Выбор процесса для производства стержней

Выбор процесса для конкретных производственных условий следует начинать с анали­за следующих факторов:

- технологического - включает основные свойства смесей: прочность, текучесть,
живучесть, выбиваемость, вероятность образования дефектов.

- экономического - включает стоимость смесей и стержней, брак стержней и от­ливок, возможность экономии металла за счет повышения точности, снижения толщи­ны стенок отливок, стоимости и стойкости оснастки и т.д.

- экологического - включает объем газовыделений в "холодной" стадии процесса и при заливке, охлаждении и выбивке, возможность и стоимость захоронения отходов, утилизации кубового остатка в нейтрализаторах и т.д.

Применительно к производству отливок для дизельных и бензиновых двигате­лей, вентилируемых дисков, рабочих и направляющих колес гидронасосов, корпусов, картеров и т.п. процесс «Cold-Box- Amin» для изготовления стержней предпочтитель­ней по следующим соображениям:

• процесс применяется в промышленных масштабах > 20 лет. Детально изу­чен, сделан ряд важных технологических усовершенствований, практически
все проекты реконструкции действующих литейных цехов и вновь вводимые
мощности основаны на применении именно этого процесса;

• в последние годы разработало >10 модификаций связующих композиций,
предназначенных для различных условий производства с учетом вида сплава
и конструкции отливок, требований по качеству, специфики отдельных про­изводств; из известных "холодных" процессов он является самым экономич­ным. По всему комплексу технологических свойств процесс не уступает кон­
курирующим вариантам и хорошо зарекомендовал себя при производстве
отливок из стали, чугуна и цветных сплавов;

• качество получаемых отливов соответствует высоким требованиям автомо­бильной и тракторной промышленности и требованиям международной сер­тификации литейных производств и отливок;

• в процессе не используют компоненты, вызывающие коррозию оборудова­ния. В связи с этим стоимость его ниже, чем при работе с SO₂;

• по экологическим параметрам процесс соответствует принятым нормам и
санитарно-гигиеническим правилам при соблюдении правил эксплуатации и
вентиляции производственных помещений.

Важным является выбор технологии с точки зрения ожидаемого влияния ее на качество отливок. Ориентировочные данные по дефектам приведены ниже.

Сравнение процессов проведено по пятибалльной системе, где: 1 - отлично, 5 -плохо.

Cold-Box-Amin Эпокси-SO₂ MF-процесс

Эрозия..................................................... 2 1 1

Просечки................................................ 3 3 2

Чистота поверхности............................ 2 3 3

Газовые дефекты................................... 1 1 1

Пенетрация металла............................. 2 2 4

Образование блестящего углерода..... 3 1 1

Выбиваемость....................................... 3 1 4

Выбиваемость. В связи с хорошей выбиваемостью смесей с эпокси-акрилатным связующим они зарекомендовали себя при производстве алюминиевых отливок. Для аминового процесса усовершенствованы связующие композиции, в ре­зультате чего снижена остаточная прочность. В настоящее время выпускают его специальные модификации, предназначенные для производства отливок из А1-сплавов. В этом случае при использовании стержней для кокильных отливок (головки блока, кол­

лекторы и т.д.) обеспечивается хорошая выбиваемость и, одновременно, высокая тер­мостабильность смесей в области температур нагретого кокиля - 300...320°С, что ис­ключает «горячую» деформацию стержня. При эпоксидном процессе деформация стержня в горячем кокиле вероятнее, и его применение требует предварительных испы­таний в производственных условиях.

Для экономической оценки используются данные США о стоимости изготовле­ния разными процессами 1 т стержней (в долл. США):

Cold-Box- Amin Эпокси- SO?_ MF-процесс

Песок....................................... 25 25 25

Связующее.............................. 31,3 44,0 30,1

Катализатор и очистка............ 4,2 3,5 17,7

Суммарная стоимость

1тстержней.......................... 60,5 72,5 72,8

Примечание: Цены на отечественные связующие и вспомогательные материалы могут быть не­сколько ниже, чем на западные, но ценовые соотношения останутся примерно теми же, что и приведен­ные выше.

Сравнить процессы с отверждением газообразными катализаторами по экологи­ческим показателям можно только условно, поскольку в производстве действуют спе­цифические факторы, такие как устройство вентиляционной системы, условия прогрева стержней и формы, составы стержневой и формовочной смесей. Для условной оценки используют лабораторные данные о газовыделениях по фиксированной для данных ис­пытаний методике или по результатам анализа воздушной среды в промышленных ус­ловиях также с указанием условий замеров.

Общее преимущество "холодных" процессов перед "горячими" - отсутствие вы­делений в окружающую среду токсичных компонентов - фенола, формальдегида, мета­нола (на стадии изготовления стержней). Объектом периодического контроля является только наличие в воздухе триэтиламина - в зонах, окружающих стержневую машину и первичного хранения стержней. Последняя обычно оборудуется вытяжной вентиляци­ей. Что касается стержневых машин, то при правильной конструкции оснастки проблем с превышением ПДК по амину не возникает. Показательным является и сравнение ток­сичности (ПДК) газовыделений при "горячем" и "холодном" процессах:

"Hot-Box" процессCold-Box-Amin

Фенол -0,1 мг/мЗ Триэтиламин - 10 мг/мЗ

Формальдегид - 0,05 мг/мЗ

Метанол - 5 мг/мЗ

Валовые газовыделения как при изготовлении стержней, так и при заливке, ох­лаждении и выбивке отливок при "холодных" процессах в 1,5-1,7 раза ниже, чем при "горячих", в связи с меньшим общим содержанием связующей композиции.

На "холодной" стадии процесса изготовления наиболее безопасны процессы с продувкой метилформиатом, диметоксиметаном и СО₂ однако, с учетом всего ком­плекса технологических параметров и стоимости, область их применения ограничена. Объем газовыделений при заливке и охлаждении форм при "холодных" процессах су­щественно ниже, чем при "горячих". Некоторые сведения о номенклатуре и допусти­мых концентрациях компонентов газовых смесей, образующихся при заливке, охлаж­дении и выбивке приведены в таблице:

Процесс	Газовые выделения	Допустимые значения мг/ м3 в смену
Cold-Box-Amin	Окись углерода
	Ароматические изоцианаты	0,5
	Фенол	0,1
	Формальдегид	0,05
Эпокси-SO2	Окись углерода
	Диоксид серы
	Фенол	од
	Акриловая кислота	-
	Гидроксиакрилат	-
MF-процесс	Окись углерода
	Фенол	од
	Формальдегид	0,05
«Hot-Box» - процесс	Метанол
	Формальдегид	0,05
	Фурфурол	0,05
	Фуриловый спирт	0,05
	Фенол	од
	Аммиак
	Цианиды	0,3
	Окислы азота	23,0
	Бензол	0,1

Анализ приведенных данных и опыт работы западных и российских фирм пока­зывает, что при переходе от "горячих" ящиков к любому из "холодных" процессов рас­ходы, связанные с вентиляцией, газоочисткой, санкциями органов экологического кон­троля, существенно снижаются.

Собственно "холодные" процессы по газовыделениям при заливке и охлаждении форм принципиально мало различаются, что следует из приводимых в таблице данных по скорости выделения газов (1 г газа на 1 г связующей композициии; в числителе -Cold-Box-Amin, в знаменателе - Эпокси SO₂ -процесс).

Время	Фор-	Аромати-		Аромати-	Акрило-	Гидрокси-	Диоксид
наблю-	маль-	ческие	Фенол	ческие	вая ки-	этилакри-	серы
дении,	дегид	изо-		угле-	слота	лат
мин		цианаты		водороды
0... 15	0,016/-	0,028/ -	1,58/2,45	2,2/7,8	- /0,33	- /0,25	-/0,15
16...30	0,015/-	0,044/ -	3,19/3,36	4,7/ 7,5	- /0,47	- /0,27	-/0,13
31...45	0,01/-	0,069/ -	3,89/4,35	5,6/6,5	- /0,34	- /0,27	-/0,18
46... 60	0,01/-	0,054/ -	3,08/4,01	4,7/ 5,0	- /0,37	- /0,30	- /0,08

Как видно, из этих двух процессов «Cold-Box-Amin»- процесс в экологическом плане предпочтительнее.