CZ25239U1 - Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém - Google Patents

Description

Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém

Oblast techniky

Technické řešení se týká formovací směsi pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém s obsahem min. 50 % lupku jako nekřemenného ostřiva pro výrobu slévárenských forem a jader při výrobě odlitků.

Dosavadní stav techniky

Základní složkou formovacích směsí pro výrobu odlitků je ostřivo, které představuje až 98 % objemu směsi. Nejčastěji používaným ostřivem je jakostní praný a tříděný křemenný písek.

Formovací směs pro výrobu odlitků dále obsahuje 1 až 10 % pojivá v závislosti na typu pojivového systému. Formovací směs pro výrobu odlitků dále může obsahovat vodu a další přísady pro zlepšení vlastností.

Křemenný písek byl a zůstává hlavní surovinou používanou pro formovací směsi pro výrobu odlitků ve formovnách sléváren oceli. Křemen má však jeden významný nedostatek, a to že při ohřevu mění svou krystalickou formu. Při teplotě 573 °C dochází k přeměně β-křemene na akřemen a s tím souvisí nárůst objemu o cca 2,5 %, který je příčinou napětí. To má za následek porušení povrchu odlitku s následným výskytem bublin a výronků. Další nevýhodou křemenného pískuje, že křemenný prach zvyšuje riziko výskytu plicních chorob.

Při vyšším namáhání slévárenských forem je nutno nahradit křemenný písek nekřemennými ostřivy. Ta mají vyšší žáruvzdornost a příznivější průběh dilatace než křemenný písek, což je důležité např. při výrobě odlitků z vysokolegováných manganových ocelí, při níž se jako ostřiva používá magnezit zejména vzhledem k jeho bazicitě.

Cílem technického řešení je zlepšení povrchu odlitků, snížení pnutí a omezení vzniku trhlin a prasklin u odlitků. Na trhu existují ostřiva, která tyto problémy řeší, ovšem u řady z nich jejich cena omezuje možnosti jejich použití.

Ve formovacích směsích s vodním sklem jako pojivém ovládané ztužováných oxidem uhličitým probíhá vytvrzování řízené až po zavedení CO2, který chemicky reaguje s pojivém, mechanické vlastnosti vytvrzené směsi umožňují výrobu i velmi těžkých masivních ocelových odlitků s vysokou povrchovou hladkostí, bez zapečenin. Některé směsi s korundem a zirkonem našly uplatnění při výrobě drobných přesných odlitků, což jsou kovárenské zápustky, hydraulika.

Směsi samotvrdnoucí s vodním sklem a kapalným tvrdidlem jsou novější. Vytvrzovací proces je doprovázen buď exotermickou reakcí, výrazné zvýšení teploty, nebo reakce probíhá bez citelné exotermické reakce, bez výrazného růstu teploty formy nebo jádra. Tvrdidla jsou esterového typu, jako mono-, di-, triacetát glycerolu, ethylenglycolmonoacetát, diethylenglykoldiacetát, propylenglycoldiacetát, ethylacetát a propylenkarbonát. K jejich hlavním přednostem, vedle trvalé kvality a regulovatelné reaktivnosti, hygienické nezávadnosti a možnosti použití pro vazné samovolně tvrdnoucí směsi s jíly připravované v průběžných mísičích, patří vysoký stupeň mobilizace pojivových vlastností vodního skla pri dosažení vysokých pevností, což umožňuje podstatné snížení obsahu pojivá ve směsi cca o 50 %. Tím se dosáhne i zlepšené rozpadavosti forem a jader i jejich regenerovatelnosti po odlití.

Patentová rešerše nepřináší mnoho poznatků. Nekřemenným ostřivům není věnována velká pozornost. Čínský patentový spis CN 201275592 uvádí směs chromitu a kulatozmného křemenného písku v poměru 2 až 4 : 1. Další čínský patentový spis CN 101428333 uvádí pyrophylit jako ostřivo pro výrobu jader. Podle patentového spisu CN 1605407 je chromit regenerován postupem zahrnujícím drcení, třídění, tepelnou regeneraci, vyhoří vání organických pojiv, praní, odvodňování a sušení. O regeneraci směsi tvořené křemenným pískem a chromitem pojednává německý patent DE 3642916.

-1 CZ 25239 Ul

Zajímavý je další německý patent DE 1939346, v kterém je chromit pojen vícesložkovým systémem tvořeným furanovou pryskyřicí, která je vytvrzována za běžných teplot směsí kyseliny fosforečné a monoaluminium fosfátu, který působí jako pojivo až při teplotě cca 500 °C.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody alespoň z části odstraňuje formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém podle technického řešení.

Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém je charakterizovaná tím, že obsahuje alespoň 40 až 96 % hmotn. lupkového ostřiva a 1,6 až 8 % hmotn. anorganického pojivá.

Výhodná formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém je charakterizovaná tím, že anorganickým pojivém je tekutý křemičitan sodný - vodní sklo.

Další výhodná formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém je charakterizovaná tím, že dále obsahuje až 55 % hmotn. křemenného písku.

Další výhodná formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém je charakterizovaná tím, že dále obsahuje až 1 % hmotn. tvrdidla.

Hlavní složkou formovací směsi pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém podle tohoto technického řešení je nekřemenné lupkové ostřivo. Lupek je ostřivo na bázi hlinitokřemičitanu. Jedná se o ostrohranné, uměle vyráběné ostřivo s nasákavostí < 3,5 %.

Nasákavost lupkového ostřiva <3,5 % umožňuje nižší obsah pojivá ve formovací směsi pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém podle technického řešení. S tím je spojena řada výhod, jako je nižší cena formovací směsi pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém podle technického řešení, vyšší rozpadavost formy vyrobené z formovací směsí pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém podle technického řešení po odlití a nižší vývin škodlivin při odlévání. Ostřivo má dále nízkou tříštivost, takže při manipulaci nebo regeneraci formovací směsi nedochází ke zvyšování množství prachových podílů a nemění se střední velikost zrna. Díky těmto vlastnostem je možné zachovat nízký obsah pojivá ve formovací směsi pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém podle technického řešení. Naopak vyšší obsah pojivá by mohl způsobovat horší rozpadavost a prodyšnost forem a jader a také vyšší cenu formovací směsi.

Ve formovacích směsích pro výrobu odlitků pojených anorganickým pojivém podle tohoto technického řešení může být lupkové ostřivo buď samostatně nebo ve směsi s křemennými ostřivy. Na rozdíl od křemenných ostřiv má lupkové ostřivo plynulou dilataci, což eliminuje vznik trhlin v odlitcích. Plynulá a malá dilatace tohoto ostřiva se dá s výhodou využít také u tzv. COLD-BOX směsí. Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém obsahující směs nekřemenného lupkového ostřiva s křemenným pískem eliminuje vznik výronků bez přidání další přísady. Dále má lupkové ostřivo dobrou žáruvzdornost, což je výhodou ve slévárnách ocelí. Formovací směsi s obsahem lupku dle technického řešení lze použít na obklady krčků nálitků. Snižuje se tak rozsah a hloubka připečenin. Měrná hmotnost tohoto ostřiva jen nepatrně převyšuje měrnou hmotnost křemenných písků, ve formovacích směsích nedochází tudíž k segregaci, jako je tomu při použití např. chromitu ve směsi s křemennými písky. Formovací směsi s lupkovým ostřivem jsou vhodné pro většinu pojivových systémů, lze je použít pro odlévání všech kovových materiálů a nezatěžují životní prostředí.

Základem tohoto technického řešení je formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém podle tohoto technického řešení, která může obsahovat 40 až 96 % hmotn. lupkového ostřiva a 1,6 až 8 % hmotn. anorganického pojivá. Hlavní výhodou formovací směsi pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém podle tohoto technického řešení je, že složení této směsi má pozitivní vliv na vady odlitků: eliminuje vznik trhlin a výronů v odlitcích, snižuje výskyt připečenin a snižuje rozpadavost. Díky vhodnému typu lupkového ostřiva s obsahem více než 41 % A1₂O₃ jako žáruvzdorné složky je zachována vysoká žáruvzdornost ostřiva a díky jeho nízké nasákavosti pod 3,5 % je možné snížit obsah pojivá. To se projeví ve snížení nákladů jak

-2CZ 25239 Ul na ostřivo, tak na pojivo. Konečná pevnost formovacích směsí pro výrobu odlitků pojených anorganickým pojivém podle technického řešení se po 24 hodinách pohybují v rozmezí 0,9 až 3 MPa.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém, kterým je vodní sklo, vytvrzená nucené profukem CO₂, obsahuje:

% hmotn. lupkového ostřiva LK-SAND % hmotn. křemenného písku Badger Mining 35 (zrna kulatá s hladkým povrchem) % hmotn. sodného vodního skla o hustotě 1,494 až 1,525 g.cm³.

Pevnost v tlaku této formovací směs pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém po vytvrzení je 0,9 MPa. Rozpadavost forem po odlití připravených z této směsi je velmi dobrá. Jádra tvořená touto směsí lze velice dobře vytryskat z dutiny odlitku a povrch dutiny odlitku je stejně kvalitní jako při použití chromitu, který je ovšem daleko dražší.

Příklad 2

Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém, kterým je vodní sklo, vytvrzovaná nucené profukem CO₂, obsahuje:

% hmotn. lupkového ostřiva LK-SAND

5.5 % hmotn. sodného vodního skla o hustotě 1,494 až 1,525 g.cm'³ 0,5 % hmotn. vody.

Pevnostní zkoušky formovací směs pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém jsou prováděny na klasických válečcích o rozměrech 50 χ 50 mm s navážkou 140 g. Výsledná pevnost v tlaku po vytvrzení je 1,6 MPa. Při použití této formovací směs pro výrobu odlitků pojené anorganickým pojivém došlo ke snížení zapečenin u krčků nálitků.

Příklad 3

Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém, kterým je samotuhnoucí systém s kapalnými tvrdidly, obsahuje:

% hmotn. lupkového ostřiva LK-SAND

3.5 % hmotn. sodného vodního skla o hustotě 1,494 až 1,525 g.cm³ 0,5 % hmotn. tvrdidla triacetin : diacetin v poměru 1:1.

Pevnost v tahu za ohybu takto připravené směsi je po 24 hodinách 1,7 ± 0,3 MPa a pevnost v tlaku je 3,0 ± 0,5 MPa. Uvedené hodnoty pevností jsou dostatečné pro reálné využití této směsi ve slévárenském provozu.

Průmyslová využitelnost

Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém je průmyslově využitelná pro výrobu slévárenských forem a jader ve formovnách sléváren oceli.

Claims (4)

1. Formovací směs pro výrobu odlitků pojená anorganickým pojivém, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň 40 až 96 % hmotn. lupkového ostřiva a 1,6 až 8 % hmotn. anorganického pojivá.

-3CZ. 25239 Ul

2. Formovací směs podle nároku 1, vyznačující se tím, že anorganickým pojivém je tekutý křemičitan sodný - vodní sklo.

3. Formovací směs podle některého z nároků laž2, vyznačující se tím, že dále obsahuje až 55 % hmotn. křemenného písku.

5 4. Formovací směs podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že dále obsahuje až 1 % hmotn. tvrdidla.