Связующие этого класса получают растворением, смеши­ванием илиэмульгированием отдельных компонентов. Раство­рением их получают в том случае, если онирастворяются в одинаковых растворителях. Смешиванием можно соединить разные по химической природе материалы (органические и неорганические), но обязательно водные с водными, а не­водные с неводными. Приэмульгировании вводят ПАВ, кото­рое адсорбируясь на поверхности частиц или капель, пре­пятствует их разделению на отдельные фазы* Эмульсии пред­ставляют собой капли в негодном связующем или капли не­водного связующего в воде. В качестве ПАВ широко применя­ют лигносульфонаты технические {ЛСТ}.

Комплексными связующими, например, являютсяс 4ГУ, 4ГВ, ПТ, ПТА, ЗИЛ, СП, СВ, СЛК и др.

Связующее П - однородная темно коричневая жидкость, представляющая собой раствор окисленного петролатума (продукта переработки нефти) в уайт-спирите применяют при изготовлении мелких стержней сложной конфигурации, отверждаемых тепловой сушкой при температуре 220-240 С.

Связующее КО - однородная жидкость коричневого цвета; представляет собой кубовые остатки производства синтети­ческих жирных кислот растворенные в соотношении 1:1 в уайт-спирите; применяют для стержней любой сложности с высокой прочностью. Температура стержней 220-240 °С.

Связующее ГТФ - однородная жидкость от темно-коричневого до черного цвета, представляет собой тяжелую фракцию генераторной сланцевой смолы; применяют при изготовлении стержней средней сложности. Температура сушки 180-200 °С.

Связующие СП и СБ представляют собой эмульсии- лигно-сульфоната со связующими П и ГТФ. СП содержит 96-97 % ЛСТ и 3-4 % связующего П, а СБ - 88-90 % ЛСТ и 10-12 % ГТФ.

Противопригарные материалы для формовочных смесей. Рекомендации по их применению.

Графит. Для литейщи­ков основным показателем графита является зольность, ко­торую желательно ограничивать пределами 12-15 %, но фак­тически она колеблется от 15- до 25 %, что существенно снижает противопригарные свойства графита. Применяют гра­фит в противопригарных покрытиях для чугунного литья.

Каменный уголь. Состав угля должен быть не более 10 % зольность, выход летучих компонентов 30-40 %, содержание серы до 1 %, влажность 3-4 %, коксо­вый остаток должен представлять полный агломерат.

Выгорая из поверхностного слоя формы, уголь создает восстановительную атмосферу (газовую подушку) между фор­мой и сплавом за счет выделения СО и С0₂, восстанавливая окислы железа до неактивных форм, в результате чего не образуется химического пригара в виде фаялита (FeO-SiO₂).

Чугунные отливки имеют массу от граммов до десятков тонн. Процесс кристаллизации и длительность контакта фор­мы с жидким металлом для каждой отливки различен. Восста­новительная атмосфера должна присутствовать в форме весь период кристаллизации, что невозможно обеспечить при ис­пользовании углей одинаковой дисперсности. Поэтому для конкретных условий производства выбирают либо порошкооб­разный уголь со средним диаметром частиц 0, 16 - 0,05 мм или гранулированный уголь (модуль мелкости 52-72).

Гранулированный уголь имеет ряд преимуществ по срав­нению с порошковым: не снижает газопроницаемости смесей, дольше горит, не воспламеняется при хранении, не выделяет пыли в рабочих зонах. В связи с перечисленными достоинст­вами он находит все большее применение.

Иногда вместо каменного угля в смеси вводят мазут в количестве 1,5-2,5 % в зависимости от толщины стенки. Мазут дешевле каменноугольной пыли, легче распределяется в объеме смеси, имеет более низкую температуру газифика­ции и раньше создает восстановительную атмосферу в форме Однако из мазута выделяется гораздо больше газов, чем из угля, а это может вызывать образование газовой пористости в отливках. Используют его в цехах с усиленной вентиля­цией.

Для чугунных отливок с толщиной стенки меньше 5 мм каменный уголь желательно не использовать, т.к. чугун охлаждается раньше, чем начинается газовыделение из угля. Предпочтительнее такие формы припыливать (или вводить в смесь) древесным углем с размером час­тиц 0,05-0,1 мм. Лучшими считаются березовый и ольховый угли, как наиболее трудновоспламеняамые. Поэтому его ис­пользуют для цветных сплавов и художественного литья.

С этой же целью используются пеки (каменно-угольный, нефтяной, древесный), которые, благодаря обра­зованию полукокса и выделению пиролитического (блестяще­го) углерода, совершенно не смачиваются жидким чугуном.

Важно отметить, что углеродистые противопригарные до­бавки тем эффективнее, чем полнее создают восстановите­льную атмосферу, т.е. имеют больший углеродный потенциал У - СО / СО₂, и больше выделяют "блестящего" углерода.

Для стального литья в качестве противопригарных доба­вок углеродистые материалы использовать нельзя из-за опасности науглероживания сталей, поэтому применяют более огнеупорные, чем кварц, химически инертные к сплавам ма­териалы. К ним относятся: корунд, циркон, магнезиальные силикаты, шамот, которые вводят тонкодисперсными (до 30%) в состав облицовочных смесей для форм и в краски.

При формовке пo-сырому легкоотделяемый пригар на ста­льных отливках получают за счет добавок хлоридов и фтори­дов металлов, пятиокиси ванадия, сульфатов натрия и алю­миния, перманганата калия, марганцевой и железной руд, красного шлама, гематитовой руды и др.

При формовке пo-сухому для стальных отливок используют облицовки, вставки, краски на высокоогнеупорных материалах (хромомагнезит, циркон, корунд и др.)

Технологические добавки. Рекомендации по их применению.

Для придания форме определенных свойств в состав смесей и красок вводят специальные добавки. Эти материалы часто называют вспомогательными, но именно они обеспечивают качество отливок. Такими добавками можно регулировать отдельные свойства или комплекс свойств смесей, красок, что в итоге определяет качество литейной формы. Классифицируют добавки относительно тех свойств смесей и красок, которые с их помощью можно оптимизировать. Основные группы добавок: противопригарные; отвердители и катализаторы; растворители; поверхностно-активные вещества (ПАВ), изменяющие теплофизические свойства; изменяющие живучесть смесей, облегчающие выживаемость смесей; стабилизаторы суспензий; улучшающие податливость смесей: легирующие или модифицирующие. Из противопригарных материалов, разлагающихся при высоких температурах с выделением газов СО и СО2 и создающих в форме для чугунного литья восстановительную атмосферу, нашли широкое применение графит скрытокристалический, уголь каменный и другие материалы. Технологические добавки. Формовочные и стержневые смеси содержат в своем составе одну или несколько добавок, позволяющих добиться максимального уровня целого комплекса технологических свойств. Выбор обусловлен типом сплава и формы, условиями производства и требованиями, предъявляемыми к отливкам. Текучесть - это подвижность смеси под действием нагрузки. Улучшают ее добавками поверхностно-ак тивных веществ, которые изменяют физико-химические явления на границе раздела твердой и жидкой фаз в смесях и красках: смачиваемость, гигроскопичность, вязкость, трение, адсорбцию и др. В числе их должны быть названы в первую очередь поверхностно-активные вещества, в частности алкиларилсульфонаты, широко применяемые в литейном производстве. Эти добавки рекомендуются, главным образом, для жидкостекольных смесей. Эффективность добавок нужно оценивать комплексно - по прочности и выбиваемости. Как правило, максимальный положительный эффект дает сочетание двух добавок упрочняющем при нормальной температуре и разрушающей после нагрева и охлаждения. Например, для смесей по CO2-процессу вводят упрочняющие добавки: бораты, полифосфаты натрия, акриловые кислоты, полимеры и разрушающие - гидрол, глюкозу, декстрин, битум, уголь, сахара, спирты, карбонаты. Некоторые из органических разрушающих добавок одновременно повышают прочность, например декстрин, многоатомные спирты. Другие, в частности сахаросодержащие продукты, крахмал, повышают гигроскопичность смесей и приводят к их разупрочнению при длительном хранении. Имеются примеры добавок двойного действия среди анионактивных ПАВ, которые стабилизируют прочность и при достаточном содержании в смеси (0,8-1,0%) действуют как разрушающие добавки. Податливость - это способность формы или стержня не препятствовать усадке металла. Выбиваемость - это работа, затрачиваемая на разрушение форм и стержней. Эти свойства улучшают выгорающими (органическими) и разупрочняющими (неорганическими) добавками. Живучесть - это способность смеси полностью сохранять свои рабочие свойства в течение определенного времени. Для повышения живучести жидкостекольных смесей вводят добавку водного раствора гидрооксида натрия или калия. Для повышения живучести песчано-смоляных смесей используют добавки алифатических аминов, аминоспиртол. гликоле П. Живучесть песчано-глинистых смесей повышается за счет добавок крахмалите, ЭКР. Прочность - это способность смесей противостоять различным нагрузкам при изготовлении, транспортировке и заливке форм металлом. Корректируют ее в зависимости от типа связующего и требований. Глины и бентониты активируются добавками соды, что позволяет повысить прочность форм из сырых песчано-глиннстых смесей. Термостойкость - это способность смеси противостоять термическим нагрузкам без изменения ее физико-химического состояния. Повышают прочность в случае использования смесей с малотермостойкими органическими связующими, например с карбамидными смолами. С этой целью используют добавки дешевых водорастворимых смол пиролиза древесины, а также ЛСТ. древесный пек или растворы его в органических растворителях, графит, борную кислоту и др. Прилипаемость - это склонность смеси прочно сцепляться с поверхностью оснастки, что вызывает частичное, а иногда и полное разрушение формы или стержня. Прилипание наблюдается в том случае, когда силы сцепления между смесью и поверхностью модели и ящика (адгезия) больше, чем силы сцепления между отдельными зернами смеси (когезия). При изготовлении стержней прилипание больше, чем при изготовлении форм, т.к. стержневые смеси содержат связующие в большем количестве, чем формовочные. Для уменьшения прилипания к стенкам и к стержневым ящикам применяют керосин или смесь керосина и мазута, смесь керосина и графита. С этой целью используют и припылы - графит, ликоподий, тальк. Теплофизические свойства - это такие св-ва смеси, которые ответственны за процессы теплообмена между металлом и формой. Корректируют эти свойства с помощью теплорегулируюших добавок - материалов с особыми теплофизнческимн свойствами: вспученный вермикулит, хризолитовый асбест, перлитовый вспученный песок, диатомит (инфузорная земля), трепел, древесные опилки, мел. древесноугольная пыль, кварцевая мука и др.

Добавки узкоспециального назначения. Рекомендации по их применению.

Добавки узкоспециального назначения. При термическом разложении азотсодержащих смол выделяются азот и водород, последние же, растворяясь в жидком металле, могут служить источниками образования газовых дефектов (раковин, пор) в отливках, прежде всего стальных. Эффективным средством предупреждения газовых дефектов оказывается введение в смеси или противопригарные покрытия тонкодисперсных порошков оксида железа или диоксида' марганца. Отвердители и катализаторы - это добавки, которые обеспечивают быстрое химическое отвердение смесей Отвердителями для жидкостекольных пластичных и жидких смесей являются: феррохромовый шлак, нефелиновый шлам, пропилен карбонат, углекислый газ, глиноземный спек, ацетаты этиленгликоля. Растворители используют в основном в качестве дисперсной среды формовочных красок и разделительных составов: этиловый, фурилованой, изопропиловый, бутиловый спирты, ацетон, керосин, бензин, этилацетат. Основными характеристиками растворителей являются: растворяющая способность, температура кипения, скорость испарения, взрывоопасность и токсичность. Наиболее высокой активностью обладают хетоны (ацетон, циклогексонон). Спирты характеризуются более ограниченной растворимостью; они только частично растворяют смолы и не растворяют каучуков. Наименьшая растворявшая способность у смесей углеводородов: бензина, Уайт-спирита, керосина. Стабилизаторы - это добавки, повышающие седиментационную устойчивость (стойкость против расслоения на жидкую и твердую фазы) суспензий. Стабилизаторы представляют собой вещества, неограниченно набухающие в жидкости и создающие коллоидные растворы, в результате чего вязкость дисперсионной среды . возрастает. Стабилизаторы разделяют на две большие группы: для водных суспензий и неводных (на органических растворителях). В качестве стабилизирующей добавки применяют дисперсные глины с высокой степенью набухаемости. Защитные присадки используют при литье магниевых сплавов. Эти сплавы способны самовозгораться при заливке, а также при соприкосновении со стенками форм и стержней. В качестве присадок в данном случае применяют борную кислоту, фтористую присадку, серный цвет, которые разлагаются при высокой температуре и создают газовую прослойку, препятствующую окислению сплава. Припылы -порошкообразные материалы (серебристый графит, тальк, цемент и др.) наносят на рабочие поверхности моделей и стержневых ящиков с целью предотвращения прилипания к ним формовочных и стержневых смесей Антисептики - вещества, предотвращающие брожение органических добавок в красках. К ним относятся: формалин технический, изопропиловый и спирт, салициловая кислота и бензонат натрия. Легирующие и модифицирующие добавки диффундируют из смесей в поверхностный слои отливки и либо измельчают в нем структуру, либо придают особые свойства поверхности отливок. Эти добавки повышают твердость поверхностного слоя отливки, а в других случаях, наоборот, снижают твердость поверхностного слоя, отливки и улучшают ее механическую обрабатываемость Такими добавками являются теллур, свинец, сера, сурьма, висмут и их соединения.

23. Процессы подготовки исходных материалов и влияние их на качество (обогащение, измельчение, активация).

Исходные формовочные материалы, применяемые в качестве компонентов смесей, перед использованием подвергают соответствующей подготовке. Формовочный песок сушат, а затем просеивают. Температуру сушки определяют исходя из содержания в песке глинистой составляющей. Для песков, в которых содержание глинистых составляющих более 10%, температура сушки не должна превышать 250–300°С. Пески с меньшим содержанием глинистой составляющей сушат при температуре 500°С. Сушку песка осуществляют в горизон-тальных барабанных сушилах.

Рис. 7.1. Схема горизонтального барабанного сушила:

1 – топка; 2 – течка для загрузки песка; 3 – дымосос;

4 – выходное отверстие; 5 – барабан; 6 – привод;

7 – винтовые насадки для распределения высушиваемого материала

Горизонтальное барабанное сушило показано на рис. 7.1. Загрузку песка в барабан 5 производят непрерывно. При вращении барабана, установленного под углом к горизонту, песок движется по наклону под действием собственной массы и распределяется внутри барабана по продольным каналам насадок 7. Высушенный песок поступает в ленточный транспортер, а после охлаждения – к месту потребления. Производительность горизонтальных барабанных сушил в зависимо-сти от модели составляет до 45 т песка в час.

Рис. 7.2. Схема установки для сушки и охлаждения песка в «кипящем» слое:

1 – сушильная камера; 2 – приемная воронка; 3 – транспортер;

4 – течка; 5 – газораспределительная решетка; 6 – топка; 7 – трубопровод;

8 – шибер; 9 – трубопровод; 10 – вентилятор; 11 – смесительная камера;

12 – воздухораспределительная решетка; 13 – транспортер;

14 и 16 – желоба; 15 – охладительная камера

Влажный песок по ленточному транспортеру 3, через приемную воронку 2 и течку 4 поступает в сушильную камеру 1 на газораспре-делительную решетку 5. Топливо подается по трубопроводу 7 и сжи-гается в топке 6. Из топки горячие газы поступают в смесительную камеру 11, в которой они частично охлаждаются холодным воздухом до 900–1000°С, а затем продуваются через газораспределительную решетку 5. При продувке песок переходит в состояние псевдокипе-ния, в процессе которого зерна песка обдуваются горячими газами и трутся друг о друга, частично очищая свою поверхность от примазок других минералов. Высушенный горячий песок по желобу 16 посту-пает в охладительную камеру 15, в которой он повторно продувается через воздухораспределительную решетку 12, но уже холодным воз-духом. К установке воздух нагнетается вентилятором 10 по трубо-проводам 9. Регулирование подачи воздуха производят шиберами 8. Охлажденный песок по наклонному желобу 14 поступает на ленточ-ный транспортер 13, а затем к месту потребления. Производитель ность установок для сушки песка в «кипящем» слое в зависимости от модели составляет от 3 до 24 т/ч.

Формовочные пески с высоким содержанием глинистой состав-ляющей (более 10%) после сушки с целью разминания комьев под-вергают дроблению с применением оборудования, предназначенного для грубого дробления формовочных материалов. К данному виду оборудования относятся щековые, валковые, молотковые и роторные дробилки.

Схема одного из видов этого оборудования – щековой дробилки – приведена на рис. 7.3. Материал, предназначенный для дробления, за-гружают в зазор 1, образованный подвижной 3 и неподвижной 2 ще-ками. Дробление кусков осуществляется с помощью эксцентрикового вала, передающего колебательное движение подвижной щеке через шатун 6, который, поднимаясь с помощью распорок 5, приближает ее к неподвижной щеке, а, опускаясь, позволяет ей под действием пружины отойти обратно. Загруженный кусковой материал при этом опускается и измельчается до величины, соответствующей наименьшему расстоя-нию 4 между щеками, после чего проваливается вниз. Производитель-ность дробилок данного типа составляет до 5–6 м³/ч.

Рис. 7.3. Схема щековой дробилки:

1 – верхний зазор; 2 – неподвижная щека; 3 – подвижная щека; 4 – нижний зазор; 5 – распорки; 6 – шатун

Просеивание песка с целью отделения спекшихся комочков и мелких камней (гальки) производят с помощью полигональных бара-банных сит или вибрационных установок (грохотов), имеющих раз-меры ячеек 3–5 мм.

Все высокоогнеупорные наполнители формовочных смесей и про-тивопригарных красок (хромит, хромомагнезит, магнезит и др.) долж-ны иметь такой зерновой состав, который соответствовал бы их назна-чению. В противном случае их перед применением измельчают (дро-бят, размалывают) и просеивают. Например, хромитовые пески при-меняют обычно таких групп: 01, 016 и 02. Кусковой хромит подвер-гают измельчению в дробильно-размольных машинах: щековых и ко-нусных дробилках, а затем в размольных вальцах или бегунах с про-сеиванием на ситах до получения фракции 3,2–0,5 мм. Измельчение хромита до размера зерен менее 0,06 производят в трубных мельницах.

Формовочную глину используют в сухом молотом состоянии или в виде водной суспензии. Подготовка глины заключается в следующем. Комовую глину сначала подвергают сушке в барабанных сушилках. Температура сушки обычной глины не должна превышать 200–250°С, а бентонитовой – 150–180°С. При более высоких температурах глина будет терять свою связующую способность. Дробление и размол глин обычно происходит в две стадии: грубое и тонкое дробление.

Рис. 7.4. Схема шаровой мельницы:

1 – загрузочная воронка; 2 – барабан из стальных пластин; 3, 5 – сита; 4 – лопатки для повторного сбрасывания в барабан крупных частиц; 6 – разгрузочное окно

В барабан вместе со стальными шарами загружают глину, кото-рая, прошла стадию грубого дробления. Во время движения барабана шары размалывают глину, которая, проходя через решетчатые стен-ки, выходит наружу через разгрузочное окно. Глина, не прошедшая через решетчатые стенки барабана, специальными лопастями по-вторно направляется в барабан для дробления. С целью увеличения производительности шаровые мельницы оснащаются специальными проточными сепараторами, которые улучшают процесс отделения недомолотой глины для повторного размалывания. Производитель-ность шаровых мельниц составляет до 6–7 т/ч.