Составы самотвердеющих противопригарных красок

Наименование краски	Массовая доля составляющих, %									Плотность краски 10^3 кг/м^3
	Наполнитель				Связую­щий материал КБЖ	Добавки			Раство­ритель (вода)
	Циркон	Пыле­видный кварц	Графит скрыто-­кристал­лический	Графит крис­тал­­лический		Техни­ческая мочевина	Оксид цинка	Персуль­фат аммония
Для стального литья	72,5–73,5 50	– 22,5–23,0	– –	– –	8,0 8,0	0–0,5 0–0,5	0–0,5 0–0,5	4,0 4,0	14–19 14–19	2,0–2,2 1,8–2,0
Для чугунного литья	– –	– –	33,0–33,5 46,0–50,0	16,5 –	10,0 10,0	10–15 10–15	0–0,5 0–0,5	2,5 2,5	25–30 25–30	1,35–1,40 1,35–1,40

9.2.2. Самовысыхающие противопригарные краски

Данный тип красок имеет быстроиспаряющиеся неорганические растворители, для возгонки которых нет необходимости применять сушку. Самовысыхающие покрытия применяют для форм и стержней, изготовляемых из самотвердеющих смесей.

В табл. 9.7 приведены составы самовысыхающих противопригар­ных красок.

В качестве связующих материалов в состав красок вводят древесный пек, нитролаки 644 и 68, поливинилбутираль, причем нитролаки и поливинилбутираль одновременно с основным своим назначением выполняют также функцию стабилизатора. В качестве растворителей в состав красок вводят этиловый спирт, уайт-спирит или растворитель 646. Краски № 1 и 2 с цирконовым наполнителем применяют при стальных отливках. Краски № 3, 4, 5 и 6 на графитовом наполнителе применяют при чугунном, а краску № 7 на тальковом наполнителе – при цветном литье.

Таблица 9.7

Составы самовысыхающих красок
с органическими связующими материалами

Номер краски

Массовая доля составляющих, %

Плотность, 10^3 кг/ м^3

Наполнитель

Связующий материал

Растворитель

Циркон

Графит скрытокристаллический

Графит кристал­лический

Тальк

Древесный пек

Нитролак 644

Нитролак 68

Поливинил-бутираль

Растворитель

Этиловый спирт

Уайт-спирит

1 2 3 4 5 6 7

53 60 – – – 10 –

– – 37 30 45 35 –

– – 13 12 5 – –

– – – – – – 42

– – – – 5,5 – –

10 – – – – – –

– – 37 41 – – –

– 2,5 – – – 2,5 2,5

37 – – 17 – – –

– 37,5 – – 44,5 52,5 55,5

– – 13 – – – –

1,80–1,90 1,75–1,85 1,25–1,30 1,25–1,28 1,25–1,28 1,15–1,25 1,75–1,85

 

Противопригарные самовысыхающие краски в виде готовых к употреблению суспензий на основе связующего форлака выпускаются централизованно (ТУ 4191-004-00224656-00) (табл. 9.8). Эти крас­­ки наиболее эффективны при использовании холоднотвердеющих смесей.

Таблица 9.8

Номенклатура готовых самовысыхающих противопригарных красок
на основе форлака

Марка противопригарной краски	Наполнитель	Плотность краски, кг/м^3	Вязкость, с	Время высыхания, мин, не более	Область применения
ПГС-1А	Графит	1050–1000	22–26	60	Отливки из чугуна и цвет­ных сплавов
ПДС-1А	Дистен- силлиманит	1280–1320	28–32	60	Стальные отливки
ПТС-1А	Тальк	1220–1250	26–30	60	Отливки из чугуна

Лак представляет собой раствор модифицированного высокополимерного связующего в органическом растворителе, после испарения которого формируются прочные эластичные пленки. Растворителем лака служит растворитель антипригарных красок, состоящий из спирта этилового, ацетона и бензина-растворителя.

9.3. Приготовление противопригарных красок

В литейных цехах для приготовления покрытий, а также при разведении централизованно поставляемых противопригарных композиций, обычно применяют краскомешалки, основные типы которых представлены на рисунке.

 Наилучшее качество перемешивания обеспечивают лопастные мешалки с отражательными перегородками и частотой вращения рабочего вала 100-200 об/мин. Использование таких аппаратов позволяет существенно сократить длительность процесса приготовления покрытий.

При выборе или изготовлении мешалок рекомендуются следующие соотношения основных геометрических параметров установок (см. рисунок, а): D / d = 1,6 ÷ 3; D / b ₁ = 10 ÷ 12; d / h ₂ = 1 ÷ 6; H / d = 1 ÷ 1,3; H / h ₁ = 1,2 ÷ 1,4; d / b ₂ = 5 ÷ 10.

а                              б                             в                            г

Схемы основных типов краскомешалок:

а – лопастная с отражательными перегородками (n = 100÷300 об./мин);
б – лопастная (n = 60÷100 об./мин); в – рамная или якорная (n = 30÷60 об./мин);
г – краскомешалка, работающая на сжатом воздухе

Иногда применяют барботажные аппараты (см. рисунок, г), в которых перемешивание обеспечивается сжатым воздухом, пропускаемым через слой суспензии. Однако данный способ малоэффективен, приводит к насыщению покрытия пузырьками воздуха.

При разведении централизованно выпускаемых покрытий в мешалку следует сначала заливать воду (30-60% от ее оптимального содержания), затем отдельными порциями загружать поставляемый концентрат (пасту, порошок или гранулированный продукт). Массу перемешивают в течение 30-60 мин, выдерживают 60-120 мин, перемешивают снова 30-60 мин и добавляют воду до необходимой плотности.

Однородность полученной суспензии оценивают путем нанесения на стеклянную пластинку. На пластинке не должны присутствовать включения, выступающие над слоем покрытия. При изготовлении покрытий из отдельных компонентов рекомендуется сначала готовить жидкую композицию, т. е. раствор связующего, суспензирующего и других веществ, образующих истинные или коллоидные растворы. Рецептуру этой композиции необходимо рассчитывать таким образом, чтобы содержание в ней растворителя было на 20-30% меньше того количества, которое требуется для получения суспензии с заданной плотностью. Затем в жидкую систему вводят наполнитель, тщательно перемешивают и добавляют остальной растворитель.

При получении самовысыхающих покрытий целесообразно предварительно изготовлять жидкую композицию (лак) с содержанием растворителя, позволяющего при совмещении этой композиции с самотвердеющим количеством наполнителя создавать суспензию необходимой плотности. Такая технология обеспечивает сокращение операций, связанных с дозированием летучих растворителей, и получила распространение при использовании компонентов, для растворения которых требуется длительное время (несколько часов), например в случае применения поливинилбутираля.

Водные покрытия можно готовить в два этапа. На первом этапе осуществляется совмещение компонентов с получением пастообразной массы. Для этого используют чашечный смеситель (бегуны). На втором этапе пасту разводят водой до необходимой плотности. Обработку компонентов в бегунах целесообразно осуществлять в такой последовательности: загрузка и предварительная гомогенизация – смешение сыпучих материалов и введение веществ, обладающих поверхностно-активными свойствами (например, ЛСТ), загрузка жидких составляющих и доведение массы до пастообразного состояния.

Покрытия, изготовляемые по данной технологии, отличаются более высоким качеством, поскольку в чашечном смесителе наряду со сдвиговым обеспечивается раздавливающее воздействие, а тем самым – эффективное диспергирование.

Для получения паст можно использовать и другие типы смесителей, например, двухвальные смешивающие установки с Z-образными лопастями. Противопригарные пасты и натирки обычно готовят в смешивающих бегунах в той же последовательности, что и покрытия.

9.4. Нанесение и сушка
противопригарных покрытий

Традиционными методами, широко используемыми в литейных цехах, являются окраска кистью и пневматическим распылением. В условиях массового производства широкое распространение получила технология нанесения покрытия окунанием.

На формы и стержни для тонкостенных отливок массой до 300-500 кг покрытия обычно наносят одним слоем; при производстве отливок большей массы следует применять двухразовую окраску. В последнем случае для первого слоя надо использовать покрытие с более низкой плотностью, чем для второго слоя.

При использовании традиционных покрытий одноразовая окраска обеспечивает создание слоя толщиной 300-500 мкм, а двухразовая – до 800 мкм (имеется в виду толщина отвержденного покровного слоя).

Водные покрытия, в том числе самотвердеющие, наносят кистью, распылением, окунанием; самовысыхающие – кистью. Перед окраской покрытие должно быть тщательно перемешано, при необходимости отфильтровано.

Тепловая сушка водных покрытий должна осуществляться при температуре, не вызывающей деструкцию связующего. Покрытия с органическими связующими (крахмалитом, декстрином и др.) следует сушить при 200-250°С.

Для повышения эффективности сушки и предотвращения возможного перегрева покрытия (с органическим связующим) сушильные камеры надо оборудовать вентиляционными установками (вытяжной и рециркуляционной).

 

10. Регенерация отработанных смесей

Различают регенерацию песков и регенерацию смесей. При регенерации смесей стремятся к сохранению активного связующего на зернах формовочного песка, а при регенерации песков – к удалению пленок отработанного связующего с зерен песка. Регенерация смеси возможна при обратимом характере затвердевания связующего материала, что характерно для монтмориллонитовых и каолинитовых глин и применяется при литье отливок в песчано-глинистые формы.

Регенерации подвергают отработанные смеси с участков выбивки форм и стержней, в том числе из гидрокамер, а также отвальные смеси из различных точек литейного цеха. К числу основных операций процесса регенерации отработанных смесей относят: дробление комьев смеси, отделение металлических включений, отсев спекшихся комочков смеси, отделение инертных наслоений с поверхности зерен песка, удаление пылеобразных веществ и охлаждение полученного продукта до температуры окружающей среды. Основные операции процесса регенерации осуществляются как в воздушной, так и в водной среде. Помимо основных, в процессе регенерации отработанных смесей осуществляются также и побочные операции, в частности, осветление сточных вод и сгущение шлама.

Технологические схемы
процессов регенерации

На рис. 10.1 приведена технологическая схема переработки песчано-глинистых смесей, поступающих с выбивных решеток.

Конечным продуктом по этой схеме является оборотная смесь. Из-под выбивной решетки 1 смесь поступает на ленточный конвейер 3 и далее, пройдя через магнитный сепаратор 2, транспортируется в дезинтегратор 4, где разрыхляется и передается на грохот 5 для отсева спекшихся комочков. Подготовленная таким образом смесь поступает в бункер 6, - а затем в гомогенизатор 7. В гомогенизаторе смесь сначала увлажняется, а затем поступает в испарительно-охладительную установку 8, где она по температуре и влажности доводится до требуемых норм. Из охладителя смесь через элеватор 9

 

Рис. 10.1. Технологическая схема переработки
песчано-глинистых смесей, поступающих с выбивных решеток:

1 – выбивная решетка; 2 – магнитный сепаратор; 3 – ленточный конвейер;
4 – дезинтегратор; 5 – грохот; 6 – бункер; 7 – гомогенизатор;
8 – испарительно-охладительная установка; 9 – элеватор; 10 – бункеры

и систему транспортеров поступает в бункер 10 для потребления. Данная схема переработки отработанной смеси является наиболее совершенной и применяется в крупных литейных цехах с большим потреблением формовочных и стержневых смесей. В цехах с меньшим объемом производства применяется более упрощенная схема переработки отработанных смесей, которая позволяет использовать полученную оборотную смесь в виде компонента при приготовлении формовочных смесей в количестве 90-95%.

Отливки с приставшей к ним смесью, а также стержни, находящиеся в отливках, направляются в очистное отделение. В результате очистки отливок в очистном отделении получают смесь примерно в количестве 10% от всей отработанной смеси. Эта смесь, а также отходы из-под сит поступают в отвальный бункер. В отвальных смесях содержится 60-70% годных зерен песка, поэтому эти смеси подвергаются регенерации с целью выделения годных зерен песка для повторного применения.

На рис. 10.2 представлена технологическая схема процесса регенерации отработанных и отвальных смесей смешанного типа, основными примесями которых являются продукты разрушения жидкого стекла, феррохромового шлака, угля и сульфитно-спиртовой бражки.

 

Рис. 10.2. Технологическая схема регенерации отработанных
и отвальных смесей смешанного типа:

1 – магнитный сепаратор; 2 – грохот; 3, 4 – дробилки; 5 – бак;
6 – насос; 7 – конический классификатор; 8 – спираль­ный классификатор;
9 – оттирочная машина; 10 – мешалка; 11 – бак; 12 – дренажный закром;
13 – барабанное су­шило; 14 – барабанный охладитель

Отвальные смеси из различных участков цеха подаются на общий ленточный транспортер. Пройдя под магнитным сепаратором 1 дробилки 3 и 4 и грохот 2, они смешиваются с водой и поступают в бункер 5. Затем отработанные смеси в виде пульпы с помощью насоса 6 по трубопроводам передаются в конический классификатор 7. Одновременно в конический классификатор передается пульпа от гидрокамер, предварительно подвергнутая магнитной сепарации и грохочению. Из конического классификатора продукт поступает на спиральный классификатор 8 и оттирочную машину 9, где отделяются инертные пленки связующего с поверхности зерен песка. Затем продукт перемешивается с водой в мешалке 10 и в виде пульпы с помощью насоса передается во второй, а затем в третий спиральный классификатор для дополнительной оттирки инертных пленок с поверхности зерен песка. После этих операций продукт поступает в дренажный закром 12, а затем в барабанное сушило 13 и барабанный охладитель 14. Из конического и спиральных классификаторов сливные воды самотеком поступают в бак 11, а из него – на участок осветления вод и сгущения шлама.

На рис. 10.3 приведена технологическая схема регенерации отработанных стержневых смесей, поступающих из гидрокамер.

 

Рис. 10.3. Технологическая схема регенерации
отработанных смесей, поступающих из гидро­камер:

1 – гидромонитор; 2 – гидрокамера; 3 – грохот; 4 – насос;
5 – конический классификатор; 6 – спиральный классификатор;
7 – дренажный закром; 8 – барабанное сушило

Конечный продукт регенерации – формовочный песок (регенерат). Из-под решетки гидрокамеры 2 отработанная стержневая смесь, вымываемая из отливки с помощью гидромонитора 1, попадает на грохот 3, где производится отсев спекшихся комочков смеси. Из бункера, расположенного под грохотом, с помощью насоса 4 смесь в виде водно-песчаной пульпы по трубопроводу направляется в конический классификатор 5, в котором осуществляется частичное отделение сливными водами пылеобразных продуктов. Из этого классификатора смесь поступает в спиральный классификатор 6, в котором производится оттирка инертных пленок с поверхности зерен песка, после чего продукт поступает в дренажный закром 7 для удаления свободной влаги. Из дренажного закрома с помощью грейферного крана продукт поступает в барабанное сушило 8, а затем для потребления – в смесеприготовительное отделение цеха. Регенерированный песок содержит не более 1% органических включений – продуктов разрушения связующих материалов отработанных смесей.

На рис. 10.4 приведена технологическая схема регенерации отработанных песчано-смоляных самотвердеющих смесей, поступающих также от выбивных решеток.

Рис. 10.4. Технологическая схема регенерации отработанных песчано-смоляных
самотвердеюших сме­сей, поступающих от выбивных решеток:

1 – выбивная решетка; 2 – магнитный сепаратор; 3 – вибропитатель;
4 – щековая дробилка; 5 – роторная дробилка; 6 – грохот;
7 – сепаратор-обеспыливатель; 8 – камерный насос; 9 – разгрузочный бункер;
10 – охладитель; 11 – бункер установки для приготовления смесей

 Из-под выбивной решетки 1 горячая смесь по вибропитателю 3, пройдя магнитный сепаратор 2, попадает в щековую дробилку 4, где производится дробление спекшихся комков. Из щековой дробилки по системе транспортеров после вторичной магнитной сепарации смесь поступает в роторную дробилку 5, в которой производится отделение инертных пленок связующего с поверхности зерен песка. Из роторной дробилки смесь, пройдя через грохот 6, попадает в сепаратор-обеспыливатель 7, где производится отделение пылеобразных составляющих от кондиционной части зернового продукта. Из сепаратора с помощью камерного насоса 8 по трубопроводу продукт сначала поступает в разгрузочный бункер 9, а затем в охладитель 10, откуда по системе пневмотранспортера охлажденный продукт передается в бункер смесителя непрерывного действия 11 для использования в качестве огнеупорной основы формовочных и стержневых смесей. Данная схема регенерации песчано-смоляных смесей позволяет получить продукт, который можно использовать в качестве заменителя свежего формовочного песка в количестве до 70-90%.

 

Список литературы

1. Боровский Ю. Ф. Формовочные и стержневые смеси / Ю. Ф. Боровских, М. И. Шацких. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1980. - 86 с.

2. Васильев В. А. Физико-химические основы литейного производ­ства: Учебник для вузов. - М.: Интермет Инжиниринг, 2001. - 336 с.

3. Гуляев Б. Б. Формовочные процессы / Б. Б. Гуляев, О. А. Кор­ню­ш­­­кин, А. В. Кузин. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 264 с.

4. Формовочные материалы и смеси / С. П. Дорошенко, В. П. Ав­до­кушин, К. Русин, И. Мацашек. - Киев: Выща шк.; Прага: СНТЛ, изд-во техн. лит., 1990. - 415 с.

5. Формовочные материалы и технология литейной формы: Спра­воч­ник / С. С. Жуковский, Г. А. Анисович, Н. И. Давыдов, Н. Н. Кузь­мин, Э. Л. Ат­­рощенко, И. П. Ренжин, Б. Л. Суворов, С. Д. Тепляков, А. А. Шпек­тор; Под общ. ред. С. С. Жуковского. – М.: Машиностроение, 1993. - 432 с.

6. Илларионов И. Е. Формовочные материалы и смеси: Монография / И. Е. Илларионов, Ю. П. Васин. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 1992. - Ч. 1. - 223 с.

7. Сварика А. А. Покрытия литейных форм. - М.: Машинострое­ние, 1977. - 216 с.

8. Степанов Ю. А. Формовочные материалы / Ю. А. Степанов, В. И. Семенов. - М.: Машиностроение, 1969. - 157 с.

9. ГОСТ 2138-91. Пески формовочные. Общие технические условия.

10. ГОСТ 29234.0-91 – ГОСТ 29234.13-91. Общие требования к методам испытаний формовочных песков.

11. ГОСТ 3594.0 -77 – ГОСТ 3594.12-77. Глины формовочные. Методы испытаний.

12. ГОСТ 3594.0-93 – ГОСТ 3594.15-93. Глины формовочные огнеупорные. Методы испытаний.

13. ГОСТ 3226-93. Глины формовочные огнеупорные. Общие технические условия.

14. ГОСТ 28177-89. Глины формовочные бентонитовые. Общие технические условия.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................................................... 3

1. Понятия о формовочных материалах и их основные виды.................................... 5

1.1. Свойства формовочных и стержневых смесей.................................................... 5

1.2. Гидравлические свойства..................................................................................... 6

1.3. Механические свойства...................................................................................... 10

1.4. Технологические свойства................................................................................. 12

1.5. Теплофизические свойства................................................................................. 16

2. Структура формовочных, стержневых смесей и красок....................................... 19

3. Исходные материалы............................................................................................. 25

3.1. Минералогический состав формовочных песков.............................................. 25

3.2. Классификация формовочных песков................................................................ 26

3.3. Технологические требования к формовочным пескам...................................... 29

3.3.1. Определение глинистых частиц формовочных песков.................................. 31

3.3.2. Определение среднего размера зерна и коэффициента однородности......... 34

3.3.3. Определение предела прочности при сжатии формовочного песка
во влажном состоянии (ГОСТ 29234.4-94)................................................................ 36

3.3.4. Метод определения влаги формовочного песка............................................ 37

3.3.5. Определение рН формовочного песка по ГОСТ 29234.6-91........................ 38

3.3.6. Определение газопроницаемости формовочного песка................................ 38

3.3.7. Определение потери массы формовочного песка при прокаливании........... 39

3.4. Высокоогнеупорные формовочные материалы................................................. 40

3.4.1. Хромит............................................................................................................ 41

3.4.2. Магнезит.......................................................................................................... 42

3.4.3. Хромомагнезит................................................................................................ 43

3.4.4. Циркон............................................................................................................. 43

3.4.5. Оливин............................................................................................................. 44

3.4.6. Дистен-силлиманит......................................................................................... 44

3.4.7. Шамот.............................................................................................................. 44

3.5. Рекомендации по применению свежих формовочных песков........................... 46

4. Формовочные глины............................................................................................. 48

4.1. Происхождение глин......................................................................................... 48

4.2. Минералогический состав формовочных глин................................................ 48

4.3. Структура глин.................................................................................................. 50

4.4. Классификация глин........................................................................................... 52

4.5. Свойства формовочных глин............................................................................. 56

4.6. Применение формовочных глин........................................................................ 60

5. Связующие материалы для формовочных и стержневых смесей......................... 61

5.1. Основные требования, предъявляемые к связующим материалам.................... 61

5.2. Физико-химические свойства связующих материалов...................................... 62

5.3. Классификация связующих материалов............................................................. 66

5.4. Масла.................................................................................................................. 68

5.5. Полисахариды.................................................................................................... 71

5.6. Лигносульфонаты............................................................................................... 72

5.7. Синтетические смолы......................................................................................... 74

5.8. Силикаты............................................................................................................ 81

5.8.1. Жидкое стекло................................................................................................. 81

5.8.2. Цементы........................................................................................................... 84

5.9. Фосфаты............................................................................................................. 85

5.10. Алюминаты...................................................................................................... 87

5.11. Этилсиликаты.................................................................................................. 88

6. Вспомогательные материалы................................................................................ 90

6.1. Припылы, разделительные смазки..................................................................... 90

6.2. Литейные клеи и замазки.................................................................................... 93

6.3. Прокладочные жгуты и стержневые фитили..................................................... 94

6.4. Экзотермические смеси и теплоизоляционные материалы............................... 95

6.5. Добавки специального назначения.................................................................... 97

7. Подготовка исходных материалов...................................................................... 101

8. Формовочные и стержневые смеси..................................................................... 107

8.1. Песчано-глинистые смеси................................................................................ 109

8.2. Песчано-жидкостекольные смеси.................................................................... 115

8.3. Песчано-смоляные смеси................................................................................. 122

8.4. Песчано-сульфитные смеси............................................................................. 131

8.5. Песчано-цементные смеси............................................................................... 137

8.6. Песчано-масляные стержневые смеси............................................................. 139

9. Противопригарные покрытия.............................................................................. 142

9.1. Механизм образования пригара и способы его предупреждения.................. 142

9.2. Противопригарные краски и пасты.................................................................. 145

9.2.1. Водные противопригарные краски............................................................... 147

9.2.2. Самовысыхающие противопригарные краски.............................................. 151

9.3. Приготовление противопригарных красок..................................................... 153

9.4. Нанесение и сушка противопригарных покрытий.......................................... 155

10.  Регенерация отработанных смесей................................................................... 157

Список литературы.................................................................................................... 162