Способ приготовления холоднотвердеющих смесей для изготовления литейных форм и стержней Советский патент 1982 года по МПК B22C5/04 B22C1/20 

(S) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

1

Изобретение относится к литейному производству черных и цветных металлов и может быть использовано при изготовлении стержней и форм из холодно твердеющих смесей.

Известны способы приготовления смесей с холоднотвердеющими связующими на основе лигносульфонатов (ЛС) 1.

Известные способы приготовления смесей с этими связующими не позволяют добиться повышения скорости их отверждения без снижения прочности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления холоднотвердеющих смесей для изготовления .литейнь1х форм и стержней с связующим на основе водорастворимых ЛС,заключающийся в том, что сначала приготавливают связующее путем смешивания водорастворимого ЛС (в виде водного концентрата в сочетании с сухим порошкообраз ным концентратом) с растворителем (этанолом, ацетоном), а затем перемешивают готовое связующее с огнеупорным наполнителем до равномерного распределения ,2j.

.Однако скорость холодного отверждения лигносульфонатных смесей, полученных этим способом, относительно невелика и составляет 0,10- { 0,30 кгс/см «ч. Попытка повысить скорость холодного отверждения за счет повышения в связующем концентрации сухого порошкообразного Л.С приводит к возрастанию вязкости связующего и снижению прочностных показателей форм и стержней.

Целью изобретения является повышение скорости отверждения форм и стержней без снижения их прочности.

Для достижения поставленной цели в способе приготовления холодноотвердегощих смесей для изготовления литейных форм и стержней со связующим на основе водорастворимых ЛС, включающем приготовление связующего путем смешивания водорастворимого ЛС с растворителем и последующее пе ремешивание связующего с огнеупорным наполнителем, согласно изобретению в огнеупорный наполнитель вво дят водорастворимый ЛС в обезвоженном состоянии и перемешивают его до равномерного распределения с пос ледующим, введением и перемешиванием растворителя. В качестве водорастворимого ЛС в обезвоженном состоянии согласно изобретению используют сульфитную смолу лигносульфоновой кислоты, в маетности ЛС натрия или аммония или кальция или кальций-натрия, или бисульфитную соль лигносульфоновой ки лоты, в частности ЛС магния. Согласно изобретению водорастворимый ЛС в обезвоженном состоянии и растворитель вводят в смесь в весовом соотношении соответственно 1:1 - 3:1. При этом в качестве растворителя используют композицию этанола и вод Согласно изобретению композицию этанола и воды вводят при весовом соотношении ингредиентов композиции соответственно 1:6,7 - 6,:1, приче при использовании сульфитной соли лигносульфоновой кислоты указанное соотношение составляет 1:1,7 - 6,: а при использовании бисульфитной со ли лигносульфоновой кислоты оно составляет 1:6,7 - 3,7:1. Согласно изобретению водорастворимый ЛС в обезвоженном состоянии и воду вводят в смесь в весовом соотношении соответственно 2,3:1 7,:,1, причем, если в качестве водо растворимого ЛС используют сульфитную соль лигносульфоновой кислоты, указанное соотношение составляет 3,5:1 - 7,:1, а если используют би сульфитную соль лигносульфоновой ки лоты, оно составляет 2,3:1 - 4,7:1. Приведенные соотношения содержания обезвоженного ЛС и растворителя этанола и воды в составе растворителя и обезвоженного ЛС и воды выбраны, исходя из условия достижения высокой скорости отверждения см си при одновременном достижении дос таточной прочности форм и стержней. При выходе за обусловленные пределы соотношений наблюдается снижение скорости холодного отверждения смесей и уменьшение их прочности в отвержденном состоянии. Механизм отверждения предлагаемой смеси может быть объяснен следующим образом. Чистая вода, как показали исследования, не пропитывает обезвоженные ЛС, так как на межфазной поверхности практически мгновенно образуется плотная пленка твердых ЛС. Чистый этиловь1Й спирт смачивает и пропитывает обезвоженные ЛС беспрепятственно, однако при этом они не приобретают пленкообразующих и связующих свойств. Водно-этанольный раствор оптимального состава должен обладать достаточной пропитывающей способностью обезвоженных ЛС, а также вносить в обезвоженные ЛС количество воды, достаточное для придания оптимальных связующих свойств. Таким образом, этиловый спирт, разбавляя воду, исключает мгновенное образование сплошной непроницаемой пленки на межфазной границе раствор-обезвоженные порошкообразные ЛС и, как бы замедляя взаимодействие воды с сухими ЛС, пропитывает порошок по всему объему. По мере испарения этанола из смеси раствор обогащается водой, и скорость взаимодействия его с функциональными гидрофильными группами ЛС повышается. По изложенным соображениям этанол выполняет функцию замедлителя взаимодействия воды с обезвоженными ЛС в процессе приготовления и отверждения смеси. Вода вводится в количестве, способствующем максимальному развитию процесса, пленкообразования в ЛС. Сухие порошкообразные ЛС в процессе пропитки водой переводятся в свяэднное состояние и соединяют отдельные песчинки наполнителя в прочную смесь. Пластичность смесь приобретает за счет связывания песчинок водно-этанольным растворителем, кото- рый способствует равномерному обволакиванию зерен наполнителя частичками смоченного и пропитанного ЛС. Принципиальное отличие предлагаемого способа приготовления смеси с связующим на основе ЛС от известного состоит, таким образом, в том-, что ЛС вводят в наполнитель идключительно в обезвоженном, сухом сое тоянии, а водно-этанольный растворитель вводят в оптимальном для протекания холодного отверждения количестве. Техническая характеристика порошкообразных сульфитных ЛС натрия (ТУ 81-04-225-73), а также бисульфитных порошкообразных ЛС маг|Иия приведена в табл. 1. Следует принять во внимание, что порошкообразные сульфитные ЛС аммония, альция и кальций-натрия обеспечивают те же свойства смесей что и порошкообразные сульфитные ЛС натрия, т.е. взаимозаменяемы с ними В качестве этанола предусматривается использование технического этилового спирта (гост SSIi-S), в котором содержится k% воды и 96% чистого этанола, В табл. 2 приведены составы свя зуго1чих на основе порошкообразных су фитных ЛС натрия (К 1-7), используемых в смесях, приготавливаемых предлагаемым способом, и состав связующего Н 8, используемого в смеси, проготавливаемой известным способом. В табл. 3 приведены составы связующих на основе порошкообразных бисульфитных ЛС магния (№ 9-15), используемые в смесях, приготавливаемых предлагаемым способом, и сос тав связующего N° 16, используемого в смеси, приготавливаемой известным способом.

Таблица Стандартные образцы-восьмерки (ГОСТ 2189-62) готовили из смеси, вес.%: песок КОЗ15 68, песок КО16 25 и связующее по табл. 2 и 3 7,0. Сухие ЛС смешивали с наполнителем 2 мин, а затем вводили растворитель и перемешивали в зависимости от концентрации сухих ЛС в условном связующем 2,0-0,5 мин. Продолжитель.ность перемешивания растворителя в зависимости от концентрации сухих ЛС показана в табл. k В табл. 5 приведены основные параметры холодного отверждения со связующими № 1-8. В табл. 6 приведены основные параметры холодного отверждения смесей со связующими № 9-16. Из результатов, приведенных в табл. 5 и 6, следует, что использование предлагаемого способа приготовления смесей с холоднотвердеющим связующим На основе ЛС обеспечивает, по сравнению с известным способом, следующие преимущества: -повышение скорости отверждения смесей без снижения их прочности, что особенно важно для повышения производительности труда в современном литейном производстве; -повышение прочности стержней и форм особенно при использовании порошкообразных бисульфитных ЛС, что позволяет значительно улучшить качество стержней и форм с холоднотвердеющим связующим на основе ЛС.

Порошок светлоВнешний вид коричневый

Содержание сухих веществ, %

Содержание нерастворимых в воде веществ,

Зольность, %

ГОСТ 8518-57

ГОСТ 8518-57 ГОСТ 81-79-7 Порошое темно- Визуально коричневый

Содержание редуцирующих веществ,

рН ZO -Horo водного раствора Натриевая сульфитная соль ли гносуль фоновой кислоты обезвоженная 50 50 50 60 Та же соль жидкая 50%-ная - - -Этанол техни-. ческий 5 1 37 28, 9 13 11,6 12,9 1,2 15,5 38/2 Вода, вносимай в составе технич, этанола 1,80 1, 1,48 1,1 Всего воды6,80 10,6414,48 12,74 Всего чцртого этанола 43,20 39,36 13,52 27,26 , Весовое соотношение эта6 -4:1 3,7:12,5:1 нол/вода Весовое соотношение Л С обезвож./раст1:1 1:1 1:1 1,5:1 воритель Весовое соотношение ЛС обезвож./вода7,4:1 4,7:1 3,5:1 4,7:1

8,20

ГОСТ 8518-57

,9

ГОСТ 81-79-7

Таблица 2 б5 70 75 - - 22,1 15,8 9,5 31 19 0,88 0,63 0,38 3bO,Oi 1,24 13,7814,8315,88 20,24 , 21,22 15,17 9,12 29,76 2,1:1 1,5:11,0:11:1,7 1,5:11,9:1 2,3:1 3:1 0,6:1 4,7:1 4,7:1 4,7:1 1,5:1

50 50 50 60 65 70 75 Vt 37 29 23,5 16,8 10,1 З, 9 13 2Г 16.5 18,2 19,9 21,6

1,6 1, 1,16 0,9 0,67 О,АО 0,14

10,64 14,48 22,16 17,44 18,87 20,30 21,74

39,36 35,52 27,84 22,56 16,13 9,70 3,26 3,7:1 2,5:1 1,3:1 1,3:1 1:1,2 1:2,1 1:6,7

1:1 1:1 1:1 1,5:1 1,9:1 2,3:1 3:1 4,7:1 3,4:1 2,3:1 3,4:1 3,4:1 3,4:Г 3,4:1

10 Таблица 3

31

38

31

31x0,04 1,24

20,24 29,76 1,5:1

0,6:1 1,5:1

11 Концентрация сухих лигносульфонатов в условном связующем, 50 60 65 вес.% Продолжительность перемешивания после ввода растворителя, 2,0 2,0 1,5 Прочность на растяже2,72 4,32 А,00 5,00 ние, кгс/см Продолжительностьотверждения, ч Скорость отверждения , кгс/см-ч0,68 1,08 0,67 1,67

Показатели отверждения для смесей

Параметры со связующими №: холодного Прочность на растяжение, 2, 3,0i4 6,50 8,80 7,50 КГС/СМ Продолдительностьотверждения, ч Скорость отверждения, 0,76 1,60 0,88 2,50 кгс/см-ч

12 Таблица k

Таблица5

Таблица 6 70 75 77,5 80.0 82,5 1,0 0,5 0,5 0,5 0,5 5, 4,00. 1,60 3,0 1,81 2,001,6 0,30 ,80 5,60 2,00 3,0 ,90 2,80 2,00 0,30