И.Н. Маляшов, Д.В. Скарюкин (ЗАО «ВНХК»), А.В. Стрешнев, Н.И. Васильев, Б.В. Муровалов (ОАО «АВТОВАЗ»), Ю.Г. Кураков, А.В. Назаров, Л.П. Туманова (АМО «ЗИЛ»).
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ПРОТИВОПРИГАРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК.
Углеродсодержащие материалы – неотъемлемые компоненты песчано-глинистых (бентонитовых) формовочных смесей для производства чугунных отливок в массовом и серийном производстве. До недавнего времени основным таким материалом в нашей стране был молотый (гранулированный) каменный уголь. Однако в последние несколько лет начато производство и освоение на ряде предприятий новых, более эффективных материалов — заменителей угля.
Применение углеродсодержащих материалов позволяет:
· предотвратить возникновение трудноудаляемого пригара;
· уменьшить шероховатость поверхности отливок;
· уменьшить склонность формовочной смеси к образованию ужимин;
· улучшить выбиваемость формовочной смеси, т. е. разделение формовочной смеси и отливки на выбивных решетках, сократить потери смеси из системы («уходы»).
Механизм действия углеродсодержащих добавок, используемых для приготовления формовочных смесей, достаточно изучен и опубликован в технической литературе /1/,/2/. Основные требования к ним:
· быстрая газификация под действием тепла заливаемого в форму металла и образование в полости формы восстановительной атмосферы;
· достаточно высокий выход блестящего (пиролитического) углерода из образующейся в процессе заливки газовой фазы;
· способствовать к снижению величины возникающих в поверхностных слоях формы термических напряжений, являющихся основной причиной образования ужимин;
· минимальное содержание примесей, отрицательно влияющих на свойства формовочных смесей – серы, золы, азота и др.:
· минимальное выделение (в идеале исключить) в атмосферу цеха продуктов пиролиза содержащихся в материале компонентов, в том числе бензола, полициклических ароматических углеводородов, оксида углерода и др.
До настоящего времени в отечественном литейном производстве в качестве противопригарной добавки при производстве чугунных отливок применялся в основном каменноугольный порошок (т.н. гранулированный уголь). Основные его недостатки:
· сравнительно невысокий (6-10%) выход блестящего углерода и, соответственно,
связанная с этим необходимость поддержания высокого его содержания в смеси – потери при прокаливании (П.П.П.) до 7-9%, расход до 45-50 кг на тонну годного литья;
· повышенная газотворность формовочных смесей и связанная с этим опасность появления газовых раковин и взрывного пригара;
· накопление в смеси вредных примесей – золы, серы, азота;
· увеличение влагоемкости (влажности при требуемой насыпной плотности) формовочных смесей из-за повышенного содержания пылевидных частиц угля и кокса, более интенсивной оолитизации (шамотизации) их зерновой основы;
· увеличенный расход бентонита вследствие значительного снижения его термостойкости в присутствии угля;
· выделение в атмосферу цеха заметного количества вредных для здоровья людей продуктов пиролиза угля, в том числе бензола, оксида углерода и канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (аренов).
За рубежом разработано и поставляется потребителям большое количество различных материалов, в той или иной степени свободных от перечисленных недостатков. К их числу следует отнести в первую очередь комплексные добавки, иногда называемые также синтетическими углями. Основное отличие таких добавок – повышенный в 1,5-2 раза по сравнению с углем выход блестящего углерода и, соответственно, уменьшенный расход; изменяемые по требованию заказчика интервал пластического состояния (противоужиминный эффект) и санитарно-гигиенические характеристики.
В большинстве случаев в состав таких добавок входят каменный уголь, битум, асфальтит, смолы. В целях пожарной безопасности транспортировка и хранение таких добавок осуществляется в смеси с бентонитом.
В настоящее время пристальное внимание уделяется экологической безопасности используемым в литейном производстве материалам, в том числе материалам, используемым для изготовления противопригарных добавок /3/. На практике снижение количества образующихся вредных веществ до уровня ниже ПДК достигается двумя способами:
1. Использование в составе комплексных противопригарных добавок углей с пониженным выходом летучих составляющих и углеводородных соединений с высоким выходом блестящего углерода. Как правило, подобные добавки обладают хорошими противопригарными и невысокими противоужиминными свойствами, и их целесообразно использовать при наличии бентонита с высокой прочностью в зоне конденсации влаги.
2. Существенное снижение количества противопригарного материала в составе формовочной смеси (уменьшением П.П.П.) при использовании добавок с повышенным выходом блестящего углерода. Подобные комплексные добавки могут быть изготовлены на основе углей с высоким выходом летучих составляющих, например газовых углей, и углеводородных смол. Эти добавки наряду с предотвращением пригара обычно обладают заметными противоужиминными свойствами.
В России работы по созданию, организации производства и поставке комплексных противопригарных добавок под научным руководством к.т.н. Ф.С.Кваши проводили институты НИИАТМ и ИОТТ совместно с АМО «ЗИЛ», позднее ЗАО «Литаформ» и продолжаются в ЗАО «ВНХК» – (Волжская независимая химическая компания, г. Н. Новгород). При проведении работы использовали зарубежный опыт и отечественные исходные материалы.
Первой такой добавкой, прошедшей производственные испытания в литейном производстве «КамАЗ» в 1992г. был материал «Блескол» на основе каменного угля и синтетического асфальтита. «Блескол» вводился в формовочную смесь линии СПО-1 корпуса серого и ковкого чугуна для производства отливок блоков-цилиндров, картеров делителя и сцепления. За время испытаний расход добавки «Блескол» был на 25% меньше, чем гранулированного угля; потери при прокаливании формовочной смеси снизились на 1,5%, было отмечено общее уменьшение на отливках пригара. Изменений выбиваемости смеси, и в атмосфере цеха не было отмечено. В дальнейшем производство материала Блескол не возобновлялось из-за отсутствия необходимых компонентов.
В настоящее время в отечественном литейном производстве наиболее широко используется разработанная и поставляемая ЗАО «ВНХК» комплексная противопригарная добавка «Блескол-П», включающая каменный уголь, древесный пек и другие компоненты для улучшения технологических свойств формовочных смесей и качества поверхности отливок.
Существенным преимуществом перечисленных комплексных добавок по сравнению с гранулированным углем наряду с улучшением качества поверхности отливок является их положительное влияние на физико-механические и технологические свойства формовочных смесей. В качестве примера в таблице 1 представлены результаты относительного изменения свойств смесей, состоящих из 5% бентонита, 2% комплексной добавки, остальное — кварцевый песок в сравнении с аналогичной смесью с 3% гранулированного угля.
Таблица 1.
Относительное изменение физико-механических и технологических свойств формовочных смесей с отечественными противопригарными добавками.
*Примечание. Для обеспечения зависимости степени поражения отливок ужиминами только от свойств добавок использовался не активированный бентонит.
Специальные компоненты в составе материала Блескол-П обеспечивают повышение эффективности перемешивания смеси и, как следствие, увеличение прочностных свойств. Если в повышении прочности смеси нет необходимости, возможно, сократить расход бентонита на 10-15%. Из приведенных в таблице 1 данных видно, что при эквивалентном по выходу блестящего углерода (соответственно, по противопригарным свойствам) содержании гранулированного угля (3%) и, например, добавки Блескол-П (2%) смесь с комплексной добавкой характеризуется существенно меньшей газотворностью и склонностью к образованию ужимин.
За период 2003-2006 г.г. ЗАО «ВНХК» изготовлено и поставлено более чем 20 различным предприятиям более 5000т противопригарной добавки Блескол-П (ТУ 032224-004-55083680-03). Добавка вводится в формовочную смесь, как в сухом виде, так и в составе глинистой (бентонитовой) суспензии. На большинстве из предприятий, испытывавших или внедривших эту добавку, получен положительный результат. В таблице 2 приведены аннотации из некоторых актов о результатах испытаний и внедрения комплексной добавки Блескол-П.
Таблица 2.
Некоторые результаты испытаний и внедрения в производство
добавки Блескол-П.
Анализ концентрации химически вредных веществ в воздушной среде литейного цеха серого чугуна 11-1, использующего для приготовления формовочных смесей добавку Блескол-П, выполнен лабораторией промсанитарии ОАО «АВТОВАЗ». Пробы воздуха на содержание бензола, фенола (гидроксибензола), оксида углерода (СО) отбирались на участках смесеприготовления и изготовления верхней и нижней полуформ. Предельно-допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны (гигиенические нормативы) приведены в ГН 2.2.5.1313-03. Результаты анализов приведены в таблице 3. Каждый результат – среднее из пяти параллельных анализов.
Таблица 3.
Концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны фомовочно-заливочной линии при использовании в составе формовочной смеси добавки Блескол-П.
*Для изготовления части стержней в нагреваемой оснастке в цехе применяется
фенолкарбамидная смола ФПР-24.
Исследования, проведенные в литейном производстве ОАО «АВТОВАЗ», подтвердили, что при использовании формовочных смесей, содержащих в качестве противопригарной добавки Блескол-П, концентрация вредных веществ – бензола, гидроксибензола (фенола), оксида углерода значительно ниже ПДК.
Т. о. опыт использования в литейном производстве ряда отечественных заводов комплексного противопригарного материала Блескол-П подтвердил его достаточно высокую эффективность, том числе:
· хороший противопригарный эффект. При использовании добавки Блескол-П имеется возможность существенно улучшить качество поверхности чугунных отливок и сократить потери от брака при уменьшении расхода на 30-35% (опыт ОАО «АВТОВАЗ»), или идти по пути резкого, до 2-х раз, сокращения по сравнению с гранулированным углем его содержания в смеси при неизменной и несколько лучшей поверхности отливок. Естественно, во втором случае необходимо жестко стабилизировать состав, свойства и контроль формовочных смесей, и режим их уплотнения.
· возможность уменьшения расхода бентонита на 10-15% при неизменной прочности формовочной смеси, или соответствующее повышение ее прочности за счет повышения эффективности распределения бентонита в смеси в процессе приготовления с добавкой Блескол-П;
· возможность отказа во многих случаях от применения окраски рабочей поверхности форм противопригарными покрытиями;
· обеспечение низкой (значительно ниже ПДК) концентрации вредных веществ – бензола, фенола, оксида углерода в воздухе рабочей зоны.
Список литературы.
1. I. Bindernagel, A. Kolorz, K. Orths, Giesserei, 1974, 61, № 8,
2. Ф. С. Кваша, Л. П. Туманова, Литейное производство, 2003, № 10,11.
3. J. Baier, Giesserei, 1991, 78, №11.
