Холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней Советский патент 1983 года по МПК B22C1/22 

Изобретение относится к литейно производству и предназначено для и готовления форм и стержней из холо нотвердеющих смесей на синтетическ смолах в условиях индивидуального серийного и массового производства отливок из чугуна, стали и цветных сплавов. Известна холоднотвердеющая смес ХТС) для изготовления литейных сте ней, содержащая кварцевый песок, ка бамидо-фурановую смолу марки BC-kO и ортофосфорную кислоту плотностью 1,56 - 1,57 г/см Г1 . Однако при использовании этой см си для изготовления форм расход све жего кварцевого песка достигает 6 т на 1 т годного литья, что приводит к существенному возрастанию себесто имости последнего. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и дoctигaeм му результату является ХТС, содержа щая огнеупорный наполнитель в виде кварцевого песка и регенерата из собственного возврата, связующее с содержанием карбамр до-формальдегидного олигомера и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении ингредиентов, масД: Кварцевый песок 7,1 Регенерат 7 7 Связующее с содержанием карбамидоформальдегидного олигомера ( связующее УГТС)3,8 Ортофосфорная кислота0,69-0,85 Регенерат, используемый в соста данной ХТС, характеризуется следую ми показателями, мас.1; Остаточное содержание РО -групп1,0 Остаточное валовое содержание азота0,3 Потери при прокаливании 2,8 Показатель водородных ионов, рН6,0 В качестве связующего с содержа нием карбамидо-формальдегидного олигомера используется связующее УГТС.включающее карбамидную смблу например, УКС или КФ-Ж ), модифициррванную смолой переработки сланцев ГТФ 2 . При использовании в литейном производстве данной ХТС расход свежего песка остается значительным и составляет 3 т на 1 т годного литья. Высокое содержание связующего в смеси и большой расход свежего песка увеличивают себестоимость ХТС, а неполное использование регенерата является причиной загрязнения окружающей среды промышленными отходами. Кроме того, данная ХТС характеризуется также низкой прочностью при высоких температурах (термостойкостью) что приводит к снижению качества чугунных отливок. Целью изобретения является повышение термостойкости смеси, снижение ее себестоимости и уменьшение загрязнения окружающей среды промышленными отходами. Для достижения поставленной цели холоднотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней, включающая кварцевый песок, регенерат из собственного возврата, связующее с содержанием карбамидо-формальдегидного олигомера и ортофосфорную кислоту, содержит в качестве регенерата материал со следующими показателями, мас.%: Остаточное содержание. Р04 -групп1,1-3,1 Остаточное валовое содержание азота0,1-0, Потери при прокаливании 1,2-2,7 Показатель водородных ионов, рН3,0-5,5 при следующем соотношении ингредиентов:Кварцевый песок0,,8 Регенерат с упомянутыми показателями50,0-98,0 Связующее с содержанием карбамидоформальдегидного олигомера 1,0-2,0 Ортофосфорная кислота0,,2 В качестве связующего с содержанием карбамидо-формальдегидного олигомера целесообразно использование карбамидо-фурановых связующих (ТУ-6-05-1750-77), БС-УО (ВТУ 32-70 или БС-20 временные ТУ завода Карболит ; . В составе смеси используется орто фосфорная кислота по ГОСТ 10678-63 с плотностью 1,56-1,70 г/см . Приготовление смеси осуществляется по технологии, принятой для холод нотвердеющих смесей. Термостойкость смеси (прочность при высоких температурах) обусловлена качеством регенерата, в частности содержанием в нем РО -групп. Известно, что при нагревании конденсируется до пирофосфорной кислоты (2НзР04 Н Р О-уЧ- Н.0 и далее до полимеризованной метафосфорной кислоты (HPOj,)n, где и равно от 2 до 6. Полимеризованная метафрсфорная кислота представляет собой густую вязкУ|Ю массу, термостойкую до 900°С. Однако основное влияние на повыше ние термостойкости оказывают продукты термодеструкции системы смолакатализатор, т.е. коксы. Установлено что если при комнатной температуре прочностные свойства смесей определяются силой адгезии связующего к кварцу, то при работе в условиях выс котемпературного нагрева на прочност смеси существенное влияние начинает оказывать величина силы когезии кокса. Прочность коксов увеличивается при увеличении остаточного содержания в регенерате РО.-групп. На состав и свойства регенератов большое влияние оказывает число оборотных циклов. В процессе нарастания циклов оборота в регенерированном песке происходит накопление РО -груп Этот процесс зависит от расхода в ХТС орто(Х сфорной кислоты, от количества РО -групп, удаляемых при меха нической регенерации, а также от количества регенерированного песка, вводимого в смесь. Оптимальное содержание в регенера те РО.-групп составляет 1,1-3 мас. Использование регенерата с меньши содержанием Р04-групп приводит к 10 94 уменьшению прочности смеси при высоких температурах, которая становится недостаточной для сопротивления давлению жидкого металла, при этом наблюдается проникновение металла в форму и образование механического пригара наотливке. Использование регенерата с большим содержанием РОд-групп повышает термостойкость смеси, однако смесь в холодном состоянии имеет повышенную хрупкосто, что ведет к образованию брака, по засорам. Оптимальная величина остаточного валового содержания азота в регенерате составляет 0,1-0, мае., а содержание потерь при прокаливании 1,2-2,7 мае.. Увеличение остаточного валового содержания азота более 0,% и содержания потерь при прокаливании -более 2,7% приводит к браку литья по водородно-азотной пористости, которая обнаруживается в виде округлых или вытянутых раковин размером до 2-3 мм в поверхностном слое отливки. Уменьшение в регенерате остаточного валового азота и величины потерь при прюкаливании практически устраняет брак литья по водородно-азотной пористости. Получить в регенерате остаточное валовое содержание, азота менее 0,.1 и величины потерь при прокаливании менее 1,2 не представляется возможным на выпускаемых отечественной промышленностью связующих с содержанием карбамидо-формальдегидного олигомера до 10. Показатель водородных ионов в регенерате непосредственно связан с количеством катализатора, которое необходимо ввести в смесь для ее отверждения. Оптимальный показатель водородных ионов в регенерате составляет 3,0-5,5 ед. Повышение в регенерате показателя водородных ионов более 5,5 ед. влечет за собой увеличение количества ортофосфорной кисло ты, так как часть ее рао одуется на нейтрализацию, что экономически нецелесообразно. Уменьшение в регенерате оказателя водородных ионов резко увеличивает скорость нарастания прочности смеси на начальных стадиях отверждения,что приводит к разупрочнению форм и стержней в отвержданном состоянии из-за перенапряженной структуры смеси.

Указанные показатели регенерата в стабилизированном состоянии (при многократном его использовании) обусловлены его количеством, вводимым в состав формовочных и стержневых смесей, а также содержанием связующего и катализатора. Оптимальные показатели регенерата соответствуют сЬдержанию его в приготовленной смеси в количестве 50-98 мас.% при

.этом содержание связующего равно 1-2, а ортофосфорной кислоты О,.-1,2%. Уменьшение содержания регенерата в составе смеси приводит к ухудшению показателя ее Термостой- кости, что отрицательно сказывается на качестве отливок, а также к увеличению ее себестоимости в связи с возрастанием расхода свежего кварцевого песка.

Следует отметить, что использование регенерата в количестве большем, чем в известной смеси, и при таком же, как в известной смеси, содержании связующего также приводит к повышению термостойкости смеси, однако из-за увеличения содержания величины потерь при прокаливании и валового

азота сверх обусловленных значений увеличивается брак литья по газовымраковинам.

Составы ХТС предлагаемой 1 - t а также известной 5 приведены в талб.1

Свойства регенерата, использованного в составах ХТС предлагаемой 1 - 4 и известной 5 приведены в табл табл.2.

Термостойкость ТС 1 - 5 и их влияние на качество отливок показаны в

табл.3.

Использование предлагаемой ХТС для изготовления форм и стержнейобеспечивает по сравнению с известной следующие преимущества:

увеличение прочности смеси (термостойкости при высоких температурах,

уменьшение брака литья по механическому пригару, а также газовым раковинам и засорам;

возможность использования регенерата в смесях в количестве до 98

сокращение объема использования свежего кварцевого песка ( в среднем на 25);

сокращение затрат на добычу, транспортирование и сушку свежего кварцевого песка;

сокращение затрат на транспортирование отработанной смеси в отвалы,

уменьшение загрязнения окружающей среды промышленными отходами Сза счет сокращения удаления отработанно смеси в отвалы).

Расчет экономической эффективности от внедрения предлагаемой смеси показал, что полученная экономия составит 12,8 руб на 1 т годных отливок. Т а б л и ц а 1

Связующее с содержанием карбамидо,формальдегидного ОЛИгомера:

смола БС-20

смола смола БС-70

композиция УГТС

ортофосфорная кислота

1,0

1,2

3,8

0, 0,8

0,5

Потери при прокаливаний, масД

Показатель концентрации водородных ионов, рН

Таблица2

2,8

1,2

2,5

1,7

3,6

6,0

i.6

3,0