Связующее для формовочных и стержневых смесей литейного производства Советский патент 1983 года по МПК B22C1/20 

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к составам связующих для приготовления формовочных и стержневых смесей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является связующее на основе лигносульфонатоь, представляющее со&ой 50%-ный водный. концентрат кальциевых, натриевых, аммонийных или кальциево-натриевых (аммонийных) солей лигносульфоновых кислот. Формовочные и стержневые смеси на основе огнеупорного наполнителя и указанного связующего отверждаются при комнатной температуре весьма медленно вследствие низкой упругости водяного пара, что резко замедляет испарение растворителя (воды). По этой же причине данная смесь обладает неудовлетворительными физико-механическими характеристиками.

Целью изобретения является повышение скорости холодного отверждени и прочности форм и стержней при использовании связующего на основе лигносульфонатов.

Для достижения поставленной цели связующее для формовочных и стержневых смесей литейного производства, включающее лигносульфонаты и. воду, дополнительно содержит легколетучий растврритель, а именно этанол или ацетон, при следующем количественном соотношении ингредиентов, вес.ч.:

Лигносульфонатн (в пере сч;е те на сухое ве-.

щество)50-70

Легколетучий растворитель 1-45 0 Вода5-49

Так как упругость пара легколетучего растворителя выше упругости пара воды, он испаряется быстрее, и вследствие этого обусловливает 5 повышение скорости отверждения сме сей. Наряду с этим растворители существенно повышают прочность смесей .

Концентриро-вание заявляемого - связующего осуществляют использованием наряду с жидкими лигносульфонатами (ОСТ 81-79-74} дополнительного количества порошкообразных лигносулйфонатов (тУ 81-04-225-73).

Термин лигносульфр наты (в пересчете на сухое вещество) или

сухие лигносульфонаты подразумевает суммарное содержание сухих веществ в жидких (50%) и порошкообразных (100%) лигносульфонатах. 0 Техническая характеристика использованных лигносульфонатов сравнительно с требованиями ОСТ-81-79-74 и ТУ-81-04-225-73 показана в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ФОРМОВОЧНЫХ |И СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ ЛИТЕЙНОГО ПРО- -ИЗЮДСТВА, включающее лигносульфона- ты и .воду, отличающеесятем, что, с целью повьипения скорости холодного отверждения и прочности форм и стержней, оно дополнительно содержит легколетучий растворитель, а именно этанол или ацетон, при следующем количественном соотношении ингредиентов, вес.ч.: Лигносульфо- наты (в пересчете на сухое в6~ щество)50-70Легколетучийрастворитель1-45Вода5-49

Содержание сухих веществ, %, не менее

Содержание зо.лы, %, не более

Содержание нерастворимых в воде веществ, %, не более

По ГОСТ 8518-57

95

50,4

ПоОСТ 81-79-74

16,5

12,7

По ГОСТ 8518-57

1,0

1,55

В качестве легколетучих растворителей выше названы этанол или ацетон.

Упругость пара этилового спирта при составляет 44 мм рт.ст., а ацетона - 181,72, мм рт. ст. Указанная пара растворителей охватывает достаточно широкий диапазон по упругости пара, в который входят многие практически приемлемые растворители, например ацетонитрил-упругость пара 89 мм рт.ст., метиловый спирт-упругость пара 95,7 мм рт. . столба и т.д. Таким образом, этанол и ацетон являются наиболее характерными представителями легколетучих растворителей, но не ограничивают собой круг возможных к использованию других легколетучих растворителей .

В том -числе:

Сухие лигносульфо49наты

Продолжение табл. 1.

При содержании легколетучего растворителя менее 1 вес.ч. смесь обладает низкой скоростью холоднрго отверждения и неудовлетворительными ПРОЧНОСТНЫМИ характеристиками, а при содержании его более 45 вес.ч. резко возрастает прочность смеси в сыром состоянии и соответственно ухудшается способность ее к. заполнению оснастки и формуемость.

Изобретение -иллюстрируется приведенными ниже примерами.

Пример. Для получения связующего подготовлено по шесть композиций с содержанием сухих веществ в каждой 50% (как в стандартных Лидких лигносульфонатах), отличающихся различным содержайием воды и этилового спирта (см.табл.2) , а также воды и ацетона (см. ).

, . .. та б л и ц а 2

13

19

25

Вода

Ли суя ь фо на ты порошкообра 3 ные (тУ-81-04-225-73)

Итого сухих лигносульЛигносульфонаты жидкие (ост 81-79-74)

В том числе:

Сухие лигносульфонаты

вода

Лигносульфонаты порошкообраэ ные

(ТУ 81-04-225-73)

Итого сухих лигносульфо

Из табл. 2 видно, что при сох анении.сухих веществ на уровне 50%, содержание воды в связующем снижается с 49 до 5%, а этилового спирта увеличивается соответственно с 1 до 45%. Подобная тенденция выявляется и при анализе данных табл. 3.

По мере увеличения содержания в связующем легколетучего растворителя увеличивается соответственно количество порошкообразных лигносульфонатов, вводимых для связывани замещаемой воды.

Каждая смесь инхтэедиентов готовится следующим образом.

В жидкие Лигносульфонаты вводят растворитель и перемешивают, затем

Продолжение табл. 2

13

19

25

45

37

31

25

10

38

30

15

,5

19 19 5

15

45

31

35

вводят порошкообразные лигносульфо наты и снова перемешивают.

Стандартные образцы-восьмерки (гост 2189-62) готовят из смеси, вес.%:.

Песок Кичигииский К0315А , . 65,0

Песок Нижнеувельский

К016А28,О

Связующее

(см. табл,2 и З) 7,0

Содержание глииы в Кичигинском песке 1,53%, а в Нижнеувельском 0,97

Смесь со связующим по прототипу, (100 вес.% жидких лигносульфонатрв имеет аналогичный состав. Смеси готовят в лабораторных бегунах Сухие Кичигинский и Нижнеувельский песок перемешивают 2 мин, затем вводят связующееи перемешивают еще 2 мин.

Прочность на растяжение, кгс/см, при отверждении в течение: Индекс связующего Свойства смесей

тяв

0,72 0,8

0,4 0,64

1,28

0,8 0,4 1,36

,96 1,28 0,32 2,08 1,44

1,4 1,84 1,92 Прочности смесей с этиловым спиртом при отверждении на воздухе приведены в табл. 4, а с ацетоном в табл. 5. . . ТаблицаЗ (см. составы в табл. 3)

Из табл. 4 видно, что по мере увеличения в связующем содержания этилового спирта и снижения содержания воды прочность смесей повышается , а продолжительность отверждения до получения максимальной прочности снижается. Оптимальным .является связуквдее под индексом.4. При использовании связующих 5 и б продолжительность отверждения снижается, но смеси имеют низкую прочность вследствие высокого содержания легколетучего растворителя в связующем, за счет чего резко повышается прочность смеси в сыром состоянии и снижается ее формуемость. По указанным причинам также затруднено равномерное распределение связующего по зернам наполнителя.

жидкие

В том числе:

Сухие лигносуль19фонаты

Продолжение табл. 5

Из табл. 5 видно, что по мере увеличения в связующем содержания ацетона до определенного предела, соответствующего связующему под

индексом 3, прочность повышается, а продолжительность отверждения до получения максимальной -прочности снижается. При использовании связующих (4-6) прочность падает, а тенденция сокращения продолжительности отверждения сохраняется.

Пример 2. Связующее 4 (с этанолом) согласно табл. 2 и связующее 3 {с ацетоном) согласно табл. 3 концентрируют, повышая сгдержание в них сухих лигносульфонатов. Составы связующих в данной, серии опытов приведены в табл. б и 7.

Таблиц.а б

11

50

13

Концентрированное связующее приготавливают аналогично примеру 1. смеси готовят также аналогично примеру 1, но продолжительность перемешивания после ввода связуюцего изменяют в зависимости от вида растворителя и содержания сухих веществ. 1одолжительности перемешивания, соОптимальная продолжительность перемешивания, мин Прочность на растяжение, кгс/см2, при отверждении в течение:

2 ч

3ч

Продолжение табл. 6

ответствующие максимумам прочности в отвержденном состоянии, даны в табл. 8. 1

Прочность смесей с использованием связукхцих 4-10 (составы этих связующих приведены в табл. 6) показана в табл. 8.

ТаблицаВ

6,0

1,0

1,5

2,0

1,92 1,76 0,32 3,04 3,2 0,6 Индекс связующего Свойства смесей 4 , 1 8 (см.табл.2) I

Прочность смесей с использованием связующих , 7, 8, 9 Ю (;Составы этих связующих приведены

Оптимальная продолжительность перемешивания, мин

Прочиость на растяжение, кгс/см,- при отверждении в течение:

Из табл. 8 следует, что при содержании сухих веществ в связующем 50% и замене 31% воды на этиловый спирт (см. табл. 2) прочность смеси повышается с 1,4 (прототип) до 3,04 кгм/см, т.е.. 2,2 раза, а проПродолжение табл. 8

в табл. 7) при оптимальной для каждогх) случая продолжительности перемешивания показана в табл. 9.

ТаблицаЭ

1гО

0,5

6,0

должительность отверждения сокращается с 10 до 5 ч. При повышении концентрации сухих веществ до 65% свойства смесей изменяются мало, а при более высокой концентрации - снижаются, так как при перемешивании (см. составы в табл. б) Г 9 1 10 Г 7 (прототип) (прот

вследствие высокой скорости испарения спирта резкоповышается прочность смесей в сыром состоянии, что затрудняет равномерное распределение связующего.

Из табл. 9 видно, что при содер. жании сухих веществ 50% и замене 22% воды на ацетон (см. табл. 3) прочность смеси повышается до 2,48 кгс/см, а продолжительность

Продолжительность

Продолжительность

Из табл. 10 видно, что при замене воды этиловым спиртом и введении порошкообразных лигносульфонатов до содержания сухих веществ 50%, проч- ZQ

г.04- , ность смесей повышается в -7-7 2,2 раз, а скорость отверждения B.i--i4,3,

раз. При повышении концентрации су- . хих веществ в связующем до 60% проч- 65

отверждения сокращается до 6 ч. При повышении сухих веществ в связующем до 60% прочность увеличивается и при концентрации сухих веществ 65% изменяется мало, а далее падает по тем же причинам, что и при использовании связуюи его с этиловым спиртом.

Оптимальные свойства смесей с растворителями этанолом и ацетоном обобщены в табл. 10 и 1,1.

- Т а б л и ц а 10

ность и СКОРОСТЬ дополнительно повы4,1 . ., ,08

Zi±, 1,4 и

1,8 раз шается в 1,4 и - ;,04 ;

При повьпдеййи концентрации сухих веществ до 65% нет заметного дополнительноги эффекта.

.0,60 . -;

Из табл 11 видно, что при 50% сухих веществ прочность и скорость отверждения смесей с ацетоно повышается в JV и раз. При повшёнш концент Уации су хих веществ в связукхцем до 60% проч ность и скорость дополнитеп.ьно поШ.гд,,.1,4ра вышаются в а при более высоком содер:1кании сухих вешеств дополнительного эффекта не обнаруживается. Из табл. 10 и 11 видно, что при испол ьэовании в качестве легколетучего растворителя ацетона прочность ниже, чем при использовании этилового спирта. Пониженная скорость отверждения смесей, ис смотря на боПрочность на растяжение, кгс/см, при отверждении в течение:

Из приведенных примеров видно, что предложенное связующее обеспечивает повышение скорости отверждения и прочности форм и стержней. лее высокую прочность пара ацетона сравнительно с этиловым спиртом, объясняется тем, что при практически равной влажности смесей (см, табл. 10 и 11) доля воды в смеси с ацетоном гораздо выше, так как ацетон, замещает ее меньше, чем этиловый , спирт (см. табл. 2 и З). Примерз. Данной пример служит для иллюстрации возможности использования предложенных связующих в составах смесей, отверждаемых при тепловой обработке. Соответствующие данные приведены в табл. 12. , Таблица 12