Методы контроля и испытаний формовочных материалов

Сыпучесть смеси  влияет на зависание ее в бункерах, на заполнение и равномерность распределения смеси при засыпке в опоку, качество и длительность перемешивания смеси в смесителях. С сыпучестью связана комкуемость - способность смеси образовывать комки. Сыпучесть и комкуемость зависят от прочности связей песчинок в местах контакта. Начальная (насыпная) плотность смеси повышает равномерность уплотнения формы. Поэтому смесь должна иметь хорошую сыпучесть - минимальную комкуемость.  

Большое значение имеет поверхностная прочность - сопротивление поверхностного слоя формы или стержня истиранию. Поверхностная прочность характеризуется осыпаемостью.  

В процессе заливки  и охлаждения отливки стенки формы  нагреваются металлом до высоких  температур, равных практически температуре  металла, поэтому формовочные материалы  должны обладать высокой огнеупорностью. Это одно из главных требований, предъявляемых к формовочным материалам.  

Огнеупорность - способность смеси сопротивляться размягчению или расплавлению под  действием высокой температуры  жидкого металла - зависит от огнеупорности составляющих смеси и количественного их соотношения. Чем больше примесей в песке и глине, тем меньше огнеупорность формовочных и стержневых смесей. Чем крупнее песок и чем меньше в нем примесей, пыли и больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь.  

В процессе заливки  формы металлом органические материалы, входящие в состав формовочной смеси (связующие, опилки) , сгорают и выделяют газы, влага испаряется и образует большое количество паров. Способность  смеси выделять газы при заливке  называется газотворностью. Она определяется количеством газов, выделяющихся из 1 кг смеси. Образующиеся газы, пары и воздух стремятся выйти из формы через поры формовочной смеси. Поэтому она должна иметь достаточную газопроницаемость.  

Газопроницаемость - свойство смеси пропускать через  себя газы – зависит от качества и количества глинистых составляющих и кварцевого песка. Чем больше песка  в формовочной смеси и чем  он крупнее, тем выше газопроницаемость  смеси, и наоборот. Газопроницаемость зависит также от формы зерен песка, влажности, наличия пыли, угля, степени уплотнения и т.п. Чем больше пыли в песке, тем меньше газопроницаемость. При быстром газообразовании и недостаточной газопроницаемости смеси давление газа превышает давление залитого металла, и газ стремится выйти из формы не через смесь, а через металл. В этом случае в отливках могут появиться и газовые раковины.  

В процессе затвердевания  и охлаждения размеры отливки  уменьшаются вследствие усадки металла. Однако форма препятствует усадке, в результате в отливке могут возникать напряжения и появляться трещины. Поэтому формовочная смесь должно обладать податливостью - способностью сокращаться в объеме и перемещаться под действием усадки отливки.  

Высокая прочность  и газопроницаемость формовочной смеси обеспечиваются однородностью – равномерным распределением в формовочной смеси составляющих компонентов в результат тщательного перемешивания.  

Формовочные и  стержневые смеси должны обладать минимальной  прилипаемостью к модели или стержневому ящику, что зависит от содержания влаги, связующей добавки и ее свойств. Прилипаемость смеси повышается с увеличением количества жидкости в смеси. Сульфитно-спиртовая барда увеличивает прилипаемость смеси, масляные связующие уменьшают ее.  

Гигроскопичность —способность формовочной и стержневой смеси поглощать влагу из воздуха - зависит от свойств связующей добавки. Стержни, изготовленные из смесей на сульфитной барде, обладают большой гигроскопичностью. Поэтому собранные формы с такими стержнями нельзя выдерживать перед заливкой металла, в противном случае увеличивается брак по газовым раковинам.  

Долговечность - способность смеси сохранять  свойства при повторных заливках. Чем долговечнее смесь, тем меньше добавляют в отработанную смесь  свежих формовочных материалов при ее переработке. Освобождение отработанной смеси от пыли, введение свежего песка и глины позволяют восстановить свойства смеси.  

Выбиваемость  — способность стержневой смеси  легко удаляться при выбивке  ее из охлажденной отливки - зависит от количества песка, глины и вида связующего в стержневых смесях.  

4. Приготовление формовочных и стержневых смесей.  

Формовочные и  стержневые смеси приготовляют из свежих песчано-глинистых формовочных материалов, добавок и отработанной смеси. В  зависимости от массы отливок расход формовочных смесей колеблется от 500 до 1300 кг, а свежих материалов от 500 до 1000 кг на 100 кг годных отливок.  

Технологический процесс приготовления формовочных  смесей складывается из следующих основных операций: 1) предварительной обработки свежих формовочных материалов и добавок; предварительной обработки отработанной формовочной смеси; 3) приготовления смеси из предварительно подготовленных свежих и отработанных формовочных смесей, добавок и связующих.  

Предварительная обработка свежих формовочных материалов включает операции сушки песка, тонкого измельчения каменного угля, просеивания песка и угля. Отработанная смесь перед повторным использованием охлаждается, разрыхляется, подвергается магнитной сепарации и просеивается.  

Сушка песка  и глины производится в различных  печах(трубчатых, вертикальных и горизонтальных) и на плитах. Наиболее распространены вертикальные и горизонтальные сушильные  печи. Вертикальные печи применяют  для сушки кварцевых и малоглинистых  песков. Для жирных же песков и глин их не применяют вследствие налипания материалов на диски и плужки. Широкое применение находят установки для сушки песка в кипящем слое. В механизированных цехах песок и глину сушат в барабанах с водяным охлаждением песка после сушки. Свежий песок сушат при 250° С. Производительность таких сушил от 5 до 20 т/ч и выше.  

В последнее  время стали применять установки  с сушкой песка горячим воздухом. Песок из бункера загружают в  трубу, в которую снизу подается воздух, нагретый до 200—250° С. Сырой песок увлекается вверх со скоростью 15—17 м/с и быстро высыхает. Производительность установки может доходить до 15 т/ч сухого песка.  

Сухую глину  размалывают и просеивают до порошкообразного состояния. Глину размалывают в  бегунах или же в шаровых мельницах. Тонкое размельчение глины и каменного угля достигается в шаровых мельницах. Шаровая мельница представляет собой металлический барабан, футерованный стальными плитками с зазорами между ними. Глину или каменный уголь загружают в барабан через воронку. При вращении барабана стальные шары, находящиеся внутри него, размалывают глину или уголь. Размолотый материал проваливается через зазоры между плитками и просеивается через сито. Готовый материал высыпают из барабана. Производительность шаровых мельниц 100—8000 кг/ч.  

Вместо сухой  глины часто применяют глинистую  и глиноугольную эмульсию (раствор  глины или глины и угольного  порошка в воде) . При использовании  эмульсии глину и бентонит можно  не сушить и не молоть, в связи  с чем отпадает ряд операций по подготовке и транспортировке этих материалов. Глинистая эмульсия должна иметь плотность 1,09—1,15 г/см 3 , ее приготовляют следующим образом: в бак-мешалку с водой загружают глину и перемешивают в течение определенного времени до достижения эмульсией заданной плотности. Готовую эмульсию выпускают через вентиль бака-мешалки.  

Глиноугольную эмульсию приготовляют в баке-концентраторе, в который подают определенное количество глинистой и глиноугольной эмульсии. После наполнения бака-концентратора  эмульсию перемешивают до нужной плотности (1,1-1,5 г/см 3 ) и затем специальными насосами-дозаторами автоматически подают в бегуны или смесители.  

5. Обработка отработанной формовочной смеси.  

Отработанная  формовочная смесь, выбитая из опок, перед повторным использованием должна быть предварительно переработана. В немеханизированных литейных цехах ее просеивают на обычном сите или на передвижной смесеприготовительной установке, где происходит отделение металлических частиц и других посторонних примесей. В механизированных цехах отработанная смесь подается из-под выбивной решетки ленточным транспортером в смесеприготовительное отделение. Крупные комки смеси, образующиеся после выбивки форм, обычно разминают гладкими или рифлеными вальцами. Металлические частицы отделяют магнитными сепараторами, установленными на участках передачи отработанной смеси с одного транспортера на другой.  

Регенерация (восстановление) заключается в извлечении песка  из отработанных смесей и приведении его свойств в соответствие с  установленными техническими требованиями на формовочные пески. В зависимости от условий работы цеха регенерацию отработанной смеси производят различными способами: мокрым, электрокоронным и специальным для смесей, приготовленных на жидком стекле.  

Мокрый способ регенерации применяют главным образом в цехах, имеющих гидравлические или пескогидравлические установки для очистки отливок. При мокром способе зерна песка с помощью воды отмываются от глины и мелкой пыли, которые потоком воды уносятся в отстойники и далее в отход. Промытый и обеспыленный песок оседает на дно сборника, откуда грейфером подается в сушильную печь, а затем просеивается и используется для приготовления формовочных смесей.  

При электрокоронной  регенерации отработанная смесь  разделяется на частицы разных размеров с помощью высокого напряжения. Песчинки, помещенные в поле электрокоронного разряда, заряжаются отрицательными зарядами. Если электрические силы, действующие на песчинку и притягивающие ее к осадительному электроду, больше силы тяжести, то песчинки оседают на поверхности электрода. Изменяя напряжение на электродах, можно разделять песок, проходящий между ними, по фракциям.  

Регенерация формовочных  смесей с жидким стеклом осуществляется специальным способом, так как  при многократном использовании смеси в ней накапливается более 1—1,3% щелочи, что увеличивает пригар, особенно на чугунных отливках. Во вращающийся барабан установки для регенерации подают одновременно смесь и гальку, которые, пересыпаясь с лопастей на стенки барабана, механически разрушают пленку жидкого стекла на зернах песка. Через регулируемые жалюзи в барабан поступает воздух, отсасываемый вместе с пылью в мокрый пылеуловитель. Затем песок вместе с галькой подают в барабанное сито для отсеивания гальки и крупных зерен с пленками. Годный песок из сита транспортируют на склад.  

6. Приготовление формовочных и стержневых смесей.  

Очень важными  операциями являются увлажнение и перемешивание  смеси. Тщательное перемешивание смеси  необходимо для равномерного распределения  ее составляющих. При перемешивании глина и связующее обволакивают зерна песка, комья отдельных составляющих разрушаются и равномерно распределяется влага. Хорошо перемешанная смесь обладает максимальной прочностью и газопроницаемостью. Для перемешивания смеси применяют лопастные смесители или бегуны.  

Лопастной смеситель - это машина непрерывного действия, он может быть встроен в автоматизированную смесеприготовительную систему. Смеситель  часто применяют для приготовления  смесей с низким содержанием глины (наполнительных смесей, сыпучих и т.д.) или смесей с жидкими связующими. Смеси с высоким содержанием глины в лопастном смесителе плохо перемешиваются и поэтому обладают низкими технологическими свойствами. Такие смеси обычно приготовляют в катковых смесителях-бегунах.  

Порядок загрузки составляющих смеси. Сначала загружают  сухие материалы: песок, глину и  отработанную формовочную смесь. Сухую  смесь перемешивают примерно 1-3 минуты и затем увлажняют. В случае применения глинистой эмульсии (раствора глины  в воде или же глиноугольной эмульсии) влажность регулируют добавлением раствора эмульсии и воды. После увлажнения смесь еще раз перемешивается в течение нескольких минут. Связующие обычно загружают последними. Продолжительность перемешивания составляет для смеси: наполнительной 2-3 мин, 3-5 минут и облицовочной 5—10 мин.  

Для быстросохнущих облицовочных смесей особое значение порядок загрузки и продолжительность  перемешивания смесей. Обычно быстросохнущие смеси приготовляют в смешивающих  бегунах. При приготовлении этих смесей сначала в бегуны загружают сухие материалы (отработанную смесь, песок, добавки и пр.) и перемешивают в течение 5 минут, затем вводят связующее и воду, все перемешивают еще 7—10 мин. Готовая смесь должна вылежаться перед употреблением в течение нескольких часов для равномерного распределения в ней влаги.  

При приготовлении  быстросохнущих смесей с жидким стеклом  сначала загружают песок, глину  и перемешивают 2-3 мин, потом добавляют  едкий натр и смесь еще раз  перемешивают 3-4 минуты, затем вводят жидкое стекло и опять перемешивают 10—12 минут. После этого добавляют мазут и снова перемешивают в течение 4-5 минут. 

7. Заключение.