самотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней

Формула изобретения

САМОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ, содержащая огнеупорный наполнитель на основе оксида кремния, водный раствор силиката щелочного металла, ацетаты этиленгликоля или глицерина, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стиромаль сополимер малеинового ангидрида со стиролом, омыленный ароматическим амином, в бензольном кольце которого имеется сульфитная группа SO₃Na, при следующем соотношении компонентов, мас.

Водный раствор силиката щелочного металла 2 5

Ацетаты этиленгликоля или глицерина 0,2 0,7

Стиромаль 0,25 1,25

Огнеупорный наполнитель на основе диокисда кремния Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам самотвердеющих формовочных смесей для литейных стержней и форм. Известны самотвердеющие формовочные смеси, содержащие огнеупорный наполнитель, водный раствор силиката щелочного металла и сложные эфиры в качестве жидкого отвердителя, такие как циклический эфир пропиленгликоля и угольной кислоты пропиленкарбонат [1] сложные эфиры уксусной кислоты и этиленгликоля (ацетаты этиленгликоля АЦЭГ) или уксусной кислоты и глицерина (ацетаты глицерина триацетин, диацетин и их смесь).

Недостатками смесей со сложными эфирами являются затрудненная выбиваемость из отливок несмотря на пониженное содержание в смесях жидкого стекла, а также сложность регулирования живучести смесей при использовании одной и той же марки ацетатов этиленгликоля или глицерина. Смеси с пропиленкарбонатом имеют ограниченную живучесть, затрудняющую их применение при повышенных температурах воздуха или при изготовлении крупных форм и стержней.

Смеси с ацетатами этиленгликоля и глицерина позволяют в широких пределах регулировать живучесть, однако для этого необходимо пользоваться несколькими марками отвердителей с различным фракционным составом.

Недостатком известных смесей являются относительно низкие прочности на начальных этапах твердения, определяющих цикл изготовления форм и стержней и время достижения ими манипуляторной прочности (возможность транспортировки стержней и форм, их сборки и т.д.).

Наиболее близкой к предлагаемой является смесь со сложными эфирами с добавкой НФ, улучшающей выбиваемость, повышающей живучесть и снижающей осыпаемость смесей и представляющей собой продукт конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида (НФ) [2]

Недостатком смеси с добавкой НФ является то, что последняя несколько увеличивает живучесть и существенно снижает прочность в начальные сроки твердения. При введении в смесь, содержащую 2,5 мас. жидкого стекла и 0,3 мас. ацетата этиленгликоля, добавки НФ в количестве от 0,3 до 1,0 мас. прочность смеси на сжатие (МПа) снижается с 0,33 (смесь без добавки) до 0,17 (при 1% НФ).

Другим недостатком этой смеси является сильный раздражающий запах, выделяющийся при изготовлении смеси с добавкой НФ, ухудшающий санитарно-гигиенические условия труда.

Цель изобретения регулирование живучести смеси, повышение начальной прочности, улучшение выбиваемости.

Предложенная самотвердеющая смесь для изготовления литейных форм и стержней содержит огнеупорный наполнитель на основе диоксида кремния, водный раствор силиката щелочного металла, сложный эфир (ацетаты этиленгликоля или глицерина) в качестве отвердителя и в качестве добавки стиромаль сополимер малеинового ангидрида со спиртом, омыленный ароматическим амином, в бензольном кольце которого имеется сульфитная группа SO₃Nа при следующем соотношении компонентов, мас. Водный раствор силиката щелочного металла 2-5 Сложный эфир отвердитель 0,2-0,7 Стиромаль 0,25-1,25 Огнеупорный наполнитель на основе диоксида кремния Остальное

В качестве отвердителя смесь содержит ацетат этиленгликоля.

В качестве отвердителя смесь содержит ацетат глицерина.

Смесь приготовляют следующим образом.

Предварительно механически перемешивают добавку с водным раствором силиката щелочного металла (жидким стеклом). Далее в смеситель последовательно вводят огнеупорный наполнитель, отвердитель и затем приготовленную ранее композицию, состоящую из жидкого стекла и стиромали. Эта композиция может храниться 1-1,5 ч, после чего наблюдается расслоение компонентов и необходимо дополнительное перемешивание.

Для повышения стойкости композиции ее подогревают до 75-85^оС при постоянном перемешивании выдерживают при этой температуре 35-40 мин. Приготовленная таким способом композиция может храниться в течение 3 ч.

Возможно также вводить стиромаль плотностью 1020-1030 кг/м³ в автоклав вместе с силикат-глыбой при варке жидкого стекла из силикат-глыбы. Приготовленное таким образом жидкое стекло может храниться неограниченное время без расслаивания компонентов.

Использование стиромали в качестве добавки позволяет решать одновременно несколько важных для практики задач: регулировать в широких пределах живучесть смеси, используя отвердитель одного и того же фракционного состава; повышать начальные прочности смеси, сокращая время до раскрытия стержневых ящиков и протяжки модели; резко снижать трудоемкость выбивки смесей из отливок. Возможность повышения с помощью стиромали первоначальной прочности и снижения осыпаемости позволяют снизить содержание в смеси жидкого стекла до 2,0-2,5 мас. и тем самым дополнительно улучшить выбиваемость.

Оптимальное содержание стиромали в смесях 2,5 мас. жидкого стекла 0,7-1,0 мас. верхний предел 1,25 мас. Дальнейшее повышение содержания добавки почти не оказывает влияния на прочность, увеличивает газотворность и стоимость смеси.

В табл. 1-4 приведены данные по влиянию стиромали на свойства жидкостекольных смесей, отверждаемых жидкими отвердителями на основе ацетатов этиленгликоля. При этом использовался ацетат этиленгликоля марки 50 М (очень медленный), обеспечивающий исходным смесям повышенную живучесть. Аналогичное влияние оказывает добавка стиромали на свойства смесей, отверждаемых ацетатами глицерина (табл.5,6, смеси 4 и 5). В тех же таблицах представлены данные по составу и свойствам смесей при предельных значениях содержания связующего жидкого стекла и сложноэфирного отвердителя. При содержании жидкого стекла меньше 2,0 мас. прочностные свойства смеси резко снижаются и появляется большая осыпаемость.

Введение в смесь жидкого стекла более 5,0 мас. нецелесообразно, так как при этом прочностные свойства изменяются мало, а трудоемкость выбивки сильно возрастает.

Обычно сложноэфирный отвердитель дается в смесь в количестве 10-15% от массы связующего. При большом содержании отвердителя прочностные и другие свойства почти не изменяются, а стоимость смеси заметно возрастает. Поэтому предел по содержанию отвердителя ограничен 0,7 мас. при 5,0 мас. жидкого стекла.

Смесь приготовляют из огнеупорного наполнителя, связующего жидкого стекла, жидкого сложноэфирного отвердителя и добавки, улучшающей свойства смеси. В качестве огнеупорного наполнителя используют кварцевый песок или высокоогнеупорные наполнители: циркон, дистенсиллиманит, рутил, хромит, хромомагнезит и др.

В качестве связующего водного раствора силиката щелочного металла применяется жидкое стекло модуля 2,2-3,0, плотностью 1400-1520 кг/м³. При модуле более 3,0 живучесть смеси резко сокращается, а осыпаемость возрастает до недопустимых значений. При модуле меньше 2,2 выбиваемость смеси заметно ухудшается и объемное твердение снижается. При уменьшении плотности жидкого стекла живучесть смеси несколько падает, начальные прочности снижаются незначительно, суточные прочности остаются достаточно высокими. При плотности жидкого стекла ниже 1400 кг/м³ может возникнуть деформация форм и стержней, а при плотности больше 1520 кг/м³ ухудшается выбиваемость и снижается прочность. При приготовлении смеси используют стиромаль плотностью 1020-1030 кг/м³.

Смеси приготавливались в лопастном смесителе следующим образом.

В смеситель загружался огнеупорный наполнитель, вводилась доза жидкого отвердителя и перемешивались 1 мин, после чего загружали заранее приготовленную жидкую композицию, состоящую из водного раствора силиката натрия и стиромали, после этого смесь перемешивали в течение 45-60 с до ее готовности. Указанная жидкая композиция готовилась механическим перемешиванием жидкого стекла и стиромали до однородного состояния.

Из приготовленной смеси набивались блоки для получения стандартных цилиндрических образцов и определения прочности смеси на сжатие и осыпаемость по стандартной методике.

Живучесть смеси и определялась на приборе конструкции ЦНИИТМАШ, работающем по принципу измерения сопротивления вращающегося в свежеприготовленной смеси крестообразного ротора.

Трудоемкость выбивки смесей определялась при заливке сталью технологической пробы массой 150 кг с пятью стержнями сечением 100х100 мм, высотой 180 мм, изготовленных из различных испытуемых смесей. Выбивка стержней осуществлялась механическим путем при одинаковой интенсивности воздействия на залитый стержень и выражалась в условных единицах.

Из приведенных в табл.1 и 2 данных видно, что по мере увеличения содержания в смеси стиромали живучесть смеси сокращается, часовые и 3-часовые прочности возрастают, осыпаемость смеси снижается, а трудоемкость выбивки резко падает. Из сопоставления смесей 5 и 8 (прототип), содержащих одинаковое количество жидкого стекла, стиромали и НФ, следует, что смесь со стиромалью выбивается значительно лучше смеси с НФ (49 и 67 условных единиц соответственно). Таким образом отличительными признаками заявляемой смеси и способа ее приготовления по сравнению с прототипами являются следующие: стиромаль сокращает живучесть смеси и позволяет регулировать ее в широких пределах, используя одну марку отвердителя с повышенной первоначальной живучестью смеси, в то время как добавка НФ лишь незначительно увеличивает живучесть смеси; стиромаль существенно повышает начальные прочности смеси, в то время как НФ понижает; стиромаль в значительно большей степени, чем НФ улучшает выбиваемость смеси (при содержании жидкого стекла 3,5 мас. трудоемкость выбивки при введении 1 мас. стиромали снижается в 2,7 раза, а при 1 мас.ч. НФ в 1,86 раза, при содержании жидкого стекла 2,5 мас. в 5,7 раза и 2,86 раза соответственно); стиромаль не имеет запаха при приготовлении смеси, в то время как при использовании НФ выделяется неприятный резкий запах.

Составы смеси приведены в табл.1.

Свойства смесей приведены в табл. 2.