Жидкостекольное связующее для изготовления литейных стержней и форм

СООЭ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИН(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ( СВИДЕТЕЛЬСТВУ следоваго машиноЖидкостекол дителями. -1982,8, 2. по за В 22 3.841ные фо иэводс 8.545 9.1729(71) Всесоюзный научно-истельский институт литейностроения, литейной технологии и автматизации литейного производства"Литейное производство",с. 18-20. Авторское свидетельство СС Р вке3431498,кл.В 22 С 1/ 8,1/10, 1982.Авторское свидетельство СССР 65, кл, В 22 С 1/10, 1979.Авторское свидетельство СССР 16, кл. В 22 С 1/18, 1979.Авторское свидетельство СССР 48, кл. В 22 С 1/18, 1978.Авторское свидетельство СССР 12, кл. В 22 С 1/02, 1978.Иванов Н.Х. и др. Активированрмовочные смеси.-"Литейное про тво", 1975,1, с. 4-6.Авторское свидетельство СССР 14, кл. В 22 С 1/02, 1975.Авторское свидетельство СССР 64, кл. В 22 С 1/02, 1964. ЯО 1156806(54)(57) 1. ЖИДКОСТЕКОЛЬНОЕ СВЯЗЛМЦЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ, отверждаемое преимущественно сложноэфирными реагентами, включающее водный раствор силиката щелоч- його металла и материал на основе углеводов в виде побочных продуктов переработки растительного сырья, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества стержней и форм путем увеличения живучести смеси при одновременном возрастании прочности на начальных этапах отверж дения, связующее содержит упомянутые ингредиенты при следующем соотношении, мас.7Водный растворсиликата щелочного металла 61, 5-71, 5Материал наоснове углеводов ввиде побочныхпродуктов переработки растительного сырья 28,5-38,52. Связующее по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что материал на основе углеводов выбран из группы следующих побочных продуктов переработки растительного сырья - гидрол, зеленая патока, древесные саха"Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам аидкостекольных связующих для изготовления стержней и форм из холодно" твердеющих смесей (ХТС), отверадаемык преимущественно слоаноэфирными реагентами.Известно использование водных растворов силикатов щелочных металлов (жидкого стекла) в качестве свя 1 О зующего в составах ХТС, отверадаемых сложноэфирными реагентами типа ацетатов,глицерина или пропиленкарбоната 1 или продукта оксиалкилирования этиленгликоля и малеинового ангидрида (отвердитель "Зфирол-СПЭ")1,2) ХТС указанного типа обеспечивают высокие физико-механические показатели стераней и форм при содержании жидкого стекла 3,5-4,0 мвс,Х. Для 2 О Улучаения выбиваемости известных ХТС из отливок желательно дальнейшее снижение содержания жидкого стекла (до 2,0-2,5 мас,й).Однако при этом не достигается оптимального сочетания таких параметров ХТС, как живучесть и начальная прочность (нормальной живучести соответствует неудовлетворительная начальная прочность или нормальной ЗО начальной прочности соответствует неудовлетворительная аивучесть).Известно жидкостекольное связующее в виде аидкого стекла и фталатов (диметил-, дибутилфталата и др.), З предназначенное для использования в составах ХТС с отвердителем пропиленкарбонвтом Я .Данные добавки фталатов позволяют повысить живучесть ХТС при повьккенной 4 О температуре окружающей среды, однако они не позволяют снизить содержания жидкого стекла в составе ХТС нике 3,5-4,0 мвс.Х ввиду отсутствия оптимального сочетания для ХТС зивучес ти и начальной прочности.Известны жидкостеколъные связующие, полученные путем сочетания зидкого стекла с нобочньви продуктами переработки растительного сырья: отте- у) хами пресными, представляющими собой глюкозные утфеля 41, дефикатом, представляющим собой минеральный (на ос-. нове окиси магния) побочный продукт при производстве сахаров 51, кубо- у выми остатками при производстве фурилового спирта, включающими наряду с фуриловым спиртом и фурфуролом 1,4-гександиол 63, ощелаченнойсульфитно-дрожжевой бражкой 71, кубовыми остатками при производстве глицерина и древесины 181.Известные связующие предназначеныпреимущественно к технологии отверадения стержней и форм углекислыи газом, двухкальциевым силикатомили воздействием тепла. Экспериментальная проверка их в составахХТС с отвердителями сложноэфирноготипа показывает, что они не обеспечивают возможности снижения содераания жидкого стекла менее 3,54,0 мас.Х ввиду отсутствия удовлетворительного сочетания живучести иначальной прочности.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является аидкостекольное связующее для изготовлениялитейных стержней и форм, содераащее74, 1-90,0 мас.Х водного раствора силиката щелочного металла (натриевогоаидкого стекла) с показателями силикатного модуля 2,0-3,0 и плотности1,48-1,52 г/см и 10,0-25,9 мас.Жматериала на основе углеводов в виде побочных продуктов переработкирастительного сырья, а именно гидрола ДС, представляющего собой двойное соединение сахаров и хлористогонатрия, получаемое в процессе производства кристаллической глюкозь 1 посредством гидролиэа кукурузного крахмала 193 . Верхний предел приведенногосостава связующего получен пересчетомс указанного в источнике 93 максимального содераания гидрола ДС(35 мас.7) нв 100 мас.Х жидкого стекла. Там ае 191 указывается, чторекомендуемые составы связующих включают 10-20 мас.Х гидрола ДС и 8090 мас,й жидкого стекла.Известное связующее по своему целевому назначению предназначено дляиспользования в составах стержнейи форм. отверздаемых углекислымгазом (СО-процесс).Экспериментальная проверка данногосвязующего в составах аидкостекольныхХТС с отвердителями слакноэфирноготипа показала, что оно не обеспечивает возмоаности снижения содержания аидкого стекла менее 3,5-4,0 мвс.7ввиду отсутствия удовлетворительногоФсочетания живучести и начальной прочности ХТС,25 Целью изобретения является повышение качества стержней и форм путем увеличения живучести смеси при одновременном возрастании их прочности на начальных этапах отверждения.5Поставленная цель достигается тем, что жидкостекольное связующее для изготовления литейных стержней и форм из холоднотвердеющих смесей10 отверждаемое преимущественно сложноэфирными реагентами, включающее водный раствор силиката щелочного металла и материал на основе углеводов в виде побочных продуктов переработки растительного сырья, содержит 15 1упомянутые ингредиенты при следую 3щем соотношении, мас.%:Водный растворсиликата щелочного металла 61, 5-71, 520Материал наоснове углеводов в видепобочных продуктов пере -работки растительного сырья 28,5-38,5В качестве материала на основе углеводов предусматривается использование с эквивалентным техническим эффектом следующих побочных .продуктов переработки растительного сырья гидрол ДС, зеленая потока, древесные сахара.Гидрол ДС (МРТУ 18-242-68) - по бочный продукт при производстве кристаллической глюкозы методом двойного соединения глюкозы с хлористым натрием содержит не менее 58 мас,% сухих веществ (СВ) не менее 50 мас,% 40 (в пересчете на СВ) редуцирующихвеществ, не более 19,0 мас.% (в пересчете на СВ) хлорида натрия, представляет собой непрозрачную жидкость темно-коричневого цвета. 45Зеленая патока (ТУ 18-8-22-79) побочный продукт при производстве кристаллической глюкозы кислотным или кислотноферментативным способом. Содержит не менее 50,иас.% СВ не ме нее 76-80 мас.% (в пересчете на СВ= редуцирующих веществ, не более 2,0- 3,5 мас.% (в пересчете на СВ) золы. Представляет собой непрозрачную сиропообразную жидкость темно-корич невого цвета.Древесные сахара (ТУ-02-004-04 80) - выделенные продукты гидролитического расщепления древесного . сырья на основе а( -ксилозы и ее производных, Содержит порядка 25 мас.% СВ,остальное вода. При использовании данного продукта целесообразно его предварительная упарка до содержания СВ 50-60 мас.%.В качестве водного раствора силиката щелочного металла предпочтительно использовать натриевое жидкое стекло (содовое) по ГОСТ 13078-81 модулем 2,2-3,0 и плотностью 1,40- 1,52 г/см. Предпочтительный модуль используемого жидкого стекла составляет 2,4-2,6, предпочтительная плотность 1,50-1,51 г/см. При исполь зовании жидкого стекла с повьппением модулем (2,2-3,0) плотность его выбирается по нижнему пределу (1,40- 1,42 г/см).Предлагаемое связующее получают путем интенсивного перемешивания жидкого стекла с одним из укаэанных соединений на основе углеводов, причем последние вводят в жидкое стекло постепенно (тонкой струей) при непрерывном перемешивании.В табл. 1 приведены составы пред. лагаемых связующих (1-9) и известного (10),в табл. 2 - составы холоднотвердеющих смесей со связующими согласно табл. 1 с использованием в качестве жидких отвердителей сложноэфирного типа, продуктов нЭфирол-СПЭн и пропиленкарбоната.Содержание собственного жидкЬго стекла в составах смесей 1-10 составляет от 2,15 мас,% в смеси 5 до 2,50 мас,% в смеси 1 (в соответствии с данными о составах связующих в табл. 1).Смеси приготавливают в лаборатор- ных бегунах, перемешивая жидкостеколь" ное связующее с песком в течение 1 мин с последующим введением жидкого отвердителя и перемешиванием в течение еще 20 сек. В условиях производства для приготовления смеси целесообразно использовать смесители непрерывного действия, снабженные быстроходными (не менее 500 об/мин) лопастными головками вертикального или горизонтального типа с подачей связующего и жидкого отвердителя непосредственно, в головку и при времени их перемешивания порядка 3-4 сек.Результаты стандартных испытаний смесей 1-12 приведены в табл. 3.Смесь с известным связующим(табл. 2 и 3, составы 11 и 12) на основе известных соотношений жидкого стекла и технических углеводов (на примере гидрола) обеспечивают посред. ством сочетания живучести (4,0- 4,5 мин) и начаяьной прочности(0,65-0,85 ИПа через 1 ч и 0,801,10 ИПа через 2 ч твердения).Предлагаемое связующее в смесях1-10 обеспечивает существенное улучшение комплекса "живучесть - начальная прочность".1%Из сравнения смесей с одинаковыми отвердителямн и при использовании жидкого стекла идентичного качества(И= 2,5, пл . 1,50 г/см (табл,2 и 3), смеси 1-7 н 11 или смеси 10 и 12) следует, что при использовании в качестве отвердителя "Эфирол-СПЭ" живучесть по сравнению с известным возрастает с 4,5 до 8,0 мин начальная прочность - с 0,65 до 1, 10 ИПайЗ(через 2 ч), а при использовании в качестве отвердителя пропиленкарбо. ната живучесть возрастает с 4,0 до 6,0 мин, начальная прочность - с 36 0,85 до 1,30 ИПа (через 1 ч) и с 1,10 до 1,90 ИПа (через 2 ч).Улучшение комплекса свойств "аивучесть - начальная прочность" способствует повышению качества стеранейд и форм, снижению их брака и соответст - венно увеличению выхода годных отливокНижний предел по содержанию материала на основе углеводов в пред Ф лагаемом связующем (28,5 мас.Х связующее 1 в табл. 1 и смесь 1 в табл. 2) установлен исходя из дости аения удовлетворительных показателей выбиваемости (смесь 1 в табл.З) 43 При сникении содержания материала на основе углеводов нике нижнего предела наблюдается нежелательное возрастание остаточной прочности, т.е ухудшение выбиваемости. 9Верхний предел по содержанию материала на основе углеводов в предлагаемом связующем (38,5 мас.Х, связуЮщее 5 в табл. 1 и смесь 5 в табл. 2) установлен исходя из дос- у тижения минимального эффекта по росту начальной прочности (смесь 5 в табл. 3). Гри повышении содержания матерна.ла на основе углеводов выше верхне"го предела не наблюдается достаточного роста начальной прочности (через1 и 2 ч отверждения).ФПределы по модулю и плотностив водном растворе силиката натрия(жидком стекле) выбраны исходя иэследующих соображений,Нижний предел по модулю жидкогостекла (М2,2, связующее 9 втабл. 1) установлен исходя нэ дости"аения высоких показателей живучести при минимально допустимых показателях начапьной прочности (табл.2и 3, смесь 9) и максимально допустимых показателях остаточной прочности (выбиваемости).Верхний предел по модулю жидкогостекла М-З,О (связующее 8 в табл,2)установлен исходя из достижениянаилучшей выбиваемости наименьшейостаточной прочности при минимальнодопустимом показателе живучести(табл. 2 и 3, .смесь 5).Нижний предел по плотности жидкого стекла (1,40 г/см, связующее8 в табл. 1) установлен исходя издостижения технологически приемлемой вязкости связующего с высокиммодулем (И=З).Верхний предел плотности жидкого стекла (1.52 г/смф, связующее9 в табл, 1) соответствует верхнемупределу аналогичного показателя длятехнического продукта согласноГОСТ 13078-81.Анализ полученных результатовпозволяет сделать вывод о качественно новой роли добавок материаловна основе указанных технических углеводов в составах жидкостекольныхХТС с жидкими отвердителями сложноэфирного типа,Связующие с известной областьюсоотношений жидкого стекла и гидрола быпи разработаны и фактическииспользовались для СОк-процессаизготовления стержней и форм (отверадение путем продувки смеси углекис"лым газом). При этом добавки материалов на основе углеводов (на примерегидрола) не оказывают заметного влияния на физико-механические свойствастераней и форм на стадии их отверждения. Расход связующего в составесмесей составляет 5-7 мас.Х и неможет быть снижен без ущерба для1156806 Технико-экономические преимущества предлагаемого связующего заключаются в повышении качества стержней и форм, позволяют получить экономический эффект в размере 16,8 руб.на 1 т годного чугунного литья..1. 1 1 Л 1. 1 Ингредиенты Жидкое стекло М=2,5Плотность 1,50 г/см 71 5 69 0 66 5 64,0 61 5 66 5 66 5 80 М=З,ООПлотность1,40 г/смз 66,5 М=2,2 Плотность1,52 г/см 61,5 Гидрол ДС 28,5 31,0 33,5 36,0 38,5 33,5 38,5 20 Зеленаяпотока 33,5 Древесные сахара фФПеред использованием продукт был упарен до содержания сухого вещества бОХ прочностных характеристик. Пель введения добавок заключается в разупрочнении форм и стержней на стадии их выбивки из отливок. Следовательно в известном решении гндрол выполняет функцию типичной органической добавки, выгорающей в форме или стержне под действием тепла отливки.В предлагаемом техническом решении те же добавки на основе углево дов (в новых соотношениях с жидким стеклом) позволяют в условиях сокращенного содержания в составах ХТС жидкого стекла (табл. 3, смеси 1-10 с содержанием в них собственно жидко го стекла 2, 15-3,50 мас.7) повысить живучесть и начальную прочность ХТС и за счет этого улучшить качество изготавливаемых стержней и форм.При использовании в цехах совре- рв менных смесеприготовительных агрегатов непрерывного действия со скоростными смешивающими органами (вихревыми головками) содержание собственного жидкого стекла в составах смесей 55 может быть снижено до 1,8-2,0 мас.7. Таким образом, решается задача оптимизации физико-механических характеристик стержней и форм в условиях резко сокращенного содержа" ния в них жидкого стекла. На этой основе достигается принципиально новый уровень облегченной выбиваемости, приближающийся в выбивке песчано-смоляных смесей.Как видно из приведенных в табл.1-3 данных, положительный характер влияния углеводсодержащих добавок прояв" ляется при использовании различных отвердителей сложноэфирного типа, таких например, как оксиалкилированный гликольмалеинат "Эфирол-СПЭ" и слож" ный эфир пропиленгликоля и угольной кислоты "пропилеи-карбонат", т.е.носит универсальный характер.1Е гО -ОХ НХЭИ ОО фХОО УЕ ХОф ОО ЭО ф О Оо М33МЭ г Э Ю О ф Бф 1сЧ 1-- 11111О1- 11111111 СО11 31111О11 11 1И 1111 1111 11 - -1м1сч И 1 1 1 1 1 11 1 М1 ом оавч ч сф щ 1 1м 1 о ое в в1 м 1 о мо в вО вф Ффъ су 3 ь 3 О к аф К" й ц 3 у Ф а р" 31 О Й 1о ЙР6