ПРИМЕНЕНИЕ ОТРАБОТАННОЙ КОФЕЙНОЙ ГУЩИ В КАЧЕСТВЕ РАЗУПРОЧНЯЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОБАВКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ ИЗ ПЕСЧАНЫХ СМЕСЕЙ НА ЖИДКОСТЕКОЛЬНОМ СВЯЗУЮЩЕМ Российский патент 2024 года по МПК B22C1/14 B22C1/18 

Изобретение относится к ингредиентам песчаной смеси на жидкостекольном связующем, в частности, к применению известного материала – отработанной кофейной гущи (спитой кофе) в качестве разупрочняющей технологической добавки в формовочных и стержневых песчаных смесях на жидкостекольном связующем, и может быть использовано в литейном производстве для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней.

Известен измельчённый отход силиконовых резин, обеспечивается снижение осыпаемости, остаточной прочности смеси и улучшение выбиваемости формы и стержня (Пат. RU2793659, МПК B22C 1/10, B22C 1/18, 2023).

Известен отход производства керамических изделий, содержащий глину 7-26 масс. %, позволяющий повысить прочностные свойства смеси (Пат. RU2224619, МПК B22C 1/18, 2004).

Известен фильтропрессовый осадок растительного горчичного масла, обеспечивающий улучшение выбиваемости смеси из отливок (Пат. RU2472598, МПК B22C 1/00, 2013).

Недостатком известных ингредиентов является их ограниченная распространенность, необходимость в предварительной переработке и более высокая себестоимость.

Задачей изобретения является расширение арсенала технологических добавок на основе органической составляющей.

Техническим результатом является новая технологическая добавка, обеспечивающая снижение остаточной прочности песчаных смесей на жидкостекольном связующем, обеспечивающая улучшение выбиваемости литейных форм и стержней.

Технический результат достигается в применении отработанной кофейной гущи в качестве разупрочняющей технологической добавки для изготовления литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем.

Впервые предлагается использовать отработанную кофейную гущу в качестве разупрочняющей технологической добавки в формовочных и стержневых песчаных смесях на жидкостекольном связующем. Предложенная добавка улучшает выбиваемость литейных форм и стержней, не снижая технологические свойства песчаной смеси на жидкостекольном связующем. Кофейная гуща является органической добавкой безвредной для человека, что позволяет использовать ее для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней, используемых в литейном производстве.

Отработанная кофейная гуща может быть получена путем экстракции кофейного зерна промышленного значения, например, «арабика» или «робуста» со степенью помола от 0,2 мм до 0,8 мм. Готовая отработанная кофейная гуща высушена до постоянной массы.

В процессе приготовления песчаных смесей на жидкостекольном связующем кофейная гуща может использоваться как в сухом виде, так и в виде водных растворов разной концентрации (в зависимости от конкретного состава и заданных параметров получаемых литейных форм).

Элементный состав (EDX) отработанной кофейной гущи на примере сорта «арабика» в масс. %: 0,488 Ca; 0,320 K; 0,239 S; 0,189 P; 0,012 Fe; 0,009 Mn; 0,004 Cu; 0,003 Sr; 0,003 Zn; 98,733 Plastic (С, O, N, H).

Разупрочняющее воздействие отработанной кофейной гущи иллюстрируются на примере стержневой песчаной смеси на жидкостекольном связующем. Стержневая смесь содержит: кварцевый песок марки 2К₂О₂025 (ГОСТ 2138-91), огнеупорную глину марки П3 (ГОСТ 3226-93), натриевое жидкое стекло с силикатным модулем – 2,8, плотностью 1490 кг/м³ (ГОСТ 13078-81), отработанную кофейную гущу. Гранулометрический состав после просеивания через комплект сит согласно ГОСТ Р 51568-99 на приборе для определения зернового состава модели 029 представлен в таблице 1.

Таблица 1

Размер сторон ячейки сита в свету, мм Остаток на сите, г Остаток на сите, % Частиц размером меньше сторон ячейки сита, % 2,5 0 0 100 1,6 0,26 0,52 99,48 1 0,84 1,68 97,8 0,63 9,13 18,26 79,54 0,4 19,6 39,2 40,34 0,315 5,78 11,56 28,78 0,2 6,64 13,28 15,5 0,16 1,48 2,96 12,54 0,1 3,1 6,2 6,34 0,063 3,17 6,34 0 0,05 0 0 0 Тазик 0 0 0 Всего 50 100 –

Стержневые смеси с данными материалами изготавливались в лабораторных смешивающих бегунах модели 018М2. Огнеупорный наполнитель загружался в лабораторные бегуны и перемешивался в течение двух минут, затем добавлялась огнеупорная глина (время перемешивания 2 минуты) и отработанная кофейная гуща (время перемешивания 2 минуты), далее вводилось натриевое жидкое стекло, после чего осуществлялось перемешивание в течение 6 минут. Подготовка образцов и испытания осуществлялись согласно стандартным методам испытаний согласно ГОСТ 23409.6-78; ГОСТ 23409.10-78; ГОСТ 23409.7-78; ГОСТ 23409.9-78.

В качестве разупрочняющей добавки использовалась заявляемая отработанная кофейная гуща - 60 масс. %-ный водный раствор, а также стержневая песчаная смесь на жидкостекольном связующем без разупрочняющей добавки.

Таблица 2

Компоненты и характеристики смеси Состав (мас. %) и свойства смесей Аналог 1 Аналог 2 Аналог 3 №1 №2 №3 №4 №5 №6 Натриевое жидкое стекло 5 7 6 6 6 6 6 6 6 Огнеупорная глина – 4 4 1 2 2 3 3 3 Отход производства керамических изделий 7 – – – – – – – – Фильтропрессовый осадок растительного горчичного масла, разбавленный водой, при соотношении масс. %: 40/60 – 2 – – – – – – – Измельчённые отходы силиконовых резин (размер частиц 0,5 мм) – – 2 – – – – – – Отработанная кофейная гуща – – – 1 1 2 1 2 3 Кварцевый песок 88 87 88 92 91 90 90 89 88 Гигроскопичность, % – 0,91 – 0,31 0,36 0,44 0,45 0,48 0,55 Газопроницаемость, ед. 380 100 200 277 267 245 240 232 217 Осыпаемость, % 0,1 0,32 0,27 0,21 0,28 0,31 0,29 0,3 0,37 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа 0,03 0,08 0,09 0,023 0,040 0,037 0,052 0,048 0,027 Предел прочности на сжатие в отвержденном состоянии, МПа 1,95 3,4 1,95 2,5 2,43 2,11 2,27 2,05 1,62 Предел прочности на разрыв в отвержденном состоянии, МПа 0,82 1,6 0,81 1,44 1,21 1,10 1,16 1,07 0,81 Остаточная прочность после прокалки при 800°С, МПа 0,40 1,2 0,20 0,62 0,44 0,37 0,28 0,20 0,18

Примеры составов с использованием заявленной разупрочняющей добавки и известных добавок, используемых в песчаных смесях на жидкостекольном связующем, а также свойства полученных смесей представлены в таблице 2.

Из данных таблицы видно, что свойства стержневой смеси с предлагаемой разупрочняющей добавкой после прокалки при температуре 800°С находятся на уровне со свойствами стержневых смесей, полученных с использованием известных разупрочняющих добавок. Следовательно, отработанная кофейная гуща может использоваться в качестве разупрочняющей добавки и обеспечивает снижение остаточной прочности песчаных смесей на жидкостекольном связующем после прокалки при температуре, характерной оплавлению пленки силикатов натрия.

Таким образом, отработанная кофейная гуща является новой технологической добавкой, обеспечивающей снижение остаточной прочности песчаных смесей на жидкостекольном связующем и улучшение выбиваемости литейных форм и стержней.

Изобретение относится к области литейного производства. Отработанную кофейную гущу применяют в качестве разупрочняющей технологической добавки при изготовлении литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем. Добавление в указанную смесь для литейных форм и стержней кофейной гущи способствует снижению остаточной прочности песчаных смесей на жидкостекольном связующем после прокалки при температуре оплавления пленки силикатов натрия связующего. Обеспечивается улучшение выбиваемости литейных форм и стержней. 2 табл.

Применение отработанной кофейной гущи в качестве разупрочняющей технологической добавки для изготовления литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем.