Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие отечественного литейного производства и его интеграция в международный рынок, требуют от специалистов решения задач по снижению себестоимости, повышению качества и товарного вида отливок, а также по повышению экологической чистоты производства. Использование формовочных и стержневых смесей на жидком стекле во многом решает поставленные задачи, так как позволяет сократить время на изготовление отливок и повысить качество их поверхности, обеспечить получение отливок с достаточно высокой размерной точностью, увеличить производительность труда, автоматизировать технологические процессы смесепри-готовления и изготовления литейных форм и стержней. Актуальность внедрения жидкостекольных смесей обусловлена также и тем, что жидкое стекло, относится к числу дешевых, недефицитных и экологически чистых материалов. Однако, наряду с указанными преимуществами, эти смеси имеют и недостатки, из которых основным является затрудненная выбиваемость, связанная с протеканием в смеси сложных физико-химических процессов при высоких температурах. Наиболее известные и предпочтительные методы улучшения выбиваемости, связаны с применением добавок органического и неорганического происхождения. При термодеструкции органических добавок выделяются газы и коксовый остаток, что способствует разрыхлению силикатной адгезивной оболочки. Неорганические добавки повышают температуру плавления продуктов взаимодействия добавок с силикатом натрия и предотвращают образование жидких силикатов. Ужесточение требований к экологической безопасности литейного производства требует более тщательного подбора данных добавок с целью снижения вредных выделений при их использовании.
Следовательно, актуальным направлением исследований является установление закономерностей протекания физико-химических процессов при формировании структуры и свойств жидкостекольных смесей с целью реализации возможности управления их свойствами, а также разработка составов жидкосте-кольных смесей с добавками, которые бы позволили существенно снизить работу выбивки, а также улучшить некоторые технологические и рабочие свойства.
Цель и основные задачи исследования. Целью данной работы является разработка научно обоснованных рекомендаций по созданию рецептур жид-костекольных смесей с повышенными технологическими и рабочими свойствами. Для реализации этой цели в работе поставлены следующие задачи:
проанализировать накопленный опыт по формированию структуры и свойств жидкостекольных смесей с использованием известных органических и неорганических добавок, улучшающих их свойства;
выявить теоретические предпосылки и практические возможности применения ультрадисперсного пироуглерода (УДП) с целью существенного улучшения свойств жидкостекольных смесей как до, так и после заливки металла в форму;
разработать и оптимизировать составы жидкостекольных смесей с использованием микродобавок УДП;
установить механизм формирования структуры и свойств разработанных составов жидкостекольных смесей с микродобавками УДП как в процессе смесеприготовления и изготовления форм и стержней, так и под влиянием высоких температур заливаемого металла;
разработать рекомендации по производственному приготовлению легко-выбиваемых жидкостекольных смесей;
провести опытно-промышленные испытания разработанных смесей и оценить социально-экономическую эффективность от их внедрения в производство. Научная новизна выносимых на защиту результатов работы:
предложено управление механизмом формирования свойств жидкостекольных смесей добавками химически активного ингредиента с размерами частиц, соизмеримыми с размерами частиц силикагеля;
установлена принципиальная возможность управления свойствами жидкостекольных смесей микродобавками ультрадисперсного пироуглерода;
экспериментально установлена возможность образования новой ультрадисперсной высокотемпературной фазы (0-SiC) при взаимодействии частиц ультрадисперсного пироуглерода и силикагеля, в результате чего происходит разупрочнение жидкостекольной адгезивной оболочки, что ведет к снижению удельной работы выбивки;
теоретически и экспериментально определена кинетика влияния ультрадисперсного пироуглерода на процесс формирования структуры и свойств жидкостекольных смесей при высоких температурах;
с использованием методов математического планирования и статистической обработки результатов эксперимента получены зависимости, определяющие влияние количества УДП на свойства жидкостекольной смеси. Практическая значимость работы:
полученные результаты исследований позволили разработать рекомендации по рецептурно-технологическому управлению выживаемостью жидкостекольных смесей;
введение УДП в жидкостекольную смесь позволяет существенно уменьшить работу выбивки и повысить ее термостойкость, а также улучшить регенерируемость оборотных смесей;
методами математического планирования и статистической обработки результатов эксперимента получены зависимости, определяющие влияние количества УДП на свойства жидкостекольной смеси, по которым произведена оптимизация их составов;
проведены опытно-промышленные испытания разработанных составов жидкостекольных смесей, которые подтвердили практическую целесообразность их внедрения.
Реализация работы. Разработанный состав жидкостекольной смеси прошел опытно-производственные испытания при получении отливки «корпус задвижки» 03.1456.032 массой 345 кг из стали 25Л, изготавливаемой в литейном цехе ОАО «Сибэнергомаш» и был рекомендован к внедрению. Существенное снижение работы выбивки, исключение операции окрашивания стержней позволит сократить численный состав рабочих, занятых на этих операциях, а также уменьшить количество смеси вывозимой в отвал, в результате чего ожидаемый социально-экономический эффект составит 630752 руб./год (по ценам первого полугодия 2001 г.)
Апробация работы. Основные материалы диссертации представлены на научно-технических конференциях «Проблемы и перспектива развития литейного производства» в декабре 2000 г. в Барнауле; «Фундаментальные и прикладные исследования для производства» в декабре 2000 г. в Барнауле; «Проблемы и перспектива развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств» в декабре 2001 г. в Барнауле; «Пятый съезд литейщиков России» в мае 2001 г. в Москве; «Проблемы и перспектива развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств» в декабре 2002 г. в Барнауле; «Проблемы и перспектива развития литейного, сварочного и кузнечно-пггамповочного производств» в декабре 2003 г. в Барнауле где получили положительную оценку.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 11 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, приложения и библиографического списка из 141 наименования, изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка, 11 таблиц.
