PL244996B1 - Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym - Google Patents
Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym Download PDFInfo
- Publication number
- PL244996B1 PL244996B1 PL439688A PL43968821A PL244996B1 PL 244996 B1 PL244996 B1 PL 244996B1 PL 439688 A PL439688 A PL 439688A PL 43968821 A PL43968821 A PL 43968821A PL 244996 B1 PL244996 B1 PL 244996B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- weight
- carbon
- bentonite
- molding sand
- shungite
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 84
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 59
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 title claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000013032 Hydrocarbon resin Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229920006270 hydrocarbon resin Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 claims abstract description 14
- -1 poly(acrylic acid) Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 8
- 229910000281 calcium bentonite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 150000001669 calcium Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 19
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 235000012216 bentonite Nutrition 0.000 description 13
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229940092782 bentonite Drugs 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 10
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 9
- YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N Ethylbenzene Chemical compound CCC1=CC=CC=C1 YNQLUTRBYVCPMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 7
- ONCZQWJXONKSMM-UHFFFAOYSA-N dialuminum;disodium;oxygen(2-);silicon(4+);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Na+].[Na+].[Al+3].[Al+3].[Si+4].[Si+4].[Si+4].[Si+4] ONCZQWJXONKSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 6
- 229910000280 sodium bentonite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229940080314 sodium bentonite Drugs 0.000 description 6
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 6
- 150000003738 xylenes Chemical class 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 4
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- LBPGAOJVQOCVLO-UHFFFAOYSA-N benzene ethylbenzene toluene Chemical compound C1=CC=CC=C1.CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1 LBPGAOJVQOCVLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000032544 Cicatrix Diseases 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000003077 lignite Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 235000019645 odor Nutrition 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N potassium monoxide Inorganic materials [K]O[K] NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 1
- 230000037387 scars Effects 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
- B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/02—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by additives for special purposes, e.g. indicators, breakdown additives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
- B22C1/18—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of inorganic agents
- B22C1/181—Cements, oxides or clays
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym zawierająca 85-95% wagowych osnowy w postaci piasku kwarcowego, 4-10% wagowych materiału wiążącego w postaci bentonitu, korzystnie wapniowego modyfikowanego poli(kwasem akrylowym), 2-8% wagowych dodatku węglowego, zawierającego żywicę węglowodorową HCR lub pył węglowy oraz 1-6% wagowych wody, charakteryzuje się tym, że dodatek węglowy zawiera szungit w ilości 1-5% wagowych, przy czym udział węgla w szungicie wynosi 30-90% wagowych.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym, przeznaczona do stosowania w przemyśle odlewniczym, do wytwarzania form i rdzeni, wykorzystywanych następnie do produkcji odlewów żeliwnych, nie wywierająca negatywnego wpływu na środowisko.
Masy formierskie to wieloskładnikowe mieszaniny zawierające osnowę w ilości 85-95% wagowych, najczęściej w postaci nieorganicznego, sypkiego materiału pochodzenia mineralnego np. piasku kwarcowego oraz materiał wiążący ziarna osnowy w ilości 4-10% wagowych i wodę w ilości 1-6% wagowych. Jako materiał wiążący (spoiwo) stosuje się materiały pochodzenia mineralnego np. bentonit aktywowany sodem (bentonit sodowy). Bentonit sodowy zaliczany jest do najszerzej stosowanych w świecie nieorganicznych materiałów wiążących, nie tylko z powodu występowania złóż tego minerału (bentonit wapniowy, nieaktywowany) praktycznie na każdym kontynencie, ale też ze względu na jego bardzo dobre właściwości adsorpcyjne i absorpcyjne. Najważniejszym składnikiem bentonitu przed i po aktywacji jest montmorylonit, który ze względu na swoją budowę jest zdolny do absorpcji cząsteczek wody, przejawiającej się pęcznieniem, co czyni go plastycznym i odpornym na przełamania oraz pęknięcia. Jako spoiwo odlewnicze w masach formierskich stosowany może być także bentonit modyfikowany polimerem (tzw. organobentonit), opisany m.in. w publikacji S. Cukrowicz, M. Sitarz, K. Kornaus i in., pt.: „Organobentonites Modified with Poly(Acrylic Acid) and Its Sodium Salt for Foundry Applications”, Materials 2021, 14, 1947, (https://doi.Org/10.3390/ma14081947).
Znane są także inne spoiwa w postaci żywic węglowodorowych, w których proces wiązania spoiwa realizowany jest na drodze reakcji chemicznej, a także mieszaniny polimerów syntetycznych oraz biopolimerów.
Najważniejszymi wymaganiami stawianymi masom formierskim, są zdolność do formowania przy zachowaniu spójności oraz wytrzymałość masy tj. brak skłonności formy do osypywania się, zarówno podczas oczekiwania na zalewanie, jak też i w trakcie cieplnego i erozyjnego oddziaływania na formę ciekłego stopu odlewniczego wprowadzanego do formy. Ponadto, masa formierska powinna wykazywać zdolność do odprowadzania gazów powstających podczas degradacji termicznej składników.
Jak opisano w publikacji: J. Lewandowski pt. „Tworzywa na formy odlewnicze”, Wydawnictwo „Akapit”, Kraków 1997, w celu uzyskania wysokiej jakości odlewów wykonywanych z żeliw, do mas formierskich wiązanych bentonitem sodowym (tzw. syntetycznej masy formierskiej) na etapie ich przygotowania wprowadza się różnego typu dodatki w ilości 3-8% wagowych, których zadaniem jest ograniczenie skłonności do tworzenia ewentualnych wad w odlewach, takich jak przypalenia, żyłki, blizny czy zaprószenia.
Najczęściej stosowanym dodatkiem do masy wiązanej bentonitem sodowym jest materiał węglowy (węglotwórczy), tzw. nośnik węgla błyszczącego, który wpływa na polepszenie jakości powierzchni odlewów. Nośniki węgla błyszczącego składają się z organicznych związków węglowodorów, które podczas zalewania metalem wnęki wilgotnej formy odlewniczej ulegają zgazowywaniu. Gazy te wytwarzają z jednej strony atmosferę redukującą we wnęce formy, z drugiej zaś strony z gazów tych wydziela się węgiel błyszczący, który jako warstwa izolacyjna utrudnia kontakt pomiędzy metalem, a materiałem formierskim. Redukująca atmosfera wewnątrz formy i warstwa węgla błyszczącego zapobiega powstawaniu reakcji chemicznej pomiędzy ciekłym metalem i materiałem formierskim. Wynikiem końcowym tego procesu jest wyprodukowanie dobrych odlewów pozbawionych wad powierzchniowych. Ilość materiałów węglotwórczych dodawanych do mas formierskich powinna być dokładnie kontrolowana i mieścić się w ściśle określonych granicach. Tylko optymalna ilość węgla błyszczącego w masie formierskiej powoduje zmniejszenie penetracji płynnego metalu do porów formy zapewniając odpowiednią gładkość powierzchni odlewu.
Węgiel błyszczący według opracowanej w latach 70-tych definicji, jest to jedna z mikrokrystalicznych odmian węgla, w odróżnieniu od znanych krystalicznych postaci takich jak grafit i diament, lub amorficznych jak sadza. Wykazuje on zorientowaną strukturę warstwową. Płaszczyzny atomowe układają się równolegle do powierzchni osadzania i stanowią ciągłe warstwy podobne do grafitowych, jednak nie wykazują uporządkowania charakterystycznego dla grafitu. Po nagrzaniu do 2700°C węgiel błyszczący ulega grafityzacji, uzyskując strukturę heksagonalną.
Zastosowanie nośników węgla błyszczącego jako dodatku do wilgotnych mas formierskich jest już od wielu lat standardem techniki w odlewniach. Prawie każda nowoczesna odlewnia, która stosuje używaną (obiegową) masę formierską wprowadza nośniki węgla błyszczącego w celu otrzymania odlewów o wysokiej jakości. Węgiel błyszczący wprowadza się do mas formierskich najczęściej przez dodatki z pyłu węglowego, gdzie w temperaturze powyżej 650°C pewna część pyłu węglowego zamienia się w węgiel błyszczący. Jako materiał węglowy stosuje się także mieszaniny substancji organicznych np. żywice węglowodorowe HCR oraz grafit.
Pomimo korzystnego wpływu na jakość wytwarzanych odlewów, wprowadzanie do mas z bentonitem materiałów zawierających węgiel np. pyłu węglowego, może negatywnie wpływać na środowisko naturalne. Obecność nośników węgla błyszczącego wywołuje bowiem podczas zalewania formy ciekłym stopem metalicznym, przy znikomym dostępie tlenu, wzmożoną emisję substancji szkodliwych do atmosfery, które stwarzają zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi oraz wykazują często działanie rakotwórcze. Jak wiadomo m.in. z publikacji pt.: „Ocena szkodliwości materiałów wiążących stosowanych do mas formierskich i rdzeniowych nowej generacji: praca zbiorowa” pod red. M. Holtzer, R. Dańko, AGH w Krakowie: Wydawnictwo Naukowe Akapit, 2013, emisja szkodliwych substancji z masy formierskiej zależna jest od stosowanego dodatku, jego składu i pochodzenia oraz od zastosowanej temperatury i obejmuje głównie wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), węglowodory aromatyczne z grupy BTEX tj. zawierające benzen, toluen, etylobenzen i k syleny, tlenek i dwutlenek węgla oraz metan.
Zaostrzające się europejskie i światowe przepisy w zakresie ochrony środowiska oraz naciski zmuszają do stosowania coraz bardziej przyjaznych dla środowiska materiałów. Dlatego też prowadzone są badania nad opracowaniem mas wiązanych bentonitem, z udziałem nowych lub modyfikowanych nośników węgla błyszczącego, nie wywierających negatywnego wpływu na środowisko.
Znana jest z opisu patentowego US3666706 A, masa formierska zwierająca piasek formierski, spoiwo bentonitowe w ilości 6-8% wagowych i wodę oraz 0,5-3% wagowych dodatku tworzącego węgiel błyszczący, w postaci niespienionego niepodstawionego syntetycznego tworzywa sztucznego typu węglowodorowego, o wielkości cząstek mniejszej niż 0,3 mm, korzystnie polistyrenu.
W publikacji P. Jelinek, J. Beno pt. „Morphological forms of carbon and their utilizations at formation of iron casting surfaces”, Archives of Foundry Engineering 2008, vol. 8 (2), przedstawiono badania, w których w celu redukcji emisji zawartości związków z grupy BTEX (benzen, toluen, etylobenzen i ksyleny) w masie formierskiej zastosowano tzw. węgiel procesowy np. grafit, antracyt, węgiel amorficzny, w mieszance z bentonitem.
W publikacji C. Gefhorst, W. Seden, R. llman i in., pt.: „Reduction of green sand emission by minimum 25% - Case study”, China Foundry, 2010, 7(4): 419-424, opisano spoiwo o charakterze nieorganicznym - tzw. system Envibond, w postaci dodatku lub stosowane jako całość do masy formierskiej, w celu zmniejszenia zużycia dodatków węglowych od 30 do 100%, w zależności od indywidualnej praktyki odlewniczej. Dodatkowo system Envibond zapewnia adsorpcje powstających gazów powstających w wyniku zastosowania spoiw rdzeniowych, nośników węgla błyszczącego i innych składników wydzielających gaz, związanych z procesem odlewania, a także redukcję emisji szkodliwych substancji, takich jak benzen, tlenek węgla i zapachów związanych z procesem odlewania. Envibond to mieszanka minerałów organicznych i nieorganicznych wykorzystywanych w przemyśle odlewniczym podczas procesu produkcji odlewów (gotowa mieszanka bentonitu z węglem procesowym). Dominującym minerałem jest materiał nieorganiczny z mniejszymi domieszkami materiałów organicznych, zawierający bentonity, glinokrzemian i węgiel przetworzony.
W publikacji L. Miller, R. Vakili, J. Onge, Z. Wang Green Sand Emissions and the Concentration of Carbonaceous Additives, Modern Casting Magazine (12) 2019, ujawniono badania, w których użyto dodatku do masy formierskiej w postaci kaustycznego węgla brunatnego, co zmniejsza szkodliwą emisję lotnych związków organicznych o 9-15%. Są to na razie badania modelowe, które dopiero czekają na sprawdzenie w przemyśle odlewniczym.
Znane są także mieszanki bentonitu z nośnikami węgla błyszczącego w postaci zamienników pyłu węglowego o zwiększonej zdolności do tworzenia węgla błyszczącego o nazwie „Ekomix” produkowane przez firmę Certech, które powstały przy współpracy z Instytutem Odlewnictwa w Krakowie. Jest to kilkuskładnikowa mieszanina złożona z niewielkiej ilości wybranych gatunków węgla kamiennego, materiałów zwiększających zdolność tworzenia węgla błyszczącego w postaci żywic i substancji neutralizujących powstające w trakcie zalewania formy ciekłym metalem szkodliwe produkty gazowe, zwłaszcza policykliczne związki węglowodorów aromatycznych z grupy PAH (z ang. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) i lotne związki organiczne VOC (z ang. Volatile Organic Compounds).
Znane rozwiązania mas formierskich wiązanych bentonitem, zawierających dodatki węglowe ograniczające emisję substancji szkodliwych do atmosfery nie zawsze gwarantują uzyskanie pełnojakościowego odlewu. Niniejszy wynalazek rozwiązuje ten problem techniczny poprzez opracowanie masy formierskiej wiązanej bentonitem z dodatkiem węglowym, który powoduje ograniczenie emisji szkodliwych związków chemicznych wydzielających się z masy formierskiej podczas zalewania, chłodzenia i wybijania odlewów, ale jednocześnie udział tego dodatku w składzie masy zapewnia jej dobre parametry technologiczne oraz wytrzymałościowe.
Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym, zawierająca suche składniki w postaci 85-95% wagowych osnowy w postaci piasku kwarcowego, 4-10% wagowych materiału wiążącego w postaci bentonitu, 2-8% wagowych dodatku węglowego, zawierającego żywicę węglowodorową HCR lub pył węglowy oraz 1-6% wagowych wody na 100% wagowych suchych składników, znamienna tym, że dodatek węglowy stanowi mieszanina żywicy węglowodorowej HCR lub pyłu węglowego z szungitem, który zawarty jest w masie formierskiej w ilości 1-5% wagowych w ramach 2-8% wagowych dodatku węglowego, przy czym udział węgla w szungicie wynosi 30-90% wagowych.
Korzystnie masa formierska zawiera bentonit wapniowy modyfikowany poli(kwasem akrylowym).
Szungit pełni w masie formierskiej funkcję nośnika węgla błyszczącego i może być z powodzeniem stosowany zamiast pyłu węglowego lub żywicy węglowodorowej HCR. Skład masy formierskiej jest prosty przy jednoczesnym wyeliminowaniu z niej składników, które mają negatywnie oddziaływanie na środowisko naturalne. Szungit jest specyficznym rodzajem węgla kopalnego, składającego się z części organicznej, która składa się głównie z węgla, z części nieorganicznej zawierającej przede wszystkim SiO2 oraz niewielkiej ilości zanieczyszczeń, głównie Fe2O3, AI2O3, MgO, Na2O, K2O, TiO2. Ewentualne produkty rozkładu szungitu są substancjami naturalnie występującymi w środowisku oraz nieszkodliwymi, więc zużyta masa może być wykorzystywana gospodarczo poza odlewnictwem. Należy przy tym zaznaczyć, że szungit cechuje się bardzo niskim poziomem emisji substancji szkodliwych z grupy węglowodorów aromatycznych (BTEX, WWA), co stanowi główną zaletę wynalazku. Dodatkowo dostępność do złóż szungitu nie stanowi problemu, a przy tym cena szungitu jest niższa od cen żywic węglowodorowych dostępnych na rynku.
Szungit wprowadzony do masy jako dodatek wpływa na zmniejszenie osypliwości masy formierskiej. Masa formierska wiązana bentonitem z udziałem szungitu według wynalazku charakteryzuje się łatwą wybijalnością i pozwala na uzyskanie odlewów o wysokiej jakości powierzchni, pozbawionej wad. Dodatek ten w wyniku swojej zdolności do tworzenia węgla błyszczącego zabezpiecza też powierzchnię odlewów przed przypaleniem masy formierskiej.
Wynalazek objaśniono poniżej w praktycznych przykładach jego realizacji, nie ograniczających jego zakresu.
Przykład 1
Masa formierska zawiera suche składniki:
A. 93,34% wagowych postaci piasku kwarcowego, o wielkości ziaren we frakcji głównej w zakresie 0,16-0,32 mm,
B. 4,2% wagowych materiału wiążącego, w postaci bentonitu sodowego o składzie tlenkowym w % wagowych: SiO2 - 63,89, AI2O3 - 18,50, MgO - 3,54, CaO - 3,06, Fe2O3 - 5,22, Na2O - 3,37, K2O - 1,32, inne substancje zawierające węgiel - 1,1%, o wilgotności 9,3%, pojemności wymiany kationowej CEC = 75,1 mmol/100 g, zawartości montmorylonitu M = 79,6% wagowych, wskaźniku pęcznienia Wp = 35,4 cm3/2 g, zawartości węglanów 5% wagowych,
C. 2,46% wagowych dodatku węglowego (nośnika węgla błyszczącego), w postaci mieszaniny 0,87% wagowych pyłu węglowego i 1,59% wagowych szungitu, a udział węgla w szungicie wynosi 33% wagowych. Użyto pyłu węglowego o zawartości węgla 97,5% wagowych, zawartości wody 0,2% wagowych, zawartości popiołu 2,3% wagowych, a zawartość części lotnych w popiele wynosi 32% wagowych.
Do mieszaniny suchych składników A, B i C, wprowadzano stopniowo wodę w ilości 1-4% wagowych. Po dodaniu określonej porcji wody wykonywano pomiar wilgotności z jednoczesnym oznaczaniem właściwości mechanicznych i technologicznych masy formierskiej, co pozwoliło na określenie najbardziej korzystnych parametrów masy z punktu widzenia praktyki przemysłowej.
Najbardziej korzystne właściwości dla sporządzenia i formowania masy o ww. składzie, uzyskano przy zawartości wody 2% wagowych (tabela 1).
PL 244996 Β1
Tabela 1
| Badana właściwość: | Wartość dla zawartości wody 2% wag. |
| Wytrzymałość na ściskanie, Rc w [MPa] | 0,077 |
| Wytrzymałości na rozciąganie, R-n [MPa] | 0,012 |
| Przepuszczalność, Pw [m2/Pas] | 245 |
| Płynność Dieterta, Po [%] | 82 |
| Osypliwość, Sw, [%] | 33 |
| Zagęszczalność, Z [%] | 57 |
Przykład 2
Masa formierska zawiera suche składniki:
A. 92,71% wagowych piasku kwarcowego o wielkości ziaren we frakcji głównej w zakresie 0,16-0,32 mm,
B. 4,18% wagowych materiału wiążącego w postaci bentonitu sodowego opisanego w przykładzie 1,
C. 3,11% wagowych dodatku węglowego (nośnika węgla błyszczącego), w postaci mieszaniny 0,52% wagowych żywicy węglowodorowej HCR i 2,59% wagowych szungitu, a udział węgla w szungicie wynosi 33% wagowych. Użyto żywicy węglowodorowej HCR o temperaturze mięknienia 95-115°C oraz o zawartości węgla 98,5% wagowych, zawartości wody 0,24% wagowych, zawartości popiołu 0,4% wagowych, a zawartość części lotnych w popiele wynosi max. 95,4% wagowych oraz żywica węglowodorowa HCR zawierała 0,86% wagowych innych substancji.
Do mieszaniny suchych składników A, B i C, wprowadzano stopniowo wodę w ilości 1-4% wagowych. Po dodaniu określonej porcji wody wykonywano pomiar wilgotności z jednoczesnym oznaczaniem właściwości mechanicznych i technologicznych masy formierskiej, co pozwoliło na określenie najbardziej korzystnych parametrów masy z punktu widzenia praktyki przemysłowej.
Najbardziej korzystne właściwości dla sporządzenia i formowania masy o ww. składzie, uzyskano przy zawartości wody 2,2% wagowych (tabela 2).
Tabela 2
| Badana właściwość: | Wartość dla zawartości wody 2,2% wag. |
| Wytrzymałość na ściskanie, Rc w [MPa] | 0,085 |
| Wytrzymałości na rozciąganie, R,,, [MPa] | 0,012 |
| Przepuszczalność, P [m2/Pa s] | 261 |
| Płynność Dieterta, Pd [%] | 80 |
| Osypliwość, Sw, [%] | 34 |
| Zagęszczalność, Z [%] | 53 |
PL 244996 Β1
Badania gazotwórczości potwierdziły, że masa według wynalazku opisana w przykładzie 2, charakteryzuje się niższym poziomem emisji ΒΤΕΧ (benzen, toluen, etylobenzen, ksyleny) w porównaniu do obecnie stosowanych w odlewnictwie mas z nośnikami węglowymi (żywica węglowodorowa + pył węglowy). Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli nr 3.
Tabela 3
| Masa formierska | Objętość gazów dm3 /kg masy | Emisja gazów, mg/kg masy | |||
| Benzen | Toluen | Etylobenzen | Ksyleny | ||
| Masa wg wynalazku | 23,61 | 726,37 | 13,98 | 0,00 | 5,15 |
| Masa odniesienia | 25,87 | 1054,53 | 29,38 | 0,71 | 10,34 |
Przykład 3
Masa formierska zawiera suche składniki:
A. 91,44% wagowych piasku kwarcowego o wielkości ziaren we frakcji głównej w zakresie 0,16-0,32 mm,
B. 5,48% wagowych materiału wiążącego w postaci organobentonitu wapniowego, o składzie tlenkowym w % wagowych: S1O2 - 63,89, AI2O3 - 18,50, MgO - 3,54, CaO - 3,06, Fe2Os 5,22, Na2O - 3,37, K2O - 1,32, o wilgotności 9,3%, pojemności wymiany kationowej CEC = 63,3 mmol/100 g, zawartości montmorylonitu M = 69,2% wagowych, wskaźniku pęcznienia Wp = 8,7 cm3/2 g, zawartości węglanów 1,5% wagowych.
Organobentonit wytworzono zgodnie z procedurą opisaną w publikacji S. Cukrowicz, M. Sitarz, K. Kornaus i in., pt.: „Organobentonites Modified with Poly(Acrylic Acid) and Its Sodium Salt for Foundry Applications”, Materials 2021, 14, 1947. Najpierw przygotowano wodny roztwór poli(kwasu akrylowego) o stężeniu 1,23% i wprowadzono w ilości 5% wagowych do bentonitu wapniowego, w postaci wstępnie zdyspergowanej zawiesiny wodnej zawierającej 5 g bentonitu na 100 g wody. Następnie całość homogenizowano przez 6 godziny przy prędkości mieszadła 300 obr/min, po czym odstawiono na 1 tydzień. Po tym czasie operację mieszania powtórzono, a powstałą dyspersję odwirowano przy prędkości 8000 obr/min w czasie 12 minut. Osad wysuszono do stałej masy w temperaturze 105°C, a następnie zmielono.
C. 3,07% wagowych dodatku węglowego (nośnika węgla błyszczącego), w postaci mieszaniny 0,52% wagowych żywicy węglowodorowej HCR i 2,55% wagowych szungitu, a udział węgla w szungicie wynosi 33% wagowych. Użyto żywicy węglowodorowej HCR o temperaturze mięknienia 95-115°C oraz o zawartości węgla 98,5% wagowych, zawartości wody 0,24% wagowych, zawartości popiołu max. 0,4% wagowych, a zawartość części lotnych w popiele wynosi max. 95,4% wagowych oraz żywica węglowodorowa HCR zawierała inne substancje w ilości 0,86% wagowych.
Do mieszaniny suchych składników A, B i C, wprowadzano stopniowo wodę w ilości 1-4% wagowych. Po dodaniu określonej porcji wody wykonywano pomiar wilgotności z jednoczesnym oznaczaniem właściwości mechanicznych i technologicznych masy formierskiej, co pozwoliło na określenie najbardziej korzystnych parametrów masy z punktu widzenia praktyki przemysłowej.
Najbardziej korzystne właściwości dla sporządzenia i formowania masy o ww. składzie, uzyskano przy zawartości wody 2% wagowych (tabela 4).
PL 244996 Β1
Tabela 4
| Badana właściwość: | Wartość dla zawartości wody 2 % wag. |
| Wytrzymałość na ściskanie, Rc [MPa] | 0,12 |
| Wytrzymałości na rozciąganie, Rm w [MPa] | 0,021 |
| Przepuszczalność, Pw [m2/Pa s] | 280 |
| Płynność Dieterta, Pd [%] | 72 |
| Osypliwość, Sw, [%] | 35 |
| Zagęszczalność, Z [%] | 55 |
Badania gazotwórczości potwierdziły, że masa według wynalazku opisana w przykładzie, charakteryzuje się niższym poziomem emisji ΒΤΕΧ (benzen, toluen, etylobenzen, ksyleny) w porównaniu do obecnie stosowanych w odlewnictwie mas z nośnikami węglowymi (żywica węglowodorowa + pył węglowy). Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli nr 5.
Tabela 5
| Masa formierska | Objętość gazów dm3 /kg masy | Emisja gazów, mg/kg masy | |||
| Benzen | Toluen | Etylobenzen | Ksyleny | ||
| Masa wg wynalazku | 20,55 | 816,74 | 28,10 | 0,25 | 7,23 |
| Masa odniesienia | 25,87 | 1054,53 | 29,38 | 0,71 | 10,34 |
Claims (2)
1. Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym, zawierająca suche składniki w postaci 85-95% wagowych piasku kwarcowego, 4-10% wagowych materiału wiążącego w postaci bentonitu, 2-8% wagowych dodatku węglowego, zawierającego żywicę węglowodorową HCR lub pył węglowy oraz 1-6% wagowych wody na 100% wagowych suchych składników, znamienna tym, że dodatek węglowy stanowi mieszanina żywicy węglowodorowej HCR lub pyłu węglowego z szungitem, który zawarty jest w masie formierskiej w ilości 1-5% wagowych, w ramach 2-8% wagowych dodatku węglowego, przy czym udział węgla w szungicie wynosi 30-90% wagowych.
2. Masa, według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera bentonit wapniowy modyfikowany poli(kwasem akrylowym).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439688A PL244996B1 (pl) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439688A PL244996B1 (pl) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL439688A1 PL439688A1 (pl) | 2023-06-05 |
| PL244996B1 true PL244996B1 (pl) | 2024-04-15 |
Family
ID=86701125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL439688A PL244996B1 (pl) | 2021-11-30 | 2021-11-30 | Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL244996B1 (pl) |
-
2021
- 2021-11-30 PL PL439688A patent/PL244996B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL439688A1 (pl) | 2023-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4326916B2 (ja) | 球状鋳物砂 | |
| CA2105372C (en) | Non-porous carbon molding (foundry) sand and method of casting | |
| JP2012532027A (ja) | 金型被膜製造用の耐火性被覆剤 | |
| CN106470779B (zh) | 模制材料混合物、由其制成的模具和型芯及其制造方法 | |
| CN110698179A (zh) | 一种高性能镁碳砖及其制备方法 | |
| US10994326B2 (en) | Compositions and methods of use thereof in sandcasting | |
| US2686728A (en) | Binders for baked sand cores and dry sand molds for use in casting metals | |
| EP1652828B1 (en) | Ceramic particles | |
| JP2006150451A (ja) | セラミックス粒子 | |
| PL244996B1 (pl) | Masa formierska wiązana bentonitem z dodatkiem węglowym | |
| GB1582461A (en) | Manufacture of moulds or mould cores and moulding material for use with the method | |
| US20190184449A1 (en) | Compositions comprising silicates and methods of use thereof in sand casting | |
| RU2330821C1 (ru) | Вяжущее | |
| JP2021536367A (ja) | 鋳造用鋳型及び中子の製造に使用するための粒子状耐火組成物の製造方法、対応する使用、並びに熱処理用の再生混合物 | |
| CN117486626B (zh) | 一种钢包浇注料及其制备方法 | |
| KR20040086204A (ko) | 실리카틱 성형물의 제조방법 | |
| RU2405648C1 (ru) | Смесь для изготовления литейных форм и стержней | |
| JP4615350B2 (ja) | 鋳型の製造方法 | |
| RU2440866C1 (ru) | Формовочная смесь для отливок из стального и чугунного литья | |
| RU2793659C1 (ru) | Смесь для изготовления литейных форм и стержней | |
| CN115368152B (zh) | 一种不定型耐火材料及其应用 | |
| CN112512724B (zh) | 包含用于砂型铸造的氧化材料的组合物及其制备和使用方法 | |
| RU2688322C1 (ru) | Жидкостекольная смесь для изготовления литейных форм и стержней и способ ее приготовления | |
| RU2390513C2 (ru) | Огнеупорная набивная масса футеровки | |
| Connan et al. | Effect of autoclaving temperature on calcium silicate-based building products containing clay-brick waste |