SU1156802A1 - Liquid self-hardening mixture for making cores and moulds - Google Patents

Abstract

тЩКАЯ САМОТВЕРДЕЮи1АЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ И ФОРМ преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовлени , включающа  огнеупорный наполнитель, огнеупорную глину, св зующее на основе лигносульфонатов, хромовый ангидрид, пенообразователь и воду, о т л ичающа с  тем,что, с целью повышени  качества стержней и форм за счет повьшени  их прочности на начальном этапе твердени , она дополнительно содержит комплексный электро лит на основе хлорида марганца и карбоната меди при их массовом отношении соответственно MIXED SELF-DURING MIXTURE FOR THE MANUFACTURE OF CASTING RODS AND FORMS, predominantly heated in the process of preparation, including refractory filler, refractory clay, binder based on lignosulfonates, chromic anhydride, frother, and marsh, binder based on lignosulfonates, chromic anhydride, frother and water, and he was not working; and forms due to the increase in their strength at the initial stage of hardening, it additionally contains a complex electrolyte based on manganese chloride and copper carbonate with their mass ratio, respectively

Description

Изобретение относитс  к литейно производству, а именно к составам жидкоподвижных самотвердеющих смесей (ЖСС), используемых дл  изгото лени  стержней и форм чугунного и стального лить  преимущественно эл тропроцессом, заключак цимс  в совмещении смесеприготовлени  с электроподогревом. Известно приготовление гор чих ЖСС в злектросмесител х, что позвол ет сократить продолжительность затвердевани  смесей в оснастке и повысить их прочность на начальном /этапе твердени  1 . Известна также ЖСС дл  изготовлени  литейных стержней и форм, содержаща  огнеупорньй наполнитель огнеупорную глину, св зующее на основе лигносульфонатов, окислитель, хромовый ангидрид, пенообразователь (КЧНР), катализатор (серна  кислота ) и воду 2. Указанна  смесь содержит агрессивный электролит (например, серную или сол ную кислоту), что вызывает коррозию емкостей, трубопроводов, дозирующих устройств и ухудшает санитарно-гигиенические услови  тру да. В составе смеси, кроме агрессивной кислоты, отсутствует дополнительный электролит, что значительно затрудн ет ее использование при эле тропроцессе приготовлени  гор чих ЖСС дл  литейных форм и стержней. Кроме того, указанные кислоты не обеспечивают высокую прочность смес в ранние сроки твердени , так как и вли ние на процесс твердени  смеси происходит не за счет каталитического воздействи  на реакцию гелеобразовани , а за счет снижени  рН смеси. Известна также ЖСС исходного сое тава, в которой агрессивные кислоты заменены хлорной медью р}. Указанна  смесь содержит очень мало электролита (хлорной меди), поэтому удлин етс  врем  приготовле ни  смеси в электросмесителе, не до тигаютс  высока  температура подогрева смеси и скорость твердени . При увеличении длительности перемешивани  смеси ухудшаетс  ее текучесть и живучесть. Кроме того, электролит, выполн ющий одновременн Функцию катализатора, имеет простой состав, что не обеспечивает высокую прочность смеси на сжатие в ранние сроки твердени  и не позвол ет регулироват продолжительность твердени  смеси в широких пределах. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  ЖСС .4 дл  изготовлени  литейных стержней и форм преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовлени ,котора  имеет следующий состав, мас.%: . Огнеупорный наполнитель 89,00 Огнеупорна  глина2,00 Св зующее на основе лигносульфонатов сульфитно-дрожжева  бражка марки КБЖ в пересчете на плотность 1,27 ,67 Пенообразователь КЧНР0,45 Хромовый ангидрид0,32 Отработанный травильный раствор (ОТР) 0,36 Вода3,20. Однако ОТР поставл етс  в виде жидкости плотностью 1,45-1,50 г/см. Содержание полезных дл  смеси веществ (трехвалентного железа в виде FeCU и двухвалентной меди в виде CuClt) в ОТР достигает всего 30%, или, в пересчете на состав смеси, всего 0,108%. Растворимость указанных солей в водных растворах лигносульфонатов относительно низка. Вследствие недостаточного содержани  электролита удлин етс  врем  приготовлени  смеси в электросмесителе , не достигаетс  высока  температура и прочность форм и стержней на начальном этапе твердени . Кроме того, ОТР содержит некоторое количество двухвалентного хлористого железа, которое  вл етс  восстановителем хромового ангидрида, в результате чего часть хромового ангидрида может расходоватьс  на окислительно-восстановительную реакцию с ним. Из-за взаимодействи  двухвалентного железа с хромовым ангидридом, интенсивность 3 которого возрастает с повышением те пературы, при приготовлении смеси нельз  предварительно смешивать их вместе. Кроме того, повышение содер жани  ОТР сопровождаетс  увеличение влажности смеси и снижением ее газопроницаемости . ОТР радиотехнической промышленности  вл ютс  агресси ными по отношению к металлу, вызывают коррозию литейного оборудовани транспортировка их осуществл етс  в специальных емкост х. Целью изобретени   вл етс  повышение качества стержней и форм за счет повьш1ени  их прочности на нача ном этапе твердени . Дл  достижени  поставленной цели ЖСС дл  изготовлени  литейных стер ней и форм преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовлени , включающа  огнеупорный наполнитель , огнеупорную глину, св зующее на основе лигносульфонатов, хромовый ангидрид, пенообразователь и воду, дополнительно содержит комплексный электролит на основе . хлорида марганца и карбоната меди при их массовом отношении соответст венно (1,5-10,0):1 и при следующем соотношении ингредиентов, в мас.%: Огнеупорна  глина 0,60-2,00 Св зующее на основе лигносульфонатов 4,30-5,90 Хромовый ангидрид0,22-0,30 Пенообразователь0 ,30-0,90 Вода2,30-3,20 Комплексный электролит на основе хлорида марганца и карбоната меди 0,20-0,60 Огнеупорный наполнитель Остальное Хлорид марганца ( ) хорошо раствор етс  в лигносульфонатах , растворимость его в в-оде при 20 С в пересчете на безводный хлорид марганца составл ет около А5%. Хлорид марганца широко используетс  в литейных флюсах при рафинирова нии цветных сплавов. В смес х могут использоватьс  также и другие кристаллогидраты хлорида марганца 8024 ( Mncij-2H4o; нпси-н о; и безводный хлорид марганца. Карбонат меди CuCOj имеет невысокую водорастворимость, используетс  при получении химикатов, в смеси выполн ет функцию передатчика кислорода от хромового ангидрида, а также функцию вспенивател . Во врем  приготовлени  смеси в электросмеситепе при протекании электрического тока вследствие омического сопротивлени  смеси последн   нагреваетс . Количество выдел емого .тепла в смеси пр мо пропорционально квадрату силы тока и времени подогрева и выражаетс в соответствии с известным правилом Джоул -Ленца. . При добавлении к смеси электролита при одном и том же источнике , питани  увеличиваетс  сила тока, что приводит к увеличению количества выдел емого тепла и сокращению цикла приготовлени  смеси, при этом смесь прогреваетс  до более высокой температуры . Гор ча  жидка  смесь предрасположена к более интенсивному твердению, так как окислительный потенциал хромового ангидрида зависит от температуры. Кроме того, важно, что при наложении внешнего электрического пол  лигносульфонаты в процессе перемешивани  смеси легко хлорируютс . Карбонат меди (СиСО,), вход щий в комплексный электролит-катализатор под действием внешнего электрического- пол  и кислоты разлагаютс  с выделением СО.. Механизм действи  двух составных частей предложенного комплексного электролита-катализатора на химическое изменение молекул рной структуры сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ) и на процесс ее гелеобразовани  представл етс  следующим образом. Известно, что твердение СДБ происходит в результате образовани  поперечных мостиковых св зей между продольными цеп ми молекул лигносульфонатов. Чем больше в СДБ фенольных групп, особенно пирокатехиновых, тем интенсивнее идет процесс полимеризации лигносульфонатов . При добавке хлоридов и наложении электрического пол  происходит увеличение содержани  фенольных гидроксильных групп за счет деметоксилировани  лигносульфонатов под доздействием поглощенного хлора Вход щий в состав комплексного электролита-катализатора катион меди  вл етс , по-видимому передатчиком ки лорода от хромового ангидрида. В жид кой композиции под каталит 1ческим действием меди, но уже за счет кислорода хромового ангидрида, происходит окисление фенольных гидроксипьны групп (дигидрирование) с образование активных радикалов типа хинонметида легко подвергающихс  полимеризации, в результате чего образуютс  поперечные мостиковые св зи. Медь, по-ви димому, сначала восстанавливаетс  до одновалентного состо ни , а затем снова окисл етс  кислородом хромового ангидрида, как это имеет место при аэробном окислении монои диоксифенолов и родственных им соединений. Таким образом, ингредиен ты комплексного электролита-катализатора выполн ют самосто тельные функции при образовании гел , дополн   друг друга, и только при совмест ном их введении и наложении внешнего электр ического пол  достигаетс  качественно новый и существенньй положительный эффект. Кроме того, в результате разложени  карбоната мед и образовани  пузырьков углекислого газа смесь быстро переходит в жидкое состо ние с повьшенной текучестью . При увеличении в ЖСС содержани  комплексного электролита выше верхн го предела снижаетс  ее текучесть, длительность перемешивани  смеси дл достижени  эффекта перегрева, а так уменьшаетс  абсолютное значение перегрева (в с) и снижаетс  степень хлорировани  лигносульфонатов. Это обсто тельство приводит к сниже;нию прочностных характеристик смеси . Огнеупорным наполнителем смеси  вл етс  кварцевый песок, например 1К02А. Песок должен быть сухим, проThe invention relates to foundry production, namely, the compositions of liquid sliding self-hardening mixtures (CSL) used for the manufacture of cores and forms of cast iron and steel casting mainly by an electrical process, consisting of combining the mixing with electric heating. It is known to prepare hot LSCs in electric mixers, which makes it possible to shorten the duration of hardening of mixtures in a snap and increase their strength at the initial / stage of hardening 1. Also known LHS for the manufacture of casting cores and molds, containing refractory filler refractory clay, a binder based on lignosulfonates, an oxidizing agent, chromic anhydride, a foaming agent (CNFD), a catalyst (sulfuric acid) and water 2. The mixture contains an aggressive electrolyte (for example sulfuric acid). or hydrochloric acid), which causes corrosion of containers, pipelines, metering devices and impairs the sanitary and hygienic conditions of labor. In the composition of the mixture, except for aggressive acid, there is no additional electrolyte, which makes it difficult to use it during the electrical process of preparing hot LSS for casting molds and cores. In addition, these acids do not provide a high strength of the mixture in the early stages of hardening, since the effect on the hardening process of the mixture is not due to the catalytic effect on the gelation reaction, but by reducing the pH of the mixture. Also known is the LSS of the original cobalt, in which aggressive acids are replaced by copper chloride p}. This mixture contains very little electrolyte (copper chloride); therefore, the time of preparation of the mixture in the electric mixer is lengthened, the temperature of heating the mixture and the rate of hardening are not high. With an increase in the duration of stirring the mixture, its fluidity and vitality deteriorate. In addition, the electrolyte that simultaneously performs the function of a catalyst has a simple composition, which does not provide a high compressive strength of the mixture in the early stages of hardening and does not allow the duration of hardening of the mixture to be adjusted within wide limits. Closest to the invention in terms of its technical essence and the achieved result is ZhSS .4 for the manufacture of casting cores and molds with predominantly heated during the mixing process, which has the following composition, in mass%:. Refractory filler 89.00 Refractory clay2.00 Binder based on lignosulfonates sulphite-yeast bastard brand KBBZ in terms of density 1.27, 67 Frother KCHNR0.45 Chromic anhydride0.32 Exhaust etching solution (PRT) 0.36 Water3.20. However, OTP is supplied as a liquid with a density of 1.45-1.50 g / cm. The content of substances useful for the mixture (ferric iron in the form of FeCU and divalent copper in the form of CuClt) in OTP reaches only 30%, or, in terms of the composition of the mixture, only 0.108%. The solubility of these salts in aqueous solutions of lignosulfonates is relatively low. Due to the insufficient electrolyte content, the time of mixture preparation in an electric mixer lengthens, the high temperature and strength of the molds and cores at the initial stage of hardening are not achieved. In addition, OTP contains some amount of divalent ferric chloride, which is a reducing agent for chromic anhydride, as a result of which a portion of chromic anhydride can be consumed for a redox reaction with it. Due to the interaction of bivalent iron with chromic anhydride, the intensity of which increases with increasing temperature, it is impossible to mix them together during the preparation of the mixture. In addition, an increase in the OTP content is accompanied by an increase in the moisture content of the mixture and a decrease in its gas permeability. OTR of the radio engineering industry are aggressive towards metal, cause corrosion of foundry equipment. Their transportation is carried out in special containers. The aim of the invention is to improve the quality of the rods and shapes by increasing their strength at the initial stage of hardening. To achieve the goal, the LCS for the manufacture of casting rods and molds is predominantly heated during the mixing process, including a refractory filler, refractory clay, a lignosulfonate-based binder, chromic anhydride, a foaming agent, and water, further comprises a complex electrolyte based on manganese chloride and copper carbonate with their mass ratio, respectively (1.5-10.0): 1 and with the following ratio of ingredients, in wt.%: Refractory clay 0.60-2.00 Binder based on lignosulfonates 4.30 -5.90 Chromic anhydride 0.22-0.30 Foamer0, 30-0.90 Water2.30-3.20 Compound electrolyte based on manganese chloride and carbonate of copper 0.20-0.60 Refractory filler Rest Manganese chloride () good dissolves in lignosulfonates, its solubility in hydrogen at 20 ° C in terms of anhydrous manganese chloride is about A5%. Manganese chloride is widely used in casting fluxes in the refining of non-ferrous alloys. Other crystallohydrates of manganese chloride 8024 (Mncij-2H4o; npsine; and anhydrous manganese chloride can be used in mixtures. The copper carbonate CuCOj has low solubility, is used in the preparation of chemicals, in the mixture serves as an oxygen transmitter from chromic anhydride, as well as the foaming agent function. During the preparation of the mixture in an electric mixer with the flow of electric current due to the ohmic resistance of the mixture, the latter heats up. The amount of heat released in the mixture is directly proportional to quad The current strength and heating time is expressed in accordance with the well-known Joule-Lenz rule. When an electrolyte is added to a mixture with the same power supply, the current increases, resulting in an increase in the amount of heat generated and a shortening of the mixture preparation cycle. This mixture warms up to a higher temperature. The hot liquid mixture is prone to more intensive hardening, since the oxidizing potential of chromic anhydride depends on temperature. In addition, it is important that when an external electric field is applied, the lignosulphonates during the mixing process easily chlorinate. Copper carbonate (SiSO), which is included in the complex electrolyte-catalyst under the action of an external electric field and acid, decomposes with the release of CO. The mechanism of the action of the two components of the proposed complex electrolyte-catalyst on the chemical change in the molecular structure of the sulfite yeast brew ) and on the process of its gelation is represented as follows. It is known that the hardening of MDB occurs as a result of the formation of cross bridges between the longitudinal chains of the lignosulfonate molecules. The more phenolic groups in the DBS, especially the pyrocatechol groups, the more intensive the process of polymerization of lignosulfonates. The addition of chlorides and the imposition of an electric field leads to an increase in the content of phenolic hydroxyl groups due to the demethoxylation of lignosulfonates under the influence of absorbed chlorine. The copper cation that is part of the complex electrolyte catalyst is apparently a transmitter of hydrogen from chromic anhydride. In the liquid composition, under the catalytic action of copper, but already due to chromic anhydride oxygen, phenolic hydroxy groups are oxidized (dihydrogenated) to form quinone methide-type active radicals that are easily polymerized, which results in cross-linking. Copper, apparently, is first reduced to a monovalent state, and then re-oxidized with chromic anhydride oxygen, as is the case with the aerobic oxidation of mono-dioxyphenols and their related compounds. Thus, the ingredients of the complex electrolyte-catalyst perform independent functions in the formation of a gel, complement each other, and only with their joint introduction and the imposition of an external electric field a qualitatively new and significant positive effect is achieved. In addition, as a result of the decomposition of honey carbonate and the formation of carbon dioxide bubbles, the mixture quickly turns into a liquid state with increased flowability. When the content of the complex electrolyte increases above the upper limit in the LSS, its fluidity decreases, the duration of mixing the mixture to achieve the effect of overheating, and the absolute value of the superheat decreases (in s) and the degree of chlorination of lignosulfonates decreases. This circumstance leads to a decrease in the strength characteristics of the mixture. The refractory filler of the mixture is quartz sand, for example 1Q02A. The sand must be dry, pro

Таблица 1 26 се нным.Огнеупорна  глина примен етс  в порошкообразном состо нии. Лигносульфонатное св зующее, например СДБ, примен етс  с предпочти тельной плотностью 1,24-1,2 г/см. Пенообразователем могут служить технические продукты КЧНР, ДС-РАС, контакт Петрова, сульфонол и др. В качестве окислител  используетс  хромовый ангидрид. Приготовление смеси осуществл етс  в смесител х, снабженных системой электроподогрева. Составл ющие ввод тс  в следующей последовательности: наполнитель, затем огнеупорна  глина, Лигносульфонатное св зующее с добавкой воды и пенообразовател , после чего комплексный электролит отвердитель - хромовый . ангидрид. Предлагаема  смесь может примен тьс  не только в виде ЖСС, но и в пластичном состо нии. В последнем варианте уменьшаетс  или исключаетс  содержание пенообразовател  и снижаетс  содержание воды. В Табл. 1 приведены составы предлагаемых смесей 1-3 и известной 4, в табл. 2 - характеристики параметров смесеприготовлени  и свойства ЖСС. Как видно из данных табл. 1 и 2, введение комплексного электролита-катализатора позвол ет сократить продолжительность обработки смеси электротоком в три раза, повысить температуру смеси в 1,7 раза и тем самым уменьшить энергозатраты на ее приготовление, а также сократить врем  твердени  и повысить прочность в ранние сроки твердени  в 1,9-2,7 раза . Экономический эффект за счет сокращени  цикла изготовлени  стержней , увеличени  оборачиваемости модельно-опочной оснастки, сокращени  ее комплектов, уменьшени  бо  стержней составит не менее 1 руб./т лить .TABLE 1 26 FOR HERN. Refractory clay is applied in powder form. Lignosulfonate binder, e.g., RRM, is used with a preferred density of 1.24-1.2 g / cm. Technical agents KCHNR, DS-PAC, Petrov contact, sulfonic acid, etc. can serve as a frother. Chromic anhydride is used as an oxidizing agent. The preparation of the mixture is carried out in mixers equipped with an electric heating system. The components are introduced in the following sequence: a filler, then refractory clay, a lignosulfonate binder with an addition of water and a blowing agent, after which the complex electrolyte hardener is chromic. anhydride. The proposed mixture can be used not only in the form of LSC, but also in a plastic state. In the latter embodiment, the frother content is reduced or eliminated and the water content is reduced. Tab. 1 shows the compositions of the proposed mixtures 1-3 and known 4, in table. 2 shows the characteristics of the mixing parameters and the properties of the LSC. As can be seen from the data table. 1 and 2, the introduction of a complex electrolyte-catalyst reduces the duration of treating a mixture with electric current by three times, raises the temperature of the mixture by 1.7 times and thereby reduces the energy consumption for its preparation, as well as shortens the hardening time and increases strength in the early stages of hardening. 1.9-2.7 times. The economic effect due to the reduction in the cycle of manufacturing rods, increasing the turnover of the model-snap tooling, reducing its sets, reducing the rods to at least 1 ruble / ton of casting.

8 eight

1J 56802 Продолжение табл. J1J 56802 Continued table. J

Лигносульфонатное св зующее плотностью 1,27 г/смLignosulfonate binder with a density of 1.27 g / cm

Хромовый ангидрид ОТРChromic anhydride OTP

Комплексный электролит-катализатор : Хлорид марганца (в пересчете наComplex Electrolyte Catalyst: Manganese Chloride (in terms of

Врем  перемешивани  воздействием электрMixing time

Температура ЖСС на выпуске, СTemperature of CSH on release, С

Текучесть по конусу СтройЦНИЛ, ммFlow cone StroyTsNIL, mm

Прочность на сжатие кгс/см, черезCompressive strength kgf / cm, through

0,3 ч0.3 h

3ч3h

24 ч24 h

Газопроницаемость, ед. черезGas permeability, units through

1ч1h

4,67 4.67

5,90 С,32 0,30 0,365.90 C, 32 0.30 0.36

Таблица 2table 2

6060

180180

6060

5050

3232

30thirty

100100

8080

110110

1,11.1

2 5,02 5,0

7.07.0

120120

115115

100100

f f

Характеоистшса   свойства ЖСС 2ч130 110 2 ч140 130 Characteristics of the properties of the ZhSS 2ch130 110 2 ch140 130

Показатели,свойств дл  смесейIndicators, properties for mixtures

:Ei:ii:zin 120 140 130 150: Ei: ii: zin 120 140 130 150

Claims (2)

ЖИДКАЯ САМОТВЕРДЕЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ СТЕРЖНЕЙ ' И ФОРМ преимущественно с подогревом в процессе смесеприготовления, включающая огнеупорный наполнитель, огнеупорную глину, связующее на основе лигносульфонатов, хромовый ангидрид, пенообразователь и воду, о т л и*чающаяся тем,что, с целью повышения качества стержней и форм за счет повышения их прочности на начальном этапе твердения, она дополнительно содержит комплексный электро лит на основе хлорида марганца и карбоната меди при их массовом отношении соответственно (1,5-10,0):1 и при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Огнеупорная глина Связующее на основе лигносульфонатов Хромовый ангидрид Пенообразователь Вода Комплексный электролит на основе хлорида марганца и карбоната меди Огнеупорный наполнительLIQUID SELF-CURING MIXTURE FOR THE PRODUCTION OF CASTING RODS 'AND FORMS mainly with heating during the mixture preparation process, including refractory filler, refractory clay, a binder based on lignosulfonates, chromic anhydride, foaming agent and water, so that rods and shapes by increasing their strength at the initial stage of hardening, it additionally contains a complex electrolyte based on manganese chloride and copper carbonate with their mass ratio, respectively (1.5-10.0) : 1 and with the following ratio of ingredients, wt.%: Refractory clay Lignosulfonate-based binder Chromic anhydride Foaming agent Water Complex electrolyte based on manganese chloride and copper carbonate Refractory filler 0,60-2,000.60-2.00 4.30- 5,904.30-5.90 0,22-0,300.22-0.30 0,30-0,900.30-0.90 2.30- 3,202.30-3.20 0,20-0,600.20-0.60 ОстальноеRest SU „ 1156802SU „1156802