Исследование свойств жидкостекольных смесей с использованием природных материалов

№73-1,

технические науки

В статье представлены результаты исследований, направленных на расширение сырьевой базы формовочных песков и технологических добавок (ТД) в жидкостекольные (ЖС) смеси для улучшения выбиваемости. Дана технологическая оценка использования речных песков и природного материала сапропеля в составах формовочных и стержневых смесей.

Похожие материалы

В настоящее время в литейном производстве в качестве связующего материала применяется жидкое стекло. Жидкостекольные смеси имеют ряд преимуществ:

  • низкая стоимость жидкого стекла;
  • возможность упрочнения без теплового воздействия;
  • простота изготовления форм и стержней;
  • нетоксичность смесей.

Но на ряду с преимуществами так же имеются недостатки, а именно регенерируемость вследствие повышенной спекаемости жидкого стекла с формовочным песком и плохая выбиваемость [1].

Для исследования были изготовлены жидкостекольные смеси на речном песке (пробы 1, 2, 3), контрольная смесь — на песке Орловского карьера [2], который используется на производстве. Состав и свойства жидкостекольных смесей представлены в таблицах 1, 2. Результаты по всем физико-механическим и технологическим свойствам имеют положительное, для цели проводимого исследования, значение.

Таблица 1. Составы жидкостекольных смесей на Орловском и речном песке

Шифр смеси

Составляющие смеси, мас.ч.

Песок Орловского

карьера (2К2О202)

Речные пески (3К2О202)

Жидкое стекло

Глина

Проба 1

Проба 2

Проба 3

1

94

-

-

-

6

-

2

92

-

-

-

6

2

3

-

94

-

-

6

-

4

-

92

-

-

6

2

5

-

-

94

-

6

-

6

-

-

92

-

6

2

7

-

-

-

94

6

-

8

-

-

-

92

6

2

В соответствии с ГОСТом определялись следующие свойства смесей: влажность смеси, газопроницаемость, прочность на сжатие во влажном состоянии, прочность в отвержденном состоянии на сжатие и разрыв, остаточная прочность на сжатие жидкостекольных смесей, прокаленных при температурах: 200 — 400 — 600 — 800 — 1000 °С в течении 45 минут, гигроскопичность и осыпаемость. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 2. Свойства жидкостекольных смесей на Орловском и речном песке

Шифр смеси

Свойства смесей

Влажность, %

Газопроницаемость, ед.

Прочность, σw∙105 Па

Предел прочности, σт∙105 Па

Гигроскопичность, %

Осыпаемость, %

на сжатие

на разрыв

1

4,0

400

0,2

25,5

23,0

0,8

0,3

2

4,0

380

0,63

24,5

18,0

0,9

0,5

3

4,0

185

0,17

24,5

6,0

0,36

0,45

4

4,0

175

0,4

16,2

10,3

0,47

0,6

5

3,0

212

0,3

26,0

10,0

0,43

0,54

6

3,0

185

0,4

25,0

8,0

0,47

0,59

7

4,0

200

0,16

26,0

17,5

0,68

0,3

8

3,0

180

0,32

25,0

9,6

0,87

0,42

Особый интерес представляют данные по остаточной прочности на сжатие жидкостекольных смесей, прокаленных при температурах: 200 — 400 — 600 — 800 — 1000 °С в течении 45 минут (таблица 3).

Таблица 3. Остаточная прочность жидкостекольных смесей на Орловском и речном песке

Шифр смеси

Остаточная прочность, σw∙105 Па

200 °С

400 °С

600 °С

800 °С

1000 °С

1

24,1

15,9

8,7

26,0

25,0

2

12,3

9,1

8,6

11,3

25,0

3

25,0

15,3

11,9

7,5

10,0

4

25,0

10,6

5,8

5,6

4,7

5

25,0

16,5

5,6

7,0

4,7

6

16,3

10,5

5,4

3,2

2,3

7

25,0

11,0

10,2

9,4

6,0

8

12,8

7,5

6,9

5,1

4,8

Остаточная прочность жидкостекольных смесей на речном песке, не содержащих глину (смеси 3, 5, 7 — таблица 3), после прокалки при температурах 800 °С и 1000 °С имеет в 4-5 раз меньше значение по сравнению со смесью, изготовленной на Орловском песке (смесь 1 — таблица 3).

Смеси жидкостекольные на речном песке, содержащих 2 % глины (смеси 4, 6 ,8 — таблица 3) аналогично имеют остаточную прочность после прокаливания при температурах 800 °С — 1000 °С в 4–5 раз меньшую по сравнению с жидкостекольной смесью (смесь 2 — таблица 3), изготовленной на Орловском песке.

Объяснить этот результат можно присутствием в составе речных песков органических соединений, которые выгорая, влияют на остаточную прочность смеси, что подтверждается проведенным дифференциально-термическим анализом.

Таким образом жидкостекольные смеси на речном песке оказывают положительное влияние на выбиваемость, что значительно может сократить трудоемкость выбивных операций.

На ряду со свойствами жидкостекольных смесей на основе речного песка, изучались свойства жидкостекольных смесей, содержащих в своем составе сапропель — природный глинистый материал — донное отложение пресных водоемов [3], отобранный из трех озер (проба 1, 2, 3), в качестве технологической добавки. Исследование свойств жидкостекольных смесей проводилось в сравнении с жидкостекольными смесями, содержащими глину (бентонит), а также не содержащими глины. Составы жидкостекольных смесей представлены в таблице 4.

Таблица 4. Составы жидкостекольных смесей, содержащих сапропель

Шифр смеси

Составляющие смеси, мас.ч.

Песок Орловского карьера 2К2О202

Жидкое стекло

Бентонит КС2Т2

Сапропель озер

Проба 1

Проба 2

Проба 3

1

94

6

-

-

-

-

2

94

6

2

-

-

-

3

94

6

-

5

-

-

4

94

6

-

-

5

-

5

94

6

-

-

-

5

Свойства жидкостельных смесей представлены в таблице 5.

Таблица 5. Свойства жидкостекольных смесей, содержащих сапропель

Шифр смеси

Свойства смесей

Влажность, %

Газопроницаемость, ед.

Предел прочности на сжатие, σw∙105 Па

Предел прочности в отвержденном состоянии

Гигроскопичность, %

Осыпаемость, %

σсж∙105 Па

σт∙105 Па

1

4,0

413

0,2

26,0

23,0

0,8

0,3

2

4,0

407

0,63

25,0

17,7

0,9

0,3

3

3,0

297

0,37

25,0

16,4

0,6

0,4

4

4,0

343

0,36

25,0

8,3

0,6

0,5

5

3,0

300

0,26

24,6

9,8

0,6

0,4

Полученные данные свидетельствуют о том, что технологические свойства смесей, в состав которых входил сапропель каждого из трех озер последовательно — смесь 3, 4, 5, находятся на уровне свойств эталонных образцов — смесь 1, 2 и соответствуют требованиям технических условий на смеси формовочные и стержневые. Исследование влияния сапропелей на остаточную прочность жидкостекольных смесей проводилось следующим образом: образцы размером d50h50 высушивались при температуре 150 °С в течении 30 минут и затем прокаливались при температурах 200-400-600-800-1000 °С в течении 45 минут, после чего исследовались на сжатие. Полученные данные (таблица 6) подтверждают механизм поведения жидкостекольных смесей, изложенный в известных источниках. Остаточная прочность жидкостекольных смесей, содержащих сапропель, снижается в 2,5 — 3 раза по сравнению с обычными жидкостекольными смесями в интервале температур 800 — 1000 ° С. Это объясняется выгоранием органической части сапропеля.

Таблица 6. Остаточная прочность жидкостекольных смесей, содержащих сапропель

Шифр смеси

Остаточная прочность, σсж∙105 Па

200 °С

400 °С

600 °С

800 °С

1000 °С

1

24,1

15,9

8,7

26,0

25,0

2

12,3

9,1

8,6

13,0

25,0

3

20,3

15,3

8,0

14,0

20,0

4

18,5

14,0

6,1

7,96

13,8

5

11,9

7,5

5,1

4,8

12,7

Проведение исследования свойств сапропелей, а также технологический свойств формовочных и стержневых смесей, содержащих в составах сапропель, позволяют рекомендовать к использованию этот материал как новую технологическую добавку в составах песчано-глинистых и жидкостекольных смесей.

Список литературы

  1. Лясс, А.М.Быстротвердеющие формовочные смеси /А. М. Лясс. – Москва :Машиностроение,1965. - 322c.
  2. Исследование свойств песков Орловского месторождения и смесей на их основе / Кидалов Н.А., Князева А.С., Поташова И.Е., Осипова Н.А., Закутаев В.А. // Литейщик России. - 2010. - № 4. - С. 39-42.
  3. Авт. свид. №208895, МПК B22d. Смесь для изготовления стержней и форм в литейном производстве./ С. Ш. Слепович, Р. В. Тимощенко, М. З. Лопотко; МТЗ. – 1968.