Патент на изобретение №2170155

(54) СОСТАВ ПРОТИВОПРИГАРНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано в качестве противопригарного покрытия для литейных форм и стержней. Покрытие имеет следующий состав, мас.%: отход очистки газов металлургического производства 30 – 34; отход производства карбида кремния 37 – 40; органическое связующее 4 – 5; натрийкарбоксиметилцеллюлоза 1 – 2; вода -остальное. Под действием тепла жидкой стали происходит взаимодействие углерода и карбида кремния, входящих в состав отхода производства карбида кремния, являющегося огнеупорным наполнителем, с оксидами железа и марганца, входящих в состав отхода очистки газов металлургического производства. В результате увеличивается твердость поверхностного слоя отливки, уменьшается толщина покрытия, предотвращается пригар на поверхности отливок. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составам противопригарных покрытий для литейных форм и стержней при производстве стальных отливок.

Известен состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях (А.С. SU N 1217552 A кл. B 22 C 3/00, опубл. 15.03.86 бюл. N 10) следующего состава, мас.%:
Отход очистки газов металлургического производства – 55- 60
Бишофит – 12-16
Вода – Остальное
В данном изобретении отход очистки газов металлургического производства используется в качестве огнеупорного наполнителя, который при контакте с жидким металлом спекается и препятствует проникновению оксидов металла в поры формы.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата при использовании известного состава для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях, относится то, что содержащийся в составе противопригарного покрытия бишофит имеет высокую гигроскопичность (15%), что на порядок выше гигроскопичности противопригарных покрытий, применяемых в литейном производстве. Противопригарное действие данного состава возможно при наличии в составе бишофита, при снижении содержания которого на отливках образуется пригар и ухудшается шероховатость поверхности.

Наиболее близким по составу к предлагаемому является состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней (А.С. SU N 1407652 A1 кл. B 22 C 3/00, опубл. 07.07.88 бюл. N 25), имеющего следующий состав, мас.%:
Отход производства карбида кремния – 60-64
Органическое связующее (сульфитно-дрожжевая бражка) – 6-10
Бентонит – 3-5
Вода – 24-28
Данный состав применялся при изготовлении чугунных отливок и не может использоваться при изготовлении отливок из стали, так как жидкая сталь в отличие от жидкого чугуна растворяет карбид кремния, являющегося основой огнеупорного наполнителя. Это происходит потому, что углеродистая сталь для машиностроительных отливок содержит гораздо меньше углерода (0,2-0,5%) и кремния (0,2-0,4%), чем машиностроительный серый чугун (3,3-3,6%) и (1,7-2,4%) соответственно. Кроме этого, температура заливки стали (1560-1600^oC) выше температуры заливки серого чугуна (1320-1360^oC). При растворении карбида кремния в жидкой стали уменьшается толщина противопригарного покрытия и возникает пригар на поверхности стальных отливок.

Задача изобретения – разработка состава противопригарного покрытия для литейных форм и стержней при производстве отливок из стали, содержащего отход металлургического производства и отход производства карбида кремния.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого состава противопригарного покрытия для литейных форм и стержней при производстве отливок из стали является предотвращение пригара на поверхности стальных отливок с одновременным уменьшением глубины обезуглероживания поверхностного слоя отливки, что позволит увеличить твердость поверхностного слоя отливки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предлагаемый состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней при производстве отливок из стали, включающий огнеупорный наполнитель в виде отхода производства карбида кремния, органическое связующее и воду, дополнительно содержит натрий-карбоксиметилцеллюллозу и окислительную добавку в виде отхода очистки газов металлургического производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Отход очистки газов металлургического производства – 30-34
Отход производства карбида кремния – 37-40
Органическое связующее – 4-5
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза – 1-2
Вода – Остальное
Отход производства карбида кремния имеет следующий состав, мас.%:
Карбид кремния – 83-85
Аморфно-кристаллический графит – 15-17
Кремний – До 1
В качестве органического вещества используются лигносульфанаты технические (ЛСТ) (ОСТ 13-183-83). Ранее это вещество называлось сульфитно-дрожжевой бражкой.

Отличием заявляемого изобретения является использование отхода очистки газов металлургического производства в качестве окислительной добавки, которая в сочетании с огнеупорным наполнителем, в качестве которого применяется отход производства карбида кремния, служит новым средством для получения достигаемого технического результата – предотвращение пригара на поверхности стальных отливок с одновременным уменьшением глубины обезуглероживания поверхности стальной отливки.

Используемый в предлагаемом составе в качестве окислительной добавки отход очистки газов металлургического производства представляет собой тонкодисперсный порошок, собирающийся на фильтрах мокрой и сухой очистки, через которые проходит поток технологических газов от металлургических печей.

Фазовый состав отхода очистки газов металлургического производства следующий, мас.%:
Fe₂O₃ – Основа
FeO – 2-8
SiO₂ – 3-10
CaO – 6-10
MgO – 20-25
MnO – 2-6
Al₂O₃ – 2-8
CaF₂ – 15-20
В предлагаемом изобретении применяется в качестве огнеупорного наполнителя отход производства карбида кремния, имеющего следующий фазовый состав, мас.%:
Карбид кремния – 83-85
Аморфно-кристаллический графит – 15-17
Кремний – До 1
Карбид кремния, являющийся основным компонентом этого отхода, имеет температуру плавления 2830^oC и используется в качестве огнеупорного наполнителя. Отход производства карбида кремния используется после помола в шаровой мельнице и просева через сито с размером сетки 0,063 мм.

Эти отходы не используются в промышленности и вывозятся на свалку.

Установлено, что оптимальное содержание окислительной добавки в составе противопригарного покрытия 30-34%, а огнеупорного наполнителя 37-40%. При данном содержании окислительной добавки при заливке жидкой стали в форму, покрытую предлагаемым составом под действием тепла жидкой стали, происходит взаимодействие углерода и карбида кремния, входящих в состав отхода производства карбида кремния, являющегося огнеупорным наполнителем, с оксидами железа и марганца, входящих в состав отхода очистки газов металлургического производства, являющегося окислительной добавкой. Образующаяся в результате взаимодействия окислительной добавки с огнеупорным наполнителем окись углерода препятствует окислению в форме заливаемой жидкой стали с одновременным уменьшением глубины обезуглероживания поверхности отливки, что позволит увеличить твердость поверхностного слоя отливки. Зерна карбида кремния, окисляясь, покрываются пленкой двуокиси кремния, которая препятствует растворению карбида кремния в жидкой стали и уменьшению из-за этого толщины противопригарного покрытия. Под действием тепла заливаемой жидкой стали зерна карбида кремния, покрытые пленкой двуокиси кремния, спекаются в непроницаемую для жидкой стали тугоплавкую корку, препятствующую образованию пригара на поверхности стальной отливки. Оптимальное отношение массы окислительной добавки к массе огнеупорного наполнителя 3/4.

При снижении содержания окислительной добавки ниже 30% и увеличении содержания огнеупорного наполнителя выше 40% происходит недостаточное окисление карбида кремния, что приводит к растворению его в жидкой стали, уменьшению толщины противопригарного покрытия и появлению пригара на поверхности стальной отливки.

При увеличении содержания окислительной добавки выше 34% и снижении содержания огнеупорного наполнителя ниже 37% происходит полное окисление карбида кремния огнеупорного наполнителя, образование мелкодисперсной двуокиси кремния и сплавление ее с оксидами железа окислительной добавки с образованием легкоплавких силикатов железа типа фаялита, имеющих температуру плавления 1190-1220^oC, способствующих образованию трудноотделимого пригара на поверхности стальных отливок.

Для предотвращения пригара противопригарное покрытие должно быть нанесено на литейную форму или стержень равномерным слоем. При сушке на противопригарном покрытии не должны образовываться трещины. Для обеспечения равномерной толщины слоя противопригарного покрытия оно должно обладать высокой седиментационной устойчивостью.

Для повышения седиментационной устойчивости в состав противопригарного покрытия входит натрий-карбоксиметилцеллюлоза.

Установлено, что оптимальное содержание натрий-карбоксиметилцеллюлозы в составе противопригарного покрытия 1,5% (см. табл. 1).

При данном содержании натрий-карбоксиметилцеллюлозы седиментационная устойчивость составляет 97% (см. табл. 2).

При снижении содержания натрий-карбоксиметилцеллюлозы ниже 1,5% наблюдается снижение седиментационной устойчивости (см. табл. 2), ухудшение кроющей способности противопригарного покрытия, которое наносится неравномерным слоем, и появлению пригара на поверхности стальной отливки.

При увеличении содержания натрий-карбоксиметилцеллюлозы выше 1,5% (см. табл. 2) наблюдается появление трещин при сушке противопригарного покрытия, проникновение в них жидкой стали и ее оксидов и возникновению пригара на поверхности стальной отливки.

Составы противопригарных покрытий приведены в табл. 1
Свойства противопригарных покрытий приведены в таблицы 2.

Эффективность действия противопригарных покрытий оценивалась на технологической пробе, представляющую собой отливку, выполненную в виде полого цилиндра, диаметром 53 мм, с внутренним отверстием диаметром 23 мм. Внутреннее отверстие формируется стержнем, на который наносится испытуемое противопригарное покрытие.

Противопригарное покрытие готовят следующим образом. В краскомешалку заливают воду, связующее ЛСТ и натрий-карбоксиметилцеллюлозу и перемешивают в течение 3-5 мин, затем загружают отход очистки газов металлургического производства и перемешивают 3-5 мин. После этого загружают отход производства карбида кремния и перемешивают еще 10-15 мин. Для получения готового к употреблению покрытия полученную пасту перемешивают с водой до получения плотности 1380-1400 кг/мм³. Покрытие на поверхность формы или стержня наносится окунанием, кистью или пульверизатором и сушится при 200- 250^oC в течение 40-60 мин.

Пример 1. Указанным способом приготавливалось покрытие, содержащее, мас. %:
Отход очистки газов металлургического производства – 15
Отход производства карбида кремния – 50
Связующее ЛСТ – 3,5
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза – 0,5
Вода – Остальное
Плотность данного покрытия 1400 кг/м³, седиментационная устойчивость 96%, прочность к истиранию 2,0 кг/мм, гигроскопичность 1,2%, наличие пригара 90% от поверхности пробы, глубина обезуглероживания поверхности отливки 25 мкм.

Пример 2. Указанным способом приготавливалось покрытие, содержащее, мас. %:
Отход очистки газов металлургического производства – 30
Отход производства карбида кремния – 40
Связующее ЛСТ – 4,0
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза – 1,0
Вода – Остальное
Плотность данного покрытия 1397 кг/м³, седиментационная устойчивость 96%, прочность к истиранию 2,5 кг/мм, гигроскопичность 1,5%, наличие пригара 34% от поверхности пробы, глубина обезуглероживания поверхности отливки 43 мкм.

Пример 3. Указанным способом приготавливалось покрытие, содержащее, мас. %:
Отход очистки газов металлургического производства – 32
Отход производства карбида кремния – 38,5
Связующее ЛСТ – 4,5
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза – 1,5
Вода – Остальное
Плотность данного покрытия 1394 кг/м³, седиментационная устойчивость 97%, прочность к истиранию 2,4 кг/мм, гигроскопичность 1,6%, наличие пригара 32% от поверхности пробы, глубина обезуглероживания поверхности отливки 52 мкм.

Пример 4. Указанным способом приготавливалось покрытие, содержащее, мас. %:
Отход очистки газов металлургического производства – 34
Отход производства карбида кремния – 37
Связующее ЛСТ – 5,0
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза – 2,0
Вода – Остальное
Плотность данного покрытия 1391 кг/м³ седиментационная устойчивость 97%, прочность к истиранию 2,5 кг/мм, гигроскопичность 1,6%, наличие пригара 36% от поверхности пробы, глубина обезуглероживания поверхности отливки 54 мкм.

Пример 5. Указанным способом приготавливалось покрытие, содержащее, мас. %:
Отход очистки газов металлургического производства – 43
Отход производства карбида кремния – 30
Связующее ЛСТ – 5,5
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза – 2,5
Вода – Остальное
Плотность данного покрытия 1386 кг/м³, седиментационная устойчивость 98%, прочность к истиранию 2,6 кг/мм, гигроскопичность 1,7%, наличие пригара 98% от поверхности пробы, глубина обезуглероживания поверхности отливки 85 мкм.

Использование предлагаемого состава противопригарного покрытия для литейных форм и стержней не вызовет трудностей на производстве, так как состав обладает оптимальными технологическими свойствами. При использовании предлагаемого состава обеспечивается снижение глубины обезуглероживания поверхности отливки до 43-54 мкм, а при использовании аналога – 110 мкм. При использовании прототипа глубина обезуглероживания поверхности отливки составляет 20 мкм, однако наличие пригара на поверхности пробы составляет 93%. В предлагаемом составе наличие пригара на поверхности пробы 32-36% и одновременно глубина обезуглероживания поверхности отливки составляет 43-54 мкм. Применение данного состава для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях для стального литья позволит снизить трудоемкость очистных операций и получать чистую от пригара поверхность стальных отливок. При этом состав не содержит дефицитных и дорогостоящих материалов и в нем используются отходы производства.

Формула изобретения

1. Состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней при производстве отливок из стали, включающий огнеупорный наполнитель в виде отхода производства карбида кремния, органическое связующее и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит натрий-карбоксиметилцеллюлозу и окислительную добавку в виде отхода очистки газов металлургического производства при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Отход очистки газов металлургического производства – 30 – 34
Отход производства карбида кремния – 37 – 40
Органическое связующее – 4 – 5
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза – 1 – 2
Вода – Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что отход производства карбида кремния имеет следующий состав, мас.%:
Карбид кремния – 83 – 85
Аморфно-кристаллический графит – 15 – 17
Кремний – До 1

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 04.07.2002

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2004

Извещение опубликовано: 10.04.2004