ПРОТИВОПРИГАРНАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ КРАСКА ДЛЯ ИЗЛОЖНИЦ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ Российский патент 2009 года по МПК B22C3/00 C09D5/18 B22D13/10 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к противопригарным теплоизоляционным краскам, наносимым на внутреннюю поверхность крупногабаритных изложниц при изготовлении массивных (10-25 т) биметаллических прокатных валков методом центробежного литья.

При изготовлении подобных заготовок роль разделительного покрытия между изложницей и отливкой становится определяющей, так как ее воздействие сказывается на формировании качества рабочего слоя валков (чистота поверхности, структура, физико-механические свойства, в том числе твердость и прочность, величина припуска на механообработку), а также на эксплуатационную стойкость изложниц.

Основная проблема в этом случае состоит в необходимости разработки такого состава покрытия, которое отличается как высокой термостойкостью и хорошей кроющей способностью, обеспечивающими высокую чистоту поверхности отливки, так и защитными теплоизолирующими свойствами, позволяющими продлить срок службы дорогостоящих крупногабаритных изложниц.

В настоящее время при изготовлении крупногабаритных заготовок из чугуна и стали методом центробежного литья получили широкое применение теплоизоляционные покрытия на основе сыпучих материалов: диатомита и бентонита (пат. РФ №2089326) или диоксид циркония с индустриальным маслом (пат. РФ №2297300), а также смеси кварцита, окиси магния, окислов кальция, железа, карбида кремния, графита, диоксида циркония и связующего (пат. РФ №2258577).

Несмотря на высокие теплоизолирующие свойства указанных покрытий все они обладают рядом серьезных недостатков:

- отсутствие ровной поверхности, бугристость;

- резко выраженный пригар на поверхности отливки;

- сравнительно высокая толщина слоя покрытия (4-8 мм);

- разрушение покрытия и его вымывание при заливке металла;

- высокая трудоемкость при извлечении отливки.

Указанные недостатки приводят к увеличению припуска отливки на механообработку и значительному их браку из-за неравномерного отбела рабочего слоя, а также затрудняют извлечение заготовок из изложницы.

Поэтому наиболее рациональным покрытием, обеспечивающим решение настоящей проблемы, является использование его в виде литейной краски, способной устранить недостатки сыпучего покрытия и в то же время, обладая высокой термостойкостью и защитными теплоизолирующими свойствами, иметь высокие физико-механические свойства, позволяющие противостоять от разрушения усилиям, возникающим при взаимодействии струи металла при ее заливке с поверхностью покрытия на внутренней поверхности вращающейся формы.

В связи с этим требования к литейной краске на внутренней поверхности крупногабаритной изложницы сводятся к следующему:

- высокий уровень прочности к истиранию в пределах 0,8-1,2 кг/мм²;

- высокая термостойкость, обеспечивающая чистоту поверхности отливки;

- достаточная толщина слоя краски - до 2,0 мм;

- вязкость по ВЗ-4 - 11,0-12,0 с;

- высокая седиментационная устойчивость 80-85%;

- хорошая кроющая способность;

- отсутствие токсичных компонентов.

Известен состав антипригарной краски, используемой для покраски кокилей при изготовлении чугунных отливок, типа мелющих тел (патент РФ №2164457), отличающейся тем, что дополнительно содержит электрокорунд, огнеупорную глину и каолин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

муллитокорундовый шамот 8,1-10,7 электрокорунд 3,6-4,4 циркон 2,9-4,4 огнеупорная глина 1,1-2,1 каолин 1,1-2,9 жидкое стекло 4,3-4,8 вода остальное.

Недостатком указанного состава краски является наличие пригара на поверхности отливок, а также недостаточная толщина слоя покрытия (0,1-0,5 мм), что приводит к вымыванию краски при заливке больших масс металла (10-25 т) и, как следствие, к привариванию отливки к изложнице и ее разрушению.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению (прототип) является патент (РФ №2254203) на состав краски с добавлением поверхностно-активного вещества, в качестве которого используется алкилсиликонаты натрия (этилсиликонат натрия или метилсиликонат натрия) в количестве 0,015-0,1% от суммы компонентов смеси.

Недостатком прототипа является более низкая прочность краски по сравнению с аналогом, что приводит к уменьшению толщины слоя краски до 0,3 мм, которая дает удовлетворительные результаты при изготовлении мелких до 10 кг отливок (чугунные шары ⌀ 25-100 мм), но неприемлема при изготовлении крупных заготовок типа прокатных валков массой в несколько тонн из-за вымывания покрытия при заливке, оголения изложницы и, как следствие, приваривания к ней массивной отливки, а также появления трещин в отливке из-за высокой интенсивности охлаждения. По этой же причине при изготовлении массивных заготовок защитные теплоизоляционные свойства указанной в прототипе краски по отношению к изложнице настолько низки, что стойкость их по количеству отливок оценивается 2-4 штуки и их использование считается нерентабельным.

Указанные недостатки, присущие прототипу, объясняются низкими прочностными свойствами краски и перенасыщенностью ее состава компонентами аналогичного по своим физико-механическим свойствам влияния на свойства краски.

Наличие жидкого стекла в составе прототипа в количестве 4,3-4,8% нецелесообразно при необходимости повышения толщины слоя краски, т.к. ее прочность при высоких температурах снижается.

Предлагаемая краска в заявленном составе позволяет обеспечить наряду с чистотой поверхности отливки и высокие защитные по отношению к изложнице теплоизоляционные свойства, позволяющие наносить слои толщиной 1,1-2,0 мм краски на внутреннюю поверхность вращающейся крупногабаритной изложницы при заливке больших масс металла (10-25 т) с высокими прочностными характеристиками.

Указанный технический результат достигается тем, что в противопригарной теплоизоляционной краске для изложниц центробежного литья, содержащей цирконовый порошок, бентонит, поверхностно-активное вещество (диспергатор) и воду, в качестве диспергатора применяется пенообразователь на основе α-алифинов и пенорегулятор на основе полиметилполисилаксанов в соотношении 1,0:0,1 при следующем содержании компонентов, мас.%:

цирконовый порошок 70-75 бентонит 2,5-4,5 диспергатор 0,11-0,20 вода остальное.

Добавление диспергатора, содержащего пенообразователь и пеногаситель, позволяет регулировать состоянием суспензии, ограничивая чрезмерное образование пены в краске.

Одновременно с этим компоненты диспергатора, адсорбируясь на частицах цирконового порошка и бентонита, способствуют снижению вязкости раствора путем вытеснения связанной воды в суспензию без изменения ее общего влагосодержания и снижения седиментационной устойчивости. Наличие в составе краски цирконового порошка в количестве 70-75% в качестве наполнителя способствует повышению ее термостойкости и улучшению качества поверхности отливок.

Бентонит в качестве связующего в заявленном соотношении компонентов в количестве 2,5-4,5% обеспечивает наряду с действием диспергатора высокую прочность суспензии после тепловой обработки, что позволяет наносить слой краски на внутренней поверхности изложницы толщиной до 2,0 мм и этим самым обеспечить защиту изложниц от разрушающего напора заливаемого металла.

Изменения соотношения пенообразователя и пеногасителя в составе краски меньше или больше чем 1,0:0,1 приводят к ухудшению состояния суспензии по вязкости и ее седиментационной устойчивости.

Увеличение содержания диспергатора в краске сверх 0,20% понижает вязкость суспензии сверх требуемых по техническим условиям значений, а понижение более 0,11% увеличивает ее.

При содержании цирконового порошка в заявленном составе краски ниже 70% уменьшается ее термостойкость, что ведет к ухудшению чистоты поверхности отливок и появлению шероховатости, а при содержании цирконового порошка выше 75% уменьшается седиментационная устойчивость покрытия, что приводит к расслоению краски.

При содержании бентонита в заявленном составе краски ниже 1,5% нарушается гомогенность суспензии и ухудшается ее кроющая способность, при этом прочность покрытия снижается.

Завышение содержания бентонита сверх 4,5% приводит к рыхлости покрытия и его разрушению при заливке металла. В таблице 1 и 2 приведены составы и основные свойства предлагаемой краски по сравнению с прототипом.

Таблица 1 Составы противопригарных покрытий Наименование компонентов покрытия Количество компонента, мас.% заниженное содержание предлагаемый состав завышенное содержание прототип Цирконовый порошок 6,9 70,0 73,0 75,0 76,0 2,9-4,4 Бентонит 1,4 1,5 2,0 2,5 2,6 - ПАВ (алкилсиликонат натрия) %           0,015-0,10 ПАВ (диспергатор) % 0,11 0,12 0,16 0,20 0,21 0,12-0,20 Муллитокорундовый шамот - - - - - 8,1-10,7 Электрокорунд - - - - - 3,6-4,4 Глина - - - - - 1,1-2,1 Каолин - - - - - 1,1-2,9 Жидкое стекло - - - - - 4,3-4,8 Вода остальное остальное остальное остальное остальное остальное

Таблица 2 Свойства противопригарных теплоизоляционных красок Наименование физико-механических характеристик краски Показатели качественных характеристик краски заниженное содержание компонентов предлагаемый состав завышенное содержание компонента прототип Чистота поверхности отливок (наличие пригара) % от площади отливки 10,0 0,0 0,0 0,0 15,0 84,0 Прочность на истирание, кг/мм² 0,6 0,8 0,9 12 44 0,3 Кроющая способность не удовл. хорошая хорошая хорошая не удовл. не удовлетв. Седиментационная устойчивость, % 80,0 80,0 82,0 85,0 65 65,0 Толщина слоя, мм 1,2 1,6 1,8 2,0 1,0 0,1-0,3 Вязкость по ВЗ-4, с 9,0 11,5 11,5 12,0 15,0 20,0

Пример использования предлагаемой краски

Предварительно измельченный цирконовый порошок, а также бентонит в заявленных количествах смешиваются в смесителе валкового типа. В перемешанную сухую смесь добавляется вода с последующим выстаиванием в течение 24 часов.

Полученная сухая смесь подается в растворомешалку, куда вводится диспергатор с добавлением воды и последующим перемешиванием для получения однородной суспензии.

Вязкость суспензии проверяется на отобранной пробе и должна составлять по ВЗ-4 11,0-12,0 с. Все применяемые материалы для приготовления краски не обладают токсичностью.

Подготовленная краска наносится методом пульверизации на внутреннюю поверхность предварительно нагретой до температуры 200-210°С изложницы в процессе ее вращения.

Апробирование заявленного состава краски производилось при изготовлении биметаллических прокатных валков массой 15-25 т. При заливке рабочего слоя массивных валков из легированного чугуна со скоростью ~ 100 кг/с толщина слоя краски составляла 1,5-2,0 мм. Поверхность отливок, полученных с применением заявленного состава краски, отличалась ровным рельефом и не имела пригара, а внутренняя поверхность изложницы не имела сетки разгара и других дефектов.

Свойства полученных прокатных валков с использованием заявленного в изобретении состава противопригарной теплоизоляционной краски отвечали всем предъявляемым техническими условиями требованиям к их качеству.

Изобретение относится к литейному производству, в частности к противопригарным теплоизоляционным краскам для крупногабаритных изложниц. Краска содержит, мас.%: цирконовый порошок - 70-75, бентонит - 2,5-4,5, диспергатор 0,11-0,20, вода - остальное. В качестве диспергатора используют пенообразователь на основе α-алифинов и пенорегулятор на основе полиметилполисилаксанов в соотношении 1,0:0,1. Применение краски обеспечивает высокую прочность и термостойкость покрытия с толщиной слоя 1,1-2,0 мм и увеличение срока службы изложниц, а полученные массивные заготовки имеют высокую чистоту поверхности. 2 табл.

Противопригарная теплоизоляционная краска для изложниц центробежного литья, содержащая цирконовый порошок, бентонит, диспергатор и воду, отличающаяся тем, что в качестве диспергатора используют пенообразователь на основе α-алифинов и пенорегулятор на основе полиметилполисилаксанов в соотношении 1,0:0,1 при следующем содержании компонентов, мас.%:
цирконовый порошок 70-75 бентонит 2,5-4,5 диспергатор 0,11-0,20 вода остальное