ САМОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ

И ФОРМ преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовления, включающая огнеупорный наполнитель, огнеупорную глину, связующее на основе лигносульфонатов хромовый ангидрид, пенообразователь и воду, о т л и

„„80„„1156802 ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения качества стержней и форм за счет повышения их прочности на начальном этапе твердения, она дополнительно содержит комплексный электролит на основе хлорида марганца и карбоната меди при их массовом отношении соответственно (1,5-10,0):1 и при следующем соотношении ингреt диентов, мас.7:

Огнеупорная глина 0,60-2,00

Связующее на основе

1156802

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам жидкоподвижных самотвердеющих смесей (ЖСС), используемых для изготовления стержней и форм чугунного и стального литья преимущественно элек . тропроцессом, заключающимся в совмещении смесеприготовления с электроподогревом.

Известно приготовление "горячих"

ЖСС в электросмесителях, что позволяет сократить продолжительность затвердевания смесей в оснастке и повысить их прочность на начальном ,этапе твердения (1) .

Известна также ЖСС для изготовления литейных стержней и форм, содержащая огнеупорный наполнитель, огнеупорную .глину, связующее на основе лигносульфонатов, окислитель, хромовый ангидрид, пенообразователь (КЧНР), катализатор (серная кислота) и воду f2).

Указанная смесь содержит агрессивный электролит (например, серную или соляную кислоту), что вызывает коррозию емкостей, трубопроводов, дозирующих устройств и ухудшает санитарно-гигиенические условия труда. 30

В составе смеси, кроме агрессивной кислоты, отсутствует дополнительный электролит, что значительно затрудняет ее использование при электропроцессе приготовления "горячих"

ЖСС для литейных форм и стержней.

Кроме того, указанные кислоты не обеспечивают высокую прочность смеси в ранние сроки твердения, так как их влияние на процесс твердения.смеси la происходит не за счет каталитического воздействия на реакцию гелеобразования, а за счет снижения рН смеси.

Известна также ЖСС исходного состава, в которой агрессивные кислоты заменены хлорной медью P2 .

Указанная смесь содержит очень мало электролита (хлорной меди), поэтому удлиняется время приготовле- 50 ния смеси в электросмесителе, не достигаются высокая температура подогрева смеси и скорость твердения.

При увеличении длительности перемешивания смеси ухудшается ее теку- 55 честь и живучесть. Кроме того, электролит, выполняющий одновременно

Функцию катализатора, имеет простой

2. 00

0,32 состав, что не обеспечивает высокую прочность смеси на сжатие в ранние сроки твердения и не позволяет регулировать продолжительность твердения смеси в широких пределах.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ЖСС j4) для изготовления литейных стержней и форм преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовления,которая имеет следующий состав, мас.7:

Огнеупорный наполнитель 89,00

Огнеупорная глина

Связующее на основе лигносульфонатоввЂ” сульфитно-дрожжевая бражка марки КБЖ в пересчете на плотность

1,27 г/см 4,67

Пенообразователь КЧНР 0,45

Хромовый ангидрид

Отработанный травильный раствор (OTP) 0,36

Вода 3, 20.

Однако OTP поставляется в виде жидкости плотностью 1 45-1 50 г/см .

Содержание полезных для смеси веществ (трехвалентного железа в виде

РеСЬ и двухвалентной меди в виде

СоС1 ) в OTP достигает всего 307, или, в пересчете на состав смеси, всего О, 108Х. Растворимость указанных солей в водных растворах лигносульфонатов относительно низка. Вследствие недостаточного содержания электролита удлиняется время приготовления смеси в электросмесителе, не достигается высокая температура и прочность форм и стержней на начальном этапе твердения. Кроме того, OTP содержит некоторое количество двухвалентного хлористого железа, которое является восстановителем хромового ангидрида, в результате чего часть хромового ангидрида может расходоваться на окислительно-восста. новительную реакцию с ним. Иэ-за взаимодействия двухвалентного железа с хромовым ангидридом, интенсивность

1156802

0,30-0,90

2,30-3,20 электролит на основе хлорида марганца и карбоната меди

Огнеупорный наполнитель

0,20-0,ЬО

Остальное которого возрастает с повышением тем пературы, при приготовлении смеси нельзя предварительно счешивать их вместе. Кроме того, повышение содержания OTP сопровождается увеличением влажности смеси и снижением ее газопроницаемости. OTP радиотехнической промышленности являются агрессивными ло отношению к металлу, вызывают коррозию литейного оборудования, транспортировка их осуществляется в специальных емкостях.

Целью изобретения является повышение качества стержней и форм за счет повьппения их прочности на началь ном этапе твердения.

Для достижения поставленной цели

ЖСС для изготовления литейных стержней и форм преимущественно с подо гревом в процессе смесеприготовления, включающая огнеупорный наполнитель, огнеупорную глину, связующее на основе лигносульфонатов, хромовый ангидрид, пенообразователь и воду, дополнительно содержит комплексный электролит на основе хлорида марганца и карбоната меди при их массовом отношении соответственно (1,5-10 О):1 и при следующем соотношении ингредиентов, в мас.X:

Огнеупорная глина . 0,60-2,00

Связующее на основе лигносульфонатов 4,30-5,90

Хромовый ангидрид 0,22-0,30

Пенообразователь

Вода

Комплексный

Хлорид марганца (Г1пС1 ЬНьО) хорошо растворяется в лигносульфонатах, растворимость его в воде при о

20 С в пересчете на безводный хлорид марганца составляет около 45 .

Хлорид марганца широко используется в литейных флюсах лри рафинировании цветных сплавов. В смесях могут использоваться также и другие кристаллогидраты хлорида марганца

10 .15

55 (МпС1 4Н О; Г1пС1 ° 2Н О, Г1пС1 Н О) и безводный хлорид марганца.

Карбонат меди CuCOq имеет невысокую водорастворимость, используется при получении химикатов, в смеси выполняет функцию передатчика кислорода от хромового ангидрида, а также функцию всленивателя.

Во время приготовления смеси в электросмесителе при протекании электрического тока вследствие омического сопротивления смеси последняя нагревается. Количество выделяемого .тепла в смеси прямо пропорционально квадрату силы тока и времени подогрева и выражается в соответствии с известным правилом

Джоуля-Ленца. . При добавлении к смеси электролита при одном и том же источнике питания увеличивается сила тока, что приводит к увеличению количества выделяемого тепла и сокращению цикла приготовления смеси, при этом смесь прогревается до более высокой температуры. Горячая жидкая смесь предрасположена к более интенсивному твердению, так как окислительный потенциал хромового ангидрида завиI сит от температуры. Кроме того, важно, что при наложении внешьего электрического поля лигносулъфонаты в процессе перемешивания смеси легко .хлорируются.

Карбонат меди (CuC0 ) ° входящий в комплексный электролит-катализатор под действием внешнего электрического поля и кислоты разлагаются с выделением СО . Механизм действия двух составных частей предложенного комплексного электролита-катализатора на химическое изменение молекулярной структуры сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ) и на процесс ее гелеобразования представляется следующим образом. Известно, что твердение СДБ происходит в результате образования поперечных мостиковых связей между продольными цейями молекул лигносульфонатов. Чем больше в СДБ фенольных групп, особенно пирокатехиновых, тем интенсивнее идет процесс полимеризации лигносульфонатов. При добавке хлоридов и наложении электрического поля происходит увеличение содержания феноль. ных гидроксильных групп за счет деметоксилирования лигносульфонатов

ll56802

Таблица 1

Составы, мас.Ж. для смесей

1 1

) 4

Ингредиенты

89, 00

90, 03

89, 15

8S,97 i

Кварцевый песок

2,00

0,60

2,00

Огнеупорная глина под воздействием поглощенного хлора.

Входящий в состав комплексного электролита-катализатора катион меди является, по-видимому, передатчиком кислорода от хромового ангидрида. В жид- 5 кой композиции под каталитнческим действием меди, но уже эа счет кислорода хромового ангидрида, происходит окисление фенольных гидроксильных групп (дигидрирование) с образованием 10 активных радикалов типа хинонметида, легко подвергающихся полимеризации, в результате чего образуются поперечные мостиковые связи. Иедь, по-ви. димому, сначала восстанавливается 15 до одновалентного состояния, а затем снова окисляется кислородом хромового ангидрида, как это имеет место при аэробном окислении монои диоксифенолов и родственных им 30 соединений. Таким образом, ингредиенты комплексного электролита-катализатора выполняют самостоятельные функции при образовании геля, дополняя друг друга, и только при совмест 25 ном их введении и наложении внешнего электрического поля достигается качественно новый и существенный положительный эффект. Кроме того, в результате разложения карбоната меди яп и образования пузырьков углекислого газа смесь быстро переходит в жидкое состояние с повышенной текучестью.

При увеличении в ЖСС содержания комплексного электролита выше верхнего предела снижается ее текучесть, длительность перемешивания смеси для достижения эффекта перегрева, а также уменьшантся абсолютное значение о перегрева (в С) и снижается степень хлорирования лигносульфонатов. Это обстоятельство приводит к снижению прочностных характеристик смеси.

Огнеупорным наполнителем смеси является кварцевый песок, например

1КО2А. Песок должен быть сухим, просеянным..Огнеупорная глина применяется в порошкообразном состоянии.

Лигносульфонатное связующее, например СДБ, применяется с предпочти тельной плотностью 1,24-1,2 г/см .

Пенообразователем могут служить технические продукты КЧНР, ДС-PAC контакт Петрова, сульфонол и др.

В качестве окислителя используется хромовый ангидрид.

Приготовление смеси осуществляется в смесителях, снабженных системой электроподогрева. Сбставляющие вводятся в следующей последовательности: наполнитель, затем огнеупорная глина, лигносульфонатное связующее с добавкой воды и пенообразователя, после чего комплексный электролит отвердитель вЂ” хромовый, ангидрид.

Предлагаемая смесь может применяться не только в виде ЖСС, но и в пластичном состоянии. В последнем варианте уменьшается или исключается содержание пенообразователя и снижается содержание воды.

В табл. 1 приведены составы предлагаемых смесей 1-3 и известной 4; в табл. 2 вЂ” характеристики параметров смесеприготовления и свойства ЖСС.

Как видно из данных табл. 1 и 2, введение комплексного электролита-катализатора позволяет сократить продолжительность обработки смеси электротоком в три раза, повысить температуру смеси в 1,7 раза и тем самым уменьшить энергозатраты на ее приготовление, а также сократить время твердения и повысить прочность в ранние сроки твердения в 1,9-2,7 ра . за.

Экономический эффект за счет сокращения цикла изготовления стержней, увеличения оборачиваемости модельно-опочной оснастки, сокращения ее комплектов, уменьшения боя стержней составит не менее 1 руб./т литья.

1156802

Продолжение табл. 1

I I Х

Ингредиенты

4,30

4,67

0,22

0,25

0, 30

С,32

0ТР

0,36