2.6.1. Взаимодействие металла с формой из хтс

Практический опыт литейных работ с ХТС учит проверять уровень остатков катализатора, накапливающихся в регенерированной формовочной смеси, так как они могут стать причиной дефектов в отливках вследствие взаимодействия металла с формой.

Фосфор, например, может сделать поверхность отливок хрупкой и способствовать возникновению трещин.

Чугун с шаровидным графитом и некоторые марки стали подвергаются воздействию серы. Разрушение включений графита на поверхности чугуна с шаровидным графитом очевидно всякий раз, когда уровень остатков магния достигает предела, при котором происходит сфероидизирование. Для предупреждения этих дефектов достаточно регулярно проверять накапливание остатков серы. Для отливок из ковкого чугуна (с макс, толщиной 25 мм) содержание серы в регенерированной формовочной смеси должно быть ниже 0,15%. Для отливок большей толщины это содержание должно быть не более 0,08%. Для свежей формовочной смеси содержание серы может быть вычислено; для регенерированной формовочной смеси оно определяется химическим путём.

Ниже приведены примеры для проверки содержания серы в формовочной смеси:

2.6.2. Пример со свежей формовочной смесью

Когда используется свежая формовочная смесь, количество используемой смолы обычно составляет от 0,8 до 1,2 %. Количество применяемого катализатора находится в пределах от 40 до 60 % от количества смолы.

При таких количествах можно рассчитать на максимальный предел для серы для трёх типов катализатора, при условии, что у нас имеется следующая смесь:

100 кг песка

1,2 кг смолы

0,6 кг катализатора

Предположим, что имеется три возможных катализатора:

1) Паратолуолсульфокислота (65%)

II) Бензолсульфоновая кислота (70%)

III) Серная кислота (70%)

Концентрация серы в формовочной смеси будет, соответственно:

для 1 12,1х0,6/100=0,0726%S

для 2 14,2х0,6/100=0,0852%S

для 3 22,9х0,6/100=0,137%S, где 0,6-количество катализатора в 100кг песка; 12,1;14,2;22,9 –содержание серы в % в выше указанных кислотах.

2.6.3. Пример с регенерированной формовочной смесью

Известно, что теплота заливки вызывает распад молекул, однако трудно определить, сколько серы и других ядовитых компонентов, получаемых в результате пиролиза кислоты, вступает в реакцию с пограничным слоем жидкого металла.

Комментарии, приведённые ниже, позволяют лучше оценить результаты разложения катализатора при заливке:

• Температура формовочной смеси, находящейся в контакте с жидким металлом, быстро понижается за пограничным слоем.

• Высокая температура разрушает кислоту, высвобождая SO₂.

• Кривая равновесия: температура образования SO2 является функцией времени. Несколько минут ниже 500°С, 1-2 минуты при 700°С и всего несколько секунд при 900°С или выше вызывают разложение катализатора.

Регенерация, несомненно, снижает количество остатков катализатора. Согласно используемой системе и эффективности этой системы можно сделать следующие выводы:

• При мокрой регенерации при условии, что промывка выполняется тщательно, потеря веса на прокаливание и потребность регенерированной формовочной смеси в кислоте чрезвычайно малы.

• При термической регенерации уровень серы снижается до

нуля.

• При выборе механической регенерации, эффективность восстановления строго связана с системой истирания и с эффективностью технического обслуживания установки.

• В таких установках необходимо контролировать количество серы, накапливающейся в регенерированной формовочной смеси.

Ниже предлагаются меры, необходимые для предупреждения накапливания серы и дегенерации сфероидов чугуна с шаровидным графитом. Вполне удовлетворительные результаты достигаются методом «базового потребления». Он состоит в кислотном титровании с использованием NaOH для определения содержания серы в различных формовочных смесях (так как содержание серы в кислоте хорошо известно). Уменьшение концентрации серы в формуле органической кислоты невозможно.

Например, для уменьшения содержания серы на один процент (скажем, с 12,1% до 11,1%) потребуется снижение концентрации паратолуолсульфокислоты, равное 6 процентам (с 65% до 59%). Это означало бы, что живучесть и прочность готовой литейной формы были бы неприемлемы в литейной практике.

Рекомендации по решению проблемы:

1- Использование катализаторов с меньшим содержанием серной кислоты.

При одинаковых массах серной кислоты и паратолуолсульфокислоты, последняя привносит в систему меньше серы. Однако, поскольку серная кислота синергически стимулирует скорость реакции, любое снижение её содержания приведёт к увеличению времени отверждения.

2- Смена катализатора. Например, использование паратолуол-сульфокислоты в летнее время и более сильную бензолсульфоновую кислоту в зимнее время.

3- Применение комбинации ортофосфорной кислоты и вышеуказанных кислот.

Использование ортофосфорной кислоты даёт значительное снижение уровня серы, так как сама эта кислота серы не содержит. Однако необходимо учитывать два важных ограничения:

I. Ортофосфорная кислота не катализирует фенольные или фенол-фурановые смолы. Однако, поскольку наличие ортофосфорной кислоты может вызвать «пористость», применение её должно тщательно контролироваться.

II. Под действием интенсивного нагрева ортофосфорная кислота преобразуется в фосфористый ангидрид, который неразрушается ни при контакте формовочной смеси с металлом (в отличие от рной и сульфоновой кислот), ни во время термической регенерации и, следовательно, накапливается.

4-Производить окраску литейной формы или стержня при использовании кислотных смол, применяемых при формовке сприменением ХТС, способствует уменьшению воздействия серына графитовый сфероид.

5- Увеличивать остаточный магний для удаления или, как минимум, уменьшения дегенерированного слоя.

Исследование отливок из чугуна с шаровидным графитом показывает, что толщина дегенерированного слоя увеличивается при увеличении толщины отливки: отливка толщиной 10 мм имеет дегенерированный слой в несколько десятых миллиметра; отливка толщиной 25 мм имеет дегенерированный слой, который может составлять 8 мм; отливка толщиной 75 мм имеет до 12 мм дегенерированных сфероидов.

6-Добавлять свежий формовочный песок смесь.