СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНТИПРИГАРНОЙ КРАСКИ Российский патент 2005 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к способам изготовления антипригарных красок (АПК) для покрытия кокилей, предназначенных для изготовления чугунного литья, а также для покрытия изложниц для разливки цветных, в частности алюминиевых сплавов.

Известен способ изготовления порошков для литейных красок (авторское свидетельство N 93272, Кл. В 22 С 3/00, 1952 г.), используемых для чугунного и цветного литья, заключающийся в том, что мелкоизмельченные исходные материалы подвергают совместному помолу в шаровых мельницах до размера зерен 0,1 мм. Затем смешивают с нагретой до 50°С водой и после помещают в краскомешалку для получения суспензии с плотностью 1,3-1,4 г/см³ для окраски форм и стержней.

Недостатком такого способа получения литейных красок является грубая дисперсность ее порошкового наполнителя, а также высокая плотность суспензии. Эти параметры не обеспечивают получения тонких ровных покрытий на чугунных кокилях, в результате чего имеется пригар отливок к кокилю и увеличивается расход исходных материалов.

Известен способ получения композиционного наполнителя для противопригарных покрытий (авторское свидетельство N 1386352, Кл. В 22 С 3/00, 07.04.1988 г.). Суть его заключается в совместном помоле огнеупорных оксидных материалов с размером зерен до 0,3 мм и углеродного материала с размером зерен 0,1 мм до получения молотой смеси наполнителя с удельной поверхностью (Sуд.)=2500-5000 см²/г. Водная суспензия с указанным наполнителем имеет хорошую седиментационную способность за счет наличия легких частиц графита.

Недостатком указанного способа является использование дефицитного материала - графита. Кроме того, при использовании огнеупорного оксидного наполнителя с Sуд.=2500-3000 см²/г для суспензий без применения графита происходит ухудшение седиментационной устойчивости суспензии за счет осаждения крупных частиц тяжелых оксидов.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по способу изготовления антипригарной краски является способ изготовления краски для чугунных литейных форм (кокилей) при литье чугунных изделий, например мелющих тел (патент N 2164457, В 22 С 3/00, 27.03.2001 г.). При данном способе изготовления антипригарной краски помол каждого материала проводится в отдельности с учетом их разной твердости, а затем производится одновременное смешение всех молотых порошков. При смешении порошков мелкодисперсные частицы глины и каолина обволакивают более крупные частицы тяжелых огнеупорных материалов (муллитокорундового шамота, электрокорунда, и циркона), дополнительно гомогенизируя смесь порошков в целом. Подготовленная смесь наполнителя дозируется в краскомешалку, добавляется жидкое стекло и необходимое количество воды для получения суспензии с плотностью 1,12-1,16 г/см³.

К недостаткам указанного способа следует отнести малое количество заливок между двумя покрасками кокилей, появление пригара краски к кокилю и отливкам при более длительной эксплуатации, чем указано в патенте, что ведет к ухудшению качества отливок (появлению на них утяжек), особенно при их малых размерах.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления антипригарной краски, позволяющего повысить стойкость кокилей, обеспечить стабилизацию седиментационной устойчивости суспензии и снизить ее вязкость, при одновременном сохранении необходимой плотности и хорошей кроющей способности суспензии.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления антипригарной краски, включающем раздельный помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона, глины, каолина, смешивание порошков, последующее приготовление суспензии путем введения в смесь жидкого стекла и воды, при помоле вводят поверхностно-активное вещество. В процессе приготовления суспензии антипригарной краски поверхностно-активные вещества (ПАВ) адсорбируются на частицах компонентов наполнителя и образуют поверхностные слои, препятствующие сближению структурных элементов в суспензии. При этом снижается вязкость системы, особенно при наличии глинистых компонентов, и суспензия разжижается.

Эффект разжижения сводится к понижению поверхностной энергии дисперсной фазы за счет гидрофобизирующего действия ПАВ, которые, адсорбируясь на твердых частицах компонентов наполнителя, вытесняют связанную воду в раствор, за счет чего увеличивается количество свободной воды в суспензии. Вязкость суспензии уменьшается без изменения общего влагосодержания в системе и снижения седиментационной устойчивости. Суспензия не расслаивается при определенном времени выстаивания.

Экспериментально установлено, что при использовании поверхностно-активных веществ вне указанных количественных пределов происходит ухудшение седиментационной устойчивости и кроющей способности суспензии, что не позволяет продлить срок службы кокилей из-за наличия пригара отливок к кокилю.

В качестве поверхностно-активных веществ используются алкилсиликонаты натрия, которые вводятся на стадии раздельного помола компонентов: муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона. В процессе помола ПАВ равномерно распределяется по всему объему материала. Помол порошков муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона проводится до Sуд.=5500-6000 см²/г, глины - до 12000-14000 см²/г. Каолин используется в состоянии поставки с Sуд.=15000-17000 см²/г. Процесс помола и смешения молотых порошков осуществляется в шаровых мельницах с корундовой футеровкой корундовыми шарами.

Экспериментально показано, что для изготовления АПК на стадии помола каждого твердого компонента можно вводить любой вид алкилсиликоната натрия (этилсиликонат натрия или метилсиликонат натрия). При этом в суспензии АПК может содержаться любой из указанных ПАВ в отдельности или оба вместе в количестве, обеспечивающем необходимое общее содержание ПАВ в антипригарной краске 0,015-0,1% (г).

Пример 1. Производят помол каждого компонента в отдельности: помол глины до Sуд.=12000 см²/г без ввода ПАВ, помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона до Sуд.=5500 см²/г с вводом ПАВ: этилсиликонат натрия в количестве, обеспечивающем суммарное содержание ПАВ в антипригарной краске 0,1 мас.%. Молотые порошки и исходный каолин дозируют в краскомешалку, добавляют жидкое стекло и ¹/₄ часть воды. Перемешивают в течение 10-15 мин до получения однородной массы. Затем добавляют остальную воду и доводят плотность суспензии до 1,16 г/см³.

Пример 2. Производят помол каждого компонента в отдельности: помол глины до Sуд.=13000 cм²/г без ввода ПАВ, помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона до Sуд.=5500 см²/г с вводом ПАВ: метилсиликонат натрия в количестве, обеспечивающем суммарное содержание ПАВ в антипригарной краске 0,05 мас.%. Молотые порошки и исходный каолин дозируют в краскомешалку, добавляют жидкое стекло и ¹/₄ часть воды. Перемешивают в течение 10-15 мин до получения однородной массы. Затем добавляют остальную воду и доводят плотность суспензии до 1,14 г/см³.

Пример 3. Производят помол каждого компонента в отдельности: помол глины до Sуд.=14000 см²/г без ввода ПАВ, помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона до Syд.=6000 см²/г с вводом ПАВ: метилсиликонат натрия или этилсиликонат натрия в количестве, обеспечивающем суммарное содержание ПАВ в антипригарной краске 0,015 мас.%. Молотые порошки и исходный каолин дозируют в краскомешалку, добавляют жидкое стекло и ¹/₄ часть воды. Перемешивают в течение 10-15 мин до получения однородной массы. Затем добавляют остальную воду и доводят плотность суспензии до 1,12 г/см³.

При смешении всех компонентов наполнителя (молотых с ПАВ и без ПАВ) поверхностно-активное вещество распределяется по всему объему материалов в смесителе. ПАВ из поверхностных слоев частиц муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона частично адсорбируется на частицах глины и каолина, образуя почти мономолекулярный слой вокруг всех ингредиентов наполнителя.

Суспензия антипригарной краски, полученной по предлагаемому способу, более текуча, но ее седиментационная устойчивость за счет поверхностно-активных веществ остается хорошей. Суспензия не расслаивается при определенном времени выстаивания и требуется меньшее время для перемешивания при дальнейшем ее использовании, чем для суспензии без ПАВ.

На подогретые до 150°С кокили суспензию АПК распыляют пульверизатором, после чего заливают расплавленный чугун с температурой до 1400°С. Предлагаемый способ изготовления антипригарной краски апробирован в процессе изготовления краски для кокилей (как и прототип) при литье мелющих тел: чугунные шары диаметром 25-120 мм.

При этом, несмотря на меньшую вязкость суспензии, кроющая способность оставалась хорошей, а благодаря флюсующему действию ПАВ обеспечивалось хорошее покрытие краской поверхности кокиля и уменьшалось количество промежуточных подкрасок при увеличении количества заливок между двумя подкрасками.

При сгорании органической составляющей ПАВ в слое краски образуется копоть, что дополнительно снижает пригар отливок к кокилю при увеличении срока его службы и улучшает чистку кокилей от старых слоев краски.

Предлагаемый способ изготовления АПК апробирован при приготовлении краски для нанесения на чугунные изложницы при разливке алюминиевых сплавов: 200 изложниц (после нанесения на них пульверизатором краски) заливались 10-12 раз за один цикл заливок, всего проводилось 3 цикла по 4 часа. Установлено, что качество антипригарной краски соответствует предъявляемым к ней требованиям при алюминиевом литье.

Составы антипригарной краски, разработанной по предлагаемому способу изготовления, и ее технические характеристики приведены в табл.1 и 2.

Таблица 1
Составы антипригарной краски     Компоненты, мас.%СоставПрототип123НаполнительМуллитокорундовый шамот10,79,58,18,1-10,7Электрокорунд4,43,64,23,6-4,4Циркон (цирконовый концентрат)4,43,62,92,9-4,4Глина2,11,81,11,1-2,1Каолин1,12,22,91,1-2,9СвязующееЖидкое стекло4,34,74,84,3-4,8ПАВАлкилсиликонат натрия0,10,050,015 Вода остальноеостальноеостальноеостальное

Таблица 2
Технические характеристики АПК и кокилейСвойстваСоставПрототип123Плотность, г/см³1,161,141,121,12-1,16Кроющая способностьХорошаяХорошаяТолщина покрытия, мм0,1-0,30,1-0,30,1-0,30,1-0,5Количество заливок между двумя покрасками5-75-75-72-4Стойкость кокилей при литье чугунных шаров диаметром 25-100 мм, количество заливок880-1000390-700Качество поверхности отливок (шероховатость отливок)Пригар отсутствуетПригар отсутствует, шероховатость и утяжки на отливках наблюдаются после 700 заливокТермостойкость покрытия, °С1500-15301500-1530

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для покрытия литейных форм. Осуществляют раздельный помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона, глины, каолина. Помол муллитокорундового шамота, электрокорунда и циркона осуществляют совместно с поверхностно-активным веществом (ПАВ). ПАВ адсорбируется на частицах. Смешивают полученные порошки. Приготовляют суспензию путем ввода в смесь порошков жидкого стекла и воды. ПАВ вытесняют с поверхности частиц связанную воду в раствор. Создается эффект разжижения суспензии. Стабилизируется седиментационная устойчивость суспензии, снижается ее вязкость. Обеспечивается повышение стойкости литейных форм при чугунном и цветном литье. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ изготовления антипригарной краски, включающий раздельный помол муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона, глины, каолина, смешивание порошков, последующее приготовление суспензии путем введения в смесь жидкого стекла и воды, отличающийся тем, что при помоле муллитокорундового шамота, электрокорунда, циркона вводят поверхностно-активное вещество.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного вещества используют алкилсиликонаты натрия.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве алкилсиликонатов натрия используют этилсиликонат натрия и/или метилсиликонат натрия.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что общее количество вводимого поверхностно-активного вещества составляет 0,015-0,1% от суммы указанных компонентов смеси.