СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ Российский патент 1994 года по МПК B22C1/18 B22C1/10 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам смесей для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых при тепловой обработке.

Известен ряд смесей, для изготовления литейных форм и стержней, содержащих в своем составе в качестве отвердителя для смоляных смесей отходы гальванического производства от ванн кадмирования плотностью 1,08-1,10 г/см3, отходы гальванического производства от ванн хромирования в виде водного раствора на основе хромового ангидрида в сочетании с алюмохромфосфатным связующим.

В указанных смесях отходы гальванического производства, выступая в роли комплексного отвердителя, способствуют повышению прочности стержней и форм на всех этапах отверждения, уменьшению газовыделений в окружающую среду в процессе отверждения смесей и заливки их металлом.

Однако, при использовании указанных отходов гальванического производства приходится вводить дополнительную операцию по приготовлению комплексного отвердителя, что усложняет процесс приготовления смесей. Кроме того, наличие смоляных связующих ухудшает санитарно-гигиенические условия труда и способствует образованию газовых дефектов в поверхностном слое отливок вследствие высокой газотворности смеси.

Наиболее близкой к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых тепловой сушкой, содержащая в своем составе алюмохромфосфатное связующее и неорганическую добавку - отход гальванического производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
алюмохромфосфатное
связующее (АХФС) 3,0-4,0
отход гальванического
производства 0,3-0,7
огнеупорный наполнитель 96,7-95,3
Указанный состав смеси позволяет повысить прочность смеси после тепловой сушки и ее живучесть, улучшить формуемость смеси и санитарно-гигиенические условия труда за счет исключения из состава смеси смоляных связующих. Использование отходов гальванического производства в качестве отвердителей позволяет снизить ее себестоимость.

Недостатком указанной смеси является низкая сырая прочность (не более 0,07 кгс/см²), что приводит к браку стержней (особенно крупных размеров), связанных с изменением из конфигурации после раскрытия стержневого ящика, а также к задолженности стержневых ящиков в технологическом процессе изготовления стержней.

Цель изобретения - увеличение производительности изготовления форм и стержней за счет повышения сырой прочности смеси.

Цель достигается тем, что смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая огнеупорный наполнитель, алюмохромфосфатное связующее и отходы гальванического производства дополнительно содержит в своем составе трифолин при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
алюмохромфосфатное
связующее 2,5-4,0
отход гальванического
производства 0,3-0,9
трифолин 0,7-1,5
огнеупорный наполнитель
(кварцевый песок) 96,5-93,6
АХФС представляет собой кислую фосфорнокислую соль трехвалентного алюминия и хрома, получаемую путем взаимодействия соединений хрома и алюминия с ортофосфорной кислотой. АХФС можно использовать в виде технического продукта согласно ТУ 6-18-166-83. Исходная плотность алюмохромфосфатного связующего равна 1,58-1,60 г/см³.

Отход гальванического производства (ОГП) имеет следующий состав, мас.%:
Серная кислота 11,0-12,0
Тринатрийфосфат 1,6-1,7
Сульфат трехвалентного
железа 23,0-24,0
Уротропин 0,15-0,16
Вода 62,14-64,25
Плотность ОГП равна 1,26 г/см³.

Трифолин - неорганический мелкодисперный порошок темного цвета с огнеупорностью 1400-1550^оС, содержащий (в мас. %): Fe₂O₃ - 62,0-75,0; FeO - 25,0-38,0 по ТУ 6-14-870-72.

Сущность изобретения заключается в следующем. Алюмохромфосфатное связующее содержит в своем составе ортофосфорную кислоту. Как известно, холодное отверждение фосфатным смесям обеспечивают оксиды металлов с ионным потенциалом 2,5-4,4. В данном случае в трифолине содержатся оксиды железа FeO и Fe₂O₃ с соответствующими ионными потенциалами 2,5 и 4,48. Для достижения процесса холодного отверждения необходимо использовать фосфатное связующее и порошкообразный отвердитель в строго определенном количественном соотношении, обеспечивающим соответствие между скоростью химической реакцией и скоростью структурообразования. Например, для 3,0 мас.% АХФС требуется 2,5 мас. % трифолина. В заявляемом составе трифолина содержится 0,7-1,5 мас.%, т.е. такое количество, которое могло бы вступить в химическую реакцию с частичным количеством АХФС. В этом случае процесс холодного отверждения не происходит, но прохождение реакции взаимодействия АХФС с трифолином обеспечивает сырую прочность смеси.

Существенным отличием заявляемого состава является то, что полный процесс отверждения смеси происходит в два этапа. Первый этап - прохождение реакции между молекулами Me(H₂PO₄)₃ (где Ме - Al или Cr), содержащимися в АХФС с оксидами железа FeO и Fe₂O₃, содержащимися в трифолине, посредством ...-O-Fe-O-... или ...

-O-e-O-...

связи. Наличие такого неорганического полимера обеспечивает необходимую сырую прочность смеси. Второй этап - прохождение химической реакции между фосфорнокислыми солями хрома и алюминия, входящими в состав АХФС и серной кислотой или ее солями трехвалентного железа, входящими в состав отхода гальванического производства. При этом серная кислота, как более сильная, чем ортофосфорная, вытесняет из фосфорнокислых солей трехвалентного хрома и алюминия поочередно группы H₂PO₄, при этом образуются неорганические полимеры разветвленного строения, обеспечивающие высокие прочностные показатели на завершающем этапе отверждения.

Предлагаемая смесь готовится следующим образом. В течение 2,0-2,5 мин перемешивают сухие составляющие (огнеупорный наполнитель и трифолин). Затем дозируют жидкую композицию, состоящую из АХФС и отходов гальванического производства и через 2,0-2,5 мин тщательного перемешивания из приготовленной смеси изготовляют стандартные образцы для определения физико-механических свойств. Для приготовления смеси в промышленных условиях может быть использовано любое известное смесеприготовительное оборудование литейных цехов.

Составы и свойства предлагаемых составов смесей приведены в табл.1,2.

Предлагаемый количественный состав является оптимальным.

Увеличение содержания жидкой композиции более (АХФС > 4,0 мас.% и отходов гальванического производства > 0,9 мас.%) повышает влажность смеси и способствует увеличению прилипаемости к оснастке. Снижение АХФС < 2,5 мас.% и отходов гальванического производства < 0,3 мас.% отрицательно влияет на конечные прочностные показатели. Содержание в составе смеси трифолина > 1,5 мас. % требует дополнительного расхода связующего, а менее 0,7 мас.% не обеспечивает смесь необходимой сырой прочностью.

Предлагаемый состав смеси (как видно из табл.2) обладает необходимыми технологическими и физико-механическими свойствами. Введение в составе смеси трифолина обеспечивает повышение сырой прочности смеси по сравнению с прототипом в 2,0-2,5 раза, что позволяет снизить брак стержней (особенно крупных размеров), связанных с изменением их конфигурации после раскрытия стержневого ящика, а также к задолженности стержневых ящиков в технологическом процессе изготовления стержней. Кроме того, трифолин имеет высокую огнеупорность 1400-1550^оС, поэтому при его введении в состав смеси повышается ее термостойкость до 245 с, что приводит к снижению брака отливок по механическому пригару.

Смесь для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых при тепловой обработке. Сущность изобретения заключается в следующем: состав смеси на алюмохромфосфатном связующем содержит комплексный отвердитель (отход гальванического производства и трифолин) при следующем соотношении компонентов, мас. % : алюмохромфосфатное связующее (АХФС) 2,5 ... 4,0; отход гальванического производства 0,3 . .. 0,9 ; трифолин 0,7 ... 1,5; огнеупорный наполнитель 93,6 . . . 96,5. Совместное содержание в смеси на АХФС такого комплексного отвердителя обеспечивает двухстадийное отверждение: на первой происходит отверждение АХФС при комнатной температуре, на второй стадии происходит отверждение при повышенной температуре. Это позволяет повысить сырую прочность смеси и обеспечить высокие прочностные свойства смеси на завершающем этапе отверждения. 1 з. п. ф-лы. 2 табл.

1. СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, содержащая огнеупорный наполнитель, алюмохромфосфатное связующее и отходы гальванического производства, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности процесса изготовления форм и стержней за счет повышения сырой прочности, она дополнительно содержит трифолин при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Алюмохромфосфатное связующее 2,5 - 4,0
Отход гальванического производства 0,3 - 0,9
Трифолин 0,7 - 1,5
Огнеупорный наполнитель 93,6 - 96,5
2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что трифолин содержит, мас.%:
Оксид железа 62,0 - 75,0
Закись железа 25,0 - 38,0