Смесь для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней Российский патент 2025 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. RU2472598, МПК B22C 1/00, 2013), содержащая, 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.

К недостаткам данной смеси относятся недостаточная выбиваемость из отливок, а также низкая газопроницаемость и высокая гигроскопичность, что приводит к риску образования в отливках дефектов газового происхождения.

Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней (Пат. RU2224619, МПК B22C 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 B22C 1/10, B22C 1/18, 2023) со следующим соотношением ингредиентов, в мас. %: 5-6 жидкого стекла, 3-5 формовочной глины, 1,5-2,0 измельчённых 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. RU2820616, МПК B22C 1/14, 2024), содержит в мас.%: жидкое стекло – 6, глину огнеупорную – 1-3, технологическую добавку растительного происхождения – отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 мас.%. – 1-3, кварцевый песок – 88-92. Обеспечивается улучшение выбиваемости литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем и утилизация отхода, образующегося после приготовления зернового кофе.

Однако данная смесь обладает неудовлетворительным комплексом свойств при использовании для изготовления литейных форм и стержней в условиях крупногабаритного стального литья, где предъявляются более высокие требования к прочности смеси во влажном и отвержденном состояниях, газопроницаемости и осыпаемости.

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.

Указанный технический результат достигается при использовании смеси для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней, содержащей жидкое стекло, глину огнеупорную, кварцевый песок и комплексную технологическую добавку в виде отработанной кофейной гущи с содержанием воды 40 мас. %, при этом технологическая добавка дополнительно содержит металлургическую пыль фракции 5-40 мкм, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:

глина огнеупорная 0,5-3 жидкое стекло 6 кварцевый песок 89-91,5 отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 мас.% 1 металлургическая пыль фракцией 5-40 1

Сущностью технического решения является использование в качестве разупрочняющей технологической добавки в формовочных и стержневых песчаных смесях на жидкостекольном связующем отработанной кофейной гущи и металлургической пыли, образующейся в процессе очистки газов, отходящих от дуговых сталеплавильных печей. Для обеспечения заявленного технического результата используется отработанная кофейная гуща - отход, образующийся в результате помола зернового кофе и его приготовления на кофемашинах, содержащая 40 мас.% воды и металлургическая пыль. В заявленной смеси может использоваться отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 мас.%, например, из кофейного зерна «арабика», «робуста» и др. и металлургическая пыль – мелкодисперсный порошок (5-40 мкм), который имеет следующий химический состав, мас. %: Fe₂О₃ 25,74 – 74,66; FeO 5,03 – 7,60; MnO 2,37 – 15,5; MgO 5,90 – 20,25; CaO 2,04 – 10,51; SiO₂ 6,40 – 14,48; Al₂O₃ 3,60 – 5,60.

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, металлургическая пыль и перемешивается, после чего добавляется жидкое стекло, смесь перемешивается 6 минут. 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 мас.%, металлургическая пыль фракцией 5-40 мкм.

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, отработанная кофейная гуща и металлургическая пыль. 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 ℃. Определение остаточной прочности проводилось после прокалки стандартных цилиндрических образцов при температуре 800℃ 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℃ и ухудшению выбиваемости литейных форм и стержней. Увеличение содержания огнеупорной глины сверх 3% приводит к снижению газопроницаемости, прочности в отвержденном состоянии и увеличению гигроскопичности смеси, что нежелательно, ввиду роста риска образования в отливках дефектов газового происхождения. Снижение содержания огнеупорной глины менее 0,5% не оказывает существенного влияния на увеличение прочности смеси во влажном состоянии. Содержание отработанной кофейной гущи с содержанием воды 40 мас.% 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. Содержание металлургической пыли более 1% приводит к снижению газопроницаемости смеси и предела прочности при сжатии во влажном состоянии, менее 1% не оказывает существенного влияния на снижение остаточной прочности смеси после прокалки при 800°С, что характерно прогреву литейных стержней в условиях крупногабаритного стального литья.

Таблица

Компоненты и характеристики смеси Состав (масс. %) и свойства смесей Прототип №1 №2 №3 №4 Натриевое жидкое стекло 6 6 6 6 6 Огнеупорная глина 3 0,5 1 2 3 Металлургическая пыль фракцией 5-40 мкм - 1 1 1 1 Отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 мас.% 2 1 1 1 1 Кварцевый песок 89 91,5 91 90 89 Гигроскопичность, % 0,48 0,32 0,34 0,41 0,46 Газопроницаемость, ед. 232 295 282 267 248 Осыпаемость, % 0,3 0,18 0,19 0,2 0,2 Предел прочности на сжатие во влажном состоянии, МПа 0,048 0,042 0,056 0,065 0,079 Предел прочности на сжатие в отвержденном состоянии, МПа 2,05 2,5 2,5 2,48 2,45 Предел прочности на разрыв в отвержденном состоянии, МПа 1,07 1,82 1,71 1,51 1,22 Остаточная прочность после прокалки при 800 ℃, МПа 0,2 0,75 0,3 0,16 0,09

При сопоставлении свойств заявляемой смеси с содержанием жидкого стекла 6 мас. %, огнеупорной глины от 0,5 до 3 мас. %, отработанной кофейной гущи 1 мас. % и металлургической пыли 1 мас. % (смеси 1-4) в сравнении со смесью прототипом видно, что смеси из предлагаемых составов обладают более высокими значениями физико-механических свойств, а именно прочности смеси во влажном и отвержденном состояниях и газопроницаемости, а также низкой осыпаемостью и остаточной прочностью после прокалки стандартных цилиндрических образцов при 800 ℃ (состав 3-4), и обеспечивают улучшение выбиваемости литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем, что позволяет расширить ассортимент технологических добавок в составах формовочных и стержневых смесей и утилизировать отход, образующийся после приготовления зернового кофе, а также утилизация отхода, образующегося в процессе очистки газов, отходящих от дуговых сталеплавильных печей.

Заявленная смесь может быть использована для изготовления литейных форм и стержней в условиях крупногабаритного стального литья, где предъявляются более высокие требования к прочности смеси во влажном и отвержденном состояниях, газопроницаемости и осыпаемости.

Таким образом, введение комплексной технологической добавки в составе отработанной кофейной гущи с содержанием воды 40 масс.%, металлургической пыли и огнеупорной глины 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 крупногабаритного стального литья.

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней содержит, мас.%: жидкое стекло - 6, глину огнеупорную - 0,5-3, кварцевый песок - 89-91,5 и технологическую добавку. В качестве технологической добавки смесь содержит 1 мас.% отработанной кофейной гущи с содержанием воды 40 мас.% и 1 мас.% металлургической пыли фракцией 5-40 мкм. Введение в смесь на жидкостекольном связующем отработанной кофейной гущи и металлургической пыли в указанном количестве способствует снижению остаточной прочности литейных форм и стержней и позволяет обеспечить требуемую прочность смеси во влажном и отвержденном состояниях. Обеспечивается улучшение выбиваемости литейных форм и стержней из песчаных смесей на жидкостекольном связующем, используемых для крупногабаритного стального литья, и утилизация отходов, образующихся после приготовления зернового кофе и в процессе очистки газов, отходящих от дуговых сталеплавильных печей. 1 табл., 1 пр.

Смесь для изготовления легковыбиваемых литейных форм и стержней, содержащая жидкое стекло, глину огнеупорную, кварцевый песок и комплексную технологическую добавку в виде отработанной кофейной гущи с содержанием воды 40 мас. %, отличающаяся тем, что технологическая добавка дополнительно содержит металлургическую пыль фракции 5-40 мкм, при этом компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:

глина огнеупорная 0,5-3 жидкое стекло 6 кварцевый песок 89-91,5 отработанная кофейная гуща с содержанием воды 40 мас.% 1 металлургическая пыль фракцией 5-40 1