Разработка и исследование рецептур жидкостекольных формовочных и стержневых смесей с микродобавками ультрадисперсного пироуглерода: УДП

Процессы интеграции отечественного литейного производства в международный рынок ставят перед литейщиками серьезные задачи по снижению себестоимости, повышению качества и товарного вида отливок, а также по повышению экологической чистоты производства, что актуально и для отечественного рынка. Решение поставленных задач может быть в частности осуществимым при условии разработки новых составов формовочных и стержневых смесей. Однако при этом необходимо помнить, что любая смесь является специальной, т. е. дает удовлетворительные результаты только при определенных условиях ее применения. В этой связи наиболее правильным является создание новых рецептур смесей и технологических решений применительно к конкретным направлениям в технологии, отдельным видам производств, группам отливок.

В литейном производстве используются самые разнообразные по составам и свойствам формовочные и стержневые смеси, которые формируют как наружные, так и внутренние поверхности отливок. При этом свойства смесей зависят от вида и химического состава связующего материала. Основное производство отливок в мировой практике базируется на использовании трех видов связующих — глин, синтетических смол и жидкого стекла [33]. Выбор зависит от многих факторов, однако ведущими являются качество отливок, производительность труда, стоимость смесей и условия труда. В технологии литейного производства значительная роль принадлежит формовочным и стержневым смесям, при изготовлении которых в качестве связующего материала применяется жидкое стекло, позволяющее получать стержневые и формовочные смеси с высокой скоростью упрочнения и низкой газотворностью. Использование жид-костекольных формовочных и стержневых смесей позволяет значительно повысить качество поверхности отливок, производительность труда, автоматизировать технологические процессы смесеприготовления и изготовления литейных форм и стержней. Актуальность внедрения жидкостекольных смесей обусловлена также и тем, что жидкое стекло, относящееся к числу дешевых, недефицитных и экологически чистых материалов, обеспечивает получение отливок с достаточно высокой размерной точностью.

Однако, наряду с указанными преимуществами, эти смеси имеют и серьезные недостатки — затрудненную выбиваемость, высокую пригораемость, относительно низкую живучесть, повышенную гигроскопичность, плохую регене-рируемость, которые в значительной степени сдерживают объемы их применения.

Реализация преимуществ жидкостекольных смесей возможна в случае существенного улучшения их выбиваемости с одновременным повышением свойств регенерации отработанных смесей. Решение этих проблем осуществляется путём разработки новых составов смесей с различными органическими и неорганическими отвердителями и добавками, позволяющими снизить содержание жидкого стекла в смесях с условием сохранения необходимых исходных прочностных характеристик и способствующих его разупрочнению после высокотемпературного нагрева и охлаждения [115]. Обзор работ выявил, что существует и изучено достаточно большое количество добавок и отвердителей, как органического, так и неорганического происхождения, используемых для улучшения технологических, рабочих, физико-механических и физико-химических свойств жидкостекольных смесей. Однако использование известных добавок для улучшения свойств жидкостекольных смесей не полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к литейному производству в настоящее время, что ведет к необходимости поиска новых, более эффективных добавок. Также немаловажно отметить, что ужесточение требований к экологической безопасности литейного производства потребует более тщательного подбора данных добавок с целью снижения вредных выделений при их использовании.

Жидкостекольные смеси нового поколения в определенной степени снижают недостаток традиционных смесей — затрудненную выбиваемость из отливок и облегчают их регенерацию. Однако дальнейшее развитие литейного производства и возрастающие требования к качеству и технологичности литейной формы подчеркивают актуальность проблемы и необходимость продолжения исследований в этом направлении.

Дальнейшие исследования в этой области позволят расширить возможности использования в литейном производстве жидкого стекла, как наиболее полно удовлетворяющего технологическим, экономическим и экологическим требованиям связующего. В связи с этим возникает необходимость в проведении исследований по разработке жидкостекольных формовочных и стержневых смесей с улучшенными свойствами, за счет установления закономерностей формирования их структуры и свойств.

В данной работе показаны возможные пути разработки рецептур легковы-биваемых жидкостекольных смесей с добавкой ультрадисперсного пироуглеро-да (УДП) применительно к требованиям, обусловленным необходимостью получения качественных отливок при минимальных трудозатратах. Требования сформулированы на основе детального анализа литературных источников. Объяснение физико-химических процессов происходящих на этапах смесепри-готовления, заливки и охлаждения отливки в форме, позволяет детально обосновать технологию разработки и приготовления легковыбиваемых жидкостекольных смесей с добавками ультрадисперсного пироуглерода (УДП). Рассмотрен и детально изучен вопрос применения в качестве добавки для жидкостекольных смесей ультрадисперсного пироуглерода (УДП) существенно улучшающего выбиваемость жидкостекольных смесей, а также повышающего их термостойкость и улучшающего ряд других свойств данных смесей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена принципиальная возможность рецептурно-технологического управления механизмом формирования комплекса свойств жидкостекольных формовочных и стержневых смесей добавками ультрадисперсного пироуглерода (УДП).

2. Установлен механизм снижения остаточной прочности жидкосте-кольной адгезивной оболочки с добавками УДП за счет частичного окисления частиц УДП и термохимической реакции с образованием нового ультрадисперсного бескислородного соединения р—SiC.

3. Разработаны математические модели, описывающие свойства легковыбиваемых жидкостекольных смесей модифицированных УДП при варьировании количества составляющих компонентов, и произведена оптимизация их составов.

4. Установлено повышение начальной прочности, газопроницаемости и антипригарных свойств форм из смесей с добавками УДП, что способствует повышению качества поверхности отливок и снижению трудоемкости очистных операций.

5. Разработаны технологические рекомендации и рецептуры легковыбиваемых жидкостекольных смесей при содержании УДП 12. 16% от массы связующего, обеспечивающие снижение удельной работы выбиваемости (Ауд') в 4.6 раз.

6. Установлено, что добавки УДП в жидкостекольные смеси не только улучшают их выбиваемость, но и обеспечивают их повторное использование, что значительно сокращает вывоз отработанных смесей в отвал.

7. Разработанные рецептуры легковыбиваемых жидкостекольных смесей прошли опытно-промышленные испытания по результатам которых было принято решение о рекомендации по их внедрению в литейном цехе ОАО «Сибэнергомаш».