Masa formierska Przedmiotem wynalazku jest masa formierska, w

POLSKA
RZECZPOSPOLITA
LUDOWA
OPIS PATENTOWY
Patent dodatkowy
Int. Cl.4 B22C 1/12
do patentu nr
Zgłoszono:
138225
84 08 13 (P.249175)
CL \• . tLNlA
Pierwszeństwo
Ur.:qdu Patentowego
URZĄD
PATENTOWY
PRL
Zgłoszenie ogłoszono:
85 06 18
Opis patentowy opublikowano:
90 04 30
Twórcywynalazku: Stanisław Korpała, Zbigniew Stefański, Henryk Wąsowicz,
Zbigniew Górny, Marek Kwiatkowski, Stanisław Ząbek
Uprawniony z patentu : Instytut Odlewnictwa,
Kraków (Polska)
Masa formierska
Przedmiotem wynalazku jest masa formierska, w której spoiwem jest szkło wodne, glina, a
zwłaszcza bentonit, zawierająca w swym składzie dodatek węgla stosowany w celu poprawyjakości
powierzchni odlewów.
Obecnie stosowane w odlewnictwie masy formierskie znane między innymi z publikacji E.
Janicki, W. Sakwa „Materiały formierskie, właściwości i zastosowanie" W-wa 1965, L. Lewandow¬
ski „Materiały formierskie" W-wa 1971, zawierają jako podstawowe składniki oprócz piasku takie
materiały jak:bentonit spełniający rolę spoiwa, pył węglowy dodawany w celu poprawy jakości
powierzchni odlewów oraz woda.
Znany z polskiego opisu patentowego nr 41 118 odlewniczy pył węglowy jest materiałem o
bardzo drobnym uziarnieniu, zawiera około 80% frakcji o ziarnistości poniżej 0,1 mm i tylko około
20% frakcji o ziarnistości od 0,1 mm, jest więc materiałem pylistym, a w związku z tym również
pylącym.
Pylista postać węgla uważana była dotychczas za korzystniejszą dla celów odlewniczych ze
względu na wymaganą jakość powierzchni odlewów, jednakże jak wynika z badań oraz z praktyki
przemysłowej postać ta jest powodem licznych wad technologicznych masy formierskiej, a także
pogorszenia warunków BHP w odlewni. Postać taka jest szczególnie niekorzystna w nowoprowadzonych procesach tecchnologicznych, w technologii formowania pod wysokimi naciskami to
znaczy przy prasowaniu form naciskami 0,6 do 2MPa. W technologi tej od mas formierskich
wymaga się szczególnie wysokiej przepuszczalności i płynności, parametry te decydują o jakości
otrzymywanych odlewów.
W wyniku obniżenia przepuszczalności powstają w odlewie takie wadyjak nakłucia i pęcherze
gazowe dyskwalifikujące odlew, dlatego też w celu zawiększenia przepuszczalności formy odlewni¬
czej stosuje się dodatkową operację technologiczną polegającą na nawiercaniu formy. Obniżenie
płynności jest z kolei powodem nierównomiernego zagęszczania masy formierskiej i również
wpływa na pogorszenie jakości powierzchni odlewów.
Kolejną wadą odlewniczego pyłu węglowego wynikającą z jego postaci jest pogorszenie
warunków bezpieczeństwa i higieny pracy w odlewniach. Pył węglowy stwarza zagrożenie wybu¬
chowe w czasie jego produkcji i niebezpieczeństwo samozapłonu w czasie jego transportu i
składowania. Pogorszeniu ulegają również warunki pracy w zakładzie w wyniku zapylenia, co
pociąga za sobą konieczność rozbudowania instalacji odpylającej odlewni i związane z tym koszty.
2
138 225
Celem wynalazku jest opracowanie masy formierskiej głównie do stosowania w technologii
formowania pod wysokimi naciskami, której parametry fizyko-chemiczne pozwalałyby na elimi¬
nację wymienionych uciążliwości, zapewniając jednocześnie poprawę jakości powierzchni
odlewów.
Masa formierska według wynalazku zawierająca dodatek węglowy stanowiący rozdrobniony
węgiel, którego ziarnistość zbliżona jest do ziarnistości drobnego piasku kwarcowego wchodzą¬
cego w skład masy spełnia te wymagania. Masa formierska według wynalazku zawiera dodatek
węglowy o zawartości około 30% części lotnych, poniżej 5% popiołu, poniżej 0,8% siarki i poniżej
5% wilgoci całkowitej, a jego ziarnistość jest następująca: poniżej 5% ziarn o wielkości powyżej
0,63 mm, 40-70% ziarn o wielkości powyżej 0,32 mm, 20-50% ziarn o wielkości powyżej 0,1 mm i
poniżej 5% ziarn o wielkości poniżej 0,1 mm. Spiekalność dodatku węglowego według liczby Rogi
wynosi ponad 20, a ciśnienie rozprężenia przekracza 0,005 MPa. Masa zawiera ponadto 100 części
wagowych piasku kwarcowego 1-12 części wagowych bentonitu lub 1-6 części wagowych szkła
wodnego lub 10-20 części wagowych mułu pokopalnianego lub innej gliny ewentualnie w mieszani¬
nie oraz 1-5 części wagowych wody.
Skład masy według wynalazku:
Przykład I.
100 części wagowych - piasek kwarcowy
- szkło wodne
3 części wagowe
- rozdrobniony węgiel zawierający
4 części wagowe
3% ziarn o wielkości powyżej 0,63 mm,
64% ziarn o wielkości powyżej 0,32 mm,
30% ziarn o wielkości powyżej 0,10 mm,
3% ziarn o wielkości poniżej 0,10 mm,
o zawartości 30% części lotnych,
poniżej 5% popiołu, o spiekalności
według liczby Rogi powyżej 20 i ciś¬
nieniu rozprężania powyżej 0,005 MPa.
Przykład II.
100 części wagowych - piasek kwarcowy
7 części wagowych - bentonit
3,5 części wagowych - woda
4 części wagowe
- rozdrobniony węgiel zawierający
4,5% ziarn o wielkości powyżej 0,63 mm,
60% ziarn o wielkości powyżej 0,32 mm,
31% ziarn o wielkości powyżej 0,10 mm,
4,5% ziarn o wielkości poniżej 0,10 mm,
o zawartości 30% części lotnych, poniżej 5%
popiołu, o spiekalności według liczby
Rogi powyżej 15 i ciśnieniu rozpręża¬
nia powyżej 0,005 MPa.
138 225
3
Przykład III.
100
2
5
2
4
części
części
części
części
części
wagowych
wagowe
wagowych
wagowe
wagowe
piasek kwarcowy
szkło wodne
bentonit
woda
rozdrobniony węgiel zawierający
2,5% ziarn o wielkości powyżej 0,63 mm,
65% ziarn o wielkości powyżej 0,32 mm,
30% ziarn o wielkości powyżej 0,10 mm,
2,5% ziarn o wielkości poniżej 0,10 mm,
o zawartości 30% części lotnych, poniżej
5% popiołu, o spiekalności według
liczby Rogi powyżej 20 i ciśnieniu
rozprężania powyżej 0,005 MPa.
Doświadczenia wykazały, że masa formierska z dodatkiem węglowym ma lepszą płynność i
zwiększoną dwukrotnie przepuszczalność masy, dzięki czemu eliminuje konieczność nawiercania
formy. Zdecydowanej poprawie ulegają warunki BHP, zmniejsza się zapylenie odlewni i zagrożenie
wybuchowe, co jest wynikiem większego uziarnienia dodatku węglowego.
Ponadto doświadczenia wykazały nieoczekiwanie, że jakość powierzchni odlewówjest o wiele
wyższa niż przy stosowaniu pyłu węglowego, i że zmniejszyła się ilość braków. Ilość braków
zmniejsza się średnio o około 5% w skali krajowej, dzięki poprawie jakości powierzchni odlewów
możliwym jest zmniejszenie ilości dodatku w masie formierskiej o około 20%. Poprawa jakości
powierzchni odlewów pozwala na zmniejszenie pracochłonności oczyszczania odlewów żeliwnych
o około 15%. To nieoczekiwanie korzystne zachowanie się dodatku do mas formierskich należy
przypisać zarówno jego ściśle określonemu uziarnieniu zbliżonemu do drobnego piasku formier¬
skiego oraz odpowiednio dobranego w wyniku badań właściwościom fizyko-chemicznym węgla
stosowanego do wykonania dodatku. Ziarnistość większa niż ziarnistość odlewniczego pyłu węglo¬
wego spowodowała zmniejszenie powierzchni właściwej ziarn, co z kolei pozwoliło na obniżenie
stosunku wodno-glinowego, a więc na zmniejszenie zawartości wody w masie formierskiej o około
0,3-0,6%. Jest to jedną z podstawowych przyczyn zmniejszenia ilości braków oraz uzyskania
nieoczekiwanej poprawy jakości i powierzchni odlewów.
Jak wynika z przeprowadzonych badań również szczególne znaczenie odgrywa tutaj ciśnienie
rozprężenia węgla oraz spiekalność, którym to własnościom nie przypisywano dotychczas zbyt
dużego znaczenia. Poprawa jakości powierzchni odlewów następuje również w wyniku mniejszej
skłonności do utleniania się dodatku spowodowanej jego większym uziarnieniem. Kolejną niespo¬
dziewaną korzyścią wynikającą ze stosowania masy według wynalazku jest skrócenie cyklu techno¬
logicznego w porównaniu do cyklu wykonywania mas z odlewniczym pyłem węglowym. Następuje
to w wyniku łatwiejszego mieszania się składników masy formierskiej o podobnej ziarnistości.
Pozwala to na zwiększenie wydajności stacji przerobu mas formierskich oraz na uzyskanie mas
bardziej jednorodnych, lepiej przygotowanych.
Zastrzeżenie patentowe
Masa formierska zawierająca w swym składzie 100 części wagowych piasku kwarcowego, 1-12
części wagowych bentonitu lub 1-6 części wagowych szkła wodnego lub 10-20 części wagowych
mułu pokopalnianego lub innej gliny lub mieszaniny tych lepiszcz oraz 1-5 części wagowych wody
oraz dodatek węgla, znamienna tym, że jako dodatek węglowy zawiera mieszaninę węgla poniżej
5% ziarn o wielkości powyżej 0,63 mm, 40-70% ziarn o wielkości powyżej 0,32 mm, 20-50% ziarn o
wielkości powyżej 0,10 mm, poniżej 5% ziarn o wielkości poniżej 0,10 mm, o zawartości 30%
cząsteczek lotnych, poniżej 5% popiołu, 0,8% siarki i 5% wilgoci całkowitej, i że jej spiekalność
według liczby Rogi jest większa niż 20, a ciśnienie rozprężania jest większe niż 0,005 MPa.