Доклад: Исследование технологического процесса изготовления стержней COLD-BOX-AMIN-методом
Нижегородский Государственный Технический Университет
Кафедра УЛитейно-металлургических процессов и сплавовФ
Отчёт по научно-исследовательской практики
Тема: УИсследование технологического процесса изготовления стержней COLD-BOX-
AMIN-методомФ
Выполнил: студент
гр. 00-ЛП
Волков А.В.
Проверил: доцент
Беляев С.В.
Н.Новгород
2004 г.
Содержание
Задание...............................
Стержни из холоднотвердеющих смесей в литейном производстве России......4
Теоретические сведения о Cold-box-amin-процессе...........7
Особенности формирования структуры связующего способа амин-процесс
изготовления стержней.......................10
Модернизации стержневых машин для изготовления стержней по процессу лCold-
box-amin..........................16
Охрана труда при использовании компонентов смеси...........18
Проведение лабораторных испытаний новых связующих в сравнении с аналогами,
применяемыми в литейном производстве ОАО УГАЗФ.....21
Лабораторный пескострельный аппарат типа L1 с комбинированным газогенератором
по процессам Coldbox и Betaset.............22
Стержни из холоднотвердеющих смесей в литейном производстве России
В отечественном литейном производстве доля стержней и форм, изготавнливаемых
из холоднотвердеющих смесей (ХТС) по экспертным оценкам сонставляет 50-55%.
До начала 90-х годов это были преимущественно смеси с жидким стеклом (СО2-
процесс и жидкое стекло со сложноэфирными отвердителями) и смолами кислотного
отверждения (карбамидными, карбамидофурановыми, фенолофурановыми).
ХТС использовались только в отраслях с серийным производством для среднего и
крупного литья. В массовом производстве (автомобильной промышнленности,
сельхозмашиностроении и т.д.) они практически не применялись, в то время как
в промышленно развитых странах в этих отраслях от 60 до 80% стержней в
настоящее время производится по технологии лCold-box-amin. Единственным
исключением был Литейный завод КАМАЗа, который с 1994-1995 годов перешел на
изготовление комплекта стержней блока цилиндров по технологии лЭпокси-CO2.
В прошедшее десятилетие благодаря усилиям группы российских спенциалистов -
литейщиков и химиков ситуация принципиально изменилась. На 11 заводах на
стержневых комплексах фирмы лLaempe внедрена технология изготовления
стержней лCold-box-amin. В их числе лГАЗ, лЗаволжский монторный завод,
лПермские моторы, лКрасный двигатель в Новороссийске, лЧебоксарский
агрегатный завод и другие. Идет подготовка к производству крупных стержней
по этой технологии для стального вагонного литья на Чебокнсарском заводе
лПромтрактор, лCold-box-amin. В этом же направлении пронблема решается и
на лУралвагонзаводе в Нижнем Тагиле. Все они используют комплект
отечественных материалов для этого процесса - трехкомпонентное связующее
лПолифам-1К и др. Важно, что этот тип ХТС применяется не тольнко в массовом,
но и в мелкосерийном производстве. Системный анализ экононмики показывает,
что во всех случаях имеет место повышение качества и точнности отливок,
снижение себестоимости, улучшение экологической ситуации приемлемые сроки
окупаемости капитальных затрат.
Хорошие перспективы имеют в наших условиях технологии лα-set: и
лβ-set, основанные на применении щелочной фенольной водорастворимой
смолы отверждаемой смесью эфиров. В самотвердеющем варианте (лα-set:)
живучесть смеси регулируется выбором отвердителя. При отверждении
газообразным эфиром - метилформиатом (лβ-set) время отверждения до
манипуляторной прочности составляет 15-30 сек. Обе эти технологии внедрены на
ряде заводов. Большой интерес представляют реализованные у нас проекты
модернизации производства, в которых все стержни изготавливают по этим двум
технологиям.
Учитывая традиционный для России опыт работы по СО2-процессу, большой интерес
вызывает новая технология лResol-CO2, которая основана на применении
отечественного синтетического полимерного связующего лЭкофен, отверждаемого
углекислым газом. Этот процесс применяют или осваивают более 15 предприятий
для изготовления стержней и форм для отливок из всех видов сплавов, в том
числе углеродистых и легированных сталей.
На данной стадии химические предприятия России в состоянии полнонстью
обеспечить любые потребности литейного производства в синтетических связующих
и вспомогательных материалах, которые по техническому уровню отвечают
западным стандартам.
К сожалению, в России предприятия, специализирующиеся на производнстве
фурановых смол, не выпускают смолы для ХТС с высоким содержанием фурилового
спирта - 80-90%. Эти смолы обладают хорошими технологическими свойствами,
высокой прочностью и термостойкостью при содержании в смесях на уровне 1-
1,2%, легко регенерируются. На Западе этот класс смол преобладает в литейных
цехах тяжёлого машиностроения, в первую очередь при изготовлении крупных
форм. В химическом и сырьевом плане производство этих смол не представляет
существенных проблем.
Применение ХТС в одном цехе и для стержней и для форм позволяет иметь
отработанную смесь без глины и жидкого стекла. Это в свою очередь позволяет
применять установки для механической регенерации с выходом 80-90%
качественного регенерата. На ряде заводов регенерационные установки такого
типа действуют в составе технологических комплексов.
Западный рынок предлагает большой выбор оборудования для процессов, связанных
с применением ХТС. Это стержневые комплексы, линии опочной и безопочной
формовки, системы подогрева песка и воздуха, системы осушки воздуха,
регенерационные установки, смесители, вибростолы, лабораторное оборудование.
Специально следует указать на технологические решения экологических проблем,
связанных с применением ХТС.
В общей массе токсичных веществ, которые образуются в технологиченском
процессе получения отливки и попадают в воздух, воду и почву внутри рабочих
помещений и в окружающей среде значительная доля приходится на эмиссию из
формовочных и стержневых смесей.
Если средний коэффициент термодеструкции принять равным 0,5, то маснса
токсичных веществ, выделяемых в окружающую среду (для органических связующих)
составит более 50 тысяч тонн ежегодно.
В течение четырех последних десятилетий во всех индустриальных страннах
осуществляются технологические разработки, направленные на снижение
газовыделений. Исследования связаны с совершенствованием или созданием
принципиально новых связующих систем. В результате сложилось несколько
направлений, которые в той или иной степени решают экологическую пробленму.
Все они связаны с применением органических связующих, или заменой их на
неорганические, которые, будучи безопасными, в экологическом отношении,
обладали бы аналогичными технологическими свойствами (прочность, сконрость
отверждения, живучесть и т.д.).
Снижение содержания связующей композиции в составе смеси и содержания в
смолах свободных мономеров.
За счет оптимальной рецептуры и режимов синтеза смол, а также применения
силанов для фенольных и фурановых смол типа ФФ-65С, КФ-65С и других
удалось снизить содержание связующего в смеси.
Применительно к процессу лCold-box-amin содержание связующих н начальном
этапе составляло 2-2,2%. Повышение прочности стержней сразу после продувки и
при дальнейшем хранении было достигнуто за счет модифицирования фенольной
части и подбора смеси растворителей. Связующие последнего поколения
имеют прочность на разрыв при содержании в смеси 1,4% 13-14 кг/см² сразу
после продувки, 20-21 кг/см² через 3 часа и около 30 кг/см² через
24 часа. Это позволило снизить содержание связующего в смеси до 1,2%, а в
некоторых случаях до 0,8-1%.
Пропорционально снизился общий объем эмиссии токсичных веществ (фенола,
формальдегида, оксида углерода и др.) на холодной и горячей стадии процесса.
Доля процессов, основанных на применении нагреваемой осннастки, снизилась в
среднем в 2,5 раза за последние 20 лет , лидирующее положение заняли смеси
холодного отверждения, главным образом отверждаемые газообразными аминнами.
Разработки принципиально новых связующих композиций существенно продвинуты в
США (фирма лНоrmel по лицензии лGeneral Моtors) и ФРГ (фирма лLaemре),
целью которых является создание таких связующих, которые не выделяли
токсичных компонентов, обнладали бы высокой прочностью и отличной
выбиваемостью.
Связующее лGМВОND General Моtors представляет продукт, образуюнщийся при
переработке животного сырья и содержащий в качестве связующей основы протеин.
Отверждение смеси осуществляется в теплом ящике (120-140ºС), по кинетике и
уровню прочности оно близко к фурановым смесям для горячих ящиков, смесь
отлично выбивается.
Разработка лLaemре - смесь с неорганическим связующим отверждается в
микроволновом поле; скорость отверждения и прочность смеси по данным фирмы
близка к параметрам процесса лСоld-bох. При погружении в воду свянзующее
полностью и быстро растворяется, что решает проблему выбивки.
И в первом и во втором случае смеси не имеют запаха и практически не выделяют
при нагреве токсичных компонентов.
Всё изложенное свидетельствует о том, что в ближайшие 5-7 лет следует ожидать
значительных усовершенствований в технологии изготовления стержнней в
массовом и крупносерийном производстве.
Теоретические сведения о Cold-box-amin-процессе.
Cold-box-amin-процесс разработан в США в 1968 г. фирмой Ashland. Стержневая
смесь содержит 100% кварцевого песка, 0,6...0,8% фенольной смолы (СК1), 0,6.
..0,8% полиизоцианата (СК2). После уплотнения смеси в ящике пескодувным или
пескострельным способом стержень продувается смесью паров низкокипящей
жидкости - третичного амина (триэтиламина, диметиламина), с воздухом, и
стержень приобретает начальную прочность, которая составляет 60% её конечного
значения. Время продувки 2..5 с, далее 10...20 с стержень продувают воздухом
для его очистки от паров амина. Расход катализатора менее 1,5 г на 1 кг
стержневой смеси. В результате взаимодействия компонентов связующего в
присутствии катализатора (амина) образуется твердый полимер Ц полиуретан,
который и обеспечивает высокую прочность стержня. Для подготовки, дозирования
и подачи амина применяют специальные газогенераторы, которые испаряют амин,
смешивают его с воздухом и подают в стержневой ящик.
Смесь амина с воздухом, после прохода через стержневой ящик, направляется в
нейтрализатор, где полностью нейтрализуется разбавленной серной кислотой с
образованием водорастворимой соли - сульфата аммония. Степень очистки воздуха
в этой системе близка к 100%. Таким образом, весь тракт подачи амина
полностью герметизирован, что обеспечивает безопасность процесса. При
необходимости готовые стержни окрашивают противопригарной краской.
В России разработаны и производятся все необходимые для этого процесса
материалы, которые прошли экспертные испытания в ФРГ, по качеству они не
уступают продукции ведущих европейских и американских производителей, таких
как Huttenes Albertus (ФРГ), Ashland (США), Furtenbach (Австрия) и др.
Процесс отверждения - полиприсоединение
а) полиуретановая смола + полиизоцианат = резольное связующее
б) резольное связующее + газообразный амин = полиуретан
Реакция между бензильно - эфирной смолой и изоцианатом происходит следующим
образом:
Бензо-эфирная
смола
Изоцианат
Полиуретан
Описание материалов:
1) Бензильно - эфирная смола (орто-фенолный резоль)
Смолы, применяемые при процессе Cold-box-amin, являются конденсационного
типа. Их изготовляют на основе фенолов и формальдегидов, а затем растворяют в
эфирах или углеводородах. Реакция смол от нейтральной до слабо-кислой.
Растворы смол окрашены по-разному. Их растворимость в воде ограниченная.
2) Изоцианаты
Изоцианат, применяемый при процессе Cold-box-amin,, является смесь из ди-
фенил-метановый-4,4'-ди-изоцианата (мономера метил Ц ди изоцианата) и из
полимера на основе метил-ди-изоцианата (функциональность полимера не менее
чем 2), которые растворены в органической среде. Изоцианаты обычно поставляют
в виде жидкостей коричневого или темно-коричневого цвета.
3) Амины
В качестве катализаторов при процессе Cold-box-amin применяют следующие амины:
- три-етил-амин (ТЕА);
- ди-метил-етил-амин (ДМЕА);
- ди-метил-изопропил-амин (ДМИА).
А также смеси из выше указанных типов с температурами испарения выше 35ºС.
Таблица 1 Основные физико-механические характеристики аминов
| Параметр | ТЕА | ДМЕА | ДМИА |
| Химическая формула | (С2Н5)3N | C2H5N(CH3)2 | (CH3)2CHN(CH3)2 |
| Допустимая рабочая концентрация, мг/м³ | 40 | 25 | 25 |
| Плотность, г/см³ | 0,73 | 0,68 | 0,73 |
| Температура кипения, ºС | 89 | 35 | 64 |
| Температура плавления, ºС | -11 | -45,5 | -27 |
Предел взрывоопасности нижняя граница верхняя граница | 1,6 9,3 | 0,9 11,2 | 1 8,1 |
| Температура вспышки, ºС | 215 | 190 | 190 |
| Классификация по температуре вспышки | G3 | G4 | G4 |
| Классификация по взрывоопасности | 2 | 2 | 2 |
| Класс опасности | В | В | В |
| Опасность загрязнения вод | 1 | 1 | 1 |
Свойства стержневой смеси:
1) Текучесть стержневой смеси отличная.
2) Прочностные характеристики являются функцией весовой доли смолы по
отношению к массе песка, а также отношению перемешивания смолы с
полиизоцианатом. Классические смеси с 0,4..0.6 % смолы при отношении смолы :
полиизоцианату = 1:1 имеют прочность при сжатии от 3 до 5 МПа., причём
прочность при огибании (0 ч) не менее 1.5 МПа.
3) Газотворная способность - во время заполнения формы расплавом возможно
выделение фенола, бензоля и свободного формальдегида.
4) Живучесть стержневой смеси (в закрытом состоянии) - несколько дней.
5) Выбиваемость:
- для отливок из железных сплавов Ц отличная;
- для отливок из алюминиевых сплавов Ц проблематичная.
6) Значительное влагопоглощение приводит к разупрочнению и повышенной
осыпаемости.
Влияние стержневой смеси на качество и металлическую структуру отливки:
1) Возможно образование НСN в поверхностных участках стальных отливок;
2) Возможно образование блестящего углерода;
3) Возможно образование ужимин.
Регенерация смеси - термическая или механическая.
Возможно применение разных песков - промытого и сухого хромистого,
циркониевого или кварцевого песка с содержанием основных окислов не более чем
1%. Увеличение основности контактной поверхности песчаного зерна приводит к
резкому уменьшению прочности стержневой смеси. Возможно применение
противопригарных красок на водяной или алкогольной основе, причём режим
окрашивания имеет важное значение.
Состав смеси:
1) 100% песок;
2) 0,4...0,6% полиуретановая смола (жидкое состояние);
3) 0,4...0,6% полиизоцианат (жидкое состояние);
4) 0,05...0,2% амин (газообразное состояние).
Экология процесса
Разрешённая максимальная рабочая концентрация (МРК) для аминов в Германии
очень низкая - 0.0010...0.0025%. Поэтому амино-воздушную смесь в участке
машины собирают и отводят в скруббер с подходящей мощностью на очистку. Из
скруббера в атмосферу отводят очищенный воздух.
Особенности формирования структуры связующего способа амин-процесс
изготовления стержней.
Данные, полученные в ходе исследований по определению физико-механических
характеристик полиуретанового покрытия, подтверждают теорию формирования
прочности стержней системы Колд-бокс-амин, строящейся на исследовании
структуры полиуретанового связующего.
При исследовании с помощью растрового электронного микроскопа структуры
отверждённого связующего было определено, что образуемое при производстве
стержней по методу Колд-бокс-амин полиуретановое связующее состоит из
беспорядочного склеенных друг с другом или сросшихся шарообнразных частиц
полиуретана. Плотность образуемых глобул варьируется в донвольно широком
диапазоне и определяется скоростью отверждения связующего и содержанием в
связующем растворителя. Диаметр глобул практически не занвисит от плотности
их срастания и составляет примерно от 0,1 до 0,2 мкм.
При рассмотрении поверхности излома образца, характеризуемого когезионным
типом разрыва, ребристые или ломанные куски шарообразных частиц полиуретана,
указывающих на трансгранулярный разрыв, не обнаружены. Моснтики связующего
разрушаются путем отделения глобул друг от друга. Т. о., когезионная
прочность связующего способа Колд-бокс-амин определяется прочнностью
склеивания (срастания) глобул полиуретана.
При изготовлении стержней в результате очень быстрого образования
понлиуретана за счет продувки газообразным катализатором растворитель к
моменту разделения фаз твердая-жидкая в полиуретане находится в
тонкодиспергированном виде. Высокая плотность шариков наблюдается там, где
растворитель может быстро отводиться (или испаряться) во время отверждения.
При протекании реакции отверждения плотные слои шариков полиуретана
оказываются окружены слоями растворителя. Данный слой растворителя действует
как разделительный слой и предопределяет места будущих разрывов мостиков
связующего. Такие гладкие, как бы лвыровненные слоем растворителя слои
глобул, т.н. лпокровные слои, типичные только для связующего системы Колд-
бокс-амин, могут легко отделяться друг от друга и являться причиной резкого
снижения прочности.
Разрыв связующего по покровным слоям (т.н. лсубпокровный разрыв) имеет
большое значение в теории формирования прочности стержней, изготавнливаемых
по методу Колд-бокс-амин. При исследовании мест разрывов свежеизготовленных
стержней чисто адгезионных разрывов обнаружено не было. Даже при кажущемся
полном отделении связующего от зерна песка при более сильном увеличении этой
зоны были обнаружены очень тонкие, плотноупакованные слои шарообразного
полиуретана. Предположительно, открытые понверхности зерен песка представляют
хорошие условия для экзогенного образонвания полиуретана, на поверхности
раздела связующее - наполнитель преимунщественно начинается реакция
отверждения и этим обуславливается плотная, прочная шаровая сетка полиуретана
на поверхности зерна песка. Непосредстнвенно соседний слой связующего обеднён
смолой и изоцианатом и характеринзуется высоким содержанием растворителя.
Между покровным слоем, выранщенным на поверхности песчаных частиц, и
внутренней, возникшей вследствие эндогенного образования центров
кристаллизации глобулярной структурой, ненизбежно будут иметься локальные
слои из не содержащего связующего раствонрителя. Наличием таких покровных
слоев объясняют многие ранее не вполне объяснимые явления, характерные для
способа Колд-бокс-амин изготовления стержней, а именно - высокая
гигроскопичность стержней, явление значительнного набора прочности стержня
при его хранении (подсушки) и сильное влиянние количества растворителя
связующей системы на прочность стержней.
Мгновенная прочность стержней Колд-бокс-амин-процесса сильно завинсит от
содержания растворителя в исходных связующих материалах. С увелинчением
содержания растворителя в связующем доля субпокровного разрыва в общем
разрыве возрастает и преимущественно определяет низкую прочность мостиков
связующего. Окончательная прочность стержней, изготовленных с повышенным
содержанием растворителя в связующем, также будет уступать прочности стержней
с нормальным содержанием растворителя, т.к. возникают крупноячеистые шаровые
структуры, и поэтому разрыв мостиков связующего происходит когезионно через
крупноячеистую глобулярную структуру.
Как для мгновенной прочности исключительно важным является доля субпокровного
разрыва, так и для окончательной прочности крайне важны плотность и степень
сшивки глобулярной структуры, также определенным обнразом зависящие от
содержания в связующем растворителя.
При длительном хранении стержней происходит испарение растворителя из зон его
локальной концентрации и происходит упрочнение стержней за счет
дополнительной сшивки (срастания) глобул полиуретана покровной зоны с
внутренней основой мостика связующего. Результаты исследования с помощью
растрового микроскопа показывают, что субпокровный тип разрыва присущ только
свежеизготовленным стержням. Здесь необходимо отметить, что не смотря на
преобладание субпокровного разрыва, характеризуемого крайне низнкой
когезионной прочностью между лвыровненными слоями связующего,
свежеизготовленные стержни системы Колд-бокс-амин характеризуются донвольно
высокими значениями абсолютной прочности. Изучение мест разрывов таких
стержней позволяет утверждать, что прочность стержней поддерживается за счет
местных срастаний между покровным слоем и эндогенно образованным глобулярным
скелетом. Местные срастания являются причиной того, что субнпокровные разрывы
часто встречаются вместе со смешанными разрывами.
При длительном хранении стержня субпокровный разрыв становится всё более
редко встречаемым, что указывает на увеличение срастания покровных слоёв. На
месте субпокровного разрыва появляется характеризуемый более высокой
прочностью смешанный разрыв или чисто когезионный тип разрыва. Вид смешанного
типа разрыва различен и зависит от содержания растворителя в связующем. С
изменением вида разрыва с субпокровного на когезионный сильно возрастает и
прочность стержней. Основную роль в процессе увеличения прочности стержней
при хранении играет процесс испарения (удаления) растворителя из зон его
локальной концентрации и последующее срастание (сшинвание) слоёв связующего,
имеющее химические и физические причины.
Еще одной крайне важной особенностью стержней, изготавливаемых по методу
Колд-бокс-амин, является их высокая чувствительность к действию внешних
факторов при хранении и окраске стержней. При окраске стержней, а также при
их хранении в условиях повышенной влажности наблюдается значинтельная потеря
прочности. Гигроскопичности связующего системы Колд-бокс-амин способствует
их открытая структура - крупноячеистый глобулярный скенлет газоотвержденного
полиуретана. Решающую роль в формировании прочнонсти связующего,
подвергаемого воздействию влаги, оказывает степень сшивки глобул полиуретана.
Высокое влияние степени сшивки на формирование прочнности стержня,
подвергаемому воздействию влаги, подтверждает тот факт, что степень
разупрочнения стержней системы Колд-бокс-амин (имеющих крупнонячеистый
глобулярный скелет газоотвержденного полиуретана) гораздо пренвышает
разупрочнение стержней системы Пеп-Сет (имеющих крайне плотную глобулярную
систему самоотвержденного полиуретана). Очевидно, что на стенпень сшивки
глобул полиуретана оказывают в первую очередь температура, при которой
протекает реакция полимеризации связующего и скорость протенкания реакции. С
увеличением температуры и уменьшением скорости реакции степень сшивки
увеличивается, а следовательно, повышается и стойкость стержней к влаге.
Крупноячеистая шаровая упаковка связующего системы Колд-бокс-амин позволяет
объяснить высокую гигроскопичность стержней. В начальный монмент времени
свежеизготовленные стержни благодаря наличию растворителя в связующем слабо
подвержены вредному действию влаги. Прочность таких стержней практически
полностью восстанавливается после окрашивания путём подсушки, разрыв таких
высушенных стержней происходит по когезионному типу. Стержень, лишенный
растворителя и подвергшийся воздействию влаги благодаря своей открытой
структуре и наличию большого количества микротрещин в результате гидролиза
связующего быстро теряет в первую очередь адгезионную прочность. Восстановить
прочность таких стержней путем их поднсушки уже невозможно (связь между
плёнкой связующего и наполнителя нанрушается необратимо), разрыв стержней
осуществляется по адгезионному принзнаку. Таким образом, потеря прочности
связующего во влажной атмосфере является вынражением общего воздействия
нескольких параметров. Здесь играют роль сконрость испарения растворителя,
упрочнение сшивки глобул связующего и разнрушение связующего вследствие
гидролиза. Важна также температура и сконрость отверждения стержня, т.к. от
этих параметров зависит начальная степень сшивки глобул полиуретана.
Полученные в результате собственных исследований физико-механических
характеристик газоотвержденного полиуретанового покрытия данные, подтверждают
основные положения существующей теории прочности стержней системы Колд-бокс-
амин, формируемой на основе исследования структуры полиуретанового
связующего, проведенного немецкими специалинстами Бенишем и Лотцем.
Установлено, что между механизмом формирования прочности покрытия на основе
полиуретанового связующего и механизмом формирования прочнонсти литейных
стержней системы Колд-бокс-амин существует прямая связь. Ментоды исследования
физико-механических свойств полиуретановых пленок монгут быть использованы
для изучения свойств связующих материалов системы Колд-бокс-амин.
При проведении параллельных исследований реальных стержней и пленнок покрытия
установлено:
1. Прочность стержней системы Колд-бокс-амин в первую очередь завинсит от
состояния макро и микроструктуры связующего материала. В начальный момент
времени после изготовления стержней наименее прочной областью стержня
является подкорковая зона связующего.
Одновременно происходит дополнительное упрочнение микроструктуры связующего
за счёт упрочнения связей между глобулами полиуретана. В результате
воздействия влаги, благодаря открытой структуре связующего, снижанется
адгезия связующего к кварцевому песку. Растворитель, содержащийся в
подкорковой зоне, блокирует доступ воды к поверхности раздела связующее -
наполнитель и позволяет в результате последующей сушки восстановить
прочнность стержня. Стержни, лишённые остаточного растворителя связующего, не
могут быть защищены от вредного воздействия влаги и в результате
неблагонприятных внешних условий (или при их окраске) прочность таких
стержней падает необратимо.
2. Температурный режим и другие параметры продувки оказывают значинтельное
влияние на состояние макро - и микроструктуры связующего, а следонвательно и
на прочностные показатели стержней системы Колд-бокс-амин.
Повышение температуры стержневой оснастки, стержневой смеси паро-газовой
каталитической смеси, а также повышенное давление продувки привондят к
значительному испарению растворителя связующего в момент изготовленния
стержня. Это ведёт к уменьшению подкорковых зон растворителя. За счёт
увеличения температуры объектов катализа увеличивается первичная степень
сшивки глобул полиуретана. Стержни, изготовленные при таких режимах,
обнладают повышенной начальной прочностью, быстро набирают максимальную
прочность при хранении их в условиях нормальной влажности. При окрашиваннии
и/или хранении таких стержней в условиях повышенной влажности происнходит
значительная потеря прочности, как правило, необратимая.
Пониженные же температуры объектов изготовления стержней системы Колд-бокс-
амин ведут к образованию значительных подкорковых зон и к снинжению прочности
сшивки глобул полиуретана,
Начальная прочность таких стержней очень низкая, набор максимальной прочности
требует значительного времени, конечная прочность стержней поннижена за счет
укрупнения скелета связующего. Окраска таких стержней зантруднительна по
причине чрезмерного снижения прочности за счет ослабления и без того сильно
развитых подкорковых зон.
3. Содержание растворителя в связующих материалах системы Колд-бокс-амин во
многих случаях является фактором, определяющим прочность стержня. Стержни,
изготовленные из обеднённой в результате каких-либо причин (длительного
процесса смесеприготовления, длительного хранения смеси в условиях повышенных
температур, многократного прохождения сжатого воздуха через слой смеси в
пескодувном резервуаре при машинном способе изготовления стержней и пр.)
смеси, характеризуется ослабленными в первую очередь адгезионными связями. За
счет снижения текучести таких смесей ухудшантся плотность набивки стержня. В
результате недостаточной плотности таких стержней, а также присущей им
невысокой адгезионной прочности связующего такие стержни сильно подвержены
браку вследствие плохого надува, значитенлен брак по бою стержней вследствие
их невысокой прочности. Повышена осыпаемость таких стержней. При окраске
и/или хранении стержней в условиях повышенной влажности происходит сильное
невосстановимое разупрочнение стержней.
Степень разупрочнения стержней системы Колд-бокс-амин, а также спонсобность
этих стержней к восстановлению прочности при окраске и/или возндействию
повышенной влажности также в основном определяется наличием остаточного
растворителя в покровных зонах. Стержни, лишённые защитного слоя растворителя
в покровной зоне, в результате снижения адгезии связующенго к кварцевому
песку в результате вредного воздействия влаги сильно и оконнчательно теряют
свою прочность.
Принимая во внимание рассмотренные выше условия формирования прочности
стержней системы Колд-бокс-амин, разработаны следующие реконмендации по
применению рассматриваемой технологии:
4. Конструктивные особенности оборудования:
4.1. Конструкция смесеприготовительного оборудования должна обеспечивать
быстрое и без существенных потерь испарителя приготовление смеси. Смесители
должны оснащаться крышками; рекомендуемый принцип смешивания вихревой или
вибрационный.
4.2. Для избежания потерь растворителя связующего вследствие многократного
прохождения воздуха сквозь слой стержневой смеси в пескодувном резервуаре при
машинном изготовлении стержней, необходимо использование систем контроля
количества смеси в пескодувном резервуаре с целью поддержания минимально
необходимого для разового надува количества смеси.
4.3. Схема производственного технологического комплекса изготовления стержней
методом Колд-бокс-амин должна исключить длительное хранение гонтовой
стержневой смеси по причинам недопущения чрезмерного испарения растворителя.
Наиболее технологичными из существующих на сегодняшний день образцов
производственного оборудования могут считаться стержневые комплексы фирмы
лLaempe (Германия), обеспечивающих компактное изготовнление стержневой смеси
и стержней (быстрое смесеприготовление в заданном объеме под очередной
надув).
5. Технологические особенности процесса:
5.1. Кварцевый песок, применяемый для изготовления стержней, должен быть
обогащенным (лишённым вредных примесей, снижающих живучесть сменси).
5.2. Необходим жесткий контроль за влажностью песка и сжатого воздунха,
применяемого для продувки стержней. Песок должен быть высушен до сондержания
остаточной влаги не более 0,1 %. Применяемый сжатый воздух долнжен быть
тщательно осушен.
5.3. Наиболее оптимальным температурным режимом литейного стержнневого
участка и исходных стержневых материалов является диапазон 15-25
