СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ Российский патент 2010 года по МПК B22C1/18 

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления литейных форм, стержней из жидкостекольных смесей.

Известны смеси для изготовления форм и стержней на жидкостекольном связующем, содержащие в качестве огнеупорного наполнителя кварцевый песок, различные органические и неорганические материалы с низкой температурой воспламенения [1]. Податливость и облегчение выбивки отливок достигается за счет применения в составе смеси органических материалов, которые, выгорая при взаимодействии с расплавленным металлом, разупрочняют стержни.

Известна смесь на основе жидкостекольного связующего 4-5%, едкого натра 0,9-1,1%, каолина 3,5-4,5%, прокаленного при 630-770°С, огнеупорного наполнителя на основе диоксида кремния [2].

Смесь имеет неудовлетворительные физико-механические свойства, в частности малую прочность на сжатие, что отрицательно сказывается на качестве литейной формы и, как следствие, на качестве литья, что практически не допускает использования смеси данного состава для изготовления стержней.

Наиболее близкой к изобретению по физико-химическому составу и достигаемому технологическому результату является смесь, содержащая жидкое стекло 5-14%, в качестве связующего - отход производства керамических изделий, содержащий глину 7-26%, кварцевый песок - остальное [3].

Смесь данного состава имеет высокие физико-механические свойства, однако для приготовления смеси необходимо значительное количество жидкого стекла 5-14%, а также стержни необходимо прокаливать (т.е. повышение трудоемкости, затрат энергии и связующего).

Заявляемое изобретение направлено на создание смеси для изготовления форм и стержней на жидкостекольном связующем, расширяющей ассортимент используемых материалов. Техническим результатом является создание смеси для изготовления литейных форм и стержней, обеспечивающей высокие механические характеристики без прокалки и уменьшение работы выбивки (т.е. снижение трудоемкости и затрат энергии).

Технический результат достигается тем, что смесь для изготовления форм и стержней, содержащая жидкое стекло, отход производства и кварцевый песок, согласно изобретению в качестве отхода производства содержит в своем составе скоп - отход целлюлозно-бумажного производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Жидкое стекло - 4-6

Скоп - отход целлюлозно-бумажного производства - 1-3

Кварцевый песок - остальное

Отличием заявляемого изобретения является использование в составе скопа, отхода целлюлозно-бумажного производства, который оказывает влияние на повышение технологических свойств жидкостекольной смеси. Скоп содержит в своем составе мелко измельченную древесину, которая служит для дополнительного упрочнения формовочной и стержневой смеси. За счет мелкодисперсности отхода и достаточного количества жидкостекольного связующего при минимальной работе уплотнений смеси получаем более прочную литейную форму. Высокая прочность смеси на сжатие после выдержки на воздухе или продувки СO₂ позволяет использовать ее для изготовления стержней литейной формы. При этом не происходит разрушения стержней и форм из данной смеси во время заливки жидким металлом. Тем самым использование данного состава смеси снизит брак отливок из стали и чугуна по засорам и другим дефектам, связанным с разрушением форм и стержней в процессе заливки.

Стержневую смесь приготавливают следующим образом.

В бегуны загружают кварцевый песок и жидкое стекло, смесь перемешивают до получения однородной массы. Затем вводят скоп и перемешивают, после чего смесь готова к формовке.

Изготовленные из смеси стержни для литейных форм продувают СO₂, или выдерживают на воздухе. После этого они готовы к использованию.

Пример.

Для сравнения были изготовлены образцы из предлагаемого состава и из смеси известного состава [3] - прототипа.

Состав смесей и физико-механические свойства в сыром состоянии, после сушки или после прокаливания при температуре 800°С в течение 1 часа приведены в табл.1 и 2.

Для приготовления смеси используют следующие материалы: стекло натриевое жидкое ГОСТ 1378-67; песок кварцевый 2К02 - ГОСТ 2138-84. Отход целлюлозно-бумажного производства - скоп имеет следующий химический состав, мас.%: 90…95 Н₂О, 5…10 органические вещества (мелко измельченные частицы древесины), до 0,5% минеральных примесей.

В бегуны загружают кварцевый песок и жидкое стекло, смесь перемешивают до получения однородной массы в течение 3-7 минут. Затем вводят скоп и перемешивание проводят еще 5-10 минут, после чего смесь готова к формовке.

Изготовленные из смеси стержни для литейных форм продувают СО₂ или выдерживают на воздухе в течение 2-3 часов и более в зависимости от размера стержня. После этого они готовы к использованию.

Свойства смеси оценивались на стандартных образцах (Д-50 мм и Н-50 мм), изготовленных в стержневом ящике модели 037 М на копре модели 031 или 2М030 тремя ударами груза массой 6,35±0,015 кг, падающего с высоты 50±0,25 мм.

Для сравнения принят пример 2 прототипа, где количество компонентов соответствует предлагаемому в %:

жидкое стекло - 5 (в предлагаемом 4-6);

отход производства - 7 (в предлагаемом 1-3);

кварцевый песок - остальное.

Предел прочности на сжатие во влажном состоянии и прочность на сжатие в отвержденном состоянии в образцах, приготовленных из предлагаемого состава, выше, чем в известном решении.

Газопроницаемость по сравнению с примером 2 прототипа ниже, но соответствует ГОСТ, а в примерах 6, 7, 8 прототипа она достигается за счет значительного повышения расхода жидкого стекла и отхода производства.

То же относится к пределу прочности на разрыв в сухом состоянии.

Осыпаемость по предлагаемому решению оптимальна в примере 3.

Остаточная прочность в примерах 2 и 3 предлагаемого решения примерно соответствует примеру 2 прототипа, а в примере 4 - превосходит. Причем достигается она в предлагаемом решении без прокалки образцов и обеспечивает лучшую выбивку, т.к. нет спекания массы.

Из табл.2 видно, что предлагаемая смесь имеет высокие прочностные свойства при хорошей для стержневых смесей газопроницаемости и выбиваемости.

Оптимальное содержание скопа в смеси находится в пределах 1-3%. При содержании отходов в смеси меньше 1% снижается газопроницаемость, а работа выбивки увеличивается. Имеются неудовлетворительные физико-механические свойства смеси.

Увеличение содержания скопа более 3% приводит к значительному повышению газопроницаемости, понижению прочности смеси и к неоправданному увеличению количества связующего в составе смеси.

Таким образом, введение скопа в смесь в указанных выше количествах позволит получить формовочную, стержневую смесь с оптимальными физико-механическими и технологическими свойствами, обеспечивающими изготовление качественных стержней и элементов литниково-питающей системы для литейной формы, сводящих к минимуму возможность их разрушения при заливке формы расплавленным металлом.

При этом уменьшается стоимость формовочной стержневой смеси за счет того, что вместо других дорогостоящих добавок, улучшающих требуемые физико-механические свойства, в состав смеси вводим отход целлюлозно-бумажного производства - скоп по технологии, требующего утилизации.

Качество отливок из стали 45Л, полученных в формах, стержнях, изготовленных из данной смеси с использованием противопригарной краски на основе циркона, повышается за счет исключения засоров, которые, как принято считать, являются продуктами разрушения литниково-питающей системы.

Кроме того, использование отходов целлюлозно-бумажного производства скопа способствует уменьшению загрязнения окружающей среды и организации безопасной технологии.

Источники информации

1. Жуковский, С.С.Формовочные материалы и технология литейной формы [Текст]: справочник / С.С.Жуковский, Г.А.Аниеович, Н.И.Давидов и др.; под общ. ред. С.С.Жуковского. - М.: Машиностроение, 1993.

2. Авторское свидетельство СССР 1369848, кл. В22С 1/18, опубл. 30.01.1988.

3. Патент РФ 2224619, кл. В22С 1/18, опубл. 27.02.2004.

Таблица 1 № п/п Ингредиенты Состав смесей, мас.% № 1 прототип №2 №3 №4 1 2 3 4 5 6 2 Жидкое стекло, мас.% 5 4 5 6 3 Отход производства керамических изделий 7 - - - 4 Скоп - отход целлюлозно-бумажного производства - 1 1,5 3 5 Кварцевый песок 88,0 95,0 93,5 91,0

Таблица 2 № п/п Физико-механические свойства Состав смесей, мас.% №1 прототип №2 №3 №4 1 2 3 4 5 6 1 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа 0,03 0,02 0,07 0,06 2 Прочность на сжатие в отвержденном состоянии, МПа 1,95 1,5 2.0 2,2 3 Газопроницаемость, ед. 380 240 283 180 4 Предел прочности на разрыв в сухом состоянии, МПа 0,82 0,1 0,2 0.3 5 Осыпаемость, % 0,1 0,06 0,01 0,04 6 Работа выбивки, кДж 110 70 80 100 7 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 800°С, МПа 0,4 0,3 0,5 0,7 Без прокалки

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит жидкое стекло, кварцевый песок и скоп - отход целлюлозно-бумажного производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: жидкое стекло 4-6, скоп - отход целлюлозно-бумажного производства 1-3, кварцевый песок остальное. Скоп - отход целлюлозно-бумажного производства имеет следующий состав мас.%: Н₂О 90-95, органические вещества в виде мелко измельченных частиц древесины 5-10, минеральные примеси до 0,5. Обеспечиваются высокие механические характеристики без прокалки форм и стержней и уменьшение работы выбивки. 2 табл.

Смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая жидкое стекло, кварцевый песок и отход производства, отличающаяся тем, что в качестве отхода производства она содержит скоп - отход целлюлозно-бумажного производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Жидкое стекло 4-6 Скоп - отход целлюлозно-бумажного производства 1-3 Кварцевый песок Остальное,