Самотвердіюча суміш для виготовлення ливарних стрижнів та форм

Винахід стосується ливарного виробництва, а саме складів сумішей, які застосовуються для виготовлення ливарних стрижнів та форм при виробництві виливків із чавуну, сталі та кольорових металів. Відома суміш для виготовлення ливарних стрижнів та форм (А.С. №1174149), яка має у своєму складі вогнетривкий наповнювач, рідке скло в якості зв'язуючого, а в якості зотверджувача шлак виробництва ферохрому та сульфіт натрію. Стрижні та форми, виготовлені з цієї суміші, мають задовільні фізико-механічні властивості. Виливки, виготовлені з застосуванням стрижнів та форм, виготовлених з цієї суміші мають задовільну якість, але внаслідок того, що в ній застосовується шлак виробництва ферохрому, який має в своєму складі токсичні сполуки з іонами Сr+6 та SiFe-2, її застосування значно погіршує санітарно-гігієнічні умови праці. Найбільш близькою до винаходу за технічною суттю та досягаемому результату є суміш 2 (А.С.№1577904). Ця суміш має задовільні фізико-механічні властивості, в ній відсутні токсичні речовини. Суміш легко витолочується на вибивній решітці. Її застосування не погіршує санітарно-гігієнічні умови праці. Виливки, отримані з застосуванням цієї суміші, не мають гарячих тріщин. Суттєвим недоліком цієї суміші є те, що внаслідок застосування в якості зотверджувача вуглекислого газу не відбувається вилучення з неї газів. В якості продукту реакції утворюється бікарбонат натрію, який збільшує гігроскопічність форм та стрижнів, чим значно зменшує вогнетривкість форм. При заливанні металу у форми, внаслідок великої газоутворюючої спроможності суміші, на поверхні готових виливків можуть траплятися дефекти газового походження. Крім цього, стрижні та форми, внаслідок незадовільної міцності можуть руйнуватися при транспортуванні та маніпулюванні. Мета винаходу - збільшення міцності на розрив та зменшення газоутворюючої спроможності суміші. Мета досягається тим, що в суміші в якості зотверджувача застосовується ультра дисперсний матеріал з величиною питомої поверхні 5000-8000см2/г., який має у своєму складі 62-70% кремнію. Суть винаходу полягає в тому, що ультрадисперсний металічний кремній реагує з рідким склом за реакцією: Na 2 O × nSiO 2 + mSi + 2mH 2 O ® Na 2 O × mSiO2 + nSiO 2 + 2mH 2 Ця реакція проходить з виділенням тепла, завдяки чому форми та стрижні, які виготовлені з суміші, що пропонується, не потребують подальшої підсушки. Вміст води зменшується завдяки реакції кремнію з рідким склом. Продуктами цієї реакції є силікат кремнієвої кислоти та водень. Ультрадисперсний стан кремнію, як зотверджувача, забезпечує максимальну повноту реакції його взаємодії з рідким склом. Унаслідок цього вміст рідкого скла у складі суміші зменшений на 50-30% у порівнянні з традиційними сумішами з рідким склом, в яких реакція хімічного твердіння проходить не в повній мірі (наприклад у сумішах, що зотверджуються вуглекислим газом). Зменшення вмісту рідкого скла у суміші крім економічних переваг має і технологічні: краще руйнування суміші при операціях витолочування та очистки литва, можливість використання її для зворотної суміші. Крім цього, ультра дисперсний стан кремнію в силу знов таки його підвищеній, унаслідок великої питомої поверхні, хімічній активності дозволяє зменшити його вміст у складі суміші у порівнянні з традиційними зотверджувачами (наприклад з ферохромовим шлаком) у 8-10 разів. В таблиці 1 наведено склади відомої суміші та тієї, що пропонується, а в табл.2 наведені їхні властивості. Зв'язуючим в цій суміші слугує рідке скло з силікатним модулем 2,43 та густиною 1,45г/см3. Таблиця 1 Вміст компонентів у складі сумішей, мас. % Компонент Та, що пропонується Відома 1 2 3 Вогнетривкий Наповнювач 95,3 95,90 96,3 Рідке скло 3,0 3,5 4,0 4,5 Ультрадисперсний матеріал, що містить у своєму складі 62-70% кремнію 0,50 0,60 0,70 Дістен-сіліманіт 3,8 Таблиця 2 Фізико-механічні властивості сумішей Та, що пропонується Відома 1 2 3 Міцність на розрив в МПа через 24 години 2,0 2,5 3,0 Міцність на розрив в МПа після продувки вуглекислим газом через 24 години Кількість газів, яка утворюється при прокалюванні при 1000°С см3/г 1,7 1,8 1,9 0,62 7,2 Як видно із таблиці 2, міцність зразків, виготовлених із суміші тієї, що пропонується, значно перевищує міцність зразків, виготовлених з відомої суміші. Газоутворююча спроможність суміші, тієї, що пропонується, в декілька разів менше, ніж у відомої. Зменшення складу рідкого скла менше, ніж 3%, зменшує міцність на розрив. Збільшення вмісту рідкого скла більш, ніж 4% підвищує вологість стрижнів та форм, що може призвести до отримання виливків з дефектами. Крім цього, збільшення вмісту рідкого скла погіршує витолочуванність суміші. Зменшення у складі суміші ультрадисперсного матеріалу, що містить у собі 62-70% кремнію менше 0,50%, зменшує міцність стрижнів та форм. Збільшення у складі суміші ультрадисперсного матеріалу, що містить у собі 62-70% кремнію більше 0,70% призводить до прискорення реакції взаємодії з рідким склом, що значно зменшує живучість суміші. Крім цього, надлишок ультрадисперсного матеріалу, що містить у собі 62-70% кремнію при недостатній кількості рідкого скла призводить до зменшення міцності стрижнів та форм, зменшує газопроникність суміші. Суміш готується в змішувачах безперервної, або періодичної дії шляхом перемішування вогнетривкого наповнювача та ультрадисперсного матеріалу, що містить у собі 62-70% кремнію з наступним додаванням рідкого скла. В разі виготовлення суміші в змішувачах періодичної дії, в першу чергу, завантажується вогнетривкий наповнювач, потім ультрадисперсний матеріал, що містить у собі 62-70% кремнію. Перемішування сухих компонентів триває одну або дві хвилини. Після цього в змішувач вливається рідке скло і перемішування триває ще одну хвилину. Використання суміші тієї, що пропонується для виготовлення переважно стрижнів та форм, масою від 300 до 10000кг для виливок із чавуну та сталі за номенклатурою гірничо-збагачувального машинобудування, забезпечує високу якість виливків, суміш добре витолочується на вибивній решітці і може повторно використовуватись у складі наповнюючої піщано-глиняної суміші. Крім цього, внаслідок екзотермічної реакції між рідким склом та ультрадиперсним кремнієм, форми та стрижні масою більше, ніж 300кг розігріваються до 50-80°C. Тому вони не потребують подальшої підсушки і їх можна фарбувати одразу після виготовлення водорозчинними фарбами. Таким чином, суміш за винаходом, при її використанні для виливків з чорних та кольорових металів не містить дефіцитних матеріалів, не погіршує санітарне - гігієнічні умови праці, забезпечує задовільну якість виливків, суттєво поліпшує витолочуванність стрижнів з литва. Стрижні та форми, виготовлені з цієї суміші, завдяки їх високій міцності, добре транспортуються, ними легко маніпулювати. Джерела інформації, прийняті при експертизі: 1. А.С. №1174149 кл. В22С1/02,1/18, 2. А.С. №1577904 кл. В22С1/02,1/10.