samoutwardzalna masa formierska i rdzeniowa. - Patenty

POLSKA
RZECZPOSPOLITA
OPIS PATENTOWY 133064
LUDOWA
&M
«1P»
i
Patent dodatkowy
do patentu
Zgłoszono: 8i oi o?
/p. 229 085/
1 -'""
InL Cl?
Pierwszeństwo:
U8ZAD
PATENTOWY
—-——1
rćirftLN»M
Zgłoszenie ogłoszono:
B22C L/20
82 07 19
n n i
PRL
Opis patentowy opublikowano: 1986 10 31
Twórcy wynalazku: Małgorzata Turkiewicz. Tadeusz Olszowski, Andrzej Baliński,
Małgorzata Budziaszek
Uprawniony z patentu: Instytut Odlewnictwa, Kraków /Polska/
SAMOUTWARDZALNA MASA
FORMIERSKA I
RDZENIOWA
Przedmiotem wynalazku jest samoutwardzalna masa formierska i
rdzeniowa.
Znana z polskiego opisu patentowego nr 62 386 ciekła masa samoutwardzalna składa się
z piasku kwarcowego, pyłu węglowego, szkła wodnego, wody, soli sodowej, kwasu butymoneftalowego i pyłu samorozpadowego. Znana z polskiego opisu patentowego nr 62 637 sypka
masa samoutwardzalna składa się z piasku kwarcowego, bentonitu,
pyłu węglowego, szkła
wodnego, wody i pyłu samorozpadowego. Znana z polskiego opisu patentowego nr 94 904 masa
formierska i rdzeniowa zawiera piasek kwarcowy, szkło wodne, krzemian dwuwapniowy, wodę
i suchy ług posiarczynowy. Znana z polskiego opisu patentowego nr 104 247 masa częściowo
rozpuszczalna składa się z piasku kwarcowego, węglanów metali alkalicznych, spoiwa hydrofilowego, wody i wodorotlenków metali alkalicznych.
Znane masy formierskie i rdzeniowe posiadają, szereg wad, z których najważniejszymi sę:
trudna i bardzo pracochłonna wybijalność masy, zbyt duża wrażliwość masy na zmianę tempe¬
ratury otoczenia oraz zbyt krótka żywotność.
Celem wynalazku jest opracowanie składu masy formierskiej i rdzeniowej, która charak¬
teryzowałaby się dobre wybijalnościę, właściwym czasem utwardzania możliwym do regulacji
w szerokim zakresie, w zależności od potrzeb technologicznych oraz wydłużonym okresem ży¬
wotności. Ponadto masa powinna posiadać duże odporność na wahania temperatury otoczenia,
winna być nlehlgroskopijna oraz posiadać konsystencję lepkoplastycznę.
Przeprowadzone próby wykazały, że powyższe warunki spełnia masa według wynalazku.
W masie samoutwardzalnej według wynalazku utwardzaczem jest pył samorozpadowy, a spoiwem
Jest ług posiarczynowy o gęstości od 1,1 do 1,3 kg/dcm i zawartości suchej substancji
powyżej 35 % wagowych. Szeroki zakres regulacji czasu utwardzania zapewnia dodatek wodo¬
rotlenku lub tlenku wapnia, a podwyższenie własności wytrzymałościowych masy uzyskano do¬
da j ęc siarczany lub chlorki wapnia, żelaza, potasu, magnezu, glinu lub litu. Zawartość
2
133 064
pyłu samorozpadowego w masie wynosi 2,9 - 9,5 % wagowych, ługu posiarczynowego 2,0 -
6,0 % wagowych, wodorotlenku lub tlenku wapnia 0,1 - 0,5 % wagowych, a zawartość siar¬
czanów lub chlorków wapnia, żelaza, potasu, magnezu, glinu lub litu wynosi do 5 % wago¬
wych.
Nieoczywistość rozwiązania według wynalazku polega na równoczesnym zastosowaniu
w masie pyłu samorozpadowego, ługu posiarczynowego o gęstości 1,1 - 1,3 kg/dcm
wartości suchej
laza,
i za¬
substancji powyżej 35 % wagowych i siarczanów lub chlorków wapnia, że¬
potasu, magnezu, glinu lub litu oraz wodorotlenku lub tlenku wapnia. Siarczany
i chlorki wymienionych metali były stosowane w masach formierskich, ale nigdy w masach
zawierajęcych jednocześnie ług posiarczynowy. We wszystkich rozwiązaniach pył samorozpadowy spełnia rolę utwardzacza, przy czym w rozwiązaniach znanych pył samorozpadowy
działa na zasadzie dehydratyzecji szkła wodnego tworzęc uwodnione gliniany i krzemiany
wapnia. Szkło wodne jest spoiwem nieorganicznym o odczynie zasadowym.
W masie znanej z opisu patentowego nr 104 347 spoiwem jest wodorotlenek metalu al¬
kalicznego, a utwardzaczem jeet węglan sodu wprowadzony do masy lub wytworzony w wyniku
przedmuchiwania masy gazowym dwutlenkiem węgla.
Stosowany w masie znanej z opisu patentowego nr 94 904 ług posiarczynowy spełnia
rolę rozluźniacza, przy czym używany Jest w postaci sypkiej, po zobojętnieniu amonia¬
kiem i wysuszeniu. Utwardzany jest
pyłem samorozpadowym.
W masie według wynalazku pył samorozpadowy wchodzi w reakcję z ługiem posiarczyno¬
wym zawierajęcym wodę i spełniajęcym rolę spoiwa, a nie rozluźniacza. Jest to spoiwo
organiczne o charakterze wybitnie kwaśnym. Zobojętniony ług posiarczynowy w postaci
suchej ma inne właściwości i odmienne działanie. Działanie pyłu samorozpadowego jest
również odmienne.
Pył samorozpadowy stanowiący półprodukt przy produkcji tlenku glinu metodę zasado-
wo-spiekowę otrzymuje się przez spiekanie w temperaturze 1300°C mieszaniny surowcowej
z kamienia wapiennego zawierajęcego około 54 % tlenku wapnia oraz łupku ogniotrwałego
lub innego surowca glinonośnego zawierajęcego od 27 do 30 % tlenku glinu A12°3* Ma"
teriał po spieczeniu na klinkier opuszcza piec, a następnie w rurze rozpadowej ulega
samorozpadowi, w wyniku czego otrzymuje się pył samorozpadowy o powierzchni właściwej
3000 - 5000 cm /g.
Przyczynę samorozpadu jest przemiana polimorficzna modyfikacji beta
krzemianu dwuwapniowego 2CaO-Si02 w modyfikację gamma krzemianu dwuwapniowego 2Ca0*Si0_,
która następuje w temperaturze 675°C. Pył samorozpadowy tworzy peragenezę mineralne zło¬
żone głównie z gamma krzemianu dwuwapniowego i trój glinianu pięciowapniowego. Jako skła¬
dnik drugorzędny występuje jeszcze glinian trójwapniowy 3CaO-Al20
oraz glinian jedno-
wapniowy CaO«Al20 • W samoutwardzalnej masie formierskiej i rdzeniowej według wynalazku
pył samorozpadowy wchodzi w reakcję z ługiem posiarczynowym powodując krystalizację
hydratów glinianów wapniowych. Krystalizujące hydraty glinianów wapniowych reagują czę¬
ściowo z gipsem stanowiącym pierwotny składnik ługu posiarczynowego. W wyniku tej re¬
akcji tworzą się dwie nowe fazy: etryngit oraz niewielka ilość monosulfatu. Ług posiar¬
czynowy o gęstości od 1,1 do 1,3 kg/dcm i zawartości suchej substancji powyżej 35 %
wagowych jest spoiwem masy. Główny składnik pyłu samorozpadowego krzemian dwuwapniowy
gamma w środowisku ługu posiarczynowego jest inertny i spełnia rolę mlkrowypełniacza.
Chlorek wapniowy zawarty w spoiwie reaguje z glinianami wapniowymi, w wyniku czego two¬
rzy się uwodniona sól podwójna 3CaO*Al20 •CaCl2«lOH20. Krystalizacja hydratów glinia¬
nów wapniowych, etryngitu, hydratów krzemianów wapniowych, portlandytu, soli podwójnej,
soli potrójnej oraz uwodnionych chlorków wapniowych odwadnia ług posiarczynowy, który
przechodzi w bezpostaciowy żel.
Wchodzący w skład mesy według wynalazku wodorotlenek lub tlenek wapnia umożliwia
w szerokim zakresie regulację czasu jej utwardzania, przykładowo dodany w ilości 0,1 0,5 % wagowych umożliwia regulację czasu utwardzania masy w zakresie od 30 do 90 minut,
co pozwala na przedłużenie żywotności masy od 15 do 50 minut. Wprowadzone do masy, siar¬
czany lub chlorki wapnia, żelaza, potasu, magnezu, glinu lub litu powodują znaczne pod¬
wyższenie własności wytrzymałościowych masy w fazie początkowej.
133 064
3
Przykłady 9kładu masy według wynalazku.
Przykład
I. Piasek kwarcowy - 90,0 % wagowych; ług posiarczynowy - 4,0 %
wagowych; wodorotlenek wapnia - 0,4 % wagowych; pył samorozpadowy - 5,0 % wagowych;
chlorek wapniowy - 0,6 % wagowych,
Własności masy: czas utwardzania - 40 minut; żywotność - 15 minut; wytrzymałość:
RCpjL
lh - 0,35 MPa, R 3h - 1,7 ry
MPa, R 24h - 2,0
MPa; przepuszczalność:
P 3h - 5,0 m2/MPa's,
C
C
S
Pg
- 6,0 nT/MPa-s.
Przykład
II.
Piasek kwarcowy - 85,7 % wagowych;
wagowych; wodorotlenek wapnia - 0,1 % wagowych;
ług posiarczynowy - 6,2 %
pył samorozpadowy - 7,0 % wagowych;
ałun glinowo-potasowy - 1,0 % wagowych.
Własności masy: czas utwardzania - 50 minut; żywotność - 20 minut; wytrzymałość:
Rclh - 0,11 MPa, Rc3h - 0,7 MPa, Rc24h - 1.7 MPa; przepuszczalność: P83h - 4,8 »2/MPa»s,
P 24h - 6,2 m2/MPa*s; wilgotność po 24 godzinach - 1,5 %.
3
Przykład
III. Piasek kwarcowy - 87,0 % wagowych; ług posiarczynowy - 5,2 %
wagowych; pył samorozpadowy - 7,0 % wagowych; chlorek litu - 0,4 56 wagowych; wodoro¬
tlenek wapnia - 0,4 % wagowych.
Własności masy: cza9 utwardzania - 35 minut; żywotność - 12 minut; wytrzymałość:
Rcln - 0,15 MPa, Rc3n - 0,7 MPa, Rc24h - 0,8 MPa; przepuszczalność: P^h - 5,0 m2/MPa»s,
P924h - 6,5 m2/MPa«s; wilgotność po 24 godzinach - 2,5 %.
Przykład
IV. Piasek kwarcowy - 87,7 % wagowych; ług posiarczynowy - 5,2 %
wagowych; pył samorozpadowy - 6,0 % wagowych; chlorek żelaza lub magnezu lub glinu lub
potasu - 0,7 % wagowych; wodorotlenek wapnia - 0,4 % wagowych.
Własności masy: czas utwardzania •» 40 minut; żywotność - 20 minut; wytrzymałość:
R*h
- 0,3 MPa, R C
3h - 1,65 MPa, R 24hC
- 2,1 MPa; przepuszczalność:
P 3h - 4,8 m2/MPa*s,
OA\\ «
S
Pg n - 6,3 nT/MPa.s.
Przykład
wagowych;
V. Piasek kwarcowy - 85,4 % wagowych;
ług posiarczynowy - 6,2 %
pył samorozpadowy - 7,0 % wagowych; siarczan wapnia lub żelaza lub magnezu
lub litu - 1,25 % wagowych; wodorotlenek wapnia - 0,15 % wagowych.
Własności masy: czas utwardzania - 35 minut; żywotność * 20 minut; wytrzymałość:
R„lh - 0,2 MPa, R 3h - 0,9 MPa, R 24h - 1,5 MPa; przepuszczalność: P 3h - 4,5 m2/MPa*s,
Ps - 5,8 rn /MPa.s.
Masę według wynalazku wykonuje się w następujęcy sposób. W pierwszej kolejności
w mieszarce kręźnikowej lub łopatkowej miesza się przez około 1,5 minut składniki syp¬
kie masy: piasek kwarcowy, pył samorozpadowy i wodorotlenek wapnia, a następnie nie
przerywając mieszania do mieszarki wprowadza się przygotowane wcześniej mieszaninę łu¬
gu posiarczynowego i chlorku wapnia i miesza się dalej przez czas około 1 godziny.
Masa według wynalazku łatwo oddziela się od modelu 1 umożliwia otrzymanie powierz¬
chni wnęki formy lub rdzenia bez rys, pęknięć i naderwań przy wyjmowaniu modelu.
Zastrzeżenie
patentowe
Samoutwardzalna masa formierska 1 rdzeniowa składajęca się z piasku kwarcowego
i pyłu samorozpedowego będęcego półproduktem przy produkcji tlenku glinu metodę zasadowo-spiekowę, a stanowlęcego mieszaninę złożone z gamma krzemianu dwuwapniowego oraz
glinianów wapniowych; takich jak trójglinian pięciowapniowy, glinian trójwapniowy oraz
glinian jednowapniowy,
znamienna
tym,
że zawiera siarczany lub chlorki
wapnia, żelaza, potasu, magnezu, glinu lub litu w ilości do 5,0 % wagowych, wodorotle¬
nek lub tlenek wapnia w ilości 0,1 - 0,5 % wagowych, ług posiarczynowy o gęstości
1,1 - 1,3 kg/dcm3 i zawartości suchej substancji powyżej 35 % wagowych w ilości 2,0 8,0 % wagowych oraz pył samorozpadowy w ilości 2,9 - 9,5 % wagowych.