192209. lajstromszámú szabadalom • Öntészeti fényeskarbon képző anyag
1 192 209 2 A találmány tárgya öntészeti fényeskarbonképző anyag, amely célszerűen öntödei formázó és magkészítő homokkeverékekben alkalmazható. Az öntőformák és -magok előállítására szolgáló keverékek homokból, kötőanyagból és különféle technológiai adalékokból állnak. Az egyik legjelentősebb technológiai adalék az ún. fényeskarbonképző anyag. A fényeskarbon kifejezést jelen leírásunkban az Akadémiai Kiadó Műszaki Értelmező Szótár öntészet c. kiadványában meghatározott értelemben használjuk. A legáltalánosabb alkalmazott fényeskarbonképző anyag a kőszénliszt, amelynek használatát azonban számos káros műszaki és ökológiai hatás kíséri. Az utóbbi egy-másfél évtizedben mind gyakrabban javasolják különféle olajok és nehéz szénhidrogének alkalmazását a kőszénliszt helyettesítésére. Ezeknek az anyagoknak ugyanis a fényeskarbon-tartalma a kőszénliszt 8-11%-ával szemben 40-85%-ot tesz ki, így a kívánt feltételeket az öntvény-forma/mag határfelületen a kőszénlisztnél jóval kisebb, fele-harmada mennyiségben képes biztosítani. Ha különféle olajokat és/vagy nehéz szénhidrogéneket alkalmaznak az öntödei homokkeverékekben fényeskarbon-képző adalékként, akkor rendszerint javul azok gázáteresztőképe .égé és szilárdsága, ugyanakkor a környezetszennyezés is . csökken. Mindezek az előnyök jelentősen megkönnyítették az említett fényeskarbon-képző anyagok térhódítását. Alkalmazásuk azonban váratlan problémákat hozott a felszínre. A kőszénliszt helyettesítőket tartalmazó homokkeverékekben gyártott öntvényeknél gyakori a gázporozitás okozta öntvényselejt és a nem kielégítő minőségű öntvényfelület, amit a kőszénlisztes homokkeverékek alkalmazásakor egyáltalán nem vagy csak alig észleltek. A kedvezőtlen jelenségek okát abban látták, hogy a fényeskarbon képzésre használt olajok és/vagy nehéz szénhidrogének a formába öntött folyékony fém által okozott hőtermelés hatására sokkal gyorsabban bomlanak, mint a kőszénliszt, és bomlásuk befejeződik, még mielőtt az öntvény kialakulása befejeződött volna. Más szóval, az olajok és nehéz szénhidrogének az intenzív termikus bomlás következtében nem képesek fenntartani a fémforma/mag határfelületen a jó minőségű öntvény kialakulásához szükséges atmoszférikus feltételeket. Ezen úgy próbáltak segíteni, hogy termikusán mind nehezebben bomló szénhidrogének alkalmazását javasolták. A 2 119 978 lajstromszámú francia szabadalmi leírás szerint 60-160 °C lágyuláspontú szénhidrogén gyantát alkalmaznak fényeskarbon-képző anyagként, amit a kőolaj desztillálása közben képződő szénhidrogének polimerizálásával állítanak elő, és fényeskarbon-tartalma 40-90%-ot tesz ki. A nehéz szénhidrogéneket tehát nem eredeti, a kőolaj lepárlásakor nyert primér állapotukban, hanem tovább feldolgozott, polimerizált állapotukban alkalmazzák fényeskarbon-képző adalékként. A polimerizálás azonban bonyolult és költséges folyamat, aminek következtében a szénhidrogén gyanta nem alkalmazható gazdaságosan az ipari gyakorlatban. A 3 305 745 sz. NSZK közrebocsátási irat szerint öntödei fényeskarbon-képző anyag előállítására polisztirolt 200-280 °Con 10-90, előnyösen 20-40% szurokkal és/vagy bitumennel, illetve 40%-ig terjedő mennyiségű, előnyösen 25% arányban olajokkal olvasztanak össze. Az így kapott homogén massza megőrölve használható fényeskarbon-képző adalékként. A kőolaj lepárlásakor nyert primer szénhidrogéneket ezúttal is jelentős energiafordítással dolgozzák fel, ami végső soron jelentősen rontja a szénhid rogének alkalmazásának gazdasági hatékonyságát. A 2 716 168 sz. NSZK közrebocsátási irat olyan öntőformára, illetve öntőanyagra vonatkozik, amely fényeskarbon-képző adalékként 50-95% szenet és legalább 6,8% hidrogént tartalmazó és 4,0%nál kisebb hamutartalmú szénhidrogéntartalmú anyag és egy finom porózus hidrofil és hőálló szervetlen anyag keverékét tartalmazza. A fényeskarbon-képző anyag szénhidrogéntartalmú komponense ezúttal sem primer ásványolaj-származék, hanem ásványolajpárlatok oxidativ polimerízációjával előállított gyanta. Ezt általában duzzasztott ásványi anyagokkal kombinálják, amikor fényeskarbon-képző adalékot készítenek belőle. Ennek az eljárásnak is az a hátránya, hogy a fényeskarbonképző anyag előállítása bonyolult, ezért ipari méretben ez az eljárás sem alkalmazható gazdaságosan. Találmányunk célja, hogy olyan fényeskarbonképző anyagot biztosítson, amely a kőolaj lepárlásakor keletkező primer nehéz szénhidrogénekből minimális energiaráfordítással előállítható, és így gazdaságosan hozzáférhető az öntészet számára. Azt találtuk, hogy az említett követelményt igen jól kielégíti az olyan ásványolaj származékot és porózus höálló szervetlen anyagot tartalmazó öntészeti fényeskarbon-képző anyag, amely 30-90 tömegrész 'legalább 200 'C lobbanáspontú primer kőolajszármazékot, előnyösen bitument és 70-10 tömegrész legalább 80% tisztaságú szilíciumdioxid port, valamint adott esetben 1-10 tömegrész leticint tartalmaz. Különösen előnyösnek találtuk az olyan kompozíciót, amely szilíciumdioxid porként szilícium vagy ferroszilícium ívfényes gyártásakor képződő gőzök kondenzátumát tartalmazza. A kitűzött cél elérése azon a nem várt hatáson alapul, amelyet az említett tisztaságú szilíciumdioxid por, különösen pedig a szilícium vagy ferroszilícium gyártásakor az ívfény hatására keletkező gőzökből kondenzálódó ún. szállópor fejt ki a nehéz szénhidrogének termikus bomlására. Ezt a mellékelt ábra diagramján szemléltetjük. Az 1. görbe a kőszénlisztből, a 2. görbe egy 80 *C lágyuláspontú bitumenből, a 3. görbe pedig 80 súlyrész 80 *C lágyuláspontú bitumen és 20 súlyrész ferroszilícium gyártásánál keletkező szállópor keverékéből 800 °C-on keletkező gázok mennyiségét szemlélteti az idő függvényében. Látható, hogy a bitumen bomlása 60 másodperc alatt gyakorlatilag befejeződik, miközben a kőszénlisztből még 120 sec. elteltével is válnak ki gázok. A 3. görbe tanúsága szerint a bitumen termikus bomlása jelentősen lelassul, ha a bitument 80 : 20 arányban társítjuk a ferroszilícium gyártásánál nyert szállóporral. A gázképző-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
