Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей (стр. 12 из 14)

Количество выделяющегося при нагреве сажистого углерода зависит от строения вводимых в НСС органических веществ и возрастает с увеличением молекулярной массы и при переходе от линейного к циклическому строению молекулы вещества. Так, инден-кумароновые смолы, молекулы которых имеют два бензольных кольца, образуют 40–45% сажистого углерода, а синтетические смолы, молекулы которых имеют одно бензольное кольцо – 25–30 процентов.

При нагреве фенолоформальдегидных смол количество выделяющегося сажистого углерода и влияние смол на выбиваемость НСС зависят от количества находящегося в них фенола. Чем больше в них фенола, тем больше образуется сажистого углерода и тем лучше выбиваемость НСС. Рассмотренные выше резольные смолы (№ 228, 214 и др.) содержат больше связанного фенола, поэтому выделяют при нагреве больше сажистого углерода и больше улучшают выбиваемость НСС по сравнению с новолачными смолами (№ 15, 104 и др.).

По механизму действия на улучшение выбиваемости НСС органические вещества можно разделить на три группы.

К первой группе можно отнести вещества, воздействие которых на выбиваемость смеси связано с выделением при нагреве большого количества газов, например, древесные опилки с окислителем. Такие добавки эффективны при нагреве НСС не выше 700–720° С. При более высокой температуре поры в расплавленной композиции завариваются и выбиваемость НСС не улучшается. Вещества первой группы улучшают выбиваемость НСС только из чугунных отливок.

Во вторую группу входят вещества, которые при нагреве не претерпевают агрегатных изменений и в которых после нагрева до 1200°C коксовый остаток составляет 90–95%. К веществам данной группы относятся черный и серебристый графит, нефтяной и каменноугольный кокс и др. Вещества этой группы улучшают выбиваемость НСС в основном из чугунных отливок и лишь незначительно из стальных.

К третьей группе относятся вещества, образующие при нагреве значительное количество сажистого углерода, который, распределяясь в НСС, препятствует спеканию пленки композиции. В зависимости от количества выделяющегося при 1200°C сажистого углерода вещества третьей группы, в свою очередь, можно разделить на три подгруппы.

В первую подгруппу входят вещества, выделяющие до 20% сажистого углерода (торф, патока, гидрол и др.). Они эффективно улучшают выбиваемость НСС из чугунных отливок при прогреве смеси до 700–720° С.

Ко второй подгруппе относятся вещества, которые выделяют 20—30% сажистого углерода (смолы № 74 и 104, древесные опилки и др.). Они значительно улучшают выбиваемость НСС из чугунных отливок и в некоторой степени и из стальных (при нагреве НСС не более 1000–1200° С).

Вещества третьей подгруппы выделяют более 30% сажистого углерода и эффективно улучшают выбиваемость НСС как из чугунных, так и из стальных отливок. К этой группе относятся смолы инден-кумароновая, стирольно-инденовая, каменноугольная, № 236, мазут и др.

3. Выбиваемость ЖСС с жидкими отвердителями

3.1.Выбиваемость ЖСС с ацетатом этиленгликоля

Повышенное внимание литейщиков к жидкостекольным смесям с жидкими отвердителями объясняется рядом важных преимуществ этих смесей по сравнению с другими ЖСС: пониженным содержанием связующего при больших прочностных показателях, лучшей выбиваемостью из отливок и гарантией высокого качества поверхности.

Применяющиеся за рубежом жидкие отвердители, выпускаемые специализированными фирмами, представляют собой ацетаты глицерина или этиленгликоля. В нашей стране промышленное производство таких отвердителей отсутствует. В 1975 г. НПО «ЦНИИТмаш» были разработаны ЖСС с жидким отвердителем пропиленкарбонатом— сложным эфиром пропиленгликоля и угольной кислоты. Выпускается он опытными партиями ПО «Ангарскнефтеоргсинтез». Смеси с пропиленкарбонатом применяют в настоящее время на 13 заводах страны при получении стержней и форм для стальных, чугунных и алюминиевых отливок.

Из смесей с пропиленкарбонатом изготовляют: стержни для стальных отливок — на Харьковском турбинном заводе им. Кирова, Старо-Краматорском заводе им. Орджоникидзе, ПО «Электротяжмаш» (г. Харьков), «Сибтяжмаш», «Сибэнергомаш», стержни для чугунных отливок — на Гомельском и Сумском заводах «Центролит», формы для чугунных отливок — на Московском чугунолитейном заводе «Станколит» и ПО «Ташкентский тракторный завод», стержни повышенной сложности для алюминиевых отливок — на Харьковском заводе им. Малышева и др.

Однако поставка пропиленкарбоната литейному производству ограничена, и промышленный выпуск его в ближайшие годы не планируется. Кроме того, смеси с пропиленкарбонатом имеют ограниченную живучесть (Ж) 10...12 мин, затрудняющую изготовление крупных форм и стержней, особенно в летний период. Ж смесей с пропиленкарбонатом можно увеличить до 25 мин с помощью сложных эфиров фталевой кислоты, хорошо сочетающихся с пропиленкарбонатом. Однако использование на практике этого метода регулирования Ж связано с определенными неудобствами. Поэтому НПО «ЦНИИТмаш» в последние годы совместно с химиками ведет работы по получению других более технологичных сложноэфирных отвердителей с использованием относительно недефицитного и сравнительно дешевого сырья. К таким отвердителям относятся ацетаты этиленгликоля[3].

В результате исследований, проведенных НПО «ЦНИИТмаш» совместно с Дзержинским ПО «Синтез», разработана и уточнена технология синтеза отвердителей на основе ацетатов этиленгликоля, определен состав отвердителей в соответствии с требованиями литейного производства.

С помощью разработанной технологии можно получать отвердители различной активности с заранее заданными свойствами. Ж и скорость твердения смесей может регулироваться от 8...10 мин до 60.,..90 мин.

На рис. 26,а, б видна кинетика твердения смесей и Ж при применении отвердителей четырех марок. Различным маркам АЦЭГ даны условные обозначения: 1Б (быстрый) с Ж =8.. 10 мин, 2СБ (средне быстрый) с Ж=18...20 мин, ЗСМ (средне медленный) с Ж==27...30 мин, 4М (медленный) с Ж=50... 55 мин. В случае необходимости может быть получена пятая марка АЦЭГ 5ММ с Ж=90 мин. Смеси содержат 3,5 масс. ч. ЖС и 0,35 масс. ч. ацетатов этиленгликоля.

В Польше разработан и находит применение отвердитель «Флодур», представляющий собой также ацетат этиленгликоля. Разработанные автором АЦЭГ не только не уступают, но и превосходят по прочностным характеристикам смеси с отвердителем «Флодур».

Рис.26. σ

(а) и жидкотекучесть (б) смесей различных марок АЦЭГ

Сравнительные свойства смесей (основа, масс. ч.: 100 люберецкого песка; 3,5 ЖС M=2,5; p=1480 кг/м

) с 0,35 масс. ч. отечественного отвердителя АЦЭГ (смеси 1, 3) и 0,4 масс. ч. отвердителя «Флодур» (смеси 2, 4) приведены ниже.

Ж, мин	1	2	3	4
	13	12	22	26
,Мпа,через,ч:
1	1,57	0,53	0,83	0,47
8	2,13	1,1	2,6	1,66
14	4,4	3,5	5,0	4,1

Выбиваемость смесей оценивалась по трудоемкости удаления опытных стержней сечением 100Х100 мм и высотой 180 мм из стальной отливки (470Х170Х180 мм, стенка толщиной 35 мм, масса 150 кг). Трудоемкость выбивки смеси для СО

--процесса, содержащей 6 масс. ч. ЖС принята за 100%, ЖСС и ПСС (с 6 масс. ч. ЖС) составила 68%, ЖСС с АЦЭГ (3,5 масс. ч. ЖС) — 38%, ЖСС с АЦЭГ (2,5 масс. ч. ЖС) — 12,5%, ЖСС с синтетической смолой— 7,5%.

При введении в смеси с АЦЭГ сахаросодержащих веществ или специальных диспергирующих поверхностно-активных ве-

Рис. 27.Влияние относительной влажности воздуха (%) на кинетику твердения:

1—30; 2— 50; 3 — 70; 4 — 90.

ществ содержание ЖС может быть снижено с 3,5 до 2,5 масс. ч. при сохранении высоких прочностных свойств и низкой осыпаемости, что позволяет почти в 3 раза улучшить выбиваемость, приблизив ее к выбиваемости ЖСС с синтетическими смолами. По данным автора, снижение содержания ЖС на каждые 0,5 масс. ч. (без введения каких-либо добавок) улучшает выбиваемость смесей со сложноэфирными отвердителями примерно в 2 раза.

Жидкие отвердители на основе АЦЭГ выгодно отличаются от других сложноэфирных отвердителей, в частности пропиленкарбоната, тем, что позволяют снизить содержание ЖС в смеси путем понижения

без ощутимой потери прочностных свойств в пределах допустимой осыпаемости.

Так,

ЖС можно снизить с 1480...1500 до 1400 и 1450 кг/м при том же содержании в смеси разбавленного ЖС и тем самым дополнительно улучшить ее выбиваемость. В смесях с пропиленкарбонатом снижение плотности ЖС приводит к заметному сокращению Ж, падению прочности и повышению осыпаемости.