САМОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ Российский патент 1994 года по МПК B22C1/18 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к самотвердеющим смесям для изготовления литейных форм и стержней.

Известно магнезиальное связующее - магний-оксихлоридный цемент, названный по имени его изобретателя цементом Сореля. Цемент Сореля приготавливается путем перемешивания порошкообразного оксида магния с концентрированными растворами хлорида магния; цемент нашел распространение главным образом в производстве строительных и огнеупорных материалов.

Известно связующее для формовочных и стержневых масс, состоящее из хлористого магния или другой хлористой соли и обожженного магнезита. В качестве последнего применен так называемый металлургический магнезит, т. е. обожженный при 1500^оС магнезитовый порошок.

Недостатком этой связующей композиции является медленное затвердевание при обычных температурах. Затвердевает указанное связующее только в случае нагрева, поэтому смесь для изготовления литейных форм и стержней на основе указанного связующего не является самотвердеющей.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемым результатам является самотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая огнеупорный наполнитель, мас. % : (кварцевый песок, хромомагнезит, хромит и др. ) 65-97; окись магния 1. . . 15; сульфат магния 0,5-5; вода 1,5-15.

К недостаткам этой смеси следует отнести медленное твердение на воздухе и невысокие противопригарные свойства.

Самотвердеющая смесь по изобретению для изготовления литейных форм и стержней с магнезиальным связующим содержит, мас. ч:
Огнеупорный напол- нитель 50,0. . . 99,0
Частично обожженный
мелкодисперсный маг-
незит с удельной по-
верхностью >150 м²/кг,
содержащий оксид маг-
ния 75,0. . . 87,0 мас. ч. и
углекислый магний 2,0. . . 30,0 мас. ч. 1,0. . . 50,0 Вода 2,0. . . 35,0
Кроме того, самотвердеющая смесь для ускорения затвердевания дополнительно содержит 0,1. . . 15,0 мас. ч соли серной или соляной кислот одно- и/или двух-трехвалентных металлов.

Содержание в составе смеси частично обожженного мелкодисперсного магнезита в количестве менее 1,0 мас. ч не приводит к повышению противопригарных свойств смеси, а введение его в количестве, большем 50,0 мас. ч. , существенно снижает газопроницаемость смеси и затрудняет выбиваемость форм и стержней.

Жидкой фазой в составах самотвердеющих смесей служат вода и водные растворы солей металлов. Из последних используются соли одно- и/или двух-, трехвалентных металлов, в основном хлориды и сульфаты, такие как хлорид калия (КСl), хлорид натрия (NaCl), хлористый магний (МgCl₂), хлористый кальций (CaCl₂), хлористое железо (FeCl₂), хлористый цинк (ZnCl₂), хлорное железо (FeCl₃), хлористый алюминий (AlCl₃), сульфат натрия (Na₂SO₄), сульфат меди (CuSO₄), сернокислый магний (MgSO₄), cернокислый алюминий (Al₂(SO₄)₃ и другие, а также природные соединения бишофит (MgCl₂x6H₂O) и карналлит (KMgCl₃x3H₂O).

Менее 2,0 мас. ч. воды не дает равномерного распределения жидкой фазы по частицам мелкодисперсного магнезита и не обеспечивает смачивания зерен огнеупорного наполнителя. Более 35,0 мас. ч. воды приводит к резкому замедлению твердения самотвердеющих смесей на начальных стадиях, повышает влажность смеси, что потребует дополнительной тепловой сушки.

Интервал содержания соли одно-, и/или двух-, трехвалентного металла - 0,1. . . 15,0 мас. ч. Содержание соли более 15,0 мас. ч. способствует росту конечной прочности смесей, но при этом наблюдается "высаливание" избыточной соли. Введение в состав смеси соли в количестве менее 0,1 мас. ч. не дает эффекта ускорения твердения.

В качестве огнеупорного наполнителя может использоваться любой огнеупорный материал, применяемый в литейном производстве, например кварцевый песок.

Смеси готовят следующим образом.

Огнеупорный наполнитель перемешивают в лабораторном лопастном смесителе периодического действия с частично обожженным мелкодисперсным магнезитом. Время перемешивания 1,0-2,0 мин. Далее вводят воду и/или водные растворы солей одно- и/или двух-, трехвалентного металла. Продолжают перемешивание в течение 1,0 мин.

Из полученной смеси известными способами набивали стандартные образцы диаметром и высотой 50 мм для определения технологических свойств: прочности на сжатие, остаточной прочности. По величине остаточной прочности образцов, нагретых до различных температур и охлажденных затем до комнатной температуры оценивали выбиваемость смесей.

Составы смесей представлены в табл. 1, их свойства - в табл. 2.

Из результатов испытаний следует, что противопригарная легковыбиваемая самотвердеющая смесь с магнезиальным связующим отличается повышенными противопригарными свойствами, хорошей выбиваемостью.

Смесь также испытывалась в сталефасонном цехе ПО "Уралмаш" при изготовлении стальных отливок массой 0,3-30,0 т. из углеродистой и марганцовистой стали 110Г13Л с толщиной стенки 30-200 мм. Из смесей изготавливались внутренние стержни. Одновременно испытывались известные смеси.

Испытания показали, что предложенная смесь с магнезиальными связующими отличается повышенными противопригарными свойствами в сравнении с пластичными смесями на основе жидкого стекла, холоднотвердеющими смесями на основе синтетических смол, самотвердеющими смесями с жидким стеклом, а также самотвердеющими смесями для литейных форм и стержней, содержащими окись магния и сульфат магния (прототип). Кроме того, смесь отличается хорошей выбиваемостью, основная масса смеси удаляется на выбивных решетках.

Повышение противопригарных свойств может быть связано с использованием частично обожженного мелкодисперсного магнезита, включающего в свой состав не только высокоогнеупорный тугоплавкий материал - оксид магния (температура плавления 2800^оС), но и углекислый магний, разлагающийся по мере прогрева смеси при заливке металла с выделением углекислого газа и образованием MgO, обладающего свежеобразованной высокоактивной поверхностью, что, по-видимому, способствует усилению процессов растворения огнеупорного материала в продуктах окисления стали, приводит к снижению скорости окислительного процесса и предотвращаем образование пригара на поверхности.

Предпочтительнее в качестве ускорителей затвердевания смеси использовать хлориды, которые в отличие от сернокислых соединений обладают более высокими противопригарными свойствами и обеспечивают лучшую поверхность. Применение в качестве ускорителя затвердевания в прототипе только MgSO₄ снижает противопригарные свойства смеси.

Сочетание оксида магния и углекислого магния в частично обожженном мелкодисперсном магнезите, а также продукты химического взаимодействия между оксидом магния и жидкой фазой (водой и/или водным раствором соли одно- и/или двух-, трехвалентного металла) - гидрат оксида магния и гидратированные оксисоли магния, очевидно, оказывают благоприятное влияние на выбиваемость. Разложение MgCO₃ при температурах прогрева смеси более 400^оС способствует значительному облегчению выбиваемости смеси из отливок. Начиная с температуры прогрева 300^оС, происходит резкое снижение остаточной прочности предлагаемой самотвердеющей смеси практически до полного разупрочнения в температурном интервале 600-1000^оС (табл. 2).

Противопригарная легковыбиваемая самотвердеющая смесь с магнезиальными связующими рекомендуется в первую очередь для изготовления стержней и форм крупных стальных и чугунных отливок. (56) Авторское свидетельство СССР N 73444, кл. В 22 С 1/18, 1946.

Авторское свидетельство ЧССР N 246936, кл. В 22 С 1/18, 1987.

Использование: в литейном производстве для изготовления литейных форм и стержней. Сущность изобретения: смесь содержит огнеупорный наполнитель, материал на основе оксида магния, соль металла и воду, в качестве материала на основе оксида магния используется частично обожженный мелкодисперсный магнезит при следующем соотношении ингредиентов, мас. ч: огнеупорный наполнитель 50,0 . . . 99,0; частично обожженный мелкодисперсный магнезит 1,0 . . . 50,0; вода 2,0 . . . 35,0. В качестве частично обожженного магнезита она содержит порошкообразный материал (S_уд>150 м²/кг), включающий в свой состав оксид магния (MgO) 75,0 . . . 87,0 мас. ч, а также углекислый магний (MgCO₃) 2,0 . . . 30,0 мас. ч. Смесь дополнительно содержит 0,1 . . . 15,0 мас. ч. соль серной или соляной кислот одно- и/или двух-, трех- валентного металла. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. САМОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ для изготовления литейных форм и стержней, включающая огнеупорный наполнитель, материал на основе оксида магния, воду, отличающаяся тем, что в качестве материала на основе оксида магния она содержит частично обожженный мелкодисперсный магнезит с удельной поверхностью больше 150 м²/кг, содержащий оксид магния 75,0 - 87,0 мас. ч. и углекислый магний 2,0 - 30,0 мас. ч. при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :
Огнеупорный наполнитель 50 - 99
Частично обожженный мелкодисперсный магнезит 1 - 50
Вода 2 - 35
2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,1 - 15,0 мас. ч. соли серной или соляной кислот одно- и/или двух-, трехвалентных металлов.