Анализ методов улучшения жидкостекольных смесей (стр. 2 из 14)

Была проверена эффективность огромного количества разнообразных добавок органического и неорганического происхождения[10].

В нашей стране было проверено влияние на условия выбивки стержней: древесного и каменного угля, кокса, черного и серебристого графитов, древесного пека, битума, нефтяных масел, патоки, декстрина, сульфитно-спиртовой барды, пульвербакелита, МСБ, древесной муки и опилок, глины, цемента, мела, извести, шамота, магнезита, фосфорита и других.

Те же, а также и другие добавки (например, сахар, нафталин, железная окалина, патентованные добавки и пр.) проверялись в зарубежных работах.

В большинстве случаев рекомендации сводились к введению в смеси небольшого количества органических добавок.

В одних случаях введение этих добавок действительно было эффективным, а в других оказывалось бесполезным.

Отсюда различными специалистами одни и те же добавки оцениваются иногда диаметрально противоположно. Как это показано ниже, причина столь разноречивых суждений заключается в различных условиях работы стержней в форме. Уже простой перечень применявшихся добавок, совершенно различных по своей природе и свойствам, показывает, что упомянутые выше работы проводились главным образом эмпирически.

Некоторые исследователи исходили из представлений о необходимости вызвать разрушение прочной пленки жидкого стекла, цементирующей отдельные зерна кварцевого песка, при помощи разнообразных добавок главным образом органического происхождения.

Эти опыты не дали решения проблемы, что, конечно, не исключило возможности в отдельных случаях улучшения выбиваемости стержней из отливок. Позднее, когда исследователи и производственники убедились, что достигнуть положительных результатов по облегчению выбиваемости можно, лишь внеся ясность в сложные процессы, которые протекают в смесях с жидким стеклом при их заливке металлом, начали появляться систематические исследования по этому вопросу.

Многие специалисты оценивали выбиваемость смеси по пределу прочности при сжатии образцов, подвергнутых нагреву до высоких температур, а затем охлажденных. В подавляющем большинстве работ нет объяснений увеличению прочности образцов при их предварительном нагреве до одной температуры и уменьшению прочности при нагреве до другой.

В тех случаях, когда объяснения даются, они носят противоречивый характер, так как связываются с различными температурами и не подтверждаются экспериментальными данными.

Л. Петржела отмечает, что смеси, продутые CO

, легче выбиваются из отливок, чем смеси, подвергнутые тепловому высушиванию, вследствие меньшего содержания жидкого стекла и «в связи с уменьшением прочности гидрогеля под действием температуры».

В докладе на 24-м конгрессе литейщиков Л. Петржела привел другие соображения, указав, что решающее значение имеет химическая реакция между продуктами разложения щелочного силиката, т. е. реакция между гидратированной кремневой кислотой и карбонатом натрия, или дальнейшая реакция образовавшегося силиката с кристаллическим кварцем:

SiO

pН О + Nа СО == Na SiO + СO + рН О.

В работе отмечается, что трудность выбивки определяется содержанием щелочей. Чем меньше Nа

0, тем легче выбивка. Минимальную прочность имеют образцы, предварительно нагретые до 600—700° C, а максимальную при 100—200º C и 800—900° С.

Л. Петржела считает, что образование стекловидной пленки является главной причиной спекания стержней и форм и ухудшения выбиваемости. Прочность стекловидной пленки можно уменьшить добавлением горючих порошкообразных веществ, например каменноугольной пыли, древесных опилок, молотого кокса, графита и т. п. Добавление таких органических веществ как сахара, канифоли, смол и т. п. не приносит никакой пользы.

Условиям выбиваемости стержней из отливок посвящены работы: Аттертона, Нилда и Эпштейна, Тэйлора, Бэмера, Шумахера, Герстманна, Ле Серва и Сегро и других.

Во многих английских, американских и немецких работах рекомендуется введение сахара, который растворяется в жидком стекле, не вызывая его коагуляции.

Указывается, что он нейтрализует щелочность силиката и тем самым обеспечивает смесям с жидким стеклом такую же выбиваемость, как песчано-масляных смесей.

Исследования других авторов приводят к противоположным выводам, в которых отмечается, что добавка сахара еще более затрудняет выбивку.

Петржела, изучив жидкое стекло с патентованными добавками, сообщил, что оно содержит чаще всего растворенные углеводы (сахар) или синтетические смолы, которые снижают прочность после продувки CO

, что вызывает необходимость увеличения в смеси жидкого стекла и тем самым ухудшает выбиваемость стержней из отливок. Он пришел к выводу, что так называемые специальные связующие вещества заграничного происхождения не имеют каких-либо преимуществ перед стандартными жидкими стеклами, и их рекомендации преследуют прежде всего коммерческие цели.

Старр, рекомендуя введение в смеси сахара, в то же время пессимистически оценивает перспективы улучшения выбиваемости смесей с жидким стеклом, так как, по его мнению, создаются именно те условия, которые явились неразрешимой проблемой использования щелочных силикатов в литейном производстве.

Систематические исследования общих закономерностей условий выбиваемости смесей с жидким стеклом были проведены в нашей стране в лаборатории Старо-Краматорского машиностроительного завода, а за рубежом во французском техническом центре литейной индустрии.

В результате исследований, проведенных на СКМЗ Г. А. Равичем и О. М. Алешечкиной, было установлено, что образцы из смесей кварцевого песка с жидким стеклом имеют два максимума прочности при предварительном нагреве до 200 и до 1000° С и два минимума — в интервале 500—800° C и выше 1250° С.

Главная заслуга Г. А. Равича и О. М. Алешечкиной заключается в том, что они на основании тщательно проведенной экспериментальной работы опровергли существовавшее мнение и доказали, что выгорающие органические добавки не дают эффекта при нагреве стержней до высоких температур и что их введение может быть полезным лишь при нагреве стержней до температур, не превышающих 600—700° С.

Декро и Гогюллон на основании определения прочности образцов на сжатие после их предварительного нагрева отмечают два максимума — при 500° C и при 900—1000° С. Соответственно минимальные прочности найдены ими при 700° C и выше 1000° С.

Декро и Гогюллон пытаются объяснить обнаруженные ими и другими исследователями максимумы и минимумы, соответственно затрудняющие или облегчающие выбивку стержней из отливок. Первый максимум прочности после нагрева до 500° C они объясняют высыханием жидкого стекла и началом его спекания. Минимум прочности при 700° C Декро и Гогюллон сначала пытались объяснить быстрым расширением кварца в этом интервале температур (переход α-кварца в β-кварц при 575° С), могущим вызвать образование трещин между зернами. Однако замена цирконовым песком, не имеющим модификационных изменений в этом интервале температур, дала тот же характер кривой. Также были отвергнуты гипотезы, объясняющие падение прочности при 700° C выделением CO

из силиката и дегидратацией силикагеля. Поэтому Декро и Гогюллон остановились на предположении, что падение прочности при 700° C связано с превращениями бисиликата натрия, кристаллическая форма которого изменяется при 678 и 707° C; при нагреве до этих температур, по их мнению, образуется неоднородная структура, лишенная связующей способности.

Второй максимум при 900—1000° C вызывается тем, что некарбонизированный крепитель становится жидким, начиная с 800° C, и взаимодействует с поверхностью зерен кварца.

Вторым источником прочности является Na

О, образующийся в результате разложения силиката углекислым газом. Освобождающийся Na О взаимодействует с кремневой кислотой и образует силикат.

Понижение прочности образцов при температурах выше 1000° C Декро и Гогюллон объясняют переходом Na

О из расплава силиката в зерна кварца, что способствует более быстрому превращению кварца в кристобалит, но вызывает в то же время постепенное исчезновение связующего вещества между зернами.

Это явление сопровождается у смесей кварцевого песка с жидким стеклом, нагретых до 1300° C, ясно выраженным прекращением спекания, которое может вновь начаться в смесях, нагретых до более высоких температур (свыше 1500° С).