RU2759346C1 - Binder for foundry molding and core sands - Google Patents

Binder for foundry molding and core sands Download PDF

Info

Publication number
RU2759346C1
RU2759346C1 RU2021110451A RU2021110451A RU2759346C1 RU 2759346 C1 RU2759346 C1 RU 2759346C1 RU 2021110451 A RU2021110451 A RU 2021110451A RU 2021110451 A RU2021110451 A RU 2021110451A RU 2759346 C1 RU2759346 C1 RU 2759346C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
binder
molding
foundry
core
lignosulfonate
Prior art date
Application number
RU2021110451A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Егорович Илларионов
Евгений Николаевич Жирков
Денис Алексеевич Пестряев
Игорь Анатольевич Стрельников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова"
Priority to RU2021110451A priority Critical patent/RU2759346C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759346C1 publication Critical patent/RU2759346C1/en

Links

Images

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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)

Abstract

FIELD: foundry.SUBSTANCE: invention relates to foundry and can be used as a binder based on lignosulfonates for self-hardening molding and core sands. The binder contains, wt.%: lignosulfonate with a mass fraction of dry substances of at least 50% 40-50, amide borate compound 15-25 and water 25-45. The amido borate compound contains ammonium diformamide tetraborate of the formula (NH4)2B4O7·2HCONH2⋅4H2O or dimethylformamide ammonium tetraborate of the formula (NH4) (NH4)2B4O7·2HCONC2H6·4H2O.EFFECT: invention makes it possible to increase the rate of cold curing, to increase the strength and survivability, to improve the formability and to reduce the crumbling of molding and core sands.1 cl, 1 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к связующим для самотвердеющих формовочных и стержневых смесей на основе лигносульфонатов.The invention relates to foundry, in particular to binders for self-hardening molding and core mixtures based on lignosulfonates.

Известно связующее для изготовления литейных форм и стержней, включающее лигносульфонаты, воду и летучий растворитель (SU 604237А1, МПК В22С 1/20, опубл. 23.07.1983). Формовочные и стержневые смеси на основе лигносульфонатных связующих и огнеупорных наполнителей медленно отверждаются при комнатной температуре и обладают неудовлетворительными физико-механическими характеристиками.Known binder for the manufacture of casting molds and cores, including lignosulfonates, water and a volatile solvent (SU 604237A1, IPC В22С 1/20, publ. 23.07.1983). Molding and core mixtures based on lignosulfonate binders and refractory fillers slowly cure at room temperature and have unsatisfactory physical and mechanical characteristics.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является связующее, представляющее собой лигносульфонат (ЛГС) дипинаконборатный комплекс и воду (Стрельников И.Α., Пестряева Л.Ш., Садетдинов Ш.В. Влияние дипинаконборатов на физико-механические свойства лигносульфонатных связующих и смесей // Литейщик России. - 2020. - №11. - С.25-28).The closest to the invention in technical essence is a binder, which is a lignosulfonate (LGS) dipinaconborate complex and water (Strelnikov I.Y., Pestryaeva L.Sh., Sadetdinov Sh.V. Effect of dipinaconborates on the physical and mechanical properties of lignosulfonate binders and mixtures / / Foundry worker of Russia. - 2020. - No. 11. - P.25-28).

Недостатками данного связующего являются медленная скорость отверждения при комнатной температуре, низкие прочностные характеристики, низкая живучесть, низкая формуемость, а также осыпаемость формовочной и стержневой смесей, не отвечающие требованиям практического применения.The disadvantages of this binder are the slow speed of curing at room temperature, low strength characteristics, low vitality, low formability, as well as crumbling of molding and core sands, which do not meet the requirements of practical use.

Задачей изобретения является создание связующего для формовочных и стержневых смесей литейного производства с повышенными физико-механическими, эксплуатационными и техническими характеристиками.The objective of the invention is to create a binder for molding and core mixtures of foundry with improved physical, mechanical, operational and technical characteristics.

Технический результат - увеличение скорости холодного отверждения, повышение прочности и живучести, улучшение формуемости и уменьшение осыпаемости формовочных и стержневых смесей.The technical result is an increase in the rate of cold curing, an increase in strength and vitality, an improvement in the formability and a decrease in the crumbling of molding and core sands.

Технический результат достигается тем, что связующее для формовочных и стержневых смесей литейного производства, включающее лигносульфонат и воду, согласно изобретению, дополнительно содержит амидоборатное соединение, при этом в качестве амидоборатного соединения используют диформамидтетраборатаммоний (ДФТБА) формулы (NH4)2B4O7⋅2HCONH2⋅4H2O или диметилформамидтетраборатаммоний (ДМФТБА) формулы (NH4)2B4O7⋅2HCONC2H6⋅4H2O при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved by the fact that the binder for molding and core mixtures of foundry, including lignosulfonate and water, according to the invention, additionally contains an amide borate compound, while the amide borate compound is diformamide tetraborate ammonium (DFTBA) of the formula (NH 4 ) 2 B 4 O 7 ⋅ 2HCONH 2 ⋅4H 2 O or dimethylformamide tetraborate ammonium (DMFTBA) of the formula (NH 4 ) 2 B 4 O 7 ⋅2HCONC 2 H 6 ⋅4H 2 O with the following ratio of components, wt. %:

лигносульфонат с массовой долей сухих веществ не менее 50%lignosulfonate with a mass fraction of dry substances of at least 50% 40-5040-50 амидоборатное соединениеamidoborate compound 15-2515-25 водаwater 25-4525-45

Отличием предлагаемого состава от состава прототипа является использование диформамидтетраборатаммония и диметилформамидтетраборатаммония. Введение в раствор лигносульфоната указанных амидоборатных соединений способствует снижению вязкости связующего и лучшему распределению его по поверхности наполнителя, за счет чего повышается прочность, увеличивается живучесть, улучшается формуемость и уменьшается осыпаемость формовочной и стержневой смесей.The difference between the proposed composition and the composition of the prototype is the use of diformamide tetraborate ammonium and dimethylformamide tetraborate ammonium. The introduction of these amidoborate compounds into the lignosulfonate solution helps to reduce the viscosity of the binder and its better distribution over the filler surface, thereby increasing strength, increasing survivability, improving moldability and decreasing crumbling of molding and core mixtures.

Для приготовления связующего для формовочных и стержневых смесей литейного производства использовали следующие вещества: лигносульфонат (ЛГС) в жидком виде с массовой долей сухих веществ не менее 50% (ТУ 2455-028-00279580-2014), воду и амидоборатные соединенияTo prepare a binder for foundry molding and core mixtures, the following substances were used: lignosulfonate (LGS) in liquid form with a mass fraction of dry substances of at least 50% (TU 2455-028-00279580-2014), water and amide borate compounds

Амидоборатные соединения синтезируют следующим образом. В реакционную колбу емкостью 500 мл наливают 300 мл дистиллированной воды и вносят (0,1 моля) тетрабората аммония и 0,2 моля соответствующего амида. Смесь непрерывно перемешивают в течение 6 часов при температуре 25°С, затем раствор переносят в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Для кристаллов синтезированных соединений определяли показатель преломления иммерсионным методом на поляризационном микроскопе МИН-8 и плотность в бензоле и толуоле (Илларионов, И.Е. Системы из боратов аммония с некоторыми солями, аминами и амидами / И.Е. Илларионов, Ш.В. Садетдинов, И.В. Фадеев // Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та. - 2019. - 232 с.).Amidoborate compounds are synthesized as follows. 300 ml of distilled water is poured into a reaction flask with a capacity of 500 ml, and (0.1 mol) of ammonium tetraborate and 0.2 mol of the corresponding amide are added. The mixture is continuously stirred for 6 hours at a temperature of 25 ° C, then the solution is transferred to a crystallizer for growing crystals. For crystals of the synthesized compounds, the refractive index was determined by the immersion method on a MIN-8 polarizing microscope and the density in benzene and toluene (Illarionov, I.E. Systems from ammonium borates with some salts, amines and amides / I.E. Illarionov, Sh.V. Sadetdinov, I.V. Fadeev // Cheboksary: Publishing house of Chuvash University - 2019. - 232 p.).

В табл. 1 приведены результаты по синтезу амидоборатных соединений.Table 1 shows the results on the synthesis of amide borate compounds.

Figure 00000001
Figure 00000001

Связующее для формовочных и стержневых смесей литейного производства готовят следующим образом. В емкость с мешалкой наливают дистиллированную воду и при перемешивании растворяют в ней лигносульфонат с массовой долей сухих веществ не менее 50%. При дальнейшем перемешивании добавляют амидоборатное соединение. После добавления всех компонентов смесь перемешивают 20-30 минут при температуре 20-25°С до получения однородного продукта. Полученные составы представляют собой прозрачные жидкости желто-коричневого цвета. Составы связующего для формовочных и стержневых смесей литейного производства приведены в табл. 2.A binder for foundry molding and core sands is prepared as follows. Distilled water is poured into a container with a stirrer and, with stirring, lignosulfonate is dissolved in it with a mass fraction of dry substances of at least 50%. With further stirring, the amide borate compound is added. After adding all the components, the mixture is stirred for 20-30 minutes at a temperature of 20-25 ° C until a homogeneous product is obtained. The resulting compositions are clear, yellow-brown liquids. The compositions of the binder for molding and core mixtures of foundry are given in table. 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Формовочные и стержневые смеси для испытаний готовили путем смешивания в смесителях периодического действия марки 018М кварцевого песка, каолиновой глины, составов связующего согласно номерам табл.2 в течение 4 мин.Molding and core mixtures for testing were prepared by mixing quartz sand, kaolin clay, binder compositions according to the numbers in Table 2 for 4 minutes in batch mixers of grade 018M.

Живучесть смеси определялась по времени выдержки смеси от момента приготовления до изготовления образца, прочность которого снижается на 30% по сравнению с максимальным показателем ее прочности. Определение предела прочности теплоизоляционных смесей на растяжение проводили на сухих образцах, имеющих форму «восьмерки» и готовили в стержневых ящиках модели 037М. Для этого смесь насыпают в стержневой ящик, на нее помещают трамбовочную головку массой (750±10) г и устанавливают под лабораторный копер. Смесь уплотняют троекратным ударом груза массой 63,5 г., падающего с высоты (50±0,25) мм. Прочность на растяжение на образцах - «восьмерках» измеряли после их нагрева при 180°С в течение 1 ч и последующего охлаждения на воздухе (ГОСТ 23409.7-78). Для проведения испытаний на осыпаемость теплоизоляционных смесей готовили образцы по ГОСТ 23409.6-78. Образец взвешивают и помещают в центральную часть барабана прибора для определения осыпаемости, который обеспечивает вращение барабана диаметром 110 мм в горизонтальной плоскости с частотой вращения (60±5) об/мин. Вращение сырых образцов проводили в течение 30 с, испытания проводили на трех образцах. Осыпаемость (X) в процентах вычисляли по формуле:The vitality of the mixture was determined by the holding time of the mixture from the moment of preparation to the manufacture of the sample, the strength of which is reduced by 30% compared to the maximum indicator of its strength. Determination of the tensile strength of heat-insulating mixtures in tension was carried out on dry samples having the shape of "eight" and prepared in core boxes model 037M. To do this, the mixture is poured into a core box, a tamping head with a mass of (750 ± 10) g is placed on it and placed under a laboratory pile driver. The mixture is compacted with a triple impact of a load weighing 63.5 g, falling from a height of (50 ± 0.25) mm. The tensile strength on the "figure-of-eight" samples was measured after they were heated at 180 ° C for 1 h and then cooled in air (GOST 23409.7-78). For testing for crumbling of heat-insulating mixtures, samples were prepared in accordance with GOST 23409.6-78. The sample is weighed and placed in the central part of the drum of the crumbling tester, which rotates a drum with a diameter of 110 mm in the horizontal plane at a speed of (60 ± 5) rpm. The raw samples were rotated for 30 s, the tests were carried out on three samples. The crumbling rate (X) in percent was calculated by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где m - масса образца до испытания, г; m1 - масса образца после испытания, г. where m is the mass of the sample before testing, g; m 1 is the mass of the sample after testing, g.

За результат испытания принимали среднее арифметическое результатов трех параллельных испытаний.The arithmetic mean of the results of three parallel tests was taken as the test result.

Формуемость смесей испытывали по ГОСТ 23409.15-78.The formability of the mixtures was tested in accordance with GOST 23409.15-78.

Составы и показатели физико-химических свойств испытуемых смесей приведены в табл. 3.The compositions and indicators of the physicochemical properties of the tested mixtures are given in table. 3.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Из данных табл.3 видно, что оптимальным содержанием компонентов связующего с лучшими показателями физико-химических свойств обладают составы 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14 и 15. В составах 4, 8, 12 и 16 дальнейшее повышение содержания связующего не оказывает существенного влияния на физико-механические свойства смеси.From the data in Table 3, it can be seen that the optimal content of binder components with the best indicators of physical and chemical properties is possessed by compositions 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14 and 15. In compositions 4, 8, 12 and 16, a further increase in the content of the binder does not significantly affect the physical and mechanical properties of the mixture.

Результаты, проведенных сравнительных испытаний физико-механических свойств показали, что характеристики формовочных и стержневых смесей с заявляемым связующим выше, чем у прототипа.The results of comparative tests of physical and mechanical properties showed that the characteristics of molding and core sands with the claimed binder are higher than those of the prototype.

Приготовленные формовочные и стержневые смеси состава 7, 15 и 17 (табл.3) были исследованы на кинетику нарастания прочности смесей во времени при выдержке на воздухе, данные по которым представлены на рисунке.The prepared molding and core mixtures of composition 7, 15 and 17 (Table 3) were investigated for the kinetics of the strength increase of the mixtures with time when exposed to air, the data for which are presented in the figure.

Согласно полученным результатам (Фиг. 1) прочность испытуемой смеси состава №17 (кривая 3) постепенно нарастает и через 24 часа достигается ее предельное значение. Прочность испытуемых смесей состава №15 (кривая 2) и состава №17 (кривая 1) резко возрастает в течение первых 4 часов. Далее нарастание замедляется и через 16 часов достигается предельное значение прочности. Из полученных данных следует, что амидобратные соединения ускоряют процессы твердения смесей на лигносульфонатном связующем. Достигнутые предельные значения прочности сохраняются в течение 7-8 дней. При этом предельные значения прочности смесей составов №7, и №15 выше, чем у смеси состава №17.According to the results obtained (Fig. 1), the strength of the tested mixture of composition No. 17 (curve 3) gradually increases and after 24 hours its limiting value is reached. The strength of the tested mixtures of composition No. 15 (curve 2) and composition No. 17 (curve 1) increases sharply during the first 4 hours. Further, the growth slows down and after 16 hours the ultimate strength value is reached. From the data obtained, it follows that amide-derivative compounds accelerate the hardening of mixtures on a lignosulfonate binder. The reached ultimate strength values are retained for 7-8 days. In this case, the limiting strength values of mixtures of compositions No. 7 and No. 15 are higher than that of a mixture of composition No. 17.

Claims (2)

Связующее для формовочных и стержневых смесей литейного производства, включающее лигносульфонат и воду, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит амидоборатное соединение, при этом в качестве амидоборатного соединения используют диформамид тетраборат аммоний формулы (NH4)2B4O7⋅2HCONH2⋅4H2O или диметилформамид тетраборат аммоний формулы (NH4)2B4O7⋅2HCONC2H6⋅4H2O, при следующем соотношении компонентов, мас. %:A binder for molding and core mixtures of foundry, including lignosulfonate and water, characterized in that it additionally contains an amido borate compound, while ammonium tetraborate diformamide of the formula (NH 4 ) 2 B 4 O 7 ⋅2HCONH 2 ⋅4H 2 is used as the amide borate compound O or dimethylformamide ammonium tetraborate of the formula (NH 4 ) 2 B 4 O 7 ⋅2HCONC 2 H 6 ⋅4H 2 O, with the following ratio of components, wt. %: лигносульфонат с массовой долейlignosulfonate with mass fraction сухих веществ не менее 50%dry matter not less than 50% 40-50 40-50 амидоборатное соединениеamidoborate compound 15-25 15-25 водаwater 25-45 25-45
RU2021110451A 2021-04-13 2021-04-13 Binder for foundry molding and core sands RU2759346C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110451A RU2759346C1 (en) 2021-04-13 2021-04-13 Binder for foundry molding and core sands

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110451A RU2759346C1 (en) 2021-04-13 2021-04-13 Binder for foundry molding and core sands

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759346C1 true RU2759346C1 (en) 2021-11-12

Family

ID=78607362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110451A RU2759346C1 (en) 2021-04-13 2021-04-13 Binder for foundry molding and core sands

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759346C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790491C1 (en) * 2022-04-07 2023-02-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Non-stick coating for molds and cores

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU604237A1 (en) * 1976-07-01 1983-07-23 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Binder for foundary mold and core sands
RU94037418A (en) * 1994-09-29 1996-08-10 Акционерное московское общество "Завод имени И.А.Лихачева" Suspension composition for front layer of mold
EA015239B1 (en) * 2006-10-19 2011-06-30 Ашланд-Зюдхеми-Кернфест Гмбх Moulding material mixture containing carbohydrates
EA015778B1 (en) * 2006-10-19 2011-12-30 Ашланд-Зюдхеми-Кернфест Гмбх Moulding material mixture containing phosphorus for producing casting moulds for machining metal
RU2654406C2 (en) * 2012-12-22 2018-05-17 Аск Кемикалз Гмбх Mould material mixtures containing metal oxides of aluminium and zirconium in particulate form

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU604237A1 (en) * 1976-07-01 1983-07-23 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Binder for foundary mold and core sands
RU94037418A (en) * 1994-09-29 1996-08-10 Акционерное московское общество "Завод имени И.А.Лихачева" Suspension composition for front layer of mold
EA015239B1 (en) * 2006-10-19 2011-06-30 Ашланд-Зюдхеми-Кернфест Гмбх Moulding material mixture containing carbohydrates
EA015778B1 (en) * 2006-10-19 2011-12-30 Ашланд-Зюдхеми-Кернфест Гмбх Moulding material mixture containing phosphorus for producing casting moulds for machining metal
RU2654406C2 (en) * 2012-12-22 2018-05-17 Аск Кемикалз Гмбх Mould material mixtures containing metal oxides of aluminium and zirconium in particulate form

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Стрельников И.А. и др. Влияние дипинаконборатов на физико-механические свойства лигносульфонатных связующих и смесей // Журнал "Литейщик России", М., Металлургия, 2020, N11, с.25-28. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790491C1 (en) * 2022-04-07 2023-02-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Non-stick coating for molds and cores

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dai et al. Effects of activator properties and GGBFS/FA ratio on the structural build-up and rheology of AAC
KR101346041B1 (en) Process for the preparation of sulphur cement or a sulphur cement-aggregate composite
JP5152605B2 (en) Sulfur cement pre-composition and method for preparing such sulfur cement pre-composition
RU2759346C1 (en) Binder for foundry molding and core sands
WO2016052652A1 (en) Shrinkage-reducing agent for hydraulic material
US4256623A (en) Binding agents prepared from resins containing adhesivizing agents of long shelf life
US2975494A (en) Foundry sand compositions and method of casting
US9174872B2 (en) Sulphur cement products
EA022111B1 (en) Sulphur cement pre-composition, sulphur cement product (embodiments), processes for preparing the same and wax-based pre-composition
US20110290157A1 (en) Sulphur cement pre-composition and sulphur cement product
RU2688351C1 (en) Heat insulating mixture for insulation of castings shrinkheads
RU2696590C1 (en) Method for preparing liquid-glass binder for producing molding and rod mixtures
Vasková et al. Technological Properties of Moulding Sands with Geopolymer Binder for Aluminium Casting
RU2790491C1 (en) Non-stick coating for molds and cores
WO2014009501A1 (en) Sulphur cement pre-composition and process for preparing such sulphur cement pre-composition
RU2306999C2 (en) Sand for making casting cores cured in heated fitting
RU2449854C1 (en) Method of producing binding material for fabrication of moulding assemblies and cores
RU2685937C1 (en) Antidumping paint for molds and rods
SU814939A1 (en) Fine-grained concrete mixture
SU1273207A1 (en) Mixture for manufacturing casting moulds and cores
SU885194A1 (en) Mixture for producing asbestos-cement articles
SU1527212A1 (en) Polymer-concrete mix
RU2495731C1 (en) Mixture for making casting moulds and cores
SU1482747A1 (en) Composition for making foundry moulds and cores
SU1666262A1 (en) Suspension for forms in model removing casting