ПРОТИВОПРИГАРНАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННАЯ КРАСКА ДЛЯ ИЗЛОЖНИЦ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
ANTIBURNING-ON HEAT INSULATING PAINT FOR ROTARY CASTING MOULD

Изобретение относится к литейному производству, в частности к противопригарным теплоизоляционным краскам, наносимым на внутреннюю поверхность крупногабаритных изложниц при изготовлении массивных (10-25 т) биметаллических прокатных валков методом центробежного литья.
При изготовлении подобных заготовок роль разделительного покрытия между изложницей и отливкой становится определяющей, так как ее воздействие сказывается на формировании качества рабочего слоя валков (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, обеспечивающими 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 (пат. РФ №2089326) или диоксид циркония с индустриальным маслом (пат. РФ №2297300), а также смеси кварцита, окиси магния, окислов кальция, железа, карбида кремния, графита, диоксида циркония и связующего (пат. 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), отличающейся тем, что дополнительно содержит электрокорунд, огнеупорную глину и каолин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
муллитокорундовый 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 недостаточная толщина слоя покрытия (0,1-0,5 мм), 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 (прототип) является патент (РФ №2254203) на состав краски с добавлением поверхностно-активного вещества, в качестве которого используется алкилсиликонаты натрия (этилсиликонат натрия или метилсиликонат натрия) в количестве 0,015-0,1% от суммы компонентов смеси.
Недостатком прототипа является более низкая прочность краски по сравнению с аналогом, что приводит к уменьшению толщины слоя краски до 0,3 мм, которая дает удовлетворительные результаты при изготовлении мелких до 10 кг отливок (чугунные шары ⌀ 25-100 мм), но неприемлема при изготовлении крупных заготовок типа прокатных валков массой в несколько тонн из-за вымывания покрытия при заливке, оголения изложницы и, как следствие, приваривания к ней массивной отливки, а также появления трещин в отливке из-за высокой интенсивности охлаждения. По этой же причине при изготовлении массивных заготовок защитные теплоизоляционные свойства указанной в прототипе краски по отношению к изложнице настолько низки, что стойкость их по количеству отливок оценивается 2-4 штуки и их использование считается нерентабельным.
Указанные недостатки, присущие прототипу, объясняются низкими прочностными свойствами краски и перенасыщенностью ее состава компонентами аналогичного по своим физико-механическим свойствам влияния на свойства краски.
Наличие жидкого стекла в составе прототипа в количестве 4,3-4,8% нецелесообразно при необходимости повышения толщины слоя краски, т.к. ее прочность при высоких температурах снижается.
Предлагаемая краска в заявленном составе позволяет обеспечить наряду с чистотой поверхности отливки и высокие защитные по отношению к изложнице теплоизоляционные свойства, позволяющие наносить слои толщиной 1,1-2,0 мм краски на внутреннюю поверхность вращающейся крупногабаритной изложницы при заливке больших масс металла (10-25 т) с высокими прочностными характеристиками.
Указанный технический результат достигается тем, что в противопригарной теплоизоляционной краске для изложниц центробежного литья, содержащей цирконовый порошок, бентонит, поверхностно-активное вещество (диспергатор) и воду, в качестве диспергатора применяется пенообразователь на основе α-алифинов и пенорегулятор на основе полиметилполисилаксанов в соотношении 1,0:0,1 при следующем содержании компонентов, мас.%:
цирконовый порошок
70-75
бентонит
2,5-4,5
диспергатор
0,11-0,20
вода
остальное.
Добавление диспергатора, содержащего пенообразователь и пеногаситель, позволяет регулировать состоянием суспензии, ограничивая чрезмерное образование пены в краске.
Одновременно с этим компоненты диспергатора, адсорбируясь на частицах цирконового порошка и бентонита, способствуют снижению вязкости раствора путем вытеснения связанной воды в суспензию без изменения ее общего влагосодержания и снижения седиментационной устойчивости. Наличие в составе краски цирконового порошка в количестве 70-75% в качестве наполнителя способствует повышению ее термостойкости и улучшению качества поверхности отливок.
Бентонит в качестве связующего в заявленном соотношении компонентов в количестве 2,5-4,5% обеспечивает наряду с действием диспергатора высокую прочность суспензии после тепловой обработки, что позволяет наносить слой краски на внутренней поверхности изложницы толщиной до 2,0 мм и этим самым обеспечить защиту изложниц от разрушающего напора заливаемого металла.
Изменения соотношения пенообразователя и пеногасителя в составе краски меньше или больше чем 1,0:0,1 приводят к ухудшению состояния суспензии по вязкости и ее седиментационной устойчивости.
Увеличение содержания диспергатора в краске сверх 0,20% понижает вязкость суспензии сверх требуемых по техническим условиям значений, а понижение более 0,11% увеличивает ее.
При содержании цирконового порошка в заявленном составе краски ниже 70% уменьшается ее термостойкость, что ведет к ухудшению чистоты поверхности отливок и появлению шероховатости, а при содержании цирконового порошка выше 75% уменьшается седиментационная устойчивость покрытия, что приводит к расслоению краски.
При содержании бентонита в заявленном составе краски ниже 1,5% нарушается гомогенность суспензии и ухудшается ее кроющая способность, при этом прочность покрытия снижается.
Завышение содержания бентонита сверх 4,5% приводит к рыхлости покрытия и его разрушению при заливке металла. В таблице 1 и 2 приведены составы и основные свойства предлагаемой краски по сравнению с прототипом.
Таблица 1
Составы противопригарных покрытий
Наименование компонентов покрытия
Количество компонента, мас.%
заниженное содержание
предлагаемый состав
завышенное содержание
прототип
Цирконовый порошок
6,9
70,0
73,0
75,0
76,0
2,9-4,4
Бентонит
1,4
1,5
2,0
2,5
2,6
-
ПАВ (алкилсиликонат натрия) %
0,015-0,10
ПАВ (диспергатор) %
0,11
0,12
0,16
0,20
0,21
0,12-0,20
Муллитокорундовый шамот
-
-
-
-
-
8,1-10,7
Электрокорунд
-
-
-
-
-
3,6-4,4
Глина
-
-
-
-
-
1,1-2,1
Каолин
-
-
-
-
-
1,1-2,9
Жидкое стекло
-
-
-
-
-
4,3-4,8
Вода
остальное
остальное
остальное
остальное
остальное
остальное
Таблица 2
Свойства противопригарных теплоизоляционных красок
Наименование физико-механических характеристик краски
Показатели качественных характеристик краски
заниженное содержание компонентов
предлагаемый состав
завышенное содержание компонента
прототип
Чистота поверхности отливок (наличие пригара) % от площади отливки
10,0
0,0
0,0
0,0
15,0
84,0
Прочность на истирание, кг/мм<sup>2</sup>
0,6
0,8
0,9
12
44
0,3
Кроющая способность
не удовл.
хорошая
хорошая
хорошая
не удовл.
не удовлетв.
Седиментационная устойчивость, %
80,0
80,0
82,0
85,0
65
65,0
Толщина слоя, мм
1,2
1,6
1,8
2,0
1,0
0,1-0,3
Вязкость по ВЗ-4, с
9,0
11,5
11,5
12,0
15,0
20,0
Пример использования предлагаемой краски
Предварительно измельченный цирконовый порошок, а также бентонит в заявленных количествах смешиваются в смесителе валкового типа. В перемешанную сухую смесь добавляется вода с последующим выстаиванием в течение 24 часов.
Полученная сухая смесь подается в растворомешалку, куда вводится диспергатор с добавлением воды и последующим перемешиванием для получения однородной суспензии.
Вязкость суспензии проверяется на отобранной пробе и должна составлять по ВЗ-4 11,0-12,0 с. Все применяемые материалы для приготовления краски не обладают токсичностью.
Подготовленная краска наносится методом пульверизации на внутреннюю поверхность предварительно нагретой до температуры 200-210°С изложницы в процессе ее вращения.
Апробирование заявленного состава краски производилось при изготовлении биметаллических прокатных валков массой 15-25 т. При заливке рабочего слоя массивных валков из легированного чугуна со скоростью ~ 100 кг/с толщина слоя краски составляла 1,5-2,0 мм. 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 прокатных валков с использованием заявленного в изобретении состава противопригарной теплоизоляционной краски отвечали всем предъявляемым техническими условиями требованиям к их качеству.