Влияние времени перемешивания смеси на ее прочность в сыром состоянии и газопроницаемость: Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Технология литейного производства»

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра литейного производства

Влияние времени перемешивания смеси на ее прочность в сыром состоянии и газопроницаемость

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Технология литейного производства» для специальности 110400 «Литейное производство черных и цветных металлов и сплавов»

Новокузнецк

2004

УДК 621.74.045

Л 64

Рецензент:

Кафедра металлургии стали СибГИУ

(Зав. кафедрой д.т.н., проф. Протопопов Е.В.)

Л 64 Влияние времени перемешивания смеси на ее прочность в сыром состоянии и газопроницаемость: метод. указ./ Сост.: Климов В.Я. – СибГИУ: Новокузнецк, 2004. – 8 с.

Указаны цель, необходимое оборудование, инструменты, материалы, порядок и методика выполнения работы, а также контрольные вопросы.

Предназначены для студентов специальности 110400 «Литейное производство черных и цветных металлов».

Цель работы

Изучить влияние физико-химических процессов, происходящих при формировании глинистой оболочки на поверхности зерен песка во время приготовления смеси в смесителе на технологические свойства смеси; изучить устройство лабораторных приборов для приготовления образцов, определения прочности на сжатие в сыром состоянии и газопроницаемости смеси; овладеть методикой изготовления стандартных образцов и определения прочности на сжатие в сыром состоянии и газопроницаемости.

Теоретическая часть

Прочность в сыром состоянии (сырая прочность) необходима формовочным и стержневым смесям для придания формам и стержням манипуляторной прочности, необходимой для совершения с ними манипуляций в технологическом процессе: извлечение модели из уплотненной смеси после формовки, перемещение форм, их кантовку, установку стержней, накрытие нижней полуформы верхней, извлечение стержня из стержневого ящика, установку стержней на сушильные плиты, установку плит в сушило.

Кроме манипуляторной прочности формы при формовке по-сырому, а в некоторых случаях и стержни должны иметь достаточную сырую прочность, чтобы выдержать динамический и гидростатический напор жидкого металла во время заливки формы. Недостаточная сырая прочность может послужить причиной разрыва формы или стержня, образования песчаных раковин (засоров) и искажения конфигурации отливки вследствие подутия формы или стержня.

Сырая прочность песчано-глинистой смеси (ПГС) зависит от зернового состава песка, влажности смеси, содержания глины, ее связующей способности, степени уплотнения смеси.

Немаловажную роль в сырой прочности ПГС играет технология ее приготовления. Технологические свойства смесей зависят от равномерности распределения воды, глины, специальных добавок по объему смеси, а также от оттого, насколько равномерно покрыты зерна песка оболочкой глины. Чем равномернее распределены составляющие смеси по ее объему, тем более однородна оболочка, связывающая зерна песка, тем более высокими и однородными технологическими свойствами будет обладать смесь. Равномерность распределения составляющих смеси и создание оболочки глины вокруг зерен песка достигаются в процессе смешивания – одной из основных операций технологического процесса приготовления смеси.

2

Процесс смешивания формовочных материалов в смесителе условно можно разделить на два этапа: смешивание составляющих смеси и обволакивание зерен песка глиняной пастой или другим связующим.

На первом этапе достигается однородность смеси: соответствие содержания составляющих в любом минимальном объеме смеси заданному. Степень однородности  может быть определена с помощью проб по формуле:

,                                       (1)

где  - общая концентрация компонента в смеси;

 - концентрация компонента в пробе;

 - число проб.

Чем меньше  смеси, тем равномернее распределены составляющие в смеси.

Несмотря на то, что предельно достижимая неоднородность смеси песка с глиной достигается примерно за 90 секунд смешивания, смесь за это время не приобретает заданных технологических свойств – сырой прочности и газопроницаемости. Это объясняется тем, что за это время не успевают сформироваться сплошные оболочки глины вокруг каждой песчинки. Дальнейшее обволакивание зерен песка глиной происходит при многократном создании в смешиваемом объеме уплотненной и разрыхленной структуры, вследствие чего вся поверхность зерен песка покрывается оболочкой глины. Скорость протекания процесса обволакивания зерен песка связующим определяется физико-механическими свойствами составляющих смеси, конструкцией рабочих органов смесителя, числом уплотнений и разрыхлений в элементарном объеме в единицу времени.

Процесс обволакивания песчинок глиной при смешивании представляет собой сложный комплекс физико-химических явлений. Поверхность зерен кварца состоит из слоя растворимого кремнезема толщиной около 0,03 мкм. При смешивании с водой часть растворимого кремнезема растворяется, образуя гель. Элементарные объемы воды, окружающие ионы Si⁴⁺ в поверхностном слое зерна кварца, теряют свою подвижность в результате того, что ионы Si⁴⁺ связывают шесть ионов ОН^-. Такая вода называется жесткой или неподвижной.

3

Благодаря частичной нескомпенсированности зарядов ионов ОН^- при взаимодействии с ионами Si⁴⁺ в поверхностном слое зерен песка они несут отрицательный электрический заряд.