ПРОТИВОПРИГАРНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ
ANTIPENETRATION WASH FOR MOULDS AND RODS

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для приготовления противопригарных покрытий литейных форм и стержней для стальных и чугунных отливок.
Известен состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях (А.С. SU №1217552 А, кл. В22С 3/00, опубл. 15.03.86, бюл. №10) следующего состава, мас.%:
Отход очистки газов металлургического производства - 55-60
Бишофит - 12-16
Вода - остальное
В данном изобретении отход очистки газов металлургического производства используется в качестве огнеупорного наполнителя, который при контакте с жидким металлом спекается и препятствует проникновению оксидов металла в поры формы.
Однако бишофит имеет высокую гигроскопичность (15%), что на порядок выше гигроскопичности противопригарных покрытий, применяемых в литейном производстве. Противопригарное действие данного состава возможно при наличии в составе бишофита, при снижении содержания которого на отливках образуется пригар и ухудшается шероховатость поверхности.
Известен состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней (А.С. SU №1407652 А1, кл. В22С 3/00, опубл. 07.07.88, бюл. №25), имеющего следующий состав, мас.%:
Отход производства карбида кремния - 60-64
Органическое связующее (сульфитно-дрожжевая бражка) - 6-10
Бентонит - 3-5
Вода - 24-28
Данный состав применяется при изготовлении чугунных отливок и не может использоваться при изготовлении отливок из стали, так как жидкая сталь в отличие от жидкого чугуна растворяет карбид кремния, являющегося основой огнеупорного наполнителя. Это происходит потому, что углеродистая сталь для машиностроительных отливок содержит гораздо меньше углерода (0,2-0,5%) и кремния (0,2-0,4%), чем машиностроительный серый чугун (3,3-3,6% и 1,7-2,4% соответственно). Кроме этого, температура заливки стали (1560-1600°С) выше температуры заливки серого чугуна (1320-1360°С). При растворении карбида кремния в жидкой стали уменьшается толщина противопригарного покрытия и возникает пригар на поверхности стальных отливок.
Наиболее близким по составу к предлагаемому является противопригарное покрытие литейных форм и стержней для стальных отливок (Пат. РФ №2170155, В22С 3100, опубликован 2001.07.10), имеющее следующий состав, мас.%:
Отход очистки газов металлургического производства, содержащий оксид железа - 30-34
Отход производства карбида кремния - 37-40
Органическое связующее - 4-5
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза - 1-2
Вода - остальное
Недостатком данного изобретения является применение данного покрытия только для стальных сплавов.
Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.
Решаемая задача - расширение технологических возможностей покрытия за счет использования его как для стальных, так и для чугунных отливок.
Технический результат - снижение глубины обезуглероженного слоя на стальных отливках при легком отделении корки пригара.
Этот технический результат достигается тем, что в противопригарном покрытии для литейных форм и стержней, включающем отходы производства, содержащие оксид железа, связующее и воду, в качестве отходов производства, содержащих оксид железа, использованы отходы ванн травления и ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов, а в качестве связующего - декстрин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отходы ванн травления отливок
из железоуглеродистых сплавов
43-47%
отходы ванн фосфатирования отливок
из железоуглеродистых сплавов
43-47%
связующее - декстрин
8-12%
вода до плотности
1600 кг/м<sup>3</sup>
2
3
3
4
2
2
5
В результате сложных химических реакций на поверхности отливки формируется толстая корка пригара, состоящая из оксидов железа FеО, FеO, FeO и фаялита (2FeO·SiO), которая за счет внутренних напряжений и термической усадки металла легко отделяется от поверхности отливки. Кроме того, оксид фосфора (РО), входящий в состав отходов гальванического производства и образующий с железом фосфид FeP, переходящий в пригарную корку, обеспечивает пригару дополнительную хрупкость.
Улучшение экологической безопасности покрытия достигается за счет применения отходов, высокотемпературный нагрев которых не приводит к изменению экологической обстановки цеха. С другой стороны, применение отходов гальванического производства способствует снижению затрат на утилизацию выбросов, что, в свою очередь, не может не отразиться на сохранении земель, предназначенных под полигоны.
Противопригарное покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Плотность краски контролируется ареометром. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут.
Состав отходов гальванического производства - ванн травления и ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов - приведен в таблице 1. В таблице 2 приведены составы противопригарных покрытий по примерам 1-4. Ниже приведены примеры противопригарных покрытий на основе отходов гальванического производства и результаты их использования.
Пример 1
Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней стального литья (сталь 35Л ГОСТ 380-88). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:
Отходы ванн травления отливок
из железоуглеродистых сплавов
43%
Отходы ванн фосфатирования
из железоуглеродистых сплавов
47%
Декстрин
10%
Вода до плотности
1600 кг/м<sup>3</sup>
Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С и течение 8-10 минут. Форма запинается металлом, имеющим температуру 1600°С. Результаты приведены в таблице 3.
Пример 2
Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для стального литья (сталь 35Л ГОСТ 380-88). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:
Отходы ванн травления
из железоуглеродистых сплавов
45%
Отходы ванн фосфатирования
из железоуглеродистых сплавов
45%
Декстрин
10%
Вода до плотности
1600 кг/м<sup>3</sup>
Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1600°С для стали. Результаты приведены в таблице 3.
Пример 3
Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для чугунного литья (СЧ25 ГОСТ 1412-85). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:
Отходы ванн травления
из железоуглеродистых сплавов
47%
Отходы ванн фосфатирования
из железоуглеродистых сплавов
43%
Декстрин
10%
Вода до плотности
1600 кг/м<sup>3</sup>
Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1320-1340°С. Результаты приведены в таблице 3.
Пример 4
Водное противопригарное покрытие на основе отходов гальванического производства для окраски форм и стержней для чугунного литья (СЧ25 ГОСТ 1412-85). В состав покрытия входят отходы гальванического производства, декстрин, вода в следующем соотношении:
Отходы ванн травления
из железоуглеродистых сплавов
48%
Отходы ванн фосфатирования
из железоуглеродистых сплавов
48%
Декстрин
4%
Вода до плотности
1600 кг/м<sup>3</sup>
Покрытие готовится механическим смешиванием компонентов. В емкость с отходами гальванического производства вливается вода, все тщательно перемешивается. Затем добавляется декстрин. Краска перемешивается до однородного состояния в течение 15-20 минут. Покрытие наносится на форму с помощью кисти. После чего форма подсушивается при температуре 120°С в течение 8-10 минут. Форма заливается металлом, имеющим температуру 1320-1340°С. Результаты приведены в таблице 3. В этом случае резко снижается седиментационная устойчивость.
В других примерах меняли содержание компонентов, проверяя его оптимальное значение. При этом установлено следующее:
2
3
1. При снижении количества отходов гальванического производства ниже 43% каждого вида, т.е. применение его в качестве технологической добавки, неэффективно, так как снижается количество оксида железа FеО, входящего в состав отходов, что влечет за собой образование трудноотделимого пригара и ухудшает качество поверхности как чугунных, так и стальных отливок.
2. Увеличение содержания отходов в противопригарном покрытии неэффективно, так как приводит к увеличению содержания фосфора, которое может перейти в отливку и увеличить ее хрупкость.
3. Снижение количества связующего приводит к снижению кроющей способности покрытия и растрескиванию слоя покрытия при предварительной сушке форм.
3
4. Снижение плотности покрытия ниже 1600 кг/м приводит к образованию подтеков на поверхности формы и стержня и увеличению расхода покрытия. Увеличение плотности снижает качество покрытия.
Применение представленного состава покрытия для литейных форм и стержней не вызовет трудностей при переходе к его применению, так как покрытие на основе доступных материалов. Применение данного противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях для стального и чугунного литья позволит снизить трудоемкость очистных операций и получать чистую от пригара поверхность отливок, снизить затраты на приобретение ингредиентов. Кроме того, применение данного покрытия является экологически безопасным.
Таблица 1Состав отходов гальванического производства
Компонент
Содержание, %
Осадок ванн травления отливок из железоуглеродистых сплавов
Осадок ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов
Железо (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)
52
59
Цинк (ZnO)
0,0003
0,0002
Натрий (NaO)
1,3
0,5
Фосфор (P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>)
0,75
2,1
Нитраты
0,01
Хлориды
0,21
Таблица 2Составы противопригарных покрытий
Ингредиенты
Содержание, мас.%
1
2
3
4
Отходы ванн травления отливок из железоуглеродистых сплавов
43
45
46
48
Отходы ванн фосфатирования отливок из железоуглеродистых сплавов
47
45
43
48
Декстрин
10
10
11
4
Вода
До плотности 1600кг/м<sup>3</sup>
До плотности 1600 кг/м<sup>3</sup>
До плотности 1600 кг/м<sup>3</sup>
До плотности 1600 кг/м<sup>3</sup>
Таблица 3Свойства противопригарных покрытий
Свойство
Показатель
Прототип
1
2
3
4
Прочность к истиранию, кг/мм
2,5
3,0
3,5
2,9
3,0
Глубина обезуглероживания (для стальных отливок), мкм
43-54
30
35
42
37
Область применения
Сталь
Чугуны и углеродистые стали