СВЯЗУЮЩЕЕ ТЕПЛОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ Советский патент 1994 года по МПК B22C1/20 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к связующим материалам на основе лигносульфонатов, применяемым для изготовления литейных форм и стержней, отверждаемых тепловой обработкой в сушильных агрегатах, а также в нагреваемой оснастке.

Известно связующее для изготовления форм и стержней, содержащее материал на основе лигносульфонатов и мочевину [1].

Указанное связующее характеризуется недостаточно высокой способностью к упрочнению смеси, отверждаемой контактной сушкой, а высокая адгезия связующего к оснастке ограничивает его применение в производстве форм и стержней машинной формовкой с последующим тепловым отверждением в сушилках.

Известно также связующее для изготовления литейных форм и стержней, включающее материал на основе лигносульфонатов и активатор теплового отверждения в виде первичного или третичного амина [2].

Использование первичных или третичных аминов в качестве активаторов теплового отверждения лигносульфонатов ограни- чивается их токсичностью усугубляемой высокой летучестью паров этих соединений. Все они обладают стойким и очень неприятным запахом.

Известно связующее сообщает стержням низкую прочность на разрыв после их отверждения в нагреваемой оснастке.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является связующее теплового отверждения [3] для изготовления литейных форм и стержней, содержащее (в пересчете на 100 мас.% сухих веществ):
Материал на основе
водорастворимых лигносульфонатов 51-91,5
Побочный продукт
на основе многоа-
томных спиртов и их
производных в виде
кубового остатка от
дистилляции глице-
рина-сырца (глице- риновый гидрон) 8,5-49,0
Кубовый остаток от производства глицерина-сырца имеет следующий состав, мас.%: Полиглицерины 38,6-47,2 Глицерин 44,3-49,2 Жирные кислоты 4,6-12,2
Однако смеси с данным известным связующим после 5 мин сушки остаются термопластичными, т. е. не обладают прочностью на разрыв в горячем состоянии, что не позволяет использовать указанное связующее в процессе изготовления стержней в нагреваемой оснастке. Кроме того, смеси с указанным связующим обладают повышенной осыпаемостью и склонны к пережогу в процессе конвективной сушки.

Целью изобретения является повышение прочности форм и стержней в горячем состоянии, снижение их гигроскопичности и склонности к пережогу в процессе тепловой обработки.

Для достижения поставленной цели связующее теплового отверждения для изготовления литейных форм и стержней, включающее материал на основе водорастворимых лигносульфонатов и побочный продукт на основе многоатомных спиртов и их производных, содержит в качестве упомянутого побочного продукта отход производства этилцеллозольва, этилкарбитола и гликолей от гидратации окиси этилена в виде продукта на основе полигликолей при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Материал на основе
водорастворимых лигносульфонатов 90-95
Продукт на основе полигликолей 5-10
Упомянутый продукт на основе полигликолей в соответствии с изобретением имеет следующий состав, мас.%: Моноэтиленгликоль 2-10 Эфиры гликолей 28-58 Осмоленные поли- гликоли 2-10 Ди-, три- и тетра- этиленгликоли Остальное
Полигликоли - вязкая малолетучая темно-коричневая жидкость; они могут быть использованы как в исходном виде, так и в виде водного раствора. Плотность полигликолей составляет 1,02-1,12 г/см³ (20^оС), вязкость по ВЗ-4 (20^оС) 18-40^о с, рН 8-11.

Примером материала на основе водорастворимого лигносульфоната служит сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ).

Активацию лигносульфонатов полигликолями осуществляют в процессе приготовления связующего. Добавка полигликолей понижает вязкость сульфитно-дрожжевой бражки, что способствует лучшему обволакиванию зерен кварцевого песка. Возможно также введение полигликолей в процессе приготовления смеси.

Выбор в качестве активатора отверждения лигносульфонатов полигликолей обусловлен тем, что наряду с высокой скоростью отверждения полигликоли обеспечивают и высокую прочность смесей после их тепловой обработки.

В процессе сушки стержней с описываемым связующим протекают реакции поликонденсации между молекулами СДБ и полигликолей с образованием дополнительных связей между ароматическими фрагментами лигносульфонатного комплекса.

При содержании полигликолей в составе связующего ниже 5% прочность стержней на разрыв падает, а при содержании их более 10% скорость сушки стержней уменьшается и перестает удовлетворять требованиям современной литейной технологии.

П р и м е р. Для приготовления смесей использовали следующие исходные материалы: песок кварцевый 1К02; концентрат сульфитно-дрожжевой бражки КБИ с натриевым основанием Краснокамского ЦБК, содержание сухих веществ 48,0%, плотность 1,23 г/см³ и вязкость по вискозиметру ВЗ-4 свыше 2000 с; водный раствор глицеринового гудрона Ростовского-на-Дону масложирового комбината "Рабочий" плотностью 1,26 г/см³; полигликоли Кемеровского ПО "Химпром", плотность 1,088/см³, вязкость по вискозиметру ВЗ-4 22 с и химический состав, мас. % : моноэтиленгликоль 4,0, ди-, три-, и тетраэтиленгликоли 53,0, эфиры гликолей 35,0, осмоленные полигликоли 8,0.

Связующее по прототипу "СДБ-Глицериновый гудрон" готовили согласно авторскому свидетельству [3]; весовое соотношение глицеринового гудрона и СДБ в связующем (в пересчете на сухое вещество) 1:2,60 или 70 мас.% СДБ и 30 мас.% глицеринового гудрона.

В табл. 1 приведены составы предлагаемого (1,2 и 3) и известного (4) связующих. Полигликоли в связующих 1-3 водой не разбавляли.

Связующее приготавливали путем совмещения и тщательного перемешивания СДБ и полигликолей в течение 2-3 мин до получения однородной жидкости.

В производственных условиях литейных цехов возможно совместить операции приготовления связующего в смеси путем введения в кварцевый песок лигносульфонатного связующего и полигликолей с последующим тщательным перемешиванием до равномерного распределения их по объему смеси.

Составы смесей со связующими 1-4 (согласно табл. 1) приведены в табл. 2.

Свойства смесей со связующими по изобретению (1-3) и по прототипу (4) приведены в табл. 3.

Как видно из табл. 3, стержни из смеси с известным связующим, отвержденные за 5 мин сушки, имеют несколько большую прочность на разрыв, чем аналогичные стержни из смеси на основе связующего по изобретению.

Однако стержни известного состава после 5 мин сушки в горячем состоянии термопластичны и не имеют прочности на разрыв. Ввиду этого известное связующее "СДБ-Глицериновый гудрон" неприменимо для изготовления стержней в горячих ящиках. В отличие от известного технического решения связующее "СДБ-Полигликоли" обеспечивает стержням горящую прочность, достаточную для манипуляции с ними, и может быть использовано для изготовления стержней в горячих ящиках.

Прочность образцов при 10-минутной выдержке не представляет интереса, так как этот интервал тепловой обработки не характерен как для контактной сушки (слишком велик), так и для конвективной сушки (слишком мал). Для конвективной тепловой обработки в сушильных агрегатах показательны образцы с 30- и 60-минутной сушкой. Из данных табл. 3 видно, что связующее по изобретению сообщает стержням с 30- и 60-минутной сушкой прочность соответственно более чем в 2 и более чем в 3 раза выше, чем известное связующее. Это свидетельствует о том, что связующее по изобретению обеспечивает снижение склонности стержней и форм к пережогу в процессе тепловой обработки и позволяет в 3-4 раза снизить осыпаемость стержней и форм. Из данных табл. 3 следует, что связующее по изобретению отвечает принципу универсальности, т.е. может быть использовано в составах смесей, отверждаемых как в нагреваемой оснастке, так и тепловой обработкой в сушилах.

Гигроскопичность стержней определяли согласно ГОСТ 23409.10-78. Из данных табл. 3 видно, что гигроскопичность стержней на основе известного связующего превышает предельно допустимое значение и составляет 0,66%, в то время как гигроскопичность смесей со связующим по изобретению примерно в 2 раза ниже.

При разведении полигликолей водой резко снижается прочность стержней через 5 мин тепловой обработки и повышается их осыпаемость, поэтому водные растворы полигликолей нецелесообразно использовать в процессах отверждения в нагреваемой оснастке.

Однако 60-80% -ные водные растворы полигликолей обеспечивают высокую прочность (в среднем от 12 до 19 кгс/см² на разрыв) при тепловой обработке в течение 30 и 60 мин и, следовательно, могут использоваться в процессах конвективной сушки стержней.

Таким образом, связующее по изобретению обеспечивает существенное повышение прочности стержней в горячем состоянии, а также сообщает стержням и формам пониженную гигроскопичность и устойчивость против пережога.

1. СВЯЗУЮЩЕЕ ТЕПЛОВОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, включающее материал на основе водорастворимых лигносульфонатов и побочный продукт на основе многоатомных спиртов и их производных, отличающееся тем, что, с целью повышения прочности форм и стержней в горячем состоянии, снижения их гигроскопичности и склонности к пережогу в процессе тепловой обработки, оно содержит в качестве упомянутого побочного продукта отход производства этилцеллозольва, этилкарбитола и гликолей от гидратации окиси этилена в виде продукта на основе полигликолей при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Материал на основе водорастворимых лигносульфонатов 90 - 95
Продукт на основе полигликолей 5 - 10
2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что упомянутый продукт на основе полигликолей содержит, мас.%:
Моноэтиленгликоль 2 - 10
Эфиры гликолей 28 - 58
Осмоленные полигликоли 2 - 10
Ди-, три- и тетраэтиленгликоли Остальное