Способ кристобалитизации формовочного песка на основе кремнезема Советский патент 1981 года по МПК B22C5/00 

(54) СПОСОБ КРИСТОБАЛИТИЗАЦИИ ФОРМОВОЧНОГО ПЕСКА НА ОСНОВЕ КРЕМНЕЗЕМА

изобретение относится к области литейного производства, а именно к способам обработки формовочных песков на основе кремнезема, используемых преимущественно при производстве точного литья Известен формовочный песок на основе двуокиси кремния, в частности кварцевый песок. Окись натрия ( ), взаимодействуя с кварцем при температурах свыше lOOO С, способсвует переходу кварца в кристобалит. Кристобалитизация кварцевого песка положительно сказывается на качестве отливок, в связи с исключением объемных изменений наполнителя при Ьагреве, сопровождакших модифицированные превращения кварца Наиболее близким к изобретению по ехвической сущности и достигаемому ре-; зультату является сяюооб кристобалитиэация формовочного песка на основе кремнезема, заключающийся во введении в песок добавок минерализатора, в качестве которого используется 0,5-1,0 вес.% соды, а также 1,О-1,5 вес.% железокапьцевой догбавки с последующим обжигом полученной смеси при 135О-1400 С С. Однако известный способ кристобалитИзации характеризуется повышенными энергозатратамина его осуществление в связи с необходимостью достижения высокой температуры при обжиге. Повышенная себестоимость конечного продукта связанапомимо высоких энергозатрат на осуществление способа также с относительно высокой стоимостью соды, используемой в качестве минерализатора. иел1 из,обретения - снижение энергозатратв процессе кристобалитизации и уменьшение себестоимости конечного продукта. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему вве дение в песок добавки минерализатора и высокотемперат Грный обжиг, отличительный признак которого заключается в том, что в песок вводят добавки минерализатора 0,5-1,0 вес.% измельченной силикатной глыбы и проводят его обжиг при 1100-1300 0 в течение 1О-2Омин Вследствие трердофазного взаимодействия двуокиси кремния (кремнезема) с безводным силикатом натрия (силикат-гл бой) достигается смещение процесса кристобилизации в область меньших темпера тур, а именно 11ОО-130О°С. Рекомендуемый температурный интервал существенно превосходит точку плавления силикатной глыбы (795-850 С в зависимос ти от модуля силикат-глыбы). Выделяющийся в процессе расплавления окиси натрия ( Not О) является активным минерализатором кварца. Степень Помола силикат-глыбы долж на близко соответствовать зернистости применяемых марок песка. Целесообразно в частности, использовать силикат-глыбу зернистостью 0,1-0,4 мм. При введении в песок менее 0,5 вес.% силикат-глыбы содержание минерализатора оказывается недостаточным для полного протекания процесса кристобалитизац а введение в песок более 1,О вес.% сили кат-глыбы влечет за собой в процессе кристобилитизации образование прочной стекловидной пленки на зернах песка и устойчивого спекания зерен. Такое явление нежелательно, так как вызывает око кование песка. В оптимальных температурных режимах обжига (1100-1300 С) и при использовании указанного минерализатора подобное явление исключается. Выделяющаяся из рзасплава силикатной глыбы окись натрия (Na2p ) перехбдит в зерна песка. Одновременно между зернами исчезают связующие пленки. В результате достигают получение неспекшегося, чисто песка (кристобалита). При температуре обжига менее llOO не достигается требуемой полноты крист билизации кварцевого песка , а при темп ратуре обжига более 13ОО С отмечается нежелательное явление спекания зере песка. При обжиге кварцевого песка на нижнем пределе теплового режима, т.е. при .i предпочтительно вводить максимальное количество минерализатора (1,6%). Минимальное количество силикат ной глыбы (0,5%) предпочтительно вводить, когдарежим обжига составляет 13ООс. Соответственно регулируют изменение количества минерализатора в преаепах О,5-1,О% в зависимости от . используемого температурного режима обжига в пределах IIOO-ISOO C. При прюдолжптельности обжига в заданном температурном интервале (11ОО13ОО С) менее 10 мин не достигается требуе(.юй полноты кристобалитизации, а продолжительно.сть обжига более 2О мин с учетом достигнутой полноты кристобалитизации является нецелесообразной, так как прИЕЮдит к неоправданному перерасходу энергозатрат. По завершению обжига проводят охлаждение кристобалитизированного песка в следующем режиме.Со скоростью 7-1О С/мин до достижения температуры затвердевания силикат-глыбы (79580О С),что соответствует остыванию песка вместе с печью для обжига; со скоро-; стью 15-20 С/мин до комнатной температуры, что соответствует естественному остыванию песка на возд5хе. В процессе кристобалигизации происходит суммарное увеличение объема зерен кварцевс1го песка на 17,5-18,2%. Кристобалитизированный песок предпочтительно использовать в качестве огнеупорного наполнителя в составе облицо- вочных формовочных или стержневых смесей. В случае применения единой формовочной смеси кристобалитизиррванньгй песок целесообразно использовать в качестве обсыпочного материала. При этом обеспечивается получение лнтья из черных сплавов в широком диапазоне толщин стенок отливок с повышенной частотой поверхности (без просечек и пригара). Пример. Используют смесь из 99% исходного кварцевого песка с 90% двуокиси кремния и 1% силикатной глыбы, которая содержит 69,3% двуокиси кремния и 23,8% ОКИСИ натрия и измельчена до зернистости кварцевого песка, нагревают до 11ОО-12ОО С, выдерживают 15 мин при этой .температуре после чего охлаждают продукт вместе с печью до 795-800с, а затем выгружают его из печи и охлаждают на воздухе до комнатной температуры. В другом случае процесс проводят. аналогичным способом при 12ОО-13ОсРс с использованием 99,3% кварцевого песка, содержащего 97% двуокиси кремния. В обоих случаях с высокой полнотой протекает кристобалитизания кварцевого песка, о чем свидетельствуют данные минералогического анализа, а также минимальные объемные изменения полученного наполнителя при повторном нагреве, 5В Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным обеспечивает снижение энергозатрат на осуществление сэтособа в связи с уменьшением темпе - ратур обжига с 135О-14ОС/ С до 11001300 С; спижение себестоимости полученного продукта в связи с уменьшением энергозатрат, а также заменой дорого- го минерализатора (соды) более дешевым (силикат-глыбой); улучшение качества поверхносги отливок в связи с исключением из кристобалитизированного песка елезо кальцевой составляющей, которая способствует образованию пригара. Формула изобретения Способ кристобалитизации формовочног песка на основе кремнезема, включающий 4 введение в песок добавки минерализатора и высокотемпературный обжиг, о т л н ч а ю щ и и с я.тем, что, с целью снижения энергозатрат в процессе кристобалитизации и уменьшения себестоимости конечного продукта, в песок вводят в качестве добавки минерализатора О,51,0 вес.% измельченной силикатной глыбы и проводят его обжиг при ИОО-1300 С в течение 1О-2О мин. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Лясс А. М. Быстротвердеющие формовочные смеси, М., Машиностроение 1965, с. 203. 2.Авторское свидетельство СССР № 153544. кл. С 01 В 33/12, I960.