Смесь для изготовления литейных форм и стержней

 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам смесей для изготовления форм и стержней, отверждаемых в нагреваемой оснастке или продувкой нагретым воздухом. Сущность изобретения состоит в следующем: в смеси теплового отверждения используется кремнегель или отходы его производства в качестве связующего. Содержание его в смеси 0,37-1,05 мас.%. Кремнегель - продукт взаимодействия раствора силиката натрия с серной кислотой, отходы силикагеля являются некондиционной фракцией производства товарного продукта, имеют тот же химический состав. В смеси содержится стеарат кальция в количестве 0,05-0,1 мас.%, что предотвращает прилипание смеси к оснастке. Смесь приготавливают смешением кварцевого песка и стеарата кальция, а затем вводят кремнегель или отходы его производства, предварительно растворив в щелочи. Реализация изобретения позволит снизить осыпаемость смеси, уменьшить пригар и улучшить экологию. 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления форм и стержней, отверждаемых в нагреваемой оснастке или продувкой нагретым воздухом.

Широко известны стержневые смеси на основе фенолформальдегидных и карбамидофурановых смол, отверждаемые в нагреваемой оснастке [1] Недостатком этих смесей является выделение вредных веществ фенола и формальдегида в процессе приготовления, заливки и выбивки форм и стержней.

Наиболее близкой к заявленной смеси по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является смесь для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемая газообразным отвердителем, включающая огнеупорный наполнитель и комплексное связующее побочный продукт производства кристаллического кремния в сочетании с водой и щелочью [2] Недостатком данной смеси является то, что побочный продукт производства кристаллического кремния не обладает пористой структурой, имеет высокую насыпную плотность и реакция его с 20%-ной щелочью требует нагрева и длительного перемешивания для получения связующего.

Целью изобретения является замена малореакционного продукта на доступный высокопористый материал силикагель, обладающий высокой реакционной способностью с щелочными растворами, получение силикатного связующего для форм и стержней, обеспечивающего снижение осыпаемости форм и стержней, уменьшение пригара, улучшение экологии.

Для достижения указанной цели в смесь, содержащую огнеупорный наполнитель и комплексное связующее, в сочетании с водой и щелочью дополнительного вводят стеарат кальция, а в качестве комплексного связующего используют силикагель, получаемый взаимодействием раствора силиката натрия с серной кислотой, или отходы его производства при следующем соотношении компонентов, мас.

Силикагель или отходы его производства 0,37-1,05 Едкий натр 0,42-1,12 Вода 1,15-3,01 Стеарат кальция 0,05-0,10 Огнеупорный наполнитель Остальные Силикагель получают реакцией взаимодействия жидкого стекла плотностью 1,18 г/см³ и содержанием 14% О₂ и 20%-ным раствором серной кислоты в смесителе инжекторного типа; реакционная масса струйками выбрасывается в турбинное масло и в потоке сернокислого натрия и воды движется к осушителям, где крупные шарики геля высыхают до гранул определенного размера.

Силикагель SiO₂ является основным компонентом комплексного связующего. Он представляет собой стекловидные зерна пористого строения, отличающиеся равномерным распределением пор и однородностью по величине. Могут быть использованы для комплексного связующего марки КСМГ, ШСМГ (мелкопористый) и КСКГ, ШСКГ, МСКГ, АСКА (крупнопористый), ГОСТ 3956-76. Лучшие результаты дает силикагель марки КСМГ. При растворении в щелочи при комнатной температуре силикагель переходит в различные формы кремниевых кислот, реакция идет экзотермически, полученное связующее обладает ярко выраженными вяжущими свойствами.

Отходы силикагеля являются некондиционной фракцией производства товарного продукта. В отходы силикагеля, используемые для изготовления связующего, входят фракции: для марок КСМГ и КСКГ 2,8 мм, ШСМГ, ШСКГ 1 мм.

Отходы силикагеля имеют тот же химический состав, что и силикагель SiO₂.

В качестве щелочной среды в комплексном связующем предлагаемой смеси используют раствор едкого натра (содержание щелочи 0,42-1,12 мас. воды 1,15-3,01 мас.).

Водородный показатель среды рН при выбранном соотношении компонентов связующего колеблется от 6,8 до 7,5 т.е. связиO является насыщенными и не способным к полимеризации при последующем снижении рН, например, за счет продувки углекислым газом, а полимеризация до структуры первоначальных единиц силикагеля осуществляется за счет удаления кислорода в виде паров воды.

При соотношении компонентов силикагеля, щелочи и воды выше и ниже указанных пределов нарушается кисло-щелочная среда, рН выходит за пределы нейтральной области и связующие свойства комплекса ухудшаются.

При нагревании или продувке горячим воздухом предлагаемой смеси образуется сплошная сетка силикагеля с отдельными включениями оксида натрия, что обеспечивает незначительное взаимодействие материала формы с жидким металлом на границе металл-форма и позволяет избежать пригара смеси к отливке и снизить осыпаемость. Наличие в смеси стеарата кальция в количестве 0,05-0,10% предотвращает прилипание смеси к оснастке и не требует применения разделительного состава.

При уменьшении содержания стеарата кальция 0,05% возрастает прилипаемость к оснастке, а увеличение 0,1% экономически нецелесообразно.

При длительной выдержке материалов в форме из предлагаемой смеси корка спекшейся смеси может образоваться до 10-20 мм, однако она резко теряет прочность при смачивании водой и выбивка требует больших затрат. Выбивка форм и стержней в этом случае возможна способом растворения в воде.

При изготовлении форм, стержней, заливке и выбивке отсутствует выделение вредных токсичных веществ.

Связующее готовят следующим образом: едкий натр растворяют в воде в расчетном количестве при комнатной температуре. Силикагель растворяют обычным перемешиванием в емкости с мешалкой в течение 1,0-1,5 ч, при этом реакция идет с выделением тепла. Готовое связующее после охлаждения является насыщенным устойчивым коллоидным раствором.

Предлагаемую смесь готовят в лопастном или катковом смесителе обычного типа; сначала смешивают песок и стеарат кальция, затем комплексное связующее. Общее время перемешивания 3-4 мин.

Заявленное решение иллюстрируется составами и свойствами смесей, которые приведены в табл. 1 и 2.

Из табл. 2 следует, что при значительно высокой прочности на растяжение в горячем и холодном состоянии смесь обладает высокой газопроницаемостью и низкой осыпаемостью, что влияет на уменьшение брака типа пригар.

Формула изобретения

Смесь для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемая нагреванием в оснастке или продувкой горячим воздухом, содержащая огнеупорный наполнитель, комплексное связующее, воду и щелочь, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стеарат кальция, а в качестве комплексного связующего силикагель или отходы его производства при следующем соотношении компонентов, мас.

Силикагель или отходы его производства 0,37 1,05 Едкий натр 0,42 1,12
Вода 1,15 3,01
Стеарат кальция 0,05 0,1
Огнеупорный наполнитель ОстальноеV

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2