RU2356689C1 - Экзотермическая смесь для обогрева прибылей стальных и чугунных отливок - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам экзотермических смесей для обогрева прибылей стальных и чугунных отливок. Смесь содержит алюминиевый порошок, окислитель, технологические добавки и силикокальций с содержанием кремния не менее 50 мас.% и кальция не менее 25 мас.%, при этом в качестве окислителя используют окалину при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: алюминиевый порошок 4,0-7,7; окалина 57-62; силикокальций 29-35; технологические добавки - остальное. При использовании смеси снижается расход металла на прибыли при сохранении высокого качества отливок. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к составам экзотермических смесей, используемых в изготовлении экзоэлементов, устанавливаемых в полости прибылей литейных форм преимущественно для стальных и чугунных отливок.

Известны составы экзотермических смесей для обогрева прибылей отливок, которые содержат алюминиевый порошок (или стружку) - 3-5 мас.% и технологические добавки. При этом алюминиевый порошок входит в состав термита, который содержит также ферросилиций - 1,45-4,5 мас.% и железную руду - 44-54 мас.%. Технологические добавки (криолит, натрий фтористый, плавиковый шпат) служат для снижения температуры воспламенения смесей (шамот, песок, глина, известь) для понижения скорости горения (жидкое стекло, глина, смола и другие связующие) и для обеспечения их формуемости и прочности (Справник В.И., Выгоднер Л.Ф. Обогрев прибылей отливок экзотермическими смесями. - М.: «Машиностроение», 1981, с.28-29).

Такие смеси используются для засыпки открытых прибылей или для изготовления элементов в виде облицовочных оболочек стаканов, втулок, надставок с внутренними полостями, полностью или частично совпадающими с полостями прибылей, заливаемых металлом.

За счет тепла жидкого металла, заполняющего полости прибылей, экзотермическая смесь прогревается до температуры воспламенения и сгорает с выделением тепловой энергии, которая повышает температуру металла и поддерживает его часть в жидком состоянии до полного затвердевания отливки. Это обеспечивает высокий технологический выход годного (ТВГ) до 70-75%.

Упомянутые смеси имеют следующие существенные недостатки:

- низкую теплотворную способность экзотермической смеси, обусловленную большим содержанием технологических добавок (шамот, песок, глина, известь), которые требуют расход дополнительной тепловой энергии для нагрева;

- высокий расход экзотермических смесей на тонну годных отливок, при технологическом выходе годного (ТВГ) 70-75% он составляет 100-150 кг;

- низкий КПД, так как большая часть тепла переходит в холодную литейную форму;

- большие материальные и трудовые затраты, связанные с изготовлением индивидуальных для каждой конкретной отливки оболочек (экзоэлементов различных размеров и формы).

В качестве прототипа принята экзотермическая смесь для обогрева прибылей отливок (патент РФ №2108889 «Экзотермическая смесь для обогрева прибыльных частей литейных форм», МПК6: B22D 7/10, B22D 27/06, опубл. 20.04.1998), включающая алюминиевый порошок, окислитель и технологические добавки при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Однако такая смесь не получила широкого применения вследствие следующих недостатков:

- необходимости перегрева технологических добавок до высоких температур, что сопровождается увеличением объема жидкого металла и выдавливанием его за пределы полости прибылей, кроме того, происходит поглощение жидким металлом газов из атмосферы с образованием раковин в отливках,

- быстротечности процесса горения термита (алюминиевый порошок и окислитель), сопровождающимся пироэффектом, приводящим к выходу жидкого металла из прибылей,

- сложности протекающих процессов плавки технологических добавок (ферросилиция и ферромарганца), что предопределяет нестабильность качества отливок.

В основу изобретения положена задача снижения расхода металла на прибыли при сохранении высокого качества отливок.

Указанная задача решается тем, что экзотермическая смесь для обогрева прибылей стальных и чугунных отливок, включающая алюминиевый порошок, окислитель и технологические добавки, дополнительно содержит силикокальций с содержанием кремния не менее 50 мас.% и кальция не менее 25 мас.%, а в качестве окислителя - окалину при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

алюминиевый порошок	4,0-7,7
окалина	57-62
силикокальций	29-35
технологические добавки	остальное

Введение в заявленный состав силикокальция в соотношении 29-35 мас.% позволяет обеспечить высокую теплотворную способность, спокойное без пироэффекта продолжительное горение, перегрев металла в прибылях, необходимый для снижения его расхода, стабильную температуру воспламенения. За счет этого происходит снижение расхода металла на прибыли с обеспечением высокого качества отливок.

Опытным путем установлено, что в случае введения в состав силикокальция менее 29 мас.% заметно понижается теплотворная способность экзотермической смеси, происходит понижение перегрева металла в прибыли, уменьшается время пребывания металла в жидком состоянии, следовательно, ухудшается питание отливок, а значит, и качество и увеличивается расход металла.

В случае введения в состав силикокальция более 35 мас.% происходит перегрев металла, образуются газовые раковины в отливках, следовательно, ухудшается качество отливок.

Любое отклонение от заданных пределов может привести к нежелательным отклонениям необходимых стехиометрических соотношений между окисляемым металлом и окислителем.

Содержание в силикокальции кальция не менее 25 мас.% и кремния не менее 50 мас.% необходимо для достаточной теплотворной способности, продолжительного и спокойного горения и обеспечения перегрева металла для снижения его расхода на прибыли.

Наличием алюминиевого порошка и фтористого натрия обеспечивается стабильное начальное воспламенение экзотермических смесей предлагаемого состава.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Изготовление экзотермической смеси в сухом состоянии

В сухом состоянии экзотермическая смесь вводится в виде порошка на поверхность металла непосредственно в полости прибылей после частичной их заливки сплавом или путем заполнения специальных контейнеров, сосудов, устройств, предназначенных для их установки в полости прибылей до заливки форм сплавом.

Для приготовления предлагаемой экзотермической смеси используются следующие материалы, мас.%:

- порошок алюминия вторичного (АПВ) (ТУ 48-5-152-78) - 4;

- силикокальции марок СК30 и СК25 (ГОСТ 4762-71) с содержанием кальция не менее 25 мас.% и кремния не менее 50 мас.% фракция 0,3-6 мм - 35;

- окалина кузнечная, измельченная и просеянная через сито с размерами ячеек 2,0×2,0 мм - 60,7;

- технологические добавки в виде натрия фтористого технического - 0,3.

В смеситель любого типа (бегуны, шнековый, лопастной) загружают материал в следующей последовательности: окислитель, порошок алюминиевый, силикокальций фракций 0,3-6 мм, фтористый натрий и перемешивают в течение 3-5 мин в зависимости от емкости смесителя. Смесь для использования в сухом состоянии выпускают в специальную тару с крышкой. По мере необходимости такую смесь засыпают в открытые прибыли после заливки их жидким металлом на 1/3 высоты или заполняют специальные контейнеры (или стержни), выполненные в виде сосудов, проставляемых в полости прибылей литейных форм.

Пример 2. Изготовление экзотермической смеси для формуемых экзоэлементов в сочетании с различными связующими и их установки в полости прибылей до заливки форм сплавом

Для приготовления экзотермической смеси в смеситель загружают порошок алюминия вторичного - 7,0 мас.%, силикокальций фракцией 0,3-6 мм - 29,0 мас.%, окислитель (окалина кузнечная, измельченная и просеянная через сито с размерами ячеек 2,0×2,0 мм) - 57,0 мас.% и технологические добавки в виде натрия фтористого технического 0,3 мас.%, глины формовочной - 1,7 мас.%, жидкого стекла (ГОСТ 13078-81), модуля 2,4-3,0, плотности 1460-1500 кг/м³ - 5,0 мас.%, воды технической - 2,0 мас.% сверх 100%.

В той же последовательности, как в примере 1, загружают в смеситель перечисленные материалы для приготовления экзотермических смесей для формуемых экзоэлементов, перемешивают 3-5 мин, вводят воду в количестве 2% (сверх 100%) (масс.), перемешивают еще 2 мин и вводят жидкое стекло. После ввода жидкого стекла перемешивают не более 2,5 мин и используют для формовки экзоэлементов, которые упрочняют продувкой углекислым газом (СО₂-процесс), а затем их подвергают сушке при температуре не менее 200°С в течение 2-6 часов в зависимости от их массы и толщины стенок.

Примеры соотношений перечисленных материалов для двух используемых состояний согласно изобретению приведены в таблице.

Состав экзотермической смеси для двух используемых состояний
Наименование материала	Содержание ( мас.%) в смесях
	сухих	формуемых
1. Порошок алюминия вторичного	4,0-7,7	4,0-7,0
2. Силикокальций СК30	30,0-35,0	29,0-30,0
3. Окалина кузнечная	60,7-62,0	57,0-59,0
4. Натрий фтористый	0,3	0,3
5. Глина формовочная	-	1,7
6. Жидкое стекло	-	5,0
7. Вода техническая	-	2,0 (сверх 100%)

Заливкой опытных форм для отливок массой 40, 1060 и 1980 кг получены следующие результаты:

- расход металла на эти отливки снизился, соответственно, на 13,1, 706 и 1320 кг;

- расход металла на 1 тонну годного литья уменьшился, соответственно, на 327, 666 и 667 кг;

- технологический выход годного повысился, соответственно, до 89,8, 70,6 и 79,8%.

Качество отливок осталось на прежнем уровне.

Таким образом, заявляемая экзотермическая смесь для обогрева прибылей отливок позволяет снизить расход металла при сохранении высокого качества отливок.

Claims (1)

1. Экзотермическая смесь для обогрева прибылей стальных и чугунных отливок, включающая алюминиевый порошок, окислитель и технологические добавки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит силикокальций с содержанием кремния не менее 50 мас.% и кальция не менее 25 мас.%, а в качестве окислителя - окалину при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
   алюминиевый порошок 4,0-7,7 окалина 57-62 силикокальций 29-35 технологические добавки остальное