Разработка и исследование рецептур жидкостекольных формовочных и стержневых смесей с микродобавками ультрадисперсного пироуглерода: УДП тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат технических наук Нефедов, Константин Евгеньевич

• Нефедов, Константин Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нефедов, Константин Евгеньевич

Введение.

Глава 1. Анализ проблемы применения жидкостекольных смесей.

1.1. Современное представление о формировании структуры и свойств формовочных и стержневых смесей с использованием жидкостекольного связующего.

1.2. Характеристика смесей с жидкостекольным связующим и методы регулирования их свойств.

1.3. Проблемы выбиваемости формовочных и стержневых смесей с применением жидкостекольного связующего.

1.4. Теоретические предпосылки выбора ультрадисперсного пироуглерода (УДП) как модифицирующей добавки жидкостекольных смесей.

1.5. Выводы и постановка задачи исследования.

Глава 2. Методика исследований.

2.1. Методика исследований физико-химических свойств жидкостекольного связующего с добавкой УДП.

2.2. Методика исследований физико-механических свойств жидкостекольных смесей с добавкой УДП.

2.3. Методы исследований рабочих свойств жидкостекольных смесей с добавкой УДП.

2.4. Методы исследования формирования состава и свойств жидкостекольных смесей с добавкой УДП под воздействием высоких температур.

Глава 3. Исследования формирования структуры и свойств жидкостекольных смесей с микродобавками УДП.

3.1. Исследования влияния УДП на свойства жидкого стекла.

3.2. Исследования влияния УДП на свойства жидкостекольной смеси в процессе смесеприготовления и изготовления форм и стержней

3.3. Исследования влияния УДП на рабочие свойства жидкостекольных смесей.

3.4. Исследования формирования состава и свойств жидкостекольных смесей модифицированных УДП под воздействием высоких температур.

3.5. Обсуждение результатов исследований и основные выводы.

Глава 4. Разработка рецептуры стержневой жидкостекольной смеси с добавками УДП и ее опытно-производственная апробация.

4.1. Разработка рецептуры стержневой жидкостекольной смеси с добавками УДП.

4.2. Технологическая инструкция приготовления легковыбиваемых жидкостекольных смесей.

4.3. Получение опытной партии отливок с использованием легковыбиваемых жидкостекольных смесей.

4.4. Организационно-экономическая эффективность от внедрения разработанной рецептуры жидкостекольной смеси с УДП.

4.5. Анализ опытно-производственной апробации получения отливок на ОАО «Сибэнергомаш».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование рецептур жидкостекольных формовочных и стержневых смесей с микродобавками ультрадисперсного пироуглерода: УДП»

Процессы интеграции отечественного литейного производства в международный рынок ставят перед литейщиками серьезные задачи по снижению себестоимости, повышению качества и товарного вида отливок, а также по повышению экологической чистоты производства, что актуально и для отечественного рынка. Решение поставленных задач может быть в частности осуществимым при условии разработки новых составов формовочных и стержневых смесей. Однако при этом необходимо помнить, что любая смесь является специальной, т.е. дает удовлетворительные результаты только при определенных условиях ее применения. В этой связи наиболее правильным является создание новых рецептур смесей и технологических решений применительно к конкретным направлениям в технологии, отдельным видам производств, группам отливок.

В литейном производстве используются самые разнообразные по составам и свойствам формовочные и стержневые смеси, которые формируют как наружные, так и внутренние поверхности отливок. При этом свойства смесей зависят от вида и химического состава связующего материала. Основное производство отливок в мировой практике базируется на использовании трех видов связующих - глин, синтетических смол и жидкого стекла [33]. Выбор зависит от многих факторов, однако ведущими являются качество отливок, производительность труда, стоимость смесей и условия труда. В технологии литейного производства значительная роль принадлежит формовочным и стержневым смесям, при изготовлении которых в качестве связующего материала применяется жидкое стекло, позволяющее получать стержневые и формовочные смеси с высокой скоростью упрочнения и низкой газотворностью. Использование жид-костекольных формовочных и стержневых смесей позволяет значительно повысить качество поверхности отливок, производительность труда, автоматизировать технологические процессы смесеприготовления и изготовления литейных форм и стержней. Актуальность внедрения жидкостекольных смесей обусловлена также и тем, что жидкое стекло, относящееся к числу дешевых, недефицитных и экологически чистых материалов, обеспечивает получение отливок с достаточно высокой размерной точностью.

Однако, наряду с указанными преимуществами, эти смеси имеют и серьезные недостатки - затрудненную выбиваемость, высокую пригораемость, относительно низкую живучесть, повышенную гигроскопичность, плохую регене-рируемость, которые в значительной степени сдерживают объемы их применения.

Реализация преимуществ жидкостекольных смесей возможна в случае существенного улучшения их выбиваемости с одновременным повышением свойств регенерации отработанных смесей. Решение этих проблем осуществляется путём разработки новых составов смесей с различными органическими и неорганическими отвердителями и добавками, позволяющими снизить содержание жидкого стекла в смесях с условием сохранения необходимых исходных прочностных характеристик и способствующих его разупрочнению после высокотемпературного нагрева и охлаждения [115]. Обзор работ выявил, что существует и изучено достаточно большое количество добавок и отвердителей, как органического, так и неорганического происхождения, используемых для улучшения технологических, рабочих, физико-механических и физико-химических свойств жидкостекольных смесей. Однако использование известных добавок для улучшения свойств жидкостекольных смесей не полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к литейному производству в настоящее время, что ведет к необходимости поиска новых, более эффективных добавок. Также немаловажно отметить, что ужесточение требований к экологической безопасности литейного производства потребует более тщательного подбора данных добавок с целью снижения вредных выделений при их использовании.

Жидкостекольные смеси нового поколения в определенной степени снижают недостаток традиционных смесей - затрудненную выбиваемость из отливок и облегчают их регенерацию. Однако дальнейшее развитие литейного производства и возрастающие требования к качеству и технологичности литейной формы подчеркивают актуальность проблемы и необходимость продолжения исследований в этом направлении.

Дальнейшие исследования в этой области позволят расширить возможности использования в литейном производстве жидкого стекла, как наиболее полно удовлетворяющего технологическим, экономическим и экологическим требованиям связующего. В связи с этим возникает необходимость в проведении исследований по разработке жидкостекольных формовочных и стержневых смесей с улучшенными свойствами, за счет установления закономерностей формирования их структуры и свойств.

В данной работе показаны возможные пути разработки рецептур легковы-биваемых жидкостекольных смесей с добавкой ультрадисперсного пироуглеро-да (УДП) применительно к требованиям, обусловленным необходимостью получения качественных отливок при минимальных трудозатратах. Требования сформулированы на основе детального анализа литературных источников. Объяснение физико-химических процессов происходящих на этапах смесепри-готовления, заливки и охлаждения отливки в форме, позволяет детально обосновать технологию разработки и приготовления легковыбиваемых жидкостекольных смесей с добавками ультрадисперсного пироуглерода (УДП). Рассмотрен и детально изучен вопрос применения в качестве добавки для жидкостекольных смесей ультрадисперсного пироуглерода (УДП) существенно улучшающего выбиваемость жидкостекольных смесей, а также повышающего их термостойкость и улучшающего ряд других свойств данных смесей.

Заключение диссертации по теме «Литейное производство», Нефедов, Константин Евгеньевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена принципиальная возможность рецептурно-технологического управления механизмом формирования комплекса свойств жидкостекольных формовочных и стержневых смесей добавками ультрадисперсного пироуглерода (УДП).

2. Установлен механизм снижения остаточной прочности жидкосте-кольной адгезивной оболочки с добавками УДП за счет частичного окисления частиц УДП и термохимической реакции с образованием нового ультрадисперсного бескислородного соединения р—SiC.

3. Разработаны математические модели, описывающие свойства легковыбиваемых жидкостекольных смесей модифицированных УДП при варьировании количества составляющих компонентов, и произведена оптимизация их составов.

4. Установлено повышение начальной прочности, газопроницаемости и антипригарных свойств форм из смесей с добавками УДП, что способствует повышению качества поверхности отливок и снижению трудоемкости очистных операций.

5. Разработаны технологические рекомендации и рецептуры легковыбиваемых жидкостекольных смесей при содержании УДП 12. 16 % от массы связующего, обеспечивающие снижение удельной работы выбиваемости (Ауд') в 4.6 раз.

6. Установлено, что добавки УДП в жидкостекольные смеси не только улучшают их выбиваемость, но и обеспечивают их повторное использование, что значительно сокращает вывоз отработанных смесей в отвал.

7. Разработанные рецептуры легковыбиваемых жидкостекольных смесей прошли опытно-промышленные испытания по результатам которых было принято решение о рекомендации по их внедрению в литейном цехе ОАО «Сибэнергомаш».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нефедов, Константин Евгеньевич, 2004 год

1. Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества, свойства и применение. Л.: Химия, 1975. - 246 с.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279 с.

3. Айлер Р. Химия кремнезема., т. 1 М.: Мир, 1982. - с. 156 - 234.

4. Алесковский В.В. Курс химии надмолекулярных соединений.- Л.: Недра,-1985.-342 с.

5. Багров А.А., Валисовский И.В. Плотность стержней и форм из жидких самотвердеющих смесей // Литейное производство. 1980 - №5-с. 11-12.

6. Безопасность труда на производстве. Производственная санитария. Справочное пособие. / Коллектив авторов. Под ред. проф. Б.М. Злобинского. — М.: Металлургия, 1968. 688 с.

7. БергП.П. Формовочные материалы. -М.: Машиностроение-1963.- 409 с.

8. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1974.—52 с.

9. Богуславский A.M., Середа Л.О., Косин А.В. Улучшение выбиваемости жидкостекольных смесей // Литейное производство.-1986. -№3.- с. 19 20.

10. Борсук П.А. Фазовые превращения в самотвердеющих смесях с жидким стеклом при нагреве и прочность смесей при высоких температурах // Литейное производство. -1978. №3. - с. 18.

11. Борсук П.А., Игнатьева В.Н. Жидкостекольные смеси с жидкими отвер-дителями // Литейное производство. 1983. - №7. — с. 18.

12. Борсук П.А., Лясс A.M. Жидкие самотвердеющие смеси. М.: Машиностроение, 1979. - 256 с.

13. Бречко А.А. Смеси и технологии их приготовления для отливок машиностроения. Л.: ЛДНТП, 1975. - 31 с.

14. Бречко А.А., Великанов Г.Ф. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1982.- 216 с.

15. Васильев В.А. Физико-химические основы литейного производства. Учебник. М.: Изд-во МГТУ, - 1994. - 320 с.

16. Васин Ю.П. Влияние крупности зёрен песка на прочность формовочных и стержневых смесей // «Известия вузов». Чёрная металлургия,-1962,- №12.

17. Васин Ю.П., Васина З.М. Формовочные материалы и смеси: Учеб. пособие / ЧПИ. Челябинск, 1983. - 83 с.

18. Васин Ю.П., Гурлев В.Г., Бортников М.М. Физико-химические процессы модифицирования легко выбиваемых жидкостекольных смесей // Процессы литья. 1991. - Вып. 4. - с. 58 - 64.

19. Васин Ю.П., Иткис З.Я. Окислительные смеси в конвейерном производстве стального литья.-Челябинск: Южно-Уральское кн.изд-во,1973.-156 с.

20. Вейник А.И. Термодинамика литейной формы. М.: Машиностроение. -1968.-332 с.

21. Великанов Г.Ф., Владимирова Н.Н., Бречко А.А. Структура и механические свойства песчано-смоляных смесей // Литейное производство.1983.-№11.-с. 15-16.

22. Влияние нагрева на свойства жидкостекольных смесей / В.А. Денисов, Н.П. Юрченко, В.М. Нестеренко, А.И. Беловерченко, Е.С. Луговская // Литейное производство. 1978. - №3. - с. 20.

23. Влияние предварительной обработки жидкого стекла на технологические свойства смесей. М.: АН СССР «Теория формовки» -1961. - с. 73 - 77.

24. Гомельский Ю.С. Об измерении газопроницаемости формовочных и стержневых смесей // Литейное производство,- 1986.- №3.- с. 21.

25. Гомельский Ю.С., Антюхов Ю.Н., Боровицкий В.Н. О прочностных испытаниях формовочных и стержневых смесей // Литейное производство.1984.-№7.- с. 15.

26. Гомельский Ю.С., Гольдринг Г.М. Новые испытательные машины для определения прочности формовочных и стержневых смесей // Литейное производство. 1982. - №1.- с. 24.

27. Григорьев П.Н., Матвеев М.А. Растворимое стекло. М.: Промстройиз-дат, 1956.- 444 с.

28. Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А., Жучков В.П., Солнцева Л.Е. Современные методы расчета составов формовочных смесей. Л.: Знание, 1973. — 33 с.

29. Гуляев Б.Б., Кривицкий B.C. Технологические свойства формовочных смесей // Технологические свойства формовочных смесей. М.: Наука. — 1968.-с. 7-15.

30. Дерягин Б.В., Кротов И.С. Адгезия. М.: Наука, 1969. - 120 с.

31. Дорошенко С.П., Ващенко К.И. Наливная форма. Киев: Вища школа, 1980.- 176 с.

32. Дорошенко С.П., Дробязко В.Н., Ващенко К.И. Получение отливок без пригара в песчаных формах. М.: Машиностроение, 1978. 208 с.

33. Жуковский С.С. Прочность литейной формы. М.: Машиностроение, 1989.-288 с.

34. Жуковский С.С., Борсук П.А. Перспективы применения смесей с жидким стеклом в литейном производстве // Литейное производство. 1983. -№10-с. 10.

35. Жуковский С.С., Борсук П.А. Перспективы применения смесей с жидким стеклом в литейном производстве // Литейное производство.- 1983.- №1.-с. 12—14.

36. Жуковский С.С., Иванов А.А. Упрочнение и выбиваемость жидкостекольных смесей// Литейное производство. 1987. -№ 1-е. 9-11.

37. Жуковский С.С., Лясс A.M. Формы и стержни из холоднотвердеющих смесей. М.: Машиностроение, 1978. - 224 с.

38. Иванов Н.К., Арбузов A.M., Максимова И.П. Журнал прикладной химии., 1978., т.51, с. 572-577.

39. Изготовление станочных отливок на литейном заводе им. Р. Харласа в ГДР / В.А. Сафронов, Ф.М. Годкин, Б.Ф. Дудецкий и др. // Литейное производство.- 1986.- №7.- с. 17-20.

40. Илларионов И.Е., Евлампиев А.А., Смоляков А.Г. Высокотемпературные деформации и напряжения в стержневых смесях // Литейное производство.- 1981.-№3.-с. 14-16.

41. Исаев Г.А., Боровский Ю.Ф. Исследование термических напряжений в формовочных смесях // Литейное производство.- 1979.- №9.- с. 13 15.

42. Исследование податливости формовочных смесей / П.С. Яшин, B.C. Сульменев, Е.А. Мичкаева и др. // Литейное производство.- 1978.- №11.-с. 15-16.

43. Итаис З.Я., Гурлев В.Г., Дворяшина Ю.С. Применение модифицированного жидкостекольного связующего для стержней, форм и противопригарных покрытий И Литейное производство. -1995. №4 - 5. - с. 40 - 41.

44. Комиссаров В.А., Тепляков С.Д. Технологические особенности применения жидкостекольных ХТС с жидкими отвердителями // Литейное производство.- 1984.- № 12.- с. 5-8.

45. Кугель А.В. Прибор для определения влажности формовочной смеси методом разложения карбида кальция // Литейное дело.-1941.- №1.- с. 29-30.

46. Кузовков В.К., Колтунов С.Я. Оценка прочности песчано-смоляных смесей на растяжение в горячем состоянии // Литейное производство.- 1985.-№4.- с. 15.

47. Куколев Г.В. Химия кремнезема и физическая химия силикатов. Москва: Высшая школа, 1966. - 463 с.

48. Кукуй Д.М., Мыльникова Н.Д. и др. Модифицирование жидкого стекла фосфор содержащими неорганическими полимерами // Литейное производство. 1988. - №1 - с. 17 - 18.

49. Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента.- М.: Металлургия, 1967.- 344 с.

50. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул.: Учеб. Пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа., 1988.-239 с.5255,56.59.60,61.62,63,64.

51. Лясс А.М. Теоретические основы процессов формирования прочности смесей с жидким стеклом // Вопросы теории литейных процессов. М.: Наука,-I960.- с. 21.

52. Макаревич А.П. Холоднотвердеющие формовочные и стержневые смеси с жидким стеклом. Киев: Знание, 1984. - 19 с.

53. Матвеев М.А. В сб. Химия и технология вяжущих веществ., Л.: Наука, 1968., с. 36-46.