КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм 1000X705X 1190 6 страницаСогласно ТУ через сито № 0063 должно проходить не менее 98 % по массе пылевидного НКС. Следует отметить, что для получения качественной поверхности оболочки зерновой состав должен быть разнородным, а содержание зерен размером 10 мкм и менее должно быть более 20%. Зерновой состав (оптимальный) пылевидного НКС: Размер зерен, мкм .... ≥50 50—40 40—30 30—20 20—10 10—5 ≤5 Электрокорунд (αА1203) получают в дуговых печах и подразделяют на нормальный (черный) и белый. Нормальный, получаемый восстановительной плавкой бокситов, содержит 4—6 % вредных примесей (табл. 6.5), снижающих его температуру плавления и химическую стойкость. Белый электрокорунд может содержать до 6 % алюмината натрия в виде относительно мягких включений. При дроблении слитков и седиментационном разделении алюминат натрия оседает в пылевидной фракции.
Алюминат натрия со связующим Si02 из ЭТС при прокаливании оболочек или заливке в них расплава образуют на поверхности зерен основы соединения типов Na30-Al203-4Si02 (жадеит) с темпе- Рис. 6.6. Свойства оболочки из белогоэлектрокорунда, содержащего, % по массе: 0,68 SiO,, 0,15 СаО, 0,14 Fe,03,0,34 (Na20 + К20) со связующим гель Si02. σи — предел прочности при изгибе, МПа; f — стрела прогиба образ- цов, мм (расстояние между опорами60 мм при нагрузке 1,5 кг)
ратурой плавления 1060 °С и Na20-Al203-6Si02 (альбит), плавящегося при темпера- туре 1100°С Это приводит к размягчению оболочки при температуре 1060 °С и рез- кому падению прочности их под, 1200 °С [58] (рис. 6.6). /Электрокорунд химически стоек, не образует питтинга. Так как / расширение при нагреве плавное, ооолочка обладает достаточной термической стойкостью и ее можно заливать в горячем виде без опорного наполнителя. Для суспензий применяют смеси дорогих классифицированных порошков белого электрокорунда, например, смесь из порошков М-5, М-10, М-40 и М-50 в количестве соответственно 30, 28, 30 и 12 % по массе. Обсыпают первый слой зернистым белым электрокорундом № 20, а последующие слои № 50 или смесью зерен № 40 и 63 в соотношении 1:1. Для получения химически стойкой оболочковой формы желательно применять в качестве ее основы и связующего один и тот же огнеупорный окисел. Такое связующее для электрокорунда — окси-нитрат алюминия. В целях экономии дорогого белого электрокорунда можно один или два облицовочных слоя оболочки изготовить из белого, а последующие из нормального электрокорунда (см. табл. 6.5). Нельзя применять глинозем (7А1203) для оболочковых форм и стержней, так как он вследствие активного химического взаимодействия с окислами сплавов образует пригар и питтинг на отливках. Кроме того, при прокаливании и при заливке форм происходит необратимое полиморфное превращение А1203-> аА1203 с уменьшением объема, так как плотность первого pv = 3700 кг/м3, а второго — р« = 4000 кг/м3. Окись магния (MgO) получают обжигом природного магнезита MgC03 при 1500—1600 °С. С02 возгоняется, а куски окиси магния размалывают до нужной зернистости. Используют MgO для химически стойкой оболочки при заливке высокомарганцевых сталей. Лучшими связующими для магнезитовых форм и стержней являются азотнокислый магний и азотнокислый кальций, так как химическая природа огнеупорной основы и связующего одинакова. Возможно применение этилсиликатного связующего орг-1 (см. с. 210), так как оно слабо реагирует с окисью магния, особенно при температурах, близких к нулю. Химическая стойкость таких оболочек к высокомарганцевым сталям объясняется образованием форстерита (2MgO*SiO2) на поверхности зерен магнезита. В вакууме при температурах расплавов на железной или никелевой основах окись магния возгоняется. Это не позволяет применять MgO для форм, заливаемых в вакууме. Соединения окислов. Наиболее широкое применение получили алюмосиликаты — муллит, высокоглиноземистый шамот, ди стен-силл иманит. Муллит 3Al203*2Si02, имеющий небольшой коэффициент термического расширения (см. табл. 6.2), устойчив при высоких температурах. В зарубежной практике его широко применяют для форм. Запасы природного муллита ограничены. Однако он образуется в шамоте при обжиге каолина, содержащего в своем составе не менее 36 % окиси алюминия. Высокоглиноземистый шамот 3A1203-Si02, получаемый обжигом каолиновых глин, состоит из двух фаз — муллита и кристобаллита в виде стеклофазы. В СССР выпускают шамот следующего химического состава, % по массе: не менее 36 А1203; 60 Si02; 2,0TiO2; 1,5 Fe203; 0,5 СаО; 0,4 MgO; 0,15 К20; 0,15 NaaO. Огнеупорность — более 1750 °С; влагопоглощение — менее 5 % (ТУ 37.002.0010—80). Ниже приведен зерновой состав шамота марок 0315 и 063: Номер сита................. 2,5—1 0,1—0,2 0,05 — тазик Остаток на сите, %: 0315............................ 3 4,5 0,5 063 ....................................... 2 6 0,5 Первый (облицовочный) слой оболочек следует обсыпать зернистым шамотом марки 0315, а последующие слои — шамотом марки 063. Для обсыпки слоя суспензий применяют шамот с кристаллическим кварцем, что увеличивает термостойкость оболочки, так как ее расширение составляет 1,0—1,1 % вместо 1,4—1,5 % при использовании для обсыпки кристаллического кварцевого песка. Силлиманитовая группа алюмосиликатных соединений включает силлиманит, андалулузит и дистен-силлиманит (кианит). Они имеют одинаковую форму Al203-Si02, но различаются полиморфным состоянием. Наиболее широко применяют концентрат дистен-силлиманито-вый марок КДСЗ (зерновой) и КДСП (пылевидный) с содержанием ≤57 % А1203; <0,8 % Fe203; <0,2 % СаО; <0,4 % MgO и <1,5 % ТЮ2. При 1300—1350 °С в дистен-силлиманите идет реакция образования муллита с выделением Si02 и увеличением объема до 15 %. Поэтому перед изготовлением оболочек дистен-силлиманит обжигают при температуре свыше 1000 °С для частичной его муллитизации, чему способствуют примеси щелочноземельных металлов. Следует обращать внимание на форму зерен КДСП. При получении его струйным помолом без последующей обкатки в. шаровых мельницах резко ухудшается качество поверхности отливок. В ряде случаев дистен-силлиманит используют вместо пылевидного электрокорунда. Циркон (силикат циркония) ZrO2*SiO2 встречается в ряде стран (например, в Австралии) в виде природных цирконовых песков. В СССР циркон получают как побочный продукт обогащения титано-магниевой руды. Поставляют концентраты цирконовый порошкообразный (КЗП), тонкодисперсный (КЦПТ) и зернистый (КЦЗ), предъявляемые требования к которым приведены в табл. 6.6 (согласно ОСТ 46-82—81).
Регенераты — зернистые материалы, получаемые из отработавших оболочек, их применяют для обсыпки третьего и последующих слоев суспензий. От сухих кусков оболочек отделяют постоянным магнитом металлические (железные) составляющие, далее оболочки измельчают, полученную крошку разделяют по фракциям. Для рассева можно применять барабанное сито (рис. 6.7) [92]. Регенерат оболочек из кристаллического кварца (до 70 %) имеет форму зерен, подобную зернам свежего песка. Целесообразно использовать конгломераты зерен средним размером 0,6—1,6 мм для обсыпки третьего слоя. Последующие слои также обсыпают регенератом, но размеры зерен его, как у свежего песка, или несколько больше. При таком использовании регенерата толщина четырех-слойной оболочки увеличивается на 20—40 %, разрушающая нагрузка увеличивается на 15—35 %,[хотя а„ образцов немного снижается [92]. Регенераты НКС характерны тем, что природа основы и пленок связующего одинаковы. Используют зерна после рассева измельченной оболочки по двум вариантам: без дополнительной обработки для обсыпки третьего и последующего слоев; после мокрого обога щения для снижения до 0,2 % окиси железа (которая имеется в по верхностном слое оболочки) и отделения остатков пылевидных
составляющих. Более высокое содержание окиси железа снижает температуру размягчения оболочки [3]. Регенерат электрокорунда получают после растворения пленок двуокиси кремния в водном растворе едкой щелочи. Способ основан на том, что аморфная двуокись кремния связующей пленки растворяется в едкой щелочи с образованием водорастворимых силикатов, а зерна электрокорунда практически не взаимодействуют со щелочью. В щелочи также не растворяется и дистен-силлиманит, который часто применяют как заменитель дорогого пылевидного электрокорунда. После перевода пленок связующего в растворимое жидкое стекло пульпу промывают, нейтрализуют, сушат, классифицируют и зерно используют для обсыпки. Этот способ имеет недостатки: регенерирует только шлиф-зерно, а самые дорогие и дефицитные микропорошки и зерна <0,2 мм удаляют в отвал. Известен также способ, заключающийся в оттирке пленок с зерен корунда при вибродинамическом воздействии на пульпу, состоящую из трех частей размолотых корундовых оболочек и одной части воды [30]. Оттирка позволяет использовать и микропорошки (>5 мкм). После активации продукта соляной кислотой его используют с добавками свежего электрокорунда для изготовления оболочковых форм. Подготовка материалов основы. Подготовка материалов основы включает дробление, помол, промывку, химическую активацию, прокаливание и просеивание. Помол. Получили применение два способа помола: мелющими телами и без мелющих тел. Первый способ — помол в шаровых или вибрационных мельницах. Продукт получают окатанной формы, рассредоточенного зернового состава. В вибрационных мельницах материал одновременно и истирают. Производительность вибрационных мельниц в 10—20раз выше, чем шаровых, а загрязнение материала продуктами износа включает дробление, помол, промывку, химическую активацию, прокаливание и просеиванием Помол. Получили применение два способа помола: мелющими телами и без мелющих тел. Первый способ — помол в шаровых или вибрационных мельницах. Продукт получают окатанной формы, рассредоточенного зернового состава. В вибрационных мельницах материал одновременно и истирают. Производительность вибрационных мельниц в 10—20 раз выше, чем шаровых, а загрязнение материала продуктами износа шаров меньше. Второй способ — помол в струйных установках. Измельчение происходит при соударении зерен, движущихся навстречу друг другу со сверхзвуковой скоростью; пылевидный материал не загрязняется железом, однако его зерна имеют осколочную форму, что существенно ухудшает рабочую поверхность оболочек. Пылевидные материалы, полученные первым и вторым способами при одинаковой удельной поверхности совершенно различны по технологическим свойствам. Для получения суспензии одинаковой вязкости в 1 л этилсиликатного связующего можно замешать до 2,5—3,0 кг пылевидного кварца вибропомола, а струйного — в 2 раза меньше. Оболочки из материала струйного помола рыхлые, с низкой прочностью и большой открытой пористостью, поэтому отливки получаются с шероховатой поверхностью. Рационально совместное применение описанных способов помола: предварительный струйный помол до удельной поверхности 300— 250 м2/кг с последующим измельчением и обкаткой зерен в вибрационных мельницах до удельной поверхности 400—600 м2/кг. Кратковременная обкатка незначительно загрязняет материал, но существенно улучшает форму зерен. В последнее время предложен принципиально новый способ помола в планетарных мельницах, в которых возможно непрерывное измельчение материалов без мелющих тел. Пылевидные составляющие суспензий нельзя промывать, так как тонкодисперсные частицы, положительно влияющие на прочность и шероховатость поверхности оболочек, уносятся водой. Сушить песок наиболее целесообразно в установках псевдо-кипящего слоя с устройствами для его охлаждения и пневматического транспортирования к месту потребления. Для сушки пылевидных материалов рекомендуют те же печи, что и для прокаливания. Просеивание. Пылевидные материалы следует просеивать через сито № 0063 или 005, в барабанных или вибрационных установках [14]. Прокаливание. Материал, загрязненный намолотым железом и иногда органическими примесями, прокаливают в окислительной среде при 900—950 °С; железо окисляется до Fe203 и не оказывает вредного действия на суспензию. Магнитная обработка. Намолотое железо при получении пылевидных материалов удаляют магнитной обработкой суспензий. Для этого у внутренних стенок смесителя укрепляют две-три пластины, намагничиваемые электромагнитами, расположенными с наружной стороны. При непрерывном перемешивании частицы железа отрываются от зерен пылевидного материала и оседают на пластинах. Приготовление шликера. При использовании материалов, загрязненных окислами железа и щелочных металлов, целесообразно их обработку проводить при приготовлении шликера, используемого в дальнейшем для получения суспензии. В подкисленную воду замешивают пылевидные огнеупоры, например, кварц пылевидный [78]. Известны два способа приготовления шликера: 1) в 0,7—0,8 объема смесителя наливают подкисленную воду и в нее при перемешивании порциями насыпают пылевидный материал до соотношения твердой и жидкой составляющих 4 : 1 по массе; температура шликера вследствие трения повышается, и при t = = 60 °С подают воду в рубашку бака, охлаждая шликер до 35— 37 °С; 2) в емкость наливают подкисленную воду и в нее всыпают пылевидный огнеупор, выдерживают до приготовления суспензии 1—2 сут. Преимущества шликерного способа приготовления суспензии объясняют тем, что происходит нейтрализация железа, а также щелочных и щелочноземельных примесей. Кроме того, поверхность зерен кварца гидратируется с образованием Si(OH)2, и разрушаются комочки. Этот способ позволяет уменьшить расход этилсиликата в 1,3—1,5 раза, увеличить живучесть водно-спиртовых суспензий до 5—7 сут, и уменьшить склонность оболочек к образованию трещин при сушке. Необходимую массу соляной кислоты (г) на 1 кг пылевидного материала определяют по формуле МНСх Щ (9,7-И0) *Fe, Кислые связующие широко представлены растворами этилсиликата, из которых образуется в оболочке аморфная двуокись кремния. Формы с ним достаточно прочны и не образуют пригара на отливках из углеродистых сталей, медных и алюминиевых сплавов. К кислым также относятся фосфаты металлов и сочетания этилси-ликатного связующего с фосфатным. ^Эгилсиликаты (ЭТС) — прозрачная или слабоокрашенная жидкость с запахом эфира. Это продукт реакции этилового спирта с че- тыpexxлopистым кремнием при непрерывном их смешивании и охлаждении в реакторе. Реакция этерификации, или эфиризации, может быть схематически представлена следующим уравнением (если применяют обезвоженный спирт) [41]: SiCl4 + 4С2Н5ОН (CafbO^Si + 4НС1, (6.2) где (C2H50)4Si — этиловый эфир ортокремниевой кислоты с температурой кипения 165,5 °С, называемый также тетраэтоксисиланом, или моноэфироль/ При использовании в реакции спирта, содержащего некоторое количество воды, последняя частично гидролизует продукты этерификации, а образовавшиеся молекулы конденсируются (объединяются) с выделением воды, которая вновь .вступает в реакцию гидролиза, ж В результате образуется смесь соединений (табл. 6.8), которую называют техническим ЭТС. Он не содержит двуокиси кремния (Si02), но, так как Si02 — собственно связующее оболочки, условное количество его в ЭТС принято в обозначении марки продукта. Для литейного производства отечественная химическая промышленность выпускает ЭТС двух марок: 32 и 40. Технические требования указаны в табл. 6.9. Существенные преимущества ЭТС ' 40 перед ЭТС 32 заключаются в том, что связующие растворы первого при меньшем содержании в них двуокиси кремния сообщают оболочкам большую прочность вследствие более высокой степени конденсации. Следовательно, для литейного производства целесообразно выпускать только ЭТС 40 и ЭТС 50. Строение молекул ЭТС 32 и ЭТС 40 линейн9е, например, . OR OR OR OR I - I II RO—Si—O—Si—О---------- Si—О—Si—OR (6.3) II 'II- ^ЭТС 40 и ЭТС 32 не могут быть связующими, так как не сообщают прочность оболочкам. Для йолучения связующих растворов их необходимо гидролизовать с тем', чтобы линейное строение молекул превратить в разветвленное и частично сшитое или в коллоидный раствоо/с. 211—212). Из сравнения составов отечественных ЭТС с зарубежными следует, что последние содержат примерно вдвое меньше мономера. Известно, что в реакцию гидролиза вступают прежде всего и легче
всего мономеры, они же выделяют при гидролизе наибольшее количество спирта. Этим можно объяснить затруднения при использовании импортного ЭТС 40, содержащего небольшое количество мономера, для получения суспензии без введения органического растворителя, так как гидролиз идет очень вяло. Для интенсификации гидролиза следует добавить ~10 % взаимного растворителя — спирта или ацетона. Таблица 6.10 Кремнезоли, Стабилизированные NaOH
Кремнезоли [27] (табл. 6.10) получают методом удаления ионов натрия, пропуская разбавленный силикат натрия (жидкое стекло) через катионитовую смолу с последующим нагревом полученных продуктов в щелочной среде и дальнейшим концентрированием. Кремнезоли — коллоидные дисперсии двуокиси кремния в воде, стабилизированные гидроокисями щелочных металлов. Они содержат силанольные группы =Si — ОН, которые поликонденсируются с образованием прочных силоксановых связей, например, =Si—О—Si = ; перезаряжаются в воде, подкисленной соляной кислотой. Кремнезоли, разбавленные водой до 3,5—6 % Si02, в сочетании с водно-спиртовыми этилсиликатными связующими при совмещенном способе приготовления суспензий существенно увеличивают прочность оболочек, что позволяет снизить расход ЭТС 40 и исключить органические взрыво- и пожароопасные жидкости (растворители). Кремнезоли находят применение и для формирования облицовочного слоя оболочек. Недостаток кремнезолей — потеря связующих свойств после замерзания. Фосфаты. Однозамещенные соли ортофосфорной кислоты железофосфат [Fe(H2P04)2], алюмохромфосфат [А13Сг(Н2Р04)12], же-лезоалюмофосфат lFeAl3(H2P04)13 ] обладают связующими свойствами 127, 45, 531; хорошо растворимы в воде и нерастворимы в спиртах и ацетоне; при сушке приобретают полимерные структуры типа МепОт-Р2Ог>*Н20, а после прокаливания МепОт-Р2Об, так как удаляется кристаллизационная вода; прочность оболочек повышается. Двузамещенные соли ортофосфорной кислоты не обладают связующими свойствами. Известное до 50-х годов алюмофосфатное связующее (АФС), используемое в производстве огнеупоров, не получило применения в литье по выплавляемым моделям, так как образующиеся при прокаливании полиморфные формы претерпевают превращения с изменением объема аналогично кристаллическому кварцу. АФС стареет с увеличением вязкости и снижением связующих свойств и твердеет только при 300—400 °С. С введением в него одного из металлов Fe, Сг, Ni, Mn, Са, Mg получают соединения типа MenOm-Al203-P205. Они твердеют при 20—30 °С в процессе сушки на воздухе и при прокаливании. Однозамещенные фосфаты стабилизируют суспензии с ЭТС связующим без введения в последние органических разбавителей. Алюмометаллофосфаты используют как самостоятельное связующее для оболочек, так и в сочетании с ЭТС. При этом растворы из ЭТС содержат >10 % двуокиси кремния [62]. Амфотерные связующие — это растворы основных солей (оксисолей) алюминия, хрома, циркония (оксиниграты, окси-хлориды) и растворы цирконийорганического соединения (тетра-хлорэтилцирконаты). В процессе сушки и прокаливания оболочек цементация зерен происходит вследствие образования окислов хрома, алюминия, циркония на поверхности зерен. Сущность получения оксисолей основана на восстановлении хромового ангидрида этиловым спиртом (или ацетоном) в присутствии соляной кислоты согласно уравнению 2Сг03 + ЗС2НбОН + 2НС1 = 2Сг(ОН)2С1 + ЗС2Н40 + 2Н20 (6.4) Основные связующие. Представители этой группы связующих — азотнокислый кальций и жидкое стекло. Азотнокислый кальций растворим в метиловом спирте (см. табл. 6.7), после прокаливания оболочки он образует окись кальция — собственно связующее, которое в сочетании с основой из плавленой или спеченной окиси магния или с описью кальция дает возможность изготовлять высокоогнеупорные оболочки, химически стойкие к сплавам с основными свойствами. Жидкое стекло (ЖС) также относят к основным связующим, так как его водная вытяжка после прокаливания оболочки — щелочная; получают растворением в горячей воде при повышенном давлении раздробленной силикат-глыбы. Последнюю изготовляют наиболее часто сплавлением кремнезема с содой Si02 + AiNa2C03 - SiOs-/tNa20 + /?С02. (6.5) ЖС может быть натриевым, калиевым или литиевым. Применение ЖС для «упрочняющего» слоя оболочки не отвечает требованиям получения качественных отливок. При прокаливании ЖС плавится при 793 °С, а размягчается при более низкой температуре, т. е. наружный слой с этим связующим при прокаливании оболочки и заливке в нее стали полностью теряет прочность. При охлаждении же до температуры ниже 600 °С прочность таких оболочек во много раз выше прочности их со связующим из ЭТС, а усадка вследствие жидкостного спекания наружного слоя больше, чем слоев со связующими, получаемыми из ЭТС (рис-. 6.8). Потеря прочности при нагреве оболочек и высокая прочность при одновременной высокой усадке остывающего наружного слоя оболочки всегда приводит к искажению контура отливок и часто к трещинам в них (рис. 6.9). Такие отливки недопустимо называть точными. Органические растворители-разбавители (РР) приведены в табл. 6.11. Они, как правило, содержат воду, которую необходимо учитывать при расчетах состава связующих. Особенно быстро обсыхают суспензии с ацетоновым РР, хотя прочность оболочек выше, чем при использовании только этилового спирта.' Это объясняется тем, что некоторая часть ацетона образует ацета-ли с ЭТС. Быстрое же обсыхание суспензий с ацетоном обусловлено его интенсивным испарением, так как температура кипения ацетона 56,5 °С, а спирта 78,5 °С. Предложено считать нормой тобе —- 30 с, т. е. время, в течение которого к суспензии на блоках еще хорошо прилипают обсыпочные зерна 14, 49]. Для защиты суспензий с ацетоном от его быстрого испарения, используют антииспарители—высшие жирные спирты (ВЖС) с содержанием в молекуле 17—19 атомов углерода. Количество антииспарителя увеличивают с уменьшением содержания двуокиси кремния в связующе^/(табл. 6.12, рис. 6.10). /добавки. Добавки вводят в пылевидный материал при подготовке шликера; в связующий раствор при его приготовлении; в суспензию при смешении связующего раствора с пылевидной составляющей; в обсыпочный материал; в ванны с горячей водой для выплавления моделей^табл. 6.13) зуюпшм"оболочк °х6.разования ДеФектов на отливках в «упрочненных» жидкостекольным свя а — выпучивание слоя с ЭТС при выплавлении моделей горячим воздухом- б — прогиб Гсмя тие) оболочки при прокаливании вследствие полной потери прочности «упрочняющего» слоя J — слой с ЭТС связующим; 2 — «упрочняющий» слой; 3 — сыпучий наполнитель
|