Противопригарная краска для литейных форм и стержней
PARTING PAINT FOR FOUNDRY MOLDS AND RODS

Изобретение относится к литейному производству, в частности к противопригарным термостойким краскам для песчаных и других литейных форм и стержней, наносимых на их поверхность.
Известна противопригарная краска, содержащая компоненты, мас. %: цирконовую пасту 0,5 - 3,0, маршалит 86,0 - 91,5, водно-дисперсионное связующее на основе коллоидного кремния 1,0 - 3,0 и воду – остальное (см. патент РФ № 2585607, B22С 3/00).
Недостатком противопригарной краски является низкая седиментационная устойчивость, в связи с тем, что  большое  количество маршалита и тяжелой цирконовой пасты приводит к  быстрому расслаиванию краски. Кроме того, краска не обеспечивает требуемое качество поверхности покрытия форм и стержней из-за повышенной вязкости и затруднении равномерного нанесения на поверхность форм и стержней, вследствие малого количества воды в ней, в результате чего это приводит к пригару на поверхности отливок.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является противопригарная краска, содержащая, мас.%: цирконовый порошок в качестве наполнителя 70 - 75, бентонит в качестве связующего 2,5 - 4,5, диспергатор 0,11 – 0,20  и остальное  воду (см. патент РФ 2355505, B22С 3/00).
Недостатком данной противопригарной краски является пригар на поверхности отливок, что требует выполнения трудоемких операций по их очистке. Это обусловлено наличием в краске большого количества цирконового концентрата высокой плотности, а также малого количества воды и, как следствие,  затруднения последующего качественного нанесения краски на поверхность форм и стержней.
Проблема, решаемая изобретением, заключается в повышении антипригарных и технологических свойств краски, позволяющих повысить качество поверхности отливок из стали.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной проблемы, достигается путем создания качественной противопригарной краски для литейных форм и стержней с высокой седиментационной устойчивостью, кроющей способностью, обеспечивающей отсутствие пригара на отливках.
Технический результат достигается тем, что противопригарная краска для литейных форм и стержней, содержащая наполнитель, связующее и воду, согласно изобретению, она  дополнительно содержит метакаолин, в качестве наполнителя - цирконовый порошок, а в качестве связующего - бентонит и декстрин, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Цирконовый порошок
28 – 31,
Бентонит
2,5 – 4,5,
Метакаолин
18 – 22,
Декстрин
1,3 – 1,7,
Вода
остальное.
4
о
3
Цирконовый порошок (ГОСТ 13997-68) используют в качестве наполнителя противопригарной краски в литейном производстве. Химическая  формула: ZrSiO (силикат циркона), в воде не растворим, температура плавления 2200С, плотность 4,6-4,7 кг/м. Цирконовый порошок имеет следующий химический состав, мас.%:
2
2
2
3
2
2
3
2
2
5
ZrO+ HfO - 66.5; FeO - 0,05; TiO - 0,10; АlO - 0,20; SiO - 32,1; - PO.
Бентонит (ГОСТ 28177-89) в литейном производстве (глина) является связующим материалом, химический состав бентонита, мас.%:
2
2
3
2
3
2
2
SiO-58.25; AlO-14.27; FeO-4.37; MgO- 3.62; NaO-2.25; KO-1.20; CaO-2.07.
о
Метакаолин - искусственно изготовленная пуццолановая добавка, обладающая наиболее высокой активностью среди имеющихся на рынке активных минеральных добавок. Метакаолин получают обжигом каолина, он имеет высокую огнеупорность (плавится при 1750 – 1800 С). Каолин (ГОСТ 3226—77) - глина белого цвета, в которой содержатся микроэлементы и минеральные соли. Основной составляющей белой глины является кремнезем.
о
6
10
5
6
10
5
х
Декстрин - полисахарид, получаемый термической обработкой (200 – 250 С) картофельного или кукурузного крахмала. Молекулы крахмала построены из звеньев - (CHO) -, являющихся остатками молекул глюкозы, потерявших молекулу воды, поэтому состав крахмала выражают общей формулой (CHO). Поставляется в твердом состоянии. Является связующим и органической составляющей краски, которая выгорает в процессе взаимодействия с заливаемым металлом и увеличивает газопроницаемость краски.
Заявляемый количественный состав противопригарной краски является оптимальным.
Снижение количества цирконового порошка менее 28 % ухудшает седиментационную устойчивость краски, что обусловлено увеличением количества воды в ней и снижением антипригарных свойств краски. При увеличении его количества свыше 31 % понижается седиментационная устойчивость краски из-за высокой плотности цирконового порошка, низкой кроющей способности, а также возникновения пригара на поверхности отливок.
Бентонит в количестве менее 2,5 % не обеспечивает необходимой прочности краски, что приведет к смыванию ее с поверхности формы в процессе ее заливки металлом с последующим пригаром на отливке, а увеличение его содержания свыше 4,5 % способствует повышению вязкости краски, затруднению нанесения ее на форму или стержень, снижению седиментационной устойчивости и кроющей способности краски, что также приведет к пригару на отливке.
Метакаолин в количестве менее 18 % не обеспечит требуемой седиментационной устойчивости краски, что приведет к расслоению ее и снижению кроющей способности формы, а затем к пригару, при увеличении количества метакаолина более 22 % повысится вязкость краски, что приведет к затруднению нанесения ее на форму или стержень и отрицательно скажется на  седиментационной устойчивости и кроющей способности.
Декстрин при содержании менее 1,3 % не обеспечит необходимой вязкости краски и снизит седиментационную устойчивость, что приведет к расслоению ее и снизит кроющую способность краски, а при увеличении количества декстрина более чем 1,7 % существенно увеличится вязкость краски, это приведет к затруднению нанесения ее на форму или стержень, снизит кроющую способность и седиментационную устойчивость.
Готовят противопригарную краску следующим образом.
Предварительно измельченные порошкообразные наполнитель -цирконовый порошок (ГОСТ 13997-68), бентонит (ГОСТ 28177-89) и метакаолин  (ГОСТ 3226—77)  помещают в специальную краскомешалку, добавляют воду и порошок декстрина, все указанные компоненты  в заявленных количествах  перемешивают до получения однородной массы, измеряют вязкость полученной суспензии по отобранной из нее пробе, она должна быть в пределах ВЗ-4 = 12,5 – 13,5 (ГОСТ 8420—74). Полученная противопригарная краска, обладает высокой седиментационной устойчивостью, кроющей способностью.  В последующем краска на поверхность формы или стержня наносится кистью, пульверизатором или путем окунания.
Для обоснования преимуществ заявляемой противопригарной краски по сравнению с краской, взятой за прототип, были проведены опытные испытания. Опытные составы были изготовлены в лабораторных условиях ФГБОУ  ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». После приготовления составов краски их последовательно наносили кистью на песчано-глинистые формы, в которых получали стальные отливки (плиты) размерами 250х150х3 мм. Причем сталь марки 35Л выплавляли в индукционной печи ИСТ 60 с основной футеровкой. После остывания на отливках замеряли наличие пригара (от площади отливки) в процентах.
Было приготовлено восемь составов (табл.1), из которых:
- составы № 1 - 2 содержат компоненты в количестве, выходящем за минимальные значения заявляемой краски;
- составы № 3, 4, 5 содержат компоненты в количестве, взятые в заявляемом соотношении;
- составы № 6 - 7 содержат компоненты в количестве, выходящем за максимальные заявляемые значения;
- состав №8 – по прототипу.
Опытные составы краски приведены в таблице 1. Качественные характеристики опытных составов краски приведены в таблице 2.
Седиментационную устойчивость противопригарной краски определяли по ГОСТ 10772-78. Вязкость краски определяли вискозиметром ВЗ-4 по ГОСТ 8420—74. Кроющую способность определяли по известной методике, а именно в стакан с краской опускали 10-ти проволочную квадратную сетку с ячейками размерами 1,0 х 1,0 мм. Через 15с сетку извлекали из стакана и подсчитывали количество заполненных отверстий краской. Отношение этого количества к общему количеству квадратов сетки в процентах позволило определять кроющую способность краски.
Использовать составы № 1 и № 2 для приготовления краски нецелесообразно, так как это приводит к ухудшению кроющей способности (краска растекалась), на поверхности отливок наблюдался пригар (табл.2).
У составов № 6 и № 7 наблюдалось снижение седиментационной устойчивости и резкое увеличение плотности, что привело к ухудшению кроющей  способности, кроме того, повысилась вязкость, тем самым затрудняя получение ровного покровного слоя, наблюдали пригар (табл.2).
Анализ результатов проведенных исследований показал, что заявляемая противопригарная краска (№№ 3-5), по сравнению с прототипом, имеет улучшенные показатели качества, а именно, высокую седиментационную устойчивость (100 %), кроющую способность, на поверхности отливок практически отсутствовал пригар.
Таблица 1
Таблица 2