Смесь для изготовления литейных форм и стержней и способ её приготовления Российский патент 2024 года по МПК B22C1/10 B22C1/18 

Изобретение относится к литейному производству, а именно, к изготовлению литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем, отверждаемых продувкой углекислым газом.

Формовочные и стержневые жидкостекольные смеси получили широкое распространение в литейном производстве. Их главными недостатками можно считать низкую сырую (манипуляторную) прочность, осыпаемость и затруднённую выбиваемость из отливок. Одним из способов устранения этих недостатков является повышение модуля жидкого стекла, используемого в качестве связующего материала.

С повышением модуля жидкого стекла прочность стержневой смеси в отверждённом состоянии (после продувки углекислым газом) возрастает [1]. Это позволяет при сохранении необходимого уровня прочности стержня снизить содержание жидкого стекла в смеси и тем самым уменьшить остаточную прочность и улучшить выбиваемость.

Одним из способов повышения модуля жидкого стекла является введение в состав смеси аморфного диоксида кремния.

Известен способ приготовления жидкостекольного связующего для изготовления литейных форм и стержней, который предполагает введение в жидкое стекло аморфного диоксида кремния (аэросила) [2]. Это позволяет повысить прочность форм и стержней почти вдвое при снижении содержания жидкого стекла в смеси до 3,10-3,35 масс.%, за счёт чего удаётся снизить остаточную прочность смеси.

Недостатками данного способа являются необходимость введения в жидкое стекло сильно пылящего мелкодисперсного порошка – аэросила, что ухудшает экологическую обстановку на стержневом участке, и длительность процесса приготовления связующего (перемешивание в течение 20 минут и последующая выдержка в течение 8 часов).

Наиболее близкой к изобретению по сущности явлений, приводящих к необходимому результату, является смесь, состоящая из 5,0-7,0%, масс. жидкого стекла, 0,23-0,27%, масс. соапстока щелочного рафинирования растительного масла, 1,5-2,5 %, масс. белой сажи (аморфного диоксида кремния), 2-3 %, масс. воды, и кварцевого песка в качестве огнеупорной основы [3]. Введение белой сажи способствует повышению модуля жидкого стекла и улучшает выбиваемость стержней из отливок.

К недостаткам данной смеси относятся необходимость приготовления жидкой композиции, включающей в себя белую сажу и воду, а также недостаточно высокая прочность смеси в отверждённом состоянии (рабочая прочность).

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Решается задача улучшения технологичности смеси, и снижения экологической нагрузки на окружающую среду за счёт повторного использования отработанной смеси и отходов силиконовых резин.

Технический результат – получение смеси для изготовления литейных форм и стержней на жидкостекольном связующем, обладающей пониженной осыпаемостью и малой остаточной прочностью. При этом в составе смеси применяется подготовленная отработанная (использованная) смесь.

Технический результат достигается тем, что смесь для изготовления форм и стержней, содержащая жидкое стекло и кварцевый песок, согласно изобретению дополнительно содержит в своём составе формовочную глину, измельчённые отходы силиконовых резин, водный раствор поливинилового спирта и оборотную смесь при следующем соотношении ингредиентов, масс.%:

жидкое стекло 3,5-4,0 формовочная глина 2,0-4,0 измельчённые отходы силиконовых резин 1,5-2,0 водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта 1,5-2,0 оборотная смесь 40-50 кварцевый песок остальное

При этом в качестве оборотной в составе смеси применяется специально подготовленная отработанная (использованная) смесь по патенту №2793659 [4] или отработанная патентуемая смесь. Способ подготовки оборотной смеси включает в себя дробление комьев отработанной смеси, просеивание полученной смеси через сито и её сухое (без добавления жидких компонентов) перемешивание в смесителе.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Для улучшения выбиваемости в патенте №2793659 предлагается добавлять в смесь измельчённые отходы силиконовых резин (ОСР). После прогрева смеси до температур выше 300°С происходит деструкция частиц силикона с выделением углекислого газа и мелкодисперсного аморфного диоксида кремния. При этом масса аморфного диоксида кремния составляет приблизительно 50% от массы измельчённых ОСР, вводимых в стержневую смесь. Таким образом, для случая изготовления мелких и средних стержней, когда стержни прогреваются до температур выше 300°С по всему объёму, в составе отработанной смеси содержится около 1% аморфного диоксида кремния.

В заявляемом изобретении предлагается в состав жидкостекольной стержневой смеси добавлять специально подготовленную оборотную смесь, содержащую частицы аморфного диоксида кремния. Процесс подготовки включает в себя дробление комьев отработанной смеси, просеивание полученной смеси через сито и её сухое (без добавления жидких компонентов) перемешивание в смесителе.

При приготовлении смеси мелкодисперсные частицы аморфного диоксида кремния, содержащиеся в оборотной смеси, частично растворяются в капельках жидкого стекла, повышая его модуль. Быстрому протеканию этого процесса способствует большая поверхность контакта аморфного диоксида кремния с жидким стеклом и его (аморфного диоксида кремния) равномерное распределение по всему объёму смеси, чему способствует сухое (без добавления жидких компонентов) предварительное перемешивание в смесителе. Часть микрочастиц аморфного диоксида кремния не успевает раствориться в жидком стекле до его отверждения. Эти микрочастицы остаются в плёнке затвердевшего связующего и затем при нагреве стержня и дальнейшем его охлаждении играют роль микропор, облегчая процесс выбивки стержней.

Полностью заменить огнеупорную основу смеси – кварцевый песок на специально подготовленную оборотную смесь нельзя, поскольку комплекс эксплуатационных свойств полученной стержневой смеси будет слишком низким даже при увеличении содержания жидкого стекла в смеси, что подтверждается предварительно проведёнными испытаниями (табл. 1). При увеличении содержания жидкого стекла в смеси с 4,0 до 7,0 % (по массе) предел прочности во влажном состоянии остаётся на низком уровне (<0,01 МПа), прочность на сжатие в отверждённом состоянии растёт с 0,89 до 2,22 МПа., однако, газопроницаемость не достаточно высока (168-154 ед) и смесь обладает большой осыпаемостью (0,42-0,39%) и высокой остаточной прочностью (при содержании в смеси более 4% жидкого стекла). Из представленных в табл. 1 составов смесей наилучшим комплексом свойств обладает состав №5 (6% жидкого стекла).

Низкие эксплуатационные свойства смесей объясняются тем, что зёрна кварцевого песка, находящиеся в смеси, частично покрыты твёрдыми остатками жидкостекольного связующего материала, не удалённого в процессе подготовки оборотной смеси. В результате уменьшается площадь поверхности контакта зёрен песка с жидким стеклом, что в свою очередь приводит к снижению прочности смеси в отверждённом состоянии (рабочей прочности). В процессе подготовки оборотной смеси к повторному использованию при дроблении комьев и сухом перемешивании происходит частичная оттирка остатков связующего от поверхности зёрен песка. При этом частицы этих остатков остаются в составе смеси. Слишком большое содержание их в смеси приводит к ухудшению газопроницаемости смеси и к росту её осыпаемости.

Результаты испытаний образцов, изготовленных из свежей стержневой смеси с использованием в её составе различного количества оборотной смеси, показаны в табл. 2. Свежая жидкостекольная смесь с добавкой 30% оборотной смеси обладает высокой прочностью в отверждённом состоянии (2,51 МПа) и хорошей газопроницаемостью (198 ед.), однако, остаточная прочность смеси слишком высока (2,38 МПа). Свежая смесь, содержащая 90% оборотной смеси обладает в 1,26 раза меньшей остаточной прочностью, которая всё же остаётся на очень высоком уровне, что не позволяет считать смесь легковыбиваемой. К тому же газопроницаемость смеси значительно снижается до 162 ед.

Желательно использовать максимально возможное количество оборотной смеси в составе свежей стержневой смеси при сохранении её эксплуатационных характеристик на приемлемом уровне. Этому требованию удовлетворяет содержание оборотной смеси 40-50% (при его увеличении начинает снижаться газопроницаемость смеси и увеличивается её осыпаемость).

Повышение модуля жидкого стекла за счёт растворения в нём аморфного диоксида кремния позволяет уменьшить процентное содержание жидкого стекла в составе смеси с 5,0-6,0%, масс. до 3,0-4,0%, масс. без значительного снижения эксплуатационных свойств. Это подтверждается проведёнными испытаниями (табл. 3). При снижении содержания в смеси жидкого стекла с 6% до 3% её остаточная прочность снижается с 2,31 до 0,46 МПа, газопроницаемость увеличивается незначительно с 185 до 202 ед., прочность на сжатие в отверждённом состоянии снижается в 1,3 раза. Из представленных в табл. 3 составов смесей наилучшим набором свойств обладает состав №2 (3,5% жидкого стекла).

Для повышения сырой (манипуляторной) прочности стержня в состав стержневой смеси добавляется формовочная глина в количестве 2,0-4,0%, масс. (табл. 4). Нижний предел содержания глины 2,0%, масс. обеспечивает сырую прочность стержня, необходимую для его извлечения из стержневого ящика без значительного риска повреждения стержня. Верхний предел составляет 4,0%, масс. поскольку дальнейшее увеличение содержания глины в смеси приводит к снижению прочности смеси в отверждённом состоянии (рабочей прочности).

Для усиления разупрочняющего эффекта в состав смеси вводятся измельчённые отходы силиконовых резин (размер частиц измельчённых отходов силиконовых резин составляет 0,3-0,5 мм) в количестве 1,5-2,0%, масс. (табл. 5). При использовании в составе смеси более 2,5% измельчённых отходов силиконовых резин остаточная прочность продолжает снижаться (составы №5 и №6 в табл. 5). Однако изготовление пробных отливок показало наличие в них пористости, что недопустимо. Поэтому наилучшим в табл. 5 можно считать состав №4.

Для повышения поверхностной прочности стержня и снижения его осыпаемости в смесь добавляется водный 4,0-8,0%-ный раствор поливинилового спирта в количестве 1,5-2,0%, масс. (табл. 6).

Предварительные испытания показали, что концентрация поливинилового спирта в воде менее 4,0%, масс. недопустима из-за значительного повышения прилипаемости стержня к оснастке и трудности его извлечения из стержневого ящика. При концентрации поливинилового спирта более 8,0%, масс. вязкость раствора растёт, что приводит снижению его обволакивающей и связывающей способности.

При увеличении содержания в смеси водного 4-8%-ного раствора поливинилового спирта с 0,25 до 2,0%, масс. осыпаемость смеси снижается более чем в 2,5 раза. При этом остальные эксплуатационные характеристики сильно не изменяются. Вводить в состав смеси более 2% раствора поливинилового спирта нецелесообразно, поскольку в отливках появляется пористость (составы №6 и №7 в табл. 6).

Проведённая экспериментальная проверка показала, что оборотную смесь можно использовать в составе свежей жидкостекольной смеси (без корректировки содержания других компонентов) до 5 раз (табл. 7). При этом в составе смеси, из которой изготавливались образцы для испытаний, в качестве оборотной использовалась специально подготовленная отработанная смесь (патентуемая смесь), полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси следующего состава, масс.%:

жидкое стекло 3,5-4,0 формовочная глина 2,0-4,0 измельчённые отходы силиконовых резин 1,5-2,0 водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта 1,5-2,0 оборотная смесь 40-50 кварцевый песок остальное

При этом способ подготовки оборотной смеси включал в себя дробление комьев отработанной смеси, просеивание полученной смеси через сито и её сухое (без добавления жидких компонентов) перемешивание в смесителе.

В составе №1 использовалась оборотная смесь, прошедшая предварительную подготовку (дробление комьев отработанной смеси, просеивание полученной смеси через сито и её сухое перемешивание в смесителе) один раз. В составе №2 использовалась оборотная смесь, прошедшая предварительную подготовку дважды, в составе №3 – трижды и т.д.

Ограничение повторного использования оборотной смеси (5 раз) связано с тем, что с превышением числа оборотов более указанного, состав оборотной смеси изменяется настолько, что необратимо теряет свои эксплуатационные свойства. В ней увеличивается количество мелкодисперсного диоксида кремния, шамотизированной, т.е. не обладающей связующими способностями, глины (при изготовлении отливок из чугуна и стали) и остатков жидкостекольного связующего, образующегося при частичной оттирке зёрен песка в процессе подготовки оборотной смеси. Всё это, в конечном счёте, приводит к снижению прочности в отверждённом состоянии и уменьшению газопроницаемости смеси (составы смесей №6 и №7 в табл. 7).

Пример

Были изготовлены образцы из предлагаемого состава для сравнения с известной смесью – прототипом [3]. Составы смесей и их физико-механические свойства приведены в табл. 8.

Для приготовления смеси использовались следующие материалы: стекло натриевое жидкое с модулем 2,6, плотностью 1,47 г/см³ (ГОСТ 13078-81); песок кварцевый 2К₁О₂02 (ГОСТ 2138-91); глина формовочная П3 (ГОСТ 3226-93); измельчённые отходы силиконовых резин; водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта марки ПВС, 6/1 1 сорт ГОСТ 10779-78; оборотная смесь. Применяли оборотную смесь по двум вариантам.

Оборотная смесь по первому варианту была изготовлена путём специальной обработки отработанной (использованной) смеси, полученной в результате выбивки из отливок литейных стержней из стержневой смеси по патенту №2793659 следующего состава, масс.%:

жидкое стекло 5,0-6,0 формовочная глина 3,0-5,0 измельчённые отходы силиконовых резин 1,5-2,0 водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта 0,5-1,5 кварцевый песок остальное

Оборотная смесь по второму варианту была изготовлена путём специальной обработки отработанной (использованной) смеси, полученной в результате выбивки из отливок литейных стержней из стержневой смеси следующего состава, масс.%:

жидкое стекло 3,5-4,0 формовочная глина 2,0-4,0 измельчённые отходы силиконовых резин 1,5-2,0 водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта 1,5-2,0 оборотная смесь 40-50 кварцевый песок остальное

Оборотные смеси по обоим вариантам приготавливались следующим образом.

Комья выбитой стержневой смеси дробили с помощью щековой дробилки модели Retsch BB250 XL и просеивали с помощью вибросита модели ВО-01 до получения фракции ≤ 0,5 мм. При этом общие потери оборотной смеси составили не более 5% по массе. Далее полученную смесь перемешивали в смесителе модели 02113 около 5 минут (без добавления жидких компонентов) с целью равномерного распределения частиц аморфного диоксида кремния по всему объёму смеси.

Стержневая (формовочная) смесь приготавливалась следующим образом.

В смеситель модели 02113 загружали оборотную смесь, кварцевый песок, глину, измельчённые отходы силиконовых резин, предварительно подготовленные с помощью режущей мельницы модели Retsch SM100, и перемешивали в течение 3 минут. Затем вводили в смесь жидкое стекло и перемешивали в течение 6 минут. Далее вводили в смесь водный раствор поливинилового спирта и окончательно перемешивали в течение 3 минут.

Свойства смеси оценивались на стандартных образцах. Образцы продували углекислым газом в течение 60 секунд при расходе 30 дм³/мин и давлении 0,1 МПа.

Испытания образцов на прочность (на сжатие) проводились по ГОСТ 23409.7-78. Испытания образцов на газопроницаемость проводились по ГОСТ 23409.6-78. Испытания образцов на осыпаемость проводились по ГОСТ 23409.9-78.

Для определения остаточной прочности образцы предварительно нагревали до 1000°С (1273 К; так же как в патенте на изобретение, взятом за прототип) в течение одного часа, затем охлаждали на воздухе до 20°С и далее испытывали по стандартной методике (ГОСТ 23409.7-78).

Живучесть оценивалась по времени с момента приготовления смеси до момента изготовления образцов, прочность которых при испытаниях оказывалась на 15% ниже прочности образцов, изготовленных из смеси сразу после её приготовления [5].

Для сравнения был принят состав смеси №2 из прототипа.

Из табл. 8 видно, что предлагаемая смесь (составы №2 и №3) имеет более высокие физико-механические свойства по сравнению с прототипом, а именно: газопроницаемость выше в 1,5 раза; прочность в отверждённом состоянии выше в более чем 3,5 раза; остаточная прочность ниже более чем в 1,5 раза. При этом живучесть предлагаемой смеси не уступает таковой у смеси-прототипа.

Таким образом, технологичность смеси повышается. Кроме того, изобретение способствует снижению экологической нагрузки на окружающую среду за счёт разрешения актуальной проблемы рециклинга промышленных отходов, в частности, повторного использования отработанной смеси и переработки отходов силиконовых резин.

Источники информации

1. Жуковский С.С. Прочность литейной формы / С.С. Жуковский. М.: Машиностроение, 1989. 288 с.

2. Авторское свидетельство СССР №1592089, кл. В22С 5/04, опубл. 15.09.1990.

3. Авторское свидетельство СССР №1435365, кл. В22С 1/00, 1/16, опубл. 07.11.1988.

4. Патент РФ №2793659, кл. В22С 1/10, 1/18, опубл. 04.04.2023.

5. Медведев Я.И., Валисовский И.В. Технологические испытания формовочных материалов / Я.И. Медведев, И.В. Валисовский. М.: Машиностроение, 1973. 312 с.

Таблица 1

№
п/п Компоненты и характеристики смесей Состав смесей^*, масс.% №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Жидкое стекло 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 2 Оборотная смесь^** ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. 3 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 4 Прочность на сжатие в отверждённом состоянии, МПа 0,89 0,92 1,13 2,07 2,12 2,18 2,22 5 Газопроницаемость, ед. 168 165 163 161 159 156 154 6 Осыпаемость, % 0,42 0,42 0,40 0,40 0,39 0,39 0,39 7 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 1000°С, МПа 0,45 0,62 0,75 1,42 1,86 2,05 2,50 8 Газовая пористость в отливке нет нет нет нет нет нет нет ^* В составах смесей варьируется содержание жидкого стекла.
^** В качестве оборотной смеси используется отработанная смесь, полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси по патенту №2793659 путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.

Таблица 2

№
п/п Компоненты и характеристики смесей Состав смесей^*, масс.% №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Жидкое стекло 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 2 Оборотная смесь^** 30 40 50 60 70 80 90 3 Кварцевый песок ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. 4 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 5 Прочность на сжатие в отверждённом состоянии, МПа 2,51 2,50 2,46 2,38 2,31 2,20 2,15 6 Газопроницаемость, ед. 198 190 185 180 174 167 162 7 Осыпаемость, % 0,22 0,23 0,24 0,26 0,29 0,34 0,37 8 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 1000°С, МПа 2,38 2,35 2,31 2,23 2,13 2,00 1,89 9 Газовая пористость в отливке нет нет нет нет нет нет нет ^* В составах смесей варьируется содержание оборотной смеси.
^** В качестве оборотной смеси используется отработанная смесь, полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси по патенту №2793659 путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.

Таблица 3

№
п/п Компоненты и характеристики смесей Состав смесей^*, масс.% №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Жидкое стекло 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 2 Оборотная смесь^** 50 50 50 50 50 50 50 3 Кварцевый песок ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. 4 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 5 Прочность на сжатие в отверждённом состоянии, МПа 1,89 1,95 2,05 2,14 2,26 2,35 2,46 6 Газопроницаемость, ед. 202 200 200 196 190 187 185 7 Осыпаемость, % 0,29 0,28 0,28 0,27 0,27 0,26 0,24 8 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 1000°С, МПа 0,46 0,69 0,99 1,31 1,62 1,93 2,31 9 Газовая пористость в отливке нет нет нет нет нет нет нет ^* В составах смесей варьируется содержание жидкого стекла.
^** В качестве оборотной смеси используется отработанная смесь, полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси по патенту №2793659 путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.

Таблица 4

№
п/п Компоненты и характеристики смесей Состав смесей^*, масс.% №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 №10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Жидкое стекло 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 2 Формовочная глина 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 3 Оборотная смесь^** 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 4 Кварцевый песок ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. 5 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 6 Прочность на сжатие в отверждённом состоянии, МПа 1,94 1,92 1,90 1,87 1,84 1,79 1,73 1,68 1,62 1,56 7 Газопроницаемость, ед. 197 197 196 195 193 190 190 188 185 182 8 Осыпаемость, % 0,28 0,29 0,29 0,29 0,30 0,32 0,32 0,33 0,34 0,34 9 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 1000°С, МПа 0,67 0,66 0,63 0,60 0,57 0,59 0,55 0,51 0,48 0,44 10 Газовая пористость в отливке нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет ^* В составах смесей варьируется содержание формовочной глины.
^** В качестве оборотной смеси используется отработанная смесь, полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси по патенту №2793659 путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.

Таблица 5

№
п/п Компоненты и характеристики смесей Состав смесей^*, масс.% №1 №2 №3 №4 №5 №6 1 2 3 4 5 6 7 8 1 Жидкое стекло 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 2 Формовочная глина 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3 Измельчённые отходы силиконовых резин (размер частиц 0,3-0,5 мм) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4 Оборотная смесь^** 50 50 50 50 50 50 5 Кварцевый песок ост. ост. ост. ост. ост. ост. 6 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа 0,03 0,03 0,04 0,05 0,05 0,05 7 Прочность на сжатие в отверждённом состоянии, МПа 1,89 1,89 1,88 1,88 1,87 1,86 8 Газопроницаемость, ед. 193 193 192 191 190 190 9 Осыпаемость, % 0,30 0,30 0,31 0,32 0,34 0,38 10 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 1000°С, МПа 0,31 0,28 0,25 0,20 0,17 0,15 11 Газовая пористость в отливке нет нет нет нет есть есть ^* В составах смесей варьируется содержание измельчённых отходов силиконовых резин.
^** В качестве оборотной смеси используется отработанная смесь, полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси по патенту №2793659 путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.

Таблица 6

№
п/п Компоненты и характеристики смесей Состав смесей^*, масс.% №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Жидкое стекло 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 2 Формовочная глина 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3 Измельчённые отходы силиконовых резин (размер частиц 0,3-0,5 мм) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 4 Водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта 0,25 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5 Оборотная смесь^** 50 50 50 50 50 50 50 6 Кварцевый песок ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. 7 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа 0,05 0,05 0,05 0,06 0,06 0,06 0,07 8 Прочность на сжатие в отверждённом состоянии, МПа 1,88 1,88 1,89 1,92 1,94 1,96 1,97 9 Газопроницаемость, ед. 193 192 192 190 190 190 189 10 Осыпаемость, % 0,13 0,10 0,08 0,06 0,05 0,05 0,04 11 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 1000°С, МПа 0,17 0,17 0,17 0,16 0,16 0,16 0,16 12 Газовая пористость в отливке нет нет нет нет нет есть есть ^* В составах смесей варьируется содержание водного 4-8%-ного раствора поливинилового спирта.
^** В качестве оборотной смеси используется отработанная смесь, полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси по патенту №2793659 путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.

Таблица 7

№
п/п Компоненты и характеристики смесей Состав смесей^*, масс.% №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Жидкое стекло 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 2 Формовочная глина 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3 Измельчённые отходы силиконовых резин (размер частиц 0,3-0,5 мм) 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 4 Водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 5 Оборотная смесь^**
(многократно используемая) 50 50 50 50 50 50 50 6 Число повторных использований оборотной смеси один раз два раза три раза четыре раза пять раз шесть раз семь раз 7 Кварцевый песок ост. ост. ост. ост. ост. ост. ост. 8 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа 0,05 0,05 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 9 Прочность на сжатие в отверждённом состоянии, МПа 1,93 1,87 1,80 1,73 1,68 1,41 1,19 10 Газопроницаемость, ед. 193 188 183 177 169 155 139 11 Осыпаемость, % 0,05 0,05 0,05 0,06 0,07 0,15 0,20 12 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 1000°С, МПа 0,17 0,17 0,16 0,15 0,14 0,12 0,12 13 Газовая пористость в отливке нет нет нет нет нет нет нет ^* В составах смесей варьируется число повторных использований оборотной смеси.
^** В качестве оборотной смеси используется отработанная смесь, полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из патентуемой стержневой смеси путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.

Таблица 8

№
п/п Компоненты и характеристики смесей Состав смесей, масс.% №1
(прототип) №2* №3** 1 2 3 4 5 1 Жидкое стекло 6 3,5 3,5 2 Формовочная глина - 3,0 3,0 3 Измельчённые отходы силиконовых резин (размер частиц 0,3-0,5 мм) - 2,0 2,0 4 Водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта - 2,0 2,0 5 Оборотная смесь - 50 50 6 Соапсток щелочного рафинирования масла 0,25 - - 7 Белая сажа – отход производства фтористых солей 2,0 - - 8 Вода 2,5 - - 9 Кварцевый песок ост. ост. ост. 10 Прочность на сжатие***, МПа 0,50 1,94 1,93 11 Газопроницаемость, ед., не менее 120 190 193 12 Живучесть, мин, не менее 10 12 12 13 Остаточная прочность после прокалки образцов при температуре 1000°С, МПа, не более 0,30 0,16 0,17 ^* В качестве оборотной смеси в составе №2 используется отработанная смесь (смесь №5 в табл. 6), полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси по патенту №2793659 путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.
^{* *}В качестве оборотной смеси в составе №3 используется отработанная смесь (смесь №1 в табл. 7), полученная в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из патентуемой стержневой смеси путём дробления комьев смеси, просеивания через сита и сухого перемешивания в смесителе.
^{* * *}Для смеси-прототипа это предел прочности в отверждённом состоянии после выдержки в течение 3 часов. Для смесей составов №2 и №3 это предел прочности в отверждённом состоянии после продувки углекислым газом или выдержки на воздухе в течение 2-3 часов.

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь для изготовления литейных форм и стержней содержит, мас.%: жидкое стекло – 3,5-4,0, формовочную глину – 2,0-4,0, измельченные отходы силиконовых резин – 1,5-2,0, оборотную смесь – 40-50, водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта – 1,5-2,0 и кварцевый песок – остальное. При прогреве смеси происходит деструкция частиц силикона с выделением углекислого газа и мелкодисперсного аморфного диоксида кремния. Мелкодисперсный аморфный диоксид кремния содержится также в оборотной смеси. При приготовлении смеси мелкодисперсные частицы аморфного диоксида кремния частично растворяются в капельках жидкого стекла, повышая его модуль. Часть микрочастиц аморфного диоксида кремния не успевают раствориться в жидком стекле до его отверждения и остаются в пленке затвердевшего связующего, а при нагреве и дальнейшем охлаждении формы или стержня играют роль микропор, облегчая процесс выбивки стержней. Обеспечивается повышение газопроницаемости и прочности на сжатие, уменьшение остаточной прочности. 4 з.п. ф-лы, 8 табл., 1 пр.

1. Смесь для изготовления литейных форм и стержней, содержащая жидкое стекло и кварцевый песок, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит формовочную глину, добавку измельченных отходов силиконовых резин, водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта и оборотную смесь, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

жидкое стекло 3,5-4,0 формовочная глина 2,0-4,0 измельчённые отходы силиконовых резин 1,5-2,0 водный 4-8%-ный раствор поливинилового спирта 1,5-2,0 оборотная смесь 40-50 огнеупорный наполнитель – кварцевый песок остальное

2. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что размер частиц измельченных отходов силиконовых резин составляет 0,3-0,5 мм.

3. Смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве оборотной смеси применяется отработанная, использованная, подготовленная смесь.

4. Смесь по п. 3, отличающаяся тем, что отработанная смесь получается в результате выбивки из отливок литейных стержней, изготовленных из стержневой смеси.

5. Смесь по п. 3, отличающаяся тем, что подготовка оборотной смеси включает в себя дробление комьев отработанной смеси, просеивание полученной смеси через сито и ее сухое, без добавления жидких компонентов, перемешивание в смесителе.