Химический состав бокситов

Месторо- ждение боксита	Содержание компонентов в %								Потери при про - каливани в %
	Al O	SiO	Fe O	CaO	МgO	TiO		P O
Красноок- тябрьское Северо­уральское Тихвинское	40,1   55,6   47,12	3,1   3,09   19,4	30,9   23,4   13,51	0.46   1,92   1,6	0.2   —   0.31	1,9   2,3   —		0,12   —   0,05	23,0   12,72   18,24

На рис. 13 приведены результаты испытания смеси с 3% бок­сита Тихвинского месторождения. Из опытов видно, что законо­мерность образования второго максимума за счет Al O , содер­жащегося в боксите, оказалась такой же, как при использовании химически чистого Al O  и глины. При этом небольшая (3%) добавка боксита влияет так же, как и добавка 5—7% глины.

Физико-механические свойства смесей с добавками боксита высо­кие (предел прочности при сжа­тии образцов, продутых CO , 10— 12 кГ/см²), что создает возможности для их практического использова­ния, особенно если учесть, что СССР обладает огромными запа­сами боксита.

Таким образом, введение в сме­си с жидким стеклом небольших добавок боксита позволяет расши­рить зону, благоприятную для условий выбивки («первый мини­мум»), с 400—600° C (рис. 13) до 400—1000° C (рис. 13) и в несколько раз сократить трудоем­кость выбивки стержней после их нагрева до температуры образо­вания второго максимума.

 

По данным Ново-Краматорского машиностроительного завода в экспериментальных условиях были получены хорошие результаты при одновременном введении в смеси с жидким стеклом 3% боксита и 12% шамотного порошка (табл. 2).

Таблица 2

Зерновой состав шамотного порошка (глинистая составляющая 18,29%)

 

№ сит	Остаток в %		№ сит	Остаток в %		№ сит	Остаток в %		№ сит	Остаток в %
2.5 1.6 1,0	1,0 12,4 24.6		063 04 0315	17,47 8,5 3,2		020 016 010	3,2 5.8 2,6		0063 005 Тазик	1.5 1,0 0,44

Аналогичные результаты были получены при введении в смеси с жидким стеклом не только Al O , но и других добавок, способных образовывать с Na O и SiO тройные системы с высокой темпера­турой плавления. В качестве таких добавок были взяты CaO и MgO. Согласно диаграмме состояния

Рис. 14. Диаграмма состояния системы Na O–CaO–iO .

(рис. 14) максимальная температура плавления тройных соединений, лежащих на ли­нии АА и содержащих SiO : Na O= 2,5—3,0, составляет 1200° С. Расчет показывает, что для достижений этой температуры плав­ления при 5% жидкого стекла достаточно ввести в смесь 0,5— 0,6% чистой окиси кальция. Однако смесь, содержащая даже такое незначительное количество CaO, обладает очень плохими физико-механическими свойствами: малой прочностью и большой осы­паемостью стержней, по-видимому, из-за большой гигроскопич­ности окиси кальция. Предварительное гашение CaО, добавление в смесь необходимого количества воды или использования гидро­окиси кальция Ca(OH)  не улучшило существенно свойства смеси.

 

1.4.4.Влияние мела

Вместо окиси кальция в опытах был применен мел в количестве 1,1%, необходимом для получения второго максимума при 1200° С. Смесь обладала удовлетворительными тех­нологическими свойства­ми. Предел прочности об­разцов при сжатии после продувки СО  составлял 12 кГ/см² . Появление вто­рого максимума (рис. 15) наблюдалось при темпера­туре 1200° C, что соответ­ствует расчету. Увеличе­ние в 3—5 раз количества мела, вводимого в смесь, практически не изменяет положения второго макси­мума, что вытекает из рассмотрения диаграммы состояния (рис. 14).

Таким образом, добавка мела в стержневую смесь подтвердила справедливость описанных общих закономерностей и показала пер­спективность применения мела в качестве средства, облегчающего выбивку стержней из отливок.

 

 

 

1.4.5.Влияние окиси магния

Добавление окиси магния в смесь в небольших количествах (до 0,6%) позволяет в соответствии с тройной диаграммой Na O–MgO–SiO  (линия A— A на рис. 16) повысить температуру второго максимума работы выбивки до 1400° C (рис. 17).

 

 

 

 

Однако смесь, содержащая окись магния, так же, как и CaO, гигроскопична, поэтому для получения удовлетворительных фи­зико-механических свойств смеси в нее необходимо вводить до­полнительное количество воды, либо предварительно «гасить» MgO.

Рис.17.Работа,затраченная на выбивку образцов из смеси с добавкой 0,5% MgO; 1 — высушенных при 200° C;    2 — продутых CO .

 

            

         1.4.6.Влияние добавок доменного шлака

Исследовали возможность использования гранулированных доменных шлаков Енакиевского металлургического завода в составе жидкостекольных смесей для улучшения их выбивае­мости[5]. Из представленной схемы (рисунок) следует, что для улучшения выбиваемости быстротвердеющих смесей, подверг­нутых нагреву до 700—900°С, необходимо предотвратить обра­зование или снизить количество стекловидного вещества — продукта взаимодействия щелочных силикатов связующего с кремнеземом наполнителя. В состав смесей вводят вещества, отличающиеся большей химической активностью к щелочным силикатам жидкого стекла, чем кремнезем наполнителя.

Этим объясняется улучшение выбиваемости смесей известными до­бавками окислов неорганических веществ (Аl2Оз, MgO, CaO) карбонатов (СаСОз, MgCO3), соединений 2CaO. Si02 в различной форме и чистых металлов, например Аl и Mg. Домен­ные шлаки представляют собой комплексную добавку неорга­нического вещества и содержат 40—50% CaO; 3—5% MgO;

6—10% Аl20з. По гранулометрическому составу они незначи­тельно отличаются от кварцевых песков (~60% составляют зерна размером до 2, 5 мм, около 20% — 2, 5—5 мм), что не вы­зывает затруднений при приготовлении смесей. Установлено, что применение шлаков в состоянии поставки с влажностью 20—25% невозможно в связи с резким ухудшением свойств смесей. Использование высушенных шлаков из-за их высокой гидравлической активности приводит к снижению пластичности и живучести смесей. Оптимальные свойства смесей достигают­ся при введении в их состав доменных шлаков влажностью 8—10% и размером зерен не более 7 мм.

Введение в смеси 10% шлака не приводит к изменению их прочности после тепловой обработки при 200°С, при 15 и 20% шлака прочность смесей незначительно уменьшается, но оста­ется достаточно высокой (соответственно 11, 0 и 9, 0 кг/см²). Газопроницаемость смеси увеличивается с 49 до 326 при добав­ке 20% доменного шлака.

Применение даже 10—15% шлака снижает в 2—5 раз рабо­ту выбивки смесей. Еще в большей степени уменьшается рабо­та выбивки при 20% шлака.

Смеси с 10 и 15% шлака были использованы для изготовле­ния стержней отливок весом от 0, 5 до 3, 0 т. При этом трудо­емкость выбивки стержней из жидкостекольных смесей с до­менным шлаком и песчано-глинистых смесей практически не отличалась.

 

1.4.7.Влияние фосфорита

Интересные результаты при использовании неорга­нических добавок были получены на Бежицком сталелитейном заводе П. А. Лобановым и Н. М. Козьминым. Они установили, что добавка в смеси фосфорита резко облегчает выбивку стержней (табл. 3). При этом следует учесть опасность насы­щения поверхности отливок избыточным содержанием фосфора.

Таблица 3

Влияние добавки фосфорита на выбиваемость смесей с жидким стеклом.

Компоненты смесей	Состав в весовых частях
Луховицкий песок............................. Тихвинский боксит........................... Фосфорит........................................... Жидкое стекло................................... Мазут.................................................. Вода....................................................	100,0 ─ ─ 6,5 0,5 1,0	100,0 3,5   ─ 6,5 0,5 1,0	100,0 ─ 1,0 6,5 0,5 1,0	100,0 ─ 3,0 6,5 0,5 1,0
Число ударов копра до разрушения образцов.............................................	35	8	3	2

 

1.5.Влияние органических добавок

В первом разделе главы было показано, что многие исследователи рекомендуют введение в смеси органических добавок, которые при выгорании должны разрывать пленку связующего материала и тем самым облегчать выбивку стержней. Такое утверждение в ка­честве общего принципа не может быть принято.

Выгорание органических связующих добавок происходит, как правило, при температурах более низких, чем 800° C, а при 800° C начинается образование жидкой фазы силикатов. Поэтому, если прорывы пленок вследствие выгорания органических добавок имели место, то они исчезнут, как только произойдет расплавление силикатов и образование жидкой фазы[10,11].

Поэтому никакие органические выгорающие добавки не могут изменить температуру образования второго максимума и введение таких добавок с целью расширения благоприятного для выбивки интервала температур (первого минимума) является бесполезным. Это полностью подтверждается экспериментальными данными, полученными при введении в смеси с жидким стеклом многих органических добавок, в том числе часто рекомендованных в нашей стране и за рубежом — раствора битума в уайт-спирите (рис. 18, а), мочевины (рис. 18, б), древесной муки (рис. 18, в), древесного пека, сахара и др.

При всех испытаниях органических добавок температура обра­зования второго максимума 800° C оставалась неизменной. Это, однако, не означает, что введение органических добавок для облег­чения выбивки стержней во всех случаях является бесполезным.

Прежде всего при низких температурах прогрева стержней до 400º C введение органических добавок может содействовать прорыву пленок и снижению работы, затрачиваемой на выбивку стержней. При высоких температурах, превышающих 800°C, в условиях недостатка кислорода может происходить неполное сгорание органических добавок, в результате чего между силикат­ной пленкой связующего вещества и зерном наполнителя обра­зуется инертная прослойка сажистого углерода.

Известно, что инертные прослойки снижают адгезию пленок и уменьшают прочность смесей. Поэтому введение таких добавок может уменьшить абсолютное значение величины A, при температуре образования второго максимума или близких к ней.

 Положительные результаты могут быть достигнуты лишь в том случае, если органическая добавка будет расположена на поверхности зерен наполнителя под силикатной пленкой.

Поэтому при выборе органических добавок следует отдавать предпочтение порошкообразным (рис. 18, в), которые предвари­тельно (перед добавкой жидкого стекла) необходимо смешивать с наполнителем.

 Растворы в уайт-спирите добавок типа битума имеют меньшее поверхностное натяжение, чем водный раствор силиката натрия. Если поэтому их вводить в смеси после жидкого стекла, то они не будут достаточно эффективны. Если же их ввести в смесь до жидкого стекла, то при перемешивании вязкость последнего очень быстро возрастает, что будет препятствовать вытеснению раствора битума на поверхность водного раствора силиката натрия. Бла­годаря этому положительное влияние добавки битума сохранится, хотя оно окажется менее эффективным, чем при применении по­рошкообразных органических до­бавок (рис. 18, а).

Наименьший эффект будет по­лучен при использовании водных растворов, например, мочевины (рис. 18, б).

 

Влияние хрупкой усадки

Результаты опытов (рис. 19) на отливках при разном отноше­нии толщины стенок отливки к радиусу стержней показали, что второй максимум образуется примерно при 800° C, а те же смеси с добавкой 3% глины не достигли второго максимума даже при 1150° C(). Ана­логичные результаты были получены при введении в сме­си химически чистого Al O  ,MgO, мела и боксита[10,11].

Рис.19.Работа, затраченная на выбивку из отливок стержней, продутых CO  и изготовлен-ных из смесей: 1 — кварцевого песка с 4% жидкого стекла; 2 —кварцевого песка с 3% глины и 4%   жид­кого стекла.

Сопоставляя результаты испытаний образцов, не под­вергавшихся действию жид­кого металла, и образцов, за­ливавшихся металлом, можно заметить, что работа, затра­чиваемая на выбивку стерж­ней при температуре их на­грева, соответствующей вто­рому максимуму или близкой к ней, в последнем случае в нес­колько раз выше, чем в первом. Основная причина этого заклю­чается в том, что стержни, установленные в литейной форме, подвергаются не только на­греву, но и действию сил сжатия, проявляющихся при усадке отливок в процессе их остывания.

 

Чем тоньше зерновое строение наполнителя или специальной добавки, тем выше величина работы, зат­рачиваемой на выбивку стер­жней. С другой стороны, для более активного химического взаимодействия веществ их целесообразно применять в тонкоразмолотом виде.

Таким образом, специаль­ные добавки, вводимые в смесь в тонкоизмельченном со­стоянии, обеспечивают значи­тельное расширение темпера­турного интервала первого максимума, но в зажимаемых местах стержней, прогревающихся до температуры второго максимума или близких к ней, величина работы, затрачиваемой на выбивку, остается значительной. Для снижения работы выбивки необходимо принимать дополнительные меры, к которым относится, например, обеспече­ние «хрупкой» усадки стержней приих охлаждении. Это может быть достигнуто принуди­тельным охлаждением стер­жней воздухом или водой, ускоренной выбивкой отли­вок из форм, применением оболочковых стержней, двухслойных стержней с облегченной сердцевиной и др.

 

1234	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: