Усенко Лілія Вікторівна
Національна металургійна академія України
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ ЖЕЛЕЗОФОСФАТНЫХ ЖИДКОПОДВИЖНЫХ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ
Направление: Металлургия
Ключевые слова: холодно-твердеющие смеси, связующее, железофосфатные композиции.
В связи с дороговизной многих первичных материалов актуальной проблемой, в том числе для литейного производства, является все более широкое использование вторичных ресурсов так как степень регенерируемости многих формовочных и стержневых смесей невелика. Кроме того, производство отливок с применением холодно-твердеющих смесей (ХТС) со связующим на основе железофосфатных композиций непрерывно растет [1-4]. Поэтому проведение исследований, направлены на разработку новых составов ХТС, в частности железофосфатных, с использованием вторичных материалов.
В качестве исходных компонентов таких ХТС можно применять железосодержащие отходы литейного и металлургического производства (шламы, пыль, окалину) непостоянного химического и фазового состава, засоренные примесями. Универсальность отечественных железофосфатных материалов и связующих композиций заключается в том, что они одинаково успешно эксплуатируются как огнеупорные и термостойкие покрытия, клеи и замазки; связующие композиции в формовочных и стержневых смесях; реагенты, нейтрализующие вредные вещества как в исходных формовочных материалах, так и в отработанных смесях [5-6].
В данной работе была исследована возможность замены дорогостоящих связующих материалов дешевыми активированными золосодержащими отходами. Перспективным направлением исследований представляется разработка новых формовочных составов с использованием вторичных материалов (отходов) различных производств. Поэтом целью настоящей работы является получение научно-обоснованных результатов, обеспечивающих разработку новых не дорогих формовочных составов для производства отливок из различных сплавов.
1. Химический, гранулометрический и фазовый состав золы
Для экспериментальных исследований применяем золу Приднепровской ТЭС. Определение гранулометрического состава золы проводили по методике.
Высушенные и усредненные пробы золы были переданы для анализа в аналитическую лабораторию института “ЮжУкрГеология”, где проведены исследования оксидного состава. Химический состав золы-уноса пересчитанный на 100 % представлен в табл. 1.
Таблица 1. – Химический состав золы Приднепровской ТЭС, мас. %
SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | FeO | R2O | TiO2 | ППП (при 10000С) | S |
48,1 | 23,4 | 7,2 | 2,3 | 1,1 | 0,7 | 0,8 | 2,7 | 0,5 | 13,2 | 100 |
2. Составы предлагаемых формовочных смесей
Составы и процентное содержание компонентов исследуемых смесей приведены в таблице 2.
Таблица 2. - Содержание исходных компонентов в смесях
№ смеси | Содержание компонентов в смеси, % | Количество воды, % | Количество кислоты,% | ||
Зола | Окалина | Гипс | |||
1 | 90 | 5 | 5 | 39 | 7,5 |
2 | 85 | 7,5 | 7,5 | 39 | 7,5 |
3 | 80 | 10 | 10 | 39 | 7,5 |
4 | 75 | 12,5 | 12,5 | 39 | 7,5 |
5 | 70 | 15 | 15 | 39 | 7,5 |
6 | 90 | 5 | 5 | 39 | 7,5 |
7 | 85 | 7,5 | 7,5 | 39 | 7,5* |
8 | 80 | 10 | 10 | 39 | 7,5* |
9 | 75 | 12,5 | 12,5 | 39 | 7,5* |
10 | 70 | 15 | 15 | 39 | 7,5* |
11 | 90 | - | 10 | 39 | 7,5 |
12 | 85 | - | 15 | 39 | 7,5 |
Продолжение таблицы 2
13 | 80 | - | 20 | 39 | 7,5 |
14 | 75 | - | 25 | 39 | 7,5 |
15 | 70 | - | 30 | 39 | 7,5 |
- В данной смеси использовалась концентрированная кислота с плотностью 1,7гр/см3.
** - Перед применением золу просушивали при температуре 750-800ºС и просеивали для удаления крупных включений.
Перед смешиванием все компоненты формовочной смеси отдельно взвешивали на лабораторных электромеханических весах марки ВЛКТ-500г-М, после чего их перемешивали в лабораторных бегунах и пересыпали в специальную емкость для приготовления формовочных материалов.
В емкости к смеси (зола, гипс и порошок) добавляли воду и кислоту, в процентном отношении к массе навески (масса навески 500г), и тщательно перемешивали, добиваясь однородной массы. Из полученной массы изготавливали стандартные образцы и для них проводили испытания смеси на прочность при сжатии, определяли газопроницаемость, измеряли вязкость.
Испытание образцов на прочность проводили после их вылеживания на воздухе, с интервалом в 1,2,3 и 24 часа. Также образцы подвергались сушке в течение 4 часов при температуре 100ºС, после чего их испытывали на прочность и газопроницаемость.
3. Результаты исследования
В таблице 3. и рисунке 1 представлены составы смесей и данные по прочности на сжатие стандартных образцов, полученные в ходе проведенных экспериментальных исследований. Результаты экспериментов, по определению газопроницаемости и прочности, для образцов предлагаемых составов формовочных смесей подвергшихся сушке, представлены в таблице 3. На рисунке 1, фигуры г и д наглядно проиллюстрирована зависимость прочности смеси от времени ее вылеживания на воздухе, для первой и второй групп смесей соответственно.
Таблица 3 - Прочность смесей на сжатие во влажном состоянии и их газопроницаемость после высокотемпературной сушки
№ | Прочность смеси после сушки при 100ºС в течение 4 часов | Прочность смеси после сушки при 100ºС в течение 4 часов (ср. знач.) | Газопроницаемость, ед. | Ввзкость, Мин. | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
1 | 0,23 | 0,235 | 26 | 2.,5 | |
0,24 | |||||
2 | 0,23 | 0,23 | 19 | 2,33 | |
0,23 | |||||
3 | 0,20 | 0,20 | 35 | 2,25 | |
0,20 | |||||
4 | 0,21 | 0,21 | 21 | 2,25 | |
0,21 | |||||
5 | 0,22 | 0,22 | 27 | 2,67 | |
0,22 | |||||
| 6 | 0,26 | 0,255 | 23 | 2,58 |
| 0,25 | ||||
| 7 | 0,24 | 0,24 | 25 | 2,75 |
| 0,24 | ||||
| 8 | 0,25 | 0,25 | 15 | 2,33 |
| 0,25 | ||||
| 9 | 0,26 | 0,26 | 13 | 2,17 |
| 0,26 | ||||
| 10 | 0,25 | 0,25 | 18 | 2,83 |
| 0,25 | ||||
| 11 | 0,25 | 0,255 | 28 | 2,58 |
| 0,26 | ||||
| 12 | 0,27 | 0,27 | 31 | 2,92 |
| 0,27 | ||||
| 13 | 0,28 | 0,28 | 42 | 2,25 |
| 0,28 | ||||
| 14 | 0,30 | 0,305 | 27 | 2,25 |
| 0,31 | ||||
| 15 | 0,40 | 0,39 | 38 | 2,33 |
| 0,38 | ||||
|
В таблице 4 представлены некоторые составы смесей и данные по определению их текучести, полученные в результате проведенных экспериментальных исследований. Для исследований были выбраны смеси под номерами № 1,8,15, составы которых были приведены в таблице 2. Измерения текучести смеси проводились с интервалом 10 минут.
Таблица 4 – Результаты измерения текучести смеси
№ смеси | Текучесть, мм | |||
1 | 2 | 3 | 4 | |
1 | 450 | 225 | 180 | 165 |
8 | 405 | 300 | 225 | 195 |
15 | 375 | 225 | 180 | 165 |
| |||||
а | |||||
| |||||
б | |||||
| |||||
в | |||||
|
Рисунок 1 - Зависимость прочности смеси от времени ее вылеживания на воздухе:
а – Зависимость прочности образца (составы 1-3) от времени их вылеживания на воздухе;
б – Зависимость прочности образца (составы 4-6) от времени их вылеживания на воздухе;
в – Зависимость прочности образца (составы 7-8) от времени их вылеживания на воздухе;
г – Зависимость прочности образца (составы 10-12) от времени их вылеживания на воздухе;
д – Зависимость прочности образца (составы 13-15) от времени их вылеживания на воздухе.
Проведенные экспериментальные исследования основных технологических характеристик предлагаемых составов. Показали прочность образцов на сжатие в сыром состоянии, при их вылеживании на воздухе с интервалом в 1, 2, 3, 24 часа, а также после сушки в сушильном шкафу при температуре 100ºС в течении 4-х часов. Установлено, что прочность на сжатие образцов экспериментальных составов достигает 0,62 МПа. Содержание в смеси золы на уровне от 70% - 90% улучшает прочностные характеристики формовочного состава в ~3,4 раза.
Учитывая возможность регулирования в широких пределах прочностных характеристик экспериментальных составов за счет варьирования количества вводимого в смесь железной окалины и ортофосфорной кислоты, а также универсальность отечественных железофосфатных материалов и связующих композиций, предлагаемые смеси могут использоваться в качестве формовочных и стержневых форм.
ВЫВОДЫ
В данной работе была исследована возможность замены дорогостоящих связующих материалов активированными золосодержащими отходами. Зола является очень дешевым побочным продуктом, который получается на электростанции.
Экологическая безвредность железофосфатных связующих обеспечивается связыванием железосодержащих материалов и фосфатов в кристаллогидраты, которые не обладают токсичностью, но обеспечивают высокие технологические свойства смесям и, следовательно, стержням, формам, футеровкам, необходимые для получения отливок. Изготовленные формы, стержни и футеровки твердеют при комнатной температуре, что позволяет сэкономить на сушке газом.
Внедрение указанной технологии в производство не только улучшит экологическую ситуацию в городе, но и позволит получить предприятиям существенный экономический эффект.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. , Лясс самотвердеющие смеси. – М.: Машиностроение, 1979.-255 с.
2. , Беркович вещества с поверхностно - активными добавками. М.: Промстройиздат, 1953.-248 с.
3. Ребиндер -активные вещества и их применение.- Химическая наука и промышленность, 1959, т. IV, № 5, с. 554-565.
4. , Лясс и стержни из холодно-твердеющих смесей. – М.: Машгиз, 1978. – 224 с.
5. Берг материалы. М.: Машиностроение,1963.-291 с.
6. , , Комов труда в черной металлургии. - К.: Техника, 1986. – 199 с.
