Состав для получения противопригарно-упрочняющего покрытия литейных форм Советский патент 1992 года по МПК B22C3/00 

х| 00 О СЛ

Использование: в качестве противопригарно-упрочняющего покрытия литейных форм, преимущественно песчаных, при изготовлении валков резино-технической промышленности массой 2-3 т. Сущность: покрытие получают из состава, содержащего следующие ингредиенты, мас.%: аморфный графит 6.0-/.0; поваренная соль 3,5-4,5; борная кислота 2,5-3,0; асбозурит 5,0-6,0; литейный кокс 7,0-9.0; технические лигносульфонаты 10,0-12,0; вода - остальное. Асбозурит, используемый в составе, состоит из 12-15% асбеста и 85-88% диатомита и представляет собой тонкодисперсный материал, легко проникающий в поры смеси. Диатомит, входящий в его состав, уменьшает коробление покрытия, а также шелушение и трещинообразование, увеличивает сопротивление покрытия абразивным воздействиям и повышает седимен- тационную устойчивость состава. Применение состава по изобретению улучшает качество литейных форм и устраняет брак валков по пригару и засорам. 5 табл. сл С

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам противопригарных и упрочняющих покрытий для получения шеек валков в песчаных формах при производстве чугунных валков ре- зино-техничеокой промышленности массой 2-3 т.

Известно противопригарное покрытие для литейных Форм, состоящее из следующих компонентов, мас.%1

АсбестовшЛ порошок . 12-14 Гипс 6-7

Аморфный графит2-2 5

Алюминиевый порошок 3-3,5 Поваренная соль3,4-3,8

Огнеупорная глина1,5-2,0

Пульвербакелит-1,7-2,0

Сульфитно-спиртовая барда3,0-3,5

5%-ный йодный раствор карбоксиметилцел- люлозы3,5-4,0

ВодаОстальное

После окраски форм валков (резино-технической промышленности-РП) массой 2-3 т, сушки и заливки их металлом было обна СО

ружено довольно большое количество валков с пригаром на шейках и засорами на бочках,

Для получения чистой поверхности шейки вапка необходимо образовать твердую песчаную корку толщиной не менее 6 мм. Образование корки зависит от степени проникновения покрытия внутрь формы кроющей способности.

Использование известного покрытия для форм, в которых получают шейки валков массой 2-3 т невозможно, так как глубина проникновения покрытия внутрь формы незначительна и масса металла намного меньше, чем при отливке валков массой 10-15 т (для которых оно предназначено), и тем самым количество тепла, отданное металлом форме, недостаточно для образования толстой песчаной корки,

Известно теплоизоляционное покрытие для металлических форм, состоящее из следующих ингредиентов, мас.%:

Гипс27,5-29,0

Асбестовый порошок 16,0-17,0 Сульфитно-спиртовая барда2,0-2,5

Перборат натрия0,2-0,3

ВодаОстальное

Это покрытие предназначено для окраски металлических форм (кокилей) с целью повышения прочности сцепления покрытия с поверхностью кокиля при температуре нагрева 80-120°С и повышения их стойкости за счет снижения теплового удара на кокиль.

При окраске этим покрытием песчаных форм глубина проникновения покрытия составила 1,5-2.0 мм, что недостаточно, т.к. наполнители - асбестовый порошок и гипс остаются на поверхности формы и не проникают в поры смеси из-за своей волокнистой структуры (асбестовый порошок) и крупной фракции гипса (02). Поэтому данное покрытие невозможно использовать для окраски песчаных форм из-за малой глубины проникновения его в форму и образования тонкой пригарной корки, а следовательно, и образования пригара на поверхности шеек валков.

Наиболее близким по техническому существу и достигаемому эффекту к изобретению является противопригарное покрытие для литейных форм, состоящее из следующих компонентов, мас.%:

Асбестовый порошок 12,0-14,0

Гипс6,0-7,0

Аморфный графит2,0-2,5

Порошкообразный

алюминий2,2-2,5

Поваренная соль2,4-3,0

Борная кислота0,8-1,0

Сульфитно-спиртовая

барда3,0-3,5

ВодаОстальное

Покрытие имеет низкую газопроницаемость (88 ед.), высокую вязкость (35 с) и плотность (1,27 г/см О. При окраске этим покрытием форм (нижних шеек) массой 2-3 т для валков РП слоем толщиной 0,6-0,8 мм

(вместо 1,0-1,2 мм) глубина проникновения покрытия составила 2,5-3,0 мм, седимента- ционная устойчивость 89%.

После заливки форм металлом образовалась земляная корка толщиной только 3-4

мм, которая не смогла препятствовать образованию пригара на поверхности шейки валка. Из отлитых 24 шт. валков массой 2-3 т был обнаружен на 29% частичный пригар и 37,5% сплошной пригар и земляные раковины.

Образование пригара, вероятнее всего,

зависит от того, что глубина проникновения

покрытия внутрь формы (шейки валка) была

недостаточной из-за более крупных фракций наполнителя , При определении ситового анализа указанного покрытия (прототип) установлено, что основная масса материалов распределилась на ситах 04-02 (54,1 %), а на тазике только 25,6%. Кроме того, содержание остатка на тазике размером частиц 20-50 мкм составило 82,6%, а частиц 20 мкм и менее - 17,4%, Этот анализ показывает, что проникающих частиц размером 20 мкм и менее в покрытии прототипа незначительное количество, т.к. при отдельном ситовом анализе асбестового порошка и гипса содержание их частиц по фракциям в тазике составило 20 и 10% соответственно и в основном фракции 20-50 мкм.

На образование пригара также влияет и кроющая способность покрытия, которая определялась методом потечности и составила 1,49%, т.е. покрытие распределяется по поверхности неравномерно.

Целью изобретения для получения валков резино-технической промышленности массой 2-3 т является улучшение качества литейных форм и устранение брака валков по пригару и засорам за счет повышения

проникающей способности состава, его се- диментационной устойчивости и кроющей способности.

Поставленная цель достигается тем, что покрытие, содержащее аморфный графит, поваренную соль, борную кислоту, технические лигносульфонаты и воду, дополнительно содержит асбозурит и литейный кокс при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Аморфный графит6,0-7,0

Поваренная соль3,5-4,5

Борная кислота2,5-3,0

Асбозурит5,0-6,0

Литейный кокс7,0-9,0

Технические лигно- сульфонаты. 10,0-12,0

ВодаОстальное

Асбозурит (ТУ 36-130-77) - изоляционный порошкообразный материал, состоящий из смеси асбеста (12-15%) и тонко измельченного диатомита (85-88%), который обладает высокой маслоемкостью, хорошей прилипаемостью, уменьшает коробление краски, шелушение, трещино- образование, увеличивает сопротивление краски абразивным воздействиям и не оседает.

Асбозурит применяется в качестве мастичной изоляции поверхности промышленного оборудования и трубопроводов при температуре их нагрева до 900°С. После нагрева его до 1300°С он теряет свои свойства. Химический состав после прокаливания, исследованный в 1979 г.,% SI02-77.2; А 20з-5,38; Ре2Оз-1,32; FeO-0,22; CaO- 0,39; КаО-0,93; MgO-6,23; Na20-0,39; PaOs- 0,32; TI02-0.11; ,34; п.п.п. 6,48. Исследованный в 1985 г..%: 5102-76,2; А120з 3,35; СаО-1,22; МдО-7,2; Рв20з 1,1: 50з-0,35; п.п.п. 10,58,

Технические требования. Для изготовления асбозурита применяется асбест мягкой группы марок К-6-30 или К-6-20 по ГОСТ 12871-67.

В зависимости от величины объемной массы асбозурит изготавливается марок 600, 700, 800 (табл.1).

Содержание частиц диатомита размером более 10 мм не разрешается, а более 5 мм не более 50% по массе, Содержание неразмокающих частиц асбозурита не должно быть более 15% по массе.

Асбозурит повышает эластичность, глубину проникновения покрытия внутрь формы, уменьшает вязкость и увеличивает прочность сцепления с поверхностью формы. Он является стабилизатором и способствует повышению седиментационной устойчивости покрытия и улучшает кроющую способность. При проникновении внутрь формы служит связующим.

Кокс литейный (ГОСТ 3340-71) с фракцией помола 0,2-0,3 мм вводится в состав для повышения газопроницаемости слоя краски и тем самым ускоряет удаление влаги из форм и устраняет трещинообразова- ние в слое покрытия при сушке, а также создает защитно-восстановительную атмосферу между поверхностью формы и жидким металлом, что обеспечивает уменьшение пригара на отливках.

По имеющимся данным в известных решениях отсутствуют признаки, сходные со 5 всеми признаками, которые отличают от прототипа заявляемое техническое решение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию существенные отличия.

0 Граничные значения аморфного графита, поваренной соли, борной кислоты, асбозурита, литейного кокса и технического лигносульфоната в заявляемом покрытии определены экспериментально.

5 В краскомешалку наливают 2/3 части необходимого количества воды, загружают асбозурит и поваренную соль, после 25-30 мин перемешивания добавляют аморфный графит, борную кислоту и литейный кокс.

0 После 12-15 мин перемешивания добавляют воду до плотности 1,36-1,38 г/см3, а затем вводят технические лигносульфонаты и перемешивают 10-15 мин, Плотность покрытия должна быть 1,16-1,18 г/см3.

5 Для определения эффективности состава для получения проти вопригарно-упроч- няющего покрытия в зависимости от количества введенного аморфного графита, поваренной соли, борной кислоты, асбозу0 рита, литейного кокса и технических лигно- сульфонатов были приготовлены составы с граничными и оптимальными соотношениями компонентов, а такж е выходящими за граничные новых компонентов.

5Для выбора оптимальных значений было

приготовлено 7 составов смесей и один известного противопригарного покрытия для литейных форм (прототип), указанных в табл. 2. При определении ситового анализа по0 крытий прототипа и заявляемого установлено, что средняя величина (%) остатка на тазике составила для прототипа 25.6%, а заявляемого 47,4% (см. табл, 3, п, 1.2). Это, вероятнее всего, зависит от того, что асбо5 зурит имеет большее количество тонкодисперсных частиц, чем асбест и гипс, т.к. остаток на тазике распределился по размерам следующим образом; размер 20-50 мкм для прототипа 82,6%, заявляемого 65,2%,

0 т.е. меньше в 1,27 раза, размер 10-20 мкм 7.8% и 11,1 % соответственно, т.е. больше в 1,42 раза и размером менее 10 мкм 9,6% и 23,7%, т.е. больше в 2,47 раза. Следовательно, в заявляемом покрытии частиц разме5 ром менее 20 мкм больше в 2 раза, чем у прототипа, поэтому оно более эффективно проникает в поры, пропитыёая более толстый слой смеси.

Для сопоставления некоторых материалов на зерновую основу был проведен ситовый анализ асбестового порошка, гипса и асбозурита (табл 3, 4, 5).

Как видно из табл. 3, остаток на тазике для асбестового порошка составляет 20%, а асбозурит а 55%, что в 2,5 раза выше и распределяется по размерам частиц 10-20 мкм и менее 10 мкм в сумме 9 и 52% соответственно. Таким образом, в асбозурите тонкодисперсных частиц в шесть раз больше, чем в асбестовом порошке, потому что асбест является волокнистым материалом (горный лен). Он хорошо размягчается водой, но волокнистая структура его не изменяется и при применении в покрытиях для окраски поверхности форм и стержней он плохо проникает внутрь и в основном остается на поверхности.

Сопоставляя содержание асбестового порошка в известном покрытии (прототип 12-14%) с содержанием асбозурита в заявляемом (5-6%) количество тонкодисперсных частиц размером 10-20 мкм и менее 10 мкм составит в 2 раза больше, т.е. против 52% в асбозурите что в три раза меньше,

Количество остатка на тазике гипса составило 10% (табл, 3,4) и распределилось по размерам 10-20 мкм и менее 10 мкм. Поэтому существенной роли на проникновение покрытия в поры формы гипс не имеет, он остается на поверхности.

Как видно из табл. 3, 6 7, ни кокс, ни алюминиевый порошок на глубину проникновения покрытия в поры формы не влияет, т.к. нет частиц менее 10-20 мкм,

Кроющую способность состава оценивают по потечности. Изготавливают образцы в виде пластин (130 х 25 х 25) из испытываемого материала. Пластины окрашивают однократным окунанием в испытуемое покрытие с двухсекундной выдержкой. Затем производят 10 мин, сушку при 200°С в вертикальном положении. После охлаждения измеряют толщину окрашенных образцов в верхней и нижней частях пластины на расстоянии 100 мм друг от друга. Из полученных замеров выводят средние результаты толщины образца с покрытием в верхней и нижней частях пластины (табл. 4).

Потечность определяется по формуле

ПВ - А

100%,

где П - потечность покрытия, %;

А - средняя толщина пластины с покрытием в верхней ее части мм

В - средняя толщина пластины с покрытием в нижней ее части, мм:

I - расстояние между симметричными верхними и нижними точками на пластине равное 100 мм,

Например, потечность для прототипа составляет

П28,71 -27,22

100

. Ю0 1,49%;

для заявляемого состава 3 27,15-26,41

П

100

100-0,74%.

Как видно из полученных значений потечности, она в два раза меньше у заявляемого покрытия. Поэтому использование в составе покрытия асбозурита с большим количеством тонкодисперсных частиц, вероятнее всего, способствует уменьшению потечности, т.е. улучшению кроющей способности покрытия.

В таблице 5 приведены показатели свойств составов для получения противопригарно-упрочняющего покрытия литейных форм и известного (прототипа).

Окраска форм производилась с помощью кисти слоем толщиной 0,6-0,8 мм и в два последовательных приема. С каждым

составом покрытия было отлито по 24 шт. валков массой 2-3 т. Сушка форм производилась при температуре 420-440°С.

Согласно данным проведенных исследований и опробований в промышленных

условиях заявляемое изобретение с базовым объектом (прототипом) обладает следующими преимуществами:

повышена седиментационная устойчивость покрытия, была 89%, стала (в среднем)

96% или выше на 8%;

увеличилась кроющая способность по крытия, которая определялась методом потечности, была 1,49 %, стала (средняя) 0,74 % или в два раза меньше;

повышена глубина проникшего слоя покрытия в форму (проникающая способность), вместо 2,8 мм стала в среднем 7,3 мм или в 2,6 раза выше;

увеличилась толщина легкоотделимой

земляной корки с 3.5 мм до 7,7 мм, т.е. в два раза выше;

брак валков по сплошному и частичному пригару, а также засорам отсутствовал.

Формула изобретения

Состав для получения противопригарно-упрочняющего покрытия литейных форм, преимущественно песчаных для получения валков резинотехнической промышленности массой 2-3 т. включающий аморфный графит, поваренную соль, борную кислоту, технические лигносульфонаты и воду, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества литейных форм и устранения брака валков по пригару и засорам за счет повышения проникающей способности состава, его седиментацией ной устойчивости и кроющей способности, он дополнительно содержит асбозурит и литейный кокс при

следующем соотношенииингредиенте

мае %:

Аморфный графит6,0 7.0 Поваренная соль3,5 -4 5 Борная кислота2 5-3,0 Асбозурит50-60 Литейный кокс7,0-9.0 Технические лигносульфонаты10.0-120 ВодаОстальное

Т я Pi л и ц а 1

Таблица 2

Продолжение табл.2

в числителе среднее значение толщин, полученных на четырех образцах верхних точек образца, а в знаменателе - нижних точек.

Таблица 3

Продолжение табл.3.

Таблица 4

Продолжение табл.4.

Таблица 5