ООО «Бентонит Хакасии» является крупнейшим Российским производителем-поставщиком бентонитовых глинопорошков высших марок и бентонито-углеродных комплексных материалов, используемых в литейном производстве для приготовления формовочных смесей.
В результате развития исследовательской программы в области исследования бентонито-углеродных формовочных материалов и технологий их приготовления в ООО «Бентонит Хакасии» были разработаны и в настоящее время производятся новые эффективные компаунды для формовочных смесей при производстве отливок из чугуна в песчано-глинистых формах.
Основой комплексного материала служит активированный бентонит месторождения «10 хутор» марки П1Т1А. В качестве углеродосодержащих добавок используются каменные угли, продукты нефтепереработки и компоненты, обеспечивающие высокие противопригарные свойства литейной формы, снижающие ее остаточную прочность и улучшающие распределение освежающих добавок в процессе смесеприготовления. Отличительные особенности компаундов «Бентакарб» по маркам заключаются в содержании противопригарных добавок 20, 30 и 40% и противопригарной эффективности по образованию «блестящего углерода» из углеродной массы от 7 до 12%.
Предлагаемый комплексный материал с противопригарными добавками «Бентакарб» по прочностным характеристикам значительно превышает свойства чистого бентонита высшей марки П1Т1А (ГОСТ 28177-89) месторождения «10-й Хутор».
По физико-механической структуре и влажности материал аналогичен комплексным бентонито-углеродным материалам: MAXICARB — AMCOL SPECIALTY MINERALS, POLYCOL и ANTRAPUR — HUTTENES ALBERTUS и S&B Minerals (Германия).
Противопригарная эффективность углеродной составляющей «Бентакарб» аналогична высокоэффективным добавкам, производимым за рубежом и в России.
Технология применения добавки «Бентакарб» не требует перевооружения или модернизации технологического оборудования. Добавка может вводиться в формовочную смесь, как в сухом виде, так и с глинистой суспензией.
Составы «Бентакарб» обладают рядом отличительных эксплуатационных и технологических свойств:
— исключение операции предварительного смешивания добавок непосредственно на литейном производстве;
— сокращение бункерной и дозирующей систем в смесеприготовлении;
— высокие связующие и противопригарные свойства;
— оптимизация и стабилизация свойств оборотной формовочной смеси в процессе освежения компонентами, не зависимо от времени проведения анализа ее состава;
— сокращение совокупного расхода формовочных материалов (бентонита и углеродной противопригарной добавки);
— обеспечение качественного распределения компонентов в формовочной смеси;
— улучшение выбиваемости отливок из форм;
— исключение самовозгорания углеродосодержащих противопригарных добавок, их окисления и, как следствие потери эффективности во время транспортировки, хранении на складе и в расходных силосах;
— оптимизация вопросов логистики.
Обеспечение однородной структуры формовочной смеси.
Для обеспечения требуемых физико-механических и противопригарных свойств литейной формы особенно важно иметь равномерную по составу структуру смеси.
Эту задачу необходимо решать в условиях интенсивной работы автоматических линий. Время приготовления формовочной смеси составляет 1,5 -2,5 минуты. Освежение оборотной смеси производится мелкодисперсными порошкообразными добавками при малых дозировках компонентов 0,05÷1,5%. Кратковременное смешивание компонентов при влажности смеси 3-5% не обеспечивает их равномерное распределение, а для получения требуемых свойств смеси неизбежно приводит к увеличению расхода добавок. При переизбытке компонентов наблюдаются такие поверхностные дефекты отливок как газовые раковины или складчатость.
Очевидно, что ввод необходимых освежающих компонентов в виде компаунда (однородной массы) способствует более равномерному их распределению во всем объеме замеса.
Специальные углеродосодержащие материалы и модификаторы в составе «Бентакарб», способствуют лучшему разрушению формы при выбивке отливок. Снижается количество конгломератов спекшейся и высохшей смеси, улучшается их разрушение во время смесеприготовления. Процесс распределения воды и бентонита, в однородной по зерновому составу оборотной смеси, способствует улучшению качества ее перемешивания, соответственно оптимальному расходу всех компонентов. Улучшается текучесть формовочной смеси, равномерность заполнения опок при формовке, обеспечивается равномерность плотности формы по всему объему.
Стабилизация состава смеси.
Восстановление состава формовочной смеси по активным составляющим является главным условием получения качества отливок. Этот процесс заключается в оперативной добавке свежих компонентов для компенсации материалов, выгоревших и потерянных в процессе подготовки оборотной смеси.
Количество выгораемых связуюших и углеродосодержащих компонентов формовочной смеси, в пропорциональном соотношении приблизительно одинаково. Исходя из этого очевидно, что использование комплексного бентонито-углеродного материала определенного состава позволяет восстанавливать и стабилизировать состав и свойства смеси по основным компонентам на основании только результатов экспресс-анализа прочностных свойств. Добавка компаунда для восстановления прочности автоматически обеспечивает восстановление противопригарных свойств формовочной смеси. Безусловно, это не исключает контроль состава смеси по потери массы при прокаливании, но количество противопригарной составляющей в оборотной смеси будет изменяться в течение продолжительного периода работы, без пиковых колебаний за пределы требуемых значений.
Термостойкость.
Отмечая необходимость соблюдения высокой термостойкости комплексных материалов, подразумевается применение в их составе бентонитовых глин с высокой термической устойчивостью. Термостойкость бентонита обусловлена сохранением его активного состояния после воздействия температуры заливаемого металла. После заливки формы происходит дестабилизация состава смеси увеличением в ее объеме «неактивной мелочи» — термодеструктуированного бентонита в совокупности с золой, коксом и кварцевой пылью. Количество неактивной мелочи в смеси оказывает как положительное, так и отрицательное влияние. Избыток пылевидных фракций увеличивает влагоемкость, хрупкость форм, уменьшает газопроницаемость, а при соблюдении необходимых прочностных параметров на сжатие резко уменьшает прочность на разрыв в зоне конденсации влаги. Поддерживать требуемый уровень неактивной мелочи можно только выводом некоторого объема отработанной смеси в отвал и освежением оставшейся части свежим песком. Однако в отвал с отработанной смесью удаляются и компоненты, не потерявшие активность, которые необходимо компенсировать последующим освежением. По этому, высокая термостойкость Хакасского бентонита в составе материала «Бентакарб» обеспечивает снижение себестоимости формовочной смеси по общему расходу всех формовочных компонентов: песка, бентонита, противопригарной добавки, ЭКР и пр.
Пожарная безопасность в процессе транспортировки, хранения и применения формовочных материалов.
Основным компонентом, применяемых в настоящее время углеродосодержащих порошкообразных противопригарных добавок является каменный уголь с высоким выходом летучих веществ. Каменный уголь в условиях открытого хранения окисляется. Окисление развивается под действием газообразного кислорода, и особенно кислорода, растворенного в адсорбционных пленках воды на поверхности угля. Измельчение угля до порошкообразного состояния увеличивает его удельную поверхность и, соответственно, сорбционную способность. Мелкодисперсное состояние продукта в совокупности с его влажностью ускоряет агрессивное действие окислительных процессов.
Реакции окисления являются экзотермическими, поэтому происходит вначале нагревание, температура в очагах местных перегревов может достигать 80 – 1000С, а затем в случае отсутствия теплового равновесия и самовозгорание угля.
Основным противопожарным требованием является значение влажности не превышающее 5,0 – 5,5%.
При смешивании порошкообразного угля с бентонитом вероятность самовоспламенения комплексного продукта сводится к минимуму. Это связано с распределением мелкодисперсных углеродных частиц в большем объеме глинистого минерала. Даже при локальном нарушении герметичности упаковки, монтмориллонитовые глины с присущими высокими показателями влагопоглощения, блокируют доступ воды и кислорода ко всему объему продукта и препятствуют протеканию процессов окисления угля. Приготовление таких комплексных формовочных материалов позволяет решить вопрос с пожарной безопасностью органических добавок и качественно расширить их ассортимент для обеспечения высоких противопригарных свойств.
Выводы:
Высокая термостойкость, прочность и противопригарная эфективность материалов «Бентакарб» позволяют сократить расход формовочных компонентов, снизить концентрацию выделяющихся вредных веществ в атмосферу литейных предприятий, улучшить экологические условия в рабочей зоне, снизить себестоимость чугунного литья.
По итогам проведенных производственных испытаний и анализа технико-экономических показателей бентонитовый глинопорошок «Бентакарб» внедрен в производстве чугунного литья на ряде отечественных предприятий в качестве основного компонента для песчано-глинистых смесей.
Материал «БЕНТАКАРБ» успешно внедрен в технологический процесс производства чугунного литья на ряде отечественных предприятий, в частности для изготовления форм на автоматических линиях:
— АФЛ «SPO» и «Georg Fischer» — ОАО «АВТОВАЗ»;
— АФЛ «DISA» — ОАО «Мценский литейный завод», ОАО «Каширский литейный завод «Центролит», ГУП «ЛПЗ»;
— АФЛ «HWS» — ОАО «Автомобильный завод «УРАЛ», ООО «Семеновский литейный завод», ООО «ТС-Инжиниринг»,
— АФЛ «Belloi&Romagnoli» — ОАО «Мценский литейный завод»;
— АФЛ «SAVELLI» — ООО «ПОЛИМЕТ»;
— ООО «Группа-ГАЗ», ООО «Ростовский литейный завод», ООО «ИВЛИТ», ОАО «АВТОДИЗЕЛЬ» ЯМЗ, ООО «ПОЛИМЕРПЛАСТ», ООО «ЛИТМАШ» (г.Шуя) и пр.
