Федоров Микола Миколайович. Формувальні суміші з комплексним зв'язувальним матеріалом на основі бентоніту костянтинівського родовища

brief description

Федоров Микола Миколайович. Формувальні суміші з комплексним зв'язувальним матеріалом на основі бентоніту костянтинівського родовища : дис... канд. техн. наук: 05.16.04 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін- т". - К., 2005

Федоров М.М. Формувальні суміші з комплексним зв’язувальним матеріалом на основі бентоніту костянтинівського родовища.Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.04. Ливарне виробництво. Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2005 р.
Досліджені технологічні властивості кварцових пісків і бентонітів, що добуваються в Україні; визначено, що вищу термостійкість має костянтинівський бентоніт (0,80,9од.), який забезпечує порівняно менші його витрати у сумішах.
Костянтинівський бентоніт має високу термостійкість внаслідок своєї більшої структурної упорядкованості, але він повільно набуває міцності в процесі сумішоприготування, що обумовлює збільшення часу перемішування суміші з цим бентонітом.
Найбільший вплив на підвищення міцності костянтинівського бентоніту справляють дашуківські бентонітова глина (15%) і палигорскіт (10%).
Розроблена методика визначення впливу кам'яновугільних порошків на пластичні властивості бентоніту і сумішей при їхньому спільному нагріванні до 600С. Для застосування в суміші рекомендовані кам'яновугільні порошки, які забезпечують згідно з розробленою методикою приріст текучості суміші не менш 10%.
Встановлено, що спільний помел бентоніту з кам'яним вугіллям забезпечує приріст міцності костянтинівського бентоніту на 10...23%, скорочення часу перемішування суміші до досягнення максимальної міцності, у залежності від кількості вугілля, яким обробляється бентоніт (5...20%).
Розроблено рецептуру і технологію виробництва комплексного зв’язувального матеріалу БАК (Бентоніт активований комплексний) на основі костянтинівського бентоніту з активуючими добавками дашуківських глин, вуглецевмістних добавок. БАК пройшов апробацію у виробничих умовах, що показало перспективність використання цього матеріалу під час виробництва чавунних виливків з високою якістю поверхні при використанні сирих форм.

1. Показано, що формування по-сирому з використанням бентонітів як зв’язувальних компонентів і вуглецевмістних протипригарних матеріалів дозволяє виготовляти якісні виливки із чавуну з товщинами стінок до 30мм без пригару і поверхневих дефектів. Бентонітові глини забезпечують формувальним сумішам високий рівень міцності і пластичності, завдяки чому вони приймають необхідну форму при різних способах формоутворення. Виробництво виливків з використанням сирих форм, у порівнянні з іншими видами лиття, є універсальним і охоплює різні методи формоутворення (ручний, машинний, автоматичний), є економічно вигідним (оборотні суміші легко відновлюються при відносно низьких витратах енергії і з використанням нескладного устаткування), а матеріали, які при цьому застосовують, є дешевими і недефіцитними.
2. Встановлено, що імовірність утворення поверхневих дефектів на виливках, які виготовляють у сирих піщано-бентонітових формах, кількісно можна оцінити через водопоглинальну здатність пісків: чим більша водопоглинальна здатність, тим менша міцність суміші у зоні конденсації вологи, тим більша імовірність утворення на виливках ужимин і інших дефектів.
3. Дослідженнями впливу вуглецевмістних і активуючих добавок на технологічні властивості піщано-бентонітових сумішей установлені закономірності підвищення їх міцності і пластичності. Встановлені граничні межі концентрацій вуглецевмістних добавок, які забезпечують оптимальний рівень механічних властивостей формувальних сумішей (формувальність і текучість на рівні 6070%, міцність на стиск >0,10МПа, міцність в зоні конденсації вологи не менше 0,0025МПа при вологості суміші 2,93,3%) і виготовлення виливків без пригару і ужимин та з низькою шорсткістю поверхні (3,212,5мкм залежно від товщини стінки литої деталі).
4. Методами рентгеноструктурного і диференціально-термічного аналізів встановлено взаємозв'язок термостійкості бентонітів з упорядкованістю їхньої структури і ступенем дефектності кристалічної ґратки: бентоніти, які мають структурно упорядкованіший монтморилоніт, мають високу термостійкість. Встановлено, що з бентонітів, які виробляють в Україні, найбільш термостійким є костянтинівський (0,80...0,90 од.).
5. Встановлено, що костянтинівський бентоніт, як більш термостійкий внаслідок більшої структурної упорядкованості, повільніше поглинає вологу в процесі сумішоприготування, що потребує збільшення тривалості перемішування суміші з таким бентонітом для одержання необхідної міцності.
6. Вперше експериментально доведено, що змішування бентонітових глин і інших глинистих мінералів різних родовищ, які відрізняються від костянтинівського бентоніту за своєю кристалічною структурою, сприяє одержанню більш високих технологічних показників бентонітового зв’язувального матеріалу у порівнянні з його виробництвом із сировини одного родовища.
7. Встановлено, що найбільш позитивний вплив на підвищення міцності костянтинівського бентоніту справляють дашуківські бентонітова глина і палигорскіт. Розроблено оптимальний склад комплексного бентонітового зв’язувального матеріалу, який забезпечує високі показники міцності суміші (як підтверджено ГОСТ 28177-89 - 0,1100,115МПа, так і методикою Р-69 - 0,0920,096МПа) та менші витрати часу для сумішоприготування якісної суміші: 75% костянтинівського бентоніту П1Т1(А), 15% дашуківського бентоніту П1Т1, 10% дашуківського палигорскіту.
8. Вперше розроблена методика визначення впливу кам'яновугільних порошків на технологічні властивості бентоніту і сумішей, головним чином на текучість, при їхньому спільному нагріванні до 600С. Розроблена методика дозволяє вибрати оптимальний вид кам'яновугільного порошку з урахуванням впливу продуктів його термодеструкції на властивості ПБС і спрогнозувати зміну технологічних властивостей оборотної суміші в міру накопичення в ній продуктів деструкції вугілля. Для застосування як протипригарної добавки в ПБС рекомендовані жирні, коксувальні і газові марки кам'яновугільних порошків, які забезпечують приріст текучості суміші не менше 10%.
9. Встановлено, що спільний помел бентоніту з кам'яним вугіллям забезпечує приріст міцності бентоніту на стиск у вологому стані на 10...23%, скорочення часу перемішування суміші (на 30...40%) до досягнення максимальної її міцності внаслідок підвищення рівня диспергованості бентоніту в процесі спільного помелу з вугіллям. Цей варіант оброблення бентоніту кам’яним вугіллям закладений в основу способу виробництва комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту з вуглецевмістними матеріалами.
10. На підставі теоретичних розробок і проведених експериментальних досліджень запропоновані рецептура і технологія виробництва комплексного зв’язувального матеріалу бентоніту активованого комплексного (БАК) на основі костянтинівського бентоніту з активуючими добавками дашуківських глин і вуглецевмістних матеріалів. Технологія виробництва полягає в спільному помелі всіх, попередньо підготовлених компонентів у ролико-маятниковому млині, який забезпечує однорідне перемішування вихідних компонентів БАК і тонке диспергування костянтинівського бентоніту. Розроблені технологічні умови контролю властивостей БАК і апробовані під час його виробництва в умовах ВАТ «Завод обважнювачів». Промислові випробування БАК на ТОВ «Завод інженерних машин», м. Київ і КП «Київтрактородеталь», м. Київ, підтвердили перспективність використання у ливарних цехах нового зв’язувального матеріалу.