Смесь для изготовления литейных стержней и форм теплового отверждения

 

Изобретение относится к смесям (СМ) для изготовления стержней (СТ) и форм (Ф) по нагреваемой оснастке и может быть использовано при производстве отливок из чугуна и стали. СМ позволяет снизить брак СТ и Ф и повысить эффективность использования стержневых машин за счет повышения живучести и понижения сырой прочности СМ. СМ содержит изопропиловый спирт, растворенный в воде в объемном отношении 1:1, крепитель 10, растворенный в керосине в объемном отношении 1: 1, и технологическую добавку, а в качестве катализатора отверждения - кислый отход от производства монохлорамина при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: технические лигносульфонаты 2,0 - 2,6; модификатор 0,2 - 0,4; кислый отход от производства монохлорамина 0,3 - 0,5; фенолоспирты 0,4 - 0,8; изопропиловый спирт, растворенный в воде в объемном отношении 1: 1 0,5 - 0,9; крепитель "КО", растворенный в керосине в объемном отношении 1:1 0,1 - 0,3; технологическая добавка 0,4 - 0,6; песок кварцевый - остальное. Кроме того, в качестве модификатора используются кубовые остатки органического синтеза, растворенные в воде в объемном отношении 6:1, а в качестве технологической добавки применяется сурик железный. 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам смесей для изготовления стержней и форм по нагреваемой оснастке,и может быть использовано при производстве отливок из чугуна и стали.

Известна смесь для изготовления стержней и форм и нагреваемой оснастке, содержащей огнеупорный наполнитель, 20%-ный раствор мочевины в фенолспирте, технические лигносульфонаты (ТЛС) и комплексный катализатор АМ, включающий воду, хлориды аммония и алюминия [1]. о Хлориды аммония и алюминия оказывают отрицательное действие на прочностные свойства смесей с ТЛС. Кроме того, недостатком катализатора АМ является сложность его приготовления. При добавлении порошка AlCl₃ в воду происходит разогрев раствора и обильное выделение хлористого водорода. Наличие же хлористого водорода в воздухе производственных помещений вызывает ухудшение условий труда.

Известна также смесь для изготовления литейных стержней и форм, отверждаемых в нагреваемой оснастке, содержащая огнеупорный наполнитель, 20% -ный раствор мочевины в фенолспирте, ТЛС и катализатор отверждения - азотнокислый натрий или сернокислый калий [2].

Введенный в состав данной смеси азотнокислый натрий (сернокислый калий) не повышает кислотность смеси и поэтому не ускоряет процесс поликонденсации низкомолекулярных фенолметилольных соединений фенолспиртов. Кроме того, с течением времени за счет этих солей происходит иммобилизация воды в ТЛС, что приводит к резкому снижению живучести смеси.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является смесь для изготовления литейных стержней и форм теплового отверждения методом конвективной сушки, которая содержит следующие ингредиенты, мас.%: Глинистая состав- ляющая 5-8 Лигносульфонаты технические 2,4-4,5 жидкие Кубовые остатки производства поливи- нилпирролидона 0,6-1,2 Вода 4-5 Огнеупорный напол- нитель на основе диоксида кремния Остальное [3] Смесь такого состава содержит большое количество бентонита, что обуславливает высокую прочность в сыром состоянии, имеет низкую скорость отверждения и текучесть, что не позволяет использовать ее при изготовлении стержней и форм в нагреваемой оснастке.

Цель изобретения - увеличение живучести и снижение сырой прочности смеси.

Это достгается тем, что в составе смеси используются кварцевый песок-наполнитель смеси; технические лигносульфонаты в качестве связующего; модификатор - кубовые остатки органического синтеза веществ, являющихся побочными продуктами производств 1,4-бутандиола, поливинилпирролидона, γ-бутиролактона, ректификации метилпирролидона, регенерации моноэтаноламина, растворенную в воде в объемном отношении 6:1, КООС по сравнению с кубовыми остатками поливинилпирролидона имеют в своем составе большое количество активных функциональных групп, что позволяет повысить реакционную способность технических лигносульфонатов в большей степени чем ЕО ПВП; катализатор отверждения - кислый отход от производства монохлорамина (КО МХА), представляющий собой однородную жидкость светло-желтого цвета со слабым специфическим запахом, плотность 1,20-1,27 г/см³ и рН, < 1,0.

КО МЗА имеет следующий состав, мас.%: Серная кислота 25-38 n-Хлорбензолсуль- фокислота 10-15 Соляная кислота 0,2-0,4 Вода Остальное.

Кислый отход образуется при производстве монохлорамина в промежуточной стадии образования целевого полуфабриката сульфохлорида из n-хлорбензола и хлорсульфоновой кислоты.

Сульфохлорид выделяется из сульфомассы путем разложения избытка хлорсульфоновой кислоты горячей водой;
ClSO₂OH + H₂O H₂SO₄+ HCl.

В результате разности плотностей реакционная смесь отстаиванием разделяется на два слоя: верхний слой - сульфохлорид, нижний - серная кислота с примесями различных веществ (кислый отход).

Сернокислый слой после нейтрализации сбрасывается в канализацию в количестве более 2000 т/год.

В отличие от известного кислого отхода от производства хлоранила КО МХА используется без разбавления водой. Это значительно упрощает процесс приготовления связщующего ТЛС-КООС-КО МХА.

Кроме того, наличие в составе КО МХА n-хлорбензолсульфокислоты делает его более "мягким" по отношению к фенолоспиртам, что положительно сказывается на живучести смеси.

Понижению сырой прочности смеси, повышению ее живучести и, следовательно, способности ее противостоять схватыванию в соплах головки стержневого автомата способствует введению в предлагаемую смесь раствора изопропилового спирта в воде. Один изопропиловый спирт не дает такого положительного эффекта. В случае его водного раствора в объемном отношении 1:1 процесс охлаждения смеси за счет испарения изопропилового спирта протекает более равномерно и меньше зависит от влияния температуры. При других соотношениях изопропилового спирта с водой положительный эффект этой добавки снижается.

Эффект уменьшения схватывания смеси в температурном диапазоне нагрева сопл за счет водного раствора изопропиловогоо спирта усиливается добавкой раствора крепителя КО в керосине в объемном отношении 1:1. Эта добавка понижает чувствительность смеси к колебаниям температуры, прочность стержней не уменьшается. При других соотношениях крепителя "КО" и керосина прочность стержней падает.

В качестве технологической добавки смесь содержит сурик железный.

П р и м е р. Для приготовления составов стержневых смесей по предлагаемому техническому решению использовали кварцевый песок Верхне-Днепровского карьера марки 1КО2 с глинистой составляющей до 1%. ГООСТ 2138-84; сурик железный, ГОСТ 18835 N 74; технические лигносульфонаты с натриевым основанием Камскогоо ЦБК с содержанием сухих веществ 48,0%, плотностью 1,23 г/см³ и вязкостью по ВЗ-4 свыше 500 с, кубовые остатки органического синтеза Новочеркасского завода синтетических продуктов, вязкостью по ВЗ-1.5.4, 57 с, кислый отход от производства монохлорамина Дзержинского ПО "Капролактам", фенолоспирты марки Б, изопропиловый спирт, ГОСТ 9805-84, "крепитель "КО".

Перед приготовлением каждого состава стержневой смеси готовили связующую композицию "ТЛС-КООС-КО МХА". Вначале в ТЛС вводили модификатор КООС, затем после тщательного перемешивания в модифицированную ТЛС добавляли расчетное количество кислого отхода производства монохлорамина и тщательно перемешивали. Полученный состав связующей композиции представляет собой кислые модифицированные лигносульфонаты (КМЛС).

Стержневые смеси готовили в лабораторных бегунах мод. М-1 польской фирмы "Центрозап".

В течение 1 мин перемешивали 95,0 мас.% кварцевого песка с 0,5 мас.% сурика железного, затем вводили связующую композицию, состоящую из 3,0 мас. % кислых модифицированных лигносульфонатов (2,3 мас.% ТЛС + 0,3 мас.% КООС + 0,4 мас.% КО МХА) и 0,6 мас.% фенолоспиртов, приготовленную путем тщательного перемешивания ее составляющих непосредственно перед вводом в бегуны. После перемешивания огнеупорного наполнителя со связующей композицией "КМЛС-фенолоспирты" в течение 2 мин в смесь вводили раствор изопропилового спирта в воде в объемном отношении 1:1, перемешивали еще 1 мин. Перед выпуском смеси добавляли раствор крепителя "КО" в керосине в объемном отношении 1:1 в количестве 0,2 мас.% и перемешивали 0,5 мин.

В табл. 1 приведены составы стержневых смесей NN 1-5, а в табл. 2 - физико-механические свойства смеси.

Как видно из табл. 2, прочность на сжатие уменьшилась в 1,3 раза, живучесть возросла в 6-9 раз. Все это значительно уменьшило вероятность схватывания смеси в соплах головки автоматов и повысило эффективность их использования. Важно также, что уменьшение схватывания смеси в соплах достигнуто при увеличении прочности стержней на растяжение.

Оптимальное содержание в смеси водного раствора изопропилового спирта в объемном отношении 1:1 находится в диапазоне 0,5-0,9 мас.%. При содержании его в составе смеси ниже 0,5 мас.% уменьшается живучесть смеси, а выше 0,9 мас.% увеличение живучести не наблюдается. Оптимальное объемное соотношение изопропилового спирта с водой 1:1. При отклонении от этого соотношения в сторону увеличения или уменьшения изопропилового спирта живучесть смеси уменьшается, что приводит к увеличению брака стержней.

Оптимальное содержание раствора крепителя "КО" в керосине 0,1-0,3 мас.% . При содержании раствора "КР" в керосине ниже 0,1 мас.% живучесть смеси уменьшается, а выше 0,3 мас.% возрастает газотворность смеси.

Объемное отношение КО: керосин, равное 1: 1, выбрано из результатов практического эксперимента. При отклонении от этого соотношения в сторону увеличения КО возрастает газотворность смеси, прочность стержней падает; при отклонении в сторону уменьшения КО живучесть смеси и прочность стержней уменьшаются.

Оптимальное содержание кубовых остатков органического синтеза в смеси 0,2-0,4 мас.%. При содержании КООС ниже 0,2 мас.% технические лигносульфонаты плохо разжижаются, что сказывается на уменьшении прочности стержней; выше 0,4 мас. % частично нейтрализует действие катализатора отверждения и тем самым уменьшает скорость отверждения смеси.

Оптимальное содержание кислого отхода от производства монохлорамина в смеси 0,3-0,5 мас.%. При содержании КО МХА ниже нижнего и выше верхнего из указанных пределов наблюдается уменьшение "горячей" прочности стержней.

Оптимальное содержание сурика железного в смеси 0,4-0,6 мас.%. При содержании сурика железного в составе смеси ниже 0,4 мас.% увеличивается осыпаемость стержней, а выше 0,6 мас.% уменьшается пескодувная текучесть смеси.

Использование предложенной смеси в сравнении с известной обеспечивает следующие технико-экономические преимущества: уменьшение прочности смеси на сжатие на 30% и увеличение живучести смеси в 6-9 раз, что позволяет уменьшить схватывание смеси в соплах головки стержневого автомата и тем самым повысить эффективность использования стержневых машин; повышение прочности стержней и форм в холодном состоянии позволяет улучшить их качество.

Формула изобретения

СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ ТЕПЛОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ преимущественно в нагреваемой оснастке, включающая кварцевый песок, технические лигносульфонаты, кубовые остатки синтетических жирных кислот, растворенные в органическом растворителе, модификатор, катализатор отверждения, отличающаяся тем, что, с целью увеличения живучести и снижения сырой прочности смеси, она дополнительно содержит изопропиловый спирт, растворенный в воде в объемном соотношении 1 : 1, кубовые остатки синтетических жирных кислот, растворенные в керосине в объемном соотношении 1 : 1, и железный сурик, в качестве модификатора - кубовые остатки органического синтеза, растворенные в воде в объемном соотношении 6 : 1, а в качестве катализатора отверждения - кислый отход от производства монохлорамина при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Технические лигносульфонаты 2,0 - 2,6
Модификатор - кубовые остатки органического синтеза, растворенные в воде в объемном соотношении 6 : 1 0,2 - 0,4
Катализатор отверждения - кислый отход от производства монохлорамина 0,3 - 0,5
Фенолспирты 0,4 - 0,8
Изопропиловый спирт, растворенный в воде в объемном соотношении 1 : 1 0,5 - 0,9
Кубовые остатки синтетических жирных кислот, растворенные в керосине в объемном соотношении 1 : 1 0,1 - 0,3
Железный сурик 0,4 - 0,6
Кварцевый песок Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2