Отделение изготовления оболочковых форм

В отделении изготовления оболочек форм выполняются следующие операции: подготовка материалов покрытия, приготовление покрытия, нанесения его на модельные блоки, сушка покрытия, извлечение стояков и выплавление модельного состава.

Высокая чистота поверхности отливки получается вследствие нанесения на выплавляемую модель слоя покрытия из твердой составляющей - пылевидного кварца и жидкого связующего - гидролизованного раствора этилсиликата и жидкого стекла.

Подготовка твердого материала состоит в измельчении, промывке, прокаливании и просеве. Измельчение производится в шаровых мельницах, футерованных внутри плитами из кварца. Прокаливание осуществляют в печах барабанного типа, выдерживают при 250…300ºС в течении 2…3 часов, затем охлаждают до комнатной температуры. Просев осуществляется с помощью сит.

Подготовка связующих растворов заключается в приготовлении гидролизованного раствора этилсиликата в гидролизаторах и жидкого стекла.

Этилсиликат (ЭТС) - прозрачная или слабоокрашенная жидкость с запахом эфира. Это продукт реакции этилового спирта с четыреххлористым кремнием при непрерывном их смешивании и охлаждении в реакторе. Реакция этерификации, или эфиризации, может быть схематически представлена следующим уравнением (если применяют обезвоженный спирт):

l₄ + 4С₂Н₅ОН = (C₂H₅O)₄Si + 4HC1,

 

где (C₂H₅O)₄Si - этиловый эфир ортокремниевой кислоты с температурой кипения 165,5 °С, называемый также тетраэтоксисиланом, или моноэфиром.

Приготовление связующего раствора получают гидролизом ЭТС, для чего вводят воду. Гидролиз - это процесс замещения содержащихся в ЭТС этоксильных групп (С₂Н₅О) гидроксильными (ОН), содержащимися в воде. Гидролиз сопровождается поликонденсацией.

Расчет гидролиза.

ЭТС-40,p =1050 кг/м³, в количестве 1л.; спирт этиловый,p= 803,3 кг/м³; кислота соляная, p=1190 кг/м³.

Гидролиз проводим на 16% SiO₂ в гидролизате, отверждение в воздушно-аммиачной среде.

Рассчитываем количество растворителя Р, которое требуется для получения 16% SiO₂ в связующем по формуле:

 

м³ (3)

где m - содержание SiО₂ в этилсиликате,%; Q - объем гидролизуемого этилсиликата, м³; r - плотность этилсиликата, кг/м³; r₁ - плотность разбавителя, кг/м³.

=1960,7 мл.

Рассчитываем общее количество воды, требуемое для гидролиза:

 

 кг

 

где А - содержание этоксильных групп,%; М₁ - молекулярная масса воды, кг; М₂ - молекулярная масса этоксильных групп, кг.

При условий отверждения связующего в среде аммиака принимаем соотношение количества молей воды и этоксильных групп К = 0,3. Так как содержание этоксильных групп в исходном этилсиликате не оговорено условием задания, принимаем его средним для данной марки ЭТС-40, т.е. А = 70%. Молекулярная масса воды М₁ = 18 г (0,018 кг), молекулярная масса этоксильных групп:

М₂ = 12×2+1×5+16 = 45 г, т.е. М₂ = 0,045 кг.

Тогда                       Н = 0,3 ×  = 0,0882кг=88,2 мл.

Определяем количество воды, вносимое растворителем - этиловым спиртом:

 

кг (4)

 

где А₁ - содержание воды в спирте,% масс. А₁ = 3,2% масс.

Количество воды, вносимое растворителем:

Н₁ =  = 0,0504 кг.

Количество соляной кислоты для ускорения процесса гидролиза принимаем:

В = 0,01×Q = 0,01×1×10^-3 = 0,01×10^-3 м³=10 мл. (5)                                              

Количество воды, вносимое с катализатором - соляной кислотой:

 

кг (6)

 

Здесь В = (0,01…0,014)×Q - количество соляной кислоты, взятое для гидролиза, м³; r₂ - плотность соляной кислоты, кг/м³; А₂ - содержание воды в соляной кислоте,% масс.

Н₂ =  =0,00747кг

При r₂ = 1190 кг/м³, А₂ = 62,78% масс.

Количество воды, которое необходимо ввести непосредственно в этилсиликат при его гидролизе, составит:

 

 кг. (7)

 

Н₃ = 0,0882 - (0,0504 + 0,00747) = 0,03033кг=30,33 мл.

Количество компонентов гидролиза на один литр ЭТС-40:

Этилсиликат ГОСТ 26371-84                               1000 мл;

Вода дистиллированная ГОСТ 6709-72     30,3 мл;

Спирт этиловый ГОСТ 17299-85                1960,7 мл;

Кислота соляная ГОСТ 3118-77                 10 мл;

Всего                                                                      3001 мл.

Приготовка связующего раствора этилсиликата осуществляют в гидролизаторе конструкции НИИавтопром с производительностью 40 л/ч, емкостью бака 50л, скоростью вращения мешалки 2800 об/мин, габариты установки 750 600 1470мм.

Рассчитаем необходимое количество гидрализаторов по формуле (1):

Количество гидролизаторов, принимаемое к установке в цехе Р₂=5 единиц.

Определим К_ЗО - коэффициент загрузки оборудования по формуле (2):

Для приготовления суспензии на ЭТС связующем в бак механической мешалки влить гидролизат, включить мешалку и засыпать порциями наполнитель. Суспензию перемешать в течении 40…60 минут при скорости вращения крыльчатки мешалки 2800 об/мин. Затем суспензию выдержать в спокойном состоянии 20…30 минуты и замерить условную вязкость по вискозиметру ВЗ-4. Оптимальная вязкость полученной суспензии 60…75 сек. Активное и длительное перемешивание необходимо для дезагрегирования пылевидной составляющей и смачивания связующим пылевидной частицы. За 5 - 7 мин до окончания перемешивания вводят антииспаритель. Вследствие активного перемешивания понижается вязкость суспензий, поэтому необходимо вводить больше пылевидной составляющей. На пылевидных зернах образуются тонкие пленки связующего и достигается плотная укладка зерен в слоях, наносимых на модели.

Для приготовления суспензии используют агрегат мод. 662А. Технические характеристики агрегата мод. 662А представлены в таблице 1.8. Агрегат состоит из бункера для загрузки пылевидного материала, дозатора, смесителя и панели дозирования жидких составляющих, размещенных в корпусе, а также четырех расходных бачков, электро- и пневмооборудования. Расходные баки установлены на подставке на такой высоте, чтобы жидкие составляющие могли поступать к панели дозирования самотеком. Расход жидкостей устанавливается по ротаметрам с помощью игольчатых кранов. Жидкие составляющие непрерывно поступают в промежуточный бак, где перемешиваются мешалкой с целью увеличения интенсивности реакции гидролиза этилсиликата, после чего поступают в смеситель. Одновременно из бункера в смеситель через дозатор подается пылевидный материал (маршалит), количество которого регулируется оператором вручную с помощью шибера с лимбом. Смесь пылевидного материала с жидкостью интенсивно перемешивается в смесителе двумя мешалками и непрерывно поступает по трубопроводу в бак хранения суспензии. Для получения отдельных порций суспензии (по 120-150 л) на пульте управления устанавливают цикличный режим работы и производят соответствующую настройку дозаторов в зависимости от того, какой вязкости и какого состава должна быть суспензия. Агрегат имеет систему контроля верхнего и нижнего уровней жидких составляющих в расходных баках и пылевидного материала в бункере. Для поддержания необходимого температурного режима при гидролизе этилсиликата стенки промежуточного бака и смесителя охлаждаются водой. Управление агрегата осуществляется с пульта.

 

Таблица 1.8. Технические характеристики агрегата для приготовления суспензии мод. 662А

Наибольшая производительность при способе приготовления, м^3/ч:	непрерывном	0,125
	цикличном	0,08
Время дозирования жидких составляющих при цикличном способе, мин	До 60
Время перемешивания, мин	30-60
Общий объем смесителя, м^3	0,18
Объем промежуточного бака, л	9,5
Наибольшие пределы регулирования дозаторов:	маршалита, кг/ч	До 200
	ацетона, л/ч	До 35
	этилсиликата, л/ч	До 35
	воды подкисленной, л/ч	До 3
	Объем бункера маршалита, м^3	0,06
Объем бункера маршалита, м^3	0,06
Частота вращения мешалки, об/мин	1460
Расход воды на охлаждение и промывку, м^3/ч	До 5
Расход воздуха, м^3/ч	До 5
Продолжение таб. 1.8.
Установленная мощность, кВт	16,87
Габаритные размеры (Д×Ш×В) мм:	5300×4640×3355
Масса, кг	3017

 

Рассчитаем необходимое количество установок 662А для приготовления 1240 т этилсиликатового связующего по формуле (1):

Количество агрегатов 662А, принимаемое к установке в цехе Р₂=4 единицы.

Определим К_ЗО - коэффициент загрузки оборудования по формуле (2):

Далее блоки моделей смачивают в суспензии. При этом блок медленно погружают в суспензию, поворачивая его в различных направлениях. Смачивать суспензией модели можно только после полного завершения процессов их усадки. При нанесении первого слоя суспензия удаляет с поверхности моделей адсорбированный воздух и смачивает поверхность блока. Затем модельный блок присыпается песком в установках «кипящего слоя» Последний слой оболочки наносят без последующей обсыпки зернистым материалом.

Для послойного нанесения суспензии на модельные блоки и обсыпки их в кипящем слое песка используют автомат мод. 6А67. Технические характеристики автомата мод. 6А67 представлены в таблице 1.9.

 

Таблица 1.9. Технические характеристики автомата мод. 6А67

Наибольшие размеры обрабатываемого блока, мм:	диаметр	400
	длина	500
Производительность, покрытий/ч	200
Рабочий объем, л:	ванны для суспензии	160
	ванны «кипящего слоя»	460
	бака хранения суспензии	150
Расход охлаждающей воды, л/мин	5-8
Температура охлаждающей воды, °С	10-20
Установленная площадь, кВт	3,6
Площадь зеркала ванны, м^2:	обмазки	0,64
	«кипящего слоя»	1
Расход сжатого воздуха для песка фракции не более 1 мм и давления в сети 0,3 МПа, м^3/ч	107
Габаритные размеры (Д×Ш×В) мм:	3825×2290×1930
Масса, кг	2700

 

Основные узлы: ванна для суспензии, ванна «кипящего слоя», вентиляционный кожух, копир, бак хранения и транспортирования суспензии, пневмо- и электрооборудование.

В машинах последовательно выполняются операции нанесения суспензии и обсыпочного материала на блоки моделей, предварительно собранные на стояках специальной конструкции и навешенные на подвески непрерывно движущеюся конвейера. Автомат 6А67 устанавливается непосредственно в линии, собственного конвейера не имеет. Во время движения конвейера модельные блоки с помощью копира отклоняются от вертикального положения и под углом 75-60° (от горизонтали 25-30°) вводятся сначала в ванну обмазки, а затем в ванну «кипящего слоя», где покрываются слоем огнеупорной суспензии и обсыпочным материалом (песком). Во время прохождения ванн блоки вращаются, что способствует равномерному покрытию (без пузырей) блока и заполнению поднутрений.

Бак хранения и транспортирования суспензии обеспечивает ее непрерывное перемешивание и пополнение ванны обмазки, куда суспензия подается под действием сжатого воздуха, подведенного в бак. Для охлаждения суспензии в рубашках ванны обмазки и бака циркулирует охлаждающая вода.

«Кипящий слой» создается за счет пропускания большого объема сжатого воздуха через пористое дно ванны с обсыпочным материалом. С помощью специального устройства загрязненный обсыпочный материал (капли, комья) периодически удаляется из ванны «кипящего слоя».

Отсос воздуха от ванн, загрязненного песчаной пылью, парами ацетона и других летучих веществ, производится через общий вентиляционный кожух.

Рассчитаем необходимое количество установок 6А67 по формуле (1):

Количество установок 6А67, принимаемое к установке в цехе Р₂=2 единицы.

Определим К_ЗО - коэффициент загрузки оборудования по формуле (2):

В установках сушки блоков 6А82 происходит послойное отверждение и сушка огнеупорного покрытия. Производительность сушила 200 блоков/ч, скорость цепи конвейера 2,13 м/мин,, число камер сушки 5 шт., мощность 12 кВт, габариты 6600 1870 3400мм. Установка сушки блоков 6А82 входит в линию с установкой 6А67.

Рассчитаем необходимое количество установок 6А82 по формуле (1):

Количество установок 66А82, принимаемое к установке в цехе Р₂=2 единицы.

Определим К_ЗО - коэффициент загрузки оборудования по формуле (2):

Торец литниковой воронки покрыт оболочкой при ее формировании, что препятствует удалению модельного состава, а применение металлического стояка - извлечению его из блока моделей. Торцовый слой оболочки на воронке отрезают вращающимся тонким абразивным отрезным кругом.

Воскообразные модели выплавляют в горячей воде в установке 672. Наибольшая производительность 90 блоков/ч, размер площадки для установки блоков 400 850 мм, рабочая температура воды 95…98ºС, рабочий объем ванны 14м³, мощность 21кВт, габариты 17530 5350 1940мм.

Рассчитаем необходимое количество установок 672 по формуле (2):

Количество установок 672, принимаемое к установке в цехе Р₂=2 единицы.

Определим К_ЗО - коэффициент загрузки оборудования по формуле (2):

Освобожденные стояки промывают в специальных установках и возвращают к столам сборки.