ПРОТИВОПРИГАРНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ Российский патент 2009 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для приготовления противопригарных покрытий литейных форм и стержней для стальных и чугунных отливок.

Известен состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях (А.С. SU №1217552 А, кл. В22С 3/00, опубл. 15.03.86, бюл. №10) следующего состава, мас.%:

Отход очистки газов металлургического производства - 55-60

Бишофит - 12-16

Вода - остальное

В данном изобретении отход очистки газов металлургического производства используется в качестве огнеупорного наполнителя, который при контакте с жидким металлом спекается и препятствует проникновению оксидов металла в поры формы.

Однако бишофит имеет высокую гигроскопичность (15%), что на порядок выше гигроскопичности противопригарных покрытий, применяемых в литейном производстве. Противопригарное действие данного состава возможно при наличии в составе бишофита, при снижении содержания которого на отливках образуется пригар и ухудшается шероховатость поверхности.

Известен состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней (А.С. SU №1407652 А1, кл. В22С 3/00, опубл. 07.07.88, бюл. №25), имеющего следующий состав, мас.%:

Отход производства карбида кремния - 60-64

Органическое связующее (сульфитно-дрожжевая бражка) - 6-10

Бентонит - 3-5

Вода - 24-28

Данный состав применяется при изготовлении чугунных отливок и не может использоваться при изготовлении отливок из стали, так как жидкая сталь в отличие от жидкого чугуна растворяет карбид кремния, являющегося основой огнеупорного наполнителя. Это происходит потому, что углеродистая сталь для машиностроительных отливок содержит гораздо меньше углерода (0,2-0,5%) и кремния (0,2-0,4%), чем машиностроительный серый чугун (3,3-3,6% и 1,7-2,4% соответственно). Кроме этого, температура заливки стали (1560-1600°С) выше температуры заливки серого чугуна (1320-1360°С). При растворении карбида кремния в жидкой стали уменьшается толщина противопригарного покрытия и возникает пригар на поверхности стальных отливок.

Наиболее близким по составу к предлагаемому является противопригарное покрытие литейных форм и стержней для стальных отливок (Пат. РФ №2170155, В22С 3100, опубликован 2001.07.10), имеющее следующий состав, мас.%:

Отход очистки газов металлургического производства, содержащий оксид железа - 30-34

Отход производства карбида кремния - 37-40

Органическое связующее - 4-5

Натрий-карбоксиметилцеллюлоза - 1-2

Вода - остальное

Недостатком данного изобретения является применение данного покрытия только для стальных сплавов.

Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.

Решаемая задача - расширение технологических возможностей покрытия за счет использования его как для стальных, так и для чугунных отливок.

Технический результат - снижение глубины обезуглероженного слоя на стальных отливках при легком отделении корки пригара.

Этот технический результат достигается тем, что в противопригарном покрытии для литейных форм и стержней, включающем отходы производства, содержащие оксид железа, связующее и воду, в качестве отходов производства, содержащих оксид железа, использованы отходы ванн травления и ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов, а в качестве связующего - декстрин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отходы ванн травления отливок   из железоуглеродистых сплавов 43-47% отходы ванн фосфатирования отливок   из железоуглеродистых сплавов 43-47% связующее - декстрин 8-12% вода до плотности 1600 кг/м³

В результате сложных химических реакций на поверхности отливки формируется толстая корка пригара, состоящая из оксидов железа Fе₂О₃, Fе₃O₄, FeO и фаялита (2FeO·SiO₂), которая за счет внутренних напряжений и термической усадки металла легко отделяется от поверхности отливки. Кроме того, оксид фосфора (Р₂О₅), входящий в состав отходов гальванического производства и образующий с железом фосфид FeP, переходящий в пригарную корку, обеспечивает пригару дополнительную хрупкость.

Улучшение экологической безопасности покрытия достигается за счет применения отходов, высокотемпературный нагрев которых не приводит к изменению экологической обстановки цеха. С другой стороны, применение отходов гальванического производства способствует снижению затрат на утилизацию выбросов, что, в свою очередь, не может не отразиться на сохранении земель, предназначенных под полигоны.

Противопригарное покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Плотность краски контролируется ареометром. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут.

Состав отходов гальванического производства - ванн травления и ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов - приведен в таблице 1. В таблице 2 приведены составы противопригарных покрытий по примерам 1-4. Ниже приведены примеры противопригарных покрытий на основе отходов гальванического производства и результаты их использования.

Пример 1

Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней стального литья (сталь 35Л ГОСТ 380-88). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:

Отходы ванн травления отливок   из железоуглеродистых сплавов 43% Отходы ванн фосфатирования   из железоуглеродистых сплавов 47% Декстрин 10% Вода до плотности 1600 кг/м³

Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С и течение 8-10 минут. Форма запинается металлом, имеющим температуру 1600°С. Результаты приведены в таблице 3.

Пример 2

Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для стального литья (сталь 35Л ГОСТ 380-88). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:

Отходы ванн травления   из железоуглеродистых сплавов 45% Отходы ванн фосфатирования   из железоуглеродистых сплавов 45% Декстрин 10% Вода до плотности 1600 кг/м³

Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1600°С для стали. Результаты приведены в таблице 3.

Пример 3

Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для чугунного литья (СЧ25 ГОСТ 1412-85). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:

Отходы ванн травления   из железоуглеродистых сплавов 47% Отходы ванн фосфатирования   из железоуглеродистых сплавов 43% Декстрин 10% Вода до плотности 1600 кг/м³

Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1320-1340°С. Результаты приведены в таблице 3.

Пример 4

Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для чугунного литья (СЧ25 ГОСТ 1412-85). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:

Отходы ванн травления   из железоуглеродистых сплавов 48% Отходы ванн фосфатирования   из железоуглеродистых сплавов 48% Декстрин 4% Вода до плотности 1600 кг/м³

Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1320-1340°С. Результаты приведены в таблице 3. В этом случае резко снижается седиментационная устойчивость.

В других примерах меняли содержание компонентов, проверяя его оптимальное значение. При этом установлено следующее:

1. При снижении количества отходов гальванического производства ниже 43% каждого вида, т.е. применение его в качестве технологической добавки, неэффективно, так как снижается количество оксида железа Fе₂О₃, входящего в состав отходов, что влечет за собой образование трудноотделимого пригара и ухудшает качество поверхности как чугунных, так и стальных отливок.

2. Увеличение содержания отходов в противопригарном покрытии неэффективно, так как приводит к увеличению содержания фосфора, которое может перейти в отливку и увеличить ее хрупкость.

3. Снижение количества связующего приводит к снижению кроющей способности покрытия и растрескиванию слоя покрытия при предварительной сушке форм.

4. Снижение плотности покрытия ниже 1600 кг/м³ приводит к образованию подтеков на поверхности формы и стержня и увеличению расхода покрытия. Увеличение плотности снижает качество покрытия.

Применение представленного состава покрытия для литейных форм и стержней не вызовет трудностей при переходе к его применению, так как покрытие на основе доступных материалов. Применение данного противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях для стального и чугунного литья позволит снизить трудоемкость очистных операций и получать чистую от пригара поверхность отливок, снизить затраты на приобретение ингредиентов. Кроме того, применение данного покрытия является экологически безопасным.

Таблица 1
Состав отходов гальванического производства Компонент Содержание, %   Осадок ванн травления отливок из железоуглеродистых сплавов Осадок ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов Железо (Fe₂O₃) 52 59 Цинк (ZnO) 0,0003 0,0002 Натрий (NaO) 1,3 0,5 Фосфор (P₂O₅) 0,75 2,1 Нитраты 0,01   Хлориды   0,21

Таблица 2
Составы противопригарных покрытий Ингредиенты Содержание, мас.%   1 2 3 4 Отходы ванн травления отливок из железоуглеродистых сплавов 43 45 46 48 Отходы ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов 47 45 43 48 Декстрин 10 10 11 4 Вода До плотности 1600
кг/м³ До плотности 1600 кг/м³ До плотности 1600 кг/м³ До плотности 1600 кг/м³

Таблица 3
Свойства противопригарных покрытий Свойство Показатель   Прототип 1 2 3 4 Прочность к истиранию, кг/мм 2,5 3,0 3,5 2,9 3,0 Глубина обезуглероживания (для стальных отливок), мкм 43-54 30 35 42 37 Область применения Сталь Чугуны и углеродистые стали

Изобретение относится к литейному производству. Покрытие содержит, мас.%: отходы ванн травления 43-47%, отходы ванн фосфатирования 43-47%, декстрин 8-12%, вода остальное. Воду добавляют до плотности 1600 кг/м³. Достигается облегчение удаления пригара отливки и снижение глубины обезуглероженного слоя на стальных отливках. 3 табл.

Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, содержащее отходы производства, в том числе оксид железа, связующее и воду, отличающееся тем, что в качестве отходов производства, содержащих оксид железа, использованы отходы ванн травления и ванн фосфатирования деталей из железоуглеродистых сплавов в виде осадков, а в качестве связующего использован декстрин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отходы ванн травления 43-47% отходы ванн фосфатирования 43-47% декстрин 8-12% вода остальное до плотности 1600 кг/м³