Неорганические связующие вещества, используемые для изготовления стержней

10.5 Неорганические связующие вещества, используемые для изготовления стержней

Стержни изготавливаются с помощью связывающего состава, содержащего сернокислый магний и/или полифосфат. Неорганические связывающие составы в основном содержат водные растворы солей, а также небольшое количество присадок (например, керамических), чтобы предотвратить адгезию песка или залипание отливки. Отношение связывающего состава к количеству песка, по весу, составляет 3 - 8 %. Приблизительно половина этого количества составляет растворенная и кристаллизованная вода.

Чтобы уменьшить промежуток времени, требуемый для сушки, до 10-20 секунд, подогретый песок (60 – 80ºC) продувается в горячую установку для изготовлений стержней (120 – 140ºC), в которой растворенная и кристаллизованная вода испаряется и уносится воздушным путем. Стержни, изготовленные из неорганической керамики, будут иметь термическую стойкость при более чем 1000 ºC, и сохранят высокую прочность. При непосредственном контакте с водой, стержни распадаются в течение нескольких секунд. Смешивание и продувка нагретого песка является запатентованным методом изготовления стержней.

После заливки металла, возможно мокрое или сухое разрушение стержней. При сухом разрушении стержней, большое количество песка преобразуется до размера гранул, при этом на кварцевом песке остается в значительной мере неповрежденный слой связывающего состава. Поэтому, как только стержневая смесь попадает на стадию приготовления, к ней должно быть добавлено только 5 % первоначально используемого связывающего состава. При влажном разрушении стержней отливка быстро охлаждается при закалке. Это может вызвать желаемое улучшение микроструктуры отливки и способствует полному разрушению связывающего состава.

Различные свойства песка могут потребовать пересмотра стержневых моделей и системы вентиляции при внедрении этой технологии на существующем заводе. На стадии сушки из стержней должна быть удалена вся влага, это требование может ограничить размеры стержней.

Получаемые в результате экологические преимущества

В отличие от технологии холодного стержневого ящика, которая способствует образованию выбросов органических веществ, таким как амины, продукты пиролиза и дыма, эта технология не способствует образованию выбросов, содержащих связывающие составы, ни в процессе изготовления стержней, ни во время заливки металла. При переработке остатков песка не образуется никаких отходов и отсутствует необходимость в дорогостоящей переработке песка. Количество песка, требующего замены, очень мало.

Керамические присадки, содержащиеся в связывающем составе, устраняют необходимость плакирования стержней.

В случае, когда для разрушения стержней используется сухая технология, все остатки связывающего состава могут быть использованы повторно.

Эксплуатационные данные

Текучесть смеси песка со связывающим составом достаточна для создания сложных форм, например, стержней для создания водяной рубашки (головка цилиндров). Прочность тестируемых стержней составляет 250 - 300 Н/см³. Чтобы изменить прочность в соответствии с требованиями, предъявляемыми к стержням, можно добавить больше связывающего состава.

Если во время заливки металла не образуется никаких газов, то и не возникает никаких проблем с его утилизацией. Следовательно, при использовании связывающего состава можно использовать очень чистые пески, которые значительно улучшают качество обрабатываемой поверхности (например, степень шероховатость). Поскольку коэффициент регенерации очень высок, экономически выгодно использовать даже дорогие синтетические керамические пески или, например, цирконовый песок.

Воздействие на различные среды

Поскольку из связывающего состава не образуется никаких газов, то не возникает никакой необходимости его сбора и обработки. Подогрев смеси песка и связывающего состава и предварительный подогрев инструмента для изготовления стержней способствуют увеличению энергетических затрат, по сравнению с другими методами изготовления.

Эта технология применяется для создания стержней при литье алюминия под давлением на новых и существующих заводах, после адаптации автоматизированных установок для изготовления стержней. Дальнейшие разработки имеют своей целью адаптацию связывающих составов для использования при литье чугуна и при подготовке формовочного материала.

Несмотря на потребность в предварительном подогреве инструментов по изготовлению стержней, эта технология способствует повсеместной экономии затрат при изготовлении стержней, благодаря более низкой потребности в свежей формовочной смеси и отсутствию необходимости в дорогостоящей регенерации тепловой энергии или утилизации песка. Экономии затрат также способствует повторное использование связывающего состава. Значительному снижению затрат способствует тот факт, что отсутствует необходимость в системах обработки выходящих газов для удаления органических соединений, например, амина и продуктов пиролиза, которые могут образовываться при изготовлении стержней и заливки металла, в случае когда используются органические связывающие составы.

Согласно приблизительным оценкам, использование этой технологии способствует снижению затрат на изготовление стержней на 30 - 50 %, по сравнению с технологией холодного стержневого ящика.

Движущая сила внедрения

Значительное снижение затрат.

Уменьшение проблем с выбросами ароматических и органических веществ.

Примеры заводов

Завод VW AG, Ганновер, Германия