RU2722845C1 - Parting paint for molds and rods - Google Patents

Abstract

FIELD: foundry.

SUBSTANCE: invention relates to anti-stick heat-resistant paints for sand and other molds and rods applied on inner surface, and can be used in production of steel castings. Anti-burning coating contains, wt%: refractory filler in form of used aluminosilicate catalyst IM-2201 64.2–65.0, inorganic binder in form of bentonite 0.70–1.00, organic binder in form of dextrin 1.65–2.00, water – balance.

EFFECT: creation of high-quality anti-stick paint for molds and rods with high sedimentation resistance, covering ability ensuring absence of burning on.

1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к литейному производству, в частности к противопригарным термостойким краскам для песчаных и других литейных форм и стержней, наносимых на внутреннюю поверхность. The invention relates to foundry, in particular to non-stick heat-resistant paints for sand and other foundry molds and cores applied to the inner surface.

Известна противопригарная краска, содержащая компоненты, мас. %: наполнитель (циркон или карбид титана или электрокорунд) 70-75, бентонит 2,5-4,5, сульфат алюминия 3,0-5,5, вода - остальное (патент РФ № 2489225, B22С 3/00).Known non-stick paint containing components, wt. %: filler (zircon or titanium carbide or electrocorundum) 70-75, bentonite 2.5-4.5, aluminum sulfate 3.0-5.5, water - the rest (RF patent No. 2489225, B22C 3/00).

Недостатком противопригарной краски является низкая седиментационная устойчивость, т.е. известная краска очень быстро расслаивается из-за наличия большого количества наполнителя (циркона или карбида титана или электрокорунда). Кроме того, краска не обеспечивает требуемого качества поверхности покрытия форм из-за низкой вязкости и затруднения ее равномерного нанесения на поверхность форм. Это приводит к пригару на поверхности отливок.The disadvantage of non-stick paint is low sedimentation stability, i.e. known paint exfoliates very quickly due to the presence of a large amount of filler (zircon or titanium carbide or electrocorundum). In addition, the paint does not provide the required quality of the surface of the coating forms due to the low viscosity and the difficulty of uniformly applying to the surface of the forms. This leads to a burn on the surface of the castings.

Известна противопригарная краска следующего состава: алюмосиликатный катализатор ИМ-2201 - 40,0-41,0%, пылевидный кварц - 4,5-5,0%, глина формовочная - 6,5-7,0%, жидкое стекло - 1,5-4,0%, вода техническая - 44,5-56% (Баранов, О.Г. Исследование и разработка противопригарных покрытий на модифицированном жидкостекольном связующем // Автореф. дисс. канд. техн. наук. Челябинск. 1997. 18 с.).Known non-stick paint of the following composition: aluminosilicate catalyst IM-2201 - 40.0-41.0%, pulverized silica - 4.5-5.0%, molding clay - 6.5-7.0%, liquid glass - 1, 5-4.0%, industrial water - 44.5-56% (Baranov, O.G. Research and development of non-stick coatings on a modified liquid-glass binder // Abstract of thesis. Candidate of Technical Sciences. Chelyabinsk. 1997. 18 p. .).

Недостатком данной противопригарной краски является невысокое содержание алюмосиликатного катализатора ИМ-2201 в составе, что снижает его противопригарный эффект. Кроме того, низкая плотность и седиментационная устойчивость, обусловленная большим количеством воды в краске, приводит к образованию подтеков, а также неравномерному нанесению на стенку формы. В процессе заливки формы расплавом происходит размывание локальных областей окрашенной поверхности. The disadvantage of this non-stick paint is the low content of aluminosilicate catalyst IM-2201 in the composition, which reduces its non-stick effect. In addition, low density and sedimentation stability, due to the large amount of water in the paint, leads to the formation of smudges, as well as uneven deposition on the wall of the form. In the process of pouring the mold with melt, the local areas of the painted surface are eroded.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является противопригарная краска, содержащая, мас. %: отработанный алюмосиликатный катализатор ИМ-2201 85,0-87,0; неорганическое связующее - формовочная огнеупорная глина 2,0-3,0; органическое связующее - технический лигносульфонат (ЛСТ) 4,0-5,0; вода техническая – остальное (Пат. 2689473 РФ, В22С 3/00. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней [Текст]/ Е.Г. Антошкина; патентообладатель Е.Г. Антошкина; заявл. 12.10.2018; опубл. 28.05.2019 Бюл. № 16.).The closest analogue to the claimed object is a non-stick paint containing, by weight. %: spent aluminosilicate catalyst IM-2201 85.0-87.0; inorganic binder - molding refractory clay 2.0-3.0; organic binder - technical lignosulfonate (LST) 4.0-5.0; industrial water - the rest (Pat. 2689473 of the Russian Federation, B22C 3/00. Non-stick coating for foundry molds and cores [Text] / E.G. Antoshkina; patent holder E.G. Antoshkina; filed Oct 12, 2018; publ. May 28, 2019 Bull. No. 16.).

Недостатком этой противопригарной краски является низкая седиментационная устойчивость из-за высокой вязкости и малого количества воды и затруднения последующего качественного нанесения краски на поверхность форм и стержней. Большая толщина покрытия, связанная с высокой вязкостью, приводит к снижению точности литых заготовок и повышению норм расхода металла на механическую обработку.The disadvantage of this non-stick paint is low sedimentation stability due to the high viscosity and low amount of water and the difficulty of subsequent high-quality application of paint on the surface of molds and cores. The large thickness of the coating, associated with high viscosity, leads to a decrease in the accuracy of cast billets and an increase in the rate of metal consumption for machining.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении антипригарных и технологических свойств краски, позволяющих повысить качество поверхности отливок из стали.The problem solved by the invention is to improve the non-stick and technological properties of the paint, which can improve the surface quality of castings made of steel.

Технический результат достигается путем создания качественной противопригарной краски для литейных форм и стержней с высокой седиментационной устойчивостью, кроющей способностью, обеспечивающей отсутствие пригара на отливках.The technical result is achieved by creating high-quality non-stick paint for foundry molds and cores with high sedimentation stability, hiding power, ensuring the absence of burning on the castings.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, достигается тем, что противопригарная краска для литейных форм и стержней, содержащая огнеупорный наполнитель в виде отработанного алюмосиликатного катализатора ИМ-2201, связующие неорганического и органического происхождения и воду, согласно изобретению, в качестве неорганического связующего она содержит бентонит, а в качестве органического связующего - декстрин при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result, which provides a solution to the problem, is achieved by the fact that non-stick paint for foundry molds and cores containing a refractory filler in the form of spent aluminosilicate catalyst IM-2201, binders of inorganic and organic origin and water, according to the invention , it contains bentonite as an inorganic binder , and as an organic binder - dextrin in the following ratio of components, wt. %:

Отработанный алюмосиликатный катализатор ИМ-2201Spent aluminosilicate catalyst IM-2201 64,2 - 65,0;64.2 - 65.0; БентонитBentonite 0,70 - 1,00;0.70 - 1.00; ДекстринDextrin 1,65 - 2,00;1.65 - 2.00; ВодаWater ОстальноеRest

Отработанный алюмосиликатный катализатор ИМ-2201 является отходом производства синтетического каучука и имеет следующий состав, мас.%: оксид алюминия Al₂O₃ (70-75); оксид хрома(III) Cr₂O₃ (15-22); оксид железа(III) Fe₂O₃ (0,7-0,8); оксид кальция СаО (0,3-0,4); оксид магния MgO (0,3-0,4); оксид калия K₂O (0,4-0,5); оксид натрия Na₂O (0,4-0,5); оксид кремния(IV) SiO₂ остальное. Наличие в составе катализатора тугоплавкого оксида хрома (III) обеспечивает повышение термической стойкости противопригарного покрытия.The spent aluminosilicate catalyst IM-2201 is a waste product from the production of synthetic rubber and has the following composition, wt.%: Aluminum oxide Al ₂ O ₃ (70-75); chromium oxide (III) Cr ₂ O ₃ (15-22); iron oxide (III) Fe ₂ O ₃ (0.7-0.8); calcium oxide CaO (0.3-0.4); magnesium oxide MgO (0.3-0.4); potassium oxide K ₂ O (0.4-0.5); sodium oxide Na ₂ O (0.4-0.5); silicon oxide (IV) SiO _{2 the} rest. The presence of refractory chromium (III) oxide in the composition of the catalyst provides an increase in the thermal resistance of the non-stick coating.

Продукт обладает высокой огнеупорностью (около 1900°C), нерадиоактивен, не горюч, не токсичен, с неограниченным сроком хранения, прошел экологическую экспертизу и допущен к использованию в качестве огнеупорного наполнителя в противопригарных красках, не дефицитен (Пат. РФ 2689473).The product has high refractoriness (about 1900 ° C), non-radioactive, non-combustible, non-toxic, with an unlimited shelf life, has passed environmental examination and is approved for use as a refractory filler in non-stick paints, is not deficient (US Pat. RF 2689473).

Бентонит – глина, однородный сыпучий порошок от серого до светло-желтого цвета, без запаха и вкуса, слабо гигроскопичный, с водой образует гели. Плотность 2,5 - 2,76 кг/м³, температура плавления 1200°С. Бентонит (ГОСТ 28177-89) в литейном производстве является связующим материалом. Химический состав бентонита, мас. %: SiO₂ – 58,25; Al₂O₃ – 14,27; Fe₂O₃–4,37; MgO – 3,62; Na₂O – 2,25; K₂O – 1,20; CaO – 2,07, в том числе ИМПП – 14,00.Bentonite is clay, a homogeneous free-flowing powder from gray to light yellow, odorless and tasteless, slightly hygroscopic, forms gels with water. Density 2.5 - 2.76 kg / m ³ , melting point 1200 ° C. Bentonite (GOST 28177-89) in the foundry is a binder. The chemical composition of bentonite, wt. %: SiO ₂ - 58.25; Al ₂ O ₃ - 14.27; Fe ₂ O ₃ –4.37; MgO - 3.62; Na ₂ O - 2.25; K ₂ O - 1.20; CaO - 2.07, including UTI - 14.00.

Декстрин – полисахарид, получаемый термической обработкой (200 – 250°С) картофельного или кукурузного крахмала (ГОСТ 6034-74). Молекулы крахмала построены из звеньев - (C₆H₁₀O₅), являющихся остатками молекул глюкозы, потерявших молекулу воды, поэтому состав крахмала выражают общей формулой (C₆H₁₀O₅) _х . Поставляется в твердом состоянии. Является органической составляющей краски и связующим, которое выгорает в процессе взаимодействия с заливаемым металлом и увеличивает газопроницаемость краски.Dextrin is a polysaccharide obtained by heat treatment (200 - 250 ° C) of potato or corn starch (GOST 6034-74). The starch molecules are built from units - (C ₆ H ₁₀ O ₅ ), which are residues of glucose molecules that have lost a water molecule, therefore the composition of starch is expressed by the general formula (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _x . It is delivered in a solid state. It is an organic component of the paint and a binder that burns out in the process of interaction with the poured metal and increases the gas permeability of the paint.

Заявляемый количественный состав противопригарной краски является оптимальным.The claimed quantitative composition of non-stick paint is optimal.

Снижение количества отходов алюмосиликатного катализатора ИМ-2201 ниже 64,2 % ухудшает седиментационную устойчивость краски, обусловленную увеличением количества воды в ней и снижением кроющей способности краски, что приводит к возникновению пригара. Увеличение количества отходов алюмосиликатного катализатора ИМ-2201 свыше 65,0 % снижает седиментационную устойчивость краски из-за повышения вязкости краски и как следствие – снижает кроющую способность с появлением пригара.A decrease in the amount of waste of the aluminosilicate catalyst IM-2201 below 64.2% impairs the sedimentation stability of the paint due to an increase in the amount of water in it and a decrease in the opacity of the paint, which leads to a burnout. An increase in the amount of waste of the aluminosilicate catalyst IM-2201 over 65.0% reduces the sedimentation stability of the paint due to an increase in the viscosity of the paint and, as a result, reduces the hiding power with the appearance of a burn.

Бентонит в количестве менее 0,70 % не обеспечивает необходимой прочности краски, что приведет к снижению кроющей способности, смыванию ее с поверхности формы в процессе ее заливки металлом с последующим появлением пригара на отливке. Увеличение его содержания свыше 1,00 % способствует повышению вязкости краски, затруднению нанесения ее на форму или стержень, снижению седиментационной устойчивости и кроющей способности краски, что также приведет к пригару на отливке.Bentonite in an amount of less than 0.70% does not provide the necessary strength of the paint, which will lead to a decrease in hiding power, washing it off the surface of the mold in the process of pouring it with metal, followed by the appearance of a burn on the casting. An increase in its content in excess of 1.00% contributes to an increase in the viscosity of the paint, to the difficulty of applying it to a mold or a core, to a decrease in the sedimentation stability and hiding power of the paint, which will also lead to a burn on the casting.

Декстрин при содержании менее 1,65 % не обеспечит необходимой вязкости краски и снизит седиментационную устойчивость, что приведет к расслоению ее и снизит кроющую способность краски, что приведет к пригару. При увеличении количества декстрина более чем 2,00 % существенно увеличится вязкость краски, что приведет к затруднению нанесения ее на форму или стержень, кроме того снизит кроющую способность и седиментационную устойчивость.Dextrin at a content of less than 1.65% will not provide the necessary viscosity of the paint and reduce the sedimentation stability, which will lead to its delamination and reduce the opacity of the paint, which will lead to burnout. If the amount of dextrin is increased by more than 2.00%, the viscosity of the paint will increase significantly, which will make it difficult to apply it to a mold or a core, and in addition will reduce the hiding power and sedimentation stability.

Готовят противопригарную краску следующим образом.Prepare non-stick paint as follows.

Предварительно измельченные порошкообразные отходы алюмохромового производства и бентонит (ГОСТ 28177-89) помещают в специальную мешалку, добавляют воду и порошок декстрина. Все указанные компоненты в заявленных количествах перемешивают до получения однородной массы. Измеряют вязкость полученной суспензии по отобранной из нее пробе. Она должна быть в пределах ВЗ-4 = 32,5 – 33,5 (ГОСТ 8420-74). Полученная противопригарная краска обладает высокой седиментационной устойчивостью и кроющей способностью. В последующем краска на поверхность формы или стержня наносится кистью, пульверизатором или путем окунания.Pre-crushed powdery aluminum-chromium production wastes and bentonite (GOST 28177-89) are placed in a special mixer, water and dextrin powder are added. All of these components in the declared amounts are mixed until a homogeneous mass. Measure the viscosity of the resulting suspension from a sample taken from it. It should be within the limits of VZ-4 = 32.5 - 33.5 (GOST 8420-74). The resulting non-stick paint has a high sedimentation stability and hiding power. Subsequently, paint is applied to the surface of the mold or the core with a brush, spray or by dipping.

Для обоснования преимущества заявляемой противопригарной краски по сравнению с краской, взятой за прототип, были проведены опытные испытания. Опытные составы были изготовлены в лабораторных условиях ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». После приготовления составов краски их последовательно наносили на песчано-глинистые формы, в которых получали стальные отливки (плиты) размерами 250 × 150 × 3 мм. Сталь марки 35Л выплавляли в индукционной печи ИСТ 60 с основной футеровкой. После остывания отливки замеряли наличие пригара (от площади отливки) в процентах.To substantiate the advantages of the claimed non-stick paint in comparison with the paint taken as a prototype, pilot tests were carried out. The experimental compounds were manufactured in laboratory conditions of FSBEI HE Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosova. " After preparation of the paint compositions, they were successively applied to sand-clay molds in which steel castings (plates) of 250 × 150 × 3 mm in size were obtained. Steel grade 35L was smelted in an IST 60 induction furnace with a main lining. After cooling the castings, the presence of a burn (of the area of the casting) was measured as a percentage.

Было приготовлено восемь опытных составов противопригарной краски, из которых:Eight pilot formulations of non-stick paint were prepared, of which:

- составы № 1, 2 содержат компоненты в количестве, выходящем за минимальные значения заявляемой краски;- compositions No. 1, 2 contain components in an amount that goes beyond the minimum values of the claimed paint;

- составы № 3, 4, 5 содержат компоненты в количестве, взятом в заявляемом соотношении; - compositions No. 3, 4, 5 contain components in the amount taken in the claimed ratio;

- составы № 6, 7 содержат компоненты в количестве, выходящем за максимальные заявляемые значения;- compositions No. 6, 7 contain components in an amount that goes beyond the maximum declared values;

- состав № 8 – содержание компонентов в прототипе.- composition No. 8 - the content of the components in the prototype.

Опытные составы краски приведены в таблице 1. Качественные характеристики опытных составов краски приведены в таблице 2.The experimental compositions of the paint are shown in table 1. Qualitative characteristics of the experimental compositions of the paint are shown in table 2.

Седиментационную устойчивость противопригарной краски определяли по ГОСТ 10772-78. Вязкость краски определяли вискозиметром ВЗ-4 по ГОСТ 8420-74. Кроющую способность определяли по известной методике: в стакан с краской опускали 10-ти проволочную квадратную сетку с ячейками размерами 1,0 × 1,0 мм. Через 15 с сетку извлекали из стакана и подсчитывали количество заполненных отверстий краской. Отношение этого количества к общему количеству квадратов сетки в процентах позволило определить кроющую способность краски (Патент РФ 2671520).Sedimentation stability of non-stick paint was determined according to GOST 10772-78. The viscosity of the paint was determined with a VZ-4 viscometer according to GOST 8420-74. The hiding power was determined by a known method: a 10-wire square grid with cells 1.0 × 1.0 mm in size was lowered into a glass with paint. After 15 seconds, the mesh was removed from the glass and the number of filled holes in the paint was counted. The ratio of this amount to the total number of grid squares in percent allowed us to determine the opacity of the paint (RF Patent 2671520).

Использовать составы № 1 и № 2 для приготовления краски нецелесообразно, так как это приводит к ухудшению кроющей способности (краска растекалась), на поверхности отливок наблюдался пригар.It is impractical to use compositions No. 1 and No. 2 for the preparation of paint, since this leads to a deterioration in the hiding power (paint was spreading), a burn was observed on the surface of the castings.

У составов № 6 и № 7 наблюдалось снижение седиментационной устойчивости и резкое увеличение плотности, что ухудшило кроющую способность. На поверхности отливок наблюдали пригар, так как повысилась вязкость, что затруднило получение ровного покровного слоя.The compositions No. 6 and No. 7 showed a decrease in sedimentation stability and a sharp increase in density, which worsened the hiding power. A burnout was observed on the surface of the castings, as the viscosity increased, which made it difficult to obtain an even coating layer.

Анализ результатов проведенных исследований показал, что антипригарные и технологические свойства краски в интервале ингредиентов заявленного состава (составы № 3,4,5), по сравнению с прототипом (состав № 8), обеспечивают отсутствие пригара на отливках за счет высокой седиментационной устойчивости (100 %) и хорошей кроющей способности. Кроме того, заявляемая противопригарная краска благодаря оптимальной условной вязкости (32,5-33,5 с.) применима для всех видов форм, в отличие от прототипа (68 с.), имеющего высокую вязкость, что приводит к снижению точности литых заготовок и повышению норм расхода металла на механическую обработку из- за большой толщины покрытия.Analysis of the results of the studies showed that the non-stick and technological properties of the paint in the range of the ingredients of the claimed composition (compositions No. 3,4,5), compared with the prototype (composition No. 8), ensure the absence of burning on the castings due to high sedimentation stability (100% ) and good hiding power. In addition, the inventive non-stick paint due to the optimal conditional viscosity (32.5-33.5 s.) Is applicable for all types of forms, in contrast to the prototype (68 s.), Having a high viscosity, which leads to a decrease in the accuracy of cast billets and increase metal consumption rates for machining due to the large thickness of the coating.

Анализ результатов проведенных исследований показал, что состав заявляемой противопригарной краски, по сравнению с прототипом, даёт улучшенные показатели качества, а именно высокую седиментационную устойчивость (100 %), хорошую кроющую способность. На поверхности отливок практически отсутствовал пригар.Analysis of the results of the studies showed that the composition of the inventive non-stick paint, in comparison with the prototype, gives improved quality indicators, namely high sedimentation stability (100%), good hiding power. On the surface of the castings there was practically no burning.

Таблица 1 Table 1

КраскаPaint Номер
составаroom
composition Опытные составы противопригарной краскиExperienced non-stick paint formulations Отработанный алюмосиликатный катализатор ИМ-2201, %Spent aluminosilicate catalyst IM-2201,% Бентонит, %Bentonite,% Декстрин,
%Dextrin,
% Техничес-
кий
лигно-
сульфонат,
%Technical
cue
ligno
sulfonate
% Формовочная
огнеупорная
глина, %Molding
refractory
clay,% Вода,
%Water,
% Заявляемый составThe inventive composition 11 60,060.0 0,670.67 1,551.55 -- -- 37,7837.78 22 62,062.0 0,550.55 1,601,60 -- -- 35,8535.85 33 64,264,2 0,700.70 1,651.65 -- -- 33,4533.45 44 64,864.8 0,850.85 1,801.80 -- -- 32,5532.55 55 65,065.0 1,001.00 2,002.00 -- -- 32,0032.00 66 67,067.0 1,201.20 2,132.13 -- -- 29,6729.67 77 68,568.5 1,321.32 2,502,50 -- -- 27,6827.68 ПрототипPrototype 88 85,085.0 -- -- 4,004.00 2,002.00 9,009.00

Таблица 2table 2

КраскаPaint Номер составаComposition number Свойства противопригарных красокProperties of non-stick paints Наличие пригара (от площади
отливки), %The presence of a burn (from the area
castings),% Седимента-
ционная
устойчивость,
%Sediment
national
sustainability
% Кроющая
способность,
%Hiding
ability
% Вязкость
ВЗ-4, сViscosity
VZ-4, s Заявляемый составThe inventive composition 11 2,302,30 9494 9393 31,731.7 22 3,103.10 9595 9292 31,531.5 33 0,200.20 100100 100100 32,532,5 44 00 100100 100100 33,033.0 55 00 100100 100100 33,533.5 66 3,533.53 9191 9595 34,234.2 77 3,903.90 9292 9393 35,535.5 ПрототипPrototype 88 0,550.55 9494 9999 68,068.0

Claims (2)

Противопригарная краска для литейных форм и стержней, содержащая огнеупорный наполнитель в виде отработанного алюмосиликатного катализатора ИМ-2201, связующие неорганическое и органическое и воду, отличающаяся тем, что в качестве неорганического связующего она содержит бентонит, а в качестве органического связующего – декстрин, при следующем соотношении компонентов, мас.%:Non-stick paint for foundry molds and cores, containing a refractory filler in the form of spent aluminosilicate catalyst IM-2201, inorganic and organic binders and water, characterized in that it contains bentonite as an inorganic binder, and dextrin as an organic binder, in the following ratio components, wt.%: отработанный алюмосиликатный катализатор ИМ-2201spent aluminosilicate catalyst IM-2201 64,2-65,064.2-65.0 бентонитbentonite 0,70-1,000.70-1.00 декстринdextrin 1,65-2,001.65-2.00 водаwater остальноеrest