Жидкостекольное связующее для изготовления литейных стержней и форм

 

1. ЖИДКОСТЕКОЛЬНОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ, отверждаемое преимущественно сложноэфирными реагентами, включающее водный раствор силиката щелочйого металла и материал на основе углеводов в виде побочных продуктов переработки растительного сырья, отличающееся тем, что, с целью повышения качества стержней и форм путем увеличения живучести смеси при одновременном возрастании прочности на начальных этапах отверждения , связующее содержит упомянутые ингредиенты при следующем соотнощении , мас.%: Водный .раствор (Я силиката щелочного металла 61,5-71,5 Материал на основе углеводов в .- . виде побочных продуктовЪереел работки растиа тельного сырья 28,5-38,5 00 о 2. Связующее по п. t, отличающееся тем, что материал О) на основе углеводов выбран из группы следующих побочных продуктов переработки растительного сырья - гидрол , зеленая патока, древесные сахара .

0О1О3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3678464 22-02 (22) 26.12.83 (46) 23.05.85. Бюл. N - 19 (72) В.А. Соколова, С.Д. Тепляков, В.А. Комиссаров, А.И. Беляков, Т.С. Муравьева, А.А. Васильев, А.Н.Сагура, Н.И. Кучмий, И.М.Касьянов, В.Е. Савченко, В.А. Иванов и В.А. Говорущенко (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного производства (53) 621.742.486(088.8) (56) 1. Борсук А.П.и др, Жидкостеколь ные смеси с жидкими отвердителями.—

"Литейное производство", 1982, 11- 8, с. 18-20.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3431498,кл.В 22 С 1/18, В 22 С 1/10, 1982.

3. Авторское свидетельство СССР

В 841165, кл. В 22 С 1/10, 1979.

4. Авторское свидетельство СССР

В 644316, кл. В 22 С 1/18, 1979.

5. Авторское свидетельство СССР

_#_p 814548, кл. В 22 С 1/18, 1978.

6. Авторское свидетельство СССР

В 734912, кл. В 22 С 1/02, 1978.

7. Иванов Н.Х. и др. Активированные формовочные смеси.-"Литейное про. иэводство", 1975, Р 1, с. 4-6.

8. Авторское свидетельство СССР

В 545114, кл. В 22 С 1/02, 1975.

9. Авторское свидетельство СССР

У 172964, кл. В 22 С 1/02, 1964.

ÄÄSUÄÄ 1156806 (54)(57) 1. ЖИДКОСТЕКОЛЬНОЕ СВЯЗИЯЦЕЕ

ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И

ФОРМ, отверждаемое преимущественно сложноэфирными реагентами, включающее водный раствор силиката щелочного 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.Ж:

Водный раствор силиката щелочного металла 61, 5-71, 5

Материал на основе углеводов в виде побочных продуктов переработки растительного сырья 28,5-38,5

2. Связующее по п. t, 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 сахара.

1156806

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам жкдкостекольных связующих для изготовления стержней и форм из холоднотвердеющих смесей (ХТС), отверждаемых преимущественно сложноэфирнымн реагентамк.

Известно использование водных растворов силикатов щелочных металлов (жидкого стекла) в качестве связующего в составах ХТС, отверждаемых сложноэфирными реагентами типа ацетатов,глицеркна или пропкленкарбоната (11 илк продукта оксиалкилирования этиленглкколя и малеинового ангидрида (отвердитель "Зфирол-СПЭ")1,2).

ХТС указанного типа обеспечивают высокие физико-механические показатели стержней к форм при содержанки жидкого стекла 3,5-4,0 мвс.X. Для улучкенкя выбиваемостк известных

ХТС из отливок желательно дальнейmee снижение содержания жидкого стекла (до 2,0-2,5 мас.X).

Однако при этом не достигается оптимального сочетания таких параметров ХТС, как живучесть и начальная прочность (нормальной живучести соответствует неудовлетворительная начальная прочность кпи нормальной 30 начальной прочности соответствует неудовлетворительная живучесть).

Известно жидкостекольное связующее в виде жидкого стекла и фталатов (диметил-, дкбутклфталата к др.), З предназначенное для использования в составах ХТС с отвердителем пропкленкарбонвтом Я .

Данные добавки фталатов позволяют повысить живучесть ХТС при повывенной4@ температуре окружающей среды, однако они не позволяют снизить содержания жидкого стекла в составе ХТС ниже

3,5-4,0 мвс.X ввиду отсутствия оптимального сочетания для ХТС живучес- 4$ ти к начальной прочности.

Известны жкдкостеколъные связующие, полученные путем сочетания жидкого стекла с побочными продуктами переработки растительного сырья: отте- у> хами пресными, представляющими собой глюкозные утфеля (4$, 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 фуркловым спиртом и фурфуролом 1,4-гександиол $6j, ощелаченной сульфитно-дрожжевой бражкой 71, кубовыми остатками при производстве глицерина и древесины 181.

Известные связующие предназначены преимущественно к технологии отверждения стержней и форм углекислым газом, двухкальциевым силикатом или воздействием тепла. Экспериментальная проверка их в составах

ХТС с отвердителями сложноэфирного типа показывает, что они не обеспечивают возможности снижения содержания жидкого стекла менее 3,54,0 мас.Х ввиду отсутствия удовлетворительного сбчетания живучести и начальной прочности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является жидкостекольное связующее для изготовления литейных стержней и форм, содержащее74, 1-90,0 мас.Ж водного раствора силиката щелочного металла (натриевого жидкого стекла) с показателями силикатного модуля 2,0-3,0 и плотности

1,48-1,52 г/см и 10,0-25,9 мас.X материала на основе углеводов в виде побочных продуктов переработки растительного сырья, а именно гидрола ДС, представляющего собой двойное соединение сахаров и хлористого натрия, получаемое в процессе производства кристаллической глюкозы посредством гидролиэа кукурузного крахмала Г9) . Верхний предел приведенного состава связующего получен пересчетом с указанного в источнике (93 максимального содержания гидрола ДС (35 мас.X) на 100 мас.X жидкого стекла. Там же |9) указывается, что рекомендуемые составы связующих включают 10-20 мас.X гидрола ДС и 8090 мас.X жидкого стекла.

Известное связующее по своему целевому назначению предназначено для использования в составах стержней и форм. отверждаемых углекислым газом (СО -процесс).

Экспериментальная проверка данного связующего в составах жидкостекольных

ХТС с отвердителями сложноэфирного типа показала, что оно не обеспечивает возможности снижения содержания жидкого стекла менее 3,5-4,0 мас.X ввиду отсутствия удовлетворительного сочетания живучести и начальной прочности ХТС.

115680Ü

Целью изобретения является повышение качества стержней и форм путем увеличения живучести смеси при одновременном возрастании их прочности на начальных этапах отверждения.

Поставленная цель достигается тем, что жидкостекольное связующее для изготовления литейных стержней и форм из холоднотвердеющих смесей

10 отверждаемое преимущественно сложноэфирными реагентами, включающее водный раствор силиката щелочного металла и материал на основе углеводов в виде побочных продуктов переработки растительного сырья, содержит 1

1 упомянутые ингредиенты при следую3 щем соотношении, мас.%:

Водный раствор силиката щелочного металла 61, 5-71, 5

Иатериал на основе углеводов в виде побочных продуктов пере— работки растительного сырья 28,5-38,5

В 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- З5 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.X 40 (в пересчете на СВ) редуцирующих веществ, не более 19,0 мас.X (в пересчете на СВ) хлорида натрия, представляет собой непрозрачную жидкость темно-коричневого цвета. 45

Зеленая патока (ТУ 18-8-22-79) побочный продукт при производстве кристаллической глюкозы кислотным или кислотноферментативным способом. Содержит не менее 50,иас.% СВ не ме- 50 нее 76-80 мас.% (в пересчете íà СВ= редуцирующих веществ, не более 2,03,5 мас.% (в пересчете íà СВ) золы.

Представляет собой непрозрачную сиропообразную жидкость темно-корич- 55 невого цвета.

Древесные сахара (ТУ-59-02-004-04

80) — выделенные продукты гидролитического расщепления древесного . сырья на основе а(-ксилозы и ее производных, Содержит порядка 25 мас.X

СВ,остальное вода. При использовании данного продукта целесообразно его предварительная упарка до содержания СВ 50-60 мас.X.

В качестве водного раствора силиката щелочного металла предпочтительно использовать натриевое жидкое стекло (содовое) по ГОСТ 13078-81 модулем 2,2-3,0 и плотностью 1,401,52 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 (1,401,42 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 1 Эфирол-СПЭн и пропиленкарбоната.

Содержание собственного жидкЬго стекла в составах смесей 1-10 составляет от 2,15 мас.X 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 жидкостекольное 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.

1156806

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 посредством сочетания живучести (4,04,5 мин) и начаяьной прочности (0,65-0,85 ИПа через 1 ч и 0,801,10 ИПа через 2 ч твердения).

Предлагаемое связующее в смесях

1-10 обеспечивает существенное улучшение комплекса "живучесть - начальная прочность". !

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 нри 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 ИПа

25 (через 1 ч) и с 0,80 до 1,55 ИПа (через 2 ч), а при использовании в качестве отвердителя пропиленкарбоната живучесть возрастает с 4,0 до

6,0 мин, начальная прочность — с 36

0,85 до 1,30 ИПа (через t ч) и с

1,10 до 1,90 ИПа (через 2 ч).

Улучшение комплекса свойств "живучесть — начальная прочность" способствует повышению качества стержней э5 и форм, снижению их брака и соответственно увеличению выхода годных отливок

Нижний предел по содержанию материала на основе углеводов в пред- 40 лагаемом связующем (28,5 мас.X связующее 1 в табл. 1 и смесь 1 в табл. 2) установлен исходя из дости жения удовлетворительных показателей выбиваемости (смесь 1 в табл.3) 45

При сникении содержания материала на основе углеводов ниже нижнего предела наблюдается нежелательное возрастание остаточной прочности, т.е., ухудшение выбиваемости.. 59

Верхний предел по содержанию материала на основе углеводов в предлагаемом связующем (38,5 мас.Ж, связующее 5 в табл. 1 и смесь 5 в табл. 2) установлен исходя из дос- 55 тижения минимального эффекта по росту начальной прочности (смесь 5 в табл. 3).

ripe повышении содержания материала на основе углеводов выше верхнего предела не наблюдается достаточного роста начальной прочности (через

1 и 2 ч отверждения).

Ф

Пределы по модулю и плотности в водном растворе силиката натрия (жидком стекле) выбраны исходя из следующих соображений.

Нижний предел по модулю жидкого стекла (М 2,2, связующее 9 в табл. 1) установлен исходя нэ дости" жения высоких показателей живучести при минимально допустимых показателях начапьной прочности (табл.2 и 3, смесь 9) и максимально допустимых показателях остаточной прочности (выбиваемости).

Верхний предел по модулю жидкого стекла М-3,0 (связующее 8 в табл.2) установлен исходя из достижения наилучшей выбиваемости наименьшей остаточной прочности при минимально допустимом показателе живучести (табл. 2 и 3, .смесь 5).

Нижний предел по плотности жидкого стекла (1,40 г/см, связующее

8 в табл. 1) установлен исходя из достижения технологически приемлемой вязкости связующего с высоким модулем (И=З).

Верхний предел плотности жидкого стекла (1.52 г/см, связующее

9 в табл. 1) соответствует верхнему пределу аналогичного показателя для технического продукта согласно

ГОСТ 13078-81.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о качественно новой роли добавок материалов на основе указанных технических углеводов в составах жидкостекольных

ХТС с жидкими отвердителями сложно эфирного типа.

Связующие с известной областью соотношений жидкого стекла и гидрола быпи разработаны и фактически использовались для СО -процесса изготовления стержней и форм (отверждение путем продувки смеси углекислым газом). При этом добавки материалов на основе углеводов (на примере гидрола) не оказывают заметного влияния на физико-механические свойства стержней и форм на стадии их отверждения. Расход связующего в составе смесей составляет 5-7 мас.X и не может быть снижен без ущерба для

1156806

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..Таблица 1

Содержание ингредиентов, мас.7,, в связующих

I I I Л Ll

Ингредиенты

Жидкое стекло М=2,5

Плотность

1,50 г/см

71 5 69 0 66 5 64,0 61 5 66 5 66 5

M=3 i 00

Плотность

1,40 г/смз

66,5

М=2,2

Плотность

1,52 г/см

61 5

Гидрол ДС 28,5 31,0 33,5 36,0 38,5

33,5 38,5 20

Зеленая потока

33,5

Древесные сахара

33 5

Ф

Перед использованием продукт был упарен до содержания сухого вещества 60Х 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- 10 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- 15 го стекла 2, 15-3,50 мас.Х) повысить живучесть и начальную прочность ХТС и за счет этого улучшить качество изготавливаемых стержней и форм.

При использовании в цехах совре- gy 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 содержания 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 проявляется при использовании различных отвердителей сложноэфирного типа, таких например, как оксиалкилированный гликольмалеинат "Эфирол-СПЭ" и сложный эфир пропиленгликоля и угольной кислоты "пропилеи-карбонат", т.е. носит универсальный характер.

1156806! 1

C 4

1 у 1

Ю с ) л

I Ю

CV О

Ю

Ill л

Ю О л

СЬ

О с 1 л

1 О

СО л

D л л

О

О л

И л л

И

И л л

D л

О

Е»

Х

Ж

В(Р

&-»

Ф

D л л

О 1

Ю

СО

Э

Рю

Ы

tj

О (.Р

И л л

О I

И л

И (1

О л

О 1

Ю О л

О л

С11

О

И л

Ю л О

I

Е г

О

<. Ь

II

Х

Э

8 О

0 Ф

Х

° °

О Ф

О ХЭ !

X Ж

О k(Ф О

О Э

О Ф

О О и М

3%

М 1-

Э г

Э

Ф 10

Ф &

Ю с & сс1 4 И

1 с"& 1

& — — 1

° »

1

1

l

1 о

l " 1 I.

° 1

О1

l

1 1

1 со

1

1 (—

1 О

I —

t 4

& 1

1

1 1

I

l 1

1 — -1

1 с>

t

t с4

1 I i I I I I 1 1 с

И л

1 1 I I I 1 1 1 1 сл

1 1 с 1 1 1 1 I I 1

И л

I 1 1 I I I 1 M 1

И л

I I 1 1 I 1 1 M I 1

И л

1 1 1 I I с> 1 1 !

1 1 I 1 1 с 1 I I, 1

И

I I 1 t сс) 1 I 1. I 1

И

I 1 п 1 1. I I 1 1

И

1 I с с) 1 1 1 1 1 I 1 л

1 cn I t I 1 1 I I I

И л

1 1 I 1 t 1 I I 1

О 0

I Э

Ф

° 8 Х

С1 О

О

Ф Ф

Э

E Э

Х t(Э

Р Ф 0 Г 00 О О Э с5

Ф! Р

О

1156806

12 е

Ю и

Ц

an о о ф ° ф

В а В о о an о

° Ь а о!

o an

В Ф еч и о ч е ь х к

С3 о к х и ф

° Ь ЬЬ

° Ф ЬВЬ о о о а аО ф ь» Ч О а а а о о о а

Ф ч

О O D

° "1 II «Ъ Ч O

1 Ф а а а о! ф 4 а В

° ьъ ч

Щ °

В В о ь» о а о

an. u ао

В В о о о ч an а а сч

В о

I лф! са! л

В al

an an

В В

» Ю ю ф а

° Ь а о ч о

I са1 Л а Ф ос

О ап

° а

CV Ia! о б

at%

° Ь ° Ь

an an о е о о л <ч

1 Ф ь» ч

О о! ло а а

О « а В

4а1. ФВ1 ю

° О

Ф а

ВЬ х

an

Фч ! ю л

О О л в В 1 ч

О а о

an o

В В а»

o an

В 1

° ьЪ tal °

Фч

В а а о о в ev а В о о о

Л «1

° Ь В а !

ФЧ а а о!

an л а В оо!

«! о

В В саа и

° \ ф х ьх и и

Ф! ел а ° оо о. е

О йа!

В 1

4»

D а о! л ач б 1

cv e

В л а а

° 1 о an е а а

° e» и о ф л

Ф Ф

° ч л о

В о а л

В а о

В а

° ЬФ 4 Ъ о о о о ф в ф о о

an D

° Ь 1 о»

° nD а В

Ф ъ ч

В О а В а Ф

° » е ч р е е е 8 о

В 1 а В В о -. ч о! ао Фьъ

1 1 о

° а че

1 а Л л атее ь I х а

It It ч

Г. Р3 „".

Я k3% м 1в в а л

Л I» lal . I» Вь

I l

Dan D«a

В В б В

cVEa! О р

Ф

5а 3 о окей ч с !

» It Х Ю Р D ео!.х

3s3 s

5j ! ф Ю Й

К х"

I В ! 5g о е

I Х

$ е.а и е

I Ф. е и ! ! 5g

1» ф О

CL g

Фе