Сухой концентрат для быстрого приготовления жидкостекольного связующего

С.А.Никифоров (Южно-Уральский гос.университет, г.Челябинск),Г.М.Магидсон, С.В.Гуржий (ЗАО «Урал ВИМ», г.Челябинск)

Взамен силикат-глыбы разработан состав и технология изготовления сухого концентрата для быстрого безавтоклавного приготовления жидкостекольных связующих различного назначения.

Сухой концентрат представляет собой гомогенную порошкообразную смесь различных компонентов, прошедших предварительную высокотемпературную активирующую обработку, в результате которой образуются соединения кремнезема с оксидами щелочных металлов: натрия или калия. При высокотемпературной обработке концентрат сохраняет свое порошкообразное состояние и приобретает высокую химическую активность к водным средам. Поэтому при смешивании концентрата с водой практически сразу образуется коллоидный раствор готовый к использованию в качестве силикатного связующего материала. При этом получаемые из сухого концентрата некоторые марки жидкостекольное связующее зачастую превосходит по своим связующим свойствам стандартное жидкое стекло, приготавливаемое из стекловидной силикатной глыбы.

Сухой концентрат (СК) для быстрого приготовления жидкого стекла производится и поставляется Челябинской фирмой ЗАО «Урал ВИМ» в полиэтиленовых мешках с различной массой в упаковке от 10 до 50 кг. По заявке заказчика СК может поставляться в больших упаковках массой до одной тонны. Упакованный в полиэтиленовые мешки СК может длительно храниться без изменения исходных свойств, не зависимо от температурных условий окружающей среды.

В зависимости от химического состава СК подразделяется на несколько марок: НСК – натриевый, НКСК – натриево-калиевый, КСК – калиевый и КНСК – калиево - натриевый. Калиевые сорта СК характеризуются большей огнеупорностью в сравнении с натриевыми сортами и обеспечивают лучшую выбиваемость из отливок жидкостекольных стержней, получаемых по СО2-процессу и из самотвердеющих смесей с феррохромовым шлаком.

Сухой концентрат широко выпускается с любым силикатным модулем в пределах до 3 ед. Однако особый интерес представляет СК с повышенным силикатным модулем до 4,5 – 5 ед., который эффективно можно использовать в самотвердеющих формовочных и стержневых смесях, а также при изготовлении единых и комбинированных оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям.

Жидкое стекло, получаемое из сухого концентрата, производится простым смешиванием его с технической или водопроводной водой с температурой 25-280С в металлической емкости или в механических мешалках, обычно применяемых для доведения жидкого стекла до заданной плотности. В зимнее время в необогреваемых цехах для приготовления жидкого стекла из СК воду необходимо подогревать до 50-600С, но не более, а емкости для приготовления раствора покрывать теплоизолирующими покрытиями – шлаковатой, глиняной обмазкой.

Плотность готового жидкого стекла регулируется количеством используемой воды. Однако целесообразно первоначально готовить жидкое стекло с плотностью около 1400 – 1500 кг/м3, а затем его разбавлять дополнительным количеством воды до требуемой более низкой плотности.

При этом разведение жидкого стекла с большой исходной плотностью можно проводить водой с любой температурой, но не меньше 150С. После разведения жидкого стекла водой необходимо раствор тщательно перемешать и выдержать 15-20 минут до полной коллоидизации твердой фазы.

Целесообразно смешивание сухого концентрата с водой проводить из расчета использования полных упаковок СК на заданное количество воды.

В табл. представлены ориентировочные данные по соотношению сухого концентрата и воды из расчета на 10 кг СК.

Таблица Требуемая плотность готового жидко-го стекла, кг/см3 Масса сухого концентрата в упаковке, кг Количество упаковок сухого концентрата, шт. Количество потребной воды на одну упаков-ку, литр 1500 10 1 10,2 1450 10 1 12,3 1400 10 1 14,6 1350 10 1 16,2 Для изготовления стержней по СО2-процессу интерес представляет применение калиевых сортов жидкого стекла. Опыт работы показал, что при использовании калиевых сортов жидкого стекла, полученных из КСК и КНСК, при использовании технологии СО2-процесса удельный расход углекислого газа сокращается на 30-40%, прочность после упрочнения увеличивается на 15-20%, а выбиваемость стержней из стальных отливок улучшается на столько, что многие стержни удаляются на выбивных решетках. Установлено, что калиевые сорта жидкого стекла активней реагируют с порошкообразными отвердителями: феррохромовым шлаком и нефелиновым шламом. Время отверждения самотвердеющих смесей на основе калиевых сортов жидкого стекла при прочих равных условиях в сравнении с натриевыми сортами сокращается на 25 – 30%. Это обстоятельство оказалось важным при использовании самотвердеющих смесей в зимнее время в необогреваемых литейных цехах. Установлено, что при уменьшении температуры самотвердеющих смесей на основе натриевого жидкого стекла до 150С и ниже затвердевание стержней прекращается, что требует применение для их упрочнения дополнительной тепловой обработки. Не смотря на более высокую стоимость КСК и КНСК в сравнении с НСК, для СО2-процесса и самотвердеющих смесей экономически выгодней применять калиевые сорта жидкостекольного связующего, так как при их использовании можно значительно увеличить производительность изготовления стержней, особенно мелких и средних в поточном производстве, повысить исходную прочность форм и стержней и улучшить выбиваемость смесей из отливок. В целом для производства более выгодно применять жидкостекольное связующее, получаемое из СК, который можно заказывать большими и малыми партиями. СК может храниться длительное время, а на приготовление жидкостекольного раствора требуется мало времени от 30 до 40 минут. При этом имеется возможность использования горячего жидкого стекла, что позволяет сократить его удельный расход и повысить исходную прочность форм и стержней. При этом не требуется использование автоклавного оборудования для приготовления жидкого стекла и связанного с ним пара и электроэнергии, что важно для литейных цехов, работающих на привозном жидкостекольном связующем. Для цехов, имеющих систему автоклавной варки жидкого стекла из силикатной глыбы, также выгодно применять СК. Для этого можно использовать в целом ту же технологическую цепочку подготовки жидкого стекла, но исключить из нее операции помола силикат-глыбы и применение пара под давлением для автоклава. При этом сохраняется неизменной системы раздачи жидкостекольного связующего по трубопроводам, применяемые на многих заводах с крупносерийным производством, например на таких заводах, как «Уралмаш», «Курганмашзавод», Ашинский металлургический завод.