4.2.Отделение изготовления оболочек форм

В отделении изготовления оболочек форм выполняются следующие операции: подготовка материалов покрытия, приготовление покрытия, нанесения его на модельные блоки, сушка покрытия, извлечение стояков и выплавление модельного состава.

Высокая чистота поверхности отливки получается вследствие нанесения на выплавляемую модель слоя покрытия из твердой составляющей – пылевидного кварца и жидкого связующего – гидролизованного раствора этилсиликата и жидкого стекла.

Подготовка твердого материала состоит в измельчении, промывке, прокаливании и просеве. Измельчение производится в шаровых мельницах, футерованных внутри плитами из кварца. Прокаливание осуществляют в печах барабанного типа, выдерживают при 250…300ºС в течении 2…3 часов, затем охлаждают до комнатной температуры. Просев осуществляется с помощью сит.

Подготовка связующих растворов заключается в приготовлении гидролизованного раствора этилсиликата в гидролизаторах и жидкого стекла.

Этилсиликат (ЭТС) – прозрачная или слабоокрашенная жидкость с запахом эфира. Это продукт реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием при непрерывном их смешивании и охлаждении в реакторе. Реакция этерификации, или эфиризации, может быть схематически представлена следующим уравнением (если применяют обезвоженный спирт):

SiCl₄ + 4С₂Н₅ОН = (C₂H₅O)₄Si + 4HC1,

где (C₂H₅O)₄Si – этиловый эфир ортокремниевой кислоты с температурой кипения 165,5 °С, называемый также тетраэтоксисиланом, или моноэфиром.

Приготовление связующего раствора получают гидролизом ЭТС, для чего вводят воду. Гидролиз – это процесс замещения содержащихся в ЭТС этоксильных групп (С₂Н₅О) гидроксильными (ОН), содержащимися в воде. Гидролиз сопровождается поликонденсацией.

Расчет гидролиза.

ЭТС-40,p =1050 кг/м³, в количестве 1л.; спирт этиловый,p= 803,3 кг/м³; кислота соляная, p=1190 кг/м³.

Гидролиз проводим на 16% SiO₂ в гидролизате, отверждение в воздушно-аммиачной среде.

Рассчитываем количество растворителя Р, которое требуется для получения 16 % SiO₂ в связующем по формуле:

м³ (4)

где m – содержание SiО₂ в этилсиликате, %; Q – объем гидролизуемого этилсиликата, м³;  – плотность этилсиликата, кг/м³; ₁ – плотность разбавителя, кг/м³.

=1960,7 мл.

Рассчитываем общее количество воды, требуемое для гидролиза:

кг (5)

где А – содержание этоксильных групп, %; М₁ – молекулярная масса воды, кг; М₂ – молекулярная масса этоксильных групп, кг.

При условий отверждения связующего в среде аммиака принимаем соотношение количества молей воды и этоксильных групп К = 0,3. Так как содержание этоксильных групп в исходном этилсиликате не оговорено условием задания, принимаем его средним для данной марки ЭТС-40, т.е. А = 70 %. Молекулярная масса воды М₁ = 18 г (0,018 кг), молекулярная масса этоксильных групп:

М₂ = 122+15+16 = 45 г, т.е. М₂ = 0,045 кг.

Тогда Н = 0,3  = 0,0882кг=88,2 мл.

Определяем количество воды, вносимое растворителем – этиловым спиртом:

кг (6)

где А₁ – содержание воды в спирте, % масс. А₁ = 3,2 % масс.

Количество воды, вносимое растворителем:

Н₁ = = 0,0504 кг.

Количество соляной кислоты для ускорения процесса гидролиза принимаем:

В = 0,01Q = 0,01110^-3 = 0,0110^-3 м³=10 мл. (7)

Количество воды, вносимое с катализатором – соляной кислотой:

кг (8)

Здесь В = (0,01…0,014)Q – количество соляной кислоты, взятое для гидролиза, м³; ₂ – плотность соляной кислоты, кг/м³; А₂ – содержание воды в соляной кислоте, % масс.

Н₂ = =0,00747кг

При ₂ = 1190 кг/м³, А₂ = 62,78 % масс.

Количество воды, которое необходимо ввести непосредственно в этилсиликат при его гидролизе, составит:

кг. (9)

Н₃ = 0,0882 – (0,0504 + 0,00747) = 0,03033кг=30,33 мл.

Количество компонентов гидролиза на один литр ЭТС-40:

Этилсиликат ГОСТ 26371-84 1000 мл;

Вода дистиллированная ГОСТ 6709-72 30,3 мл;

Спирт этиловый ГОСТ 17299-85 1960,7 мл;

Кислота соляная ГОСТ 3118-77 10 мл;

Всего 3001 мл.

Расход суспензии на 1000 т годных отливок при трех слоях этилсиликатового связующего – 309 т. Гидролизованный раствор ЭТС-40 в суспензии составляет 40%, т.е. 123,6 т.

Приготовка связующего раствора этилсиликата осуществляют в гидролизаторе конструкции НИИавтопром с производительностью 40 л/ч, емкостью бака 50л, скоростью вращения мешалки 2800 об/мин, габариты установки 7506001470мм.

Рассчитаем необходимое количество гидрализаторов по формуле (2):

Р^´₁==0,86

Количество гидролизаторов, принимаемое к установке в цехе Р₂=1 единица.

Определим К_ЗО – коэффициент загрузки оборудования по формуле (3):

К_ЗО==0,86.

Жидкое стекло (ЖС) относят к основным связующим, так как его водная вытяжка после прокаливания оболочки — щелочная; получают растворением в горячей воде при повышенном давлении раздробленной силикат-глыбы. Последнюю изготовляют наиболее часто сплавлением кремнезема с содой:

SiO₂ + nNa₂CO₃ = SiO₂·nNa₂O+nСО₂.

ЖС может быть натриевым, калиевым или литиевым.

Жидкое стекло характеризуется химическим составом, модулем, удельным весом. Под модулем понимается отношение числа грамм-молекул кремнезема к числу грамм-молекул окиси натрия в продукте. Модуль должен быть 2,56 – 3.

М=1,032, (10)

где А – весовой состав % SiO₂ в растворе;

D – весовой состав % Na₂O в растворе.

Примем натриевое содовое жидкое стекло, в котором кремнезем составляет 32 %, окись натрия 12% и имеет удельный вес 1,510³кг/м³.

М=·1,032=2,752.

Приготовление огнеупорной суспензии.

Компоненты суспензии:

–связующее (гидролизованный раствор этилсиликата или жидкое стекло);

–огнеупорный наполнитель.

Наполнитель перед использованием выдерживают при 250…300ºС в течении 2…3 часов, затем охлаждают до комнатной температуры.

В качестве огнеупорного наполнителя используется пылевидный кварц. Его свойства следующие:

–температура плавления 1710ºС

–плотность 2650 кг/м³

–КЛТР 13,710^-6 1/ºС

Для приготовления суспензии на ЭТС связующем в бак механической мешалки влить гидролизат, включить мешалку и засыпать порциями наполнитель. Суспензию перемешать в течении 40…60 минут при скорости вращения крыльчатки мешалки 2800 об/мин. Затем суспензию выдержать в спокойном состоянии 20…30 минуты и замерить условную вязкость по вискозиметру ВЗ–4. Оптимальная вязкость полученной суспензии 60…75 сек. Активное и длительное перемешивание необходимо для дезагрегирования пылевидной составляющей и смачивания связующим пылевидной частицы. За 5 – 7 мин до окончания перемешивания вводят антииспаритель. Вследствие активного перемешивания понижается вязкость суспензий, поэтому необходимо вводить больше пылевидной составляющей. На пылевидных зернах образуются тонкие пленки связующего и достигается плотная укладка зерен в слоях, наносимых на модели./2/

Для приготовления суспензии используют установку модели 661. Наибольшая производительность 0,06 м³/ч, время перемешивания 30…60 мин, частота вращения крыльчатки 2800 об/мин, мощность 3 кВт, габаритные размеры 7009402830 мм./5/

Рассчитаем необходимое количество установок 661 для приготовления 309 т этилсиликатового связующего по формуле (2):

Р^´₁== 1,43

Количество установок 661, принимаемое к установке в цехе Р₂=2 единицы.

Определим К_ЗО – коэффициент загрузки оборудования по формуле (3):

К_ЗО==0,713

Расход суспензии на 1000 т годных отливок при двух слоях жидкостекольного связующего – 206 т. Приготовление суспензии на основе жидкостекольного связующего происходит аналогично приготовлению суспензии на ЭТС связующем.

Рассчитаем необходимое количество установок 661 по формуле (2):

Р^´₁== 0,95

Количество установок 661, принимаемое к установке в цехе Р₂=1 единица.

Определим К_ЗО – коэффициент загрузки оборудования по формуле (3):

К_ЗО==0,95

Далее блоки моделей смачивают в суспензии. При этом блок медленно погружают в суспензию, поворачивая его в различных направлениях. Смачивать суспензией модели можно только после полного завершения процессов их усадки. При нанесении первого слоя суспензия удаляет с поверхности моделей адсорбированный воздух и смачивает поверхность блока. Затем модельный блок присыпается песком в установках «кипящего слоя» Последний слой оболочки наносят без последующей обсыпки зернистым материалом./2/

Для послойного нанесения суспензии на модельные блоки и обсыпки их в кипящем слое песка используют автомат 6А67. Производительность автомата 200 покрытий/ч, рабочий объем ванны для суспензии 160л, ванны «кипящего слоя» – 460л, площадь зеркала ванны обмазки 0,64м², «кипящего слоя» – 1м², расход сжатого воздуха 3,6 м³/ч, охлаждающей воды 5…8л/мин., габариты 382522901930. /5/.

Рассчитаем необходимое количество установок 6А67 по формуле (2):

Р^´₁== 4,5

Количество установок 6А67, принимаемое к установке в цехе Р₂=5 единицы.

Определим К_ЗО – коэффициент загрузки оборудования по формуле (3):

К_ЗО== 0,9

В установках сушки блоков 6А82 происходит послойное отверждение и сушка огнеупорного покрытия. Производительность сушила 200 блоков/ч, скорость цепи конвейера 2,13 м/мин,, число камер сушки 5 шт., мощность 12 кВт, габариты 660018703400мм. Установка сушки блоков 6А82 входит в линию с установкой 6А67./5/

Рассчитаем необходимое количество установок 6А82 по формуле (2):

Р^´₁== 4,5

Количество установок 6А82, принимаемое к установке в цехе Р₂=5 единицы.

Определим К_ЗО – коэффициент загрузки оборудования по формуле (3):

К_ЗО== 0,9

Торец литниковой воронки покрыт оболочкой при ее формировании, что препятствует удалению модельного состава, а применение металлического стояка – извлечению его из блока моделей. Торцовый слой оболочки на воронке отрезают вращающимся тонким абразивным отрезным кругом.

Воскообразные модели выплавляют в горячей воде в установке 672. Наибольшая производительность 200 блоков/ч, размер площадки для установки блоков 400850 мм, рабочая температура воды 95…98ºС, рабочий объем ванны 14м³, мощность 21кВт, габариты 1753053501940мм./5/

Рассчитаем необходимое количество установок 672 по формуле (2):

Р^´₁== 0,9

Количество установок 672, принимаемое к установке в цехе Р₂=1 единицы.

Определим К_ЗО – коэффициент загрузки оборудования по формуле (3):

К_ЗО== 0,9.

Освобожденные стояки промывают в специальных установках и возвращают к столам сборки.