Способ приготовления песчано-глинистой формовочной смеси Советский патент 1992 года по МПК B22C5/00 

СО

с

Изобретение относится к литейному производству. Цель изобретения - снижение расхода глинистых добавок. Наполнитель смешивают со связующим, определяют количество адсорбционной воды в смеси и добавляют новую порцию связующего в соответствии с выражением В В0(1 - е )(1 /3)(1 -у), где В - количество вводимой в смесь глины, %; Во-технологически нормированное количество глины в смеси. %;а - коэффициент деструкции глинисты добавок за один цикл термообработки ( а 0,02 - 0,1), ед;/ - коэффициент, характеризующий потерю активной глины в процессе приготовления формовочной смеси (/ 0,01 -0,1), ед.;у- коэффициент характеризующий потери оолитизированной части формовочной смеси в процессе приготовления (у 0,001 -0,1), ед. 6 табл.

Изобретение относится к литейному производству и предназначено для приготовления формовочных смесей (ФС) по технологии сырая форма.

Известен способ приготовления ФС с повышенной прочностью за счет электроли- зации поверхности кварцевого песка механическим воздействием. Способ реализуют в лабораторныхусловиях по следующей технологической схеме: загрузка кварцевого песка в смесеприготовительное оборудования (лабораторные бегуны) и перемешивание в течение 3 мин с опущенными катками. Затем добавляют связующее (глина) и перемешивают 2 мин. В конце процесса вводят воду и дополнительно перемешивают 5 мин.

Недостатками данного способа являются незначительные сроки сохранения полученного трибо- и пьезоэлектрического эффекта, необходимость в каждый новый

цикл приготовления ФС включать операцию длительного перемешивания сухих компонентов (кварцевого песка, глины).

Кроме того, длительное сухое перемешивание компонентов с динамическим воздействием (катков бегунов) приводит к изменению зернового состава в сторону измельчения (увеличивается содержание мелких фракций).

Увеличение количества мелких фракций в ФС приводит к снижению газопроницаемости готовых форм. Зерна кварцевого песка принимают наиболее неудовлетворительную осколочную форму. Все это приводит к росту брака отливок (пригар, газовые раковины и т.п.). Кроме того, удлиняется цикл приготовления ФС за счет необходимого предварительного перемешивания сухих компонентов. Полностью исключается возможность применения данного способа на

XJ

со со

XJ ЧЭ

смесеприготовительном оборудовании непрерывного действия (непрерывная подача песка, глины оборотной смеси и воды в смеситель типа 15208). Рост прочности на разрыв во влажном состоянии за счет электролизации не компенсирует уменьшения прочностных свойств ФС при температуре заливки металла, вызванного повышением угловатости зерен кварцевого песка.

Известен также способ приготовления песчано-глинистой смеси для изготовления литейных форм, включающий мокрую регенерацию отработанной ФС, обезвоживание регенерата до влажности 25%. Полученный регенерат смешивают в классификаторе с глинистой суспензией (содержание глины до 17%) в течение 5 мин. Далее обогащенный глиной регенерат, содержащий 17% глины и 25% влаги, поступает в дренажный бункер для обезвоживания естественным отстоем в течение 3 ч. Обогащенный и обезвоженный регенерат поступает в сушильный агрегат барабанного типа. Сушку производят при 500° С в течение 15 мин, влажность регенератора после сушки 1,5%, температура 50° С. Полученный регенерат поступает в смесеприготовительную установку (бегуны 115 М), где перемешивается с глинистой суспензией плотностью 1,2 г/см3. Все это позволяет получить прочность ФС до 0,6 кгс/см2 при влажности 9%.

Согласно указанному способу предварительное обогащение глинистой суспензией регенерата является активацией поверхности зерен кварцевого песка с помощью создания слоя глины на зернах песка. При последующей сушке в барабанном сушиле при 500° С происходит удаление химически связанной воды из глины по формуле 2Si02 2H20 - + 2SI02 + 2Н20

Глина утрачивает свои связующие свойства, не образуя на поверхности кварцевых зерен прочной спеченной оболочки, которая образуется при 800-1000° С. Рыхлая оболочка из лишенных химически связанной воды частиц глины легко отделяется от зерен кварцевого песка в процессе приготовления ФС, засоряя ее глинистой составляющей. Это приводит к значительному браку (пригар, газовые раковины, засоры и т.п.).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, согласно которому для приготовления ФС применяют предварительно подготовленный термостойкий наполнитель(ТН), напри- ер кварцевый песок. Для этого наполнитель нагревают в прокалочных агрегатах до 600900° С в течение 1 ч, после чего ТН охлаждают до комнатной температуры. Такая прокалка улучшает физические свойства наполнителя (у кварцевых песков термиче- ское расширение зерен уменьшается с 1,9- 2,7% у сырых до 1,6-1,7% у прокаленных, скорость фильтрации воды через слой прокаленного песка увеличивается на 30%). Подготовленный ТН загружают в лабораторные бегуны, добавляют глину (10%) и воду (4%). После перемешивания в течение 5 мин испытывают на прочность при сжатии и растяжении во влажном состоянии. Прочность ФС изменяется . 0,5 до 0.74 кгс/см2 для

Люберецких песков и с 0,5 до 0,64 кгс/см2 для Ташлинских песков.

Недостатком известного способа является необходимость проведения предварительной операции прокалки наполнителя,

которая приводит к растрескиванию и измельчению зерен ТН. Прокалка при 700° С в течение 30 мин измельчает зерна фракции 04 на 19,5%, фракции 0315 на 14,7%. Нагрев до 900° С в течение 30 мин измельчает зерна

фракции 04 на 29,5%, а фракции 0315 на 25%. Появление в ТН большого количества мелких фракций, рост угловатости зерен (коэффициент угловатости увеличивается до 1,20) приводит к снижению уровня прочностных свойств смеси по сравнению с исходной структурой ТН. Кроме того, указанные дефекты структуры приводят к снижению газопроницаемости ФС и, как следствие, к росту дефектов отливок,

В процессе приготовления ФС на зернах наполнителя, прошедшего прокалку, образуется равномерная оболочка связующего. Поскольку форма угловатых зерен ТН далека от сферической, то часть связующего используется на не участвующих в создании прочной структуры ФС участках поверхности зерен. Это ведет к расходу связующего.

Цель изобретения - снижение расхода

глинистых добавок.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу приготовления песчано- глинистой ФС, включающему термообработку наполнителя нагревом его до

700-900° С с последующим охлаждением до комнатной температуры и смешивание со связующим и технологическими добавками, термообработку наполнителя производят совместно со связующим после из смещения.

Термообработку осуществляют многократно повторяющимися циклами и добавляют после каждого цикла новую порцию связующего.

Циклическую термообработку смеси проводят до достижения в ней количества адсорбционной (граничной) воды 0,6-0,9%.

Кроме того, количество вводимого пе- рез каждый циклом связующего определяют из выражения

В В0(1 - е а)х(1 -Ј)х(1 -у), (1) где В0 - необходимое количество связующего в ФС, %;

а - коэффициент деструкции связующего за цикл термообработки, ед.;

/ - потери связующего при подготовке ФС, ед,;

у - потери оолитизированной части наполнителя при подгтовке ФС, ед.

Коэффициент а зависит от температуры заливаемого металла, отношения металл - смесь в форме, давления уплотнения при изготовлении формы, конфигурации отливки и качества связующего. Конкретную величину коэффициента а определяют по формуле

а- wrp.n

Л/трин + 0,06

где Wrp - значение граничной воды, %;

п - количество рециклов обработки ТН.

Коэффициент /3 потери связующего в системе подготовки ФС определяют по соотношению

Б°Ш.

где М - масса смеси, выведенной из системы за один рецикл, т;

Мо - масса смеси в системе, т.

Коэффициент у потери оолитизированной части наполнителя в системе подготовки ФС находят как

,1(Wrp.n-Wrp.o)l

где Wrp.o - начальное значение адсорбционной воды ТН.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что термообработку наполнителя осуществляют совместно со связующим многократно повторяющимися циклами до достижения в смеси 0,6-0,9% адсорбционной воды, добавляя после каждого цикла определенное в соответствии с выражением (1) количество связующего.

Указанные отличия создают условия для образования на поверхности ТН участков оолитизации. В процессе каждого цикла термообработки происходит спекание частиц связующего с поверхностью ТН, Спекание - сложное явление, включающее в себя многообразные физические процессы. Основным результатом спекания является сокращение свободной поверхности ТН,

переход в более устойчивое термодинамическое состояние. Процесс спекания происходит в первую очередь на шероховатых неровных участках поверхности ТН. Чем

разветвленней и сложней поверхность ТН, чем интенсивнее процесс спекания. Образование на поверхности частиц ТН участков спеченного с основой связующего приводит к созданию активных центров, способству0 ющих увеличению прочностных характеристик ФС; Проведение циклической термообработки смеси до достижения в ней количества адсорбционной воды 0,6-0,9%, способствует в процессе изготовления ФС

5 полному раскрытию свойств влажных глин из-за полного разделения ее на блоки (микропластины). Не подготовленный ТН или ТН с термообработанной зерновой частью

0 (согласно известному способу) имеется минимальное значение граничной воды. Поэтому рабочие свойства связующего развиваются слабо.

При значении граничной воды в смеси

5 после термообработки менее 0,6% ее прочность во влажном состоянии на сжатие и растяжение неудовлетворительные. При увеличении в смеси граничной воды свыше 0,9% дальнейшая циклическая термообра0 ботка нецелесообразна, так как повышается трудоемкость изготовления смеси, увеличивается расход связующего, а повышения прочностных характеристик не наблюдается.

5 Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

ТН подвергают сушке при 100-200° С в течение 15-20 мин, для удаления влажности поставки. Сушка ТН связана с условиями

0 транспортировки и хранения и не влияет на физико-химические свойства ТН. ТН смешивают с глиной и водой в количественном соотношении, определяемом видом литья, способом формовки, технологией данного

5 предприятия. В качестве смешивающего агрегата можно применить любые бегуны (например, модели 115М). Полученную ФС прокаливают при 700-900° С. Время прокаливания выбирают исходя из среднего пе0 риода нахождения отливки в форме )от заливки до выбивки. Затем смеси охлаждают до 50+30° С и снова загружают в смеси- тель, смешивают с глиной и водой. Количество дополнительно вводимой глины

5 определяют по формуле (1). Количество циклов обработки ФС определяется значением граничной воды в ней. Для этого после каждого цикла термообработки отбирают пробу ф-С и отмывают глинистую составляющую по ГОСТ 23409.18-78. На опытной части ФС определяют адсорбционную воду. Для этого образец смеси заданного веса вакууми- руют, увлажняют до 2-3% влажности и сушат при 150-200° С. В процессе сушки регистрируют зависимость веса образца от времени и определяют количество адсорбированной воды по этой зависимости. При достижении количества граничной воды 0,6-0,9% термоциклическую обработку смеси прекращают, Дальнейшее повышение значения граничной воды ТН возможно, однако это сопряжено с большим количеством циклов термонагрузки. Например, для Толмачевского песка значение граничной воды 1 % достигается после 30 циклов термонагрузки.

Для определения количества связующего в ФС, прошедшей термоциклическую обработку, проводят анализ на активную глину по ГОСТ 23409.14-78. По описанному способу подготавливают ТН с любым значе- нием граничной воды. После проведения термоциклической обработки ТН изготавливают ФС, количество связующего в которой определяют по формуле (1).

П р и м е р 1. Готовят ФС для стальных отливок массой 70-100 кг, получаемых в сырых песчано-глинистых формах, изготавливаемых на автоматических прессовых линиях. В соответствии с заводской инструкцией АДЕ 815.25211.00064 смесь должна иметь прочность при сжатии во влажном состоянии 7,8-9,8 Н/см2 и прочность при растяжении 0,75-0,95 Н/см2. В бегунах модели 15101 приготавливают 40 кг смеси из 36800 г Толмачевского песка марки IK02A и 3200 г Боровической глины.

В течение 2 мин песок перемешивают с 2% воды (800 см3). Затем вводят 3200 г глины и 600 см3 воды. Дополнительно смеси перемешивают еще 3 мин. Готовую ФС прокаливают при 800° С в течение 30 мин, после чего охлаждают до 50+30° С за 10-15 мин и снова загружают в бегуны. Количество вводимой глины определяют по формуле (1). Принимая а 0,05, ,045,/3 0,035, Во 8%, получают В 0,36%.

Вводят 135 г глины и перемешивают 2 мин. Затем добавляют 800 мл воды и перемешивают еще 3 мин. Такую операцию повторяют несколько раз. После каждого цикла термообработки отбирают пробу смеси и опроеделяют на ее отмытой части граничную воду.

Динамика изменения значений граничной воды Толмачевского песка от количества циклов термообработки приведена в табл.1.

Данные по изменению гранулометрического состава Толмачевского песка в процессе термоциклической обработки приведены в табл.2.

При достижении значения граничной воды ТН 0,6-0,9% термоциклическую обработку прекращают. Затем в лабораторных бегунах модели 016М2 приготавливают 4 кг ФС. Из 3680 гТН (значение граничной воды 0,22%-0,95%)и 13,5 г(т.е. 0,36% массы ФС) Боровической глины. Компоненты переме0 шиваются в течение 2 мин. Добавляют 80 мл (2%) воды и перемешивают еще 3 мин. Уп- лотняемость ФС доводят до 45%. Смесь испытывают, снова загружают в бегуны, доводят до уплотняемости 55% и опять ис5 пытывают. Так в диапазоне 60-20% уплотняемости с шагом 5% строят зависимость прочность - влажность. Готовые смеси испытывают по ГОСТ 234097-78 на прочность при сжатии во влажном состоянии и прочно0 сть при растяжении.

Результаты контроля прочностных характеристик при их максимальном значении и соответствующие им значения влажности ФС приведены в табл.3.

5Как следует из табл.3, смеси 3-5, изготовленные на ТН, прошедшим термоциклическую обработку, удовлетворяют по прочностным характеристикам и даже превосходят верхний предел значений техноло0 гически необходимой прочности, предусмотренный заводской инструкцией. П р и м е р 2. Приготовление ФС осуществляют по тем же режимам подготовки, что и в примере 1.

5 Динамика изменения значений граничной воды Стругокрасненского песка приведена в табл.4.

Данные по изменению гранулометрического состава Стругокрасненского песка в

0 процессе термоциклической обработки приведены в табл.5.

В лабораторных бегунах приготавлива- ют4 кг ФС из 3600 гТН (значение граничной воды 0,34-0,95%) и 40 г (1 %) Боровической

5 глины. Компоненты перемешивают в течение 2 мин, Вводят 80 мл (2%) воды и перемешивают 3 мин. Уплотняемость ФС доводят до 45%. Смесь испытывают, снова загружают в бегуны, доводят до уплотняе0 мости 55% и опять испытывают. Испытания в диапазоне уплотняемости 60-20% с шагом 5% проводят для получения зависимости прочность - влажность.

Результаты контроля прочностных ха5 рактеристик при их максимальном значении и соответствующие им значения влажности ФС приведены в табл.6.

Данные табл.6 также подтверждают, что ФС 3- 5 с ТН, прошедшим термоциклическую обработку, превосходят верхний предел значений технологически необходимой прочности при сжатии и растяжении, предусмотренный заводской инструкцией. При этом содержание связующего и влажность, соответствующая максимальной прочности смеси, постоянны и не выходят за пределы, предусмотренные технологической .инструкцией.

Использование предлагаемого способа приготовления песчано-глинистой ФС позволяет значительно увеличить прочность при сжатии во влажном состоянии при одновременном росте прочности при растяжении. Это позволяет сократить расход связующего для получения необходимого уровня свойств ФС. Изобретение позволяет также использовать Q качестве ТН более дешевые и менее дефицитные материалы (например, замена с Толмачевского песка Стругокрасненским). Таким образом, экономическая эффективность изобретения определяется расширением сырьевой базы и снижением стоимости ФС.

Формула изобретения

Способ приготовления песчано-глинистой формовочной смеси, включающий пе- ремешивание отработанной формовочной смеси с глинистыми добавками, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода глинистых добавок, их перемешивают с отработанной формовочной смесью, содер- жащей абсорбционную воду в количестве 0,6-0,9%, при этом количество В, %, вводимой глины определяют из выражения

В Во(1-е-а).(1-$.(1-у), где В0-технологически нормированное ко- личество глины в смеси, %:

о 0,02-0,1 - коэффициент деструкции глинистых добавок за один цикл термообработки;

/3 0,01-0,1 - коэффициент, характери- зующий потерю активной глины в процессе приготовления формовочной смеси;

у 0,001-0,01 - коэффициент, характеризующий потери оолитизированной части формовочной смеси в процессе приготовления.

Т а б л и ц а 1

Таблица2

ТаблицаЗ

Таблица4

ТаблицаБ

Таблицаб