Использование противопригарных добавок в единых формовочных смесях, страница 2

Применение пироуглерода, получаемого за пределами литейной формы, со стабильными свойствами и высоким содержанием чистого мелкокристаллического углерода (до 90-98%) исключает накопление в оборотной смеси побочных продуктов пиролиза, характерных для известных УМ, и принципиально изменяет механизм формирования технологических и физико-механических свойств смеси. В процессе перемешивания частицы ГС распределяются по поверхности зёрен песка и одновременно покрываются ультрадисперсными частицами пироуглерода. Размер частиц пироуглерода на два-три порядка меньше размера частиц молотого бентонита. Первоначальное хаотическое расположение ГС можно определить как структуру типа «карточный домик». В процессе перемешивания частицы ГС с необходимой плотностью, покрытые частицами пироуглерода, формируют слоистую текстуру типа «сэндвич». Отдельные частицы ГС разделены не только слоем связанной воды, но и частицами пироуглерода. В результате адсорбции частиц пироуглерода интенсифицируется диспергирование частиц ГС и уменьшается их агрегатирование, что приводит к повышению прочности смеси и, соответственно, к уменьшению содержания ГС в смеси.

Наличие текстуры ГС типа «сэндвич» придаёт смеси улучшенные технологические свойства: высокую сыпучесть и текучесть, меньшую комкуемость и слёживаемость. В процессе заливки и подогрева слоёв Фомы уменьшается усадка ГС, так как его частицы разделены между собой частицами пироуглерода. При повторном использовании смеси агрегаты частиц ГС разрушаются по тем поверхностям, где расположены частицы пироуглерода до дисперсности которую они имели в предыдущем цикле смесеприготовления, при этом образуются новые мелкие активные частицы.

Известно, что в химии чистый пироуглерод получают пиролизом пропан-бутановой и других газовых смесей, с последующим  осаждением его на предварительно сформированные гранулы сажи. Для литейного производства данная технология требует больших экономических затрат и не приемлема для нужд в литейном производстве с точки зрения себестоимости отливок.

Поэтому важно более широко рассмотреть возможности противопригарных добавок, образующих пироуглерод в зоне контакта металл-форма при заливке. При этом надо заметить, что процессом образования пироуглерода в литейной форме можно управлять только подбором соответствующего УМ и его дозировкой при освежении, а в остальном процесс практически не контролируем  и не управляем.

Так, пиролиз веществ содержащих в своей основе только углерод: кокс, графит, молотый каменный уголь происходит по следующей схеме:

2С + О₂ = 2СО;

Образующийся СО впоследствии термического разложения образует С (в том числе пироуглерод) и СО₂.   

2СО = С + СО₂

↓

С = С_тв

Пиролиз углеводородов сопровождается образованием ацетиленовых, диеновых и ароматических углеводородов, которые присутствуют в газовой (ацетилен, аллен, метилацетилен, бутадиен) и жидкой (бензол, толуол, стирол и др.) фазах. Ранее их образование объясняли протеканием молекулярных реакции, однако исследования последних лет выявили элементарные реакции, которые приводят к получению этих веществ. В свою очередь образование радикалов протекает за счёт разрыва химических связей в исходных органических соединениях за счёт температуры. Дальнейший пиролиз ацетиленов и диенов приводит к образованию радикалов: -С₂Н₃;

-С₂Н; -С₄Н₂ и тд. Эти радикалы и участвуют в образовании пироуглерода. По такой же схеме происходит термическая деструкция и других материалов. В частности литературного анализа химии следует, что такой возможностью обладают продукты переработки растительных и минеральных масел и жиров. Радикалы этих веществ участвуют в образовании углеродистых отложений и в последствии пироуглерода по следующим реакциям:

2С₂Н₂ = -С₄Н₃ + Н;      -С₄Н₃ = С₄Н₂ +Н;       С₄Н₂ + Н = -С₄Н +Н₂;

-С₄Н = С₄ + Н;       С₄ = С_тв

Из чего следует, что указанные материалы потенциально могут обладать хорошими противопригарными свойствами, реализуя механизм образования пироуглерода из объёмной газовой фазы. Логично также предположить, что показатель выхода пироуглерода для этих органических веществ будет зависеть от количества образующихся при пиролизе радикалов -С₂Н₃; -С₂Н; -С₄Н₂ (по примеру ацетилена), которое зависит от химической структуры этих веществ и условия протекания пиролиза.

С учётом этого была подобрана группа веществ, которые на наш взгляд в большей степени способны образовывать пироуглерод, с которыми в настоящее время проводятся лабораторные исследования по оценке их способности к образованию пироуглерода при температурах близких к температуре заливки литейной формы. В последствии полученные результаты будут использованы для разработки рекомендаций к дальнейшему их использованию этих веществ в составах песчано-глинистых смесей.