смесь для изготовления литейных форм

Формула изобретения

1. Смесь для изготовления литейных форм, содержащая огнеупорный материал на основе кремнезема, огнеупорной глины, воду, технологическую добавку на основе жирных кислот, отличающаяся тем, что в качестве технологической добавки используют фильтропрессовый осадок растительного горчичного масла при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Огнеупорная глина	8-10
Фильтропрессовый осадок растительного горчичного масла	1-2
Вода	5,5-6
Огнеупорный материал на основе кремнезема	Остальное

2. Смесь по п.1, отличающаяся тем, что она содержит фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла, разведенный в воде, при соотношении, мас.%:

Фильтропрессовый осадок растительного горчичного масла	40
Вода	60

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, а именно к составу песчано-глинистых смесей, применяемых для изготовления разовых сырых форм.

Известны смеси для изготовления литейных форм, содержащие в своем составе: огнеупорный наполнитель на основе кремнезема, огнеупорную глину, воду и технологические добавки для улучшения физико-механических и технологических свойств: битум и нефтебитумные эмульсии [Мазуров В.И. Автоматическая прессовая линия отливки тормозных барабанов. - Лит. пр-во 1965, № 4], раствор битума и тяжелые фракции генераторной смолы - ГТФ [Степанов А.А. Формовочные смеси. ЛДНТП. 1965 г.]. При использовании этих добавок взаимодействие формы с жидким металлом приводит к частичному коксованию битума и образованию комков, что ухудшает формуемость смеси.

В составах формовочных песчано-глинистых смесей применяют различные добавки, улучшающие физико-механические и технологические свойства формовочных смесей, интенсифицирующие процессы их приготовления, способствующие более качественному формообразованию, такие как пек с битумом, мазут, масла эмульсионные, остаточное нефтяное масло [Технология литейного производства: формовочные и стержневые смеси. // Под ред. С.С.Жуковского: Учебное пособие для вузов. - Брянск Изд-во БГТУ, 2002. - 470 с. Стр117; пат.2391176, В22С 1/02, опубл. 10.06.2010].

Однако эти технологические добавки в составах песчано-глинистых смесей вызывают обильное газовыделение, которое ухудшает санитарно-гигиенические условия в литейных цехах [Технология литейного производства: формовочные и стержневые смеси. // Под ред. С.С.Жуковского: Учебное пособие для вузов. - Брянск Изд-во БГТУ, 2002. - 470 с. стр.119].

Известно использование углеводородного масла в составе песчано-глинистых смесей [пат. Великобритании 1311439 «Литейно-формовочная смесь»], а также глины, пропитанной нефтяным маслом после его фильтрации [А.Я.Калашникова - Влияние глин и бентонитов на технологические свойства формовочных смесей. «Технологические свойства формовочных смесей», Труды 12 совещания по теории литейных процессов. из-во наука М. - 1968 г. Стр. 109-112], и минерально-масляный отход контактной очистки масел отбеливающими землями [авт. свид. 884820 кл В22С 1/02, опубл. 30.11.81 бюл. № 44].

Известны песчано-глинистые смеси с использованием отходов различных масел: жировая композиция «ОДК», являющаяся побочным продуктом масло-жировой промышленности; ОДК представляет собой смесь жирных кислот, высших спиртов, стеаринов и их сложных эфиров [Информационный листок о научно - техническом достижении № 82-51 серия Р.55.15. Ростовское ЦНТИ, 1982].

Недостатком вышеперечисленных технологических добавок - топливноэнергетических продуктов нефти, является их дороговизна.

Наиболее близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является смесь, содержащая песок, огнеупорную глину, ССБ, воду и крепитель КО, представляющий собой кубовые остатки от дистилляции жирных кислот (СЖК), растворенные в уайт-спирите в количестве двух процентов [авт.свид. 1993 51 кл. 31 С, 1/01, опубл. 13.07.67, бюл. № 15].

Текучие свойства КО обусловлены тем, что содержащиеся в нем жирные кислоты в смеси с минеральным связующим - глиной приобретают свойства поверхностно-активных веществ и при замешивании с песком снижают трение между зернами.

Недостатками данной смеси являются заниженные прочностные свойства в сыром состоянии и ухудшение санитарно-гигиенических условий за счет органической природы растворителя уайт-спирита (50%) в КО.

Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемой формовочной смеси для изготовления литейных форм, является повышение текучести, живучести, снижение прилипаемости и улучшение качества отпечатка получаемой полуформы.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемой формовочной смеси, содержащей огнеупорный материал на основе кремнезема, огнеупорную глину, воду, технологическую добавку на основе жирных кислот, используют технологическую добавку, представляющую собой фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Огнеупорная глина	8-10
Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масло	1-2
Вода	5,5-6
Огнеупорный наполнитель на основе кремнезема	остальное

Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла также можно использовать разведенным в воде при соотношении, мас.%:

Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла	40
Вода	60

Для достижения поставленного технологического результата использовали отход при производстве растительного горчичного масла в виде фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла. Большая часть фильтро-прессового осадка накапливается на маслоэкстракционных заводах и требует их реализации и утилизации. При переработке семян горчицы с них снимают шелуху, после чего путем прессования зерен горчицы получается горчичное масло (ГОСТ 8807 - 74). После фильтрации растительного горчичного масла образуется фильтро-прессовый осадок, содержащий до 50% мелкодисперсного горчичного жмыха-порошка. В фильтро-прессовом осадке содержится 0,5% эфирного горчичного масла и до 3% лецитина. Фильтро-прессовый осадок представляет собой то же масло, что и горчичное по ГОСТ 8807-74, содержит высокомолекулярные жирные карбоновые кислоты:

1. Насыщенные кислоты - С14-С24	4-5%
2. Олеиновая кислота - С8Н17СН=СH(СH2) 7CООН	20-30%
3. Эруковая кислота - С22Н42O2	30-37%
4. Липолевая кислота - СН3(СH2)3 (СH2CH2CH)2(СH2) 7СООН	14-30%

Отличием заявленного изобретения является использование отхода, образующегося при фильтрации растительного горчичного масла, который в сочетании с глиной служит новым средством для получения технического результата - повышения текучести, живучести, снижения прилипаемости, а также улучшения качества отпечатка получаемой полуформы.

Формовочную смесь готовят следующим образом: сначала загружают огнеупорный материал на основе кремнезема (песок), затем огнеупорную глину, время перемешивания 2 минуты (оптимальное содержание глины в песчано-глинистых смесях 8-10%). Далее добавляют техническую воду до достижения влажности смеси 4,5-5,5% и перемешивают смесь в течение 8 минут, после чего добавляют технологическую добавку - фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла, время перемешивания 1-2 минуты. Фильтро-прессовый осадок растительного горчичного масла вводят в состав формовочных смесей как в чистом виде (100% фильтро-прессового осадка), так и в сочетании с водой (40/60).

В изобретении используют песчано-глинистую смесь с содержанием огнеупорной глины 8-10 мас.%, воды 5,5-6 мас.%.

Содержание глины менее 8% не обеспечивает прочность смеси во влажном состоянии, нужной по ТУ, а добавление глины более 10% приводит к снижению газопроницаемости смеси, что способствует образованию газовых раковин. При добавлении воды менее 5,5% формовочная смесь не обеспечит качественного отпечатка литейной формы из-за высокой осыпаемости смеси, с добавление воды более 6% снижается газопроницаемость. Введение фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла более 2% нежелательно по причине неравномерности распределения его по поверхности кварцевых зерен, что ухудшает механические свойства смеси. Введение в смесь фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла менее 1% нецелесообразно из-за малого содержания активной части в фильтро-прессовом осадке жирных кислот, что не обеспечивает необходимых технологических свойств.

Состав и свойства смесей заявляемой и прототипа представлены в таблицах 1, 2.

Таблица 1
Состав песчано - глинистых смесей
Шифр смеси	Составляющие смеси
Огнеупорный материал на основе кремнезема, %	Огнеупорная глина, %	Вода, %	ФПО, %	КО, % Прототип
100	с водой 40/60
1	83,5	10	5,5	1	-	-
2	83	10	5,5	1,5	-	-
3	84,5	8	5,5	2	-	-
4	82,5	10	5,5	2	-	-
5	84	8	6	-	2	-
6	82	10	6	-	2	-
7 Прототип	83	10	6	-	-	1
8 Прототип	82	10	6	-	-	2

Таблица 2
«Свойства песчано-глинистых смесей»
Шифр смеси	Свойства смеси
W,%	Газ, ед.	w, ×105 Пa	Текучесть, %	Прилипаемость, адг, МПа
сразу	после суток	сразу	после суток	сразу	после суток	сразу	после суток	сразу
1	5,5	5,2	138,3	140,0	0,74	0,9	38,6	40,0	0,056
2	5,5	5,2	104,0	113,0	0,66	0,76	51,7	57,2	0,048
3	5,5	5,2	80,0	85,0	0,6	0,65	55,0	60,0	0,040
4	5,5	5,2	72,0	83,0	0,65	0,72	53,1	68,9	0,037
5	5,7	5,6	110,0	120,0	0,42	0,45	45,0	52,0	0,047
6	5,6	5,5	105,0	113,0	0,45	0,47	44,4	50,6	0,044
7 Прототип	5,0	-	62,0	-	0,22	-	42,0	-	0,035
8 прототип	5,0	-	22,0	-	0,16	-	36,0	-	0,019

Заявленная песчано-глинистая формовочная смесь характеризуется тем, что введение в ее состав фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла увеличивает ее текучесть; это объясняется тем, что технологическая добавка содержит жирные кислоты, которые уменьшают трение между песчинками.

При сопоставлении свойств смесей с содержанием огнеупорной глины 8-10 из таблицы 2 видно, что при введении технологической добавки фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла в смесь в чистом виде от 1-2% (смеси 1-4) текучесть смеси увеличивается с 38,6 до 53,1%, а прилипаемость снижается с 0,056 до 0,037 МПа, в то время как смесь с прототипом КО (смеси 7-8) имеет текучесть 42-36%, т.е. меньше смеси с технологической добавкой фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла в чистом виде на 32%, прилипаемость снижается с 0,035 до 0,019 МПа; смесь с технологической добавкой фильтро-прессового осадка имеет прилипаемость - 0,037 МПа (смесь 4), аналогичную смеси на КО - 0,035 МПа (смесь 7).

Анализ смеси с технологической добавкой фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла, разведенного в воде 40/60 (смеси 5-6), по сравнению с прототипом смеси на КО показывает, что текучесть данных смесей увеличивается до 45%, а прилипаемость снижается до 0,044 МПа. Снижение прилипаемости формовочной смеси к поверхности модельно-технологической оснастки объясняется наличием в составе фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла жирных кислот, которые уменьшают адгезию смеси к модели за счет увеличения угла смачивания.

Также был проведен анализ смесей с разведенным фильтро-прессовым осадком растительного горчичного масла в керосине и уайт-спирите, которые имеют высокие технологические свойства: текучесть, адгезионную прочность, превышающие аналогичные свойства смеси с прототипом, а по физико-механическим свойствам не удовлетворяют требованиям ТУ (газ 65 ед.), к тому же смеси с фильтро-прессовым осадком растительного горчичного масла с органическим растворителем значительно дороже и могут служить причиной образования газовых раковин и снижать санитарно-гигиенические условия труда.

Как видно из таблицы 2, заявляемая смесь (1-6) обладает повышенной живучестью, т.е. физико-механические и технологические свойства улучшаются при «вылеживании» смеси из-за лучшего распределения предлагаемой технологической добавки по поверхности кварцевых зерен и ее гидрофобной природы.

Как видно из данных таблицы 2, смеси по изобретению обладают лучшими технологическими свойствами: повышенной текучестью, живучестью, малой адгезией к поверхности модельной технологической оснастке, что обеспечивает качественный отпечаток формы.

Применение в составах формовочных смесей отхода фильтро-прессового осадка растительного горчичного масла будет одним из решений проблем утилизации, обеспечит защиту окружающей среды и экономию дорогостоящих материалов, применяемых для улучшения их свойств, а также расширит ассортимент технологических добавок в составах песчано-глинистых смесей.