Холоднотвердеющее связующее для изготовления литейных стержней и форм,а также огнеупорных изделий Советский патент 1982 года по МПК B22C1/18 C04B1/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к связующим для получения .литейных стержней и форм, а также огнеупорных изделий, твердеющих в холодной оснастке, и может быть использовано в огнеупорной промышленности для получения бетонов и высокоогнеупорных футеровочных масс Известны связующие для изготовления литейных стержней и форм, а также огнеупорных изделий, состоящие из фосфорнокислого соединения, чаще всего ортофосфорной кислоты, и материалов на основе окислов железа, в качест ве которых Morjrr быть названы железная окалина или магнетитовый железорудный концентр молотые колчеданные огарки, колопгаиковая пыль, металлургическая пыль, улавливаемая зксгаустерами в процессе плавки стали 1, 2, 3 и 4. Ойрнако железная (прокатная и кузнечная) окалина требует домола и, как правило, обезмасливания, рессурсы магнетнтовых руд ограничены, а получение из них концентрата требует многоступенчатых операций домолаи обогащения. Колчеданные огарки и колоишиковая пыль содержат недостаточное количество окислов железа и избыточное количество бал-, ластной фазы. Металлургическая пыль обладает высоким содержанием железа (в окисленном . и неокисленном виде), однако для ее получения необходимо оснащать плавильные агрегаты эстгаустерами, что далеко не всегда имеет место на практике. Наиболее близким к изобретению по технической сущности н достигаемому результату является холоднотвердеющее связующее для изготовления литейных стержней и форм, а также огнеупорных изделий, содержащее 55- 84 вес.% материала на основе окислов железа в виде побочного продукта лакокрасочного производства, называемого крокусом, и 1645 вес.% фосфорнокислого соединения, в качестве которого используется 50-85%-ная ортофосфорная кислота 15. Крокус содержит до 87% основною вещества, преимущественно окиси жезела . Это связующее имеет следуницие характеристаки: живучесть от 2 до 18 М1Щ, прочность 95 при сжатии после отверждения от 230 до 380 кгс/см Однако живучесть известного связующего низкая, а темп твердения чрезвычайно высок, что затрудняет получение из него изделий, требующих длительное время формообразования. Кроме того, крокус не является материалом, выбрасываемым в отвал. Например, крокус про изводится из отходов лакокрасочного производства и поставляется по стоимости 45 руб. за 1 т, являясь при этом фондируемым материалом, в свою очередь , ортофосфорная кислота имеет стоимость порядка 233 рубл. за 1 т , и достаточно дефицитна, что сдерживает нрименение ее в связующих для литейного производства.Цель изобретения - увеличение сроков схватывания связующего, повышение его термостойкости и снижение себестоимости. Поставленная цель достигается тем, что холоднотвердеющее связующее для изготовления литейных стержней и форм, а также огнеупорных изделий, включающее материал на основе окислов железа и фосфорнокислое соединение. в качестве материала на основе окислов железа содержит отход анилинового производства в виде железо-окисного шлама, а в качестве фосфорнокислого соединения - отходы от нанесения стекловидного злектроизоляционного покрытия электрических сталей при следующем соотношении ингредиентов, вес.%: СИ-ХОД анилинового производства в виде желеэоокисного шлама35-80 Отходы от нанесения стекловидного электроизоляционного покрытия электротехнических сталей20-65 Причем отход анилинового производства в виде железоокисного шлама содержит, вес.% Окислы железа75,00-97,0 Анилин0,05-0,40 ВодаОстальное Кроме этого, отходы от нанесения стекловид ного электроизоляционного покрытия электротехнических сталей имеют следующий состав, вес.%;. Фосфорный ангидрид40,00-60,00 Тальк3,50-9,00 Хромовый ангидрид0,20-1,00 Борная кислота0,06-0,80 Азотнокислый хром0,06-0,40 ВодаОстальное Железоокнсный шлам - отходы, образующ еся при производстве анилина выбрасываемые в отвал (свяще 60 тыс. тонн железоокисного шлама в год). 4 Железоокисный шлам - мелкодисперсный магнитный порошок со средней удельной поверхностью 3000 и с влажностью до 10,0%, основным веществом его являются окислы железа (15--25% закиси железа и 7585% окиси железа). Основным отличием железоокисного шлама от других отходов производства, содержащих окислы железа, является наличие в его составе от 0,05 до 0,40% анилина CeHsNHj. Указанное отличие является существенным, так как влияет на свойства связующего. При твердении связующего анилин взаимодействует с ортофосфорной кислотой или фосфатными ,5 растворами, образуя соль СбН5ЫН4РО4, что изменяет живучесть и скорость твердения связующего. В процессе эксплуатации связующего анилин взаимодействует с железом, образуя металлические производные CeHs NH,, Fe, что улучшает выбиваемость смесей. Предельно допустимая концентрация анилина в воздухе рабочей зоны 3 мг/м, а в водоемах 0,1 мг/л. При использовании железоокисного щлама в предлагаемом техническом рещении g воздухе рабочей зоны содержание вредных веществ не превышает 0,05 мг/м. Отходы, образующиеся при нанесения стекловидного электроизоляционного покрытия электротехнических сталей, представляют собой отработанный фосфатный раствор. Основной отличительной характеристикой отходов стекловидного покрытия электротехнической стали от известных фосфатиых растворов (ортофосфорной кислоты и фосфатных связок) является содержание в них талька и борной кислоты. При смешивании железоокисного шлама с отходами стекловидного покрытия электротехнической стали происходит взаимодействие окислов железа и. анилина с ортофосфорной кислотой с образованием феррифосфатных кристаллогидратов и ашшинофосфатной соли, обеспечивающих повьпиение живучести связующего. Содержащая в отходах стекловидного покрытия электротехнической стали бедная кислота, с одной сторошл, : вследствие адсорбции молекул бора на окислах железа, повышает живучесть, а с доугой стороны, при применении связующего в огнеупорных изделиях (футеровках) облегчает процесс их спекания - (за счет пониженной температуры плавления борного ангидрида). В процессе экошуатации связующего, например при нагревании, анилии и хром находятся в связанном состоянии в виде металлических производных анилина и хромосиликатных соединений, за счет чего применение желечоокисного шлама не приводит к ухудшению сани- ч тарно-гигиенических условий труда.

Снижение содержания железоокисного шлама ниже нижнего предела приводит к увеличению живучести с одновременным снижением 5 прочности стержней, форм и огнеупорных изделий, а при повышении содержания железоокисного шлама выше верхнего предела настолько снижается живучесть, тго практически трудно ос)Ш1ествить формообразование.О

Аналогично, при снижении содержания отходов стекловидного покрытия электротехнической стали в связующем ниже нижнего предела живучесть уменьшается до величинь, когда практическое применение связуюшего затрудни- тельно, а при увеличении их содержания выше верхнего предела значительно снижается темп твердения и прочность отвержденных стержней, форм и огнеупорных изделий.

Предлагаемое холоднотвердеющее связующее 20 для изготовления литейных стержней и форм, а также огнеупорных изделий может быть использовано как в чистом виде, так и в составе смеси.

Изобретение иллюстрируется следующими 5 примерами.

Для получения предлагаемого связующего в чистом виде были приготовлены три состава, отличающиеся друг от друга содержанием железоокисного шлама и отходов стекловидного по- 30 крытия злектротехнической стали.,

Каждый состав приготовлялся в открытой емкости путем смещивания железоокисного щлама с отходами стекловидного покрытия электротехнической стали. Полнота смещивания контро-з5 лировалась визуально до получения состава, однородного по цвету.

ОбразЩ) для испытаний прочности при ежа- . тии получали заполне1шя металлических разборных гильз (диаметром 50 мм к высотой-цд 50 мм). Термостойкость связующего определялась путем нагрева образца до 1000 С с последуго- щИм охлаждением в воде с температурой 12-15 С и определением числа теплосмен до потери веса обобразца, равной 30%.«4

Составы и технологические характеристики предлагаемого и известного связующего приведе-; ны в табл. 1 и 2.

Как следует из табл. 1 и 2, время .схватывания (живучесть) и термостойкость предлагае- мого связующего значительно превышает те же . величины известного связующего.

В случае использования предлагаемого связующего в смеси его содержание находится в

пределах от 3 до 25 вес.% (остальное - огнеупорный наполнитель). В качестве наполнителя рекомендуются формовочные пески на кварцевой основе, молотые доломит, хромит, циркон магнезит, шамот, корунд, бой огнеупорных отработанных кирпичей - магнезитовых, магнезитохромитовых.

Составы предлагаемых и известных смесей и их свойства приведены соответственно в табл. 3 и 4.

Как видно из табл. 3 и 4, живучесть смесей с предлагаемым связзтощим значительно выше, а выбив аемоств лучще, чем те же показатели, при использовании смесей с и:звестным связующим (следует сравнивать составы 2 и 4 с одинаковым содержанием связующего).

Вместе с тем остаточная влажность и стоимость у предлагаемого связующего значительно ниже, чем у известного. Пониженная остаточная влажность смеси связана с меньшим расходом жидкой составляющей у связующего, а более низкая себестоимость ее определяется тем, что в качестве связующего использованы отходы которые до настоящего времени выбрасывались в отвал.

Таким образом, предлагаемое связующее может перерабатываться более длительное время ввиду увеличения сроков его cxвatывaния (соответственно, холоднотвердеющие смеси с предлагаемым связующим обладают повышенной живучестью), оно сообщает изделиям (стержням, формам, огнеупорам) более высокзто термостойкость , а себестоимость его является уменьшенной (по сравнению с известным).

Изобретение позволяет прекратить выброс в отвал ценного сырья - железоокисного шлама и отходов стекловидного покрытия электротехнических сталей в связи с использованием их для приготовления холоднотвердеющих связуто,щих и смесей.

ч

Предлагаемое связующее рекомендуется для изготовления лнте11ных стержней и форм, твердею1цих в оснастке, как для чугунного, так и стального литья. Формы и стержни легко выбираются на решетках, а отЛивки получаются чистыми, без {фигара. ,

Кроме того, предлагаемое связующее может быть использовано также и для изготовления огнеупорных изделий, в частности для выполнення высокоогаеупорных (1 утеровок в разли т вочных ковшах, плавильных и нагревательных печах. Железоокисный шлам Отходы стекловидного покрытия электротехнической стали Крокус Ортофосфорная кислота Технологические свойства Живучесть (длительность схватывания), мин Прочность при сжатии, кгс/см, через: 0,5 ч Прочность при сжатии, кгс/см, после отверждения и нагрева в течение, двух часов при температуре 1000°С Огнеупорность, С Термостойкость, число водных теплосмен 32108 1400:3iiiiizi±izi5,0060,080,05,040,020,0- 0---30 . Содержание ингредиентов, связующих вес.% предлагаемыхизвестного Таблица 2 Состав связующихj предлагаемыхизвестного Ингредиенты смеси Предлагаемое связующее (65% железо окисного шлама и 35% отходов стекловидного покрытия электротехнической стали) Извес тное связующее (55% крокуса и 45% ортофосфорной кислоты) Кварцевый песок , Технологические свойства

Живучесть (продолжительность формообразования), мин

Остаточная влага, % Газопроницаемость, ед. Осыпаемость, %

Прочность при сжатии, кгс/см, через: 1 ч

4ч .24 ч .

Остаточная прочность смеси, кгс/см, после прогрева ее в течение двзх часов при 1000° С, характеризующая выбиваемость форм и стержней

Формула изобретения 1. Холоднотвердеющее связующее дая изготовления литейных стержней и форм, а также огнеупорных изделий, включающее материал на основе окислов железа и фосфорнокислое соединение, отличающееся тем, что, с целью увеличения сроков его схватывания, повышения термостойкости и снижения себестоимости, оно содержит в качестве материала

2,0

5,0

9,0 5,0 2,6

2,0 180 200

230

0,09 0,05 0,1

4б,0

6,7

27,0

. 35,0 20,0 57,0 24,0 63,0 42,0

0,8

0,7

оа

0,1

на основе окислов железа отход анилинового производства в виде железоокисиого шлама, а в качестве фосфорнокислого соединения - отходы от нанесения стекловидного электроизоляционного покрытия электротехнических сталей при следующем соотношении, ингредиентов, вес.%:

Отход анилинового

производства в виде

железоокисного шлама35-80 Содержание ингредиентов смесей, вес.% предлагаемыхизвестиой ITIIEZIIIirri . 31225 - ---.12 978875.88 ..V ТаблицаСостав смесей предлагаемыхизвестной

11959

Отходы от нанесения стекловидного электроизоляционногопокрытия электротехнических сталей20-65

2.Связующее по п. 1, о т л и ч а ю щ ,ее с я тем, что отход анилинового производств в виде железоокисного шлама имеет следующий состав, вес.%:.

Окислы железа75,00-97,00

Анилин0,05-0,40

ВодаОстальное

3.Связующее по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что отходы от нанесения стекловидного электроизоляционного покрытия электротехнических сталей имеют следующий состав, вес.%:

Фосфорный ангидрид40,00-60,00

Тальк3,50-9,00

12

Хромовый ангидрид Борная кислота Азотнокислый хром Вода

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Аш-лии If 1291022, кл. С 3 N, опублик. 1971.

2.Авторское свидетельство СССР N 477135, кл. С 04 В 31/20, опублик. 1972.

3,,Авторское свидетельство СССР N 464552, кл. С 04 В 7/26, опублик. 1972.

4.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2836264/22-02, кл. В 22 С 1/18, опублик. 1979.

5.Авторское свидетельство. СССР по заявке W 2723591, кл. В 22 С 1/18, опублик. 1979.