7.2. Кремнезоль
Наибольшее практическое значение имеет кремнезоль, полученный двухстадийным процессом: обработкой жидкого стекла ионообменными смолами для удаления ионов Nа с последующим упариванием золя низкой концентрации до содержания 30—40% SiO2. Такие кремнезоли являются мелкодисперсными и содержат стабилизаторы, обеспечивающие длительное хранение этих связующих. Высокая концентрация в них двуокиси кремния обеспечивает получение оболочек с достаточно высокими прочностными свойствами — до 5—7 МПа при статическом изгибе.
Однако кремнезоли становятся непригодными для использования при воздействии низких температур, что затрудняет их транспортирование и хранение в зимних условиях. Ведутся работы по созданию морозостойких кремнезолей.
7.3. Фосфатные связующие
Используемые в производстве огнеупоров фосфатные связующие:
алюмофосфатные (АФС; например Аl2О3 x nP2O5);
хромофосфатные (ХФС; например Cr(H2PO4)2 nH2O));
алюмохромофосфатные (АХФС; например Аl2O3 Cr2O3 2P2O5)
также прошли промышленное опробование в ЛВМ, однако опасность их вредного воздействия на человеческий организм ставит под сомнение возможность в дальнейшем широкого применения этих связующих при изготовлении оболочек форм.
8. Технология изготовления форм и отливок
8.1. Оборудование для приготовления гидролиза и суспензий
Вне зависимости от состава связующего в процессе приготовления суспензий необходимо тщательное перемешивание его с пылевидной огнеупорной основой. Мелкозернистые порошки применяемых огнеупоров, размер зерен которых часто измеряется микрометрами, склонны к комкованию под воздействием поверхностных сил притяжения или повышенной влажности. Задача состоит в том, чтобы смочить связующим поверхность каждой отдельной частицы, обеспечив, таким образом, максимальное использование упрочняющего действия связующего при формировании оболочки.
Следует отметить также, что текучесть суспензии, определяющая способность ее хорошо смачивать и полностью покрывать равномерным слоем поверхность моделей, резко снижается при наличии в ней большого количества агрегатированных (т. е. скомковавшихся) частиц. Это приводит к необходимости увеличивать в составе суспензии долю жидкой фазы, что вызывает неоправданное повышение расхода дорогого связующего и приводит к значительной усадке при сушке слоев суспензии, образованию трещин в пленке связующего, снижению прочности оболочки формы. Чем активнее и длительнее перемешиваются компоненты суспензии, тем более повышается ее текучесть и появляется возможность повысить степень наполнения суспензии порошком огнеупорной основы, следовательно, увеличить прочность оболочки и сократить проявление нежелательных усадочных явлений при ее формировании.
При использовании в качестве огнеупорного наполнителя пылевидного кварца соотношение твердой и жидкой фаз [% (мас. доля)] в среднем равно соответственно 70 и 30. Большое значение при выборе этого соотношения имеют плотность огнеупора и тонкость помола его порошка, косвенно оцениваемая размером удельной поверхности последнего. Так, поставляемый для ЛВМ пылевидный кварц имеет удельную поверхность 3000— 4500 см2/г, а силлиманит — до 6500 см2/г и даже более.
Практически текучесть суспензии в цеховых условиях оценивают по ее условной вязкости, определяемой временем (с) истечения суспензии из воронки ВЗ-4 (ГОСТ 8420—74) вместимостью 100 см3 с калиброванным выходным отверстием диаметром (4±0,02) мм. В зависимости от состава суспензии и ее назначения (например, для какого слоя она используется и какова конфигурация моделей) оптимальная вязкость суспензий может изменяться от 20—30 до 60—80 с и даже более.
Для приготовления суспензий используют специальное оборудование, например, в виде поворотных охлаждаемых баков с лопастными смесителями либо в виде герметично закрываемых барабанов со шнековыми смесителями.
Для приготовления суспензий обычно используют установку 661 периодического действия конструкции НИИТАвтопрома (рис. 17) и автоматический агрегат 662А (рис 18).
Рис. 17. Схема гидролизера и смесителя для приготовления суспензии (установка 661): 1 – бак; 2 - лоток для пылевидного кварца; 3 – пневмоцилиндр; 4 – пусковое устройство; 5- кран включения гидропривода; 6 – гидропривод поворота бака; 7 – электродвигатель; 8- крыльчатка смесителя
Охлаждаемый в процессе работы, снабженный гидропроводом для поворота при сливе готовой суспензии бак установки периодического действия 661 имеет вместимость 0,63 м3. Число оборотов крыльчатки смесителя 2800 мин-1. Установку используют для приготовления суспензий и гидролизованных растворов ЭТС.
Агрегат 662А предназначен для совмещенного процесса гидролиза и приготовления суспензии, осуществляемого непрерывно, и используется обычно в типовых автоматических линиях ЛВМ, спроектированных в НИИТАвтопроме и широко используемых при крупносерийном и массовом производстве (в автомобилестроении, сельскохозяйственном машиностроении, тракторостроении и др.). В агрегате предусмотрено непрерывное дозирование жидких компонентов связующего, предварительное перемешивание их, дозирование огнеупорного пылевидного наполнителя суспензии и приготовление последней.
Расходные бачки для суспензии снабжают также смесителями с крыльчатками, что исключает оседание твердой фазы, и капельницами для компенсации испарения летучих растворителей. После нанесения суспензии погружением блок получает вращательное движение для ее равномерного растекания и отсыпается песком. На автоматических линиях эта операция проводится без съема блоков с цепи конвейера с помощью специальных копиров либо манипуляторами, а в цехах мелкосерийного производства — вручную. Используют также роботизированные комплексы, особенно при изготовлении крупных форм.
Для обсыпания слоев суспензии применяют пескосыпы различных конструкций: барабанные, .элеваторные и с псевдоожиженным слоем песка, получившие наибольшее распространение Рис. 19. В таких, пескосыпах, подаваемый через донную мелкопористую (например, из войлока) прослойку под небольшим избыточным давлением сжатый воздух приводит загруженный в бак пескосыпа песок во взвешенное состояние.
Рис. 18. Схема агрегата 662А для непрерывного приготовления совмещенным способом суспензии на этилсиликатном связующем:1 — расходный бак растворителя: 2 — регулирующие клапаны; 3 — переливные патрубки; 4 — расходный бак ЭТС; 5 — трубопроводы для подачи жидких компонентов в промежуточный смеситель; 6 — расходный бак с подкисленной водой; 7 — насосы; 8 — игольчатый крак для установления расхода жидких компонентов; 9 — ротаметры; 16 — переливной патрубок для выдачи готовой суспензии: Л — крыльчатки смесителя; Ч — смеситель; 13 — лоток подачи пылевидной составляющей; 14 — конвейер подачи в смеситель пылевидного материала; 15 — бункер
Глубина псевдоожиженного слоя составляет обычно 0,5—1,0 м, что обеспечивает возможность полного погружения в него модельного блока. Пребывающие в пульсирующем движении песчинки налипают со всех сторон на поверхность покрытого слоем су ном направлении с помощью специальных вибраторов.
Каждый слой суспензии после нанесения на него обсыпочного материала просушивается по режимам, оптимальным для применяемого состава связующего. Так, для связующих первого типа проводят вакуумно-аммиачную сушку, длительность которой для каждого слоя 30—40 мин. В случае применения ЭТС-связующих на водных разбавителях и кремнезоля сушка слоя для удаления не менее 90% жидкой составляющей суспензии может продолжаться до 6 ч и более.
Рис. 19. Схемы устройства пескосыпов:
а — барабанный пескосып: 1 — вытяжной зонт; 2 — вращающийся барабан с песком: 3 — каркас: 4 — редуктор; 5 — электродвигатель; 6 — ролик; 7 — сетка барабана; 8 — лотки, обеспечивающие подъем и сброс песка через сетку.
б — пескосып с псевдо-кипящим слоем песка: 1 — корпус пескосыпа; 2 — трубка подачи сжатого воздуха: 3 — пористая прослойка (войлок и др.); 4 — коробка вентиляционного устройства; 5 —