Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
Природа и свойства наполнителя противопригарных красок 9
Связующие материалы и дисперсионная среда 13
Стабилизирующие добавки 16
Свойства противопригарных покрытий 18
Противопригарные покрытия для стального и чугунного литья 22
Применение в составах противопригарных покрытий техногенных материалов - отходов различных производств 26
Цель и задачи работы 29
2. ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ И МИКРОХИМАНАЛИЗ
ПОВЕРХНОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ КВАРЦЕВЫХ ПЕСКОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ, СТЕРЖНЕЙ И
ПРОТИВОПРИГАРНЫХ ПОКРЫТИЙ 31
2.1. Физико-химические свойства формовочных кварцевых песков 32
Химическая связь, строение и структурные превращения кварца...32
ИК-спектроскопические исследования формовочных песков 35
Состояние поверхности зерен кварцевых песков, их поверхностная энергия и химическая активностью 38
Микрохиманализ поверхности зерен кварцевых песков различных месторождений 47
Выводы по главе 67
3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТХОДОВ АБРАЗИВНОГО
И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВ 70
3.1. Физико-химические исследования огнеупорных наполнителей
разрабатываемых противопригарных покрытий 70
Химический состав 70
Влажность 72
Изменение массы при прокаливании 73
Плотность (истинная плотность) 73
Электронно-микроскопические исследования отходов абразивного и металлургического производства 74
Минералогический и рентгенофазовый анализ 80
Минералого-петрографическое исследование отходов абразивного и металлургического производств 80
Рентгенофазовый анализ 83
3.4. Термогравиметрический анализ 84
Выводы по главе 88
4. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ
БЕНТОНИТОВЫХ ФОРМОВОЧНЫХ И КАОЛИНОВЫХ ГЛИН 90
4.1. Структурные особенности бентонитовых и огнеупорных глин,
используемых в литейном производстве для противопригарных покрытий
и песчано-глинистых смесей 90
Микрохиманализ поверхности глинистых минералов различных месторождений, применяемых в литейном производстве 93
ИК-спектроскопические исследования глин 104
Исследование процесса набухания формовочных глин 110
Набухание формовочных глин и состояние воды в глинистых минералах 110
Механизм и структурная модель набухания формовочных глин... 112
4.5. Термогравиметрический анализ глин 117
Выводы по главе 123
5. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛА ФАЗ МЕТАЛЛ-
ФОРМА И МЕТАЛЛ - ПРОТИВОПРИГАРНОЕ ПОКРЫТИЕ 126
Термодинамический анализ химических реакций в песчано-глинистых формах на границе с металлом отливки 126
Термодинамический анализ химических реакций, протекающих на границе металл - противопригарное покрытие 133
Выводы по главе 142
6. РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ
ИСПЫТАНИЯ ПРОТИВОПРИГАРНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ
ОТХОДОВ АБРАЗИВНОГО И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВ . 144
Формирование структуры противопригарных покрытий 144
Разработка составов противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств 149
Приготовление противопригарных красок для стального литья.... 149
Приготовление противопригарных красок для чугунного литья... 150
6.3. Исследование технологических свойств противопригарных покрытий
152
Определение плотности 152
Определение вязкости 152
Определение седиментационной устойчивости 152
Определение толщины покрытия и глубины проникновения противопригарных красок 152
Оценка кроющей способности 153
Определение поверхностной прочности противопригарных покрытий 154
Определение прочности на истирание 154
Электронно-микроскопические исследования противопригарных покрытий 155
Термогравиметрические исследования противопригарных покрытий. 162
Опытно-промышленные испытания разработанных составов противопригарных покрытий на ОАО «ЧМК» 165
Микрохиманализ пригарных корок на стальных и чугунных отливках, изготовленных в песчано-глинистых формах с использованием противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств 169
6.8. Рентгенофазовый анализ пригарных корок со стальных и чугунных
отливок, изготовленных в песчано-глинистых формах с применением опытных
огнеупорных наполнителей 182
Выводы по главе 186
Список литературы 192
Введение к работе
Главной задачей литейного производства, как основной заготовительной базы машиностроения, остается снижение трудовых, материальных и энергетических затрат и получение качественных отливок с чистой от пригара поверхностью. Затраты на исправление дефектов поверхности отливок, получаемых в разовых песчаных формах, составляют 40 - 60% от общего объема трудоемкости их изготовления, что обусловлено недостаточным качеством литейных форм и стержней. Для борьбы с пригаром самым распространенным и действенным способом является нанесение противопригарных покрытий на поверхность форм и стержней.
Традиционно в составах противопригарных покрытий в качестве наполнителей для мелких отливок используется молотый кварцевый песок (маршалит), а для крупных - высокоогнеупорные и химически инертные к металлическому расплаву материалы (цирконовый концентрат, дистен-силлиманит, электрокорунд и др.), которые при высокой стоимости узко ориентированы в основном на профилактику конкретного вида пригара (термический, химический, механический), что не всегда эффективно.
Однако, несмотря на тенденцию к применению эффективных противопригарных покрытий повышенного качества из дорогостоящих материалов, изыскание новых, дешевых, недефицитных огнеупорных материалов в России остается важной задачей повышения качества поверхности отливок. В этом случае грамотный выбор материала может обеспечить не только комплексное предотвращение пригара, но и способствовать решению таких насущных проблем современного производства, как рециклинг и утилизация отходов, расширение сырьевой базы и экологические проблемы.
В последнее время в нашей стране и во всем мире прослеживается тенденция к переработке и утилизации отходов, образующихся в результате прохождения производственных циклов в различных отраслях промышленного производства. Применение промышленных отходов позволит снизить расходы на их
хранение, уменьшить штрафные санкции со стороны контролирующих органов, оздоровить экологическую и санитарно-гигиеническую обстановку.
Тенденция к переработке и утилизации отходов различных производств, дающая решение проблем экологии, расширения сырьевой базы для литейно-металлургического производства, а также экономии за счет отказа от дорогих исходных материалов в совокупности с проблемой пригара на стальном и чугунном литье требует разработки и применения эффективных противопригарных покрытий на основе недорогих и доступных материалов.
Целью работы является создание новых противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств, обеспечивающих получение качественных стальных и чугунных отливок.
Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена совокупность научных положений по разработке и созданию противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств с заданными физико-механическими свойствами при изготовлении стальных и чугунных отливок.
В том числе:
Выявлены структурные и морфологические особенности строения поверхности кварцевых песков различных месторождений России, используемых для изготовления литейных форм, стержней и противопригарных покрытий. Установлен химический состав аутигенных пленок и поверхности зерен естественных, обогащенных и регенерированных песков.
Определена количественная концентрация активных (кислотно-основных) центров Льюиса и Бренстеда и установлено их распределение на поверхности зерен естественных и обогащенных кварцевых песков.
Электронно-микроскопическим, петрографическим, термогравиметрическим, рентгенофазовым анализом определена структура, минералогический, химический состав отходов абразивного и металлургического производств, выявлены их термические превращения. Установлена возможность применения отходов абразивного и металлургического производств в качестве огнеупорных
7 наполнителей в составе противопригарных покрытий.
Выявлены структурные и морфологические особенности строения поверхности формовочных глин России и зарубежных бентонитов, применяемых в качестве связующих формовочных, стержневых смесей и в противопригарных покрытиях.
Разработана методика исследования и определена набухаемость глин различного месторождения.
Проведен термодинамический анализ, показывающий вероятность протекания физико-химических процессов на границе металла с литейной формой и металла с разработанным противопригарным покрытием.
Электронно-микроскопическим, рентгенофазовым анализом определен состав новообразований на границе металла отливки с покрытием и его влияние на процессы пригарообразования.
