Жидкая самотвердеющая смесь для изготовления литейных стержней и форм Советский патент 1985 года по МПК B22C1/10 B22C1/20 

Изобретение относится к литейно производству, а именно к составам жидкоподвижных самотвердеющих смесей (ЖСС), используемых для изгото ления стержней и форм чугунного и стального литья преимущественно эл тропроцессом, заключакяцимся в совмещении смесеприготовления с электроподогревом. Известно приготовление горячих ЖСС в злектросмесителях, что позволяет сократить продолжительность затвердевания смесей в оснастке и повысить их прочность на начальном /этапе твердения 1 . Известна также ЖСС для изготовления литейных стержней и форм, содержащая огнеупорньй наполнитель огнеупорную глину, связующее на основе лигносульфонатов, окислитель, хромовый ангидрид, пенообразователь (КЧНР), катализатор (серная кислота) и воду 2. Указанная смесь содержит агрессивный электролит (например, серную или соляную кислоту), что вызывает коррозию емкостей, трубопроводов, дозирующих устройств и ухудшает санитарно-гигиенические условия тру да. В составе смеси, кроме агрессивной кислоты, отсутствует дополнительный электролит, что значительно затрудняет ее использование при эле тропроцессе приготовления горячих ЖСС для литейных форм и стержней. Кроме того, указанные кислоты не обеспечивают высокую прочность смес в ранние сроки твердения, так как и влияние на процесс твердения смеси происходит не за счет каталитического воздействия на реакцию гелеобразования, а за счет снижения рН смеси. Известна также ЖСС исходного сое тава, в которой агрессивные кислоты заменены хлорной медью р}. Указанная смесь содержит очень мало электролита (хлорной меди), поэтому удлиняется время приготовле ния смеси в электросмесителе, не до тигаются высокая температура подогрева смеси и скорость твердения. При увеличении длительности перемешивания смеси ухудшается ее текучесть и живучесть. Кроме того, электролит, выполняющий одновременн Функцию катализатора, имеет простой состав, что не обеспечивает высокую прочность смеси на сжатие в ранние сроки твердения и не позволяет регулироват продолжительность твердения смеси в широких пределах. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является ЖСС .4 для изготовления литейных стержней и форм преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовления,которая имеет следующий состав, мас.%: . Огнеупорный наполнитель 89,00 Огнеупорная глина2,00 Связующее на основе лигносульфонатов сульфитно-дрожжевая бражка марки КБЖ в пересчете на плотность 1,27 ,67 Пенообразователь КЧНР0,45 Хромовый ангидрид0,32 Отработанный травильный раствор (ОТР) 0,36 Вода3,20. Однако ОТР поставляется в виде жидкости плотностью 1,45-1,50 г/см. Содержание полезных для смеси веществ (трехвалентного железа в виде FeCU и двухвалентной меди в виде CuClt) в ОТР достигает всего 30%, или, в пересчете на состав смеси, всего 0,108%. Растворимость указанных солей в водных растворах лигносульфонатов относительно низка. Вследствие недостаточного содержания электролита удлиняется время приготовления смеси в электросмесителе, не достигается высокая температура и прочность форм и стержней на начальном этапе твердения. Кроме того, ОТР содержит некоторое количество двухвалентного хлористого железа, которое является восстановителем хромового ангидрида, в результате чего часть хромового ангидрида может расходоваться на окислительно-восстановительную реакцию с ним. Из-за взаимодействия двухвалентного железа с хромовым ангидридом, интенсивность 3 которого возрастает с повышением те пературы, при приготовлении смеси нельзя предварительно смешивать их вместе. Кроме того, повышение содер жания ОТР сопровождается увеличение влажности смеси и снижением ее газопроницаемости. ОТР радиотехнической промышленности являются агресси ными по отношению к металлу, вызывают коррозию литейного оборудовани транспортировка их осуществляется в специальных емкостях. Целью изобретения является повышение качества стержней и форм за счет повьш1ения их прочности на нача ном этапе твердения. Для достижения поставленной цели ЖСС для изготовления литейных стер ней и форм преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовления, включающая огнеупорный наполнитель, огнеупорную глину, связующее на основе лигносульфонатов, хромовый ангидрид, пенообразователь и воду, дополнительно содержит комплексный электролит на основе . хлорида марганца и карбоната меди при их массовом отношении соответст венно (1,5-10,0):1 и при следующем соотношении ингредиентов, в мас.%: Огнеупорная глина 0,60-2,00 Связующее на основе лигносульфонатов 4,30-5,90 Хромовый ангидрид0,22-0,30 Пенообразователь0,30-0,90 Вода2,30-3,20 Комплексный электролит на основе хлорида марганца и карбоната меди 0,20-0,60 Огнеупорный наполнитель Остальное Хлорид марганца ( ) хорошо растворяется в лигносульфонатах, растворимость его в в-оде при 20 С в пересчете на безводный хлорид марганца составляет около А5%. Хлорид марганца широко используется в литейных флюсах при рафинирова нии цветных сплавов. В смесях могут использоваться также и другие кристаллогидраты хлорида марганца 8024 ( Mncij-2H4o; нпси-н о; и безводный хлорид марганца. Карбонат меди CuCOj имеет невысокую водорастворимость, используется при получении химикатов, в смеси выполняет функцию передатчика кислорода от хромового ангидрида, а также функцию вспенивателя. Во время приготовления смеси в электросмеситепе при протекании электрического тока вследствие омического сопротивления смеси последняя нагревается. Количество выделяемого .тепла в смеси прямо пропорционально квадрату силы тока и времени подогрева и выражаетсяв соответствии с известным правилом Джоуля-Ленца. . При добавлении к смеси электролита при одном и том же источнике , питания увеличивается сила тока, что приводит к увеличению количества выделяемого тепла и сокращению цикла приготовления смеси, при этом смесь прогревается до более высокой температуры. Горячая жидкая смесь предрасположена к более интенсивному твердению, так как окислительный потенциал хромового ангидрида зависит от температуры. Кроме того, важно, что при наложении внешнего электрического поля лигносульфонаты в процессе перемешивания смеси легко хлорируются. Карбонат меди (СиСО,), входящий в комплексный электролит-катализатор под действием внешнего электрического- поля и кислоты разлагаются с выделением СО.. Механизм действия двух составных частей предложенного комплексного электролита-катализатора на химическое изменение молекулярной структуры сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ) и на процесс ее гелеобразования представляется следующим образом. Известно, что твердение СДБ происходит в результате образования поперечных мостиковых связей между продольными цепями молекул лигносульфонатов. Чем больше в СДБ фенольных групп, особенно пирокатехиновых, тем интенсивнее идет процесс полимеризации лигносульфонатов. При добавке хлоридов и наложении электрического поля происходит увеличение содержания фенольных гидроксильных групп за счет деметоксилирования лигносульфонатов под доздействием поглощенного хлора Входящий в состав комплексного электролита-катализатора катион меди является, по-видимому передатчиком ки лорода от хромового ангидрида. В жид кой композиции под каталит 1ческим действием меди, но уже за счет кислорода хромового ангидрида, происходит окисление фенольных гидроксипьны групп (дигидрирование) с образование активных радикалов типа хинонметида легко подвергающихся полимеризации, в результате чего образуются поперечные мостиковые связи. Медь, по-ви димому, сначала восстанавливается до одновалентного состояния, а затем снова окисляется кислородом хромового ангидрида, как это имеет место при аэробном окислении монои диоксифенолов и родственных им соединений. Таким образом, ингредиен ты комплексного электролита-катализатора выполняют самостоятельные функции при образовании геля, дополняя друг друга, и только при совмест ном их введении и наложении внешнего электр ического поля достигается качественно новый и существенньй положительный эффект. Кроме того, в результате разложения карбоната мед и образования пузырьков углекислого газа смесь быстро переходит в жидкое состояние с повьшенной текучестью. При увеличении в ЖСС содержания комплексного электролита выше верхн го предела снижается ее текучесть, длительность перемешивания смеси дл достижения эффекта перегрева, а так уменьшается абсолютное значение перегрева (в с) и снижается степень хлорирования лигносульфонатов. Это обстоятельство приводит к сниже;нию прочностных характеристик смеси. Огнеупорным наполнителем смеси является кварцевый песок, например 1К02А. Песок должен быть сухим, про

Таблица 1 26 сеянным.Огнеупорная глина применяется в порошкообразном состоянии. Лигносульфонатное связующее, например СДБ, применяется с предпочти тельной плотностью 1,24-1,2 г/см. Пенообразователем могут служить технические продукты КЧНР, ДС-РАС, контакт Петрова, сульфонол и др. В качестве окислителя используется хромовый ангидрид. Приготовление смеси осуществляется в смесителях, снабженных системой электроподогрева. Составляющие вводятся в следующей последовательности: наполнитель, затем огнеупорная глина, Лигносульфонатное связующее с добавкой воды и пенообразователя, после чего комплексный электролит отвердитель - хромовый . ангидрид. Предлагаемая смесь может применяться не только в виде ЖСС, но и в пластичном состоянии. В последнем варианте уменьшается или исключается содержание пенообразователя и снижается содержание воды. В Табл. 1 приведены составы предлагаемых смесей 1-3 и известной 4, в табл. 2 - характеристики параметров смесеприготовления и свойства ЖСС. Как видно из данных табл. 1 и 2, введение комплексного электролита-катализатора позволяет сократить продолжительность обработки смеси электротоком в три раза, повысить температуру смеси в 1,7 раза и тем самым уменьшить энергозатраты на ее приготовление, а также сократить время твердения и повысить прочность в ранние сроки твердения в 1,9-2,7 раза. Экономический эффект за счет сокращения цикла изготовления стержней, увеличения оборачиваемости модельно-опочной оснастки, сокращения ее комплектов, уменьшения боя стержней составит не менее 1 руб./т литья.

8

1J 56802 Продолжение табл. J

тЩКАЯ САМОТВЕРДЕЮи1АЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовления, включающая огнеупорный наполнитель, огнеупорную глину, связующее на основе лигносульфонатов, хромовый ангидрид, пенообразователь и воду, о т л ичающаяся тем,что, с целью повышения качества стержней и форм за счет повьшения их прочности на начальном этапе твердения, она дополнительно содержит комплексный электро лит на основе хлорида марганца и карбоната меди при их массовом отношении соответственно

Лигносульфонатное связующее плотностью 1,27 г/см

Хромовый ангидрид ОТР

Комплексный электролит-катализатор : Хлорид марганца (в пересчете на

Время перемешивания воздействием электр

Температура ЖСС на выпуске, С

Текучесть по конусу СтройЦНИЛ, мм

Прочность на сжатие кгс/см, через

0,3 ч

3ч

24 ч

Газопроницаемость, ед. через

1ч

4,67

5,90 С,32 0,30 0,36

Таблица 2

60

180

60

50

32

30

100

80

110

1,1

2 5,0

120

115

100

f

Характеоистшса я свойства ЖСС 2ч130 110 2 ч140 130

Показатели,свойств для смесей

:Ei:ii:zin 120 140 130 150