СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ
MIX FOR MAKING CASTING PATTERNS

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составу песчано-глинистых смесей, применяемых для изготовления разовых сырых форм.
Известны смеси для изготовления литейных форм, содержащие в своем составе: огнеупорный наполнитель на основе кремнезема, огнеупорную глину, воду и технологические добавки для улучшения физико-механических и технологических свойств: битум и нефтебитумные эмульсии [Мазуров В.И. Автоматическая прессовая линия отливки тормозных барабанов. - Лит. пр-во 1965, №4], раствор битума и тяжелые фракции генераторной смолы - ГТФ [Степанов А.А. Формовочные смеси. ЛДНТП. 1965 г.]. При использовании этих добавок взаимодействие формы с жидким металлом приводит к частичному коксованию битума и образованию комков, что ухудшает формуемость смеси.
В составах формовочных песчано-глинистых смесей применяют различные добавки, улучшающие физико-механические и технологические свойства формовочных смесей, интенсифицирующие процессы их приготовления, способствующие более качественному формообразованию, такие как пек с битумом, мазут, масла эмульсионные, остаточное нефтяное масло [Технология литейного производства: формовочные и стержневые смеси. // Под ред. С.С.Жуковского: Учебное пособие для вузов. - Брянск Изд-во БГТУ, 2002. - 470 с. Стр117; пат.2391176, В22С 1/02, опубл. 10.06.2010].
Однако эти технологические добавки в составах песчано-глинистых смесей вызывают обильное газовыделение, которое ухудшает санитарно-гигиенические условия в литейных цехах [Технология литейного производства: формовочные и стержневые смеси. // Под ред. С.С.Жуковского: Учебное пособие для вузов. - Брянск Изд-во БГТУ, 2002. - 470 с. стр.119].
Известно использование углеводородного масла в составе песчано-глинистых смесей [пат. Великобритании 1311439 «Литейно-формовочная смесь»], а также глины, пропитанной нефтяным маслом после его фильтрации [А.Я.Калашникова - Влияние глин и бентонитов на технологические свойства формовочных смесей. «Технологические свойства формовочных смесей», Труды 12 совещания по теории литейных процессов. из-во наука М. - 1968 г. Стр. 109-112], и минерально-масляный отход контактной очистки масел отбеливающими землями [авт. свид. 884820 кл В22С 1/02, опубл. 30.11.81 бюл. №44].
Известны песчано-глинистые смеси с использованием отходов различных масел: жировая композиция «ОДК», являющаяся побочным продуктом масло-жировой промышленности; ОДК представляет собой смесь жирных кислот, высших спиртов, стеаринов и их сложных эфиров [Информационный листок о научно - техническом достижении №82-51 серия Р.55.15. Ростовское ЦНТИ, 1982].
Недостатком вышеперечисленных технологических добавок - топливноэнергетических продуктов нефти, является их дороговизна.
Наиболее близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь, содержащая песок, огнеупорную глину, ССБ, воду и крепитель КО, представляющий собой кубовые остатки от дистилляции жирных кислот (СЖК), растворенные в уайт-спирите в количестве двух процентов [авт.свид. 1993 51 кл. 31 С, 1/01, опубл. 13.07.67, бюл. №15].
Текучие свойства КО обусловлены тем, что содержащиеся в нем жирные кислоты в смеси с минеральным связующим - глиной приобретают свойства поверхностно-активных веществ и при замешивании с песком снижают трение между зернами.
Недостатками данной смеси являются заниженные прочностные свойства в сыром состоянии и ухудшение санитарно-гигиенических условий за счет органической природы растворителя уайт-спирита (50%) в КО.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой формовочной смеси для изготовления литейных форм, является повышение текучести, живучести, снижение прилипаемости и улучшение качества отпечатка получаемой полуформы.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемой формовочной смеси, содержащей огнеупорный материал на основе кремнезема, огнеупорную глину, воду, технологическую добавку на основе жирных кислот, используют технологическую добавку, представляющую собой фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Огнеупорная глина
8-10
Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масло
1-2
Вода
5,5-6
Огнеупорный наполнитель на основе кремнезема
остальное
Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла также можно использовать разведенным в воде при соотношении, мас.%:
Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла
40
Вода
60
Для достижения поставленного технологического результата использовали отход при производстве растительного горчичного масла в виде фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла. Большая часть фильтро-прессового осадка накапливается на маслоэкстракционных заводах и требует их реализации и утилизации. При переработке семян горчицы с них снимают шелуху, после чего путем прессования зерен горчицы получается горчичное масло (ГОСТ 8807 - 74). После фильтрации растительного горчичного масла образуется фильтро-прессовый осадок, содержащий до 50% мелкодисперсного горчичного жмыха-порошка. В фильтро-прессовом осадке содержится 0,5% эфирного горчичного масла и до 3% лецитина. Фильтро-прессовый осадок представляет собой то же масло, что и горчичное по ГОСТ 8807-74, содержит высокомолекулярные жирные карбоновые кислоты:
1. Насыщенные кислоты - С<sub>14</sub>-С<sub>24</sub>
4-5%
2. Олеиновая кислота - С<sub>8</sub>Н<sub>17</sub>СН=СH(СH<sub>2</sub>)<sub>7</sub>CООН
20-30%
3. Эруковая кислота - С<sub>22</sub>Н<sub>42</sub>O<sub>2</sub>
30-37%
4. Липолевая кислота - СН<sub>3</sub>(СH<sub>2</sub>)<sub>3</sub>(СH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CH)<sub>2</sub>(СH<sub>2</sub>)<sub>7</sub>СООН
14-30%
Отличием заявленного изобретения является использование отхода, образующегося при фильтрации растительного горчичного масла, который в сочетании с глиной служит новым средством для получения технического результата - повышения текучести, живучести, снижения прилипаемости, а также улучшения качества отпечатка получаемой полуформы.
Формовочную смесь готовят следующим образом: сначала загружают огнеупорный материал на основе кремнезема (песок), затем огнеупорную глину, время перемешивания 2 минуты (оптимальное содержание глины в песчано-глинистых смесях 8-10%). Далее добавляют техническую воду до достижения влажности смеси 4,5-5,5% и перемешивают смесь в течение 8 минут, после чего добавляют технологическую добавку - фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла, время перемешивания 1-2 минуты. Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла вводят в состав формовочных смесей как в чистом виде (100% фильтро-прессового осадка), так и в сочетании с водой (40/60).
В изобретении используют песчано-глинистую смесь с содержанием огнеупорной глины 8-10 мас.%, воды 5,5-6 мас.%.
Содержание глины менее 8% не обеспечивает прочность смеси во влажном состоянии, нужной по ТУ, а добавление глины более 10% приводит к снижению газопроницаемости смеси, что способствует образованию газовых раковин. При добавлении воды менее 5,5% формовочная смесь не обеспечит качественного отпечатка литейной формы из-за высокой осыпаемости смеси, с добавление воды более 6% снижается газопроницаемость. Введение фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла более 2% нежелательно по причине неравномерности распределения его по поверхности кварцевых зерен, что ухудшает механические свойства смеси. Введение в смесь фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла менее 1% нецелесообразно из-за малого содержания активной части в фильтро-прессовом осадке жирных кислот, что не обеспечивает необходимых технологических свойств.
Состав и свойства смесей заявляемой и прототипа представлены в таблицах 1, 2.
Таблица 1
Состав песчано - глинистых смесей
Шифр смеси
Составляющие смеси
Огнеупорный материал на основе кремнезема, %
Огнеупорная глина, %
Вода, %
ФПО, %
КО, % Прототип
100
с водой 40/60
1
83,5
10
5,5
1
-
-
2
83
10
5,5
1,5
-
-
3
84,5
8
5,5
2
-
-
4
82,5
10
5,5
2
-
-
5
84
8
6
-
2
-
6
82
10
6
-
2
-
7 Прототип
83
10
6
-
-
1
8 Прототип
82
10
6
-
-
2
Таблица 2
«Свойства песчано-глинистых смесей»
Шифр смеси
Свойства смеси
W,%
Газ, ед.
σ<sub>w</sub>, ×10<sup>5 </sup>Пa
Текучесть, %
Прилипаемость, σ<sub>адг</sub>, МПа
сразу
после суток
сразу
после суток
сразу
после суток
сразу
после суток
сразу
1
5,5
5,2
138,3
140,0
0,74
0,9
38,6
40,0
0,056
2
5,5
5,2
104,0
113,0
0,66
0,76
51,7
57,2
0,048
3
5,5
5,2
80,0
85,0
0,6
0,65
55,0
60,0
0,040
4
5,5
5,2
72,0
83,0
0,65
0,72
53,1
68,9
0,037
5
5,7
5,6
110,0
120,0
0,42
0,45
45,0
52,0
0,047
6
5,6
5,5
105,0
113,0
0,45
0,47
44,4
50,6
0,044
7 Прототип
5,0
-
62,0
-
0,22
-
42,0
-
0,035
8 прототип
5,0
-
22,0
-
0,16
-
36,0
-
0,019
Заявленная песчано-глинистая формовочная смесь характеризуется тем, что введение в ее состав фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла увеличивает ее текучесть; это объясняется тем, что технологическая добавка содержит жирные кислоты, которые уменьшают трение между песчинками.
При сопоставлении свойств смесей с содержанием огнеупорной глины 8-10 из таблицы 2 видно, что при введении технологической добавки фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла в смесь в чистом виде от 1-2% (смеси 1-4) текучесть смеси увеличивается с 38,6 до 53,1%, а прилипаемость снижается с 0,056 до 0,037 МПа, в то время как смесь с прототипом КО (смеси 7-8) имеет текучесть 42-36%, т.е. меньше смеси с технологической добавкой фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла в чистом виде на 32%, прилипаемость снижается с 0,035 до 0,019 МПа; смесь с технологической добавкой фильтро-прессового осадка имеет прилипаемость - 0,037 МПа (смесь 4), аналогичную смеси на КО - 0,035 МПа (смесь 7).
Анализ смеси с технологической добавкой фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла, разведенного в воде 40/60 (смеси 5-6), по сравнению с прототипом смеси на КО показывает, что текучесть данных смесей увеличивается до 45%, а прилипаемость снижается до 0,044 МПа. Снижение прилипаемости формовочной смеси к поверхности модельно-технологической оснастки объясняется наличием в составе фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла жирных кислот, которые уменьшают адгезию смеси к модели за счет увеличения угла смачивания.
Также был проведен анализ смесей с разведенным фильтро-прессовым осадком растительного горчичного масла в керосине и уайт-спирите, которые имеют высокие технологические свойства: текучесть, адгезионную прочность, превышающие аналогичные свойства смеси с прототипом, а по физико-механическим свойствам не удовлетворяют требованиям ТУ (газ 65 ед.), к тому же смеси с фильтро-прессовым осадком растительного горчичного масла с органическим растворителем значительно дороже и могут служить причиной образования газовых раковин и снижать санитарно-гигиенические условия труда.
Как видно из таблицы 2, заявляемая смесь (1-6) обладает повышенной живучестью, т.е. физико-механические и технологические свойства улучшаются при «вылеживании» смеси из-за лучшего распределения предлагаемой технологической добавки по поверхности кварцевых зерен и ее гидрофобной природы.
Как видно из данных таблицы 2, смеси по изобретению обладают лучшими технологическими свойствами: повышенной текучестью, живучестью, малой адгезией к поверхности модельной технологической оснастке, что обеспечивает качественный отпечаток формы.
Применение в составах формовочных смесей отхода фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла будет одним из решений проблем утилизации, обеспечит защиту окружающей среды и экономию дорогостоящих материалов, применяемых для улучшения их свойств, а также расширит ассортимент технологических добавок в составах песчано-глинистых смесей.