Способ термической обработки песка для изготовления литейных форм и стержней Советский патент 1980 года по МПК B22C5/08 

(54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЕСКА ЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕМНЫХ ФОРМ ИСТЁРЖНЕЙ Изобретение относится к литейному производству, в частности, к.способу термической обработки песка, используемого в составах смесей для изготовления литейных форм и стержней. Наиболее близким к изо(5ретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки песка, заключающийся в нагреве его в потоке горячих газов до температуры 600-650 С с последующим остыванием его на воз духе 1.Термообработка песка до 600-650 С вне зависимости от режима может при вести к стабилизации структуры зёре возрастанию термостойкости кварца и удалению влаги, что ведет к улучшен качества отливок по сравнению с использованием нетермообработанйого песка., Однако указанный способ не Позво ляет ликвидировать декриптационную активность песков. В зернах кварца или других минералов, входящихв формовочный песок присутствуют газо-жидкие включения, взрывающиеся nprf тепловом воздейств1ии расплавленного металла на смесь (эффект декриптации) . количество взрывов в интервале температур существования данной полиморфной модификации минерала, отнесенных к единице массы или объема вещества, определяет его декриптационную активность. Последняя определяется также суммарной величиной газовыделения из ооразца при его нагреве в том же температурном интервале. Микровзрывные (декриптационные) эффекты в песке приводят к растрескиванию зерен минералов механичес ому внедрению;их фрагментов в металл, реактивному воздействию газовь1Х струй на его поверхность, резкому и неравномерномуувеличению содержаниялетучих компонентов в зоне контакта. В результате этого происходит неконтролируемое изменение химических и физико-механических свойств смеси, сопровождающееся спеканием ее с металлом, обругиением отдельных участков в расПлайленный металл,- образованием химического и механического пригара, газовых раковин и ужимин. Формовочные пески из различных месторождений характеризуются неодиаковой.декриптадионной активностью Несоответственно, по-разному влияют э„,технологические показатели смесей. апример, пески Люберецкого карьера тличаются минимальной декриптационной активностью, а приготовленные а их основе смеси характеризуются учшими показателями, тогда как песи Орловского карьера высрко актйвны декриптационном отношении и форовочные смеси на их основе характеизуются низким качеством. Исследования формовочных песков из 25 местоождений СССР показали, что все они в большей или мзньшей степени активы в декриптационном отношений.

При 1спользовании известного способа термообработки песка наблюдается несохранение целостности струкTsrpH зерен песка несоответствия режима термической обработки минерального сырья, содержащего газо-жидкие включения, динамике их декрипта ции. Декрицтационные эффекты развиваются по схеме цепной реакции, и поэтому быстрый нагрев (например, более 50°С в минуту), опережающий скорость развития этих эффектов, приводит к разрушению минерала на мельчайшие фрагменты. Медленное же нагревание также желаемого результата, так как находящиеся во включениях жидкости начинают растворять стенки вакуолей или происходит их перекристаллизация. Кроме того, декриптационные эффекты в минералах, содержащих газо-жидкие включения, происходят и. на субмолекулярном уровне, так как наряду с включениями . более 1микрон в них присутствуют вакуоли, размеры которых соизмеримы с размерами краевых и винтовых дислокаций в решетке кристалла (2.0-100 X) . ПоэтЬму обычннй нагрев песка до.температуры декриптации является недостаточным способом ликвидации явлений термодеструкции зерен. Необходимо выдерживание минерала при.температуре, превышающей температуру максимальных эффектов декриптации, в течениенекоторого времени (отжиг дефектов ультракшкросЛопйческого порядка).

ЦельЬ изобретения является ликвидёщия декриптационной активности песка и снижение склонности его к диспергации в,процессе термического воздействия.

дф достижения постазвленной цейи предлагается способ термообработки песка для-изготовления литейных форм и стержней, включающий нёгрёв песка с псэследукЯцим егоохлаждением, отличительный признак которого заключается в том, что песок нагревают. со скоростью 10-50 С ,в минуту до достижения температуры, на 40-60 С ьше темпёратуры п6 лнб1й Д|ёкрипта:11дйй гaзoжвдкйx li Шi Шёнй:Й в ерйах пес1ка7 выдерживаиотпри этой температуре в

течение 0,25-0,5 часа с последующим остыванием песка со скоростью 102О С в .минуту. ,

. При выходе за указанные пределы режима термообработки не достигается J, полной ликвидации декриптационной активности песков и возрастает их склонность к диспергации в процессе нагрева.

Пример. Для проведения испы,Q таний взяты пески трёх месторождений, относящиеся к разным маркам по ГОСТу (Верхне- Днепровский-К02Б, Миллеровский - К0315Б и Гусаровский -ТОЧА) н имеющие, разную декриптационную активность (Верхне-Днепровский - минимальную, Миллеровский - максимальную, Гусаровский - среднюю).

Термообработка песков велась по двум режимам:

а)постепенный нагрев со скоростью 0 20 С/мин - до 500С, выдерживание

при данной температуре в течение 30 мин и охлаждение (предложенный способ);

б)пЪмещение песка в зону нагрева 5 с температурой 1000°С (средняя скорость нагревания песка составляет ЮО С/мин), выдерживание при данной температуре в течение 30 мин и охлаждение (способ согласно выбранному

прототипу).

Последовательность операций: исходные пески прокручивались в бегунах, затем подвергались термообработке параллельно по двум режимам и вновь

прокручивались в бегунах. После каж-

дои операции проводился фракционный анализ, по результатам которого рассчитывался модуль мелкости песков и размер средневзвешенной фракций, а также определялась газопроницаемость по известной методике.

Влияние скорости нагревания на эффект декриптации определялось путем проведения декриптометрического анализа песка Миллеровского месторождения на вакуумном декриптометре ВД-3. Декриптометрический анализ проводился со скоростью 20®С/мин и ЮО С/мин при исходном давлении 5х102 мм рт.ст. до температуры .

На Фиг. 1 изображен график изменений модуля мелкости Верхне-Днепров. ского, Миллеровского и Гусаровского песков при термообработке по предлагаемому (а) и известному (б) спо5 собам; нафиг. 2 - декриптограммы песка Миллеровского месторождения, полученные при нагревании со скоростью 20 С/мин ho предлагаемому (1) способу и lOOc/мин по известному 0 С2) способу.

В результате испытаний .установлено (фиг. 1):

1. Модуль мелкости всех испытываемых песков увеличился после обработки их в бегунах. 2.Модуль мелкости одноименных песков, прогретых по предложенному способу (скорость нагревания 20 С/м всегда меньше, чем прогретых do,известному способу (скорость нагё йания lOO/C/MHH) .... 3.Степень изменения модуля мелкости зависит от декриптационн й активности исходных песков;чем выше их декриптационная активность, тем больше меняется модуль мелкости. 4,Нагревание Миллеровского песка обладающего высокой декриптационной активностьюj по известному способу (ЮО С/мин) и обработка его в бегунах приводят к значительному изменению гранулометрического состава песка, вплоть до перехода его в друrjno марку по ГОСТу. Нагревание SiToro песка по предложенному способу ; (ЗО С/мин) не приводит к столь значительному изменению гранулометричес кого состава, 5,Нагрев песков приводит к значительному и неодинаковому изменению их гадопройицаемости в зависимости от режима термообработки: после обЬ аботки в бегунах газопроницаемость падает от 380 до 160 ед.(Миллеровский песокТ ; термообработТса песка со скоростью 20 С/мин приводит к возрастанию газопроницаемости до 420 е а со скоростью ЮО С/мин - до 310 ед последующая обработка в бегунах вызывает падение разопроницаемости в первомслучае - до 280 ед., во втором - до 160 ед. , Таким образом, термообработка песка по предложенному режиму обесп чивает более высокую его газопроницаемость по сравнению с известным режимом.. Увеличение скорости нагревания Миллеровского песка с 2рС/мин до 100®С/мин приводит к изменению дина мики процесса декриптации (фиг. 2). При нагревании по предложеннсжу режиму наблюдается плавное (на 600 ус ед. за 21 мин) по известному режиму рёзкоё (на 1050 усл.ед. за 5 мин.). нарастание давления, обусловленное массовым .взрыванием газо-жидКих включений. Последнее приводит к деструкции и диспергации кварцевых зерен и уменьшению их прочности. Таким образом, термообработка формовочных песков согласно предложенному способу позволяет ликвидировать их декриптацйонную активность и,резко уменьшить их склонность к даспергации в процессе нагрева. |5 лучшение качества термообработанного песка способствует улучшению качества отливок. Кроме того, создаются предпосылки для многократного использования отработанного песка, . ввиду отсутствия у него выраженной склонности к диспергированию (пыленакоплению). Формула изобретения Способ термической обработки песка для изготовления литейных форм и стержней, включающий нагрев песка с последующим его охлаждением, отличающийся тем, что, -с целью ликвидации декриптационной активности Песка и снижения склонности его к диспергации в процессе термического воздействия, песок нагревают со скоростью 10-50°С в минуту до достижения температуры на 40-60С высйе Температуры полгюй декриптации газо-жидких включений взернах пес.ка, выдерживают при этой температуре в течение 0,25-0,5 часа с пЬследующим остыванием песка со скоростью 10-20°С в минуту. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Аверченков М.И., Цибрик А.Н., Шевченко В,А. Высококачественные формовочные материалы облшховбчных смесей i Технологи я и организация . производства, Киев, 1968, № 1, с. 13-17.