Габаритные размеры (длина, ширина, высота), мм 1000X705X 1190 8 страница

Вязкость растворов типа орг-1 практически не изменяется при хранении в течение года и более. Они растворимы в полярных (спирте, ацетоне) и неполярных (бензине, уайт-спирите) PP. Пленки сохнут на воздухе медленно, без трещин и обратимо, т. е. при сма­чивании РР они набухают и вновь растворяются. Так ведет себя и оболочка. Такие соединения в оболочках легко гидролизуются влажным аммиаком с образованием геля кремниевой кислоты. При этом после сушки оболочек пленки в них твердеют необратимо, это свойство используют для химического отверждения. Растворы типа орг-1 получили применение при изготовлении отливок из спе­циальных сплавов.

К растворам типа орг-1 относят также связующие из ЭТС 50, предложенные впервые И. Н. Кривенко, В. А. Озеровым и А. С. Мур-киной. Эти связующие, так же как и растворы типа орг-1, в процессе сушки слоя отверждаются под воздействием влажного аммиака с образованием оболочки высокой прочности. В соответствии с клас­сификацией связующих растворы ЭТС 50 могут быть органическими орг-1-50 и водно-спиртовыми ВС-2-50. Первые только разбавляют этиловым спиртом до необходимого содержания двуокиси кремния в связующем. Всегда необходимо аммиачное отверждение оболочки на блоках моделей в заключительной стадии сушки. Вторые — это водно-эмульсионные связующие, в которых вода с добавками ПАВ заменяет органический РР [113]. Оболочки высыхают медленнее для их необратимого отверждения необходимы влажные пары аммиака.

Растворы типа о р г-2 (m = 0,56 ÷ 0,7) (см. табл. 6.18). В разбавленный ЭТС органическим РР вводят подкисленную воду и активно перемешивают. Ранее предполагали, что ЭТС 40 пред­ставляет собой пентамер, тогда конечный результат гидролиза в спир­товой среде будет:

2(C2H5O)12Si5О4 + 17Н2О = 5(H20·2Si02) + 24C5H5OH, (6.15)

золь

т. е. получают золи поликремниевой кислоты, растворенные в спирте или спирто-ацетоновой смеси.

Однако многочисленные анализы не подтвердили правильность правой части уравнения. Связующие растворы всегда содержат этоксильные группы, что можно объяснить следующим. После вве­дения ЭТС в подкисленную водно-спиртовую смесь в ее объеме всегда имеются микрообъемы как с дефицитом, так и с избытком воды для гидролиза. Там, где воды мало, протекают реакции гид­ролиза и поликонденсации по схеме с образованием полиэтоксиси­ланов [см. формулу (6.14)], а где избыток воды — реакции с образо­ванием золей. В результате связующее представляет собой смесь двух различных по природе растворов полиэтоксисиланов и золей двуоки­си кремния (присутствие золей подтверждает эффект Тиндаля [97]).

Раствор можно разбавить только спиртом, ацетоном или водой; вязкость его при хранении медленно повышается и через 4—6 мес наступает желатинирование, а затем превращение в гель. Процесс протекает тем быстрее, чем больше содержание двуокиси кремния и соляной кислоты в связующем.

Оболочки высыхают и твердеют на воздухе необратимо, но при их сушке необходима повышенная влажность воздуха (до 80 %), чтобы в объеме оболочек завершились процессы гидролиза и поли­конденсации кремнеорганических полиэтоксисиланов связующего. Прочность оболочковых форм с растворами орг-2 ниже, чем с раство­рами типа орг-1.

Растворы типа орг-3 (т ≈ 1). Их получают после раз­бавления спиртом или ацетоном ЭТС, введения подкисленной воды и активного их смешивания. При этом протекают процессы, которые можно представить схематически:

Поликонденсация может протекать в направлении удлинения, разветвления и образования циклов кремнекислородных цепей. Но наиболее вероятно, как утверждает Б. В. Алексеевский, проис­ходит образование циклических молекул (6.19), а затем мицелл (рис. 6.21)

Рис. 6.21. Схема строения мицеллы двуокиси кремния в водно-спиртовой среде

Рост молекул поликремниевой кис­лоты в спирто-водной среде сопрово­ждается увеличением вязкости раствора и изменением оптических его свойств, например, появляется эффект Тиндаля [97]. Образуется силиказоль, ко­торый желатинируется во всем объеме вследствие агрегирования частиц, а при высушивании и прокаливании превра­щается в гель. Аналогично ведут себя водно-спиртовые растворы (см. табл. 6.27), в которых спирт или

ацетон заменены водой. Различие состоит только в более низкой стойкости растворов и суспензий с ними, если суспензии пригото­влены не совмещенным способом.

Согласно формуле (6.19), частицы кремнезоля образуют замкну­тые соединения, так как нет причин для роста их в одном преиму­щественном направлении. Вследствие последнего обстоятельства частицы золя, а затем геля принимают форму, близкую к форме шара с наименьшей поверхностной энергией при наибольшей массе. Каждая частица золя плотно упакована. Это подтверждается тем, что при высушивании его пленка существенно не сжимается. Обра­зующийся чистый силикагель не склонен к кристаллизации даже при нагреве до 1100 °С в течение трех суток, а упаковка атомов в геле близка к упаковке их в кварцевом стекле (см. рис. 6.5, б).

Но введение в водно-спиртовые связующие на стадии гидролиза ЭТС одной из растворимых солей Fe, Cr, Mg, Ca снижает температуру кристаллизации геля Si02 до 850—940 °С. При прокаливании об­разцов в течение 3—4 ч прочность их повышается на 16—24 %. Для этого достаточно ввести в связующее одну из добавок: 0,5— 0,8 % Fe; 1,2-1,6 % Cr, 1,0—1,3 % Mg; 1,0—1,3 % Ca [95].

Из формулы (6.19) видно, что стехиометрически все этоксиль-ные группы ЭТС замещены гидроксильными. В действительности степень гидролиза всегда меньше 100 %, т. е. в состав мицелл вхо­дят и этоксильные группы.

Свойства растворов этого типа и суспензий с ними существенно отличаются от свойств растворов типа орг-1: вязкость их быстро повышается; в герметически закрытом сосуде они желатинизируют, затем через 5—10 сут твердеют и чем больше концентрация двуокиси кремния и хлорводорода в них, тем быстрее идут эти процессы. Оболочки высыхают необратимо в течение 2—4 ч и этот процесс завершается тем быстрее, чем суше воздух. Прочность образцов оболочек примерно в 2 раза ниже, а газопроницаемость на 20—25 % выше, чем оболочек с растворами типа орг-1, что объясняют сохра­нением шаровидной формы геля Si02 после сушки и прокаливания

Р

Рис. 6.22. Номограмма определения количества спирта (ацетона), воды и соляной кислоты для получения связующего из 1 кг ЭТС

оболочки в отличие от геля, образовавшегося из растворов типа орг-1. Последний после сушки, аммиачной обработки и прокаливания оболочек имеет форму, похожую на нити, т. е. близкую к фор­ме молекул в исходном связующем растворе. Раз­личием структур связу­ющих гелей Si02 можно, по нашему мнению, объяс­нить тот факт, что раство­ры типа орг-1 сообщают оболочкам наибольшую прочность, а растворы типа орг-3 наименьшую. Расчет количества со­ставляющих для получе­ния связующих растворов из ЭТС можно вести двумя методами: по номограмме (рис. 6.22) и по форму­лам (см. ниже). Рассчи­тывают составляющие для получения связующего раствора из 1 кг ЭТС: вода — X, кг (л), растворитель-разбавитель — РР, кг(л), соляная кислота — К, мл.

Исходные данные для расчета: способ сушки; необходимая проч­ность оболочки; фактический состав ЭТС по паспорту (или по данным анализа); содержание Si02, этоксильных групп и HC1 (% по массе). Величину т = Н20/(С2Н50) принимают в зависимости от способа сушки: при воздушно-аммиачной сушке т = 0,25÷0,35, если обо­лочки будут сушить во влажном воздухе т = 0,6÷0,7, при сушке оболочек сухим воздухом m ≈ 1.

Количество воды X для получения связующего раствора из 1 кг ЭТС определяют двумя способами: по номограмме (см. рис. 6.22) или по формуле (6.20).

При определении X по номограмме (см. рис. 6.22) на оси абсцисс находят точку, соответствующую содержанию двуокиси кремния в ЭТС и от нее проводят вертикальную линию до пересечения с необ­ходимой областью «Вода» (в зависимости от требуемого типа раствора). Из точки в выбранной области «Вода» проводят горизонталь до пере­сечения с левой вертикальной осью, на которой указано необходи­мое количество воды. Область / соответствует растворам типа орг-1, область, // — орг-2, область /// — орг-3.

Для расчета по второму способу * используют формулу

X = 0,004am, (6.20)

где а — содержание этоксильных групп в ЭТС, % по массе; т — количество молей воды на одну этоксильную группу.

Количество РР определяют из условия получения в готовом рас­творе заданного количества двуокиси кремния. Расчет РР по номо­грамме: на горизонтальной оси Si02 в ЭТС находят точку, отвечаю­щую содержанию ее в данной партии ЭТС, и от нее проводят верти­кальную линию до пересечения с одной из линий «Растворитель». Из точки пересечения проводят горизонталь до правой вертикаль­ной оси, на которой обозначено требуемое количсетво РР (ацетона).

Расчет РР ведут по формуле

РР = (SiO2)ЭТС/(SiO2)связ - (1 + X), (6.21)

где (Si02)ЭТС — содержание Si02 в ЭТС, %; (Si02)связ — содержа­ние Si02 в связующем растворе, %; X — количество воды, полу­ченное расчетом, кг.

Определив необходимое количество РР, следует учесть содержа­ние в нем воды и скорректировать количество воды для гидролиза ЭТС. РР, как правило, дозируют в литрах. Поэтому рассчитанное в килограммах количество РР делят на его плотность.

Определение К по номограмме: от точки пересечения вертикаль­ной линии, по которой определили необходимое количество воды, с линией «Соляная кислота» проводят вправо горизонталь. Точка пересечения с вертикальной осью справа дает ответ о количестве (мл) соляной кислоты плотностью 1190 кг/м3.

К определяют по формуле

К = 0,114а. (6.22)

Приготовление суспензии. Суспензия для оболочковых форм — это взвесь твердых различной величины окатанных частиц огнеупор­ной основы в жидкости **.

Твердые составляющие видны под оптическим микроскопом, так как размеры их наименьших частиц всегда больше 10-4 см. Последнее отличает их от коллоидов, размеры которых всегда меньше 10-4 см, хотя суспензии, как и коллоиды, имеют поверхность раздела между твердыми частицами и жидкой составляющей. Жидкая составляю­щая суспензии представляет собой связующий раствор.

Суспензия должна обладать комплексом свойств: седиментацион-ной устойчивостью, смачиваемостью поверхности моделей и обо­лочек, быть живучей.

* Способ расчета предложен В. А. Озеровым и Б. Б. Шприцем. ** Жидкость — термин условный, так как она в соответствии с классификацией [97 ] имеет поверхность раздела.

Седиментациойная устойчивость — это свойство суспензий не расслаиваться. Чем дисперснее и меньше плотность твердой состав­ляющей и выше (в определенных пределах) вязкость жидкой, тем более устойчива суспензия. Добавками и непрерывным медленным перемешиванием суспензии поддерживают равномерность ее зерно­вого состава по высоте ванны.

Смачивание поверхности блоков моделей особенно важно при формировании первого облицовочного слоя, так как при этом обра­зуется контактный слой оболочки. Водно-спиртовые суспензии плохо смачивают модели, поэтому в них вводят смачиватели (ПАВ).

Живучесть — продолжительность жизни суспензии, т. е. сохра­нение технологической вязкости до начала ее желатинизации. При снижении температуры, как известно, замедляются все реакции, в том числе и коагуляция связующих в суспензиях. Особое значе­ние имеет температура этилсиликатных суспензий, в которых орга­нический растворитель заменен водой. В целях увеличения продол­жительности жизни суспензий температуру их поддерживают в пре­делах 10—12 °С обычно путем непрерывного водяного охлаждения емкости с суспензией.

Важно также понижение температуры суспензии со связующим типа орг-1 и пылевидным магнезитом, так как жидкая составляющая имеет кислую реакцию, а пылевидная — основную. Чем ниже тем­пература, тем медленнее загустевает суспензия.

Классификация суспензий приведена в табл. 6.19. Известны два способа приготовления суспензий: раздельный и совмещенный.

При раздельном способе пылевидную составляющую замешивают в готовое связующее. Совмещенный способ, предложенный М. Н. Ефи­мовым и 3. А. Анчеевой, заключается в том, что получение связую­щих совмещено с приготовлением суспензии. Суспензии со связую­щими типов орг-2 и орг-3 приготовляют преимущественно этим спо­собом; в результате прочность оболочковых форм увеличивается в 1,3—1,5 раза, упрощается приготовление суспензий. Позднее В. Н. Иванов и Г. М. Зарецкая применили воду вместо органи­ческих растворителей при обязательном совмещении процессов полу­чения суспензий и связующих из ЭТС. При совмещенном способе гидролиз и поликонденсация образующихся мицелл протекают на весьма развитой поверхности пылевидных зерен огнеупорной основы, которая по аналогии с кристаллизацией расплавов служит своеобразной подложкой с готовыми центрами.

Чаще всего коллоидные растворы получают методами конденсации как более выгодными энергетически, так как процесс конденсации проходит с уменьшением удельной поверхности, что связано с убы­ванием свободной энергии системы. В нашем случае золь получают в результате реакций гидролиза и поликонденсации.

Выделившаяся в результате гидролиза частица может или стать центром кристаллизации, или быть израсходованной на рост уже имеющихся мицелл.

Если превалирует рост уже образовавшихся зародышей, как это было при попытках раздельно получить связующие с водой, то Примечание. НКС следует применять со всеми связующими; рН растворов под­держивают равным 1,6—2; готовят суспензии орг-1 раздельным, а остальные совмещенным способом; условную вязкость суспензий по воронке ВЗ-4 для первого и последующих слоев подбирают в зависимости от применяемой суспензии.

выделяющаяся в результате реакции молекула расходуется на ук­рупнение уже имеющихся частиц. Золь при этом состоит из частиц крупных размеров; последние вырастают даже до размеров, превы­шающих коллоидные, тогда получается мутный с осадком раствор. Если скорость образования новых центров (гидролиз) больше скорости роста уже имеющихся (поликонденсация), то продукты реакции гидролиза расходуются на рост большего количества мел­ких частиц. При этом на каждую растущую частицу приходится меньшая доля материала, что и обусловливает большую дисперс­ность связующего раствора, обволакивающего каждое пылевидное зерно суспензии. Чем быстрее идет реакция гидролиза, тем больше

Рис. 6.23. Воронка ВЗ-4 для определения условной вязкости суспензий в секундах

вероятность того, что некоторые об­разующиеся молекулы станут центрами новых мицелл, т. е. тем больше вероятность получения тонкодисперс­ного с низкой вязкостью раствора в суспензии. При совмещенном спо­собе свойства суспензий без органиче­ских разбавителей (без добавок и с до­бавками) и образцов оболочковых форм близки к свойствам суспензий, по­лучаемых с растворами типа орг-3, но применение воды вместо органических растворителей дает воз­можность снизить пожаро- и взрывоопасность в производственных помещениях и меньше загрязнять воздух парами раствори­телей.

Суспензии со связующим орг-1 приготовляют раздельным спо­собом. В связующее замешивают пылевидную составляющую, пере­мешивают 40—60 мин и через 20—30 мин измеряют условную вяз­кость с помощью воронки ВЗ-4 (рис. 6.23). Активное и длительное перемешивание необходимо для дезагрегирования пылевидной со­ставляющей и смачивания связующим пылевидной частицы. За 5 — 7 мин до окончания перемешивания вводят антииспаритель. При
частоте вращения крыльчатки смесителя 2800 об/мин за 40—60 мин
приготовляют суспензию. Прочность оболочки из нее в 1,5—2 раза
выше прочности оболочки из суспензии, полученной ручным пере-­
мешиванием. Вследствие активного перемешивания понимается
вязкость суспензий, поэтому необходимо вводить больше пылевид-­
ной составляющей. На пылевидных зернах образуются тонкие пленки
связующего и достигается плотная укладка зерен в слоях, наноси-
мых на модели.

Для приготовления BС-I в подкисленную воду, полученную рас­четом при m = 0,7÷0,8, при активном перемешивании, влияют ЭТС, в результате образуется эмульсия. Получение связующего состоит из трех стадий: гетерогенной, гомогенной и разбавления.

В период гетерогенной стадии гидролиз протекает на поверхности капелек ЭТС при избытке воды — образуются спирт и кремниевые кислоты. С увеличением выделяющегося спирта система переходит в гомогенную стадию, при которой процессы гидролиза и поликон­денсации протекают во всем объеме. В результате образуется смесь, состоящая из золей двуокиси кремния и полиэтоксисиланов при содержании 32—34 % Si02. Этот концентрированный вязкий раствор быстро густеет и желатинизирует. Поэтому в одном случае его при перемешивании немедленно разбавляют водой до содержания 12— 16 % Si02 и затем замешивают пылевидную составляющую; в другом случае раствор немедленно при перемешивании вливают, в шликер (смесь воды с пылевидной составляющей) и продолжают приготовлять суспензию.

Суспензии ВС-2 и ВС-3 готовят совмещенным способом. В воду, подкисленную соляной кислотой, вводят 0,2—0,25 % ПАВ. Эту воду заливают в работающий смеситель, насыпают пылевидную составляющую и после кратковременного перемешивания вливают ЭТС, продолжая перемешивание еще 50—60 мин. Температуру при­готовляемой суспензии поддерживают не выше 35 °С.

Все суспензии ВС плохо смачивают воскообразные модели вслед­ствие высокого поверхностного натяжения воды. Для смачивания моделей в воду вводят ПАВ — смачиватель, который должен раство­ряться в воде, обеспечивать хорошее смачивание, не образовывать пену, не сгущать суспензии, т. е. не вызывать агрегацию частиц связующего и пылевидной составляющей, повышать живучесть суспензий, не снижать прочность оболочек. Перечисленным требо­ваниям наиболее полно отвечают анионоактивные ПАВ, например метаупон, сульфанол, ДНС, авиноль. Их вводят по 0,05—0,22 % массы пылевидной составляющей суспензии [103].

Сравнительно низкая живучесть суспензий и стремление снизить расход ЭТС послужили причиной изыскания добавок, увеличиваю­щих прочность оболочек (см. табл. 6.19).

Суспензию ВС-1-К готовят с использованием кремнезоля, напри­мер Syton X-30 [27]. Последний разбавляют водой до содержания в растворе 2,5—5 % Si02 и вливают в смеситель. Затем при переме­шивании вводят соляную кислоту до рН == l÷2, которая не только нейтрализует стабилизатор золя (например, NaOH), но и перезаря-: жает его. В кислый золь насыпают пылевидную составляющую суспензии и после кратковременного перемешивания вливают ЭТС в таком количестве, чтобы в жидкой составляющей было 8—10 % SiO2 из ЭТС. Перемешивают 40—60 мин. За это время протекают реакции гидролиза и поликонденсации. Но они проходят на поверхности смоченных золем зерен пылевидной составляющей.

Этот способ получения суспензии основан на образовании из ЭТС частиц золей малых размеров на полидисперсных зернах твердой составляющей суспензии. Активизированные частицы кремнезоля-имеют химическое сродство к ЭТС. Поверхность пылевидных частиц становится окруженной тонкой пленкой коллоидной двуокиси крем­ния. За 3—5 мин до окончания перемешивания вводят ПАВ. При введении 2,5 % Si02 с кремнезолем и 6—10 % Si03 с ЭТС прочность оболочек σи = 5÷6 МПа. Отметим, что если применять как само­стоятельное связующее кремнезоль, содержащий 2—5 % Si02, обо­лочка практически не будет обладать прочностью.

Суспензии ВС-1-К наиболее пригодны для получения контакт­ного (облицовочного) слоя оболочковых форм, а остальные слои следует изготовлять с суспензиями этой же группы, но с добавками фосфатов.

Использование кремнезоля позволяет снизить расход ЭТС 40 примерно в 2 раза и не применять органические раствори­тели Суспензии ВС-2-Ф [57] готовят с применением связующего ЗИЛ ЭФ (Э — ЭТС; Ф — фосфорная кислота, образующая фосфат с намолотым железом из пылевидной составляющей). В суспензии ВС-2-Ф однозамещенные фосфаты железа, например Fe(H2P04)2, служат дополнительным связующим.

Отметим, что только при некотором избытке свободной кислоты Н3Р04 примерно на 10—15 % по массе или в подкисленной HC1 среде — в водном растворе — могут образоваться и существовать лительное время растворимые в воде однозамещенные фосфаты.

Необходимое количество фосфорной кислоты рассчитывают по стехиометрическому уравнению, например

Fe + 2Н3Р04 = Fe(H2P04)2 + H2. (6.23)

При приготовлении связующего из ЭТС с фосфатами в бак быстро­ходного смесителя вливают подкисленную воду, ПАВ, фосфорную кислоту и всыпают 2/3 необходимого количества пылевидного кварца, а затем постепенно вливают ЭТС. Кроме того для получения необ­ходимой вязкости суспензии вводят оставшийся пылевидный мате­риал и перемешивают в течение 50—60 мин.

Из уравнения (6.23) видно, что вследствие взаимодействия фос­форной кислоты с железом выделяется водород, на поверхности пузырьков которого адсорбируется ПАВ, но за 60 мин перемешивания пузырьки его успевают выйти из объема суспензии,

Таким образом, связующее этой суспензии — комплекс из золя Двуокиси кремния и однозамещенного фосфата железа в водноспир- товой среде. Длительная живучесть этих суспензий (5—7 сут) объяс-няется тем, что связующие растворы содержат мало золя двуокиси кремния (см. табл. 6.19); фосфаты выполняют роль буферов, стабили-зирующих рН суспензий в пределах 2—2,5. При прокаливании обо­лочек до 800—900 °С в их пленках наряду с гелем двуокиси кремния образуется метафосфат железа [Fe(P03)]3n с длинной цепью. Кроме того, возможно образование метафосфата кремния с гелем двуокиси кремния, а также метафосфатов из примесей Са и др. Этим можно объяснить сравнительно высокие прочности (12—15 МПа) образцов при 900 °С.

Приготовление суспензий ВС-З-ФК основано на сочетании двух предыдущих способов: перезарядке частиц кремнезоля в подкислен­ной воде, образовании золя SiO2 из ЭТС и получении однозамещенных фосфатов железа из примесей пылевидной составляющей. При этом содержание 2,5—6 % Si02 из кремнезоля, а 9—6 % Si02 из ЭТС; фосфатов железа — согласно расчету. Живучесть суспензий 7— 5 сут. Прочность образцов оболочек 5—6 МПа до выплавления. Образцы с ЭТС 32 показали прочность на 30—40 % ниже, чем с ЭТС 40. В работе [27] отмечено, что свойства комплексного свя­зующего не являются аддитивным сложением связующих свойств Si02 этилсиликата и золя в растворе. Резкое увеличение прочности наблюдали при использовании суспензий, в которых с кремнезолем вводили 3—7 % SiO2, а общее содержание Si02 составляло до 15 %. Суспензии ВС-4-АЖФ и ВС-5-АХФ отличаются от суспензий ВС-2-Ф тем, в них вводят готовые фосфаты.

Смачивание блоков моделей суспензией. Различают смачивание для формирования первого (контактного) слоя оболочки и ее после­дующих слоев. В обоих случаях блок медленно погружают в сус­пензию, поворачивая его в различных направлениях.

При нанесении первого слоя суспензия удаляет с поверхности моделей адсорбированный воздух и смачивает поверхность блока. Смачивать суспензией модели можно только после полного завер­шения процессов их усадки. При нанесении последующих слоев оболочка впитывает жидкую составляющую суспензии, вследствие чего последняя постепенно густеет, повышается ее вязкость; Повы­шение вязкости связано также с испарением органических раство­рителей даже при добавке в суспензию антииспарителя. Вязкость суспензии поддерживают в определенных пределах постоянным добавлением в нее разбавленного раствора, степень разбавления которого устанавливают опытным путем.

Последний слой оболочки наносят без последующей обсыпки зернистым материалом [7]. Такой прием несколько повышает общую прочность оболочки и предотвращает осыпание поверхностных зерен при выплавлении моделей. При извлечении смоченного блока из суспензии его поворачивают в различные направления с такой ско­ростью, чтобы успел стечь излишек суспензии и она равномерным слоем покрывала поверхность моделей. Далее на слой суспензии немедленно наносят зернистый обсыпочный материал.

Обсыпка блоков зернистым огнеупором. Известны два способа обсыпки и соответственно два типа пескосыпов.

1. Создают «дождь» из зернистого материала в барабанных или элеваторных пескосыпах; падающие зерна обсыпки равномерно внедряются в толщу слоя суспензии (рис. 6.24, а).

2. Создают псевдоожиженный слой зерен обсыпки, пропуская сжатый воздух снизу через пористую перегородку, и в слой нахо­дящихся во взвешенном состоянии зерен погружают блок на не­сколько секунд (рис. 6.24, б). При этом зерна прилипают к суспензии. Первому способу следует отдать предпочтение вследствие обра­зования равномерной оболочки большей толщины при меньшей энер­гоемкости процесса. При втором же способе верхний слой обсыпки в пескосыпе всегда обогащен более мелкими зернами.

Сушка оболочек. Сушка — обобщающее понятие. Во время сушки протекают процессы собственно сушки, диффузии, гидролитической поликонденсации, коагуляции, усадки, образования капилляров. Собственно сушка — это перемещение влаги в сторону меньшей влажности и испарение ее с поверхности оболочки. С повы­шением температуры кипения растворителя продолжительность сушки увеличивается в такой последовательности: ацетон, этиловый спирт, изопропиловый спирт, спирто-водная смесь, водно-спирто­вая смесь, вода. Это следует учитывать при выборе режима сушки. Диффузия. Жидкость суспензии перемещается к свободной поверхности оболочки, т. е. в сторону, где меньше ее концентрация.

Рис. 6.24. Схемы пескосыпов:

а — барабанного; 1 — зонт вытяжной; 2 — барабан; 3 — каркас; 4 — редуктор; 5 — элек­тродвигатель; 6 — ролик; 7 — сетка; 8 — лопатка; б — псевдоожиженного слоя зернистого материала: 1 — цилиндр; 2 — трубка подачи воздуха; 3 — войлок; 4 — вентиляция; 5 — патрубок для выгрузки песка; 6 — трубка к манометру

Следствие этого — выравнивание содержания связующего по тол­щине будущей оболочки формы. Диффузия особо наглядна при фор­мировании двухслойных оболочек, когда только токопроводный слой содержит связующее.

Гидролитическая поликонденсация проте­кает под действием влаги воздуха (связующие типов орг-1 и орг-2). Но для необратимого превращения связующего типа орг-1 требуется много дней. Оболочки, даже высушенные до постоянной массы, вспучиваются и отслаиваются после смачивания их суспензией, так как зерна основы склеены полиэтоксисиланами, сохраняющими свойство растворяться.

В пленках высушенных оболочек скорость процесса гидролити­ческой поликонденсации увеличивают в сотни раз, применяя, напри­мер, увлажненные пары аммиака — мощный катализатор этого процесса; необратимое твердение завершается за несколько минут.

Гель не растворяется, а следовательно, оболочка не разбухает и не отслаивается. При этом образовавшиеся частицы геля, как отме­чено выше, имеют упорядоченное строение, чем и объясняют высо­кую прочность образцов оболочек со связующими типа орг-1. При поликонденсации вода вновь образует с аммиаком влажное соеди­нение, которое удаляют при проветривании блоков после их аммиач­ной обработки. Проветривание обязательно. Если этого не сделать, аммиак будет вызывать коагуляцию суспензии при погружении блока для нанесения последующего слоя. Отметим, что остатки этоксильных групп полиэтоксисилана не могут участвовать в процессе гидролитической поликонденсации вследствие затрудненного до-

ступа к ним влажного аммиака. Эти группы уходят из оболочки только при ее прокаливании, что подтверждается более высокой газотворностыо оболочек со связующими типов орг-1 и орг-2 по сравнению с низкой газотворностью при применении водно-спирто­вого связующего.

В связующем типа орг-2 процесс твердения завершается за 3 — 4 ч при температуре 20—24 °С, атмосферном давлении и относитель­ной влажности воздуха 60—80 %. Повышенная влажность обяза­тельна. Ее создают искусственно — предусматривают кондициони­рование воздуха или устанавливают желоба для воды, которая по­вышает влажность воздуха.

Коагуляция. Связующие растворы водно-спиртовые и водно-спиртовые с добавками твердеют необратимо вследствие коагу­ляции в результате испарения влаги, для чего необходимо пони­женная влажность воздуха при сушке. Особенно уменьшается про­должительность затвердевания оболочек из суспензий ВС-2-Ф при снижении влажности воздуха и повышении его температуры (табл. 6.20).

Таблица 6.20 Применение суспензий ВС-2-Ф (ЗИЛ ЭФ) [57]

Примечания. 1. На всех заводах для суспензий применяют пылевидный кварц.

2. Образцы для испытаний изготовляют одновременно с оболочками. На заводах А
и Г образцы испытывают до выплавления в воде; на других — после выплавления в модель-
пом составе.

3. До применения суспензий ВС-2-Ф в качестве растворителя использовали ацетон.