Способ изготовления антипригарной краски
Владельцы патента RU 2254203:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" (RU)
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для покрытия литейных форм. Осуществляют раздельный помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона, глины, каолина. Помол муллитокорундового шамота, электрокорунда и циркона осуществляют совместно с поверхностно-активным веществом (ПАВ). ПАВ адсорбируется на частицах. Смешивают полученные порошки. Приготовляют суспензию путем ввода в смесь порошков жидкого стекла и воды. ПАВ вытесняют с поверхности частиц связанную воду в раствор. Создается эффект разжижения суспензии. Стабилизируется седиментационная устойчивость суспензии, снижается ее вязкость. Обеспечивается повышение стойкости литейных форм при чугунном и цветном литье. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам изготовления антипригарных красок (АПК) для покрытия кокилей, предназначенных для изготовления чугунного литья, а также для покрытия изложниц для разливки цветных, в частности алюминиевых сплавов.
Известен способ изготовления порошков для литейных красок (авторское свидетельство N 93272, Кл. В 22 С 3/00, 1952 г.), используемых для чугунного и цветного литья, заключающийся в том, что мелкоизмельченные исходные материалы подвергают совместному помолу в шаровых мельницах до размера зерен 0,1 мм. Затем смешивают с нагретой до 50°С водой и после помещают в краскомешалку для получения суспензии с плотностью 1,3-1,4 г/см3 для окраски форм и стержней.
Недостатком такого способа получения литейных красок является грубая дисперсность ее порошкового наполнителя, а также высокая плотность суспензии. Эти параметры не обеспечивают получения тонких ровных покрытий на чугунных кокилях, в результате чего имеется пригар отливок к кокилю и увеличивается расход исходных материалов.
Известен способ получения композиционного наполнителя для противопригарных покрытий (авторское свидетельство N 1386352, Кл. В 22 С 3/00, 07.04.1988 г.). Суть его заключается в совместном помоле огнеупорных оксидных материалов с размером зерен до 0,3 мм и углеродного материала с размером зерен 0,1 мм до получения молотой смеси наполнителя с удельной поверхностью (Sуд.)=2500-5000 см2/г. Водная суспензия с указанным наполнителем имеет хорошую седиментационную способность за счет наличия легких частиц графита.
Недостатком указанного способа является использование дефицитного материала - графита. Кроме того, при использовании огнеупорного оксидного наполнителя с Sуд.=2500-3000 см2/г для суспензий без применения графита происходит ухудшение седиментационной устойчивости суспензии за счет осаждения крупных частиц тяжелых оксидов.
Наиболее близким техническим решением к изобретению по способу изготовления антипригарной краски является способ изготовления краски для чугунных литейных форм (кокилей) при литье чугунных изделий, например мелющих тел (патент N 2164457, В 22 С 3/00, 27.03.2001 г.). При данном способе изготовления антипригарной краски помол каждого материала проводится в отдельности с учетом их разной твердости, а затем производится одновременное смешение всех молотых порошков. При смешении порошков мелкодисперсные частицы глины и каолина обволакивают более крупные частицы тяжелых огнеупорных материалов (муллитокорундового шамота, электрокорунда, и циркона), дополнительно гомогенизируя смесь порошков в целом. Подготовленная смесь наполнителя дозируется в краскомешалку, добавляется жидкое стекло и необходимое количество воды для получения суспензии с плотностью 1,12-1,16 г/см3.
К недостаткам указанного способа следует отнести малое количество заливок между двумя покрасками кокилей, появление пригара краски к кокилю и отливкам при более длительной эксплуатации, чем указано в патенте, что ведет к ухудшению качества отливок (появлению на них утяжек), особенно при их малых размерах.
Задачей изобретения является разработка способа изготовления антипригарной краски, позволяющего повысить стойкость кокилей, обеспечить стабилизацию седиментационной устойчивости суспензии и снизить ее вязкость, при одновременном сохранении необходимой плотности и хорошей кроющей способности суспензии.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления антипригарной краски, включающем раздельный помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона, глины, каолина, смешивание порошков, последующее приготовление суспензии путем введения в смесь жидкого стекла и воды, при помоле вводят поверхностно-активное вещество. В процессе приготовления суспензии антипригарной краски поверхностно-активные вещества (ПАВ) адсорбируются на частицах компонентов наполнителя и образуют поверхностные слои, препятствующие сближению структурных элементов в суспензии. При этом снижается вязкость системы, особенно при наличии глинистых компонентов, и суспензия разжижается.
Эффект разжижения сводится к понижению поверхностной энергии дисперсной фазы за счет гидрофобизирующего действия ПАВ, которые, адсорбируясь на твердых частицах компонентов наполнителя, вытесняют связанную воду в раствор, за счет чего увеличивается количество свободной воды в суспензии. Вязкость суспензии уменьшается без изменения общего влагосодержания в системе и снижения седиментационной устойчивости. Суспензия не расслаивается при определенном времени выстаивания.
Экспериментально установлено, что при использовании поверхностно-активных веществ вне указанных количественных пределов происходит ухудшение седиментационной устойчивости и кроющей способности суспензии, что не позволяет продлить срок службы кокилей из-за наличия пригара отливок к кокилю.
В качестве поверхностно-активных веществ используются алкилсиликонаты натрия, которые вводятся на стадии раздельного помола компонентов: муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона. В процессе помола ПАВ равномерно распределяется по всему объему материала. Помол порошков муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона проводится до Sуд.=5500-6000 см2/г, глины - до 12000-14000 см2/г. Каолин используется в состоянии поставки с Sуд.=15000-17000 см2/г. Процесс помола и смешения молотых порошков осуществляется в шаровых мельницах с корундовой футеровкой корундовыми шарами.
Экспериментально показано, что для изготовления АПК на стадии помола каждого твердого компонента можно вводить любой вид алкилсиликоната натрия (этилсиликонат натрия или метилсиликонат натрия). При этом в суспензии АПК может содержаться любой из указанных ПАВ в отдельности или оба вместе в количестве, обеспечивающем необходимое общее содержание ПАВ в антипригарной краске 0,015-0,1% (г).
Пример 1. Производят помол каждого компонента в отдельности: помол глины до Sуд.=12000 см2/г без ввода ПАВ, помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона до Sуд.=5500 см2/г с вводом ПАВ: этилсиликонат натрия в количестве, обеспечивающем суммарное содержание ПАВ в антипригарной краске 0,1 мас.%. Молотые порошки и исходный каолин дозируют в краскомешалку, добавляют жидкое стекло и 1/4 часть воды. Перемешивают в течение 10-15 мин до получения однородной массы. Затем добавляют остальную воду и доводят плотность суспензии до 1,16 г/см3.
Пример 2. Производят помол каждого компонента в отдельности: помол глины до Sуд.=13000 cм2/г без ввода ПАВ, помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона до Sуд.=5500 см2/г с вводом ПАВ: метилсиликонат натрия в количестве, обеспечивающем суммарное содержание ПАВ в антипригарной краске 0,05 мас.%. Молотые порошки и исходный каолин дозируют в краскомешалку, добавляют жидкое стекло и 1/4 часть воды. Перемешивают в течение 10-15 мин до получения однородной массы. Затем добавляют остальную воду и доводят плотность суспензии до 1,14 г/см3.
Пример 3. Производят помол каждого компонента в отдельности: помол глины до Sуд.=14000 см2/г без ввода ПАВ, помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона до Syд.=6000 см2/г с вводом ПАВ: метилсиликонат натрия или этилсиликонат натрия в количестве, обеспечивающем суммарное содержание ПАВ в антипригарной краске 0,015 мас.%. Молотые порошки и исходный каолин дозируют в краскомешалку, добавляют жидкое стекло и 1/4 часть воды. Перемешивают в течение 10-15 мин до получения однородной массы. Затем добавляют остальную воду и доводят плотность суспензии до 1,12 г/см3.
При смешении всех компонентов наполнителя (молотых с ПАВ и без ПАВ) поверхностно-активное вещество распределяется по всему объему материалов в смесителе. ПАВ из поверхностных слоев частиц муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона частично адсорбируется на частицах глины и каолина, образуя почти мономолекулярный слой вокруг всех ингредиентов наполнителя.
Суспензия антипригарной краски, полученной по предлагаемому способу, более текуча, но ее седиментационная устойчивость за счет поверхностно-активных веществ остается хорошей. Суспензия не расслаивается при определенном времени выстаивания и требуется меньшее время для перемешивания при дальнейшем ее использовании, чем для суспензии без ПАВ.
На подогретые до 150°С кокили суспензию АПК распыляют пульверизатором, после чего заливают расплавленный чугун с температурой до 1400°С. Предлагаемый способ изготовления антипригарной краски апробирован в процессе изготовления краски для кокилей (как и прототип) при литье мелющих тел: чугунные шары диаметром 25-120 мм.
При этом, несмотря на меньшую вязкость суспензии, кроющая способность оставалась хорошей, а благодаря флюсующему действию ПАВ обеспечивалось хорошее покрытие краской поверхности кокиля и уменьшалось количество промежуточных подкрасок при увеличении количества заливок между двумя подкрасками.
При сгорании органической составляющей ПАВ в слое краски образуется копоть, что дополнительно снижает пригар отливок к кокилю при увеличении срока его службы и улучшает чистку кокилей от старых слоев краски.
Предлагаемый способ изготовления АПК апробирован при приготовлении краски для нанесения на чугунные изложницы при разливке алюминиевых сплавов: 200 изложниц (после нанесения на них пульверизатором краски) заливались 10-12 раз за один цикл заливок, всего проводилось 3 цикла по 4 часа. Установлено, что качество антипригарной краски соответствует предъявляемым к ней требованиям при алюминиевом литье.
Составы антипригарной краски, разработанной по предлагаемому способу изготовления, и ее технические характеристики приведены в табл.1 и 2.
| Таблица 1 Составы антипригарной краски | |||||
| Компоненты, мас.% | Состав | Прототип | |||
| 1 | 2 | 3 | |||
| Наполнитель | Муллитокорундовый шамот | 10,7 | 9,5 | 8,1 | 8,1-10,7 |
| Электрокорунд | 4,4 | 3,6 | 4,2 | 3,6-4,4 | |
| Циркон (цирконовый концентрат) | 4,4 | 3,6 | 2,9 | 2,9-4,4 | |
| Глина | 2,1 | 1,8 | 1,1 | 1,1-2,1 | |
| Каолин | 1,1 | 2,2 | 2,9 | 1,1-2,9 | |
| Связующее | Жидкое стекло | 4,3 | 4,7 | 4,8 | 4,3-4,8 |
| ПАВ | Алкилсиликонат натрия | 0,1 | 0,05 | 0,015 | |
| Вода | остальное | остальное | остальное | остальное |
| Таблица 2 Технические характеристики АПК и кокилей | ||||
| Свойства | Состав | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| Плотность, г/см3 | 1,16 | 1,14 | 1,12 | 1,12-1,16 |
| Кроющая способность | Хорошая | Хорошая | ||
| Толщина покрытия, мм | 0,1-0,3 | 0,1-0,3 | 0,1-0,3 | 0,1-0,5 |
| Количество заливок между двумя покрасками | 5-7 | 5-7 | 5-7 | 2-4 |
| Стойкость кокилей при литье чугунных шаров диаметром 25-100 мм, количество заливок | 880-1000 | 390-700 | ||
| Качество поверхности отливок (шероховатость отливок) | Пригар отсутствует | Пригар отсутствует, шероховатость и утяжки на отливках наблюдаются после 700 заливок | ||
| Термостойкость покрытия, °С | 1500-1530 | 1500-1530 |
1. Способ изготовления антипригарной краски, включающий раздельный помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона, глины, каолина, смешивание порошков, последующее приготовление суспензии путем введения в смесь жидкого стекла и воды, отличающийся тем, что при помоле муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона вводят поверхностно-активное вещество.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилсиликонаты натрия.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве алкилсиликонатов натрия используют этилсиликонат натрия и/или метилсиликонат натрия.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что общее количество вводимого поверхностно-активного вещества составляет 0,015-0,1% от суммы указанных компонентов смеси.
