Смесь для изготовления литейных форм Российский патент 2017 года по МПК B22C1/22 

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к области получения и использования формовочных материалов для изготовления водо- и газонепроницаемых литейных форм, применяемых при производстве литых биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж») сплавов на основе меди и др. методом направленной кристаллизации с использованием активных водо- и водовоздушных хладагентов.

Известна формовочная смесь [1] для изготовления литейных оболочковых форм и стержней по нагреваемой оснастке, включающая кварцевый песок, новолачную формальдегидную смолу, уротропин и стеарат кальция, триолан «Б», обеспечивающая получение высокой прочности оболочковых форм и трудозатраты при изготовлении смеси.

Недостатком [1] является высокая водо- и газопроницаемость, не позволяющая применять активные водо- и водовоздушные хладагенты для обеспечения плоского фронта направленной кристаллизации отливок, необходимого при получении биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж»).

Известна формовочная смесь [2] для изготовления литейных оболочковых форм и стержней в нагреваемой оснастке содержащая, мас.%: новолачную фенолформальдегидную смолу 3,0-6,0, 33%-ный водный раствор уротропина 0,9-1,7; эмульсию на основе кремнийорганического продукта (КЭ60 - 09) 0,01-0,1; огнеупорный наполнитель - остальное. За счет содержания в смеси эмульсии (КЭ60 - 09) повышается прочность смеси, снижается прилипаемость ее к модельной оснастке, а также улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

Недостатком [2] является высокая водо- и газопронизаемость, не позволяющая применять активные водо- и водовоздушные хладагенты для обеспечения плоского фронта направленной кристаллизации отливок, необходимого при получении биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж»).

В качестве прототипа изобретения выбрана смесь для изготовления литейных стержней [3], отверждаемых в нагреваемой оснастке, содержащая кварцевый песок, связующее и катализатор-отвердитель КЧ-41. В качестве связующего смесь содержит эмульсионную связующую композицию на основе карбамидофурановой смолы КФ-90 и модифицирующих микродобавок, полученных путем активирующей обработки в двухроторном лопастном смесителе и в шаровой вибрационной мельнице пыли из электрофильтров аспирационных систем литейного двора доменного производства (АПДГТ), имеющей следующий состав, мас. %: SiO₂ - 4, СаО - 3,45, MgO - 0,8, MnO - 0,13, Al₂O₃ - 1,08, FeO - 14,6, Fe₂O₃ - 50,3, С - 21,4, и алюмохромового порошка (АХ), содержащего, мас.%: Al₂O₃ - 72,5, Cr₂O₃ - 16,2, SiO₂ - 5,8, Fe₂O₃ - 1,4, MnO - 0,05, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %: карбамидо-фурановая смола КФ-90 - 0,98-1,69, катализатор-отвердитель КЧ-41 - 0,39-0,50; АПДП - 0,12-0,49; АХ - 0,00-0,49; огнеупорный наполнитель - остальное.

Существенным недостатком формовочной смеси [3] является сложная и трудоемкая технология получения пыли из электрофильтров аспирационных систем литейного двора доменного производства требуемого фракционного состава.

Основной целью заявляемого изобретения является разработка высококачественной и недорогой формовочной смеси для изготовления высокотеплопроводных водо- и газонепроницаемых литейных форм.

Указанная цель достигается путем применения в составе формовочной смеси пыли, получаемой в центробежных установках из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей, образующихся в результате плавки сталей и чугунов.

В действующих литейных цехах, в частности на Литейном заводе ПАО «КАМАЗ», где применяется электродуговая плавка сталей и чугунов, собирается из отходящих металлургических газовых потоков в специальных центробежных установках (бекхаузах) большое количество дисперсной пыли, фракцией порядка 0,1-0,12 мкм, содержащей, мас. %: оксид железа (II), FeO - 60-70; оксид железа (III), Fe₂O₃ - 15-20; оксид хрома (III), Cr₂O₃; оксид магния, MgO; оксид кальция, СаО; оксид марганца, MnO до 15-20.

Сущность изобретения заключается в том, что в формовочную смесь, содержащую огнеупорный наполнитель, связующее и катализатор, дополнительно вводят стальную дробь и пыль из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей. В качестве связующего смесь содержит фенолформальдегидную смолу, в качестве катализатора - 25%-ный водный раствор кристаллогидрата азотнокислой меди и 16%-ный водный раствор кобальта диамида, а в качестве огнеупорного наполнителя - цирконовый песок, при следующем соотношении компонентов, мас. %: стальная дробь 50-60; пыль из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей 4-6; фенолформальдегидная смола 3-6; катализатор (25%-ный водный раствор кристаллогидрата азотнокислой меди и 16%-ный водный раствор кобальта диамида) 0,3-0,6; цирконовый песок - остальное.

Изготовление образцов для испытания физико-механических свойств водо- и газонепроницаемых литейных форм из разработанной смеси осуществляют следующим образом.

В смеситель загружают металлическую дробь, цирконовый песок КЦЗ - 1, ОСТ 48-82-74, пыль из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей и перемешивают в течение 60 с. Затем загружают фенолформальдегидную смолу СПФ - 011Л, ГОСТ 6 - 05-441-78 с катализатором - 25%-ный водным раствором кристаллогидрата азотнокислой меди [Cu(NO₃)₂⋅3H₂O] и 16%-ный водный раствор кобальта диамида [Co(NH₂)₂], и перемешивают в течение 10 мин. После этого смесь загружают в опоку для получения литейной формы, формирующей гравюру пресс-оснастки по нагреваемой до 200-220°С металлической модели.

Образцы для испытаний физико-механических свойств также получают по нагреваемой металлической модели. Нагретая до 200-220°С металлическая модель подвергается вибрации в течение 3-5 с. При этом на поверхности модели образуется полутвердый слой из формовочной смеси под действием тепла металлической оснастки. Окончательное отверждение формовочной смеси осуществляется в печи при температуре 400°С в течение 30 мин.

Оптимальное содержание ингредиентов в разработанной смеси определено на основании анализа испытаний физико-механических свойств отвержденных образцов.

При увеличении содержания металлической дроби в интервале 50-60% теплопроводность формовочной смеси возрастает от 5,8 до 9,8 Вт/м⋅°С. Дальнейшее увеличение количества дроби приводит к снижению огнеупорности смеси. Варьирование содержания фенолформальдегидной смолы в пределах 3-6% приводит к изменению прочности отвержденных образцов из смеси на разрыв от 30 до 58 МПа. При содержании смолы выше 6% снижается газопроницаемость отвержденной смеси за счет образования продуктов термодеструкциии в результате коксования смолы. Цирконовый концентрат в объеме 20-30% обеспечивает достаточную огнеупорность смеси (до 1650°С).

Добавка в состав формовочной смеси пыли из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей фракции 0,1-0,12 мкм объемом 4-6 мас. % при размерах частиц основных наполнителей: цирконового песка, фракции 0,1-0,16 мм и стальной дроби, фракции 0,2-0,63 мм приводит к уменьшению газопроницаемости смеси в 4 раза и к увеличению теплопроводности формовочной смеси в среднем на 10% в сравнении с аналогами.

Для гарантированного обеспечения водо- и газонепроницаемости литейных форм, изготовленных из разработанной формовочной смеси при применении в них водо- воздушных хладагентов, разделительные стенки литейной формы обрабатываются жидким натриевым стеклом (ГОСТ 13078-81).

Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружены средства, которым присущи признаки, идентичные (совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Заявленное техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение можно реализовать для получения и использования формовочных материалов для изготовления водо- и газонепроницаемых литейных форм, применяемых при производстве литых биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки (штампы «Автофордж») сплавов на основе меди и др. методом направленной кристаллизации с использованием активных водо- и водовоздушных хладагентов, при этом решается экологическая задача - утилизации пыли из газовых потоков электродуговых плавильных печей, образующихся в результате плавки сталей и чугунов. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.

Использованные источники

1. А.С. РФ №1242287 / Смесь для изготовления литейных оболочковых форм и стержней по нагреваемой оснастке / Авторы: В.В. Русскина, М.И. Романов, А.И. Стрельцов и др. Заявка 3867112, 04.01.1985, опубл. 07.07.1986, бюл. 25.

2. А.С. РФ №2011469 / Смесь для изготовления литейных оболочковых форм и стержней в нагреваемой оснастке / Авторы: Л.Н. Китаева, Э.М. Красильникова, Л.Ф. Покалякина, Л.Л. Шалаева. Заявка 5044113/02, 26.05.1992, опубл. 30.04.1994.

3. Патент РФ 2440211 С2, МПК В22С 1/22. Смесь для изготовления литейных стержней, отверждаемых в нагреваемой оснастке, и способ ее приготовления / И.В. Матвеенко, И.Я. Марьин. - №2010110449/02, заявл. 22.03.2010, опубл. 20.01.2012, бюл. №2.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления форм, применяемых при производстве литых биметаллических штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки. Формовочная смесь содержит, мас.%: стальную дробь 50-60, пыль из отходящих газовых потоков электродуговых печей 4-6, фенолформальдегидную смолу 3-6, 25%-ный водный раствор кристаллогидрата азотнокислой меди и 16%-ный водный раствор кобальта диамида в качестве катализатора 0,3-0,6, цирконовый песок в качестве наполнителя - остальное. Обеспечивается повышение газопроницаемости огнеупорности смеси.

Смесь для изготовления литейных форм, содержащая огнеупорный наполнитель, синтетическую смолу и катализатор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стальную дробь и пыль из отходящих газовых потоков электродуговых плавильных печей, при этом в качестве синтетической смолы она содержит фенолформальдегидную смолу, в качестве катализатора - 25%-ный водный раствор кристаллогидрата азотнокислой меди и 16%-ный водный раствор кобальта диамида, а в качестве огнеупорного наполнителя - цирконовый песок, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

стальная дробь 50-60

пыль из отходящих газовых потоков

электродуговых плавильных печей 4-6 фенолформальдегидная смола 3-6

катализатор 0,3-0,6

цирконовый песок остальное