УЛУЧШЕНИЕ ВЫБИВАЕМОСТИ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

Малый А.В., Каргинов В.П., Лещенко А.Д., Кузовов А.Ф. (У-РП "СОЮЗ"),
Фетисова М.В., Кузовов А.Ф. (НПКП "Парами"), Чумак С.В. (ОАО "ПГОК"),
Шутов В.В., Кадинцев С.Е. (ООО "РКЭТ"), Сидак В.Б., Тютькина Н.В. (ДП "ДСЛЗ")

 

Из применяемых в литейном производстве неорганических связующих главенствующая роль принадлежит жидко му стеклу. Широкое его распространение связано с наличием ряда преимуществ: возможностью упрочнение форм и стержней без теплового воздействия, относительно низкой его стоимостью и простотой получения.

Использование жидкого стекла в качестве связующего для литейных форм и стержней основывается на процессах отверждения жидкого стекла, сопровождающихся проявлением адгезионных свойств к огнеупорному наполни-телю (кварцевый песок или другие огнеупорные пески). Такое отверждение жидкого стекла может осуществляться при естественном (на воздухе) или искусственном (нагрев, продувка теплым воздухом) высушивании смеси или за счет введения специальных химических добавок - отвердителей жидкого стекла.

При использовании жидкостекольных смесей наряду с достоинствами встречается и ряд определенных производственных трудностей. К ним следует отнести затрудненную выбиваемость стержней из отливок вследствие повы-шенной спекаемости жидкого стекла с формовочным песком. Этот факт подтверждается многими исследователями. Если принять за 100 % трудоемкость выбивки жидкостекольной смеси, отвержденной по СО2 - процессу, то выбиваемость ЖСС И ПСС, содержащих 6 массовых частей жидкого стекла составит 65…70 %, жидкостекольных ХТС с жидким отвердителем (2,5 - 3,5 % жидкого стекла) - 40 %, ХТС с синтетическими смолами - 7,5 %.

На рисунке 1 приведена зависимость работы A, затрачиваемой на выбивку образцов, от температуры их предварительного нагрева (кривая 1 - работа, затраченная на выбивку предварительно нагретых до 200'С и охлажденных образцов, кривая 2 - работа, затраченная на выбивку образцов, продутых СО2) [1]. Как видно из зависимости, кривая, характеризующая работу выбивки A, имеет два максимума и два минимума.

 

Рис. 1: Зависимость работы выбивки от температуры нагрева образцов

Первый максимум соответствует исходному состоянию образцов. При последующем нагреве и охлаждении образцов работа, затрачиваемая на их выбивку, непрерывно падает, достигая минимальных значений ("первый минимум") в интервале 400-600°С.

Нагрев до более высоких температур вызывает новый значительный рост работы, затрачиваемой на выбивку, которая достигает максимальных значений при 800°C ("второй максимум").

Из приведенных на рисунке 1 зависимостей видно также, что работа, затрачиваемая на выбивку образцов, продутых CO2, при всех температурах их предварительного нагрева оказалась ниже работы, затраченной на выбивку высушенных образцов.

Однако, если при первом максимуме работы разница весьма существенна, то при втором максимуме эта разница значительно уменьшается, а при обоих минимумах величина A практически одинакова. Это свидетельствует о том, что при нагреве до высоких температур и охлаждении опытных образцов в смеси происходят одинаковые или подобные процессы.

Основные пути создания легковыбиваемых смесей базируются на регулировании физико-химического взаимодействия связующего с огнеупорным наполнителем с целью снижения прочности конгломерата, образующегося при температуре заливки формы металлом:

  • снижение содержания жидкого стекла в смеси;
  • принципиальное изменение состава и физико-химической природы жидкого стекла;
  • применение добавок-разупрочнителей.

Уменьшение количества жидкого стекла в формовочной смеси является простым и экономически более выгодным способом. Однако в большинстве случаев его технологическая реализация невозможна ввиду ухудшения свойств самой формовочной смеси [2].

Использование жидкого стекла с измененным химическим составом также затруднено по многим причинам. Одна из основных причин заключается в получении литейным цехом готового жидкого стекла стандартного состава и дальнейшее доведение его до необходимой плотности и модуля.

Поэтому введение дополнительных добавок в формовочную смесь на этапе ее приготовления для улучшения выбиваемости является технологически и экономически более оправданным способом. Причем, при разработке добавок было выбрано направление по смещению температуры плавления силикатных композиций в более высокую область (более 1000°С).

Была разработана добавка, содержащая в своем составе Al2O3, SiO2, CaO и MgO. При этом CaO и MgO были введены с целью охрупчивания пленки связующего. Добавка получила название СК-3 (ТУ У 27.5-13608393-004-2004).

Для оценки выбиваемости смеси была применена стандартная методика, описанная в работе [1].

Из жидкостекольной смеси были изготовлены цилиндрические образцы. Образцы отверждали в сушильном шкафу. После отверждения образцы ох-лаждались на воздухе.

Было изготовлено 4 комплекта образцов (рецептура приведена в таблице 1). Для изготовления образцов использовалось жидкое стекло с модулем 2,36 и плотностью 1,47 г/см3.

Таблица 1. Состав опытных образцов.

Компоненты

Образец №1

Образец №2

Образец №3

Образец №4

Песок кварцевый, мас. частей

100

98

96

94

СК-3 мас. частей

-

2

4

6

Жидкое стекло мас. частей

24

24

6

6

Образцы были просушены в печи при температуре 160°С в течение часа. Прочность всех образцов после сушки находилась в пределах 1,75-2,0 МПа, то есть потери прочности смеси с различными добавками СК-3 отмечено не было.

После сушки была проведена имитация заливки металлом - образцы были выдержаны при температуре 880°С 1 час 15 минут.

После прокалки образцов было проведено их разрушение с помощью копра по методике [1]. Результаты приведены в табл. 2.

Таблица 2. Результаты прочностных испытаний.

Номер образца

Вид просушки

Количество ударов бойка

1

Просушенный

Не разрушился

Просушенный+прокаленный

>260

2

Просушенный

>260

Просушенный+прокаленный

>160

3

Просушенный

258

Просушенный+прокаленный

32

4

Просушенный

220

Просушенный+прокаленный

23

На основании проведенных исследований была определена оптимальная добавка смеси СК-3 для улучшения выбиваемости, которая составила 4-6% от массы сыпучих.

Смесь СК-3 прошла стадию промышленного внедрения на ДП "Днепродзержинский сталелитейный завод", ОАО "Лемкар", ООО "РКЭТ", успешно опробована на ОАО "Днепротяжмаш" для производства чаш чугуно- и шлако-возов, РУП "Гомельский центролит", ОАО "Полтавский ГОК" и др.

Украинско-Российское предприятие "СОЮЗ", почти ежемесячно кратно увеличивал объемы продаж СК-3 в Украине, а в текущем году материал, позволивший существенно облегчить трудоемкую технологическую операцию, будет отправляться и на экспорт.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.М. Лясс, И.В. Валисовский. Пути улучшения выбиваемости смеси с жидким стеклом// Труды ЦНИИТМАШ. - 1960. - Москва.

2. Формовочные материалы и смеси/ С.П. Дорошенко, В.П. Авдокушин, К. Русин, И. Мацашек. - К.: Выща шк., 1990; Прага: СНТЛ, 1990. - 415 с.

Сведения об авторах: