Суміш для виготовлення ливарних форм та стержнів

Изобретение относится к литейному . производству и используется для изготовления литейных форм и стержней из жидкостекольных смесей при производстве стального и чугунного литья. Известна смесь для изготовления литейных форм и стержней [1] включающая огнеупорный наполнитель, жидкое стекло, алюминийоксидсодержащую добавку в виде отхода электрофильтров производства шамотных порошков при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Указанная смесь имеет хорошие показатели разупрочнения в интервале t прогрева 600-1200°С. Недостатком смеси является высокая остаточная прочность смеси при низких t прогрева порядка от 300 до 600°С. Это связано с тем, что алюминийоксидсодержащая добавка образует с жидким стеклом более тугоплавкую систему, чем Nа2О * SiO2. Следовательно образование жидкой фазы в системе будет происходить при более высоких t = 600-1200°С, а при низких t до 600°С разупрочнение смеси не происходит. Указанная смесь является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту и принята за прототип. Задачей изобретения является создание смеси для изготовления литейных форм и стержней, обладающей пониженной остаточной прочностью в диапазоне t прогрева 300-1200°С, путем введения разупрочняющей добавки, действующей в диапазоне низких t порядка 300-600°С, в смесь, состав которой обеспечивает низкую остаточную прочность при высоких t порядка 600-1200°С. За счет достигаемой пониженной остаточной прочности смеси улучшается выбираемость смеси при изготовлении литейных форм и стержней, улучшаются противопригарные свойства смеси, ее газопроницаемость, улучшаются качества отливки и одновременно решается вопрос утилизации отходов, повышения производительности труда на участках обр убки и мойки литья. Поставленная задача решается тем, что смесь для изготовления литейных форм и стержней, включающая огнеупорный наполнитель, жидкое стекло, алюминийоксидсодержащую добавку, согласно изобретению, она дополнительно содержит материал на основе природных сланцев с содержанием органических веществ 17-80 мас.% при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: При этом алюминийоксидсодержащая добавка содержит 10-100 мас.% оксида алюминия, а в качестве этой добавки использованы красный шлам - отход производства глинозема, отходы электрофильтров производства шамотных порошков, побочный продукт пылеуноса обжига глины на шамот, боксит, или пылевидные отходы носителя катализатора ГИАП 3-6 Η. Кроме того в качестве материала на основе природных сланцев использованы шлам от обогащений сланца, сланец или кероген. Приготовление композиции предложенного состава, сочетающей материал на основе природных сланцев с содержанием органических веществ 17-80 мас.% и алюминийоксидсодержащую добавку с содержанием оксида алюминия 10—100 мас.% при установленных соотношениях ингредиентов, дает смеси новую совокупность положительных свойств, проявляющуюся в низкой остаточной прочности при прогреве смеси в широком интервале 1300-1200 С. Это достигается тем, что органическая добавка эффективна для разупрочнения при прогреве до 600°С, а алюминийоксидсодержащая добавка при прогреве свыше 600°С - до 1200°С. Разупрочняющее действие органических веществ на основе природных сланцев связано с разрывом пленок жидкого стекла газообразными продуктами термической деструкции органического вещества и образованием сажистого углерода, уменьшающего силы адгезии связующего к наполнителю, что обуславливает снижение остаточной прочности смеси в диапазоне t прогрева 300-600°С. Ограничение предельных значений органического вещества в материале на основе природных сланцев вызвано тем, что при содержании его ниже нижнего предела (17%) разупрочнение смеси при прогреве до 300-600°С ухудшается из-за недостаточной степени разрыва пленок жидкого стекла газообразными продуктами деструкции органического вещества . При содержании выше верхнего предела (80%) повышается газотворность смеси, что увеличивает вероятность образования газовых раковин в отливках. Так как оксид алюминия с жидким стеклом образует тройную систему Nа2ОАl2О 3 · SiO2. которая более тугоплавка, чем система Na2О * SiO2. образование жидкой фазы в системе будет происходить в условиях более высоких температур (до 1200°С) и смесь при ее прогреве до 1200°С не спекается и имеет низкую остаточную прочность. Ограничение нижнего предела (10%) содержания оксида алюминия в алюминийоксидсодержащей добавке вызвано тем, что дальнейшее понижение содержания оксида алюминия приводит к ухудшению разупрочнения смеси в области ее высокотемпературного прогрева. Из-за недостаточности в смеси АІ2О 3 и уменьшения количества тугоплавких структур тройной системы Nа2О · АІ 2О 3 · SiO2 . смесь спекается и повышается остаточная прочность. Ограничение предельных значений.содержания в смеси жидкого стекла, алюминийоксидсодержащей добавки и материала на основе природных сланцев связано с необходимостью обеспечения прочностных характеристик, более легкой выбиваемости в области прогрева смеси. При охлаждении восстанавливается целостность пленок жидкого стекла и образуется прочная монолитная масса смеси ( sост ≥ 10МПа). В качестве алюминийоксидсодержащей добавки с содержанием оксида алюминия 10-100 мас.% могут быть использованы; красный шлам - отход производства глинозема. Усредненный состав шлама, мас.%: АІ 2О 3 10,0-12,2; Fе2О3 61,2-74,0; СаО 3,3-6,1; ТiO2 2,8-5.9; SiO2 2,2-3,7; Nа2О 1,4-1,6; МgО 0,5-0,7; потери при прокаливании (п.п.п.) 1-10,0. Отходы электрофильтров производства шамотных порошков, пылевидный материал, образующийся при размоле кускового шамота и рассева на фракции. Химический состав отходов, мас.%: АІ2 О3 35.03-37.0; SiO2 43,0-51.0; Fе2О 3 2,8-3,0; СаО 0,4-1,0; МgО 0,20.40; С 2,0-3,0; п.п.п. 9,0-11,0. Побочный продукт пылеуноса при обжиге огнеупорных глин на шамот во вращающихся печах. Смесь пылевидных частиц глины разной степени обжига. Химический состав, мас.%: АІ 2О3 35,0-45,0; SIO2 40,0-52,0; Fе2О3 1,5-2,3; СаО 0,2-0,8; МgО 0,2-0,45; ТiO2 1,36-1,85; п.п.п. 1,0-2,5. Боксит. Химический состав боксита, мас.%: АІ 2О3 40.1-55,6; SIO2 3,09-19,4; Fе2 О3 13,51-30,9; СаО 0,45-1,92; МgО 0,2-0,31; ТiO2 1,9-2.3; Na 2O 0,2; Р2 О6 0,05-0,12; п.п.п. 12,72-23,0. Пылевидные отходы носителя катализатора ГИАП 3-6Н, содержащие 100 мас.% АІ2О 3 (отход производства Северодонецкого ПО "Азот"). В качестве материала на основе природных сланцев с содержанием органических веществ 17-80 мас.% смесь может содержать шлам от обогащения сланца, являющийся технологическим отходом обогатительных фабрик, представляющий собой глиноподобный высокодисперсный материал с содержанием органических веществ 17-35 мас.% и неорганических веществ 65-83 мас.%: - сланец в виде сланцевого порошка с содержанием органических ве ществ 35-55 и 45-65 мас.% неорганических веществ; - кероген - продукт переработки сланца, содержащий в своем составе 55-80 мас.% органических соединений и 20-45 мас.% неорганических веществ. Связующим является жидкое стекло с силикатным модулем 2,5-3,0; плотностью 1430-1480 кг/м . В качестве огнеупорного наполнителя используется кварцевый песок 1 К 02А по ГОСТ 2138-74. Составы смесей и их свойства приведены в табл. 1 и 2. Из данных табл. 2 следует, что смесь по изобретению при сохранении физико-механических свойств имеет более низкую остаточную прочность в интервале температур прогрева смеси 300-1200°С и обеспечивает лучшее качество отливок. Составы смесей согласно изобретению (2-16) в отличие от состава 1 (по прототипу) исключают трещины и газовые раковины в отливках, что характеризует лучшую податливость и газопроницаемость этих смесей. Смесь готовят следующим образом. В бегуны загружают кварцевый песок, вводят алюминийоксидсодержащую добавку, материал на основе природных сланцев и перемешивают 2-3,5 мин. После этого в смесь вводят жидкое стекло и составляющие смеси перемешивают дополнительно около 2 мин. Возможно введение в смесь материала на основе природных сланцев в виде суспензии в жидком стекле и перемешивание с песком и алюминийоксидсодержащей добавкой в течение 2-3 мин. Приготовленную смесь для изготовления форм и стержней подают к рабочим местам и заполняют оснастку. Уплотнение и отверждение смеси производится известными способами. При заливке опоки металлом смесь прогревается до температур 300-600°С при тонкостенном литье и более 600°С при толстостенном литье. Реализация изобретения позволит улучшить процесс разупрочнения жидкостекольных смесей при 3001200°С, повысить их газопроницаемость, податливость, что сократит брак отливок по трещинам и газовым раковинам на 10-15%.