CS226300B1 - Tvrdidlo a současně ostřivo samotvrdnouoí formovací směsi - Google Patents

Description

Vynález se týká tvrdidla a současně ostřiva slévárenské samotvrdnoucí formovací a jádrové směsi s pojivém na bázi kyseliny fosforečné k výrobě forem a jader zejména pro lití ocelových a'litinových odlitků.

Dosud jsou známy samovolně tvrditelné formovací a jádrové směsi,které se vyrábějí na bázi organických nebo anorganických p oj lvových systémů·Organické p oj ivové systémy obsahuj í na příklad fenolické,furanové,uretanové nebo alkydové pryskyřice, mají výhody spočívající v rychlém vytvrzování, vysokých pevnostech jader a výborné jejich rozpadavosti po odlití. Jejich nevýhodou je to, že jsou hygienicky závadné, vyrábějí se z nedostatkových surovin a jsou značně drahé. Anorganické pojivové systémy, používají jako pojivá néjčastěji vodní sklo, cementy a^pod. Jejich výhodou je $ízká cena pojivá, a jeho hygienická nezávadnost.Nevýhodou je pak špatná rozpadavost jader a forem po odlití,nižší pevnost jader a forem a horší ovládání průběhu vytvrzování zvláště pak u cementových směsí. Dále je známo, že pojivá,jejichž složkou je kyselina fosforečná spojují v sobe za určitých podmínek výhodu dobré rozpadavosti i hygienické nezávadnosti,Nedostatky

- těchto pojiv spočívají v obtížné regulaci rych]ostí vytvrzování a nízkých pevnostech jader. Směsi, u nichž jsou jako tvrdidlo použity kysličníky železa vykazují vyššísklonkpřipékání.V případě použití tvrdidla odpadní železná ruda získaná z železnato-nikelnaté lateritické rudy po částečné redukci a vyloučení niklu je vytvrzování nadměrně rychlé a sklon jader k otěru vysoký při celkové malé pevnosti jádra. Tvrdidlo kysličník hořečnatý a magnezit vytvrzují velmi rychle, důsledkem je nízká pevnost jader a krátká doba zpracovatelnosti směsi-ísměsi jsou nepoužitelné k výrobě hmotnějších jader. Známé způsoby prodlužování doby zpracovatelnosti směsí pomocí přísad hydroxykyselin,dikarbonových kyselin, hydroxy a polyhydroxypolykarhonových kyselin silně prodražují směs a neřeší problém připékání jader k odlitkům. Použití práškových tvrdidel přináší také nevýhody spočívající v obtížích při dávkování tvrdidla při míchání směsi na kontimisičích a ve výkyvech rychlosti vytvrzování daných nerovnoměrným rozmícháním tvrdidla. Při odlévání hmotných a silnostěných zvláště ocelových odlitků přistupují další nevýhody: u organických pojiv nižší tepelná stabilita, u anorganických pojiv nižší žáruvzdornost, což se projevuje výskytem eroze, penetrace,zapečenin a jiných vad u odlitků,Proto se pojivové systémy kombinují s nekřemennými ostřivy, jako je lupek, chrommagnezit,chromit, zirkonsilikát. Tato ostřiva jsou však drahá a většinou nedostatková, při jejich použití se uplatňují další obtíže, na příklad-nízké pevnosti jader a nutnost zvyšovat obsah pojivá (chrommagnezitové směsi s .pryskyřičnými pojivý) ,nízká tepelná vodivost a odolnost proti penetraci (lupkové směsi), nutnost přisušovat či sušit formy a jádra, výskyt plynových vad (chrommagnezitové směsi s vodním sklem). Některé strusky odpadající při hutní výrobě feroslitin mají sice výhodu v nízké ceně a vysoké žáruvzdornosti, na závadu je však obsah prachových podílů, které prudce snižují pevnosti jader při použití jak organických na příklad alkydových pojiv, tak při použití vodního skla. Prachové podíly rovněž zkracují dobu zpracovatelnosti směsi s vodním sklem a přispívají k drobivosti povrchu jader, Odpracování komplikuje a prodražuje použití těchto ostřiv, odstranění prachových podílů snižuje odolnost proti deformacím za vysokých teplot. Vysoká žáruvzdornost ostřiva bývá snižována přídavkem běžných anorganických pojiv o nižším bodu tání,které obsahují kysličník křemičitý (vodní sklo, cementy), Přídavky práškových tvrdidel, které při vytvrzování reagují pouze částečně a jsou ve směsi přítomny jako balastní příměsi,a tov poměrně velkém množství, snižují žárovzdornost směsi,vytvářejí její heterogenitu a tak podporují nežádoucí sklon k spékání a připékání. Kvalita práškových tvrdidel, jejich složení a granulometrie mohou silné kolísat, což při velké aktivitě tvrdidel přináší nepříznivé výkyvy do průběhu vytvrzování směsi,

Nevýhody stávajícího stavu odstraňuje použití vysoce žáruvzteié látky podle vynálezu, přičemž tato vysoce žáruvzdorná látka funguje jako tvrdidlo a ostřivo směsi současně a je tvořena etruskou vznikající při aluminotermické výrobě, ferovanadu o složení 66-76 hmotných dílů kysličníku, hlinitého, 3-7 hmotnostních dílů kysličníku vanadičného,lO-19 hmotnostních dílů kysličníku hořečnatého, 1,5-5 hmotnostních dílů kysličníku vápenatého, 0,4-4 hmotnostních dílů kysliční-, ku křemičitého, 0,05-0,3 hmotnostních dílů kysličníku manganatého, 0,05-2,5 hmotnostních dílů kysličníku železnatého, 0,05-2,5 hmotnostních dílů kysličníku chromitého a ostatních stopových prvků do 100 % hmotnostních.Výšauvedená látka bude v dalším textu nazývána PV etruská,

PV etruská vytváří s kyselinou fosforečnou samovolně vytvrzující pojivo a funguje v takto vytvořeném pojivovém systému jako tvrdidlo*Samotné kyselina fosforečná není schopna jádro z inertního ostřiva zpevnit, není tedy sama o sobě pojivém. Zpevňovací reakce, v jejímž základu je vznik žáruvzdorných fosfátů probíhá na povrchu zrn etrusky,přičemž do pojivové obálky vstupuje kromě aktivních center zrn především prach obsažený v PV“ strusoe získaný drcením, Tím se chování PV etrusky liší od chování jiných typů pojivových soustav,kde prach z ostřiva je neaktivní a pojivosti škodící složkou, ϋ pojivové soustavy PV sťruska- kyselina fosforečná není na rozdíl od jiných typů směsí' prach vznikej ící z ostřiva škodlivý, ale naopak žádoucí, nehoň jeho vyšší obsahy nejen nesnižují pevnosti a rychlosti vytvrzování,ale naopak zvyšují pevnosti a rychlosti vytvrzování, Ostřiva vznikající drcením či mletím PV etrusky není tedy zapotřebí odprašovát. Použití PV etrusky jako tvrdidla kyseliny fosforečné je nove a výhodné, Vytvrzovací schopnost jinak nadměrně rychle reagujícího a tím nepouži telného kysličníku hořečnatého je snížena

- 4 nejen naředěním příměsemi jiných látek, ale na rozdíl od směsí oxidů jejich chemicko-mineralogickým vyvázáním na méně aktivní formu spinelů. Další předností proti znaným . ’ - · Λ tvrdidlům je přítomnost některých pomalu vytvrzujících kysličníků kovů, které přispívají k dosažení vysokých konečných pevností forem a jader i jejich dobrým vlastnostem za vysokých teplot, Výhódou je i to, že ve PV strusce jsou jednotlivé složky v tak optimálním poměru a vzájemné vazbě, že drcením strusky na granulometrii běžných slévárenských ostřiv se získá středně rychle vytvrzující samotvrdnoucí formovací směs. Pomalejší vytvrzování má výhodu i v menším vlivu kolísání zrnitosti PV strusky na rychlost vytvrzování tedy menší citlivosti na změnu jakosti PV strusky. Delší doba zpracovatelnosti umožňuje použít směsi dle vynálezut při formování velkých a složitých jader. Převládající obsah vysoce žáruvzdorného kysličníku hlinitého, který je neutrální povahy a vyvázání kysličníku hořecnatého na spinel se projevuje snížením bazicity PV strusky a nepřítomností plynových vad, charakteristických pro ostřivo chrommagnezit.

Tím, že. je PV struska tvrdidlem i ostřivem současně vzniká nová vyšší kvalita na rozdíl od použití strusky PV jako jen tVrdidlarebo jako jen ostřiva. Pomalá vytvrzovací schopnost PV strusky je kompenzována vysokým obsahem reagující látky, neboí celá hmotnost ostřiva reaguje současně jako tvrdidlo^ Důsledkem je zvýšená rychlost vytvrzování, a to na'potřebnou úroveň, která je technicky zajímavá, a při zachování potřebné doby zpracovatelnosti směsi. Zrychlení vytvrzování není doprovázeno snižováním pevnosti jader, které je typické pro rychle vytvrzující systémy, y kterýchže tvrdidlo přidáváno k ostřivu. Vytvrzování probíhá přímo na povrchu ostřiva, tím je ostřivo zabudováno do pojivové struktury. Zakotvení pojivá do povrchu ostřiva způsobuje zvýšení adhezní pevnosti. Směs i jádro jsou mnohem homogennější než je tomu u směsí s práškovými tvrdidly, příprava směsi jé jednodušší,, požadavky na promíchání komponent nižší. Skutečností je, že je směs ůvoukomponentní a nepřidává se žádná další prášková minerální složka ani nízkožáruvzdorné pojivo, uchovává si * jádro nebo forma vysokou žáruvzdornost nesnižovanou Vznikem taveniny z pojivového systému neb© vznikem níže tavitelných eteutik v důsledku přítomnosti práškového tvrdidla. U známých typů směsí dochází k tomuto nežádoucímu účinku hroma- , dění přísad zvláště při opakovaném použití, nový systém samo tvrdnoucích směsí s PV etruskou je této negativní vlastnosti zcela prost. Použití PV strusky jako tvrdidla i ostři va současně zjednodušuje použitelnost samotvrdnoucíeh směsí po technické stránce a přináší ekonomické výhody, neboť dvousložková formovací směs je vzhledem ké svým vlastnostem levná.

PV struska ve funkci tvrdidla i ostřiva současně je použitelná o zrnitosti získané drcením a mletím obdobné jako u jiných běžných slévárenských nekřemeuných ostřiv, v rozmezí zrnitosti 0 až 1 mm resp· 0 až 3 mm a velikosti středního zrna 0,20 až 0,70 mm. Jiné rozložení zrnitosti nebo velikosti středního zrna není na závadu objevenému účinku PV strusky. Vyšším obsahem jemných a prachových podílů, to znamená intenzivnějším mletím výchozí suroviny či dodatečný^ přidáváním odprachů lze zrychlit průběh vytvrzování, částečným nebo úplným odprášením či zvětšením rozměrů srna lze naopak prodloužit dobu zpracovatelnosti a vytvrzování zpomalit.

Druhá složka pojivové soustavy, kyselina fosforečná, je doI stupná a levná, její kvalita je snadno kontrolovatelná a nezpůsobuje kolísání vlastnosti směsí jako tomu bývá u některých jiných pojiv. Pod pojmem kyselina fosforečná se zahrnují i použitelné produkty získané z'kyseliny fosforečně její úpravou, na příklad předneutralizací, modifikací kyselinou boritou apod. Výhodou je i to, že vlastnosti směsí jejich rychlosti vytvrzování a pevnosti jader lže kromě zrnitosti PV strusky ovládat i změnou koncentrace kyseliny fosforečné v rozmezí 20 až 70 prooent a změnou jejího obsahu. Vyšší koncentrace kyseliny nad 60 % silně zpomaluji vytvrzování,zvláště za nepřístupu vzduchu. Nižší koncentrace kyseliny fosforečné pod 40 % zvyšují rychlost vytvrzování. Při nízkých koncentracích β·>vnáší do směsi nadbytečná množství vody a snižují se konečné pevnosti jader. Vysoké obsahy kyseliny fosforečné ve směsi umožní zvýšit pevnosti jader, ovšem při současném , zdražení směsi a zvýšení plynotvomosti. Při příliš nízkých obsazích kyseliny fosforečné jsou naopak pevnosti jader nepoužitelně nízké. Při výší.udaných koncentracích jsou směsi použitelné při obsazích 2 ař 15 % hmotnostních kyseliny fosforečné ve směsi s PV _fštruskou. Z hlediska optimálních pevností jader jsou hejpříznivější konoentraoe kyseliny fosforečné v rozmezí 30 až 55 % hmotnostních, při obsahu kyseliny fosforečně ye směsi s PV struskou v rozmezí 4 až Q % hmotnostních.

> Mezi výhody použití PV strusky jako tvrdidla a ostřiva současně patří kromě nízké ceny směsi i účelné zužitkování PV strusky, která £e odpadním materiálem, aniž by bylo nutno Vynaložit větší náklady na její úpravu aodprašování. Vyrobená jádra mají v závislosti na obsahu kyseliny fosforečné vysoké pevnosti v tlaku, výbornou povrchovou kvalitu, vysokou vzdornost otěru a dloubou dobu skladovatelnosti. Při odlévání vykazují formy a jádra příznivě vysokou odolnost vůči účinku roztaveného kovu, vysokou pevnost za horka. Tepelným rozkladem se neuvolňují škodlivé látky a nevzniká zápach a dým. -Jádra se z odlitku velmi dobře odstraňují a jsou dobře rezpadavá. Povrch odlitků je hladký, kvalitní a bez vad způsobených formovací směsí.

- 7.Příklady provádění ukazují vliv obsahu a koncentrace kyseliny fosforečné a zrnitosti PV strusky.

Příklad 1

K 93 hmotnostním dílůfe PV etrusky'o zrnitosti A podle tabulky se přimíchá 7 hmotnostních dílů kyseliny fosforečné o koncentraci 50 % hmotnostních. V důsledku použití PV etrusky jako tvrdidla a ostřiva současně vykazují zaformované standartní válečky následují pevnosti v tlaku:

za 2 hodiny ········ 0,3 MPa >

za 4 hodiny ·······. 0,7 MPa za 24 hodin ........ 7»0.-KPa .

Příklad 2

K 93 hmotnostním dílům PV strusky o zrnitosti A podle tabulky se přimíchá 7 hmotnostních dílů kyseliny-fosforečné o koncentraci 32 % hmotnostních. V důsledku použití PV strusky jako tvrdidla a ostřiva současně vykazují zafoímované standartní válečky následující pevnosti v tlaku: / za 2 hodiny ......... 0,4 MPa za 4 hodiny ······.·· 1,5 MPa za 24 hodin ......... 2,4 MPa l .

Příklad 3

K 95 hmotnostním dílům PV strusky o zrnitosti B podle tabulky se přimíchá 5 hmotnostních dílů kyseliny fosforečné o koncentraci 50 % hmotnostních. V důsledku použití PV strusky jako tvrdidla a ostřiva současně vykazují zaformované standartní válečky následující pevnosti v tlaku:

za 1 hodinu ·.··.···· 0,5 MPa za 2 hodiny ········. 1,1 MPa za 4 hodiny ......... 1,7 MPa za 24 hodin ········· 5,1 MPa _

Použití PV strusky jako tvrdidla a ostřiva současně není omezeno druhem odlévaného kovu, zvláště výhodné je však při odlévání ocelových odlitků, především o vyšší hmotnosti a tlouštce stěn.

Claims (2)

1. PŘED M' Ž T VYNÁLEZU

   Použití struský vznikající při aluminotermické výrobě ferovanadu o složení

   66 - 76 hmotnostních dílů kysličníku hlinitého

   10 - 19 hmotnostních dílů kysličníku horečnatého
2. 3-7 hmotnostních dílů kysličníku vanadiČného .1,5- 5 hmotnostních dílů kysličníku vápenatého

   0,4- 4 hmotnostních dílů kysličníku křemičitého 0,05 - 3 hmotnostních dílů kysličníku manganatého 0,05 - 2,5hmotnostních dílů kysličníku železnatého 0,05 - 3 hmotnostních dílů kysličníku chromitého a obsahu stopových prvků do 100 % hmotnostních jako tvrdidla a ostřiva současně do samovolně tvrdnoucí Slévárenské jádrové a formovací směsi obsahující 2 až 15 hmotnostních dílů kyseliny fosforečné o koncentraci 20 až 60 procent hmotnostních·