26. Технологический процесс приготовления гидролизованного раствора этилсиликата и суспензии.

Суспензией называют смесь жидкого связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующих используют гидролизованный раствор этилсиликата, в качестве наполнителей – искусственный пылевидный кварц, естественный пылевидный кварц (маршалит), пылевидные циркон, плавленый кварц, корунд, магнезит и др.

Приготовление суспензий

Для ее приготовления в непрерывно перемешиваемый гидролизованный раствор вводят пылевидный кварц, предварительно прокаленный при 120-140°С(для спекания железа, также для удаления железа использую серную к-ту) и просеянный через сито 0063. После получения однородной массы перемешивание прекращают и суспензию выдерживают в течение нескольких минут до прекращения выделения пузырьков воздуха.

2. способа приготовления суспензии:

1. С совмещенным гидролизом - для мелкосерийного пр-ва (экономия гидролизованного р-ра);

2. С раздельным гидролизом - для массового пр-ва.

Суспензия должна хорошо покрывать модели, прочно соединяться с последующим слоем оболочки, не вступать в химическое взаимодействие с модельным составом и с металлом отливки.

Бак – смеситель для нанесения суспензии на блоки моделей:

1- водоохлаждаемый бак; 2-полая цапфа; 3-станина бака;

4-гибкий шланг для подвода через цапфу 2 охлаждающей воды; 5-подвижная реечная штанга для перемещения

смесителя; 6- трубчатый кожух вала смесителя;

7-электродвигатель; 8-крыльчатка смесителя; 9-модельный блок

процесс приготовления гидролизованного раствора этилсиликата:

Промышленность выпускает этилсиликат (ЭТС) марок: 32; 40; 50. Цифры указывают среднее содержание SiО₂ в процентах. Помимо окиси кремния в сертификате на этилсиликат указывают содержание этоксильных групп C₂H₅O, соляной кислоты (до 0.1%). Его получают при взаимодействии четыреххлористого кремния с этиловым спиртом.

SiCl₄+4C₂H₅OH→(C₂H₅O)₄Si+4HCl

ЭТС- этиловый эфир ортокремневой кислоты.

Растворители: при приготовлении связующих из этилсиликата применяют- ацетон, эфироальдегидная фракция (спирт-сырец), изопропиловый спирт.

Добавки: вводят в связующие для регулирования их свойств.

Соляная кислота НСl (плотность 1.19 г/см³ катализатор гидролиза- повышает надежность протекания процесса гидролиза этилсиликата (ЭТС), способствует повышению прочности формы. Серная кислота вводится в раствор при гидролизе ЭТС для нейтрализации органических примесей (в песках, маршалите).

Гидролиз ЭТС:

Цель гидролиза: придание ЭТС связующих свойств.

Сущность реакции гидролиза: в процессе химической реакции этоксильные группы (C₂H₅O) замещаются на гидроксильные (ОН). В результате реакции гидролиза получают коллоидные растворы кремнекислот (золи), из которых при сушке и прокаливании форм выделяется собственно связующее SiО₂, соединяющее зерна огнеупорной основы суспензии.

Гидролиз – реакция между ЭТС и водой. Трудность ее проведения состоит в том, что ЭТС и вода взаимно не растворяются. Поэтому при реакции гидролиза ЭТС применяют органические растворители –спирты, ацетон, которые растворяют и ЭТС и воду. Растворители удаляются при сушке и прокаливании форм.

В зависимости от расхода воды:

Si(C₂H₅O)₄+H₂O=Si(C₂H₅O)₃ + C₂H₅OH - малом

Si(C₂H₅O)₄+4H₂O = Si(OН)₄+ 4C₂H₅OH - большом

В первом уравнении реакции одна этоксильная группа C₂H₅O заменена гидроксильной ОН, во втором – все. На практике очень трудно заместить все этоксильные группы гидроксильными. Этим и объясняется высокая стойкость гидролизованных растворов, достаточная для их хранения и использования. Гидроксильные группы, связанные с кремнием, очень активны. Поэтому вместе с гидролизом практически одновременно идет процесс поликонденсации, который происходит по следующей схеме:

≡ Si – OH + HO – SI ≡ = ≡ Si – O - Si ≡ + H₂O

Как видно из схемы, при поликонденсации происходит увеличение силоксанных цепей

≡ Si – O - Si ≡ и выделение воды.

Увеличение степени поликонденсации сопровож. повышением связующей способности этилсиликата.

Расчет кол-ва составляющих для гидролиза:

Исходные данные для расчета: а) тип раствора; б)устойчивость раствора; в)условия сушки формы г) паспортные данные ЭТС (содержание SiO₂, этоксильных групп C₂H₅O и НСl).

При расчете необходимо определить:

Количество воды для гидролиза по формуле В. А. Озерова

Х_в= Ма_э/250 , где М-кол-во молей воды на одну этоксильную группу; а_э – содержание этоксильных групп (масс %) в ЭТС (по сертификату ЭТС); 250 – коэффициент, учитывающий молекулярные массы этоксильной группы и воды. При а_э=60-65%

Для воздушной сушки оболочек принимают М=0.5 – 0.6;

Для воздушно-аммиачной сушки М=0.2-0.3;

Количество растворителя (кг) определяют по формуле:

r = Sio_2этс/ Sio_2раств.-(1+Х_в), где SiO_2этс –содержание SiO₂ в ЭТС;

SiO_2раств.-требуемое содержание SiO₂ в связующем растворе, кг; Х_в-количество воды, полученное расчетом, кг. Требуемое кол-во k, мл, НСl плотностью 1.19 г/см³ зависит от содержания этоксильных групп в ЭТС, на 1 кг ЭТС надо k=0.114 а_э.

Способы гидролиза ЭТС:

раздельный способ гидролиза. В водоохлаждаемый бак гидролизера наливают в расчетном количестве растворитель, подкисленную соляной кислотой воду и перемешивают в течение 1-2 мин. После этого, не выключая мешалки вливают ЭТС. Перемешивают

до тех пор, пока раствор не охладится до температуры 293^оК. Затем раствор выдерживают

2-18 часов до окончания процесса гидролиза.

Совмещенный способ гидролиза. Заключается в том, что реакция гидролиза и приготовление суспензии совмещены. Для этого в бак гидролизера заливают в расчетном количестве растворитель, подкисленную воду, ЭТС и загружают пылевидный кварц (ПК-2).