Бентоніт у ливарному виробництві
Кожне окремо взяте ливарне виробництво неповторне у своєму змісті та технологічній структурі та потребує матеріалів, чітко відповідних особливостям виробничого процесу саме на цьому конкретному підприємстві. Тому слід спочатку хоча б коротко акцентувати увагу на особливостях тих чи інших способів виробництва піщано-глинистих форм для лиття.
Для сирих піщано-глинистих форм економічно найбільш ефективним сполучним та термопротекторним матеріалом є бентоніт. У СРСР загальний обсяг використання бентоніту в 1960 р. становив лише близько 1000 т. і він використовувався головним чином для протипригарних покриттів, але вже в 1982 р. його споживання у ливарному виробництві перевищило 370 тис. т.
У країнах СНД потреб ливарного виробництва нині споживається близько 15% всього використовуваного у яких бентоніту, тоді як у Європі цей показник становить понад 50%. Основна частина бентоніту у нас знаходить застосування у нафтогазовидобувній промисловості та чорній металургії (виготовлення залізорудних котунів), що відображає сировинну спеціалізацію виробництва пострадянських країн та низький рівень розвитку машинобудування в них.
Незважаючи на тенденцію до поширення хімічно твердіючих сумішей для виготовлення форм, що забезпечують підвищення розмірної точності та якості виливків, сира піщано-бентонітова форма має широку сферу застосування. У масовому виробництві деталей вагою від перших кілограмів до перших сотень кілограмів і при продуктивності кілька сотень форм за зміну (автомобільне лиття) сира піщано-бентонітова форма залишається поза конкуренцією.
Частка лиття, одержуваного у сирих формах, становить Японії - 40%, Німеччини - 40% , Англії - 39%, Франції - 39%. Більшесвіжі дані маркетингових досліджень фірми "IKO Minerals GmbH" свідчать, що в загальному обсязі випуску лиття промислово розвинених країн 65-70% сталевих та чавунних виливків дрібного та середнього вагу виробляється у формах з піщано-глинистих сумішей і ця тенденція збережеться в майбутньому. Витрата бентоніту виготовлення 1 т. виливків з чавуну нині становить 60-90 кг, та якщо з сталі - 90-120 кг.
За останні два десятиліття в Європі велику увагу було приділено технології виробництва виливків у сирих піщано-глинистих формах, що призвело до значного вдосконалення обладнання для формування, а також методів ущільнення формувальної суміші. В результаті стало можливим і в піщано-глинистих формах виробляти виливки геометрично точні складної конфігурації. Удосконалення методів виготовлення моделей відкрило нові можливості для їх проектування та виробництва. Всі ці фактори забезпечили можливість виробництва в піщано-бентонітових формах виливків функціонального призначення, в конструкціях яких є дуже тонкі стіни. В результаті всіх цих змін зросли і вимоги до формувальної суміші.
У ливарному виробництві використовуються піщано-глинисті суміші для формування, як по-сирому, так і по-сухому. У сирих формах виготовляють переважно невеликі і переважно тонкостінні виливки в масовому виробництві. При використанні високоякісних формувальних матеріалів у сирих формах можна відливати і великі деталі: чавунні масою до 1 500 кг і сталеві - до 800 кг. Але зазвичай для цього застосовують технології формування на органічних або рідинноскляних сполучних.
При виготовленні виливків значної висоти або складної конфігурації, з виступаючими частинами, сира форма не встані протистояти тиску великої маси металу, що заливається. У цьому випадку застосовують сухі піщано-глинисті форми. Необхідність сушіння для підвищення міцності форми призводить до зниження продуктивності ливарної ділянки та подорожчання лиття за рахунок цього фактора.
Суміші для сухих форм відрізняються від сумішей для сирих форм наступним:
замість бентоніту застосовують вогнетривку глину;
глина вводиться в суміш як правило у вигляді суспензії;
використовується більший пісок;
протипригарні добавки не вводяться в суміш, а наноситься протипригарна фарба на підсушену форму.
Сухе формування в порівнянні з сирою забезпечує набагато більш високу міцність форми, але в той же час має ряд істотних недоліків, а саме:
регенарація відпрацьованої суміші вимагає великих витрат та додаткового подрібнювального обладнання порівняно з формуванням по-сирому;
тривалий цикл виробництва через необхідність сушіння,
складність, а часом і неможливість механізації;
висока трудомісткість ущільнення та виготовлення форми;
нижче розмірна точність через усадку форми при сушінні;
необхідність високої кваліфікації кадрів.
Важливо також акцентувати увагу на тому, що формування по-сирому вимагає дуже точного дотримання технологічного режиму підготовки суміші, тоді як формування по-сухому не настільки вимогливе до технологічної дисципліни. Не в останню чергу через цей фактор у країнах СНД часто застосовується саме формування по-сухому із застосуванням глинистої суспензії, чим і зумовлено нижче питоме споживання бентоніту на тонну готових виливків порівняно з провідними ливарними країнами.
Однак тут потрібно такожакцентувати увагу на тому, що формування по-сирому не може замінити повністю формування по-сухому. Наприклад, лиття сплавів, що збільшуються обсягом, при кристалізації вимагає жорсткості форми, яку може забезпечити сира форма. Але слід брати до уваги сьогоднішні тенденції глобалізації світових економічних процесів, під впливом яких неминуче реалізуватиметься прагнення ширшому застосуванню технологічних процесів, які забезпечують вищу продуктивність. І в цьому плані формування по-сирому виглядає більш привабливим, як продуктивніша технологія і тому більш прийнятна для масового виробництва. Саме тому слід очікувати зростання попиту на якісні витратні матеріали для формування по-сирому.
На ливарних підприємствах країн СНД для виробництва сухих і сирих піщано-глинистих форм часто використовується вогнетривка глина каолініт-іллітового складу типу дружківської або годинникарської, а також практикується введення глинистого в'яжучого в суміш у вигляді суспензії, а не в порошкоподібному вигляді, як це прийнято на високотехнологіях. сучасних ливарних виробництвах.
Практика застосування бентоніту як суспензії, а чи не порошку, зумовлена тим, що у 50-60-х роках минулого століття СРСР було організовано централізованого виробництва бентопорошка в достатніх кількостях. А вогнетривка ілліт-містить глина, що широко використовується в ливарних цехах в СРСР у 60-70-х роках, дійсно дає кращі показники формувальної суміші за умови її попереднього замочування та подачі в змішувач у вигляді суспензії. Тому в даний час у ливарних цехах і при роботі на бентоніті нерідко використовуються відпрацьовані півстоліття тому технологічні схеми.
Попереднє замочування вогнетривкої глинидоцільно, оскільки дозволяє досягти вищої міцності сухої форми. Але застосування суспензії бентоніту для приготування сирих форм на автоматичних лініях навряд чи можна вважати за доцільне, оскільки при цьому немає збільшення сирої міцності суміші, але стає більш проблематичним досягнення стабільності насипної ваги і формуваності суміші, що дуже часто є причиною шлюбу.
Головна перевага формування по-сирому полягає в тому, що при її застосуванні скорочуються виробничий цикл, тому що в цьому випадку не потрібна сушка. Відразу після вибивання формувальна суміш піддається регенерації і надходить знову в систему суміші. Таким чином, технологія лиття в сирі піщано-глинисті форми краща для масового виробництва, тоді як суха форма більше відповідає умовам одиничного і дрібносерійного виробництва.
До переваг сирих піщано-бентонітових сумішей належать:
висока продуктивність формувальних ліній при роботі на піщано-бентонітових сумішах;
легка вибивання виливків із форми;
підвищення стійкості форми проти утворення ужимін;
підвищення чистоти поверхні та розмірної точності виливків;
підвищення плинності суміші та, як наслідок, зниження витрат енергії на ущільнення.
У технології піщано-глинистої форми особливе значення мають три взаємопов'язані показники формувальних сумішей - міцність у вологому стані, газопроникність та вологість. Не можна збільшити міцність форми за рахунок збільшення глиносмісту, так як при цьому різко знизиться газопроникність і вологість форми, що призведе до утворення газових раковин. Тому слід прагнути до використання високоякісних бентонітових глин, що забезпечують необхідну міцність примінімальної кількості глини.
Формування по-сирому з успіхом може застосовуватися для широкого асортименту виливків, але для цього суміш повинна готуватися з якісних і добре підготовлених матеріалів (тонко розмелені глини, кам'яне вугілля та ін.) і має бути ретельний лабораторний контроль якості сумішей. Повинна дотримуватися строга технологічна дисципліна щодо дотримання наступних параметрів при підготовці суміші:
коливання вологості суміші повинні бути мінімальними, ± 0,1-0,2%;
оборотна суміш повинна бути попередньо охолоджена, оскільки тільки за рахунок цього можна підняти міцність на 20-25% за інших рівних умов;
суміш має бути ретельно перемішана.
На жаль, на більшості ливарних підприємств у сумішопідготовчих цехах відсутня апаратура автоматичного контролю вологості та насипної ваги суміші, горіла земля подається з високою і не завжди однією і тією ж температурою, а якість перемішування залишає бажати кращого. Без вирішення цих питань використання високоякісних бентонітових сполучних не дасть належного результату. Ще в 1957 р. зазначено: "Проведені вище випробування доводять, що глинисті суміші при низькій температурі розвивають більш високу міцність, ніж при більш високій. З цього випливає, що в цехових умовах при виготовленні суміші потрібно застосовувати, можливо, більш охолоджену відпрацьовану землю" .
Проблеми використання високоякісного бентоніту у формувальних сумішах чимось подібні до проблем автомобілістів: використовуючи високоякісний бензин, але, не відрегулювавши карбюратор і запалювання - нічого очікувати високої економічності двигуна.
Підвищення якості виливків у сирих формах може бути досягнуто шляхом введення у формувальну суміш спеціальних добавок,що регулюють ті чи інші властивості суміші. Добавки, що вводяться в сирі піщано-бентонітові суміші, можуть бути класифіковані таким чином:
покращують технологічні властивості суміші, такі як формуемість, ущільнюваність, плинність;
стабілізуючі вологість формувальної суміші.
Традиційною та найбільш поширеною антипригарною добавкою для чавунного лиття є мелене кам'яне вугілля. Добавки кам'яновугільного порошку у формувальну суміш дозволяють отримати виливки з чистою, без хімічного пригару якісною поверхнею. Їхня дія заснована на розкладанні кам'яного вугілля, утворенні відновлювальних вуглеводневих газів, при розкладанні яких утворюється піролітичний (блискучий) вуглець, який не змочується розплавленим металом. Він покриває тонким шаром поверхню зерен піску, ізолюючи форму від виливки. Меле вугілля вводиться у формувальну суміш у кількості, що залежить від його здатності виділяти блискучий вуглець, а також від товщини стінок виливків та їх маси. В даний час використовується багато замінників кам'яного вугілля, але повної його заміни поки що не відзначається.
Для боротьби з ужимінами в суміш зазвичай вводяться добавки деревного борошна та крохмаліту. У найбільш поширеним способом боротьби з утворенням ужимін є підвищення вмісту натрієвого бентоніту в суміші. Звести до мінімуму ризик утворення ужимін також можна шляхом підбору оптимального режиму активації кальцієвого бентоніту содою, а також підбором кам'яного вугілля з певною температурою розм'якшення.
Для поліпшення технологічних властивостей формувальної суміші до її складу вводять ПАР. Це дозволяє скоротити витрату бентоніту, час перемішування суміші, брак форм та виливків, покращує якість поверхні виливки.
Для стабілізації вологостіна автоматичних формувальних лініях суміші зазвичай вводять набухають крохмалі в кількості до 0,5% - крохмаліт. Це дозволяє також покращити відбиток моделі, підвищити міцність суміші при стисканні, міцність у зоні конденсації вологи, оберігати кромки від обсихання, а також покращує вибивання виливків із форм.
Надзвичайно важливим показником суміші є її насипна вага, яка пов'язана з ущільнюваністю та вологістю. Висока ущільнюваність суміші веде до пошкодження форми при витяжці модельної плити навіть при невеликому зносі деталей формувальної машини. Спроби усунути цей вид шлюбу шляхом зміни вологості суміші призводять до виникнення сильного пригару через недостатнє ущільнення суміші в глибоких "кишенях" моделі.
Таким чином, для отримання якісної форми потрібно збалансувати склад формувальної суміші шляхом введення коригуючих добавок з урахуванням особливостей бентоніту і піску, що застосовується. Це часто неможливо в умовах суміші приготування в ливарних цехах. Тому в Європі для сирих піщано-глинистих форм вже давно використовують комплексні сполучні на основі бентоніту, до складу яких необхідні добавки вводяться не безпосередньо в процесі приготування суміші у формувальному цеху, а централізовано в процесі виробництва бентопорошка на спеціалізованому підприємстві. Їх застосування знижує питому витрату формувальних матеріалів, забезпечує стабільні властивості суміші, необхідних роботи автоматичних ліній.
Останні новини
Бентоніт для буріння свердловин.
Бентоніт марки ПБМА у фасуванні у мішках по 50 кг у наявності на складі. Весна в Пермі цього року рання, тож будівельний сезон буде раніше. Ми готові до будівельного сезону забезпечити бурильників на воду бентонітовою сировиною! Всімудачі в роботі!
Ливарне виробництво в Пермі
15-та міжрегіональна виставка «Нафта. Газ. Хімія»
614066, м.Перм, вул.Промислова 87 Тіл: +7(342)204-09-84