SU1766575A1 - Самотвердеюща смесь дл изготовлени форм и стержней - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к литейному производству, в частности к составам самотвердеющих (холоднотвердеющих) смесей на основе неорганических св зующих дл  изготовлени  форм и стержней. Самотвердеюща  смесь на основе магнийфосфатного св зующего дополнительно содержит водный коллоидный раствор двуокиси кремни  в количестве 2,5-3,5 мас,%. Состав содержит , мас.%: порошкообразный материал на основе обожженного оксида магни , предварительно обработанного ПАВ (поверхностно-активным веществом) 1,0...2,5; ортофосфорна  кислота 2,0...3,5; водный коллоидный раствор двуокиси кремни  2,5 ..3,5; огнеупорный наполнитель остальное . Этот состав смеси обеспечивает получение высокой прочности, низкой осыпаемости стержней и форм. Врем  набора манипул торной прочности стержней из этого состава составл ет 20-30 мин. 1 табл. сл С XI О О сл XI сл :

Description

Изобретение относитс  к литейному производству, а именно, к составам самотвердеющих (холоднотвердеющих) смесей на основе неорганических св зующих дл  изготовлени  форм и стержней при литье черных и цветных сплавов.

Самотвердеющие смеси с фосфатными св зующими - одни из наиболее экологически чистых самотвердеющих смесей. Применение этих смесей позвол ет улучшить качество поверхности отливок, ликвидировать брак по подкорковым газовым дефектам , а также снизить трудоемкость р да технологических операций.

Однако, до насто щего времени самотвердеющие смеси с фосфатными св зующими не получили широкого применени  в производстве отливок, Это, главным образом св зано с тем, что стабильность таких технологических свойств смесей на неорганических св зующих как скорость набора манипул торной прочности, стабильность показателей конечной прочности, и осыпаемости , которые определ ют практическую возможность их применени  в производстве , обеспечивать значительно сложнее, чем у смесей на основе органических св зующих . Это обусловлено принципиальными различи ми в механизме их отверждени . В отличие от органических св зующих (смол), отверждение которых - это поликонденса- ци  по механизму гомогенного катализа, отверждение неорганических фосфатных св зующих состоит в кристаллизации из пересыщенных растворов гидрамированных фосфатов магни  в виде кристаллогидратов, Эти кристаллогидраты в отличие от органических полимеров имеют высокоупор доченную кристаллическую структуру и очень чувствительны к изменени м химического состава.

Этим определ етс  больша  зависимость технологических свойств, указанных выше, у всех смесей с неорганическими фосфатными св зующими от свойств исходных материалов и точности их дозировки, что и затрудн ет их практическое внедрение.

Наиболее близкой к изобретению по технологической сущности  вл етс  самотвердеюща  смесь по а,с. № 1172146 (1) дл  изготовлени  форм и стержней на основ. неорганического св зующего состава, мас.%:

порошкообразный материал на основе обожженного оксида магни , предварительно обработанный ПАВ аниноактив- ного класса в количестве 0,05-0,2% мае. от материала ортофосфорна  кислота 1-6 вода 0,25-0,3 огнеупорный материал на основе кремнезема остальное. Однако, смесь указанного состава не обеспечивает стабильности технЬлогиче- ского процесса в услови х реально существующего разброса свойств исходных компонентов.

Целью изобретени   вл етс  сокращение времени набора прочности, повышение прочности после отверждени , снижение осыпаемости стержней и форм, а также улучшение технологических свойств смеси за счет их стабилизации.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что смесь дл  изготовлени  форм и стержней, включающа  огнеупорный наполнитель, порошкообразный материал на основе обожженного оксида магни , обработанного ПАВ, ортофосфорную кислоту и воду, дополнительно содержит водный коллоидный раствор двуокиси кремни  (с содержанием Е нем ЗЮа 20-30 мас.%).

Смесь имеет следующий состав, мас.%:

порошкообразный материал

на основе обожженного

оксида магни , предварительно обработанный

поверхностно-активным

веществом (ПАВ)анионоактивного или неионогенного класса в количестве

0,05-0,2 мас.% материала1,0-2,5

ортфосфорна  кислота2,0-3,5

водный коллоидный

раствор двуокиси кремни 

(содержанием

SiQa 20-30 мае. %}2,5-3,5

огнеупорный материал

на основе кремнезема остальное

Сопоставительный анализ с прототипом позвол ет сделать вывод, что за вл емый состав сзмотвердеющей смеси отличаетс  от известного введением нового компонента, а именно водного коллоидного раствора двуокиси кремни  (кремнезоль).

Анализ экспериментальных данных по исследованию технологичности самотвердеющей смеси по а.с. № ч 172146 показывает , что регулирование характеристик пронести, осыпаемости, скорости набора технологической прочности в процессе производства возможно, но улучшение одного из параметров, как правило, ведет к ухудшению других. Возможность регулировани  усложн етс  еще и зависимостью от свойств исходных материалов.

Введение в смесь водного коллоидного раствора двуокиси кремни  (кремнезол ) в количестве 2,5-3,5 мас.% позволило увеличить скорость набора манипул торной прочности, несколько повысить конечную прочность, снизить осыпаемость, не вли   на живучесть и, что очень важно, повысить стабильность этих характеристик при использовании разных партий кварцевого песка и порошка магнезита с различным сроком хранени .

Кремнэзоль, примен емый в качестве св зующего при изготовлении оболочковых Форм ,экологически чистый продукт; он нетоксичен , взрыво- и пожароопасен. Введение его не ухудшает экологических

характеристик смеси на основе магнийфос- фатного св зующего.

В присутствии ортофосфорной кислоты частицы кремнезема, гидроксидированные группами Si-OH, желатинизируютс , и, по видимому параллельно с образованием сростка основного св зующего (МдНРО-гЗНгО) дополнительно образуетс  соединение св зующего - кремнезема с поверхностью огнеупорного наполнител  с образованием в процессе удалени  влаги силоксановых св зей (Si-0-Si).

Ортофосфорна  кислота используетс  в смеси в состо нии поставки (без разбавлени  до рекомендуемого в а.с. № 1172146, уд. веса), так как необходимое количество воды вводитс  с кремнезолем.

Состав обеспечивает получение оптимальной скорости набора манипул торной прочности в сочетании с пониженным значением осыпаемости, высокой конечной прочности стержней и форм при стабилизации этих значений дл  различных партий огнеупорного наполнител  порошка магнезита и, таким образом, придает смеси новые свойства.

Дл  экспериментальной проверки за вл емого состава были подготовлены 7 составов самотвердеющих смесей, три из которых показали оптимальные результаты.

Дополнительно были подготовлены 4 состава с оптимальным (средним) содержанием компонентов, но с использованием порошка оксида магни  со сроком хранени  более 1 года, а также кварцевого песка с повышенным содержанием глинистой составл ющей дл  оценки вли ни  качества материала на свойства смеси за вл емого состава. Данные приведены в таблице.

В качестве исходных материалов использовали: порошки периклазовые и пе- риклазоизвестковые спеченные дл  сталеплавильного производства ГОСТ 24862-81/ст.СЭВ 1410-78/ марок ППЭ-88 и ППК-88, которые подвергались дополнительному измельчению в вибромельнице до порошка с удельной поверхностью 2800- 4000 см2/г и сроком хранени  не более 3 мес цев. Рекомендуемый максимальный срок хранени  порошка магнезита. Дл  оценки же вли ни  активности порошка магнезита на стабильность технологических свойств смеси использовали порошки со сроком хранени  более 1 года. В качестве ПАВ - синтетические жирные кислоты марки Ci2-C20 по ГОСТ 24362-81.

Ортофосфорную кислоту примен ли как термическую техническую по ГОСТ 10678- 78, так и реактивную марки ЧДА по ГОСТ 6552-80. При этом дл  составов, соответствующих прототипу (по а,с. № 1172146) кислоту предварительно разбавл ли до плотности 1,46 г/см3. Кислота в предлагаемом составе смеси использовалась в состо нии

поставки.

В качестве водного коллоидного раствора двуокиси кремни  примен ли Кремне- золь-25 по ТУ 6-02-1-268-75.

В качестве наполнител  использовали

0 кварцевые пески марок 06К02А и 063К02А по ГОСТ 2138-84.

В наполнитель (кварцевый песок) вводили водный коллоидный раствор двуокиси кремни , после перемешивани  в течение

5 50-60 с ортофосфорную кислоту и, после перемешивани  50-60 с магнезитовый порошок , затем после перемешивани  всех составл ющих в течение 50-60 с смесь выпускали из смесител .

0 Все испытани  на прочность и осыпаемость производили на стандартных образцах 0 50 мм, h 50 мм, Параллельно, по каждому варианту изготавливали стержни массой 15 кг с внутренними полост ми и

5 переменным сечением дл  качественной оценки параметров технологичности и манипул торной прочности. По оптимальному предлагаемому варианту были изготовлены производственные партии стержней и

0 форм, которые были залиты алюминиевым сплавом и чугуном. Отливки годные и сданы на механическую обработку.

Результаты работы приведены в таблице .

5 Из данных таблицы следует, что оптимальному сочетанию характеристик прочности , осыпаемости времени набора манипул торной прочности отвечают составы №Ns 3, 4 и 5 при содержании оксида

0 магни  в пределах 1,0-2,5%, ортофосфорной кислоты от 2,0 до 3,5% и кремнезол  от 2,5 до 3,5%.

При содержании в смеси порошка менее 1%, кислоты менее 2% и кремнезол 

5 менее 2,5% (составы №№ 1, 2) врем  набора манипул торной прочности и осыпаемости резко возрастает, а средн   прочность низка .

При содержании порошка магнезита бо0 лее 2,5% кислоты и кремнезол  более 3,5% стержни остаютс  долгое врем  сырыми, врем  набора прочности и осыпаемости возрастают до значени  непреемлемых в производстве (состав № 6).

5 Использование кварцевого песка с повышенным содержанием глинистой составл ющей (составы №Мг 8, 10), а также порошка оксида магни  с длительным сроком хранени  (составы №№ 9, 11) практически не вли ет на свойства стержней из

смесей с кремнезолем в отличие от составов поа.с. № 1172146.

По отношению к прототипу предлагаемый состав показывает более высокую прочность и меньшее врем  набора манипул торной проч- ности при низких значени х осыпаемости.

Технико-экономическа  эффективность предлагаемого изобретени  определ етс :

1.Сокращением в 2-2,5 раза времени набора прочности при высоком среднем значении конечной прочности стержней и форм и низких значени х осыпаемости, что позвол ет оптимизировать производственный цикл изготовлени  форм и стержней и более эффективно использовать механизи- рованное оборудование.

2.Стабилизацией параметров процесса изготовлени  форм и стержней за счет уменьшени  зависимости технологических характеристик от разброса свойств исход- ных материалов, что обеспечивает реальную возможность широкого внедрени  магнийфосфатных смесей в производстве,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Самотвердеюща  смесь дл  изготовле- ни  форм и стержней, включающа  огнеупорный наполнитель на основе кремнезема, порошкообразный материал на основе обожженного оксида магни ,

   предварительно обработанный поверхностно-активным веществом анионоактивного или неионогенного класса в количестве 0,05-0,2 мас.% от материала и ортофосфор- ную кислоту, отличающа с  тем, что, с целью сокращени  времени набора прочности , повышени  прочности после отверждени , снижени  осыпаемости форм и стержней, а также улучшени  технологических свойств смеси за счет их стабилизации, она дополнительно содержит водный коллоидный раствор двуокиси кремни  (с содержанием в нем 5102 20-30 мас.%) при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

   порошкообразный материал на основе обожженного оксида магни , предварительно обработанный поверхностно- активным веществом анионоактивного или неионогенного класса в количестве 0,05-0,2 мас.% от материала1,0-2,5;

   ортофосфорна  кислота2,0-3,5

   водный коллоидный раствор двуокиси кремни  (с содержанием в нем SI02 20-30 мас.%) 2,5-3,5 огнеупорный наполнитель на основе кремнезема остальное