Регенерация отработанных смесей

Регенерации подвергаются отработанные смеси, накапливающиеся в обрубно-очистном отделении (от выбивки стержней, от очистных машин), просыпи, собираемые с пола формовочного и стержневого отделений, сушильных камер и др. Такая смесь содержит в себе много пыли, золы от сгоревших опилок и угля, куски стержней и форм, различные металлические и неметаллические включения, а также до 60—80% зерен песка, пригодных к дальнейшему применению. Для извлечения зерен песка из этой смеси ее подвергают переработке: разминанию комьев, магнитной сепарации, просеиванию и обеспыливанию.

Смеси разделяют также по ряду других признаков, например, по при- роде огнеупорной основы, назначению, роду заливаемого металла и др. По природе огнеупорной основы смеси разделяют на кремнеземистые, цирконовые и др. Наибольшее распространение получили кремнеземистые смеси, у которых в качестве огнеупорной основы используют кварцевые формовочные пески. Смеси на цирконовых песках применяют, главным образом, в целях предупреждения пригарообразования на массивных стальных и чугунных отливках. По назначению смеси разделяют на формовочные и стержневые, а также на единые, облицовочные и наполнительные.

Свойства смеси разделены на группы: гидравлические, механические, технологические и теплофизические (табл. 2).

Табл. 2. Свойства смеси

1.5. Смеси для формовки по-сырому

Изготовление отливок в сырых невысушенных формах имеет много преимуществ в сравнении с традиционной технологией заливки по-сухому. При этом сохраняется производственный цикл от изготовления формы до заливки, увеличивается съем литья с едини-23 цы площади литейного цеха. Заливка по-сырому ограничена величиной и массой отливки, тепловое поле которой влияет на состояние и поведение сырой формы. В зависимости от способа приготовления формовочные смеси для изготовления отливок по-сырому делятся на: природные (содержат все компоненты смеси в естественном состоянии); синтетические (отдельные составляющие смеси – связующее, наполнитель и добавки взаимно перемешиваются в процессе приготовления). По способу применения смеси разделяют на: облицовочные; наполнительные; единые. В зависимости от вида заливаемого металла различают смеси для: стального литья; серого и ковкого чугуна; цветного литья.

1.6. Смеси для формовки по-сухому.

При этом сохраняется производственный цикл от изготовления формы до заливки, увеличивается съем литья с едини-23 цы площади литейного цеха. Заливка по-сырому ограничена величиной и массой отливки, тепловое поле которой влияет на состояние и поведение сырой формы. В зависимости от способа приготовления формовочные смеси для изго- товления отливок по-сырому делятся на: природные (содержат все компонен- ты смеси в естественном состоянии); синтетические (отдельные составляю- щие смеси – связующее, наполнитель и добавки взаимно перемешиваются в процессе приготовления). По способу применения смеси разделяют на: облицовочные; наполни- тельные; единые. В зависимости от вида заливаемого металла различают смеси для: стального литья; серого и ковкого чугуна; цветного литья.

Смеси с жидким стеклом

Жидкое стекло представляет собой коллоидный раствор, силикатов щелочных металлов. В зависимости от способа отверждения жидкого стекла в формовочных смесях их можно разделить на следующие виды: смеси, отверждаемые углекислым газом; смеси, отверждаемые при добавке кислых катализаторов или путем иной дегидратации. К первой группе относится так называемая базовая химически твер- деющая смесь по СО2-процессу, которая отверждается при продувке углекислого газа через смесь кварцевого песка и жидкого стекла. Эта смесь чаще всего содержит чистый кварцевый песок и 5–7 % жидкого стекла плотностью 1,48–1,52 г/см3 . Влажность смеси выбирают, исходя, прежде всего, из условия достижения наибольшей прочности. В базовый состав смеси вводятся добавки, придающие смеси различные специальные свойства. Небольшое повышение прочности смеси в сыром со- стоянии обеспечивается добавкой сахаридов, более значительное добавками глинистых связующих при одновременной стабилизации жидкого стекла гид-24 роксидами щелочных металлов. Улучшение выбиваемости после заливки обеспечивают добавками органических или минеральных веществ, химическую инертность по отношению к легированным сталям – применением в качестве наполнителя хромомагнезита, корунда, циркона и др. Ко второй группе смесей относятся: смеси, отверждаемые путем физической дегидратации; смеси, отверждаемые при взаимодействии жидкого стекла и кислых катализаторов. К смесям, самозатвердевающим при сушке на воздухе или подсушиваемым газом, относится базовая химически твердеющая смесь по СО2- процессу с добавкой примерно 4 % бентонита и стабилизированная примерно 0,5 % NaOH. Эта смесь обладает достаточной прочностью в сыром состоянии и некоторой пластичностью. После извлечения модели форму оставляют для подсушки на воздухе, в результате чего жидкое стекло переходит в высушенный гидратированный силикат натрия. Смесь с жидким стеклом отверждается без существенного экзотермического эффекта добавками двухкальциевого силиката γ-2CaO·SiО2. При этом протекает процесс, подобный затвердеванию цемента. Феррохромовый шлак, содержащий около 70 % двухкальциевого силиката, в количестве 3-4 % перемешивается со смесью, содержащей 6-8 % жидкого стекла. Смесь должна быть использована в течении весьма короткого промежутка времени и поэто- му рекомендуется при непрерывном изготовлении стержней и форм. Другим вариантом этой смеси является жидкоподвижная формовочная смесь, в которой вследствие добавок поверхностно – активных веществ раствор жидкого стекла вспенивается (снижение поверхностного натяжения раствора жидкое стекло – вода) и вспененная формовочная смесь заливается в вибрируемые стержневые ящики. Такие смеси называют наливными, жидкотекучими, вспененными и др. Быстротвердеющей является также формовочная смесь, состоящая из кварцевого песка, жидкого стекла и порошкообразного 75 %-го ферросилиция, причем затвердевание смеси сопровождается существенным экзотермическим эффектом. Для протекания оптимального процесса затвердевания вы- бирается строго определенное соотношение количества жидкого стекла и ферросилиция, которое для жидкого стекла с модулем m = 2,4 составляет 3,8–3,9. Недостатками жидкостекольных смесей являются затрудненная выбиваемость и сложность регенерации. Поэтому в последнее время для жидко- стекольных смесей получают распространение жидкие отвердители, в качест- ве которых применяют сложные эфиры уксусной кислоты и глицерина (моноацетин, диацетин, триацетин) или эфиры уксусной кислоты и этиленгликоля (этилен-гликольдиацетат), либо кремнефтористо-водородную кислоту (6- 12 % водный раствор), что существенно улучшает выбиваемость и вымывае мость смесей.

1.8. Формовочные смеси с фурановыми смолами.

Литейные фурановые смолы являются сополимерами фурфурилового спирта и мочевины или фено- ла и формальдегида. В качестве связующего фурановые смолы применяются, прежде всего, для приготовления смесей, быстро твердеющих при нормальной температуре. Скорость твердения регулируется количеством катализатора, температурой смеси и скоростью перемешивания. Катализ происходит чаще всего в присут- ствии минеральных кислот (фосфорной, соляной, серной в растворах этано- ла). Отверждение происходит в течение нескольких минут, поэтому смеси с фурановыми связующими приготовляют в шнековых смесителях непрерыв- ного действия, обеспечивающих непрерывное приготовление смеси так, что- бы она не твердела в смесителе. При исключении или снижении количества катализатора в смеси ее жи- вучесть увеличивается, при этом возможно отверждение при нагреве. Темпе- ратура отверждения составляет 230–250 о С.

К основным свойствам формовочных смесей относятся: пластичность, прочность. огнеупорность, гигроскопичность, газотворность и газопроницаемость.

Пластичность- способность смеси деформироваться под действием приложенной нагрузки. Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, чтобы точно воспроизводить конфигурацию модели в форме. Таким свойством обладают материалы, ко­торые могут пластически деформироваться под действием слабых усилий, например, нажатия руки. Формовочные смеси имеют структуру, состоящую из зерен кварца, покрытых оболочкой связующего. Благодаря силам сцепления, зерна кварца прочно соединяется между собой. Для отделения их друг от друга или перемещения необходимо приложить усилие сдвига, которое будет тем больше, чем выше вязкость связующего. Таким образом, чем выше вязкость связующего, тем менее пластична формовочная (стержневая) смесь.

Прочность формовочных смесей зависит от их химического состава. Заданная прочность литейной формы достигается уплотнением формовочной (стержневой) смесей в процессе изготовления формы (стержня) и соотношением связующих элементов и наполнителей и различных добавок.

Огнеупорность- способность формовочных (стержневых смесей) противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Стенки полости формы при заливке металла нагреваются до температур, равных температуре металла. При заливке стали эта температура составляет 1580~1550°С, чугуна I340~I400°C, алюминиевых сплавов 700-730°С. Вследствие этого температура плавления ма­териала Формы должна быть выше температуры заливаемого металла, т.е. формовочная смесь должна обладать высокой огнеупорностью - способностью выдерживать высокие температуры без расплавления. Благодаря высокой температуре и протекающим химическим реакциям на границе металл-форма могут образоваться легкоплавкие силикаты металла, проникающие в поры песчаной формы. В результате на поверхности отливок образуется пригар, ухудшающий чистоту ее поверхности.

Кроме температуры и химических реакций, на величину пригара влияет пористость формы, а также продолжительность теплового воз­действия жидкого металла на стенки формы. Чем выше огнеупорность формовочной (стержневой) смеси и чем более инертна она к химиче­ским реакциям при высоких температурах, тем меньше пригар на от­ливках. Во многих случаях стержни со всех сторон окружены жидким металлом и прогреваются им на всю толщину, поэтому стержневые смеси должны приготовляться из более огнеупорных песков.

Гигроскопичность - способность формовочной (стержневой) смеси поглощать воду из воздуха. Гигроскопичность зависит от свойств связующего, входящего в состав смеси. Гигроскопичность смеси должна быть минимальной, так как влагонасыщение поверхности Формы (в процессе сборки и выдержки на воздухе) может быть причиной образования газовых раковин в отливке.

Долговечность- способность смеси почти не те­рять своих свойств при многократном использовании. Долговечность формовочной смеси является важной характеристикой, определяющей экономичность ее использования.

Формовочная (стержневая) смесь после заливки в форму металла частично теряет свои первоначальные свойства. Такие смеси называются отработанными. Отработанные смеси подвергают регенерации - специальной обработке, при которой удаляются пыль, остатки связующих и т.д. При дальнейшей переработке смеси для повышения прочности в нее добавляют глину. Повторное использование отработанных формовочных смесей, их регенерация значительно снижают расход свежих формовочных материалов и повышают экономичность про­изводства.

Газотворность и газопроницаемость. При нагревании стенок формы (стержня) жидким металлом влага, входящая в состав формовочной смеси, связующие, добавки (опилки, уголь) образуют большое количество паров и газов. Свойство смеси выделять при нагревании пары и газы называется газотворной способностью, пары и газы, образующиеся в слоях формы, соприкасающихся с жидким металлом, под действием тепла расширяются и перемещаются как внутрь формы (по каналам между песчинками) так и через металл. Если сопротивление движению паров и газов по каналам между песчинками будет больше сопротивления движения газов через металл, то в отливке могут появиться газовые раковины. Для получения отливок без газовых раковин формовочная (стержневая) смесь должна пропускать газы, т.е. обладать высокой газопроницаемостью. Из стержней, выполняющих полости и отверстия в отливках, газы, образующиеся при разложении связующего, выделяются более интенсивно. Это способствует образованию газовых раковин в отливке. Поэтому стержневые смеси должны обладать особенно малой газотворной способностью и высокой газопроницаемостью. Газопроницаемость смесей зависит от величины и формы зерен песка, от содержания глины и влаги, а также от степени уплотнения смеси при формовке. Можно приготовить образцы с высокой пористостью, вместе с тем эти образцы не будут газопроницаемы, поэтому можно считать, что в отношении отвода газов имеют значение только те поры и каналы, которые соединяют внутреннюю часть формы с ее поверхностью. Формовочная смесь является газо­проницаемой, если через нее при заданном давлении в течение оп­ределенного времени проходит определенное количество газов.

В качестве единицы измерения газопроницаемости принимается количество см³ газа (воздуха), проходящего в 1 мин. через слой формовочной смеси площадью в 1 см² и высотой в 1 см при разнице давления в 1 см водяного столба.

Определяется газопроницаемость пропусканием 2000 см³ воздуха комнатной температуры через стандартный образец диаметром, и высотой 5 см. При этом фиксируют давление воздуха «р» перед образцом и время «τ» прохождения всего объема воздуха. Величину газопроницаемости вычисляют по формуле:

K = Vh/Fp τ

где V- объем воздуха, прошедшего через образец в см³, он равен 2000 см³; h – высота образца, в см, (5 см); F - площадь поперечного сечения образца в см2 , она равна 19,635 см²; р - давление воздуха перед образцом в см водяного столба; τ - время прохождения через образец 2000 см³/мин воздуха.

Подставляя вместо буквенных выражений их значения, формула примет вид:

K = 509,5/p τ

Газопроницаемость смеси назначается для конкретных условий изготовления отливки. В общем случае можно указать пределы изменения газопроницаемости, ориентировочные значения которых приведены в табл.3.

Таблица 3.