Зв’язуюче ливарне для виготовлення стрижнів та форм теплового твердіння

Зв'язуюче ливарне для виготовлення стрижнів та форм теплового твердіння, що містить напіввисихаючу рослинну олію, смолисто-асфальтенову речовину або смолисто-асфальтенову речовину у суміші з нафтовим екстрактом, нафтовий розчинник, яке відрізняється тим, що містить активну добавку - продукт конденсації ізомерізованої талової олії з триетаноламіном при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Винахід належить до зв'язувальних, призначених для використання у ливарному виробництві при виготовленні стержнів усіх класів складності з використанням лігносульфонату технічного. Основною вимогою до зв'язувального ливарного є його здатність при змішуванні з формувальними матеріалами (пісок, глина і тощо) змочувати, обволікати, скріплювати їх частки і монолітно твердіти під час термічної дії, додаючи суміші високої міцності на розтягання у сухому стані до заливки металу та мінімально можливу міцність після охолодження відливка для забезпечення легкості ії вибивання. Пропоноване зв'язувальне ливарне належить до органічних, хімічно твердіючих оливних зв'язувальних, які безповоротно твердіють в результаті теплового твердіння, в основі якого лежать процеси полімеризації речовини. Цей клас зв'язувальних займає особливе місце, бо вони здатні надавати стержневій суміші високу міцність на розтягання в сухому стані (більше 5 кгс/см 2 на 1% зв"язувального), високу поверхневу міцність і, завдяки іншим технологічним властивостям, дозволяють використовувати їх при виготовленні стержнів складної конфігурації [1]. Відомо, що за останні 30 років найбільше розповсюдження при виготовленні ливарних стержнів і форм, серед зв'язувальних ливарних класу, що розглядається, отримали зв'язувальні ливарні "КО" та "УСК-1" ОСТ 38.01326-83, які виготовляються за допомогою розчинення кубового залишку вироб ництва синтетичних жирних кислот у бензинових та гасових фракціях. До складу УСК-1 додатково вводять активізуючу присадку у вигляді асфальтосмолистих сполук нафтового походження. Зв'язувальні ливарні "КО" і "УСК-1" відповідали основним вимогам ливарного виробництва і завдяки існуючим ресурсам, порівняно дешевої сировини, стали практично єдиними оливними стандартизованими зв'язувальними для виготовлення ливарних форм і стержнів .усіх класів складності, потіснивши раніше використовувані зв'язувальні ливарні. Недоліком зв'язувальних ливарних "КО" і "УСК-1" є висока температура застигання: плюс 4°С у "УСК-1" і 0°С у "КО", що створює те хнологічні труднощі при використанні їх у зимову пору року. Україна виготовляла зв'язувальні ливарні "КО" протягом багатьох років. Проте, у зв'язку із закриттям виробництва синтетичних жирних кислот через екологічні та економічні мотиви, виготовлення зв'язувального ливарного "КО" в Україні припинено. У Росії різко зменшено виготовлення зв'язувальних ливарних "КО" та "УСК-1" через ті ж причини. У даний час гостро стоїть проблема забезпечення ливарного виробництва машинобудівних і сталеливарних підприємств України зв'язувальними ливарними вітчизняного виробництва, аналогічними за властивостями згаданим зв'язуваль-ним "КО" і "УСК-1". Відомо застосування рослинних олій як зв'язу 20 – 30 30 – 40 6 – 12 UA (11) 37157 (13) A до 100 (19) напіввисихаюча рослинна олія смолисто-асфальтенова речовина або смолисто-асфальтенова речовина у суміші з нафтовим екстрактом активна добавка – продукт конденсації ізомерізованої талової олії з триетаноламіном нафтовий розчинник 37157 вальних, при виготовленні ливарних стержнів та форм. Швидко висихаючі рослинні олії (льняна, конопляна, тунгова) самостійно використовувалися як зв'язувальні ливарні завдяки наявності значної кількості тригліцеридів неграничних жирних кислот з двома і трьома подвійними зв'язками і наявністю сполучених подвійних зв'язків, які виявляють під впливом температури здатність до швидкої полімеризації із утворенням сітчастої стр уктури. Межа міцності на розтягання технологічної проби у висохлому стані (100 віс.ч. кварцового піску, 2 віс. частини зв'язувального) при використанні льняної олії складає 14,6 кГс/см 2 ( 7,3 кГс/см 2 на 1%) [2]. Проте, дефіцит і порівняно висока вартість не дозволяє використовувати їх у необхідному обсязі. Напіввисихаючі рослинні олії (соняшникова, бавовняна, соєва) не можуть самостійно використовуватись як зв'язувальні ливарні, оскільки містять, в основному, тригліцериди неграничних жирних кислот з однією і двома неграничними зв'язками, які практично не мають сполучуваності, і не забезпечують необхідну швидкість сушіння через уповільнення протікання полімеризації на поверхні формувальних, матеріалів. Застосування як зв'язувального оліфи, яка виробляється з напіввисихаючих рослинних олив, відзначається дорожнечею. Відомо застосування зв'язувальних ливарних на основі напіввисихаючих рослинних олив, в яких з метою скорочення витрати олії і прискорення процесу сушіння додають каніфоль, бітум, гліфталі. Наприклад, комбіноване зв'язувальне ливарне 4ГУ виготовлялося двох видів – 4ГУ(п) і 4ГУ(в) ТУ 1150-50. До складу зв'язувального ливарного 4ГУ(п) входив бітум, каніфоль та уайт-спіріт. До складу 4ГУ(в) входила напіввисихаюча рослинна олія, каніфоль і уайт-спіріт. Недоліком цих зв'язувальних є невисока міцність у сухому стані (3,25кГс/см 2 на 1%) і витрачання в 2,25 рази вище, порівняно з витрачанням льняної олії для досягнення однакових значень щодо міцності в сухому стані стержневих і формувальних сумішей [2], [З]. Найбільш близьким аналогом за призначенням сукупності ознак і технічної суті є комбіноване зв'язувальне ливарне 4ГУ(п) ТУ 6-101317-76 (прототип), яке складається з напіввисихаючої рослинної олії та каніфолі, сплавлених з бітумом і розчинених в уайт-спіріті, що має межу міцності на розтягання висушеного зразка технологічної проби згідно з зазначеним ТУ не менше 8 кГс/см 2 (4кГс/см 2 на 1%). Згідно з кваліфікацією зв'язувальних [1] зв'язувальне 4ГУ(п) належить до зв'язувальних з проміжним характером твердіння, здатним надавати суміші середню міцність (3-5 кГс/см 2 на 1%) і рекомендовано для виготовлення стержнів 2-го класу складності. Каніфоль –– крихка, склоподібна речовина, яка складається з суміші смоляних кислот, при застосуванні її в складі зв'язувального, з використанням напіввисихаючої рослинної олії і смолистоасфальтенових речовин, що входять до складу бітума, вона сприяє тепловому твердінню стержневої і формувальної сумішей, але не може забезпечити їм високу міцність на розтягання в сухому стані для виготовлення ливарних стержнів 1-го класу складності, через її крихкість практично не взаємодіє з напіввисихаючою рослинною олією для прискорення полімеризації. Зв'язувальне ливарне 4ГУ(п) не знайшло широкого поширення через порівняно високу вартість, у зв'язку з використанням дорогої та дефіцитної каніфолі. З джерел технічної літератури відомо, що жирнокислотні радикали тригліцеридів напіввисихаючи х рослинних олій, наприклад соняшникової, надані в основному лінолевою кислотою з двома неграничними зв'язками, які знаходяться в ізольованому стані (СН=СН-СН 2-СН=СН ), які до початку полімеризації під впливом високої температури повинні пройти стадію ізомеризації – переміщення подвійних зв'язків, з утворенням сполукового зв'язку (СН=СН-СН=СН ), який має високу реакційну здатність по взаємодії між собою і з подвійними зв'язками в ізольованому стані. Але цей процес, при відсутності кисню повітря (наприклад, в умовах сушіння формувальних матеріалів), відбувається повільно [5]. В основу винаходу покладене завдання створення зв'язувального ливарного для виготовлення стержнів та форм теплового твердіння, з використанням напіввисихаючої рослинної олії, смолистоасфальтенових речовин, нафтового розчинника, за допомогою введення до складу зв'язуваль-ного ливарного активної добавки, яка містить поверхневоактивні аміно-, амідні групи і радикали безграничних жирних кислот з двома подвійними зв'язками у сполуковому стані, забезпечити швидку адсорбцію зв'язувального ливарного і міцне зчеплення його з поверхнею формувальних сумішей і надання їм високої міцності при розтяганні у сухому стані. Суть винаходу полягає в тому, що до складу зв'язувального ливарного., яке містить смолистоасфальтенові речовини в сполуці з нафтовим екстрактом, вводиться активна добавка, що являє собою продукт конденсації ізомеризованої талової олії з триетаноламіном при такому співвідношенні компонентів, мас. %: напіввисихаюча рослинна олія смолисто-асфальтенові речовини або смолисто-асфальтенові речовини в суміші з нафтовим екстрактом активна добавка - продукт конденсації ізомеризованої талової олії з триетаноламіном нафтовий розчинник 20 – 30 30 - 40 6 - 12 До 100 Загальними ознаками пропонованого зв'язувального, порівняно з прототипом, є використання напіввисихаючої рослинної оливи, смолистоасфальтенових речовин і нафтового розчинника. Суттєвою ознакою пропонованого винаходу, яка відрізняє його від прототипу, є використання замість каніфолі активної добавки, що позитивно впливає на прискорення протікання термохімічних процесів при тепловому сушінні стержневих та формувальних сумішей і на досягнення високої міцності їх на розтягання в сухому стані. Її позитивний вплив полягає в тому, що вона, за рахунок конденсації ізомерізованої талової олії 2 37157 з триетаноламіном, містить поверхнево-активні аміно-, амідні групи, що сприяють прискоренню адсорбції і міцному зчепленню з поверхнею формувальних матеріалів, запобігає відштовхуванню його плівок від вологої поверхні, а також сприяє прискоренню полімеризації напіввисихаючої рослинної олії за рахунок наявності у своєму складі жирнокислотних радикалів неграничних жирних кислот, в основному лінолевої, з двома подвійними зв'язками в сполуковому стані, утвореними внаслідок процесу ізомерізації талової олії, які мають, як зазначено вище, велику реакційну здатність до взаємодії між собою і з жирнокислотними радикалами неграничних жирних кислот з подвійними зв'язками в ізольованому стані напіввисихаючої рослинної олії. Як початкова (вихідна) сировина для виготовлення активної присадки, застосовується талова олія. Вона містить велику кількість неграничних органічних кислот, поданих смоляними та жирними кислотами. Серед останніх найбільшу кількість складає лінолева кислота з двома подвійними зв'язками в ізольованому стані, що здатна під час ізомерізації переходити в сполуковий стан. Відомий позитивний вплив введення поверхнево-активних добавок з аміно-, амідними групами до бітуму для забезпечення адгезії і міцного зчеплення його з мінеральною породою (гравій, пісок) при виготовленні дорожньо-асфальтових покриттів, наприклад, широко відома присадка БП-3, яка являє собою конденсат кубового залишку синтетичних жирних кислот з поліетіленполіаміном. Відоме також введення адгезійної присадки, що містить аміно-, амідні групи – конденсат поліетіленполіаміну і окисленої фракції СЖК С20-С28 до складу зв'язувального ливарного а. с. 287226 для покращення зв'язуючих власти востей. Для виготовлення пропонованого зв'язувального ливарного використовується сировина, яка випускається за нормативно-технічною документацією. В якості напіввисихаючої рослинної оливи доцільно використовувати соняшникову олію за ГОСТ 1124-73. З економічної точки зору можна використовува ти соняшникову олію, яка не відповідає стандарту для харчових цілей (наприклад, за кислотним числом). В якості смолисто-асфальтенової речовини доцільно використовувати залишки атмосферновакуумної перегонки смолистої нафти, наприклад, "Сировина для виготовлення в'язких порожніх бітумів" ТУ 38.101582-75. При використанні залишків атмосферновакуумної перегонки парафіністої нафти доцільно використовува ти їх у суміші з нафтовим екстрактом марки В ТУ 38.101714-84, у будь-якому співвідношенні. В якості нафтового розчинника доцільно використовувати уайт-спіріт за ГОСТ 3134-76. Талову олію доцільно використовувати за ТУ13.021078-89. Відповідно до заявленого винаходу були виготовлені зразки зв'язувального ливарного 2, 3, 4, склад яких наведений в таблиці 1. У тій же таблиці наведений склад зразків 1 і 5, які виходять за межі заявного кількісного співвідношення інгредіентів. Результати випробувань зразків зв'язувальних наведені в таблиці 2. Дані таблиці 2 свідчать, що зразки зв'язувального ливарного 2, 3, 4 мають високі значення межі міцності на розтягання висушених зразків, і усі зразки мають температур у застигання нижче 20°С. Збільшення кількості рослинної олії більше 30,0%мас. економічно недоцільно. Збільшення вмісту залишку атмосферно-вакуумної перегонки нафти більш 40% небажано, оскільки це призведе до збільшення газоутворення. Пропоноване зв'язувальне ливарне добре сполучається з лігносульфонатом (ЛСТ), який додається у формувальні та стержневі суміші, при використанні органічних, олійних зв'язувальних для підвищення міцності на стискання у сирому стані. У зв'язку з тим, що на міцність суміші робить вагомий вплив ЛСТ і співвідношення ЛСТ і зв'язувального, в лабораторних умовах були виго товлені суміші, склади яких наведені в таблиці 3. Суміші виготовлені у лабораторному катковому змішувачі. Інгредієнти введені в наступній послідовності: пісок, бентоніт, потім перемішуван-ня 2 хв., додавання ЛСТ з наступним перемішуванням 2 хв., додавання зв'язувального і перемішування 5 хв., температура сушіння 230-240°С, час сушіння 45 хв. Результати випробувань наведені в таблиці 4. Дані таблиць 3 і 4 свідчать про те, що при співвідношенні (2-3): (3-2) ЛСТ і пропонованого зв'язувального ливарного досягається досить високий рівень межі міцності на розтягання висушених зразків сумішей. У таблиці 5 наведені дані щодо якості пропонованого зв'язувального, порівняно з прототипом 4ГУ(п) і аналогами "КО" і "УСК-1". Дані таблиці 5 свідчать, що пропоноване зв'язувальне ливарне, порівняно з прототипом 4ГУ(п) і аналогами "КО" і "УСК-1" має більш високе значення щодо межі міцності висушених зразків технологічної проби і значно перевершує їх за температурою застигання. Виготовлення зв'язувального, що назване "Зв'язувальне ливарне АЗМОЛ УСК", відбувається при атмосферному тиску періодичним способом у два етапи: 1 – отримання активної добавки - продукту високотемпературної конденсації ізомеризованої талової олії з триетаноламіном; 2 – отримання, власне, зв'язувального ливарного. 1. Отримання активної добавки. У варильний апарат ємкістю 4м 3, забезпечений перемішувальним пристроєм та оболонкою для зігрівання та охолодження олійним теплоносієм, завантажують талову олію, в кількості 1520кг, вмикають перемішування та обігрівання, піднімають температуру до 150 ± 5°С і здійснюють процес ізомерізації протягом 4 годин, потім температуру піднімають до 165 ± 5°С і продовжують процес ізомерізації до досягнення в'язкості при 50°С 120 160 мм 2/с. Потім температуру знижують до 95 – 100°С і починають завантаження триетаноламіну в кількості 240 кг, і поступово, щоб запобігти сильного вспінювання, піднімають температуру до 165 ± 3 37157 5°С та здійснюють процес конденсації до досягнення кислотного числа не менше 5мг КОН/г і в'язкості при 50°С не менше 280 мм 2/с. Отриману активну добавку після охолодження відкачують у накопичувальну ємкість. 2. Виготовлення зв'язувального ливарного. У варильний апарат, аналогічний до описаного вище, ємкістю 10м 3, завантажують сировину для виробництва нафтових в'язких дорожніх бітумів 2720 кг і соняшникову олію в кількості 2000 кг, вмикають перемішування та обігрів, піднімають температуру до 135 ± 5°С і витримують при цій температурі 2-3 години. Аналіз суміші: в'язкість суміші при 100°С – не менше 30 мм 2/с; число омилення – не менше 80 мг КОН/г. Потім вимикають обігрівання і в апарат завантажують 80 кг активної добавки. Суміш перемішують із зниженням температури до 6080°С, потім завантажують уайт-спіріт у кількості 2720 кг і перемішують ще одну годину. Перед зливанням в тару, зв'язувальне ливарне аналізується за показниками: – в'язкість умовна при 50°С – в межах 2,1 - 3,2; – число омилення мг КОН/г – не менше 60. За наведеною технологією була ви готовлена дослідно-промислова партія зв'язувального ливарного АЗМОЛ-УСК. Дві тони були направлені в НПП "Формувальні матеріали України" м. Краматорськ для кваліфікованого оцінювання якості і проведення виробничих випробувань на машинобудівному і сталеливарному заводах. Лабораторні дослідження властивостей дослідної партії зв'язувального ливарного АЗМОЛ-УСК показали високу зв'язувальну здатність його: межа міцності на розтягання висушених зразків технологічної проби – 16 кГс/см 2, а суміші, при співвідношенні ЛСТ та АЗМОЛ УСК 2мас.ч.: 3 мас. ч. – 11,8 кгс/см 2. Проведено виробничі випробування дослідної партії зв'язувального ливарного АЗМОЛ УСК на сталевому литві на двох підприємствах: в ВАТ "Кременчугський сталеливарний завод" на вагонних відливках, і в ВАТ "Др ужковський машинобудівний завод" на відливках гірськошахтних машин. Луганський ливарно-механічний завод самостійно провів випробування цієї партії зв'язувального ливарного АЗМОЛ-УСК при виготовленні радіаторів, і прийняв до впровадження. Результати випробувань позитивні. Вони довели, що зв'язувальне ливарне АЗМОЛ УСК є замінником російських зв'язувальних класу "КО" та "УСК-1". Заключення про технологічну прийнятність ливарного зв'язувального АЗМОЛ УСК додається. Список джерел інформації: 1. Н. Д. Тітов та ін. "Технологія ливарного виробництва".– М.: Вид. "Машинобудівництво", 1974р. 2. Е. А. Барська та ін. "Стержневий кріпитель".– Москва: Вид. "Ма шинобуд", 1954р. 3. М. І. Шацький. "Формувальні та стержневі суміші".– М.: Вид. "Ма шинобуд" ,1969р. 4. Ю. Ф. Боровський, М. І. Шацький. "Виготовлення стержнів". Бібліотека ливарника. Випуск 2.– М.: Вид. "Машинобуд" ,1980р. 5. Б. Н. Тютюннюков. "Хімія жирів".– М.: Вид. "Харчова промисловість", 1966р. Таблиця 1 Найменування інгредієнтів Співвідношення інгредієнтів мас. % № зразків 1 2 3 4 5 16,0 20,0 25,0 30,0 28,0 46,0 38,0 34,0 38,0 Напіввисихаюча рослинна олія – соняшникова Залишок атмосферно-вакуумної перегонки нафти Залишок атмосферно-вакуумної перегонки нафти з нафтовим екстрактом Активна добавка - продукт конденсації ізомерізованої талової олії з триетаноламіном Нафтовий розчинник уайт-спіріт 30,0 6,0 12,0 10,0 8,0 2,0 32,0 30,0 31,0 32,0 32,0 Таблиця 2 Найменування показників, їх розміреність Межа міцності на розтягання висушених зразків технологічної проби, кгс/см 2 Температура застигання, °С 1 8,0 мінус 20 Значення пказників зразків 2 3 4 14,2 15,2 13,6 мінус 20 5 7,5 не застигає Таблиця 3 Найменування інгредієнтів суміші 1 98,5 1,5 2,0 2,0 Кварцовий пісок (бантишевський) Бентоніт ЛСТ Зв'язувальне пропоноване 4 Склад інгредієнтів, мас. % 2 3 98,5 98,5 1,5 1,5 2,0 2,0 2,5 3,0 4 98,5 1,5 3,0 2,0 37157 Таблиця 4 Найменування показників сумішей, їх розміреність Міцність на стискання в сирому стані, кгс/см 2 Межа міцності на розтягання висушених зразків, кгс/см2 Значення показників сумішей 1 2 3 4 0,14 0,13 0,14 0,14 6,5 9,2 11,9 12,9 Таблиця 5 Найменування показників 1. В'язкість умовна при 50°С 2. Температура застигання, °С 3. Межа міцності при розтяганні висушених зразків технологічної проби, кгс/см 2 Найменування зв'язувальних ливарних пропоноване прототип аналоги за призна4ГУ(п) ченням "КО" "УСК-1" 2,8 3,1 2,3 3,0 мінус 20 мінус 5 0°С плюс 4 не застигає 15,2 8,0 8,0 10,0 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5