Формувальна суміш для виливків із сталевого та чавунного лиття - патент Україна 2440866 - Воєводина Марина

Винахід відноситься до ливарного виробництва. Суміш містить, мас.%: відпрацьована формувальна суміш - основа, бентонітова глина 5-10, золошлакові відходи теплових електростанцій 5-10. Забезпечується поліпшення якості поверхні виливків, виключається пригар, утворення «ужимін», покращується вибивання виливків. 2 табл.

Винахід відноситься до ливарного виробництва та може бути використане при приготуванні сирих піщано-глинистих формувальних сумішей, що використовуються при литті чорних сплавів. Склад, мас.%: відпрацьована формувальна суміш - основа, бентоніт 5-10%, золошлакові відходи 5-10%. При цьому забезпечується покращення якості поверхні виливків, виключається пригар, утворення «ужимін», покращується вибивання виливків.

Винахід відноситься до галузі ливарного виробництва, а саме до складів формувальних матеріалів, що використовуються при виготовленні сирих піщано-глинистих сумішей з додаванням цементного сполучного.

Встановлено, що найближчим аналогом заявленого винаходу є формувальна суміш для виливків із сталевого та чавунного лиття, що містить відпрацьовану формувальну суміш, бентонітову глину (Формувальні матеріали та технологія ливарної форми, під ред. С.С.Жуковського, М., Машинобудування, с. -213). У ливарному виробництві Красноярського краю приприготуванні формувальних сумішей для виготовлення виливків із чорних сплавів використовують формувальні глини на основі каолініту (К) та висококлейкі - бентонітові.

Бентонітові глини мають значно більш високу здатність приєднувати вологу, ніж каолінові. Для отримання рівної міцності суміші в сирому стані витрата бентонітових глин може бути в 2-3 рази менша від каолінових. Висока клейкість бентонітів виходить за рахунок виключно малих розмірів частинок. У бентонітах міститься багато колоїдальних частинок розміром менше 0,1 мкм.

У Республіці Хакасія розташоване родовище глини «Десятий хутір». Найбільшими споживачами глинопорошків виробництва ВАТ «Хакаський бентоніт» є ливарне виробництво та бурова галузь нафтогазового комплексу. Для потреб ливарної промисловості виробляються глинопорошки марки П1Т1А та П2Т1А. Ринком збуту для бентонітових глинопорошків є вся територія України: на заході – це великі промислові виробництва, на сході – геологічні та нафтогазові компанії.

Мінеральний склад глин 7-8 горизонтів (об.%): монтморилоніт - 70-72; гідрослюди - 1-2, каолініт - 7-8, кварц - 7-8, лужний польовий шпат - 6-7, слюди - 4-5, кальцит -1-2.

Хімічний склад бентоніту, мас.%:

SiO 2 – 60,5; ТіО 2 – 0,11; Al 2 O 3 - 16,25; Fe 2 Про 3 - 1,70; FeO – 0,75; MgO – 2,38, MnO – 0,03; CaO – 1,75; Na 2 O - 0,77; До 2 Про - 1,01; SO 3 – 0,03.

Класи МПК:	B22C1/02 з особливими добавками, наприклад, з індикаторами, з розпушуючими добавками
Автор(и):	Воєводина Марина Олександрівна (RU)
Патентовласник(и):	Федеральна державна освітня установа вищої професійної освіти "Сибірський федеральний університет" (СФУ) (RU)
Пріоритети:

Таблиця 1
Порівняльні характеристики формувальної суміші при використанні Na і Ca бентоніту
Властивості	Бетоніт Ca	Бетоніт Na
Міцність на стиск всирую	Висока	Нижче
Змішуваність	Вище	Низька
Міцність настиск всуху	Низька	Висока
Живість проти випалу	Низька	Висока
Термічна стійкість	Погана	Дуже хороша
Плинність форм суміші	Гарна	Гірше
Стійкість проти дефектів розширення суміші	Низька	Висока
Ломкість форм при вибиванні	Висока	Низька

Застосування активованого бентоніту в ливарному виробництві Хакасії викликає шлюб у вигляді «ужимін» виливків зі сталі та чавуну.

Технічним завданням винаходу є зниження кількості активованої глини - природного матеріалу - у складі формувальної суміші та використання при цьому золошлакових відходів, утилізація яких представляє важливу екологічну проблему.

Хімічний склад золошлакових відходів можна охарактеризувати наступним чином: елементи слід підрозділити на дві групи - макроелементи, що беруть участь у складі окремих мінеральних різновидів золошлаків (Al, Fe, Ca, Si, Mg, S, С), та мікроелементи, які не утворюють самостійних мінералів, а присутні у золошлаках у вигляді домішок до макроелементів.

Технічним результатом розв'язання задачі є:

- розширення номенклатури матеріалів, що використовуються у складі формувальної суміші;

- Поліпшення вибивання формувальної суміші та підвищення якості формувальної суміші при введенні в її склад золи;

- отримання виливків без «ужимін» з мінімальною шорсткістю поверхні;

- отримання економічного ефекту за рахунок скорочення у складі формувальної суміші активованої глини та підвищення якості лиття;

- часткове вирішення проблеми утилізації золошлакових відходів.

Відповідно до запропонованого способуформувальну суміш вводиться зола ТЕЦ. Хімічний склад золошлаків можна охарактеризувати так: елементи слід підрозділити на дві групи - макроелементи, що у складі окремих мінеральних різновидів золошлаків (Al, Fe, Ca, Si, Mg, S, З), і мікроелементи, які утворюють самостійних мінералів, а присутні у золошлаках у вигляді домішок до макроелементів. Для золошлакових відходів характерне зниження концентрацій більшості мікроелементів при гідрозоловидаленні.

У мінеральному складі пісковиків і алевролітів у відвалах розрізів переважають кварц (SiO 2 ) до 44%, калієві польові шпати (KAlSi 3 O 8 ) - 25-46%, уламки крем'янистих порід - 17-30%. Основними мінералами аргілітів є каолініт та гідрослюди. Переекскавація розкривних порід у процесі видобутку вугілля призводить до аерування порід та виникнення окислювальних процесів, провідну роль серед яких грає окислення акцесорних сульфідних мінералів в аерованій при переекскавації товщі.

Попелошлакові відходи теплових електростанцій (ТЕС) є однією з глобальних екологічних проблем. На теплоенергетичних підприємствах півдня Красноярського краю щорічно утворюється понад 1,2 млн т золи та шлаку. На території Сибіру немає золовідвалів, що повністю відповідають основним вимогам щодо надійності та екологічної безпеки, що пред'являються діючими інструктивно-нормативними документами.

На ТЕЦ та ДРЕС регіону щорічно утворюється понад 1,2 млн т золи та шлаку. У золовідвалах, які займають 550 гектарів, накопичено понад 24 млн. т цих відходів. У кар'єрах щорічно звільняються простори, обсяги яких оцінюються в 10-20 млн м 3 .

Експлуатаційний вплив золошлаковідвалів на навколишнє середовище може включати:

- місцева діяна повітряне середовище;

- Вплив на поверхневі води;

- Вплив на підземні води;

- вплив на ґрунти та рослинність;

- катастрофічні прориви води та золошлаків.

В основу винаходу покладено наступне технічне завдання - використання золи ТЕЦ як сполучного при приготуванні формувальної суміші.

Процес приготування пропонованого протипригарно-противоужимного формувального матеріалу є звичайним у технології приготування формувальних сумішей. При отриманні досліджуваних матеріалів інгредієнти змішувалися в лабораторних умовах до отримання однорідної маси. Потім матеріал використовувався для проведення необхідних аналізів. З досліджуваної суміші виготовили зразки розміром - висота 68 мм, діаметр основи d=86 мм. Склад суміші 90% відпрацьованої формувальної суміші, 5% глини, 5% золи, маса зразка 761 г. Наважка ущільнювалася одним ударом стандартного копра. При цьому щільність суміші склала. Золошлакові відходи мають пилоподібну фракцію з розмірами частинокТаблиця 2№ прикладівСклад формувального матеріалу, мас.%Властивості формувальних сумішейОцінка якості поверхніВідпрацьована сумішГлина бентонітоваПопелошлакові відходиМежа міцності при стисканні, МПаМіцність при стисканні після нагрівання 500°C, МПаСереднє арифметичне відхилення профілю, мкм1основа5100,280,36322основа1050,440,51413основа780,40,534прототипоснова100,180,2826

Застосування запропонованого формувального матеріалу дозволяє отримати значний економічний ефект за рахунок скорочення витрати глини, підвищення чистоти поверхні виливків та частково вирішити проблему утилізації золошлакових відходів.

---