Способ термической обработки песка для изготовления литейных форм и стержней

 

О П И " ":" .9

Союз Советских

Социалистических

Республик р >738746

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

I (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (5 )М К„,2 (22) Заявлено 2307.76 (21) 2391073/22-02

В 22 С 5/08 с присоединенИем заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открыти и (23) Г1риоритет (53) УДК 621 ° 742 ° .4 (088 ° 8) Опубликовано 05,06,80, Бюллетень ¹ 21

Дата опубликования описания 05.0680 (72) Авторы изобретения

В, Н, Труфанов, Ю. Г,Майский, Д. С, Мейлихов, И. И, Синицин, Л. Г. Епифанова, 3.В. Майская, А, Т.Ушак, В, Ф.Пуль гик и Ю.Д. Позднев

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет и ордена Ленина, ордена Трудового Красного Знамени, ордена Октябрьской

Революции завод Ростсельмаш (71) Заявители (54) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЕСКА ,ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

1 2

Изобретение относится к литейному производству, в частности, к. способу . термической обработки песка, исполь-, зуемого в составах смесей для изго- . т овле ни я лит ей ных форм и ст ержн ей .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термической обработки песка, заключающийся в нагреве его в потоке горячих газов до температуры 600-650 С с последующим остыванием его на воздухе (1) .

Термообработка песка до 600-650 С вне зависимости от режима может привести к стабилизации структуры зерен, возрастанию термостойкости кварца и удалению влаги, что ведет к улучшению качества отливок по сравнению с использованием нетермообработаниого песка.

Однако указанный способ не йоэволяет ликвидировать декриптационную активность песков, 25

В зернах кварца или других минералов, входящих в формовочный песок, присутствуют газо-жидкие включения, взрывающиеся прИ тепловом воздействии расплавленного металла на смесь (эффект декриптации> . количество взрывов в интервале температур существования данной полиморфной модификации минерала, отнесенных к единице массы или объема вещества, определяет его декриптационную активность. Последняя определяется также. суммарной величиной газовыделения из образца при его нагреве в том же температурном интервале, Микровзрывные (декриптационные) эффекты в песке приводят к растрескиванию зерен минералов„ механичес кому внедрению их фрагментов в металл, реактивному воздействию газовых струй Hà его поверхность, резкому и неравномерному увеличению со" держания летучих компонентов в зоне контакта. В результате этого роисходит неконтролируемое изменение химических и физико-механических свойств смеси, сопровождающееся спеканием ее с металлом, обрушением отдельных участков формы в расплавленный металл,- образованием химического и механического пригара, газовых раковин и ужимин.

Формовочные пески из различных месторождений,характеризуются неоди738746 иаковой декриптационной активностью у, соответственно, по-разному влияют на технологические показатели смесей.

Например, пески Люберецкого карьера отличаются минимальной декриптационной активностью, а приготовленные на их основе смеси характеризуются лучшими показателями, тогда как пески Орловского карьера высокоактивны в декриптационном отношении и формовочные смеси на их основе характеризуются низким качеством. Исследования формовочных песков из 25 месторождений СССР показали, что все они в большей или меныаей степени активны в декриптационном отношении.

При использовании известного способа термообработки песка наблюдается несохранение целостности структуры зерен песка из-за несоответствия режима термической обработки минераль10

15 ного сырья, содержащего газо-жидкие 20 "" "включения, динамике их декриптации.

Декриптационные эффекты развиваются по схеме цепной реакции,и поэтому быстрый нагрев (например, более

50 С в минуту), опережающий скорость развития этих эффектов, приводит к разрушению минераЛа на мельчайшие фрагменты. Медленное же нагревание также не дает желаемого результата, так как йаходящиеся во включениях жидкости начинают растворять стенки вакуолей или происходит их перекристаллизация. Кроме того, декриптационные эффекты в минералах, содержащих газо-жидкие включения, йроисходят и на субмолекулярном уровне, так

1 как наряду с включениями .более 1микрон B них присутствуют вакуоли, размеры которых соизмеримы с размерами .краевых и винтовых дислокаций в решетке кристалла (20-100 А). Поэтому 40 обычный нагрев песка до температуры декриптации является недостаточным способом ликвидации явлений термодеструкции зерен, Необходимо выдерживание минераЛа при температуре 45 превышающей температуру максимальных эффектов декрйптации, в течение некоторого времени (отжиг дефектов ультрамикроскопического порядка) .

ЦельЬ изобретения является ликвидация декриптационной активности

" песка и снижение склонности его к диспергации в процессе термического воздействия.

Дл достижения поставленной цели предлагается способ термообработки песка для изготовления литейных форм

I — l и стержней, включающий нагрев песка с последуюЬ йм его охлаждением, от« личительный признак которого заключается в том, что песок нагревают. щ0 со скоростью 10-50 С в минуту до дос« тижения температуры, на 40-60 С крыше температуры- полной "декриптацйи газожидких включений в зернах песка, выдерживают при этой температуре в течение 0,25-0,5 часа с последующим остыванием песка со скоростью 1020о С в минуту

При выходе за укаэанные пределы режима термообработки не достигается полной ликвидации декриптационной активности песков и возрастает их склонность к диспергации в процессе нагрева.

Пример. Для проведения испытаний взяты пески трех месторождений, относящиеся к разным маркам по ГОСТУ (Верхне- Днепровский-К02Б, Миллеровский — К0315Б и Гусаровский -ТОЧА) и имеющие разную декриптационную активность (Верхне-Днепровский — минимальную, Миллеровский — максимальную, Гусаровский — среднюю), Термообработка песков велась по двум режимам: а) постепенный нагрев со скоростью

20 С/мин . до 500 С выдерживание при данной температуре в течение

30 мин и охлаждение (предложенный способ); б) помещениЕ песка в зону нагрева с температурой 1000 С (средняя скорость нагревания песка составляет

100 C/ìHí), выдерживание при данной температуре в течение 30 мин и охлаждение (способ согласно выбранному прототипу) .

Последовательность операций: исходные пески прокручивались в бегунах, затем подвергались термообработке параллельно по двум режимам и вновь прокручивались в бегунах. После каждой операции проводился фракционный анализ, по результатам которого рассчитывался модуль мелкости песков и размер средневзвешенной фракции, а также определялась газопроницаемость по известной методике.

Влияние скорости нагревания на эффект декриптации определялось путем проведения декриптометрического анализа песка Миллеровского месторождения на вакуумном декриптометре

ВД-3. Декриптометрический анализ проводился со скоростью 20 С/мин и

100 С/мин при исходном давлении

5х10R мм рт.ст. до температуры 640 С.

На фиг, 1 изображен график измененйя модуля мелкости Верхне-Днепровского, Миллеровского и Гусаровского песков при термообработке по предлагаемому (а) и известному (б) способам; на фиг. 2 — декриптограммы песка Миллеровского месторожДения, полученные при нагревании со скоростью 20 С/мин по предлагаемому (1) способу и 100 С/мин по известному (2) способу.

В результате испытаний .Установлено (фиг. 1):

1. Модуль мелкости всех испытываемых песков увеличился после обработки их в бегунах.

738746

2. Модуль мелкости одноименных песков, прогретых по предложенному способу (скорость нагревания 20 C/ìèí, всегда меньше, чем прогретых по известному способу (скорость нагревания 100 С/мин). 5

3. Степень изменения модуля мелкости зависит от декриптационной активности исходных песков: чем выше их декриптационная активность, тем больше меняется модуль мелкости. 10

4. Нагревание Миллеровского песка, обладающего высокой декриптационной активностью,. по известному способу (100 С/мин) и обработка его в бегунах приводят к значительному изменению гранулометрического состава песка, вплоть до перехода его в другую марку по ГОСТУ. Нагревание этого песка по предложенному способу (20 C/ìHí) не приводит к столь значительному изменению гранулометричес- 20 кого состава.

5, Нагрев песков приводит к значительному и неодинаковому изменению их газопроницаемости в зависимости от режима термообработки: после об- 25 работки в бегунах газопроницаемость падает от 380 до 160 ед. (Миллеровский песок); термообработка песка со скоростью 20 С/мин приводйт к возрастанию газопроницаемости до 420 ед.,30 а со скоростью 100 С/мин — до 310 ед; последующая обработка в бегунах вызывает " падение газопроницаемости в первом случае — до 280 ед., во втором — до 160 ед. 35

Таким образом, термообработка песка по предложенному режиму обеспечивает более высокую его газопроницаемость по сравнению с известным режимом. 40

Увеличение скорости нагревания

Миллеровского песка с 20 C/мин до

100ОС/мин приводит к изменению динамики процесса декриптации (фиг. 2).

При нагревании по предложенному режиму наблюдается плавное (на 600 усл. ед. за 21 мин) по известному режиму— резкое (на 1050 усл.ед, эа 5 мин.) нарастание давления, обусловленное массовым .взрыванием газо-жидких включений. Последнее приводит к деструкции и диспергации кварцевых зерен и уменьшению их прочности °

Таким образом, термообработка формовочных песков согласно предло- женному способу позволяет ликвидировать их декриптационную.активность и,резко уменьшить их склонность к диспергации в процессе нагрева. улучшение качества термообработанно го песка способствует улучшению качества отливок. Кроме того, создаются предпосылки для многократного использования отработанного песка, ввиду отсутствия у него выраженной склончости к диспергированию (пыленакоплению).

Формула изобретения

Способ термической обработки пес ка для изготовления литейных форм и стержней, включающий нагрев песка с последующим его охлаждением, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью ликвидации декриптационной активности песка и снижения склонности его к диспергации в процессе термического воздействия, песок нагревают со скоростью 10-50О С в минуту до достижения температуры на 40-60 С вый е температуры пол. ой декриптации газо- жидких включений в зернах пес ка, выдерживают при этой температуре в течение 0,25-0,5 часа с последующим остыванием песка со скоростью

10-20ОС в минуту.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Аверченков М.И., Цибрик A.Н., Шевченко B,A. Высококачественные формовочные материалы облицовочных смесей. Технология и организация производства, Киев, 1968, 9 1, с. 13-17.

738746 тонва

ИВ

У Д У У 6 P 8 9 tO e 12 15 HÃ 1516 17 13 A 202128s521252627Z82> т, миФ

Ж г. Я

ЦНИИПИ Закаэ 2726/10 Тираж 889 . Подписное

1 ,Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4