СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ ТЕПЛОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК B22C1/20 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к связующим материалам на основе технических лигносульфонатов (ТЛС), применяемым для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых в нагреваемой оснастке, и может быть использовано при производстве отливок из чугуна и стали.

Известны связующие для изготовления литейных форм и стержней, содержащие материал на основе технических лигносульфонатов и органические модификаторы, в качестве которых, например, используются формамид, моноэтаноламин и триэтаноламин. Эти модификаторы позволяют повысить физико-механические свойства форм и стержней в отвержденном состоянии, однако их дефицитность и высокая стоимость делают использование известных связующих затруднительным.

Кроме индивидуальных химических веществ, в качестве модификаторов технических лигносульфонатов нашли применение побочные продукты различных производств. Например, кубовые остатки от дистилляции глицерина-сырца. Это связующее сообщает стержням достаточно высокую общую и поверхностную прочность в отвержденном состоянии.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является связующее для изготовления литейных форм и стержней теплового отверждения, содержащее ингредиенты при следующем соотношении, мас.%:
Технические лигносуль-
фонаты 67,7-88,3
КО производства поливинил-
пирролидона 11,7-32,4
Известное связующее находит широкое применение на машиностроительных заводах. Однако количество этого связующего ограничено в связи с ограниченностью промышленного выхода кубового остатка от производства поливинилпирролидона (КО ПВП). Поэтому расширение сырьевой базы среди побочных продуктов органического синтеза для модифицирования технических лигносульфонатов представляет собой задачу большой важности.

Известный состав сообщает стержням достаточно низкую прочность в холодном состоянии.

Кроме того, в известном связующем модификатор КО ПВП сообщает стержням повышенную гигроскопичность, что приводит к разупрочнению стержней и форм.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. повышение прочности форм и стержней в холодном состоянии, понижении их гигроскопичности, а также расширение сырьевой базы модификаторов технических лигносульфонатов.

Для достижения поставленной цели связующее для приготовления литейных форм и стержней теплового отверждения, включающее материал на основе технических лигносульфонатов и побочный продукт органического синтеза, содержит в качестве побочного продукта органического синтеза азотсодержащие отходы производства 2-метилимидазола при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Технические лигносульфонаты 80-90
Азотсодержащие отходы произ-
водства 2-метилимидазола 10-20
Упомянутый азотсодержащий отход производства 2-метилимидазола (АОПМ) имеет следующий состав, мас.%:
2-Метилимидазол 10-30
2-Метилимидазолин 1-10
Диацетилэтилендиамин 10-30
Азотсодержащие осмолы 5-20
Вода Остальное
АОПМ представляет собой подвижную, со специфическим запахом, от светлого до темно-коричневого цвета жидкость, плотность (при 20^оС) 1,0-1,1 г/см³, pH 8-10.

Производство 2-метилимидазола основано на взаимодействии этилендиамина с уксусной кислотой в присутствии гетерогенных катализаторов. Образующиеся кристаллы продуктов синтеза удаляются из реактора в токе водяного пара в сепаратор. Водный раствор продуктов реакции из сепаратора поступает на выпарной аппарат для отгонки воды. Образующийся кубовый остаток поступает на центрифугу для отделения твердой фазы (продукта-сырца) от жидкого центрифугата, представляющего собой азотсодержащие отходы производства 2-метилимидазола.

Модифицирование технических лигносульфонатов АОПМ осуществляют в процессе приготовления связующего. Добавка модификатора понижает вязкость лигносульфонатов, что является следствием "блокировки" полярных групп лигносульфонатов и разрушения структурных агрегатов мицелл ТЛС.

В процессе теплового отверждения стержней с описываемым связующим происходит сшивка макромолекул лигносульфонатов через функциональные группы ( _/ NH, _/C=O) молекул органических веществ, составляющих отход производства 2-метилимидазола.

Для приготовления связующего по предлагаемому изобретению использовали: технические лигносульфонаты с Na-основанием Камского ЦБК с содержанием сухих веществ 48,0%, плотностью 1,23 г/см³ и вязкостью по ВЗ-4 свыше 400 с; азотсодержащий отход производства 2-метилимидазола с химическим составом, мас. %: 2-метилимидазол 28,4; 2-метилимидазолин 7,0; диацетилендиамин 24,5, азотсодержащие осмолы 10,0, вода - остальное.

В табл. 1 приведены составы связующих 1-3 по заявляемому техническому решению и 4 согласно прототипу.

Связующие по изобретению, также как и по прототипу, приготавливают путем совмещения и тщательного перемешивания указанных материалов в течение 3-5 мин до получения однородной жидкости.

Ввиду различия в показателях концентрации водородных ионов у АОПМ и ТЛС, при введении первого во второе наблюдается загустевание композиции, однако при последующем перемешивании загустевшей массы она теряет высокую вязкость, переходя в жидкое состояние.

Стержневые смеси готовили в лабораторных бегунах мод. LM-1 фирмы "Центрозап" (Польша). Составы смесей со связующими по изобретению и прототипу содержали 95 мас.% кварцевого песка и 5 мас.% связующего.

В течение 1 мин перемешивали кварцевый песок, затем вводили связующее и продолжали перемешивание смеси еще в течение 3 мин.

Из смесей формовали стандартные образцы для испытаний на физико-механические и технологические свойства по ГОСТ 23409-78. Сушка образцов производилась в сушильном шкафу СНОЛ-3,5.3,5.3,5/3-М2.4.2 при температуре 250±10^оС.

Физико-механические свойства смесей со связующими 1-4 приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, предложенное связующее в сравнении с известным обеспечивает стержням повышение прочности с 12,0 до 19,6 кгс/см², т.е. в 1,6 раза.

Это позволяет использовать предложенное связующее для изготовления стержней в нагреваемой оснастке самостоятельно, без сочетания со смолами.

Оптимальное содержание в связующем АОПМ находится в диапазоне 10-20 мас. %. При содержании его в составе связующего ниже 10 мас.% увеличивается гигроскопичность форм и стержней, выше 20 мас.% уменьшается их прочность на растяжение.

Использование связующего по изобретению, в сравнении с известным, обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
- повышение прочности форм и стержней в холодном состоянии в 1,3-1,6 раза, что позволит использовать связующее без сочетания со смолами;
- понижение гигроскопичности форм и стержней в 1,7-2,0 раза, что позволит улучшить их качество;
- расширение сырьевой базы среди побочных продуктов органического синтеза, что позволит увеличить выпуск модифицированных технических лигносульфонатов.

Изобретение относится к связующим (С) на основе модифицированных технических лигносульфонатов для изготовления литейных форм (Ф) и стержней (СТ) в нагреваемой оснастке и может быть использовано при изготовлении отливок из чугуна и стали. Предлагаемое С позволяет улучшить качество СТ и Ф за счет повышения прочности в холодном состоянии и понижения их гигроскопичности. С состоит из технических лигносульфонатов и модификатора, в качестве которого используются отходы производства 2-метилимидазола при следующем их соотношении, мас. % : технические лигносульфонаты 80 - 90; азотсодержащие отходы производства 2-метилимидазола 10 - 20. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ ТЕПЛОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ, включающее материал на основе технических лигносульфонатов и побочный продукт органического синтеза, отличающееся тем, что, с целью повышения прочности форм и стержней в холодном состоянии, понижения их гигроскопичности, а также расширения сырьевой базы модификаторов, связующее содержит в качестве побочного продукта органического синтеза азотсодержащие отходы производства 2-метилимидазола при следующем соотношении ингредиентов, мас.% :
Технические лигносульфонаты 80 - 90
Азотсодержащие отходы производства 2-метилимидазола 10 - 20
2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что азотсодержащие отходы производства 2-метилимидазола содержат, мас.%:
2-Метилимидазол 10 - 30
2-Метилимидазолин 1 - 10
Диацетилэтилендиамин 10 - 30
Азотсодержащие смолы 5 - 20
Вода Остальное