ПРОТИВОПРИГАРНОЕ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ИЗЛОЖНИЦ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
ANTIPENETRATION AND LOW-CONDUCTIVITY COATING FOR MOULDS OF CENTRIFUGAL CASTING

Изобретение относится к литейному производству, в частности к противопригарным теплоизоляционным краскам, наносимым на внутреннюю поверхность крупногабаритных изложниц при изготовлении массивных (до 5 т) износостойких бандажей методом центробежного литья. Покрытие также может использоваться при производстве стального, чугунного и цветного литья в песчаных и металлических формах (кокили).
При изготовлении подобных заготовок роль разделительного покрытия между изложницей и отливкой становится определяющей, так как ее воздействие сказывается на формировании качества рабочего слоя износостойких бандажей (чистота поверхности, структура, физико-механические свойства, в том числе твердость и прочность, величина припуска на механообработку), а также на эксплуатационную стойкость изложниц.
Основная проблема в этом случае состоит в необходимости разработки такого состава покрытия, которое отличается как высокой термостойкостью и хорошей кроющей способностью, что обеспечивает высокую чистоту поверхности отливки, так и защитными теплоизолирующими свойствами, позволяющими продлить срок службы дорогостоящих крупногабаритных изложниц.
В настоящее время при изготовлении крупногабаритных заготовок из чугуна и стали методом центробежного литья получили широкое применение теплоизоляционные покрытия на основе сыпучих материалов: диатомита и бентонита (патент РФ №2089326) или диоксид циркония с индустриальным маслом (патент РФ №2297300), а также смеси кварцита, окиси магния, окислов кальция, железа, карбида кремния, графита, диоксида циркония и связующего (патент РФ №2258577).
Несмотря на высокие теплоизолирующие свойства указанных покрытий все они обладают рядом серьезных недостатков:
- отсутствие ровной поверхности, бугристость;
- резко выраженный пригар на поверхности отливки;
- сравнительно высокая толщина слоя покрытия (4-8 мм);
- разрушение покрытия и его вымывание при заливке металла;
- высокая трудоемкость при извлечении отливки.
Указанные недостатки приводят к увеличению припуска отливки на механообработку и значительному их браку из-за неравномерного отбела рабочего слоя, а также затрудняют извлечение заготовок из изложницы.
Поэтому наиболее рациональным покрытием, обеспечивающим решение настоящей проблемы, является использование его в виде литейной краски, способной устранить недостатки сыпучего покрытия и в то же время, обладая высокой термостойкостью и защитными теплоизолирующими свойствами, иметь высокие физико-механические свойства, позволяющие противостоять от разрушения усилиям, возникающим при взаимодействии струи металла при ее заливке с поверхностью покрытия на внутренней поверхности вращающейся формы.
В связи с этим требования к литейной краске на внутренней поверхности крупногабаритной изложницы сводятся к следующему:
2
- высокий уровень прочности к истиранию, в пределах 0,8-1,2 кг/мм;
- высокая термостойкость, обеспечивающая чистоту поверхности отливки;
- достаточная толщина слоя краски - до 2,0 мм;
- вязкость по ВЗ-4 11,0-12,0 с;
- высокая седиментационная устойчивость 80-85%;
- хорошая кроющая способность;
- отсутствие токсичных компонентов.
Известен состав антипригарной краски, используемой для покраски кокилей при изготовлении чугунных отливок типа мелющих тел (патент РФ №2164457), отличающийся тем, что дополнительно содержит электрокорунд, огнеупорную глину и каолин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
муллиткорундовый шамот
8,1-10,7
электрокорунд
3,6-4,4
циркон
2,9-4,4
огнеупорная глина
1,1-2,1
каолин
1,1-2,9
жидкое стекло
4,3-4,8
вода
остальное
Недостатком указанного состава краски является наличие пригара на поверхности отливок, а также низкая прочность сцепления с поверхностью формы, что приводит к вымыванию краски при заливке больших масс металла (10-25 т) и, как следствие, к привариванию отливки к изложнице и ее разрушению.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению (прототипом) является патент РФ №2355505 на состав краски с добавлением диспергатора, в качестве которого используют пенообразователь на основе α-алифинов и пенорегулятор на основе полиметилполисилаксанов в соотношении 1,0:0,1.
Недостатком прототипа является более высокое тепловое сопротивление по сравнению с аналогом, что приводит к снижению скорости кристаллизации наружной рабочей поверхности бандажа, из-за чего растет зерно в рабочем слое бандажа и соответственно снижаются значения твердости и прочности металла, находящегося в этих зонах.
Указанный недостаток, присущий прототипу, объясняется наличием в нем высокого содержания цирконового порошка 70-75% в составе антипригарной краски.
Предлагаемая краска в заявленном составе позволяет обеспечить наряду с чистотой поверхности отливки и высокие защитные по отношению к изложнице теплоизоляционные свойства, позволяющие наносить необходимые толщиной слои краски на внутреннюю поверхность вращающейся крупногабаритной изложницы при заливке больших масс металла (до 5 т) с высокими прочностными характеристиками.
Указанный технический результат достигается тем, что в противопригарной теплоизоляционной краске для изложниц центробежного литья, содержащей синтетический огнеупорный наполнитель, в качестве которого применяются, карбид титана 39-42%; оксид алюминия 41-43%; оксид магния 5-7%; оксид натрия 7-9%, и лак на основе поливинилового спирта (ПВС-1), содержащий порошок поливинилового спирта 3-5% и воду 97-95% при следующем содержании компонентов, мас.%:
синтетический огнеупорный наполнитель
25-40
лак на основе поливинилового спирта (ПВС-1)
60-75
Добавление в синтетический огнеупорный наполнитель карбида титана (TiC) позволяет регулировать размер зерна металла, находящегося в наружной рабочей поверхности бандажа и соответственно значения его твердости и прочности.
Увеличение содержания карбида титана в синтетическом огнеупорном наполнителе до свыше 42% способствует образованию брака литья по раковинам, а понижение его до менее 39% не позволяет регулировать размер зерна металла, находящегося в поверхностном слое бандажа и выравнивать значения твердости и прочности на его рабочей поверхности.
2
3
2
Наличие в составе синтетического огнеупорного наполнителя оксидов алюминия AlO; магния MgO; и натрия NaO в количествах 41-43%; 5-7% и 7-9% соответственно позволяет придать краске высокую огнеупорность.
При содержании оксидов алюминия, магния и натрия (43+7+9=59%) свыше 59% существенно повышается вязкость покрытия, что приводит к привариванию металла с внутренней поверхностью изложницы, а при понижении до менее (41+5+7=53%) 53% снижается термостойкость краски, что также приводит к привариванию металла с изложницей.
Наличие в составе лака порошка поливинилового спирта в количествах 3-5% позволяет регулировать необходимую вязкость противопригарной краски.
Увеличение порошка поливинилового спирта свыше 5% повышает вязкость противопригарной краски, что приводит к отсутствию ровной наружной поверхности отливки, а понижение его до менее 3% способствует снижению вязкости противопригарной краски и соответственно разрушению покрытия и его вымыванию при заливке металла.
Наличие в составе краски противопригарного лака на основе поливинилового спирта (ПВС-1) в количестве 60-75% обеспечивает высокую прочность краски, что позволяет наносить слой краски на внутренней поверхности изложниц толщиной до 2 мм и этим самым обеспечить защиту изложниц от разрушительного напора заливаемого металла.
При содержании в составе краски лака ПВС-1 более 75% снижается вязкость краски, что способствует преждевременному выходу из строя изложницы, а при понижении его до менее 60% повышается вязкость краски, из-за чего она плохо растекается по внутренней поверхности изложницы, что также приводит к привариванию металла к изложнице.
Наличие в составе краски синтетического наполнителя в количестве 25-40% обеспечивает ее высокую огнеупорность, что позволяет увеличить срок эксплуатации изложниц.
Увеличение содержания синтетического огнеупорного наполнителя краски до свыше 40% повышает вязкость краски сверх требуемых по техническим условиям значениям, а понижение его до менее 25% уменьшает ее.
В таблицах 1 и 2 приведены составы и основные свойства предлагаемой краски по сравнению с прототипом.
Пример пользования предлагаемой краски.
Синтетический огнеупорный наполнитель получают методом экзотермической реакции путем восстановления, он является инертным по отношению к заливаемому металлу.
Предварительно измельченный огнеупорный наполнитель в заявленных количествах смешивается в смесителе валкового типа. В перемешанную сухую смесь добавляется лак ПВС-1 с последующим выстаиванием в течение 20 часов. Затем ее основу перемешивают до получения однородной суспензии.
Лак (ПВС-1) предварительно готовят следующим образом: в нагретую до температуры 100°С воду засыпают порошок поливинилового спирта и одновременно перемешивают до образования прозрачной жидкости.
Вязкость суспензии проверяется на отобранной пробе и должна составлять по ВЗ-4 10,0-11,0 с. Все применяемые материалы для приготовления краски не обладают токсичностью.
Подготовленная краска наносится методом пульверизации на внутреннюю поверхность предварительно прогретой до температуры 200-250°С изложницы в процессе ее вращения.
Апробирование заявленного состава краски производилось при изготовлении бандажей массой 2-5 т. Поверхность отливок, полученных с применением заявленного состава краски, отличалась ровным рельефом и не имела пригара, а внутренняя поверхность изложницы не имела сетки разгара и других дефектов.
Свойства полученных бандажей с использованием заявленного в изобретении состава противопригарной теплоизоляционной краски отвечали всем предъявленным техническим условиям и требованиям к их качеству.
Таблица 1
Свойства противопригарных теплоизоляционных красок
Наименование компонентов покрытия
Количество компонентов, мас.%
Заниженное содержание
Предлагаемый состав
Завышенное содержание
Прототип
Карбид титана
9,5
10
13,4
16,80
17,0
-
Оксид алюминия
10,0
10,25
13,7
17,20
18,0
-
Оксид магния
1,0
1,25
2,03
2,80
3,0
-
Оксид натрия
1.0
1,75
2,70
3,60
4,0
-
Цирконовый порошок
-
-
-
-
-
70-75
Бентонит
-
-
-
-
-
2,5-4,5
ПАВ (диспергатор), %
-
-
-
-
-
0,11-0,20
ак на основе водного поливинилового спирта (ПВС-1)
2,5
3,00
4,00
5,00
5,5
-
Таблица 2
Свойства противопригарных теплоизоляционных красок
Наименование физико-механических характеристик краски
Показатели качественных характеристик краски
Заниженное содержание компонентов
Предлагаемый состав
Завышенное содержание компонентов
Прототип
Чистота поверхности отливок (наличие пригара), % от площади отливки
6,0
0,0
0,0
0,0
8,0
15,0
Номер зерна в поверхностных рабочих слоях металла отливки
6-8
2-3
2-4
2-4
3-5
8-10
Прочность на истирание, кг/мм<sup>2</sup>
10
12
20
25
30
16
Толщина слоя, мм
1,0
1,5
1,8
2,0
2,0
2,0
Плотность г/см<sup>3</sup>
1,8
1,8
1,85
1,9
1,95
1,95