ВОДНАЯ ПРОТИВОПРИГАРНАЯ ОГНЕУПОРНАЯ ПАСТА ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
AQUATIC ANTIBURNING REFRACTORY PASTE FOR CASTING MOULDS AND RODS

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам водных огнеупорных, противопригарных покрытий для литейных форм и стержней.
Известно упрочняющее водное покрытие - противопригарная паста («Технологическая инструкция - приготовление и применение пасты №34/1, код изд. - И 12012,37,101.096-2000», АО «АВТОВАЗ» 2000 г.), включающая кварцевый песок формовочный, бентонит, экструзионный крахмалосодержащий реагент, микротальк, моющее жидкое вещество и воду отопительную для нужд горячего водоснабжения, используемая для отделки литейных форм и стержней для отливок из сплава чугуна перед проведением плавки. Посредством данной пасты устраняют дефекты формовки, сколы в стержнях, вмятины, снижают шероховатость формы, в том числе и на выступах от толкателей пресс-форм. Такое покрытие при обычной тепловой сушке образует на поверхности литейных форм и стержней термостойкую эластичную пленку.
Отрицательным следствием применения покрытия является невысокая огнеупорность ингредиентов этого состава. В момент заливки при соприкосновении расплава чугуна в зоне контакта с нанесенной на стержни и форму пастой на деталях образуются газовые раковины, также осложнены условия труда обслуживающего персонала из-за загрязнения воздушной среды выделяемыми парами из микроталька и жидкого моющего средства.
В качестве прототипа выбрана паста КсП-1 по ТУ 2-043-504-76 со следующим составом, мас.%:
Кварц пылевидный
- 64,7-69,1
Графит скрытокристаллический
- 8,4-8,5
Железоокисный пигмент
- 1,5-1,6
Глина бентонитовая
- 1,6-1,7
Крахмалит
- 1,4-1,5
Формалин
- 0,07-0,08
Борная кислота
- 0,07-0,08
Вода техническая
остальное.
Недостатком данной пасты является то, что она не позволяет получить достаточно прочную огнеупорную противопригарную поверхность на литейных формах и стержнях. Поэтому в производстве данную пасту используют в смеси с водной противопригарной пастой («Руководящий технический материал РТМ 043-04-22-81. Технологический процесс изготовления водного противопригарного покрытия КсТ-1, 24.12.81 г.») для приготовления краски на основе кварца молотого пылевидного. Однако в ходе эксплуатации данных паст выявлены следующие технические проблемы. При соприкосновении расплава чугуна в контакте с покрытием ингредиенты пасты при высокой температуре начинают выгорать. Разнообразные газы, образующиеся при выгорании ингредиентов, вступают во взаимодействие между собой, тем самым мешая друг другу выходить по газовым каналам, часть их остается в отливке. Брак в отлитых заготовках - газовые раковины, пористость, в частности, в блоке цилиндра, вскрываются при окончательной механической финишной обработке заготовок, что является одной из причин отбраковки готовых деталей. Существующие методы контроля детали - «Блок цилиндров» на предмет наличия газовых раковин не гарантируют 100% их обнаружения по причине того, что газовые раковины и пористость в цилиндрах скрыты тонкой пленкой металла. Во время эксплуатации автомобиля это приводит к попаданию охлаждающей жидкости в картерную полость силового агрегата и к выходу из строя двигателя в гарантийный период эксплуатации транспортного средства. Не до конца решена проблема условий труда обслуживающего персонала из-за вредных паров, выделяющихся во время сгорания компонентов пасты.
Задачами изобретения являются: улучшение качества покрытия за счет создания на литейных формах и стержнях покровного защитного слоя, обладающего повышенной поверхностной прочностью и огнеупорностью и улучшение условий труда обслуживающего персонала.
Поставленные задачи решаются за счет того, что в состав пасты, выбранной в качестве прототипа, введены ингредиенты, которые позволяют получить соответственно требуемую поверхностную прочность, высокую огнеупорность покрытия и исключить загрязнение воздуха продуктами горения при следующем соотношении, мас.%:
Кварц пылевидный -
57,2-69,1
Каолин -
6,0-45,9
Графит скрытокристалический -
3,4-7,5
Глина бентонитовая -
1,7-1,8
Железоокисный пигмент -
3,5-3,6
Формалин -
0,07-0,08
Крахмалит -
0,9-1,5
Борная кислота -
0,07-0,08
Бентон -
0,7-5,4
Сажа отходов газоочистки -
5,9-8,0
Пульвепбоперит -
0,7-5,0
Вода техническая -
остальное.
Приведенный состав пасты используют в качестве грунтовки перед окраской форм и стержней для деталей блока цилиндра.
Однако полученная плотность пасты после обработки стержней, формирующих полость в отливках для установки шестерен блока цилиндра приведенным составом, оказалась недостаточна, что приводило к дефектам на выступах от толкателей в стержнях, поэтому в состав пасты для данной детали дополнительно ввели песок кварцевый Чапуринского месторождения при соотношении, мас.% - 0,2-3,0, который позволил получить требуемую плотность пасты.
В целом данную пасту изготавливают путем смешивания сухих компонентов с жидкими составляющими. Процесс изготовления заключается в подготовке композиции, состоящей из формалина, борной кислоты и воды, и перемешивании композиции в лопатной мешалке. На второй стадии производят смешивание сухих компонентов: кварца пылевидного, графита скрытокристаллического, глины тонкодисперсной органофильной - бентона, железоокисного пигмента, пульвепбоперита, глины бентонитовой, крахмалита, каолина, пылевидного отхода сажи газоочистки чугуно-литейного производства и подготовленной жидкой композиции в смесителе типа СНП-200. Дозировку сухих компонентов осуществляют посредством дозаторов типа ДВ 400-1000, а жидкой композиции - посредством жидкостных дозирующих устройств. Далее приготовленную пасту нужной пластичности в металлургическом цехе используют в качестве грунтовки для нанесения на литейные стержни и формы в местах дефектов - сколов, вмятин, выступов от толкателей, шероховатых поверхностей стержней формы.
Вследствие некоторой седиментационной устойчивости, а также благодаря развитой пластинчатой форме частиц каолина в суспензии в какой-то степени задерживается осаждение других твердых частиц, что позволило не вводить в состав сильно газообразующий тальк, как у прототипа, а ввести пылевидный отход сажи газоочистки, которая прошла естественный высокотемпературный обжиг в плавильных печах. Пылевидный отход сажи включает в состав окиси кремния, железа, алюминия, кальция и магния.
Заявляемый состав пасты обладает высокой проникающей способностью в поверхностный слой покрываемых литейных форм и стержней, предопределяя прочность как покрытия, так и подстилаемого его слоя материала (с тенденцией уменьшения его газопроницаемости). Верхний слой покрытия имеет более развитую черепичную структуру из-за преобладания в нем пластинчатых частиц каолина, который, имея близкую с пылевидным отходом сажи газоочистки и кварцем пылевидным плотность, и благодаря своей парусности ингредиенты формируют структуру верхнего слоя, уменьшают шероховатость поверхности литейного стержня, формы и в то же время с учетом более высокой адгезионной и когезионной прочности, чем у талька, образуют устойчивое к истиранию и пригару покрытие. Содержание в пасте каолина (6,0-45,9 мас.%) - критическое. При меньшем чем 6 мас.% содержании каолина повышение прочности (и уменьшение шероховатости) покрытия несущественно, а при большем - 45,9 мас.% - на фоне практически отсутствия неровностей и увеличенной прочности покрытия происходит уменьшение необходимой газопроницаемости литейного стержня, формы.
Применение опытной водной кварцевой огнеупорной противопригарной пасты для литейных форм и стержней позволяет уменьшить брак по газовым раковинам. Использование данного состава более выгодно вследствие более низкой стоимости каолина и пылевидного отхода сажи газоочистки по сравнению с тальком. Это позволяет уменьшить износ технологического оборудования и улучшить санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала.
В таблице 1 приведены предлагаемые составы паст, а в таблице 2 - результаты сравнительных испытаний.
Таблица 1
Ингредиенты, мас.%
СОСТАВЫ
1
2
3
Кварц пылевидный
57,2
63,0
69,1
Каолин
6,0
30,0
45,9
Графит скрытокристаллический
7,5
3,9
3,4
Глина бентонитовая
1,8
1,75
1,7
Железоокисный пигмент
3,6
3,55
3,5
Формалин
0,08
0,075
0,07
Крахмалит
1,5
1,0
0,9
Борная кислота
0,08
0,075
0,07
Бентон
5,4
3,0
0,7
Сажа отходов газоочистки
8,0
6,9
5,9
Пульвепбоперит
5,0
3,0
0,7
Песок кварцевый (по 2 пункту формулы)
3,0
1,0
0,2
Вода
остальное
Таблица 2
№ п.п.
Содержание изменяющихся компонентов, мас.%
Качество поверхности формы, стержня (визуально)
Извлекаемость отливки по 5-бальной шкале
каолин
Сажа отходов газоочистки
1
45,9
5,9
Уменьшение шероховатости
5
2
30,0
6,9
Ровная однородная поверхность
4
3
6,0
8,0
Гладкая, без видимых неровностей
3