СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ Российский патент 2024 года по МПК B22C1/14 B22C1/18 

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

Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней (Пат.RU2224619, МПК В22С 1/18, 2004), которая содержит мас. %: жидкое стекло 5-14, отход производства керамических изделий, содержащий 7-26 глины, кварцевый песок - остальное. Технологическая добавка позволяет повысить прочностные свойства смеси.

Основными недостатками являются недостаточная прочность во влажном состоянии, что может стать причиной разрушения литейных стержней при извлечении из оснастки, транспортировке и сборке, а также неудовлетворительная остаточная прочность при устранении вышеупомянутого недостатка за счет увеличении количества связующего.

Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней (Пат.RU2793659, МПК В22С 1/10, В22С 1/18, 2023) со следующим соотношением ингредиентов, в мас. %: 5-6 жидкого стекла, 3-5 формовочной глины, 1,5-2,0 измельченных отходов силиконовых резин, 0,5-1,5 водного 4-8%-ного раствора поливинилового спирта и кварцевый песок - остальное. Обеспечивается снижение осыпаемости и остаточной прочности смеси и улучшение выбиваемости формы и стержня.

К недостаткам данной смеси относятся необходимость введения дополнительного компонента водного 4-8%-ного раствора поливинилового спирта для повышения поверхностной прочности форм и стержней и введение дополнительной стадии в технологический процесс смесеприготовления - предварительной подготовки отходов силиконовых резин путем измельчения до заданной фракции с помощью режущей мельницы.

Наиболее близкой к изобретению по физико-химическому составу и достигаемому техническому результату является смесь для изготовления литейных форм и стержней (Пат. RU2472598, МПК В22С 1/00, 2013), содержащая, в мас. %: глину огнеупорную 3-4, жидкое стекло 6-7, углеродсодержащую добавку в виде фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла 1-2 и остальное - огнеупорный наполнитель на основе кремнезема. Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла могут использовать разбавленным водой при соотношении, мас. %: фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла - 40, вода - 60. Обеспечивается улучшение выбиваемости смеси из отливок.

Однако данная смесь обладает недостаточной выбиваемостью из отливок, а также низкой газопроницаемостью и высокой гигроскопичностью, что приводит к риску образования в отливках дефектов газового происхождения.

Задачей изобретения является разработка состава песчаной смеси на жидкостекольном связующем, улучшающего выбиваемость литейных форм и стержней.

Техническим результатом является улучшение выбиваемости литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем, расширение ассортимента технологических добавок в составах формовочных и стержневых смесей и утилизация отхода, образующегося после приготовления зернового кофе.

Указанный технический результат достигается тем, что заявленная смесь для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней, содержащая жидкое стекло, глину огнеупорную, кварцевый песок и технологическую добавку растительного происхождения, в качестве технологической добавки растительного происхождения содержит отработанную кофейную гущу с содержанием воды 40 масс. %, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

глина огнеупорная - 1-3,

жидкое стекло - 6,

отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 масс. % - 1-3,

кварцевый песок - 88-92.

Сущностью технического решения является использование в качестве разупрочняющей технологической добавки в формовочных и стержневых песчаных смесях на жидкостекольном связующем отработанной кофейной гущи, представляющую собой отход, образующийся в результате помола зернового кофе и его приготовления на кофемашинах (спитой кофе). Для обеспечения заявленного технического результата используется отработанная кофейная гуща, содержащая 40 масс. % воды. В заявленной смеси может использоваться отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 масс. %, например, из кофейного зерна «арабика», «робуста» и др.

Смесь готовят следующим образом: в смешивающие бегуны загружается огнеупорный наполнитель - кварцевый песок и огнеупорная глина, смесь перемешивается до получения однородной массы, далее вводится отработанная кофейная гуща и перемешивается, после чего смесь готова к формовке.

Пример.

Для приготовления стержневой смеси использовались следующие материалы: кварцевый песок марки 2К₂О₂025 (ГОСТ 2138-91), огнеупорная глина марки П3 (ГОСТ 3226-93), натриевое жидкое стекло с силикатным модулем - 2,8, плотностью 1490 кг/м³ (ГОСТ 13078-81), отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 масс. %.

Смеси с данными материалами изготавливались в лабораторных смешивающих бегунах модели 018М2. Огнеупорный наполнитель загружался в лабораторные бегуны и перемешивался в течение двух минут. Затем последовательно вводились огнеупорная глина и отработанная кофейная гуща. После добавлялось жидкое стекло, перемешивание происходило в течение 6 минут. Подготовка образцов и испытания осуществлялись согласно стандартным методам определения газопроницаемости ГОСТ 23409.6-78, гигроскопичности ГОСТ 23409.10-78, осыпаемости ГОСТ 23409.9-78, предела прочности при сжатии и растяжении ГОСТ 23409.7-78. Отверждение образцов осуществлялось методом конвективной сушки при температуре 200°С. Определение остаточной прочности проводилось после прокалки стандартных цилиндрических образцов при температуре 800°С в течение 40 минут.

Примеры составов смесей с использованием заявленной технологической добавки и прототипа, а также их свойства представлены в таблице.

Введение жидкого стекла в состав смеси менее 6% приводит к снижению прочностных свойств, а более 6% к увеличению остаточной прочности смеси после прокалки при 800°С и ухудшению выбиваемости литейных форм и стержней. Увеличение содержания огнеупорной глины сверх 3% приводит к снижению газопроницаемости и увеличению гигроскопичности смеси, что нежелательно, ввиду роста риска образования в отливках дефектов газового происхождения. Снижение содержания огнеупорной глины менее 1% не оказывает существенного влияния на увеличение сырой прочности смеси во влажном состоянии. Содержание отработанной кофейной гущи с содержанием воды 40 масс. % в составе песчаной смеси на жидкостекольном связующем менее 1% не оказывает существенного влияния на снижение остаточной прочности, а значит и выбиваемости литейных форм и стержней, более 3% приводит к недопустимому снижению прочностных свойств смеси во влажном и отвержденном состояниях.

При сопоставлении свойств заявляемой смеси с содержанием жидкого стекла 6 мас. %, огнеупорной глины от 1 до 3 мас. % и отработанной кофейной гущи от 1 до 3 мас. % (смеси 1-6) в сравнении со смесью прототипом видно, что смеси из предлагаемых составов обладают более высокой газопроницаемостью и низкой гигроскопичностью, что снижает риск образования в отливках дефектов газового происхождения, в особенности при получении стального литья.

Осыпаемость и прочность предлагаемых составов смесей во влажном и отвержденном состоянии ниже, чем у прототипа, однако значения данных характеристик удовлетворяют требованиям, предъявляемым согласно многочисленным ТУ к формовочным и стержневым смесям.

Остаточная прочность в примере 2 предлагаемого решения сопоставима с известным решением, а в примерах 3-6 превосходит ее.

Таким образом, введение отработанной кофейной гущи с содержанием воды 40 масс. % в состав песчаных смесей на жидкостекольном связующем в вышеуказанных пропорциях приводит к формированию свойств, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к формовочным и стержневым смесям, а также значительному снижению остаточной прочности после прокалки при температуре, характерной прогреву смеси в условиях получения стального литья.

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней содержит, мас.%: жидкое стекло – 6, глину огнеупорную – 1-3, кварцевый песок – 88-92 и технологическую добавку растительного происхождения. В качестве технологической добавки растительного происхождения смесь содержит 1-3 мас.% отработанной кофейной гущи с содержанием воды 40 мас.%. Введение в смесь на жидкостекольном связующем отработанной кофейной гущи в указанном количестве способствует снижению остаточной прочности литейных форм и стержней. Обеспечивается улучшение выбиваемости литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем и утилизация отхода, образующегося после приготовления зернового кофе. 1 табл., 1 пр.

Смесь для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней, содержащая жидкое стекло, глину огнеупорную, кварцевый песок и технологическую добавку растительного происхождения, отличающаяся тем, что в качестве технологической добавки растительного происхождения смесь содержит отработанную кофейную гущу с содержанием воды 40 мас.%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

глина огнеупорная 1-3 жидкое стекло 6 отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 мас.% 1-3 кварцевый песок 88-92