2014-02-17
4334
В массовом и крупносерийном литейном производстве процессы изготовления литейныхстержней в «холодной» оснастке основаны на отверждении стержней продувкой их газообразным катализатором или отвердителем непосредственно в оснастке.Сразу после продувки, которая продолжается несколько секунд, достигается прочность,достаточная для извлечения стержня из ящика, проведения других технологических операцийи транспортирования. Название процессов и их краткие характеристики приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Технологические процессы изготовления стержней
с отверждением продувкой газо-воздушной смесью
| Процесс | Связующий компонент 1 | Связующий компонент 2 | Катализатор, отвердитель | Живу-честь, ч | Прочность на изгиб, МПа через 30 с / 24 ч |
| Полифам-1 (Россия) Cold-Box-Amin (ФРГ) Pertahn(Швеция) Isocure (США) Friodur(Австрия) | Фенольная смола 0,6-0,8 % | Изоцианат 0,6-0,8 % | Триэтиламин, диметилэтиламин | 3…4 | 1,5-2,5/ 3,0…4,0 |
| ЭпоксиSO2 (Россия) FRS(США) | Эпокси-акрилатная композиция 0,6-0,8 % | Эпоксидная смола с орг. пероксидом 0,6-0,8% | Сернистый ангидрид(SO2) | 1,6-2,8/ 3,0-4,0 | |
| MF-процесс (Россия) Betaset (Англия) Vaposet (Швеция) | Фенольная смола 0,7-1,0% | - | Метил-формиат | 0,7-0,9/ 2,0-3,0 | |
| ФС- СО2 (Россия) Сагbophen(Германпя) Novanol (США) Phenco (Швеция) | - 1,0-1,25% | - | Углекислый газ | 5-6 | 0,5-0,7/ 1,6-2,0 |
| Redset (Германия) Novaset(США) | - 0,7-0,8% | Кислота | Диметоксиметон | 2,4-3,6/ 3,0-4,0 |
Примечание. Существуют идругие варианты названий. Каждая фирма-производитель присваивает связующим композициям собственные коммерческие названия
|
|
|
Преимущества процессов«Cold-Box» перед «Hot-Box» представлены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Преимущества процессов«Cold-Box» перед «Hot-Box»
| Показатели | Hot-Box | Cold-Box |
| Коробление стержней при изготовлении | 1,0-1,5% | Нет |
| Возможность изготовления моноблоков стержней (точность сборки стержней в моноблок 0,2-0,3 мм) | Нет | Да |
| Брак стержней при изготовлении и сборке | 10-15% | 2-3% |
| Затраты на изготовление нового комплекта стержневой оснастки | 100% | 70-80% |
| Производительность, съемов/ч(блочные стержни) | 100% | 120 % |
| Размер припусков на механообработку | 100% | 60-70% |
| Потериот брака отливок | 100% | 50 % |
| Затраты на связующие и вспомогательные материалы | 100 % | 110 % |
| Объем токсичных газовыделений на операциях заливки ивыбивки | 100% | 50-60% |
| Затраты на захоронение отходов стержней (4-й кл. опасности) | 100% | 12 % |
Практическое применение методов для получения стержней газовой продувкой в промышленно развитыхстранах характеризуется следующими данными: Cold-Box-Amin-процесс – 75 %; Эпокси SO2-процесс – 4 %; Betaset-процесс(MF-процесс) – 3 %; Carbophen (ФС-СО2)-процесс– 5 %; (ЖС-СО2)-процесс – 13 %.
СоId-Box-Amin-процесс разработан в США фирмой Ashland. Стержневая смесь содержит, мас. ч.: 100 кварцевого песка и 0,6…0,8 фенольной смолы с 0,6…0,8 полиизоцианата (связующая композиция). После уплотнения смеси в ящике пескодувным или пескострельным способом стержень продувается смесью паров низкокипящей жидкости – третичного амина (триэтиламина, диметилэтиламина) с воздухом, и стержень приобретает начальную прочность, которая составляет 60 % конечного ее значения. Время продувки 2…5 с, далее 10…20 с стержень продувают воздухом для его очистки от паров амина. Расход катализатора ≤ 1,5 г на 1 кг стержневой смеси. В результате взаимодействия компонентов связующего в присутствии катализатора (амина) образуется твердый полимер – 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.
Эпокси SO2 – процесс разработан и освоен в 1983 году в США и ФРГ. Стержневая смесь для данного процесса содержит, мас. ч.: 100 кварцевого песка; 0,6...0,8 – модифицированной эпоксидной смолы, смешанной с органическим пероксидом, и 0,6...0,8 – эпоксидной смолы, смешанной с акрилатом. После уплотнения стержни продувают газообразным SО2, смешанным с воздухом или азотом, который после продувки направляется в нейтрализатор, как и в аминовом процессе. Продолжительность продувки и последующей очистки воздухом, прочностные показатели смеси аналогичны аминовому процессу. Однако живучесть смеси практически неограничена, по этому показателю смесь с эпокси-акрилатным связующим выгодно отличается от смесей других типов. В нейтрализаторе SO2 нейтрализуется щелочью с образованием водорастворимых солей – сульфата натрия и бисульфата натрия, которые разбавляют водой до разрешенной концентрации и сливают в промканализацию.
По техническим параметрам и достигаемым преимуществам Эпокси SO2 – процесс близок к процессу спродувкой амином.
Кислый характер отработанных стержневых смесей SO2 – процесса более ярко выражен по сравнению с системой СоId-Box-Amin. Подача больших количеств отработанной и механически регенерированной стержневой смеси в поток песчано-глинистой формовочной смеси влияет отрицательно на качество бетонита.
Метод SO2 имеет самую плохую экологию по сравнению со всеми остальными процессами с газовой продувкой. ПДК SO2 (стандарт Германии) – всего 5 мг/м3 воздуха или в 8 раз ниже, чем ПДК триэтиламина. Кроме этого, на различных стадиях технологического процесса выделяются токсичные газы: фурфуриловый спирт, СО, толуол, ксилол, комплексные органические соединения, а также бензол и фенол.
Чтобы уменьшить долю загрязнения рабочей атмосферы стержневого автомата, продувают газовыми смесями типа SO2 + N2 или SO2 + СO2.
Существует ряд проблем, связанных с транспортированием, хранением, подачей к газогенераторным установкам сжиженного газа SO2.
Betaset-процесс (MF-процесс) – процесс изготовления стержней с отверждением метилформиатом. Разработан в Великобритании в 1984 году. В США этот процесс называют фенольноэфирным (Phenolic Ester Cold-Box).
В состав стержневой смеси входят, мас. ч.: 100 кварцевого песка, 1,5...2 водорастворимой щелочной фенольнойсмолы. После уплотнения стержень продувают смесью воздуха с парами жидкого эфира – метилформиата. Метилформиат испаряютв специальном газогенераторе, и так как он не является катализатором, а представляет собойкомпонент протекающей в смеси реакции образования полимера, его расход 20...40 % от массы смолы, а продолжительность продувки – 20...30 с. Прочность стержневой смеси после продувки ниже, чем в процессах Cold-Box-Aminи Эпокси SO2.
|
|
|
MF-процессприменяют для изготовления стержней с несложной конфигурацией,например, для арматурного литья или для получения стержневых форм.
Основное преимущество этого метода по сравнению с амин-процессом – меньшая токсичность (ПДК для метилформиата по нормам Германии – 250 мг/м3 воздуха, для триэтиламина– 40 мг/м3 воздуха). Применение нейтрализатора не требуется. Во время заливки и охлаждения отливки выделяется комплексная газовая смесь, которая не содержит паров органических растворителей. Но такие вещества, как СО, фенол, бензол формальдегидприсутствуют в атмосфере, чтоне позволяет полностью отнести процесс к «экологически чистым».
Основнойтехнологический недостаток процесса - экономически невыгодна регенерация песка. Доля усвоения регенерата не выше 80 %, а стержни MF, получаемые с добавлением регенерата, несколько теряют начальную прочность.
Щелочной характер отработанных песков MF дает возможность применять их в качестве освежителя в потоке песчано-глинистой смеси (в тех случаях, когда имеется формовочный участок песчано-глинистой формовки).
