Композиция покрытия для литейных форм и стержней, предупреждающая образование дефектов от реакционных газов

Композиция покрытия для литейных форм и стержней, предупреждающая образование дефектов от реакционных газов

Реферат

Изобретение относится к формовочной краске, к способу изготовления литейной формы, к литейной форме, которая может быть изготовлена таким способом, и к применению литейной формы для литья металла.

Большинство изделий черной металлургии и сталеплавильной промышленности, а также цветной металлургии в качестве первичного формования проходят через процессы литья. При этом расплавленные материалы - черные металлы или цветные металлы - заливают в предметы определенной геометрической формы с определенными свойствами. Для формования отливок вначале обычно необходимо изготовить очень сложные литейные формы для помещения в них расплавов. Литейные формы подразделяют на временные (разовые) формы, которые разрушают после каждой разливки, и постоянные формы, с использованием которых может быть изготовлено большое число отливок.

Постоянные формы состоят, главным образом, из минерального огнеупорного зернистого формовочного материала, который часто смешивают с различными добавками, например - для получения качественных поверхностей литейной формы. В качестве огнеупорного зернистого формовочного материала чаще всего используют промытый и отсортированный кварцевый песок. Для определенных прикладных задач, в которых должны быть выполнены особые требования, также используют хромитовый, цирконовый и оливиновый песок. Кроме того, используют также формовочные материалы на основе шамота, магнезита, силлиманита или корунда. Связующие, которыми укрепляют формовочные материалы, могут иметь неорганическую или органическую природу. Небольшие разовые формы изготавливают преимущественно из формовочных материалов, которые в качестве связующего укреплены бентонитом, тогда как для форм большего размера в качестве связующих преимущественно используют органические полимеры.

Изготовление литейных форм обычно осуществляют таким образом, что формовочный материал вначале смешивают со связующим, так что зерна формовочного материала покрываются тонкой пленкой связующего. Эту формовочную смесь затем помещают в соответствующую форму и при необходимости уплотняют для получения достаточной стабильности литейной формы. Затем литейную форму отверждают, например - посредством ее нагревания или путем добавления катализатора, который вызывает реакцию отверждения. После достижения литейной формой по меньшей мере определенной начальной прочности ее можно вынуть из формы и переместить для полного отверждения, например, в печь, чтобы она в течение заранее заданного времени нагревалась до определенной температуры.

Постоянные формы используют для изготовления разнообразных отливок. Поэтому они должны, не повреждаясь, выдерживать процесс литья и связанные с ним нагрузки. В качестве материала для изготовления постоянных форм, в зависимости от области применения, чаще всего используют чугун или нелегированные и легированные стали, а также медь, алюминий, графит, металлокерамику и керамические материалы. К способам литья с использованием постоянных форм относятся кокильное литье, прессование, центробежное литье и непрерывная разливка.

Литейные формы во время процесса литья подвергаются очень высоким термическим и механическим нагрузкам. Поэтому на контактной поверхности между жидким металлом и литейной формой могут возникать дефекты, например - если литейная форма разрывается, или если жидкий металл проникает в структуру литейной формы. Поэтому поверхности литейной формы, вступающие в контакт с жидким металлом, обычно снабжены защитным покрытием, которое также называют формовочной краской. Такая формовочная краска состоит в основном из неорганического огнеупорного материала и связующего, которые растворены или взвешены в подходящей жидкости-носителе, например - в воде или в спирте.

За счет таких покрытий поверхность литейной формы можно модифицировать и согласовать со свойствами перерабатываемого металла. Так, с помощью формовочной краски можно улучшить внешний вид отливки, а именно - получить гладкую поверхность, так как с помощью формовочной краски можно выровнять неровности, обусловленные зернистостью материала формы. Кроме того, формовочная краска может повлиять на композицию металла отливки, например - из формовочной краски на поверхность отливки могут быть избирательно перенесены добавки, улучшающие свойства поверхности отливки. Кроме того, формовочные краски образуют слой, химически изолирующий литейную форму от жидкого металла во время разливки. За счет этого должно предотвращаться сцепление между отливкой и литейной формой, так что отливку можно без затруднений вынуть из литейной формы. Кроме того, формовочная краска должна обеспечивать термическое разделение литейной формы и отливки. Это имеет особое значение в случае постоянных форм. Если эта функция не выполняется, то, например, металлическая литейная форма в ходе следующих друг за другом процессов литья испытывает такие высокие термические нагрузки, что преждевременно разрушается. Поэтому формовочную краску можно также использовать для того, чтобы целенаправленно регулировать теплопередачу между жидким металлом и литейной формой, например, для того, чтобы за счет скорости охлаждения способствовать образованию определенной структуры металла.

Обычно используемые формовочные краски содержат в качестве основных материалов, например, глину, кварц, кизельгур, кристобалит, тридимит, силикат алюминия, силикат циркония, слюду, шамот или графит. Эти основные материалы покрывают поверхность литейной формы и закупоривают поры, препятствуя проникновению жидких металлов в литейную форму.

Благодаря хорошим изолирующим свойствам часто используют формовочные краски, которые в качестве основных материалов содержат диоксид кремния или кизельгур, так как такие формовочные краски можно получать с низкими затратами и использовать в больших количествах.

Важными способами изготовления металлических деталей, например - из чугуна, являются способы крупного литья и центробежного литья.

В случае крупного литья, посредством которого обычно изготавливают отливки большого размера, обычно используют разовые формы. Из-за больших размеров изготавливаемых отливок на литейную форму действуют очень высокие металлостатические давления. В связи с очень длительным остыванием литейная форма также в течение очень длительного времени подвергается высоким температурным нагрузкам. В этом способе формовочная краска берет на себя также выраженную защитную функцию для предотвращения любого проникновения металла в материал литейной формы (пенетрация), разрыва литейной формы (образование просечек) или реакции между металлом и материалом литейной формы (минерализация).

В случае центробежного литья жидкий металл заливается во вращающийся вокруг своей оси трубчатый или кольцевой кокиль, в котором металл под действием центробежной силы преобразуется, например, во втулки, кольца или трубки. При этом безусловно необходимо, чтобы отливка была полностью отверждена до ее извлечения из литейной формы. Поэтому время контакта между литейной формой и отливкой является довольно длительным, причем в течение этого времени остывающая отливка не должна оказывать неблагоприятного влияния на литейную форму. Литейные формы в этом случае выполнены в виде постоянных форм, то есть литейная форма даже после нагрузки, испытываемой в процессе литья, не должна изменять свои свойства и свою форму. Поэтому при центробежном литье литейную форму покрывают изолирующей формовочной краской, которую наносят в виде одного слоя или в виде нескольких слоев.

В патенте DE-B-1433973 описана формовочная краска для изложниц (кокилей) в форме водной суспензии, с помощью которой можно избежать повреждений изложниц, возникающих в процессе литья, и которая также должна облегчить извлечение отливок из форм. Формовочная краска состоит, главным образом, из стекловидной кремниевой кислоты в качестве огнеупорного материала и коллоидного золя кремниевой кислоты в качестве связующего.

В патенте DE-AS-1303358 описана огнеупорная формовочная краска, которую наносят на стенки, нижнюю часть и подовую плиту блок-формы. Формовочная краска включает в себя гранулированный огнеупорный материал, содержащий оксид хрома, и неорганическое связующее, которые диспергированы в жидкой среде. Гранулированный огнеупорный материал состоит из хромита и оксида циркония, оксида магния, оксида титана или кальцинированного магнезита.

В патенте DE 4203904 C1 описана формовочная краска для целей литейного производства, которая содержит от 5 до 40 масс.% волокон. 10-90% волокон состоят из органического материала, а остаток - из огнеупорного неорганического материала. Неорганические волокна имеют среднюю длину от 50 до 400 мкм и диаметр от 1 до 25 мкм, а органические волокна имеют среднюю длину от 50 до 5.000 мкм и диаметр от 2 до 70 мкм.

Во время литья на наружной поверхности отливки или сразу под ее поверхностью могут образовываться мелкие воронкообразные углубления или газовые раковины, снижающие качество поверхности отливки и делающие необходимой дополнительную обработку поверхности отливки. Такая дополнительная обработка затруднена или даже невозможна в случае участков, расположенных внутри отливки, например - в случае маслораспределительных каналов в блоке цилиндров двигателя. Такие участки, расположенные внутри отливки, получают с помощью так называемых литейных стержней.

Эти дефекты литья могут быть объяснены различными причинами.

В зависимости от состава расплавов на разливочных ковшах образуются силикатные шлаки с примерно постоянным содержанием SiO₂ порядка 40%. Кроме того, шлаки в значительных количествах содержат MnO, содержание которого колеблется в диапазоне от 15% до 40%, а также Fe₃O₄ в количестве от 5 до 25 масс.%. Эти железооксидносиликатные шлаки образуются очень быстро и совместно с сопутствующей серой часто имеют форму пенистых шлаков. Шлаки оказывают эффект, сходный с эффектом связующих, и связывают, например, рыхлые песчинки, выделяющиеся из формовочного материала литейной формы. Так как шлаки могут образовываться уже при низких температурах, они могут образовываться не только при нахождении металла в ковше, но и позже - например, при переливании жидкого металла из одной емкости в другую или при заполнении литейной формы металлом. В основном, за образование газовых пузырей ответственен содержащийся в шлаке оксид железа Fe₃O₄, так как он может легко восстанавливаться углеродом, CO или H₂; при этом образуются газообразные продукты реакции, которые затем могут привести к образованию вышеописанных дефектов литья. Для того чтобы подавить образование газовых пузырей, можно принять различные меры. Так, можно воспрепятствовать образованию Fe₃O₄-содержащих шлаков путем обеспечения как можно меньшего контакта расплава с кислородом или воздухом. Для этого следует стремиться, например, к максимальному сокращению длительности разливки. Кроме того, следует избегать длительных периодов выдерживания железа в жидком состоянии или перерывов в процессе литья, а также многократного переливания жидкого железа из одной емкости в другую.

Кроме того, в расплав можно добавить элементы или соединения, обладающие сродством к кислороду, которые будут конкурировать с железом за присутствующий в расплаве кислород, и поэтому они будут подавлять образование Fe₃O₄-содержащих шлаков. В качестве следующей меры можно повысить содержание марганца в расплаве более чем до 0,5 масс.%, чтобы исключить образование железооксидносиликатных шлаков. Наконец, можно повысить температуру расплава настолько, чтобы шлаки восстанавливались за счет образования монооксида углерода.

При температурах, преобладающих во время разливки металлов, органические связующие, содержащиеся в литейной форме, разлагаются с образованием CO, CO₂, N₂, H₂, NO_x, NH₃, H₂O и C_xH_y. В результате реакции этих соединений с жидким железом образуются другие газообразные продукты, которые могут концентрироваться в жидком железе или в шлаке. Ниже приведены примеры таких реакций:

Fe+C_xH_y→[С]+H₂

Fe₃O₄+CH₄→CO₂+2CH₂O+3Fe

2NH₃→2+3H₂

2[Al]+3H₂O→Al₂O₃+3H₂

Азот и водород растворяются в жидком железе лучше, чем в твердом железе. При переходе из жидкого состояния в твердое растворенные газы выделяются из расплава, который в этом состоянии уже обладает относительно высокой вязкостью. Поэтому газовые пузыри имеют форму, которая не напоминает шар, а скорее похожа на раковину. В качестве контрмеры можно уменьшить количество растворенного в жидком металле газа за счет снижения температуры расплава. Кроме того, можно уменьшить долю связующего на поверхности литейной формы, чтобы при его разложении образовывались меньшие количества нежелательных газов. Наконец, можно повысить содержание титана в расплаве, чтобы, например, связать азот в форме нитрида титана, или уменьшить содержание алюминия, чтобы за счет этого подавить образование водорода в процессе восстановления воды.

Вышеописанные контрмеры отчасти несовместимы друг с другом, или они могут влиять на свойства отливки только в том случае, если в расплав добавлены добавки. Кроме того, в некоторых случаях невозможно провести процесс литья так, чтобы значительно снизить контакт жидкого металла с воздухом или кислородом.

Литейные формы состоят из собственно форм и литейных стержней. Собственно формы образуют при этом внешний контур отливки, тогда как литейные стержни используются для получения пустот в отливке. Поэтому к формам предъявляют заметно менее высокие требования в отношении их стабильности и состава формовочной смеси, чем к литейным стержням. Так, литейные формы при разливке металла должны выдерживать заметно меньшие механические нагрузки. Поэтому формы обычно изготавливают из сырого формовочного песка. Он преимущественно состоит из огнеупорного материала, такого как кварцевый песок, бентонита в качестве связующего и источника образования пироуглерода, например - угольной пыли. Кроме того, сырой формовочный песок содержит воду для придания формовочной смеси соответствующей пластичности и формуемости и для перевода бентонита как связующего в удобную для переработки форму. Литейные стержни обычно изготавливают из формовочной смеси, содержащей в качестве связующего смолу. Примерами связующих являются Cold-Box (холоднотвердеющие) связующие или Hot-Box (горячетвердеющие) связующие. Благодаря использованию этих связующих стержни приобретают заметно более высокую стабильность. Кроме того, литейные стержни в процессе литья не должны обнаруживать слишком высокое газообразование. Если формы обладают очень большой площадью поверхности для отведения в окружающую среду газов, высвобождающихся при разливке, то в случае литейных стержней имеются только стержневые знаки, обладающие относительно небольшим поперечным сечением. Стержневые знаки соответствуют опорной поверхности стержней на модели. Поэтому при слишком сильном газообразовании газ может переходить в жидкий металлический материал и за счет обусловленных этим газовых пузырей приводить к образованию дефектов отливок, таких как микроотверстия («проколы»).

Поэтому в основу изобретения была положена задача предложить средство, с помощью которого можно было бы значительно или полностью исключить образование газовых дефектов отливок, и которое требовало бы как можно меньших ограничений в отношении состава расплава или разливки металла. Это средство прежде всего должно быть применимым для изготовления литейных стержней.

Эта задача была решена за счет создания формовочной краски с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные примеры осуществления формовочной краски согласно настоящему изобретению являются предметами зависимых пунктов формулы изобретения.

Формовочная краска согласно настоящему изобретению содержит, кроме жидкости-носителя и порошкообразного огнеупорного материла, по меньшей мере одну добавку, обладающую свойствами восстановителя. Формовочная краска образует в литейной форме контактную поверхность с жидким металлом. За счет тепла, выделяемого жидким металлом, восстановитель приобретает очень высокую реакционную способность, так что он может реагировать с кислородом или кислородсодержащими соединениями и, таким образом, их удалять. За счет этого в значительной степени подавляется образование Fe₃O₄, который, в свою очередь, при появлении газообразных продуктов реакции служит окислителем для углерода или углеводородов. Восстановитель, предусмотренный в слое формовочной краски, может также заметно подавлять образование газов на границе раздела с расплавом и, за счет этого, образование микроотверстий («проколов») или других включений газов в наружную поверхность отливки или в зоны, расположенные вблизи поверхности отливки.

Согласно настоящему изобретению также предложена формовочная краска, которая может использоваться в качестве покрытия для литейных форм для изготовления металлических отливок, причем формовочная краска содержит по меньшей мере:

- одну жидкость-носитель;

- по меньшей мере один порошкообразный огнеупорный материал; и

- по меньшей мере один восстановитель.

Прежде всего, формовочная краска содержит по меньшей мере одну жидкость-носитель, в которой могут быть суспензированы или растворены другие компоненты формовочной краски. Эту жидкость-носитель следует выбирать таким образом, чтобы она в условиях, обычных при литье металлов, могла полностью испариться. Поэтому жидкость-носитель при нормальном давлении предпочтительно должна иметь температуру кипения ниже примерно 130°C, более предпочтительно - ниже 110°C. В качестве жидкости-носителя предпочтительно используют воду или спирт, содержащий 1-10 атомов углерода, например - этанол или изопропанол. Другими подходящими жидкостями, которые могут частично присутствовать в жидкости-носителе, являются алифатические, циклоалифатические или ароматические углеводороды, содержащие 3-15 атомов углерода, сложные эфиры карбоновых кислот, полученные из карбоновой кислоты, содержащей 2-20 атомов углерода, и спиртового компонента, содержащего 1-4 атомов углерода, простые эфиры и кетоны, содержащие от 2-3 до 10 атомов углерода. Предпочтительна в качестве жидкости-носителя смесь, состоящая из воды и по меньшей мере одного летучего органического компонента, более конкретно - одного или нескольких спиртов. Под летучим органическим компонентом при этом следует понимать органический растворитель, имеющий температуру кипения ниже примерно 130°C, более предпочтительно - ниже 110°C. Особо предпочтительно использовать в качестве летучего органического компонента спирт, содержащий 1-3 атома углерода, более конкретно - этанол и/или изопропанол. Долю воды в жидкости-носителе в пересчете на готовую к употреблению формовочную краску предпочтительно выбирают в диапазоне от 10 до 80 масс.%, особо предпочтительно - от 10 до 20 масс.%, а долю летучих органических компонентов предпочтительно выбирают в диапазоне от 0 до 70 масс.%, особо предпочтительно - от 40 до 60 масс.%. Доля жидкости-носителя в готовой к употреблению формовочной краске обычно составляет от 10 до 99,9 масс.%, предпочтительно - от 30 до 70 масс.%.

В жидкости-носителе суспендирован по меньшей мере один порошкообразный огнеупорный материал. В качестве огнеупорного материала могут быть использованы огнеупорные материалы, обычные для металлолитейной промышленности. Примерами подходящих огнеупорных материалов являются диатомит, каолин, кальцинированный каолин, каолинит, метакаолинит, оксид железа, кварц, оксид алюминия, силикат алюминия, например - пиропиллит, кианит, андалузит или шамот, оксид циркония, силикат циркония, бауксит, оливин, тальк, слюда, полевой шпат.

Огнеупорный материал получают в порошкообразной форме. При этом размер частиц выбирают таким образом, чтобы в покрытии возникла стабильная структура, и чтобы формовочную краску без проблем можно было наносить на стенки литейной формы, например - с помощью распылительного устройства, В подходящем случае огнеупорный материал имеет средний размер частиц в диапазоне от 0,1 до 500 мкм, особо предпочтительно - в диапазоне от 1 до 200 мкм. В качестве огнеупорного материала особенно подходящими являются такие материалы, которые имеют температуру плавления, по меньшей мере на 200°C превышающую температуру жидкого металла, и которые не вступают в реакции с металлом. Долю порошкообразного огнеупорного материала в готовой к употреблению формовочной краске предпочтительно выбирают в диапазоне от 10 до 99,9 масс.%, более предпочтительно - в диапазоне от 30 до 70 масс.%.

В качестве восстановителя можно использовать любой элемент или любое соединение, которые способны связывать кислород. Восстановитель должен хорошо смешиваться с формовочной краской и предпочтительно должен находиться в твердой мелкозернистой форме. Если жидкость-носитель содержит воду, то восстановитель не должен реагировать с водой.

Подходящими восстановителями являются, например, металлический кремний, кремнийорганические соединения, металлический алюминий или вещества, выделяющие аммиак, например - карбонат аммония, мочевина, меламин или меламиновые смолы.

Предпочтительно использовать в качестве восстановителя углеродсодержащие соединения, причем особо предпочтительны соединения, содержащие большое количество углерода. Особо предпочтительно, если углеродсодержащее соединение имеет содержание углерода более 70 масс.%, еще более предпочтительно - более 80 масс.%, в пересчете на С. Из углеродсодержащего соединения под действием тепла, выделяемого жидким металлом, в присутствии кислорода или выделяющих кислород соединений выделяется, например, монооксид углерода, который может исполнять роль восстановителя.

Для получения наиболее выраженной способности взаимодействовать с кислородом восстановитель, более конкретно - углеродсодержащее соединение, предпочтительно должен содержать мало кислорода. Предпочтительно содержание кислорода в восстановителе, более конкретно - в углеродсодержащем соединении, составляет менее 20 масс.%, особо предпочтительно - менее 10 масс.%, еще более предпочтительно - менее 5 масс.%, в пересчете на O₂. Особо предпочтительно, если восстановитель, более конкретно - углеродсодержащее соединение, вообще не содержит кислорода.

Восстановитель может содержать азот. Тем не менее, предпочтительно, чтобы содержание азота было выбрано не слишком большим. Предпочтительно содержание азота в восстановителе составляет менее 10 масс.%, особо предпочтительно - менее 5 масс.%, в пересчете на N₂.

Особо предпочтительно использовать в качестве углеродсодержащего соединения источник образования пироуглерода («блестящего углерода»). Источниками образования пироуглерода являются органические соединения или смеси органических соединений, из которых под воздействием тепла, выделяемого жидким металлом, улетучиваются C-H-содержащие соединения. Возникающая при этом газовая фаза перенасыщена углеродом и поэтому обладает восстановительными свойствами. Перенасыщение газовой фазы углеродом в конечном счете становится таким большим, что на поверхность литейной формы откладывается пиролитический углерод в форме «блестящего углерода». Степень перенасыщения газовой фазы углеродом зависит от химического состава источников образования пироуглерода, то есть от соотношения C:H:O, от концентрации углерода и от температуры. Осаждение «блестящего углерода» на стенке полости литейной формы обуславливает ухудшение смачиваемости стенки расплавом. Образующие газы влияют также на соударение жидкого металла со стенкой литейной формы. Наблюдается так называемая «амортизационная прокладка» для расплава. Кроме того, за счет отложения «блестящего углерода» отливка легче вынимается из формы и оказывается благоприятное влияние на разрушение литейной формы. Кроме того, источник образования пироуглерода под влиянием тепла, выделяемого жидким металлом, становится пластичным и буферирует, например, расширение кварца под действием тепла, выделяемого жидким металлом.

Предпочтительные источники образования пироуглерода имеют содержание углерода более 50 масс.%, особо предпочтительно - более 70 масс.%, от массы сухого источника образования пироуглерода. Подходящими источниками образования пироуглерода являются, например, уголь, сажа, более конкретно - пламенная сажа, порошкообразный битум, порошкообразная смола, например - колофониум или экстракционная канифоль, а также жидкие масла.

Источники образования пироуглерода, пригодные для формовочной краски согласно настоящему изобретению, предпочтительно имеют соотношение атомов С/Н более 0,25, особо предпочтительно - более 0,5, еще более предпочтительно - более 1.

Источники образования пироуглерода предпочтительно содержат лишь небольшие количества кислорода. Доля кислорода предпочтительно составляет менее 20 масс.%, особо предпочтительно - менее 10 масс.%, еще более предпочтительно - менее 5 масс.%, в пересчете на O₂ и сухую массу источника образования пироуглерода. Особо предпочтительно использовать такие источники образования пироуглерода, которые вообще не содержат кислорода.

Подходящие источники образования пироуглерода могут содержать азот, например - в форме гетероароматических групп. Тем не менее, содержание азота обычно выбирают низким, чтобы подавить образование газов за счет выделения газообразного азота. Предпочтительно источник образования пироуглерода содержит менее 10 масс.%, особо предпочтительно - менее 5 масс.% азота, в пересчете на N и сухой источник образования пироуглерода.

В частности, если используются источники образования пироуглерода с очень высоким содержанием углерода, например - различные виды угля, то предпочтительно, чтобы источник образования пироуглерода содержал как можно меньше упорядоченных кристаллических участков. Поэтому, например, графит, для которого характерен очень высокий уровень кристаллической упорядоченности, плохо подходит или вообще не подходит для использования в качестве источника образования пироуглерода. Предпочтительно источник образования пироуглерода имеет степень кристалличности менее 30%. Степень кристалличности источника образования пироуглерода можно определить, например, с помощью рентгеновской дифрактометрии.

Содержание пироуглерода в источнике образования пироуглерода можно определить в соответствии со Стандартом Общества немецких литейщиков (VDG) Р 83. Предпочтительно используемые в качестве восстановителей согласно настоящему изобретению источники образования пироуглерода предпочтительно имеют содержание пироуглерода не менее 10 масс.%, более предпочтительно - не менее 50 масс.%, от массы источника образования пироуглерода.

В качестве источника образования пироуглерода предпочтительно используются угольные материалы, такие как каменный уголь, который особо предпочтителен. Можно использовать также другие угольные материалы, например - газовый уголь или пламенный уголь.

Кроме того, в качестве источника образования пироуглерода предпочтительно использовать углеродсодержащие полимеры. Подходящими углеродсодержащими полимерами являются, например, феноловые смолы, такие как новолаки, которые, тем не менее, из-за высокого содержания кислорода не обеспечивают чрезмерно высокого выхода пироуглерода. В качестве углеродсодержащих полимеров предпочтительно используют такие полимеры, которые содержат мало кислорода, например - менее 10 масс.%. Особо предпочтительно использовать углеродсодержащие полимеры, не содержащие кислорода. При этом особо предпочтительны такие углеродсодержащие полимеры, которые имеют в качестве основы непрерывную цепь углеродных атомов, и которые можно получить, например, посредством радикальной полимеризации виниловых мономеров. Углеродсодержащие полимеры предпочтительно содержат только атомы углерода и водорода. Кроме того, углеродсодержащие полимеры предпочтительно содержат ненасыщенные и, особо предпочтительно, ароматические боковые группировки. За счет этого соотношение «углерод/водород» углеродсодержащего полимера дополнительно смещается в сторону углерода. Особо предпочтительные углеродсодержащие полимеры имеют содержание углерода более 90 масс.% и, предпочтительно, соотношение атомов C/H от 1:2 до 1:1.

Особо предпочтительный для использования в качестве источника образования пироуглерода углеродсодержащий полимер выбран из группы полистирола и сополимеров полистирола. Примерами сополимеров являются стиролбутадиеновые, стирол(мет)акрилатные и стиролбутадиен(мет)акрилатные сополимеры. Особо предпочтительными являются сополимеры стирола, причем содержание стирола в углеродсодержащем полимере предпочтительно составляет не менее 25 молярных %, особо предпочтительно - не менее 50 молярных %.

Углеродсодержащие полимеры предпочтительно имеют средний молекулярный вес в диапазоне от 2.000 до 20.000 г/моль. Молекулярный вес можно определить, например, с помощью вытеснительной хроматографии с использованием стандартов, таких как полистирольные стандарты (например, производства компании POLYMER STANDARDS SERVICE GmbH, In der Dalheimer Wiese 5, D-55120 Meinz).

Доля восстановителя, предпочтительно - источника образования пироуглерода, в пересчете на содержание твердых веществ в формовочной краске согласно настоящему изобретению предпочтительно составляет не менее 1 масс.%, более предпочтительно - не менее 5 масс.%, особо предпочтительно - не менее 6 масс.%, еще более предпочтительно - она лежит в диапазоне от 8 до 30 масс.%. Согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения доля источника образования пироуглерода меньше 20 масс.%, согласно следующей форме осуществления настоящего изобретения - меньше 15 масс.%. Количество источника образования пироуглерода, содержащегося в формовочной краске, зависит от количества «блестящего углерода», который может быть получен из источника образования пироуглерода. В зависимости от образующегося количества «блестящего углерода» количество источника образования пироуглерода предпочтительно составляет не менее 1 масс.%, особо предпочтительно - не менее 2 масс.%, и еще более предпочтительно - в диапазоне от 2,5 до 10 масс.%.

В готовой к употреблению формовочной краске источник образования пироуглерода может содержаться, например, в количестве от 1 до 8 масс.%.

Формовочная краска согласно настоящему изобретению содержит относительно небольшое количество восстановителя или источника образования пироуглерода. Поэтому ее можно использовать в качестве формовочной краски для литейных стержней, так как она демонстрирует лишь небольшое газообразование. Однако за счет низкого содержания источника образования пироуглерода неожиданно оказалось возможным эффективно подавить образование микроотверстий («проколов»).

Кроме указанных выше компонентов формовочная краска согласно настоящему изобретению может содержать другие обычные компоненты. Согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения формовочная краска может содержать связующее. Назначение связующего прежде всего состоит в том, чтобы после высыхания формовочной краски, нанесенной на литейную форму, связать вещества, входящие в состав формовочной краски, и за счет этого обеспечить достаточное сцепление формовочной краски с основой. Предпочтительно добавляют такое связующее, которое отвердевает необратимо. В этом случае получают покрытие с очень высокой износостойкостью. Это полезно в том случае, если литейная форма должна транспортироваться после ее изготовления, и при этом она будет испытывать механические воздействия. Благодаря высокой механической прочности покрытия можно в значительной степени избежать повреждений. Кроме того, предпочтительно использовать такие связующие, которые не размягчаются повторно под воздействием влажности воздуха.

Можно использовать любые связующие, уже нашедшие применение в формовочных красках. В качестве связующих можно использовать, например, крахмалы, декстрин, пептиды, поливиниловый спирт, сополимеры поливинилацетата, поли(мет)акриловую кислоту, полистирол, дисперсии поливинилацетата-полиакрилата, а также смеси этих соединений. Согласно одной из предпочтительных форм осуществления настоящего изобретения формовочная краска согласно настоящему изобретению содержит в качестве связующего алкидную смолу, которая растворима в воде, а также в спиртах, таких как этанол, проапнол или изопропанол. В готовой к употреблению формовочной краске связующее предпочтительно содержится в количестве 0,1-5 масс.%, особо предпочтительно - в количестве 0,5-2 масс.%.

Кроме уже указанных огнеупорных материалов, формовочная краска может также содержать загуститель. Загуститель повышает вязкость формовочной краски. Это, во-первых, препятствует оседанию тяжелых компонентов краски, так что при нанесении слой краски всегда имеет однородный состав. Во-вторых, загуститель препятствует растеканию формовочной краски после ее нанесения на поверхности литейной формы, поэтому удается получить слой формовочной краски с постоянной толщиной и на вертикальных поверхностях литейной формы. В качестве загустителя могут быть использованы, например, обычные для формовочных красок силикаты с двухслойным пакетом и силикаты с трехслойным пакетом, такие как аттапульгит, серпентин, смектит, например - сапонит, монтмориллонит, бейделлит и нонтронит, вермикулит. Их содержание в готовой к употреблению формовочной краске предпочтительно составляет от 0,5 до 4,0 масс.%, особо предпочтительно - от 1,0 до 2,0 масс.%.

Кроме того, формовочная краска согласно настоящему изобретению может содержать смачивающее средство, которое облегчает нанесения формовочной краски на основу. В качестве смачивающего средства могут быть использованы все известные специалистам в данной области техники анионные и неанионные поверхностно-активные вещества со средней и высокой полярностью. Поверхностно-активные вещества предпочтительно имеют значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB) более 7. Смачивающие средства предпочтительно добавляют в количестве от 0,01 до 1 масс.%, особо предпочтительно - от 0,05 до 0,3 масс.%, причем значения процентного содержания относятся к формовочной краске, готовой к употреблению. Примером подходящего смачивающего средства является динатрия диоктилсульфосукцинат.

Для того чтобы избежать образования пены при изготовлении формовочной краски или при нанесении формовочной краски на поверхность литейной формы, формовочная краска может содержать пеногаситель. Образование пены при нанесении формовочной краски может привести к неравномерности толщины слоя формовочной краски и к появлению отверстий в краске. В качестве пеногасителей могут быть использованы, например, силиконовое или минеральное масла. Предпочтительно пеногаситель содержится в готовой к употреблению формовочной краске в количестве от 0,01 до 1 масс.%, особо предпочтительно - от 0,05 до 0,3 масс.%.

Формовочная краска может также содержать стандартные пигменты или красящие вещества. Их обычно добавляют для получения контраста между различными слоями формовочной краски или между литейной формой как основой и нанесенным на нее слоем формовочной краски, чтобы можно было визуально проверить полноту нанесения слоя формовочной краски. Примерами подходящих пигментов являются красный и желтый оксиды железа, а также графит. Красящие вещества и пигменты содержатся в готовой к употреблению формовочной краске в количестве от 0,01 до 10 масс.%, особо предпочтительно - в количестве от 0,1 до 5 масс.%.

В том случае, если формовочная краска получена в форме краски на водной основе, и в качестве жидкости-носителя также использована по существу только вода, в формовочную краску может быть добавлен биоцид для предотвращения заселения краски бактериями и их негативного влияния на реологию и вяжущую силу связующего. Примерами подходящих биоцидов