ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ Российский патент 1994 года по МПК B22C1/18 B22C1/00 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам холоднотвердеющих смесей для изготовления литейных форм и стержней.

Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая связующее (50% ортофосфорной кислоты и 50% металлургической пыли - отхода производства при выплавке стали в электродуговых печах) и кварцевый песок. Данная смесь обладает живучестью 7-15 мин, газопроницаемостью 100-500 ед. и прочностью на сжатие через 24 ч 1,8-3,5 МПа [1].

Известна также самотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая материал на основе окислов металлов с валентностью 2 (например на основе окиси магния, концентрированную ортофосфорную кислоту, сульфитно-дрожжевую бражку, глицерин и огнеупорный наполнитель. Данный состав позволяет получать смеси с живучестью 8-12 мин, низкой осыпаемостью, прочность на завершающей стадии отверждения 0,5-1,2 МПа на растяжение [2].

Однако недостаточная прочность на начальной стадии отверждения и повышенная хрупкость названных смесей не исключают возможности образования трещин при извлечении сложных стержней из стержневого ящика.

Наиболее близкой к изобретению по техническому существу и по совокупности признаков является холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, включающая ингредиенты при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюмохромфосфатное связующее 4,0...6,0 Оксиды железа 3,0...4,0 Маршалит 4,0...6,0
20%-ный водный раствор
аммиака (в пересчете на NH₃) 0,1...0,3
Огнеупорный наполнитель
на основе диоксида кремния Остальное [3].

Однако формы и стержни, изготовленные из смеси такого состава, обладают малой пластиночностью на всех стадиях отверждения; повышенная хрупкость смеси может привести к образованию трещин в стержнях и формах и, следовательно, к ухудшению их эксплуатационных свойств. Кроме того, 20%-ный водный раствор аммиака, вводимый в качестве катализатора твердения путем его диспергирования в потоке воздуха, другими словами аммиачно-воздушная продувка смеси с целью повышения прочности смеси и скорости ее отверждения может способствовать ухудшению санитарно-гигиенических условий труда и экологической обстановки в цехе. К недостаткам смеси следует также отнести относительно высокое по сравнению с заявляемой смесью содержание основных компонентов железофосфатной холоднотвердеющей смеси: алюмохромфосфатной связки 4-6 мас.% и окислов железа 2-4 мас.%.

Цель изобретения - улучшение качества форм и стержней за счет повышения их упругопластических свойств.

Холоднотвердеющая смесь по изобретению содержит в качестве комплексного металлооксидного материала магнийжелезооксидный порошок.

Получение комплексного металлооксидного материала осуществляют путем совместного помола магнийоксидного и железооксидного материалов до удельной поверхности 200. . . 400 м²/кг, при этом соотношение упомянутых материалов берут соответственно как (90...10) : (10...90).

Помол материалов можно осуществлять в шаровой мельнице, вибромельнице, дезинтеграторе и других видах оборудования.

В качестве железосодержащего материала могут быть использованы железная окалина, отход электросталеплавильного производства, отход конвертерного производства, трифолин, крокус, порошок магнитный черный, железорудный концентрат. В качестве магнийсодержащего материала могут быть использованы магнезит, обожженный при температуре выше 1500^оС, к которому относятся металлургический (спеченный) магнезит (ГОСТ 24862-81) и плавленный магнезит.

Введение комплексного металлооксидного материала в смесь в количестве менее 0,75 мас. % обуславливает низкую прочность форм и стержней на всех этапах отверждения, а введение его в количестве более 2,00 мас.% приводит к резкому снижению живучести смеси, ее пластичности и возможному разупрочнению форм и стержней через 24-48 ч твердения.

В качестве кислого фосфатного соединения в составе смеси можно использовать ортофосфорную кислоту (ГОСТ 10678-76) с плотностью 1400-1600 кг/м³; алюмофосфатное связующее, содержащее, мас.%: P₂O₅ 42,0...45,0; Al₂O₃ 10,0.. . 12,0; H₂O - остальное; алюмохромфосфатное связующее, содержащее, мас.%: P₂O₅ 42,0...45,0, Al₂O₃ 8,0...10,0, Cr₂O₃ 3,7...4,5, H₂O - остальное и другие. Кислое фосфатное соединение предлагается вводить в смесь в количестве 2,00-3,00 мас.%. Введение в смесь кислого фосфатного соединения в количестве менее 2,00 мас.% и более 3,50 мас.% приводит к снижению прочности на конечных этапах твердения.

Огнеупорным зернистым наполнителем силикатной природы могут служить кварцевый, дистенсиллиманитовый, цирконовый пески и т.п.

Смеси готовили следующим образом.

Огнеупорный зернистый наполнитель силикатной природы перемешивали в лабораторном лопастном смесителе периодического действия с комплексным металлооксидным материалом. Время перемешивания составляло 1,0-1,5 мин. Далее вводили кислое фосфатное соединение и продолжали перемешивание в течение 1,0 мин.

Из полученной смеси известными способами набивали стандартные образцы диаметром и высотой 50 мм для определения живучести, прочности на сжатие, деформации и осыпаемости.

Составы смесей представлены в табл. 1 и 3, их свойства - в табл. 2 и 4.

Из результатов испытаний следует, что смесь по изобретению обеспечивает улучшение качества форм и стержней за счет повышения из упругопластических свойств.

Формы и стержни, изготовленные из смеси по изобретению, могут быть использованы для стального, чугунного и цветного литья в условиях массового, крупносерийного и индивидуального производства.

Использование: в литейном производстве для изготовления литейных форм и стержней. Сущность: смесь содержит, мас.%: комплексный металлооксидный материал (полученный путем совместного помола магнийоксидного и железооксидного материала до удельной поверхности 200 - 400 м²/кг 0,75 ... 2,0; кислое фосфатное соединение 2,0 ... 3,50; огнеупорный зернистый наполнитель силикатной природы - остальное. Комплексный металлооксидный материал содержит , мас.%: FeO 4,0 ... 30,0; Fe₃O₄ 5,0 ... 40,0; Fe₂O₃ 1,0 ... 20,0; MgO 10,0 .. . 90,0. За счет использования в холодно-твердеющей смеси комплексного металлооксидного материала данного состава позволяет улучшить качество форм и стержней благодаря повышению их упругопластических свойств. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, включающая порошкообразный железосодержащий материал, кислое фосфатное соединение и огнеупорный зернистый наполнитель силикатной природы, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества форм и стержней за счет повышения их упругопластических свойств, в качестве порошкообразного железосодержащего материала она содержит комплексный металлооксидный материал с удельной поверхностью 200 - 400 м²/кг, полученный путем собственного помола магнийоксидного и железооксидного материалов, взятых в соотношении соответственно ( 10 - 90) : (90 - 10), при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Комплексный металлооксидный материал с удельной поверхностью 200 - 400 м²/кг 0,75 - 2,00
Кислое фосфатное соединение 2,0 - 3,5
Огнеупорный зернистый наполнитель силикатной природы Остальное. 2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что комплексный металлооксидный материал с удельной поверхностью 200 - 400 м²/кг содержит, мас.%:
Оксид железа (2+) FeO 4 - 30
Оксид железа (2+, 3+) Fe₃O₄ 5 - 40
Оксид железа (3+) Fe₂O₃ 1 - 20
Оксид магния MgO 10 - 90