Технологическая линия, способ приготовления лигносульфонатов модифицированных и связующее на их основе для формовочных и стержневых смесей при литье металлов

Технологическая линия, способ приготовления лигносульфонатов модифицированных и связующее на их основе для формовочных и стержневых смесей при литье металлов

Реферат

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может найти применение в машиностроении, например литейном производстве.

Лигносульфонаты модифицированные (ЛСМ) жидкие применяются: в литейном производстве в качестве связующего материала при изготовлении стержневых и формовочных смесей при чугунном, стальном и цветном литье; в производстве огнеупоров в качестве временной связки; в производстве фанеры и плит; в производстве минеральных удобрений в качестве депрессора глинистых минералов, при флотации калийных руд; в нефтедобывающей промышленности в качестве реагента для регулирования параметров буровых растворов.

Применяющиеся в настоящее время в литейном производстве в качестве связующего технические лигносульфонаты, обладая целым рядом преимуществ(недефицитные, относительно нетоксичные, дешевые, обеспечивающие облегченную выбиваемость смеси на их основе), имеют существенный недостаток, заключающийся в низкой связующей способности, которая по существующим нормативам (Лигносульфонаты технические ОСТ 15-183-83. - М.: Мин-во ЦБ и Д пром-ти) должна быть не меньше 0,6 МПа при 5% содержании связующего, при этом если учесть, что регламенту в смеси помимо 5 × ЛСТ добавляется 5 глины, то фактическая связующая способность ЛСТ еще ниже. Известен ряд технических решений, позволяющих повысить указанный показатель качества ЛСТ. Известно решение, в котором для повышения связующей способности ЛСТ используется ионогенное анионактивное поверхностно-активное вещество КЧНР(контакт черный нейтрализованный рафинированный) в соотношении 1:(0,01-0,10), см. Семик А.П., Артемьев В.В. Применение в литейном производстве свяующих материалов на основе технических лигносульфонатов. - Киев, общ. «Знание» Украины, 1992, 27 с. В результате связующая способность ЛСТ увеличивается до 1,25-1,35 МПа, что не в полной мере реализует возможности ЛСТ как связующего и не позволяет ему конкурировать с наиболее высокоэффективными связующими материалами, например с синтетическими смолами.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является связующее на основе лигносодержащего материала для формовочных и стержневых смесей при литье металлов (Жуковский С.С. Формовочные материалы и технология литейной формы. Справочник, М.: Машиностроение, 1993, с.106-108). Данное техническое решение взято за прототип.

Однако использование известного связующего не всегда позволяет получать достаточно высокие показатели прочности формовочной и стержневой смеси из-за его невысокой клеящей способности.

Задачей создания изобретения является утилизация отходов целлюлозно-бумажной промышленности и разработка простого способа получения связующего для формовочных и стержневых смесей с заданными техническими характеристиками на основе лигносодержащих отходов варки древесины в организации заявителе.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, таких как технологическая линия для приготовления лигносульфонатов модифицированных, содержащая последовательно установленные и связанные трубопроводами емкость для лигносульфонатов технических, емкость для модифицирования жидких лигносульфонатов технических, мерник и емкость для хранения модификатора, при этом линия снабжена нагнетательными насосами, установленными на выходах из емкости для лигносульфонатов технических и мерника, и циркуляционным насосом, установленным на замкнутом контуре трубопроводов, связывающих емкость для модифицирования и мерник.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных во 2-м пункте формулы изобретения, таких как способ приготовления лигносульфонатов модифицированных, включающий получение жидких лигносульфонатов технических путем упаривания бисульфитных щелоков после варки целлюлозы на магнийнатриевом основании и взаимодействия с оксиэтилированным моноалкилфенолом на основе триммеров пропилена (изононила) формулы C₉H₁₉C₆H₄O(С₂Н₄)nH в емкости для модифицирования лигносульфонатов при непрерывном перемешивании в течение 1,5-2 часов и температуре компонентов не менее 30°С.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 3-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как связующее на основе лигносодержащего материала для формовочных и стержневых смесей при литье металлов, содержащее модификатор, и отличительных, существенных признаков, таких как в качестве лигносодержащего материала используют жидкие лигносульфонаты технические, полученные при упаривании бисульфитных щелоков после варки целлюлозы на магнийнатриевом основании с содержанием массовой доли сухих веществ не менее 53%, а в качестве модификатора - оксиэтилированный моноалкилфенол на основе триммеров пропилена (изононила) формулы

C₉H₁₉C₆H₄O(С₂Н₄)nH, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Лигносульфонаты технические жидкие	99-99,7
Модификатор	0,3-1,0

В заявке объединено три объекта изобретений: устройство, способ и вещество, т.к. они служат одной цели и связаны единым изобретательским замыслом.

Обоснование условий проведения процесса и состава компонентов связующего

Время перемешивания смеси для модифицирования лигносульфонатов 1,5-2,0 часа является оптимальным для получения однородной массы. Температура компонентов смеси не менее +30°С необходима для получения однородной смеси. Если температуру компонентов смеси поддерживать более +30°С, то неоправданно возрастают энергетические затраты. Если количественно взять модификатор для связующего менее 0,3 мас.%, то не достигаются необходимые качественные показатели связующего. Если взять модификатор более 1,0 мас.%, то не только не достигаются необходимые качественные показатели связующего, но и получается удорожание готового продукта.

Вышеперечисленная совокупность признаков позволяет получить следующий технический результат - утилизация отходов целлюлозно-бумажной промышленности и разработка простого способа получения связующего для формовочных и стержневых смесей с заданными техническими характеристиками.

Изобретениие иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Лигносульфонаты модифицированные (ЛСМ) производят путем обработки модифицирующим реагентом жидких лигносульфонатов технических (цех ЛСТ), получаемых после упаривания бисульфитного щелока на выпарной станции «РОЗЕНЛЕВ».

(таблица 1 и 2)

В качестве модифицирующего реагента применяется продукт «НЕОНОЛ», представляющий собой оксиэтилированный моноалкилфенол на основе триммеров пропилена (изононила) с химической формулой

С₉Н₁₉С₆Н₄О(С₂Н₄)nH. Производства ОАО «Нижнекамснефтехим.

Таблица 1
Наименование сырья, химиката, ТУ	Показатели по ТУ	Примечание
1	2	3
1. Лигносульфонаты технические жидкие ТУ 13 -0281036-029-94	1. Массовая доля сухих веществ, %, не менее 53,0	Температура поступающих на модификацию лигносульфонатов должна быть не ниже плюс 30,0°С
	2. Массовая доля золы к массе сухих веществ, %, не более 22,0
	3. Концентрация ионов водорода растворалигносульфонатов, ед, рН не менее 4,4
	4. Вязкость условная, с, не более 150	•
	5. Плотность, кг/м3, не менее 1260
	6. Предел прочности при растяжении высушенных образцов, Мпа, не менее 0,4
2. Модификатор «НЕОНОЛ»ТУ 2483-077-05766801-98	1. Внешний вид при Т=25°С - маслянистая жидкость от бесцветного до темно- коричневого цвета	Температура поступающего в технологический процесс модификатора должна быть не ниже 30,0°С
•	2. Массовая доля воды, %, не более 0,5	Данный показатель берется из сопроводительного документа поставщика о качестве продукта «НЕОНОЛ»

Таблица 2
УДЕЛЬНЫЕ НОРМЫ РАСХОДОВ СЫРЬЯ, ХИМИКАТОВ.
Наименование расходуемых сырья, химикатов и энергоресурсов	Единицы измерения	Нормы расхода	Примечание
1	2	3	4
Лигносульфонаты технические	кг/т	992,4	Плановая среднегодовая удельная норма
Модификатор	кг	7,6
Электроэнергия	квтл	6,2

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И СХЕМЫ (см. чертеж)

Технологическая линия включает в себя емкость для ЛСТ 1, емкость для модифицирования ЛСТ 2, мерник 3, емкость для хранения модификатора 4, циркуляционный насос 5, насосы для перекачки 6, 7 и трубопроводы 8 (см. чертеж). Причем трубопроводы на выходах из емкости для лигносульфонатов технических и мерника снабжены нагнетательными насосами 6, 7, а на замкнутом контуре трубопроводов, связывающих емкость для модифицирования и мерник, установлен циркуляционный насос 5.

Сырьем для производства лигносульфонатов модифицированных (ЛСМ) являются лигносульфонаты технические жидкие собственного производства заявителя, полученные при упаривании бисульфитных щелоков после варки целлюлозы на магнийнатриевом основании

В качестве химиката-модификатора применяется продукт «НЕОНОЛ» - оксиэтилированный моноалкилфенол на основе триммеров пропилена (изононила) с химической формулой C₉H₁₉C₆H₄O(С₂Н₄)nH.

Процесс модифицирования заключается в обработке лигносульфонатов химикатом «Неонол». Лигиносульфонаты жидкие из выпарного цеха из емкости поз.1 насосом поз.7 подаются на нагнетательную линию насоса поз.5. Насосом поз.7 производится закачивание необходимого количества лигносульфонатов технических жидких в емкость поз.2, насос поз.7 отключают.

Модификатор «Неонол» из железнодорожной цистерны (или из автоцистерны, стальных бочек) перекачивается в емкость для хранения поз.4. Из емкости поз.4 «Неонол» насосом поз.6 закачивается в мерник поз.3. В случае необходимости подача «Неонола» из емкости поз.4 в мерник поз.3 производится самотеком.

Для обеспечения достаточной текучести модификатора «Неонол» и для более точной его дозировки «Неонол» подогревается в мернике поз.3 глухим паром до температуры 30°С. Модификатор «Неонол» из емкости поз.3 насосом поз.6 подается во всасывающую линию насоса поз.5, Сюда же поступают лигносульфонаты из емкости поз.2. В насосе поз.5 происходит предварительное смешивание реагентов: лигносульфонатов и модификатора «Неонол». Смесь реагентов насосом поз.5 подается в емкость для дальнейшего модифицирования поз.2. Происходит одновременно подача модификатора «Неонол» и перемешивание реагентов. После закачки необходимого количества модификатора «Неонол» насос поз.6 отключается. Для более полного перемешивания реагентов и обеспечения условий модификации лигносульфонатов осуществляется циркуляция смеси насосом поз.5 по замкнутому контуру: емкость поз. 2 - насос поз.5 - емкость поз.2. Время циркуляции 1,5-2,0 часа.

Для обеспечения достаточного взаимодействия реагирующих веществ и протекания процесса модификации температуру обоих компонентов поддерживают не ниже +30°С.

Готовые модифицированные лигносульфонаты (ЛСМ) насосом поз.5 из емкости поз.2 откачиваются на отгрузку.

Пример 2. Лигносульфонаты модифицированные (ЛСМ) по показателям качества должны соответствовать требованиям технических условий ТУ 2455-001-00281039-01. Их вводят в кварцевый песок в указанном соотношении и тщательно перемешивают до равномерного распределения его по объему смеси для приготовления стержней. Полученное связующее для формовочных и стержневых смесей при литье металлов включает в качестве лигносодержащего материала лигносульфонаты технические жидкие, полученные при упаривании бисульфитных щелоков после варки целлюлозы на магнийнатриевом основании с содержанием массовой доли сухих веществ не менее 53%, а в качестве модификатора - оксиэтилированный моноалкилфенол на основе триммеров пропилена (изононила) формулы

C₉H₁₉C₆H₄O(С₂Н₄)nH, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

лигносульфонаты технические жидкие	99-99,7
модификатор	0,3-1,0

Выбор модификатора обусловлен тем, что связующие свойства лигносульфонатов как поверхностно-активных веществ (ПАВ) могут быть усилены действием другого ПАВ, что приводит к образованию дополнительных связей между ароматическими фрагментами лигносульфонового комплекса (эффект синергизма).

Были приготовлены составы формовочных смесей со связующими, содержание ингредиентов в которых выходит за заявляемые пределы (пример IV и V таблица 4). Для сравнения приведены состав связующего (пример VI таблица 3), где использован концентрат водорастворимых лигносульфонатов (СДБХ по ТУ 13-0281036-029-94 марки А (эталон сравнения)), и на его основе свойства формовочной и стержневой смеси (пример VI таблица 3).

Из таблиц 3 и 4 (примеры IV и V) видно, что при содержании в связующем ингредиентов, выходящем за заявляемые пределы, свойства связующего либо не позволяют получить требуемые характеристики формовочной и стержневой смеси (пример IV таблицы 3, 4), либо показывают нецелесообразность увеличения расхода технической смеси неонолов, поскольку не увеличиваются технические характеристики формовочной и стержневой смеси (пример V таблицы 3 и 4).

Технические характеристики формовочных и стержневых смесей по изобретению (примеры 1-III) и по эталону сравнения (пример VI), представленные в таблице 3, показывают, что концентрат щелока от бисульфитной варки древесины, модифицированный неонолами, может быть использован в качестве связующего для формовочных и стержневых смесей. При этом прочностные показатели формовочных и стержневых смесей даже несколько выше по сравнению с показателями эталона сравнения.

Таким образом, применение изобретения в производстве позволяет:

1) исключить сброс отходов целлюлозно-бумажного производства, чем являются отработанные щелока после бисульфитной варки древесины, в водоемы и реки, таким образом снизить загрязнение окружающей среды;

2) расширить дешевую сырьевую базу для приготовления формовочных и стержневых смесей литейного производства на основе отходов целлюлозно-бумажного производства;

3) получить требуемые и даже несколько повысить технические характеристики формовочных и стержневых смесей.

Таблица 3
№ п/п	Ингредиенты	Массовая доля сухого вещ-ва, %	Вязкость - условная, С	Клеящая способность (липкость), кг
I	1. Концентрат щелока от бисульфитной варки - 994 кг (99,4%)	50-58	ПО	6,7
	2. Смесь неонолов - 6 кг (0,6%)
II	1. Концентрат щелока от бисульфитной варки - 990 кг (99%)	50-58	130	8,6
	2. Смесь неонолов - 10 кг (1,0%)
III	1. Концентрат щелока от бисульфитной варки - 998 кг (99,8%)	50-58	91	4,9
	2. Смесь неонолов - 2 кг (0,2%)
IV	1. Концентрат щелока от бисульфитной варки - 999 (99,9%)	50-58	75	4,0
	2. Смесь неонолов - 1 кг (0,1%)
V	1. Концентрат щелока от бисульфитной варки - 988 кг (98,8%)	50-58	130	8,6
	2. Смесь неонолов - 12 кг (1,2%)
VI	Концентрат водорастворимых лигносульфонатов СДБ, модифицированных холинхлоридом (ТУ 13-0281036-029-94)	54	1680

Таблица 4
Показатели	Связующее
I	II	III	IV	V	VI
1. Прочность на сжатие в сыром состоянии, Н/мм - свежеспрессованные	1,9	2,0	1,8	1,7	2,0	0,0037
2. Газопроницаемость, ед.	115	110	110	110	120	152
3. Предел прочности при растяжении
4. Предел прочности при растяжении высушенных при 250°С образцов МПа - через 20 мин	1,4-1,5	1,6-1,7	1,3-1,4	1,2-1,3	1,6-1,7	1,2

1. Технологическая линия для приготовления лигносульфонатов модифицированных, содержащая последовательно установленные и связанные трубопроводами емкость для жидких лигносульфонатов технических, емкость для модифицирования жидких лигносульфонатов технических, мерник и емкость для хранения модификатора, при этом линия снабжена нагнетательными насосами, установленными на выходах из емкости для жидких лигносульфонатов технических и мерника, и циркуляционным насосом, установленным на замкнутом контуре трубопроводов, связывающих емкость для модифицирования жидких лигносульфонатов технических и мерник.

2. Способ приготовления лигносульфонатов модифицированных, включающий получение жидких лигносульфонатов технических путем упаривания бисульфитных щелоков после варки целлюлозы на магний-натриевом основании и взаимодействия с оксиэтилированным моноалкилфенолом на основе триммеров пропилена (изононила) формулы С₉Н₁₉С₆Н₄О(С₂Н₄)_nH в емкости для модифицирования лигносульфонатов при непрерывном перемешивании в течение 1,5-2 ч и температуре компонентов не менее 30°С.

3. Связующее на основе лигносодержащего материала для формовочных и стержневых смесей при литье металлов, содержащее модификатор, отличающееся тем, что в качестве лигносодержащего материала используют жидкие лигносульфонаты технические, полученные при упаривании бисульфитных щелоков после варки целлюлозы на магний-натриевом основании с содержанием массовой доли сухих веществ не менее 53%, а в качестве модификатора - оксиэтилированный моноалкилфенол на основе триммеров пропилена (изононила) формулы C₉H₁₉C₆H₄O(С₂Н₄)_nH при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Лигносульфонаты технические жидкие	99-99,7
Модификатор	0,3-1,0