6.3.4.Приготовление суспензии

 

При раздельном методе сначала проводят гидролиз ЭТС, затем гидролизованный раствор выдерживают до полного охлаждения (так как процесс экзотермичен и раствор нагревается до 50— 60°С), после чего используют для приготовления суспензии. Приготовление этилсиликатного связующего раствора.

1. Проводят химический анализ этилсиликата на содержание SiO₂, соляной и серной кислоты — на содержание соответственно НС1 и H₂SO₄, ор­ганических растворителей — на содержание воды.

2. Рассчитывают содержание компонентов. При этом учитывают особенности производства конкретных отливок (чем больше этилсиликата, тем прочнее форма, но дороже), условия сушки (наличие кондиционеров), продолжительность цикла (чем больше воды, тем длительнее отверждение смеси) и т. д.

3. Вливают в водоохлаждаемый бак растворитель, затем воду и соляную кислоту (или заранее приготовленный водный раствор соляной кислоты) и перемешивают в течение 1 — 2 мин.

4. Не выключая мешалки, постепенно вливают этилсиликат. Для интенсивного перемешивания обычно используют смесители с частотой вращения 2800 мин^-1. Максимальная температура реакции гидролиза этилсиликата не должна превышать 50 °С. Ее регулируют, охлаждая бак. Превышение максимально допустимой температуры может привести к лавинообразному нарастанию вязкости раствора, вплоть до его огеливания. Перемешивание продолжают до достижения необходимой температуры раствора. какой

5. После 1-2-суточной выдержки для завершения процессов гидролиза и конденсации раствор можно использовать для приготовления суспензии. Вы­держка увеличивает прочность форм.

Приготовление суспензии раздельным способом.

1. В приготовленный, охлажденный до нормальной температуры и выдержанный гидролизованный раствор этилсиликата при непрерывном интенсивном перемешивании (мешалка с частотой вращения не менее 1000 мин^-1) засыпают порциями пылевидный огнеупорный материал.

2. Если огнеупорный материал содержит металлическое железо (по ГОСТ 9077 — 82 содержание Fe до 0, 25%, на практике бывает больше), живучесть суспензии резко уменьшается. Для нейтрализации вредного воздействия железа пылевидный материал прокаливают при 900 — 950 °С для его перевода в оксиды либо вводят в суспензию серную кислоту, переводя железо в сульфат. На каждые 0, 1% железа, введенного с пылевидным материалом, добавляют 0, 18 гили 0, 13 см³ H₂SO₄ при ее плотности 1740 кг/см³ (см. табл. 4. 13).

При другом методе, получившем наибольшее распространение в крупносерийном и массовом производстве, процесс гидролиза совмещают с при-готовлением суспензии.

Приготовление суспензии совмещенным способом.

1. Рассчитывают необходимое содержание компонентов связующего раствора по вышеприведенной методике.

2. Заливают в водоохлаждаемый бачок растворитель, затем подкисленную воду и этилсиликат. Содержимое перемешивают в течение 1 — 2 мин.

3. Порционно засыпают пылевидный огнеупор, интенсивно перемешивая содержимое в течение 40 — 60 мин с периодическим определением вязкости суспензии.

2. В бак вливают воду и кислоту в рассчитанном объеме, включают мешалку и перемешивают 1 — 2 мин.

3. В подкисленную воду всыпают 50 — 60% общей массы пылевидного огнеупора и полученную смесь перемешивают 1 — 2 мин до образования однородной суспензии.

4. В суспензию при перемешивании добавляют оставшийся пылевидный огнеупор. Поверхностно-активное вещество вводят в любой момент перемешивания.

5. Общее время перемешивания суспензии 45 — 60 мин. Температура в процессе приготовления не должна подниматься выше 35 — 40 °С. Ее регулируют охлаждением бака мешалки. Смеситель должен обеспечивать интенсивное турбулентное перемешивание суспензии в баке. Частота вращения мешалки 1400 — 2800 мин^-1. Предпочтительны быстроходные смесители.

6. При использовании ЭТС-40 ПАВ понижают вязкость суспензии (пластифицируют ее). Это позволяет увеличить наполнение суспензии, благодаря чему возрастает ее объем при постоянном расходе связующего. Наполнение суспензии тем выше, чем меньше этилсиликата содержит связующее (рис. 4. 8).

7. Окончательное соотношение между связующим и наполнителем определяется принятой для конкретного производства технологией. Обычно вязкость суспензии составляет 30—60 с по прибору ВЗ-4.

8. Содержание ПАВ подбирается эмпирически. Основной критерий — качественное смачивание моделей суспензией.

Приготовление суспензии.

Литье по выплавляемым моделям является единственным процессом получения отливок, для которого литейщики выполняют операцию приготовления связующего. Это реакция гидролиза этилсиликата. Для ее проведения требуются как минимум 4 компонента: этилсиликат, вода, спирт, кислота. Потенциальные возможности связующего зависят от выбранной рецептуры, порядка смешивания, интенсивности перемешивания, температурных параметров экзотермической реакции гидролиза и др. Поэтому существуют многочисленные варианты приготовления этилсиликатного связующего и суспензии.

В художественном литье наиболее часто встречаются три способа получения суспензии:

• раздельное приготовление связующего раствора и суспензии с органическими растворителями и отверждение в сухой, влажной и воздушно-аммиачной атмосфере;

• то же, но с совмещенным приготовлением связующего и суспензии;

• совмещенное приготовление связующего и суспензии без применения органических растворителей с отверждением в сухой атмосфере.

Первый способ находит применение при эпизодическом изготовлении литейных форм. Приготовленное связующее в отличие от суспензии может долго сохранять свои свойства в закрытой емкости и при невысокой температуре. Для нанесения слоев достаточно в готовое связующее засыпать пылевидный материал и перемешать суспензию.

Второй способ наиболее часто применяется при постоянном изготовлении отливок. Он обеспечивает получение более прочных форм, чем при первом способе.

Третий способ использования этилсиликатно-фосфорного связующего ЗИЛ-ЭФ без органических растворителей обеспечивает при аналогичном ка­честве отливок пожаро- и взрывобезопасность процесса, способствует созда­нию нормальных условий труда для работающих и снижению себестоимости отливок.

Приготовление суспензии совмещенным способом без органических растворителей (связующе 3 И Л-Э Ф ). 1. Рассчитывают необходимое содержание компонентов по табличным данным (табл. 21) и рис. 16.

Составы с содержанием 15-17% ЭТС-40 (6-7% SiO₂) обеспечивают по­лучение прочности 4, 5 — 6 МПа в холодном состоянии и 8, 5-10 МПа при 900 °С. Эти составы имеют высокие технологические свойства. Однако, они длительно отверждаются, так как содержат много воды. Поэтому их рекомендуется применять при продолжительной воздушной сушке форм (4—5 ч для каждого слоя) или при интенсивном отверждении. При невозможности качественного отверждения форм в составе ЗИЛ-ЭФ увеличивается (до 35%) содержание этилсиликата.

Для получения высокой прочности форм содержание катализатора (НСl) должно быть на нижнем пределе. Повышение его концентрации ускоряет отверждение.

Пример расчета состава суспензии со связующим ЗИЛ-ЭФ.

Необходимо приготовить 10 л суспензии. Связующее должно содержать 15% ЭТС-40, 0, 6% НС1, 2% Н₃РО₄. Для достижения необходимой вязкости и хорошей смачиваемости суспензия должна иметь наполнение Н=2, 8 кг/л (Н — отношение массы наполнителя к объему связующего) и содержать 0, 1% ПАВ.

Табл. 21

Состав связующего ЗИЛ-ЭФ, % (по массе)

Компоненты	Норма
	А	Б
Этилсиликат- 32	30-40
Этилсиликат-40		15-35
Соляная кислота в пересчете на НСl	0. 3-0. 4	0. 5-1
Ортофосфорная кислота в пересчете на H3PO4	1. 5-3	1. 5-3
Поверхностно-активное вещество:
ОП-4, ОП-7, ОП-10, ДС-10, ДТ-7	0. 05-0. 1	-
сульфанол, Авироль, ДНС, ДС-РАС	-	0. 05-0. 1
SiO2 в связующем	9-13	5-14
Вода	остальное

 

В целях экономии связующего, а также для достижения высокой живучести суспензии и прочности форм, предпочтительно применять ЭТС-40.

 

Рис. 16 Влияние содержания в связующем SiO₂ на параметры

суспензии и формы

 

Исходные данные:

 

плотность ЭТС-40 - 1, 06 г/см³;

плотность соляной кислоты (НС1 — 34%) - 1, 17 г/см³;

плотность ортофосфорной кислоты (НзРО4 - 78%) - 1, 6 г/см³;

для получения 10 л суспензии следует иметь 5 л связующего.

 

Расчет:

 

Объем этилсиликата         V=(15. 5)/(100-1, 06) = 0, 71 л;

соляной кислоты                         V=(1000*5*0, 6)/(34*l, 17) = 75 мл;

ортофосфорной кислоты V=(1000*5*2)/(78*l, 6) = 80 мл;

воды                                            V= 5- (0, 71 + 0, 075 + 0, 08) = 4, 135 л.

Масса пылевидного кварца при Н= 2, 8 кг/л т = 2, 8-5=14 кг;

ПАВ т =0, 1*(5+14)/100 =19 г.

суспензии.

1. Блок с моделями погружают в суспензию, выдерживая до прекращения выделения пузырьков воздуха. Его медленно вращают в суспензии, покачивая из стороны в сторону. После извлечения дают стечь избытку суспензии и вновь в нее погружают. Если модели получены в пресс-формах с избыточным разделительным смазочным материалом, то этот материал, перешедший на модели, снижает смачиваемость их суспензией. Смачиваемость уменьшается также при использовании старой суспензии. Для улучшения смачиваемости предварительно обрабатывают поверхность моделей, промывая их в мыльной воде, органических растворителях, растворах ПАВ или в гидролизованном растворе этилсиликата.

2. Извлекают блок моделей и, поворачивая его во все стороны, дают стечь избыточной суспензии.

3. Слой жидкой суспензии на модельном блоке обсыпают зернистым огнеупором с размером частиц около 0, 2 мм. Обсыпку производят песком либо псевдосжиженным либо в падающем его потоке в зависимости от наличия соответствующего оборудования. Обсыпка в псевдосжиженном слое предпочтительнее.

Время от начала извлечения блока из суспензии до начала обсыпки должно быть таким, чтобы слой суспензии не успел обсохнуть. Иначе песок не прилипнет к суспензии, что приведет к ее растрескиванию и понижению прочности формы.

Это особенно проявляется при использовании в связующем быстро испаряющегося ацетона. Для предупреждения обсыхания, вместо чистого ацетона применяют его смесь с изопропиловым спиртом (1: 1) или вводят в связующее ПАВ — высшие жирные кислоты или высшие жирные спирты фракции С₁₇—C₂₀. Введение изопропилового спирта или добавок удлиняет продолжительность обсыхания до 30 с, чего достаточно по технологии.

4. Суспензию со связующим, содержащим 3 — 4% воды и органический растворитель, отверждают воздушно-аммиачным способом; с 6 — 8% воды — влажным воздухом; 10—20% — сухим воздухом; более 50% воды без органического растворителя — сухим воздухом. Режимы сушки приведены в табл. 22.

Табл. 22

Режимы отверждения одного слоя

(кроме первого) многослойных оболочек

Содержание воды в связую­щем, %	Влажность воздуха, %	Скорость воздуха, м/с	Продолжительность процесса, мин
			удаления влаги	обработки аммиаком	проветривания	полная
3 — 4	60-96	2 — 3	10—20			60—70
6 — 8	До 80	3 — 5	120—150	—	—	120—150
10 — 20	50-60	3 — 5	120—150	—	—	120—150
Свыше 50	30-40	3 — 6	150—180	—	—	150—180

Примечания.

1. Продолжительность сушки первого слоя составляет 60 — 70% указанной в таблице.

2. При необходимости сократить продолжительность отверждения форм на 6 — 20% может быть использован аммиак, прочность форм при этом снижается.

3. Температура отверждения 20 — 25 °С. При повышении температуры на 30% время отверждения сокращается вдвое, однако при этом возможно растрескивание оболочек.

5. Аналогичным способом наносят последующие слои суспензии. Их число зависит от размера модельного блока и обычно составляет четыре и больше.

В ряде зарубежных стран помимо ЭТС используют более дешевые — метилсиликат и изопропилсиликат, готовые этилсиликатные связующие. При литье деталей из высоколегированных сталей и специальных сплавов применяют в ряде случаев бескремнеземистые связующие, получаемые из алкоголятов циркония и алюминия. Это позволяет при использовании в качестве огнеупорной основы диоксида циркония и электрокорунда получать монооксидные оболочки, так как в процессе химических превращений при формировании оболочек указанные алкоголяты образуют связующие пленки соответственно из ZrO₂ и Аl₂О₃.

Большую группу связующих составляют неорганические соединения: растворы силикатов (жидкое стекло), кремнезоль, фосфатные связки и др.

 

7. Связующие на основе жидкого стекла и фосфатов

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: