Результат интеллектуальной деятельности: Теплоизоляционная смесь для утепления прибылей отливок

Изобретение относится к литейному производству, в частности к смесям, используемым для теплоизоляции прибылей отливок из черных и цветных металлов.

Известна теплоизоляционная смесь для утепления прибылей отливок (RU 2455108, B22D27/06, 2012.07.10), включающая магнийалюмофосфатное связующее, трепел, торф низкой степени разложения, кварцевый песок. Недостатком этой смеси является сложность и трудоемкость приготовления торфа низкой степени разложения, определенные условия его хранения и высокая ее стоимость. Содержание торфа в составе теплоизоляционной смеси снижает ее прочностные характеристики, увеличивает осыпаемость и ухудшает формуемость.

Наиболее близкой (прототип) к предлагаемому изобретению является теплоизоляционная смесь для утепления прибылей отливок, содержащая алюмохромфосфатное связующее, трепел, эковату, маршалит и карцевый песок (RU 2614481, В22D 27/06, 2017.03.28). Однако смесь указанного состава имеет недостаточные прочностные характеристики, теплоизоляционные свойства, формуемость и высокую осыпаемость.

Целью изобретения является создание теплоизоляционной смеси для утепления прибылей отливок с улучшенными физико-механическими свойствами.

Технический результат заявляемого изобретения увеличение физико-механических и эксплуатационных характеристик теплоизоляционной смеси для утепления прибылей отливок.

Технический результат достигается тем, что заявляемая теплоизоляционная смесь для утепления прибылей отливок, включающая алюмохромфосфатное связующее, трепел, эковату, и кварцевый песок, дополнительно содержит борат гексаметилентетрамина, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Отличием заявляемого решения от известного является использование бората гексаметилентетрамина состава 6H₃ВО₃⋅С₆Н₁₂N₄ и соотношением компонентов известного состава, что позволяет повысить прочностные характеристики, теплоизоляционные свойства, уменьшить осыпаемость и улучшить формуемость теплоизоляционной смеси для приготовления теплоизоляционных оболочек, применяемых для утепления прибылей отливок.

Образование данного соединения установлено изучением системы борная кислота - гексаметилентетрамин - вода методами физико-химического анализа (Скворцов, В.Г. Система Н₃ВО₃ - C₆H₁₂N₄ - Н₂О при 30°С / В.Г. Скворцов, Р.С. Цеханский, А.К. Молодкин, О.В. Петрова, В.М. Акимов// Журн. неорган, химии. - 1979. - Т. 24. - Вып. 6. - С. 1695-1699). Борат гексаметилентетрамина состава 6H₃ВО₃⋅С₆Н₁₂N₄ получали следующим образом. В реакционную колбу емкостью 500 мл наливали 300 мл дистиллированной воды и растворяли в ней 18,6 г (0,3 моля) борной кислоты и 7,0 г (0,05 моля) гексаметилентетрамина. Смесь непрерывно перемешивали в течение 4 часов при температуре 50°С (температура поддерживалась в термостате с точностью ±0,1°С) после чего раствор переносили в кристаллизатор для изотермического испарения. Выход продукта - 22,8 г, что составляет 89,1%. Химический анализ показал, что борат гексаметилентетрамин состава 6H₃ВО₃⋅С₆Н₁₂N₄ содержит, %: В - 12,74; N - 11,02. Для кристаллов синтезированного соединения определяли показатель преломления иммерсионным методом на поляризационном микроскопе МИН-8, который равен 1601; плотность равна - 1,304 г/см³ молекулярный объем - 392,64 см³/моль; удельный объем -0,76 см³/г.

Теплоизоляционную смесь готовят следующим образом: эковату в количестве 4-8 мас. % смешивают с 20-30 мас. % предварительно приготовленного 8-10%-ного водного раствора бората гексаметилентетрамина, добавляют трепел и кварцевый песок в указанных по изобретению количествах. Далее составляющие перемешивают 2-3 минуты, добавляют алюмохромфосфатное связующее и продолжают перемешивание до образования однородной массы. Готовые оболочки извлекают из ящика и сушат в печи при температуре 150-200°С в течение 20-40 минут, в зависимости от толщины теплоизоляционного слоя оболочки.

Для приготовления смеси использовали следующие материалы: алюмохромфосфатное связующее (ТУ 6-18-166-83); борную кислоту (ГОСТ 18704-78); гексаметилентетрамин (ГОСТ 1381-73); трепел Первомайского месторождения Алатырского района Чувашской Республики содержит, масс. %: оксиды кремния 60,3-72,5; железа 2,8-4,2; алюминия 8,4-10,1; кальция 2,6-12,3; магния 0,9-1,3; натрия 0,18-0,29; калия 1,4-1,5; эковата (ТУ 5761-028-0295614-94); кварцевый песок (ГОСТ 2138-91).

Составы прототипа и заявляемых теплоизоляционных смесей приведены в табл. 1

Для составов теплоизоляционных смесей были определены следующие характеристики: прочность на растяжение в сухом состоянии, прочность на сжатие в сыром состоянии, коэффициент теплопроводности при 1300°С и осыпаемость.

Определение предела прочности теплоизоляционных смесей на растяжение проводили на сухих образцах, имеющих форму восьмерки и готовили в стержневых ящиках модели 037М. Для этого смесь насыпают в стержневой ящик, на нее помещают трамбовочную головку массой (750±10) г и устанавливают под лабораторный копер. Смесь уплотняют троекратным ударом груза, падающего с высоты (50±0,25) мм. Прочность на растяжение на образцах - «восьмерках» измеряли после их 1-ч нагрева при 180°С и последующего охлаждения на воздухе (ГОСТ 23409.7-78).

Для определения предела прочности на сжатие в сыром состоянии теплоизоляционных смесей изготавливались стандартные цилиндрические образцы следующим образом. Приготовленные теплоизоляционные смеси загружают в лабораторные бегуны и перемешивают в течение 8 мин. После чего смесь выгружают из бегуна и цилиндрические образцы изготавливают на лабораторном копре. Испытание прочности на сжатие образцов проводят на приборе для определения прочности смеси при сжатии во влажном состоянии и на котором фиксируются значения прочности смеси.

Исследования по изучению влияния борат гексаметилентетрамина на теплопроводность оболочек прибылей при изготовлении стальных отливок проводили следующим образом. Изготавливали оболочки из теплоизоляционных смесей, в опоку устанавливались термопары на расстоянии 8,15, 25 мм от рабочей полости оболочки- прибылей после заливки и на потенциометре записывались кривые изменения температуры в различных слоях формы с течением времени.

Для проведения испытаний на осыпаемость теплоизоляционных смесей готовили образцы по ГОСТ 23409.6-78. Образец взвешивают и помещают в центральную часть барабана прибора для определения осыпаемости, который обеспечивает вращение барабана диаметром 110 мм в горизонтальной плоскости с частотой вращения (60±5) об/мин. Вращение сырых образцов проводили в течение 30 с, испытания проводили на трех образцах. Осыпаемость (X) в процентах вычисляли по формуле:

где m - масса образца до испытания, г; m₁ - масса образца после испытания, г. За результат испытания принимали среднее арифметическое результатов трех параллельных испытаний.

Формуемость смесей испытывали по ГОСТ 23409.15-78.

Результаты исследования физико-механических свойств приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 видно, что заявляемые составы 1, 2 и 3 теплоизоляционной смеси для утепления прибылей отливок имеют улучшенные физико-механические свойства по сравнению с составом прототипа. Наилучшие показатели получены у заявляемого состава 3, прочность смеси при растяжении которого, по сравнению с составом прототипа, увеличивается в 1,6 раза, прочность на сжатие в сыром состоянии - в 1,5 раза, а термоизоляционные свойства - в 1,4 раза. Полученные данные по осыпаемости смесей находятся в зависимости от прочности смесей при сжатии. Чем ниже прочность смеси, тем выше осыпаемость, поэтому наименьшая осыпаемость наблюдается в заявляемом составе 3 и составляет 1,2%. Формуемость смеси также улучшается в 1,2 раза.