В организации литейного производства с использованием

технологии "No-Bake"

Литейный завод "Dossmann" г. Waldurn-Rippberg, производит чугунные отливки для станкостроения в объеме 7000 тонн в год. Имеется три производственных участка:

- участок крупных отливок до 4000 кг,

- участок среднего литья с развесом от 20 до 500 кг,

- участок мелких отливок.

Примеры отливок массой до 4000 кг, отливаемых на участке крупного литья

Примеры отливок массой до 300 кг, изготавливаемых на участке среднего литья

Мелкие отливки, изготавливаемые на участке мелкого литья ф. Dossmann

На заводе работает 167 человек, в том числе два технолога, три электрика, пять слесарей.

Плавка металла осуществляется в коксовых вагранках (2 шт.) производитель­ностью 7 т/час. В холодное дутье подается 2-3% кислорода, что позволяет иметь на желобе чугун с температурой до 1560⁰С. Смешение кислорода с воздухом производит­ся непосредственно в фурме. Чугун переливается в индукционный копильник емко­стью 3 т.

Вагранки имеют наружное поливное охлаждение. Отходящие из вагранки газы подвергаются полной очистке.

Производятся отливки из серого и высокопрочных чугунов марок GGG-40, 50, 60, 70, 80. Модифицирование ведется в ковше, через крышку которого подается по­рошковая "проволока" с модификатором. Подача порошковой "проволоки" осуществ­ляется трайб-аппаратом фирмы SKW (содержание Mg до 30%, остальное - ферросили­ций). Модифицирование расплава по этому методу позволяет экономить дорогостоя­щие материалы, повысить культуру производства.

Для проведения экспресс анализа плавки используется спектрометр. С лаборато­рией налажена прямая связь при помощи пневмопочты. Полученные по каждому об­разцу данные о химической составе чугуна незамедлительно передаются на монитор у плавильщика для оценки. При помощи специальных диаграмм прослеживается тен­денция изменения отдельных элементов химсостава.

Контроль характеристики предела прочности при разрыве, а у высокопрочного чугуна с шаровидным графитом также и предела текучести и относительного удлине­ния, производится при помощи современной разрывной машины, соединенной с ком­пьютером.

Изготовление форм и крупных стержней производится на основе холоднот­вердеющих смесей с применением фурановых смол, отверждаемых паротолуоловой сульфокислотой (ПТСК). Расход смолы 0,6-0,9% от массы песка, расход ПТСК - 30% от массы смолы. Форма заполняется смесью из шнековых смесителей. Для уплотнения применяется вибростол.

Малогабаритные стержни изготавливаются по процессу Cold-box-amin на стержневом автомате фирмы "Laempe", Германия.

Широко применяются пенополистироловые газифицируемые модели.

Формы, стержни, литниковые чаши окрашиваются спиртовой краской на основе корунда.

После заливки и охлаждения выбитая смесь подвергается механической регене­рации с возвратом в формовочную систему до 95% смеси. Стержни, оформляющие внутренние полости, изготавливаются из свежих песков без применения регенерата. Мелкие стержни красятся вручную, крупные - методом облива.

При изготовлении форм и крупных стержней широко применяются пластмассо­вые газоотводные трубки различных диаметров. Собранные формы выставляются на заливку при помощи мостового крана. Крепление полуформ осуществляется струбци­нами. Заливка форм ведется в тех же пролетах, что и изготовление форм, с использова­нием чайниковых ковшей. Гари и копоти при заливке и резкого запаха не наблюдается.

После заливки формы выбиваются на выбивной инерционной решетке.

Очистка отливок производится в дробеметных камерах с применением сталь­ной дроби. Отливки имеют высокого качества поверхность, без наружных дефектов и пригара. При необходимости осуществляется ультразвуковой контроль и краско-капиллярная дефектоскопия. Предприятие имеет право выдавать контрольно-приемочные сертификаты по стандарту DIN 50049. Брак отливок до 5%. Выход годного от металлозавалки - 75%.

Фирма Dossmann производит литье по лицензии компании Bonvarite.

Особенностями процесса Bonvarite изготовления отливок, запатентованного во Франции, являются:

• мелкозернистая перлитная структура,

• высокая прочность,

• нечувствительность к изменению толщины стенок отливки,

• отсутствие отбеливания кромок отливки,

• хорошая механическая обрабатываемость,
• высокое сопротивление износу,

• способность упрочняться.

Процесс Bonvarite - это особый процесс плавки. Плавка протекает при высокой температуре с контролируемой восстановительной фазой. Осуществляется полное рас­кисление плавки и удаление всего газа. Полученный серый чугун обладает особенно тонкой гомогенной структурой.

Производятся отливки четырех категорий:

Категория LA. Отливки для общих областей применения (крышки, фланцы, корпуса машин, картеры).

Категория LB. Отливки для областей применения с повышенными требования­ми (корпуса транспортных средств, муфты, патрубки, корпуса прессов).

Категория LC. Отливки высоконагруженных деталей (компрессоры; гидравли­ческое оборудование; механизмы передач; детали, подверженные коррозионному исти­ранию).

Категория LD. Отливки для сверхвысоких нагрузок (печатные цилиндры, дета­ли прессов, тяжелое оборудование для механической обработки). Отливкам этой кате­гории придается способность упрочняться.

Фирма очень ценит своих высококвалифицированных сотрудников и считает их самым главным фактором в достижении требований будущего.

До начала выполнения заказа фирма проводит консультации по созданию бла­гоприятной конструкции отливки, предлагает услуги в виде семинаров по техническим характеристикам материалов. На этих семинарах показываются возможности опти­мальной конструкции отливки с точки зрения процесса литья.

Пакет программного обеспечения "Structura FORM" электронной обработки данных по каждому заказу позволяет осуществлять поставки точно в срок и управлять заказами во времени.

Качество модельной оснастки является залогом получения точных отливок. На фирме большое значение придается производству моделей, которые, в зависимости от требований долговечности, изготавливаются из различных материалов (дерево, много­слойная фанера, металл, специальные пластмассы). Благодаря использованию совре­менной компьютерной техники, накопленного опыта экспертов, системе САПР и моде­лирования процесса затвердевания, осуществляется оптимизация литейных процессов для каждого наименования отливок.

3.10. Применение процесса "α-set" в производстве стальных арматурных отливок на Чеховском заводе энерге­тического машиностроения

Связующим для α-set- и p-set-процессов служит щелочная фенольная смола, от-верждаемая органическим эфиром. Процессы разработаны фирмой BORDEN Inc. (Ве­ликобритания), и в начале 90-х гг. их начали широко применять в Европе, США, Япо­нии. В последнее время процесс применяют и на нескольких российских заводах.

Следует отметить, что для данного процесса в России в необходимом количестве производят компоненты связующей композиции - смолу и отвердители, позволяющие в необходимых пределах регулировать живучесть смесей и продолжительность тверде­ния стержней или форм до извлечения из ящиков или вытяжки модели. Эти компонен­ты изготовляют «Уралхимпласт» (г. Н. Тагил), «Полион-П» (Москва), «Заря» (г. Дзер­жинск), их также поставляют несколько западных фирм.

Учитывая опыт применения этих технологий, можно выделить следующие их преимущества:

• низкий уровень запаха при смесеприготовлении и формообразовании;

• низкий уровень газовыделений на «холодной» и «горячей» стадиях процесса;

• высокая прочность стержней и форм;

• высокая текучесть смеси из-за низкого содержания жидкой композиции и, сле­довательно, хорошая уплотняемость при вибрации без применения других средств уп­лотнения;

• возможность регулирования продолжительности твердения в зависимости от
заданной производительности, оборота оснастки, температуры воздуха и песка и т.д.;

• незначительная прилипаемость к оснастке;

• высокая термостойкость, низкая склонность к образованию пригара и просе­чек;

• низкое содержание в смеси азота, устойчивость против образования газовой
пористости в стальных отливках;

• возможность применения единого технологического процесса для стержней и
форм;

• возможность регенерации (как правило, используют механическую регенера­цию) с возвратом 75-80% песка в виде регенерата;

• хорошие экологические показатели.

В табл. 1 приведены некоторые характеристики α-set-процесса по сравнению с другими холоднотвердеющими смесями (ХТС), применяемыми у нас и за рубежом.

Таблица 1.

Показатели	α-set	Фурановая смола + ки­слота	Фенольная смола + кислота	Фенолоу-ретановя смола	Алкидно-изо-цианатная смола	Жидкое стекло + эфир
Запах при перемешива­нии (с горяч, песком)	Очень слабый	Сильный	Сильный	Сильный	Умеренный	Очень сла­бый
Прилипаемость	Очень низкая	Высокая	Высокая	Высокая	Очень низкая	Средняя
Отношение живучести к
времени извлечения из оснастки, %
Влияние температуры	Умеренное	Сильное	Сильное	Умерен-	Умеренное	Умеренное
Применение хромита,
хромомагнезита, магнез.	Да	Нет	Нет	Нет	Да	Да
Хранение стержней
и форм	Длительное	Длительное	Длительное	Среднее	Среднее
Регенерируемость	Средняя	Средняя	Высокая	Высокая	Высокая	Плохая

Также сравним показатели технологических процессов и отливок, получаемых с применением различных ХТС (табл. 2).

Показатели	α-set	Фурано-вая смола + кислота	Фенольная смола + ки­слота	Фенолоуре-тановая смола	Алкидно-изо-цианатная	Жидкое стекло + эфир
Склонность к пригару	Низкая	Низкая	Низкая	Средняя	Средняя	Низкая
Склонность к просечкам	Низкая	Высокая	Высокая	Средняя	Низкая	Низкая
Вероятность газовых дефектов	Низкая	Средняя	Средняя	Высокая	Высокая	Низкая
Выбиваемость	Хоро-	Средняя	Средняя	Средняя	Средняя	Плохая
Блестящий углерод	Низ-	Средний	Средний	Высокий	Высокий	Низкий
Газовыделение при заливке	Низкое	Среднее	Среднее	Большое	Большое	Низкое

Таблица 2

Ниже приведены основные свойства применяемых смол в α-set- и p-set-процессах:

вязкость, МПа • с (сП)………………………….100 - 150

плотность, г/см³…………………………………1,2-1,3

растворимость в воде.....................................неограниченная

сухой остаток, %...................................................45 - 58

рН....................................................................... 12,5 - 14,0

содержание, %:

свободного формальдегида....................................0,1

свободного фенола..................................................0,2

азота………………………………………………1,0 - 1,6

Применяют несколько типов отвердителей, каждый из которых обеспечивает различное соотношение «живучесть / время до извлечения». Выбор отвердителя зави­сит от характеристик песка и используемой смолы. Зарубежные фирмы выпускают се­рию отвердителей, обеспечивающих живучесть 5-50 мин. Однако на практике удобно использовать два отвердителя - живучестью 5-7 мин и ВД-50 мин, комбинируя ко­торые получают необходимые живучесть и время затвердевания.

Уменьшение таких дефектов расширения, как просечки и пригар - важнейшее преимущество α-set- и p-set-процессов, обусловленное природой полимера, образующе­гося при отверждении смеси, что позволяет компенсировать первоначальное расшире­ние песка при литье до окончательного затвердевания связующей системы. Низкое со­держание азота и отсутствие серы и фосфора минимизируют газовые и металлургиче­ские дефекты без добавления оксидов железа.

Проанализировав все современные процессы, на Чеховском заводе энергетиче­ского машиностроения (ЧЗЭМ) приняли решение для изготовления стержней приме­нить a-set-процесс. На этом заводе для получения стальных отливок двухслойные фор­мы с облицовочным слоем из смеси с жидким стеклом с последующей поверхностной подсушкой изготовляют на встряхивающих машинах. Стержни (объемом 0,5-20 дм³) для отливок, имеющих небольшую толщину стенок, изготовляют С0₂-процессом из смесей на основе кварцевого песка. Для более массивных отливок стержни (объемом 13-350 дм³) делают двухслойными с тепловой сушкой: облицовочный слой из смеси с жидким стеклом и хромитовым или дистенсиллиманитовым концентратом, наполни­тельный - из смеси с лигносульфонатом на основе песка и отработанной смеси. Все стержни окрашивают.

Процессом α-set были изготовлены стержни практически для всей номенклату­ры отливок (с толщиной стенок 15-200 мм). В качестве наполнителей применяли, в

зависимости от толщины стенок, кварцевый песок, дистен-силлиманитовыи и хромито-

вый концентраты. Смеси содержали 1,4-2,0% связующего, 0,4-0,6% отвердителя, живучесть смеси составляла 5-15 мин. Прочность смесей с кварцевым песком 17-19

кгс/см² (1,7-1,9 МПа), смесей с другими наполнителями 22-25 кгс/см² (2,2-2,5 МПа).

Все отливки после контроля визуального, радиографией и магнитопорошковой дефектоскопии были приняты ОТК. Отливки не имели пригара, при этом объем ис­правления дефектов сократился в 1,5-2 раза.

Процессом α-set также были изготовлены комплекты форм и стержней для отли­вок корпуса, масса годной отливки 50 кг, масса жидкого металла на одну отливку 120 кг. Формовку производили в парных опоках размером 1000x800x400 мм, по четыре от­ливки в опоке. Живучесть используемой смеси при температуре песка и воздуха 23-25°С составляла 5-7 мин. Стержни и формы окрашивали цеховой краской по обычной технологии. Все полученные отливки были приняты ОТК, прошли гидроиспытания, пригара на наружной и внутренней поверхностях не обнаружено.

При изготовлении стержней замеряли содержания в воздухе рабочей зоны (на расстоянии 15-20 см от поверхности стержня на рабочем месте стерженщика и в 2 м от него) токсичных компонентов: фенола и формальдегида. Такие же замеры провели в открытой зоне заливочного участка до и после заливки. Превышения ПДК по ука­занным компонентам не обнаружили.

Для проектирования вентиляции на участках изготовления стержней и форм, за­ливки, охлаждения и выбивки форм, а также для газоочистки и согласования допусти­мого уровня выбросов токсичных веществ в окружающую среду были выполнены рас­четы газовыделений, в основу которых положены теоретические и экспериментальные исследования, проведенные ранее, а также нормативные документы по α-set- и p-set-процессам. Кроме того, в расчетах использовали данные отечественных и зарубежных исследований процессов изготовления стержней и форм из ХТС со связующими на ос­нове фенолформальдегидных смол.

Расчет выполняли на основе анализа номенклатуры отливок, для чего все отлив­ки разделили на три группы с различной средней толщиной стенки отливки и средним диаметром стержня, мм, соответственно: I группа - 30 и 150; II группа - 60 и 300; III группа - 80 и 450.

Примерный расход стержневых смесей по группам приведен в табл. 3.

Таблица 3

Группа (объем стержней)	Доля в годовой программе, %	Расход стерж­невой смеси, т/	Расход стержневой смеси, м3/ сутки	Расход стержневой смеси, т/ сутки
I (<10дм3) II (10 -20 дм3) III (>20дм3)	24,5 6,1 69,4	236,4 58,9 669,6	0,627 0,156 1,776	0,94 0,234 2,664

Выполнив расчет и определив средние показатели по группам, получили, что га­зовыделения токсичных компонентов составляют, г/сутки: 2270 монооксида углерода, 126,1 фенола, 63,1 формальдегида.

При этом примерное распределение газовыделений по участкам следующее, %: заливка форм металлом 6...8; охлаждение залитых форм 85...90; выбивка 2...8.

Газовыделения на «холодной» стадии (при изготовлении стержней и форм) можно оценить по данным для смол фенольного класса, содержащих около 1 % сво­бодного фенола и 0,1-0,2% свободного формальдегида. При заполнении стержневых ящиков и опок газовыделения определяют с единицы массы смеси, поступающей из

смесителя, что составляет: 0,3…0,5 мг фенола, 0,8...1,0 мг формальдегида на 1 кг сме­си за 1 ч.

При отверждении газовыделения определяют с единицы открытой поверхности стержня или формы, что составляет: 0,01...0,05 мг фенола и 0,05...0,07 мг формаль­дегида на 1 дм² поверхности стержня или формы за 1 ч.

Результаты расчета при нагреве («горячая» стадия] и данные о газовыделении при изготовлении стержней и форм («холодная» стадия) ориентировочные и требуют уточнения по результатам фактических замеров содержания токсичных компонентов в воздушной среде при освоении на заводе новых технологических процессов.

Внедрение в полном объеме α-set- и p-set- процессов изготовления стержней при производстве арматуры для энергетики и нефтегазового комплекса позволит:

• механизировать процесс изготовления стержней;

• улучшить условия труда, практически полностью исключить ручной труд, при
этом получить экономию за счет:

• снижения трудоемкости изготовления стержней;

• уменьшения затрат на изготовление и ремонт стержневой оснастки и на ис­правление дефектов отливок;

• снижения расхода материалов и трудоемкости при изготовлении каркасов для
стержней;

• исключения процесса сушки стержней;

• уменьшения материальных и трудовых затрат при обрубных работах, связан­ных с удалением стержней из отливки и исключения операций абразивной зачистки
• внутренних поверхностей отливок;

• снижения потерь от окончательного брака отливок по вине стержней;

• повышения геометрической точности стержней и, соответственно, отливок;

• уменьшения, а в ряде случаев исключения, за счет повышения геометрической
точности отливок, затрат на механообработку отливок;

• высвобождение производственных площадей на стержневом участке.
Общий годовой экономический эффект только при переводе на новую техноло­гию производства стержней составит более 5 млн. руб.