Смесь для изготовления литейных стержней и форм, отверждаемых в нагреваемой оснастке

1 З) АХ 1 ц ЩЯЯЯ в) Я 51) В 1 20 щ ОПИ Е ИЗОБРЕТЕН авторск свидетельству 1(71) Научно-исследовательский институт технологии машиностроения в области животноводства и кормопроизводства(72) Евстифеев ЕНСмирнов В,Н;Туманцов В.И; Евстифеева АГ; Олешко П.РФокин АА; Рокаш АВ. (56) Авторское свидетельство СССР й 1450217, кл В 22 С 1/10, 1988.Авторское свидетельство СССР й 1077427; кл. В 22 С 1/20, 1982.(54) СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ, ОТВЕРЖДАЕМЫХ В НАГРЕВАЕМОЙ ОСНАСТКЕ .(57) Изобретение относится к составам смесей на основе модифицированных лигносульфонатов для СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНО ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ изготовления литейных стержней и форм в нагреваемой оснастке и может быть использовано в машиностроении при производстве отливок ю чугуна и стали Сущность изобретения: смесь дополнительно содержит отработанный цинк-хромовый катализатор производства метанола, борную кислоту, пылевидный кварц и железный сурик при следующем соотношении компонентов, мас%:.лигносупьфонатное связующее в виде технических лигносупьфонатоа модифицированных 10 масЗб щелочного модификатора 4,0 - 60, отработанный цинк-. хромовый катализатор 03 - 12, борная кислота 0,6 - 1,0, кварц пылевидный 1,0 - 2,0, сурик железный 0,3 - 0,7, кварцевый песок - остальное. Такой состав смеси позволит улучшить качество стержней и форм за счет увеличения их прочности в горячем и холодном состоянии 1 зл. ф-лы, 2 таблИзобретение относится к литейномупроизводству, в частности к составам смесей на основе технических лигносульфонатов (ТЛС) для изготовления стержней иформ по нагреваемой оснастке и может 5быть использовано при производстве отливок из чугуна и стали,Известна смесь для изготовления литейных стержней и форм, отверждаемых внагреваемой оснастке, содержащая огнеупорный наполнитель, ТЛС и 20-ный раствор мочевины в фенолоспирте. Эта смесьхарактеризуется содержанием значительного количества фенолоспиртов, которыевыделяют в воздушную среду рабочей зоны 15токсичные и раздражающие вещества - феноли формальдегид, что приводит к нарушению форм промышленной санитарии.Кроме того, указанная смесь не обеспечивает достаточно высокую скорость отверждения и удовлетворительную прочностьстержней в горячем состоянии,Известна также смесь, содержащая огнеупорный наполнитель, кислые модифицированные технические лигносульфонаты и 25добавку фенолоспиртов. Содержание фенолоспиртов в составе известной смеси не более 0,6 мэс.% делает ее менее токсичной посравнению с составами смесей на основесинтетических смол, Однако в условиях современных требований по охране окружающей среды необходима разработкаэкологически чистых составов смесей безфенолоспиртов и синтетических смол,Наиболее близким к предлагаемрму 35изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь дляизготовления литейных стержней и форм,отверждаемых в нагреваемой оснастке, содержащая ингредиенты при следующем соотношении, мас. :Лигносульфонатноесвязующее в виде80-95 мас.%технического 45лигносульфоната,модифицированного5-20 мас,% кубовыми. наполнитель ОстальноеМодифицированные технические лигносульфонаты, используемые в данной смеси в качестве связующего, обеспечиваютстержням низкие прочности в горячем состоянии 1,8-3,5 кгс/см. Это не позволяетвести отверждение известной смеси в томже цикле что и смоляных смесей. Уровень прочности стержней на растяжение в холодном состоянии также остается низким 7,0- 17,6 кгс/см и нуждается в повышении.Цель изобретения - устранение указанных недостатков, т.е. улучшение качества стержней и форм эа счет повышения их прочности в горячем и холодном состояниях.Для достижения поставленной цели смесь для изготовления литейных стержней и форм, отверждаемых в нагревэемой оснастке, включающая кварцевый песок и лигносульфонатное связующее в виде технических лигносульфонатов. модифицированного 10 мас.% щелочного модификатора, дополнительно содержит отработанный цинк-хромовый катализатор производства метанола, борную кислоту, пылевидный кварц и железный сурик при следующем соотношении компонентов, в мас. :Лигносульфонатноесвязующее в видетехническихлигносульфонатов,модифицированных10 мас.% щелочногомодификдторд 4,0-6,0 Отработанныйцинк-хромовыйкатализатор 0,8-1,2 Борная кислота 0,6-1,0 Кварц пылевидный 1,0 - 2,0 Сурик железный 0,3-0,7 Кварцевый песок Остальное В качестве щелочного модификатора технических лигносульфонатов использованы кубовые остатки органического синтеза (КООС), представляющие собой смесь высококипящих органических веществ, являющихся побочными продуктами производств 1,4-бутандиола, поливинилпирролидона, убутиролактона, ректификации метилпирролидона, регенерации моноэтаноламина, растворенную в воде в объемном соотношении 6:1.По сравнению с кубовыми остатками поливинилпирролидона, которыми модифицированы ТЛС в известном техническом решении, КООС имеют в своем составе большее количество активных функциональных групп, что создает условия для создания дополнительных межмолекулярных связей, Поэтому КООС позволяет повысить. реакционную способность технических лигносульфонатов в большей степени, чем КО ПВП. Применение КООС для модифицировэния технических лигносульфонатов известно по заявке М 4795911/02. М, кл, В 2 С 1/20 от 5.12.89. В качестве огнеупорногонаполнителя смесь содержит песок кварцевый,Известно применение в составах смесей кварца молотого пылевидного (Авт. св. СССР М 1514456, кл, В 22 С 1/00, 1989) и 5 сурика железного (Авт, сеид. СССР гл 1217547, В 22 С 1/22. 1986), Пылевидный кварц совместно с железным суриком устраняют образование трещин в пленках ТЛМС и за счет этого дополнительно повышают 10 прочность стержней.Отработанный цинк-хромовый катализатор, в пересчете на оксиды, имеет следующий состав, мас.Оксид цинка Основа 15 Оксид хрома (П 1) 29-31Оксид вольфрама 0,05-0,1Оксиды щелочныхметаллов, не более 0,04Отработанный цинк-хромовый катали затор представляет собой серого цвета порошок. образующийся при производстве метанола. является многотоннажным отходом, В предлагаемом техническом решении отработанный цинк-хромовый катализатор, 25 выполняя функции сшивающего агента, участвуя в ионообменных реакциях с лигносульфонатным комплексом ТЛС, образуя элементы сетчатой структуры. Это способствует увеличению прочности стержней. 30П р и м е р. Для приготовления составов стержневых смесей использовали: кварцевый песок, В-Днепровского карьера марки 1 КО 2 с глинистой составляющей до 1 (ГОСТ 2138-84); жидкий концентрат техни ческих лигносульфонатов с натриевым основанием Выборгского ЦБК, с содержанием сухих веществ 48,0, плотностью 1,23 г/см и вязкостью по ВЗсвыше 500 с (ТУ 13- 0281036 - 05-89); кубовые остатки органиче ского синтеза Новочеркасского завода синтетических продуктов, вязкостью по ВЗ.5. 4,57 с и рН 11 ед, (ТУ 6-08-1014820-1- 89); отработанный цинк-хромовый катализатор производства метанола Ново черкасского завода синтетическйх продуктов с химическим составом, мас оксид цинка - 70, оксид хрома (И) - 29, оксид вольфрама - 0,08, оксиды щелочных металлов - 0,02; борная кислота (ГОСТ 18704-78); 50 кварц молотый пылевидный ПК(ГОСТ 9077-82); сурик железный (ГОСТ 8135-74).Стержневые смеси по предлагаемому изобретению готовили в лабораторных бегунах мод, ОМпольской фирмы "Центро эап", В течение 1 мин, перемешивали 91,2 мас, кварцевого песка со смесью. состоящей из 1,0 мас. отработанного цинк-хромового катализатора, 0,8 мас. борной кислоты, 1,5 мас. кварца молотого пылевидного и 0,5 мас, 6 сурика железного, Затем вводили связующее - модифицированные технические лигносульфонаты в количестве 5 мас. и продолжали перемешивание смеси в течение 3 мин. Аналогичным образом были приготовлены и другие составы смесей.Известную смесь готовили по технологии, описанной в прототипе,В табл.1 приведены составы стержневых смесей ММ 1-5 по предлагаемому изобретению и М 6 согласно известному техническому решению, принятому за прототип.Физико-механические свойства смесей приведены в табл.2,Как видно из табл,2 предложенная смесь в сравнении с прототипом обеспечивает повышение прочности стержней в горячем состоянии в 2-2,7 раза. Особенно важно, что такое повышение горячей прочности стержней достигнуто без применения фенолоспиртов и смол. Стержни, изготовленные из предложенной смеси имеют горячую прочность на уровне смоляных стержней, что позволяет вести их отверждение в одинаковом режиме.Изданных табл,2 видно также, что предлагаемая смесь позволяет увеличить прочность стержней в холодном состоянии в 1,5-2 раза.В условиях изготовления стержней в нагретой оснастке, в расплаве борной кислоты частично растворяются оксиды отработанного цинк-хромового катализатора с образованием соответствующих солей, через которые ионообменные реакции с макромолекулами лигносульфонатов дополнительно сшивают их. Это приводит к увеличению прочности стержней как в горячем, так и в холодном состояниях.Оптимальное содержание в смеси отработанного цинк-хромового катализатора находится в диапазоне 0,8-1,2 мас., При содержании его в составе смеси ниже 0,8 мас. и выше 1,2 мас, уменьшается прочность стержней в горячем состоянии,Оптимальное содержание борной кислоты в смеси 0,6-10 мас При содержании борной кислоты ниже 0,6 мас. уменьшается прочность стержней в холодном состоянии. а .выше 1,0 мас. возрастает прочность сырой смеси на сжатие, что ухудшает ее пескодувную текучесть.Дополнительный вклад в повышение прочности стержней вносят также добавки кварца молотого пылевидного и сурика железного.Оптимальное содержание кварца пыле- видного в смеси 1,0-2,0 мас,ф(. При содер0,7 0,8 1,2 1.0 1,3 Борная кислота 0,8 0,6 1,2 1,0 0,4 жании кварца пылевидного ниже 1,0 мас.уменьшается текучесть смеси, а выше 2,0мас. не наблюдается роста прочностистержней в холодном состоянии. Оптимальное содержание сурика железного в смеси 0,3-0,7 мас При содержании сурика железного ниже 0,3 мас.6 уменьшается прочность стержней в холодном состоянии, а выше 0,7 мас.6 уменьшается прочность стержней в горячем состоянии.Смесь по предлагаемому изобретению может быть применена для изготовления стержней и форм широкой номенклатуры чугунных и стальных отливок.Использование предложенной смеси всравнении с известной обеспечивает следу ющие технико-экономические преимущества:- увеличение прочности стержней иформ в горячем состоянии в 2-2,7 раза, что позволяет вести отверждение смеси в на гретой оснастке в режиме смоляных составов;- увеличение прочности стержней иформ в холодном состоянии в 1,5-2 раза, что позволяет улучшить их качество;151790083 Таблица 2 Л ьфонатное связуюФормула изобретения1, СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ, ОТВЕРЖДАЕМЫХ В НАГРЕВАЕМОЙ ОСНАСТКЕ, включающая кварцевый песок и лигносульфонатное связующее в виде технических лигносульфонатов, модифицированных 10 мас,ф щелочного модификатора, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества стержней и форм за счет повышения их прочности в горячем и холодном состоянии, она дополнительно содержит отработанный цинк-хромовый катализатор производства метанола, борную кислоту, пылевидный кварц и железный сурик при следующем соотношении компонентов, масщее в виде техническихлигносульфонатов, модифицированных 1 О мас, щелочного модификатора 4,0 - 6,0 Отработанный цинк-хромовый катализатор 0,8 - 1,2 Борная кислота 0,6 - 1.0 Кварц пылевидный 1,0 - 2,0 Сурик железный 0,3 - 0,7 Песок кварцевый Остальное2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что в качестве щелочного модификатора лигносульфонатного связующего она содержит кубовые остатки органического синтеза . производства 1.4-бутандиола, поливинилпирролидона, у -бутиролактона, ректификации метилпирролидона, регенерации моноэтаноламина, растворенные в воде в объемном соотношении 6: 1.