Раздел  «Машиностроение.  Металлургия»

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
Следует  отметить,  что  на  заводах  автомобильной 
промышленности  для  чугунных  отливок  в  основном 
используется  карбамидфурановая  смола  КФ-90,  а  для 
алюминиевых  сплавов  и  бронзы  –  КФ-35,  КФ-40,  БС-
40.  Стержни  с  рассматриваемыми  связующими 
отверждаются  в  нагретом  ящике  до  манипуляторной 
прочности не менее 0,2 Н/мм . 
К  катализаторам  смол  горячего  отверждения 
следует,  в  первую  очередь,  отнести  растворы  нитрата 
или  хлорида  меди.  В  частности,  на  основе  нитрата 
меди  выпускаются  известные  катализаторы  горячего 
отверждения  КЧ-41  и КЦ-
 
В  массовом  и  крупносерийном  производстве 
стержней 
для 
стальных 
отливок  используются 
безазотистые  фенолформальдегидные  смолы  горячего 
отверждения:  СФ-480  и  СФЖ-305  и  фенолоспирты,  а 
также  фенолфурановые  смолы  ФФ-65  и  ФФ-64С, 
которые  предназначены  для  холодного  отверждения 
 
В  качестве  катализаторов  горячего  отверждения 
фенолоспиртов  используют  сильнокислые  соли  типа 
насыщенного водного раствора хлорного  железа. 
Газотворная  способность  смесей  по  нагреваемой 
оснастке, как  правило, не превышает  10...  12  см /г. 
Для  получения  толстостенных  стальных  отливок 
ответственного  назначения  используют  ХТС  с 
наполнителями  повышенной  огнеупорности  и  с 
минимальными 
объѐмными 
изменениями 
при 
высокотемпературном 
нагреве: 
зернистыми 
концентратами  циркона,  хромита,  дистенсиллиманита 
и  др.  При  этом  содержание  смоляного  связующего  и 
кислотного  катализатора  на  100  мас.  ч.  наполнителя 
уменьшается  (по  сравнению  с  составом  на кварцевом 
песке)  ρ
н.п.о.
/ρ
к.п.
;  ρ
н.п.о.
  и  ρ
к.п.
  –  плотности  наполнителя 
повышенной  огнеупорности  и  кварцевого  песка (2,655 
г/см ). 
Живучесть  ХТС  изменяется  в  интервале  1…2  мин 
(для  смесей  ускоренного  отверждения) до 5…10 мин и 
зависит  от  расхода  и  концентрации  кислоты  и 
температуры внешней среды. 
Скорость  отверждения  зависит  от  живучести, 
температуры  среды  и  компонентов,  а также заданного 
уровня  манипуляторной прочности (для форм таковой 
является  0,15  …  0,20  МПа,  для  стержней  0,6  …  0,7 
МПа  при  сжатии  при  выдержке  цилиндрического 
образца 
в 
оснастке). 
Скорость 
отверждения 
регулируется  от  5  …  6  до  30  …  40  мин  в  основном  в 
результате 
изменения 
расхода 
катализатора 
отверждения.  При  отверждении  прочность  в  первую 
очередь  формируется  во  внешних  слоях  стержней  и 
форм,  контактирующих  с  воздухом.  «Отставание»  в 
формировании  прочности  внутренних  слоѐв  стержня 
или  формы  является  временным  и  нивелируется  в 
течение 1,5-2  часов. 
В  состав  ХТС  обычно  входят  кварцевый  песок, 
смола, 
кристаллизатор 
отверждения 
смолы. 
Формовочные  смеси  с  фурилфенолформальдегидной 
смолой  (ФФ-1Ф)  имели  следующий  состав:  сухой 
кварцевый  песок  100%  (должен  содержать  не  более 
0,5%  глины),  3%  смолы  и  0,5%  катализатора  к  массе 
песка.  Живучесть  такой  смеси 25 мин, т.е. формовка с 
применением  таких  смесей  должна  быть  закончена 
раньше этого времени [3]. 
T
сж
6 кПа через 15 минут после приготовления 
смеси, 686  кПа  через 60 минут. 
Смеси  ХТС  готовятся  в  шнековых  или  лопастных 
смесителях,  которые  имеют  производительность  до  50 
т/ч,  смесители  устанавливают  на  формовке.  В 
смеситель  вначале  вводят  песок,  добавляют  жидкий 
катализатор,  затем  вводят  смолу.  ХТС  применяют  в 
качестве облицовочной смеси по пенополистироловым 
моделям. 
Широкое  применение  в  изготовление  ХТС 
находят  песчаные  смеси  на  синтетических  смолах 
холодного  отверждения  под  действием  жидких 
катализаторов  и отвердителей. 
По 
результатам 
исследования 
определены: 
оптимальный  состав  ХТС  для  тонкостенных  отливок 
(состав:  песок  100%,  смола  2%,  расход  отвердителя 
1%,  глицерин  0,03%);  свойства  смесей  с  различными 
связующими:  на  синтетических  смолах,  фурановых 
смолах  и  с  добавками  окисла  железа.  Исследование 
показало,  что  фурилфенолформальдегидная  смола 
повышает  прочность  смеси  на  20%,  чистоту 
поверхности  до  Rz120.  При  этом  газопроницаемость 
смеси остаѐтся в пределах  100  единиц. 
Актуальность  внедрения  жидкостекольных  смесей 
обусловлена  также  и  тем,  что  жидкое  стекло, 
относящееся  к  числу  дешевых,  недефицитных  и 
экологически 
чистых 
материалов, 
обеспечивает 
получение  отливок  с  достаточно  высокой  размерной 
точностью. 
Однако, 
наряду 
с 
указанными 
преимуществами,  эти  смеси  имеют  и  серьезные 
недостатки:  затрудненную  выбиваемость,  высокую 
пригораемость,  относительно  низкую  живучесть, 
повышенную 
гигроскопичность, 
плохую 
регенерируемость,  которые  в  значительной  степени 
сдерживают  объемы  их  применения.  Реализация 
преимуществ  жидкостекольных  смесей  возможна  в 
случае  существенного  улучшения  их  выбиваемости  с 
одновременным  повышением  свойств  регенерации 
отработанных  смесей. 
К  преимуществам  ХТС  процесса  по  сравнению  с 
процессами  использования  нагреваемой  оснасти 
следует  отнести  следующее:  повышение  точности 
отливок  на  один-два  класса;  снижение  расхода 
электроэнергии  более,  чем  в  10  раз; высокое качество 
отливок;  снижение на 20-30  % потерь от брака. 
Использовались  различные  способы  уплотнения 
смеси,  в  частности  применение  вибрации  в  момент 
формообразования  и  приложение  изменяющегося  во 
времени  давления.  Оптимальным  по  результам 
экспериментов  определено первоначальное давление в 
0,3  МПа,  затем  через  30  секунд  следует  повышение 
давления  до  0,35  МПа.  Все  это  способствует 
повышению  прочности  смеси  на  30-40  %.  В 
производстве  крупных  стальных  и  чугунных  отливок 
использование  ХТС  позволяет  резко  сократить 
технологический  цикл  за  счѐт  ликвидации  объѐмной 
или 
поверхностной 
сушки 
форм, 
повысить 
производительность  труда,  уменьшить  стоимость 
оборудования 
путѐм 
замены 
комбинированных 
методов уплотнения  виброуплотнением. 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
Предложен  новый  состав  ХТС  для  стержней 
(0,001  %  сульфакислоты,  кварцевый  песок  100  %,  3  % 
фурилфенолформальдегидная 
смола, 
0,5 
% 
катализатора  к массе песка). 
Такие 
высокопрочные 
литейные 
формы 
позволяют  получать  отливки  с  высокой  чистотой 
поверхности 
(Rz 
90…120) 
и 
геометрической 
точностью  размеров  (±0,005  %).  Проведены  в 
производственных  условиях  исследования  влияния 
физико-механических  технологических  свойств  ХТС 
на качество литейных  форм и чугунных отливок. 
Реализация  проекта  приведѐт  к  технологическому 
перевооружению  литейных  цехов  с  последующим 
переходом  к  производству  качественных  отливок  для 
машиностроительных 
предприятий, 
в 
частности 
радиаторов  для  реализации  жилищной  программы  и 
отливок  деталей  железнодорожных  вагонов  для  АО 
«Темір  Жолы».  Также  технология  изготовления 
литейных  форм  актуальна  для  горнодобывающей 
отрасли, 
потребляющей 
ежемесячно 
большое 
количество 
отливок 
в 
виде 
постоянно 
изнашивающихся 
зубьев 
экскаваторов, 
траков 
гусениц,  других  запасных  частей,  мелющих  тел  для 
рудообработки и т.д. 
СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ
 
  Серебро В.С., Цвиткис Э.Ш., Лысенко Т.В., Давыдова Е.А., Соловьѐва В.С. Повышение эффективности технол огии литья в 
оболочковые формы // Л итейное производство. 1 9 9 1 .  № 9 . С. 1 7 -
 
  Руденко А.Б ., Серебро В .С. Литьѐ в облиц ованный кокиль. М .: М аш ин остроение, 1 9 87. 1 84 с. 
  Литейные связующие в массовом производстве: Каталог. Свердловск: В НИ И О Т , 1 9 87. 34 с.  
 
 
УДК 620.22(075) 
 
Использование доменного шлака 
в технологии производства литьевого 
камня 
 
Св.С. КВОН, к.т.н., доцент, 
Т.С. ФИЛИППОВА, к.т.н., доцент, 
Г.М. САДВАКАСОВА, магистрант, 
Карагандинский  государственный  технический  университет,  кафедра  ВМиМ 
 
Ключевые  слова:  литьевой  камень,  доменный  шлак,  структура,  пятноустойчивость,  пористость, 
ударостойкость, водопроницаемость. 
 
итьевой  камень  –  это  композитный  материал  на 
основе 
либо 
натуральной  мраморной  или 
ониксовой  крошки,  либо  на  основе  полимербетона  с 
добавлением  связующей  полиэфирной  смолы  и 
красителей. 
Поверхность 
изделия 
покрывается 
гелькоутом.  Литьевой  камень  имитирует  различные 
типы  натуральных  камней  –  в  зависимости  от  типов 
наполнителей  и  красителей  можно  получить  полную 
имитацию  природного  мрамора,  малахита,  яшмы  и 
т.д.  Литьевой  камень  окрашен  на  всю  глубину  и  не 
теряет  цвета  от  воздействия  времени,  ультрафиолета, 
температуры и воды.  
В  последнее  время  появились  исследования, 
посвященные  проблемам  использования  доменного 
шлака  в  технологии  производства  литьевого  камня.  В 
силу  того,  что  доменные  шлаки  являются  отходами, 
производство 
литьевого 
камня  с  добавлением 
доменного  шлака  гораздо  дешевле.  Одновременно 
решается 
проблема 
утилизации 
отходов, 
т.к. 
доменные  шлаки  представляют  собой  значительную 
экологическую  угрозу – на 1 тонну чугуна приходится 
примерно  0,6  тонны  шлака.  Однако  многие  вопросы 
использования  доменного  шлака  при  производстве 
литьевого  камня  остаются  неясными,  поэтому  данное 
исследование  представляется  весьма актуальным.   
Для 
использования 
доменного 
шлака 
в 
производстве  литьевого  камня  нужна  его  специальная 
подготовка.  Расплавленные  доменные  шлаки,  быстро 
охлаждают  водой  или  водовоздушной  смесью  под 
давлением 
на 
специальных 
установках 
для 
грануляции.  При  этом  образуются  шлаковые  гранулы 
со  стеклообразной  аморфной  структурой,  так  как 
быстрое 
охлаждение 
препятствует 
процессу 
кристаллизации.  Далее  шлаковые  гранулы  поступают 
на  мельницы,  в  которых  измельчаются  до  размеров 
0,04-0,08  мм. 
В  структуре  литьевого  камня  с  добавлением 
доменного  шлака,  можно  выделить  два  вида 
структуры: 
1. Микроструктуру 
– 
структуру 
каркаса, 
образованного либо крошкой, либо полимербетоном; 
2. Макроструктуру, 
включающую 
структуру 
каркаса,  заполнителей  и  систему  пор  и  капилляров, 
заполненных  водой и воздухом. 
Л
 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
Каркас  представляет  собой  неоднородное  по 
строению пористое тело.  Структура  его определяется: 
– во-первых, физическим строением продуктов гид-
ролиза и гидратации  минералов цементного клинкера; 
–  во-вторых,  степенью  гидратации  и  величиной 
негидратированных  зон цементных  частиц; 
–  в-третьих,  количеством, размерами и структурой 
микродефектов,  пор  и  капилляров,  пронизывающих 
камень.  
Надо  отметить,  что  пористое  строение  каркаса 
оказывает 
решающее 
влияние 
на 
многие 
эксплуатационные 
свойства 
изделия. 
Такие 
характеристики,  как  водопроницаемость,  способность 
к 
пропитке, 
теплопроводность 
определяются 
тепломассообменными  процессами,  которые,  в  свою 
очередь,  однозначно связаны с параметрами пористой 
структуры.  
С  этой  целью  исследовалась  пористая  структура 
литьевого  камня,  изготовленного  с  добавлением 
шлака.  Анализ  пористой  структуры  проводился 
методом 
ртутной 
порометрии. 
Суть 
метода 
заключается  в  заполнении  открытых  пор  ртутью  под 
давлением.  В  зависимости  от  приложенного  давления 
происходит  заполнение  пор  определенного  радиуса. 
Этот  метод  позволяет  определить  не  только  общую 
открытую  пористость,  но  также  распределение пор по 
размерам и поверхность пор.  
В  качестве  образцов  использовались  небольшие 
фрагменты 
литьевого 
камня, 
полученные 
в 
лабораторных  условиях  с  добавлением  доменного 
шлака.  В  зависимости  от  коэффициента  качества  и 
химического 
состава 
доменные 
шлаки 
подразделяются  на  три  группы,  указанные  в  таблице 
 
В  качестве  добавки  для  изготовления  литьевого 
камня  использовались  доменные  шлаки  1-го  типа, 
наиболее 
распространенного 
в 
условиях 
Карагандинского  региона.  
Количество  шлака  в  образцах  варьировалось  от 
5 %  до  15 %  по  весу,  при  этом  гранулометрический 
состав  шлака  не  менялся  и  имел  постоянный  состав: 
более  90 %  фракции  с  размером  частиц  0,05  мм. 
Результаты  исследований  приведены в таблице  2. 
Из  данных  таблицы  видно,  что  увеличение  доли 
доменного шлака в составе литьевого камня достаточно 
своеобразно влияет на параметры пористой структуры. 
Увеличение  доли  шлака  вплоть  до  15%  способствует 
уменьшению  доли  пор  радиусом  r  =  1000-3000  Å, 
увеличивает  долю  пор  радиусом  r  =  500-1000  Å, 
влияние  на  долю  пор  радиусом  r  =  50-500Å 
неоднозначно.  
Из  литературных  источников  [1,2]  известно,  что 
на  массообменные  процессы  оказывают  влияние 
поры,  начиная  радиусом  от  1000  и  более  ангстрем. 
Снижение  этой  группы  пор  в  образцах  означает,  что 
они  менее  склонны  к  проявлению  таких  процессов, 
как 
водопроницаемость, 
проникновение 
других 
жидкостей  и  связанная  с  этим  пятноустойчивость.  С 
этой 
целью 
были 
проведены 
дополнительные 
исследования  по  измерению  этих  показателей. 
Исследования  проводились  по  известным  методикам. 
В 
качестве 
пятнообразователей 
использовались 
красное  вино,  уксус  и  кофе.  Результаты  проведены  в 
таблице  3.  
Если  провести  измерение  общей  пористости 
методом взвешивания и методом ртутной порометрии, 
то  данные  по  пористости  не  совпадают.  Логично 
предположить,  что  разница  в  данных  по  пористости 
объясняется  наличием  закрытой  пористости,  которая 
не  регистрируется  методом  ртутной  порометрии. 
Присутствие  закрытых  пор  в  структуре является очень 
важным. 
Они 
имеют  большое  значение  для 
повышения 
теплоустойчивости, 
химической 
стойкости,  плотности  литьевого  камня,  влияют  на 
механические  свойства. 
В  таблице  4  приведены  данные  по  закрытой 
пористости  в  исследуемых  образцах  и  ее  влиянию  на 
некоторые физические и механические свойства. 
 
Таблица 1 – Составы  доменных  шлаков   
Наименование показателя 
Норма сорта 
1-го 
2-го 
3-го 
Коэффициент качества,  не менее 
 
 
 
Содержание  окиси алюминия (Al O ), %, не менее 
 
 
Не нормируется 
Содержание  окиси магния (MgO),  %, не более 
 
 
 
Содержание  двуокиси титана  (TiO ),  %, не более 
 
 
 
Содержание  закиси марганца (MnO), %, не более 
 
 
 
 
Таблица  2  –  Параметры  пористой  структуры  образцов  литьевого  камня  с  разным  содержанием  доменного 
шлака 
Номер 
образца 
Содержание 
доменного шлака, 
% вес 
Объем пор размером 
Суммарная 
пористость в 
см /г 
r = 50-500  Å 
r = 500-1000  Å 
r = 1000-3000  Å 
см /г 
% 
см /г 
% 
см /г 
% 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел  «Машиностроение.  Металлургия» 
 
 
 
 
 
Таблица 3 – Результаты  исследований  по водопроницаемости и пятноустойчивости  (по десятибалльной  шкале) 
Номер образца 
Содержание  влаги,  % 
Пятноустойчивость 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9
10
4
5
6
7
0                         5                          10                       15              
Содержание доменного шлака %
, 
Пятноустойчивость
8
Со
дер
жа
ни
е в
лаг
и
П
ят
но
ус
то
йч
ив
ос
ть
, 
ба
лл
ы
С
од
ер
ж
ан
ие
 в
ла
ги
, 
%
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0,08
 
Рисунок 1 – Влияние  содержания доменного шлака  на 
водопроницаемость и пятноустойчивость 
 
Как 
видно  из  данных  таблицы,  введение 
доменного  шлака  приводит  к  увеличению  доли 
закрытой  пористости  (до  30  %),  что  в  свою  очередь 
приводит  к  снижению  плотности  литьевого  камня 
примерно  на  20%,  при  этом  эксплуатационные 
характеристики  практически  не  меняются.  Снижение 
плотности 
материала 
без 
потери 
показателей 
прочности  позволит  снизить  вес  конструкции,  что 
имеет немаловажное практическое значение. 
Одним  из  показателей  качества  литьевого  камня 
является  его  устойчивость  к  ударам.  Тест  на 
ударостойкость 
проводился 
путем 
бросания 
металлического  стержня  радиусом  1,91  см  весом  1,8 
кг  на  поверхность  образца  с  различной  высоты  до 
появления  отметины. 
1,7
1,8
1,9
2
2,1
2.2
0                         5                          10                       15              
Содержание доменного шлака %
, 
Об
ъем
 за
кры
той
 по
ри
сто
сти
1,6
О
б
ъ
ем
 з
а
кр
ы
т
о
й
 п
о
ри
ст
о
ст
и 
%
 
, 
Пл
о
т
н
о
ст
ь 
 к
г/
м
 
,
3
1700
1800
1900
2000
2100
2200
1600
 
Рисунок 2 – Влияние  содержания доменного шлака  на 
свойства литьевого  камня 
 
Как  видно  из  приведенных  данных,  образец  №  5 
обладает 
наилучшими 
показателями 
по 
водопроницаемости,  пятноустойчивости  и  плотности, 
при 
этом 
его 
прочностные 
характеристики 
практически  не меняются.  
Проведение 
исследований 
по 
дальнейшему 
увеличению  доли  шлака  в  составе  литьевого  камня 
показали  их  бесперспективность,  т.к.  внешний  вид 
поверхности 
ухудшается 
вследствие 
плохого 
прокрашивания.  Если  учесть,  что  введение  доменного 
шлака 
в 
определенном 
количестве 
ухудшает 
массообменные  процессы,  то  негативное  влияние 
увеличения  доли  шлака  на  процесс  окрашивания 
является  вполне  логичным.  Следовательно,  доля 
около  15  %  доменного  шлака  в  составе  литьевого 
камня является  оптимальной. 
 
Таблица 4 – Влияние  закрытой  пористости на свойства  литьевого  камня 
Номер  
образца 
Объем закрытой 
пористости,  % 
Свойства  камня 
плотность,   
кг/ м
 
стойкость  к истиранию,  
(по потере веса, %) 
разрушающее напряжение 
при растяжении,  МПа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таблица 5 – Ударостойкость  образцов в зависимости от содержания доменного шлака 
Номер образца 
Высота  падения стержня,  см 
 
 
 
 
 
нет 
нет 
выемка 0,16  см диаметр 
выемка 0,48  см диаметр 
 
нет 
нет 
выемка 0,16  см диаметр 
выемка 0,48  см диаметр 
 
нет 
нет 
выемка 0,13  см диаметр 
выемка 0,46  см диаметр 
 
нет 
нет 
выемка 0,13  см диаметр 
выемка 0,46  см диаметр 

жүктеу/скачать 6,79 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: