С.С. Ткаченко, А.В. Соколов, О.В. Михайлов, М.А. Дружевский. Исследование составов жидкостекольных ХТС с песком Балашейского месторождения (Самарская область). Часть 2

Перед вами вторая часть серии материалов об анализе песков различных месторождений, влияющих на качество жидкостекольных смесей. Материал опубликован во втором номере журнала «Вестник арматуростроителя».

● Ткаченко Станислав Степанович, президент ЛенАл, заместитель директора научно-исследовательского сектора филиала Российской академии художеств «Творческая мастерскя литейный двор»;
● Соколов Александр Владимирович, руководитель проектов научно-исследовательского сектора филиала Российской академии художеств «Творческая мастерская литейный двор»;
● Михайлов Олег Викторович, директор творческой мастерской РАХ;
● Дружевский Михаил Александрович, ведущий специалист ООО «РОДОНИТ».

По экспертной оценке, 70 % загрязнений природной среды от литейных цехов приходится на производителей литья с использованием синтетических смол для ХТС. По нашему мнению, будущее за связующими неорганического происхождения (НОС).

Это объясняется гарантированным наличием сырьевых материалов в промышленных объемах, минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду в результате исключения отходов и возможности их повторного использования, разработки безопасных способов отверждения при изготовлении форм и стержней, улучшении условий труда на рабочих местах в связи с отсутствием выбросов в атмосферу, конденсатов и запахов. В мире ведутся интенсивные исследования формирования начальной, поверхностной и остаточной прочности, улучшения качества поверхности отливок (металлофосфатные смеси, жидкостекольные, неорганические связующие на основе сульфата магния и др.). Особого внимания заслуживает жидкое стекло в качестве связующего. Ничего лучше в этом качестве наша наука до сих пор не придумала. Новое – это хорошо забытое старое. Возможности этой технологии далеко еще не исчерпаны. Из лидеров 60-х-80-х годов прошлого века по применению жидкостекольных смесей различных классов мы стали объектом химизации литейного производства, пришедшей с Запада. Исследования последних лет позволяют считать жидкостекольные смеси фактором модернизации литейного производства. Использование новых методов отверждения ортосиликатов натрия газом, эфиром или кислотами делают этот процесс перспективным.

Для сопоставления прочностных свойств смесей исследовали жидкостекольные ХТС с песком Балашейского месторождения (Самарская область).

Марка песка – 1К2О303:

• содержание глинистой – 0,2 %, не более;
• содержание кварца – 98 %, не менее;
• коэффициент однородности – от 60 % до 70 %;
• средний размер зерна – 0,3 мм.

Балашейский песок по сравнению с Новинским имеет более высокие показатели качества: минимальное содержание глинистой (не более 0,2 %), высокое содержание кварца (не менее 98 %), высокий коэффициент однородности (60-70 %).

Песок также имеет более округлую форму и высокое качество поверхности. Структуры песков представлены на рис. 4, прочность – на рис. 5.

Первоначально были выбраны составы ХТС с 3,0 % жидкого стекла, более высокое содержание нерационально, поскольку песок имеет высокие показатели качества. Результаты представлены на рис. 6а и 6б. Данные для отвердителей С10, С20 представлены на рис. 6а. Из приведенных данных видно, что получены высокие прочности ХТС. Живучесть смесей для С10 и С20 составила 15 и 20 минут соответственно. Живучести аналогичных смесей на Новинском песке составляли 5 и 7 минут соответственно. Более длинная живучесть объясняется, по-видимому, тем, что песок чистый по примесям и глинистой. Прочности ХТС с С10 и С20 через 1 час составили 0,8 и 0,7 МПа, соответственно, т. е. практически одинаковы. Через 2 часа прочность составила 1,7 и 1,3 МПа соответственно, т. е. прочность с С10 несколько выше. Однако конечные прочности были выше у С20 (6,2 МПа) по сравнению с С10 (5,1 МПа). Аналогичные закономерности были получены и ранее для Новинского песка. Полученные прочности отвечают заданным требованиям уже через 2 часа (1,4-1,7 МПа). Конечные прочности имеют очень высокие значения (до 6,2 МПа). Данные для ХТС с С30 и С60 представлены на рис. 6б. Живучесть смесей составила 25 и 30 минут соответственно, что также выше, чем для смесей с Новинским песком, имеющим высокую глинистую. Из приведенных данных следует, что начальная прочность через 1 час для отвердителя С30 составила 0,3 МПа, а для С60 – 0,1 МПа, т. е. низкая, что естественно, поскольку отвердители длинные. Через 2часа прочности для отвердителя С30 – 0,9 МПа, а для С60 – 0,7 МПа, что также ниже, чем для С10 и С20. Однако суточные прочностные показатели были очень высокие и составили для обоих отвердителей 6,1-6,4 МПа. Эти значения в 1,5 раза и более выше, чем для аналогичных смесей с Новинским песком. Требуемые прочности достигаются через 1 час.

Поэтому в дальнейшем снизили количество жидкого стекла до 2,0 %, что является минимальным, т. к. при меньшем количестве не получить оболочку связующего на зернах наполнителя. Полученные данные для отвердителей С10 и 20 представлены на рис. 7а и 7б. Живучести смесей с С10 и С20 составили 12 и 17 минут соответственно, т. е. меньше, чем аналогичных смесей с 3,0 % связующего. Из представленных данных видно, что прочности для С10 через 1 час составили 0,6 МПа, через 2 часа – 1,3М Па и через 24 часа – 4,0 МПа. Для отвердителя С20 они составили соответственно 0,4; 0,7; 2,8 МПа. То есть получены достаточно высокие прочности смесей.

Они, естественно, несколько ниже аналогичной смеси с 3,0 %, но существенно выше смесей с Новинским песком при 2,5 % жидкого стекла. Заданные прочностные свойства получены уже через 2 часа. На рис. 7б представлены данные для ХТС с отвердителями С30 и С60. Живучести были 20 и 30 минут соответственно. Прочности для С30 через 1 час практически не было (0,15 МПа). Через 2 часа – 0,6 МПа и 24 часа – 4,1 МПа. Для С60 прочности соответственно составили: через 1 час – нет; 2 часа – 0,3 МПа; 24 часа – 4,4 МПа. Таким образом, при 2,0 % жидкого стекла получены высокие прочностные показатели ХТС, существенно выше, чем при 2,5 % на Новинском песке. Такие составы могут быть рекомендованы для применения в литейных цехах.

Литература

1. Ткаченко С.С., Кривицкий В.С. Потенциал литейного производства Санкт-Петербурга и Ленинградской области / Сб. трудов международной научно-технической конференции // Литейное производство сегодня и завтра». – 2016.
2. Жуковский С. С. Технология литейного производства: формовочные и стержневые смеси. – Брянск: Издательство БГТУ. – 2002. – С. 469.
3. Жуковский С. С. Кафтанников А.С. Применение холоднотвердеющих смесей, применяемых на предприятиях России. Литейщик России. – 2004. – № 10.
4. Жуковский С. С. Холоднотвердеющие связующие и смеси для литейных стержней и форм. Справочник. – Москва: Машиностроение. – 2010. – С. 255.
5. Куракевич Б. В., Милеева Т. С. Современные связующие композиции для холоднотвердеющих форм и стержней // Литейное производство. – 2005. – № 4.
6. Семенов А. А., Бедрин Н. И., Кузнецов В. Г., Одинокова С. Е., Денисова Л. Н. Освоение холоднотвердеющих смесей на ОАО «Аскольский завод металлургического машиностроения» // Литейное производство. – 2004. – № 5.
7. Илларионов И. Е., Пестряева Г.Ш., Садетдинов Ш.В., Стрельников И.А. Влияние метаборатов лития, натрия и калия на свойства фосфатных холоднотвердеющих смесей. Литейное производство. – 2019. – № 12.
8. Илларионов И.Е. Пути улучшения качества отливов Теория и технология металлургического производства. – 2016. – № 1.


Сравнительный анализ песков различных месторождений, влияющих на качество жидкостекольных смесей. Часть 1 смотрите здесь >>>