| 1. СОСТАВЫ ЖСС С РАЗЛИЧНЫМИ СВЯЗУЮЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ
По кинетике твердения двухкомпонентной системы связующее — отвердитель можно сделать лишь предварительное суждение о характере твердения и конечных свойствах смеси с наполнителем. Присутствие наполнителя и пенообразователя часто оказывает существенное влияние на скорость и характер физико-химического взаимодействия связующего и отвердителя. Поэтому окончательный вывод о возможности использования того или иного реагента в качестве отвердителя для конкретного связующего можно сделать только в процессе разработки составов ЖСС с определением оптимального содержания каждого компонента в отдельности.
При разработке смеси необходимо задаться определенными количественными характеристиками ее прочностных и технологических свойств с учетом того, что ЖСС и технология их применения предназначены в первую очередь для условий единичного и мелкосерийного производства.
По производственным данным, предел прочности смесей при сжатии для стержней и форм средней сложности при изготовлении средних и крупных отливок перед заливкой металлом должен быть не ниже 6—7 кгс/см2; задалживаемость оснастки, т. е. время затвердевания смеси до раскрытия ящика или извлечения модели из форм, не должны превышать 40—60 мин.
Исследования и производственная практика показывают, что стержни можно вынимать из ящика при прочности не менее 1,3—1,5 кгс/см2, а модель из форм — при прочности не ниже 0,8— 1,0 кгс/см2.
Минимально допускаемая живучесть смеси (условно характеризуемая устойчивостью пены), необходимая для разливки смеси в ящики или формы, установки каркасов и др., по нашему мнению, составляет 2—3 мин.
С учетом всех этих условий можно задаться следующими прочностными характеристиками жидких самотвердеющих смесей. Предел прочности при сжатии после 1 ч твердения — не менее 1,5—2,0 кгс/см2, предел прочности смесей к моменту заливки стержней и форм металлом — не менее 6 кгс/см2. Так как заливка стержней и форм металлом осуществляется преимущественно на следующий день, то прочность, равную 6 кгс/см2, смесь должна набирать не позже чем через сутки. Цементные смеси более применимы для немеханизированного изготовления форм, где прочность смесей может быть меньше, или для получения относительно крупных стержней, допускающих более продолжительную выдержку в стержневых ящиках. Поэтому для цементных смесей можно ограничиться величиной прочности через 1 ч твердения 10—1,5 кгс/см2.
Вполне понятно, что в данном случае даны лишь минимально допустимые показатели прочности, без ограничения верхнего предела. Вместе с тем для смесей на неорганических связующих, таких, как жидкое стекло, верхний предел прочности требует уточнения, так как чрезмерная прочность смеси ухудшает выбивку стержней и их податливость. По указанным соображениям максимальную прочность ЖСС на жидком стекле следует ограничить 12—13 кгс/см2.
Так как на некоторых заводах заливка стержней и форм металлом производится в день их изготовления, примерно через 6—7 ч, применительно к этим условиям основные составы ЖСС должны предусматривать возможность более быстрого нарастания прочности.
ЖСС с жидким стеклом
ЖСС с жидким стеклом можно получить с несколькими разновидностями отвердителей: материалами, содержащими двухкальциевый силикат,—феррохромовым шлаком, нефелиновым шламом, другими металлургическими шлаками; кремнефтористоводородной кислотой.
Исходные материалы и их характеристики
Наполнители. Для приготовления ЖСС рекомендуются кварцевые пески класса 1К и 2К групп 016, 02, 0315 и 04. Большинство заводов в составах ЖСС применяют песок марки 02. Содержащаяся в песке глина ухудшает текучесть смесей и требует повышенного расхода жидкой композиции. Поэтому предельно допустимым содержанием глинистой составляющей в песке следует считать 2%.
Жидкие смеси могут быть приготовлены не только на основе кварцевого песка, но и на других огнеупорных материалах: хромомагнезите, оливине, цирконовом песке и др. При этом важно, чтобы применяемый огнеупорный наполнитель по гранулометрии приближался к кварцевому песку.
Феррохромовый шлак. Минералогический состав шлака приводился в гл. 4.
Для получения жидких смесей с необходимыми прочностными и технологическими свойствами феррохромовый шлак должен удовлетворять следующим требованиям: содержание СаО — не менее 48%; влажность шлака — не более 1,5%; удельная поверхность — не ниже 1800—2000 см2/г; шлак не должен содержать посторонних примесей — корольков металла, кусков неразложившегося шлака и др.; на заводе — поставщике или потребителе шлак должен быть просеян через сито с размером ячейки не >0,5 мм. Активность шлака определяется методом, описанным в гл. 2. Транспортировка и хранение шлака должны исключать возможность его увлажнения. Для целей литейного производства феррохромовый шлак поставляется Челябинским электрометаллургическим комбинатом и Серовским ферросплавным заводом.
Нефелиновый шлам. Содержание СаО в нефелиновом шламе — не менее 53%. Поставляется он Пикалевским глиноземным заводом тонкоразмолотым с величиной удельной поверхности 7500— 8500 см2/г. Требования к влажности, транспортировке и хранению шлама такие же, как и требования к шлаку.
Жидкое стекло. Из имеющихся сортов жидкого стекла (содового, сульфатно-содового и сульфатного) рекомендуется применять содовое. Модуль стекла должен находиться в пределах 2,6—2,9, плотность 1,46—1,52 г/см3.
Пенообразователи. Для перевода смесей в жидкое состояние применяют ДС-РАС или контакт Петрова в сочетании с мылонафтом или в самостоятельном виде. Физико-химические характеристики каждого из этих ПАВ приведены соответственно в табл. 31—33.
Контакт Петрова имеет кислую реакцию и при приготовлении смесей на жидком стекле его необходимо нейтрализовать. Если же контакт Петрова предварительно подвергается обезмасливанию, его можно вводить в смесь без нейтрализации.
При отработке рецептуры ЖСС целесообразно вначале определить количество пенообразователя, необходимого для придания смеси хорошей подвижности при общей влажности 4,5—5,0%, после чего проверить влияние на прочность и скорость твердения основных компонентов — связующего и отвердителя, а затем уточнить их содержание в составе смеси.
Суммарное содержание в смеси жидкого стекла, воды и пенообразователя определяет расход жидкой композиции данной плотности.
В табл. 34 приведены данные, позволяющие определить содержание в смеси исходного жидкого стекла (ρ = 1,48 г/см3) и ее влажность в зависимости от расхода и плотности жидкой композиции.
ЖСС с феррохромовым шлаком и нефелиновым шламом
Для получения жидкой смеси с феррохромовым шлаком с хорошей текучестью в ее состав необходимо ввести 0,1—0,12% ДС-РАС или 0,5% нейтрализованного контакта Петрова в самостоятельном виде или в сочетании с 0,05—0,1% мылонафта.
На рис. 71 приведены данные по влиянию содержания шлака в смеси на ее прочность при постоянном количестве жидкого стекла, равного 6% (а) и влияние количества жидкого стекла при постоянном содержании шлака, равном 5% (б).
Пенообразователь — 0,5% контакта Петрова газойлевого (нейтрализованного) и 0,05% мылонафта.
При замене в смесях комбинированного пенообразователя на 0,1—0,12% ДАС-РАС прочность смесей снижается примерно на 15—20% вследствие повышения устойчивости пены.
С учетом приведенных на рис. 71, а и б данных, для получения ЖСС с необходимыми прочностными и технологическими свойствами в смесь следует вводить 3—5% феррохромового шлака и 6—7% жидкого стекла.
Отличительной особенностью ЖСС с нефелиновым шламом является большая дисперсность шлама и его высокая активность. Поэтому рецептуры смесей с нефелиновым шламом требуют уточнения. На рис. 72 показано влияние жидкого стекла при 3% шлама на прочностные свойства смеси (а) и влияние количества шлама на те же свойства при 4% жидкого стекла (б).
ЖИДКИЕ САМОТВЕРДЕЮЩИЕ СМЕСИ
П.А. БОРСУК, А.М. ЛЯСС
МОСКВА, 1979 |
