Проблемы и перспективы использования противопригарных добавок в единых формовочных смесях

УДК 621.74.004.18

Проблемы и перспективы использования противопригарных добавок в единых формовочных смесях

Студент  гр.Л-51 Сериков К.В.

Научный руководитель – к.т.н. доцент Одарченко И.Б.

Гомельский Государственный Технический Университет им. П.О. Сухого

г. Гомель

Работая в условиях рыночной экономики литейщикам необходимо получать отливки с высокой чистотой поверхности. Для технологий получения чугунных отливок в сырые ПГ формовочные смеси не всегда обеспечивается из-за образования пригара. Поэтому предупреждение образования пригара одна из актуальных задач литейщиков.

Для получения чистой поверхности чугунных отливок при формовке по сырому в единые формовочные смеси, используемые на АФЛ добавляют антипригарные добавки, в виде легко газифицирующихся углеродсодержащих веществ. Ими являются: кокс, графит, молотый каменный уголь, мазут и др.

Механизм работы этих материалов заключается в образовании в поверхностном слое полости формы тончайшей плёнки блестящего углерода (пироуглерода). Пироуглерод - это ультрадисперсный порошкообразный   продукт термоокислительного разложения углеводородсодержащих добавок. Он служит препятствием к образованию ферросиликатов в поверхностном слое форы за счёт создания, не смачиваемого слоя между поверхностью формы и жидким металлом. Применяемые в литейном производстве противопригарные углеводородсодержащие материалы, по агрегатному состоянию могут быть: твёрдые (кокс, графит, молотый каменный уголь) и жидкие (мазут и др. продукты переработки нефти). 

Однако существует целый ряд недостатков применения противопригарных добавок в единых формовочных смесях на АФЛ. Применение твердых противопригарных добавок сопровождается низким выходом пироуглерода, накоплением в процессе оборота мелочи (коксовых остатков), ведёт к снижению газопроницаемости и усложняет регенерацию, усложняет автоматическое дозирование компонентов смеси. К недостаткам жидких углеродосодержащих добавок следует отнести уменьшение эффективности их действия с увеличением толщины стенок отливок. Помимо этого при пиролизе органических материалов, содержащих С и Н образуется бензол и ПАУ (полициклические ароматические углеводороды), относящиеся к канцерогенным веществам. Наиболее вредным канцерогеном этой группы, по которому осуществляется нормирование канцерогенов в окружающей среде, является бензопирен С₂₀Н₁₂. ПДК_БП (максимально-разовая) = 15×10^-5 мг/м³. Однако общим и главным недостатком противопригарных добавок является их негативное воздействие на физико-механические свойства формовочной смеси. И с этой точки зрения, по сути, они являются вредными, балластным компонентом формовочных смесей. Поэтому важно чтобы содержание противопригарных добавок в смеси было минимально возможным. В связи с этим основным критерием качества противопригарных добавок считают показатель выхода пироуглерода, который отражает количество пироуглерода выделяющегося из единицы объёма противопригарной добавки при определённой температуре.

Количество образующегося в зоне контакта металл – форм зависит от температуры заливаемого металла, природы и химической формулы вещества противопригарных добавок.

Известно, что пиролиз веществ содержащих в своей основе только углерод, таких как кокс, графит, молотый каменный уголь, происходит по следующей схеме:

2С + О₂ = 2СО;

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

2СО = С + СО₂

↓

С = С_тв

Пиролиз других известных органических веществ, применяемых в литейном производстве (мазут, олифа, декстрин и др.), сопровождается образованием ацетиленовых, диеновых и ароматических углеводородов, которые присутствуют в газовой (ацетилен, аллен, метилацетилен, бутадиен) и жидкой (бензол, толуол, стирол и др.) фазах. 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 из (  ) следует, что такой возможностью обладают растительные масла,……………… В последствии радикалы этих веществ участвуют в образовании углеродистых отложений (пироуглерода) по следующим реакциям:

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

-С₄Н = С₄ + Н;       С₄ = С_тв

Анализируя данные (   ) можно выделить следующие группы материалов, которые способны под действием высоких температур образовывать пироуглерод:

|

↓

Логично предположить, что показатель выхода пироуглерода из этих веществ будет зависеть от количества радикалов способных выделять пироуглерод. Поэтому в настоящее время ведётся опытное и аналитическое исследование вышеперечисленных веществ с целью определения наиболее   качественного, с точки зрения образования пироуглерода, для применения его в еденных формовочных смесях в качестве антипригарной добавки.