Проблемы и перспективы разработки новых современных литейных связующих материалов на основе отечественной сырьевой базы

Язык труда и переводы:
УДК:
621.742.22
Дата публикации:
30 мая 2022, 12:24
Категория:
Литейное и сварочное производство
Авторы
Свинороев Юрий Алексеевич
Луганский государственный университет имени Владимира Даля
Рябичев Виктор Дронович
Луганский государственный университет имени Владимира Даля
Гутько Юрий Иванович
Луганский государственный университет имени Владимира Даля
Аннотация:
Показано, что использование комплексных модификаторов, включающих в свой состав компоненты, действие которых, имеет строго определенную функциональную направленность позволяет существенным образом повысить связующую способность лигносульфонатов технических. Наиболее эффективными оказались модификаторы, включающие сочетания неионогенных поверхностно активных веществ с некоторыми минеральными кислотами. В этих случаях наблюдалось возрастание связующей способности с 0,3–0,4 МПа до 3,0 МПа и выше, при этом отверждение композиции при комбинированном использовании термической активации сокращалось с 12–15 мин, до 1–3 мин, для мелких и средних стержней.
Ключевые слова:
литейные связующие материалы, ресурсная база, современный уровень требований, прочностные характеристики, связующая способность, технологические свойства литейных смесей, токсикологические свойства
Основной текст труда

Введение

Доминирование технологических процессов литья в разовые песчаные формы, определяет главенствующую роль и  значимость литейных связующих материалов в качественном осуществлении процессов формообразования, а значит  и получения в конечном итоге годной отливки. Оценивая номенклатуру и объемы используемых, в настоящее время,  связующих материалов на предприятиях РФ, обращает на себя внимание значительность доли приходящейся на импортные смоляные связующие, обеспечивающие все многообразие  ХТС-процессов. В тоже время, в силу целого ряда причин  отечественная сырьевая база не заслуженно  отодвинута на периферию рынка литейных связующих. Сложная политико-экономическая ситуация требует пересмотра сложившейся ситуации, в пользу расширения объемов применения именно отечественных литейных связующих, на новом уровне технологических возможностей с перспективой обеспечения не только технологических, но и экономических и экологических императивов. Противоречие между наличием огромного ресурсного потенциала отечественных продуктов, большого количества научных наработок в этой сфере и их не востребованностью, определяет существо проблемы эффективного использования отечественного потенциала.

Цель исследований — оценка возможностей вовлеченияотечественного ресурсного потенциала для разработки новых связующих материалов и их практического применения на Российских предприятиях с литейным производством.

Результаты исследований

Рассмотрим современный контекст термина «современные связующие материалы». Анализ литературных источников [1–3], содержание дискуссий на всевозможных  научных форумах позволяет определить основные черты присущие  связующему,  которое мы можем охарактеризовать термином «современное».

Во-первых, это универсальная технологичность — способность получать любую, сколь угодно сложную по конструкции отливку из любых сплавов, при использовании данного связующего материала на заданном технологическом оборудовании. Простота использования данного связующего материала обеспечивается применением соответствующего вида оборудования, т. е. его наличие автоматически гарантирует всю сложную совокупность процессов формообразования: от приготовления смеси, формовки стержня, до конечного получения отливки [4, 5] Под свойства связующего подстраивается оборудование, а далее разнообразными регламентами ограничиваются или сужаются возможности перехода на применение других видов связующих материалов.

Во-вторых, можно выделить некие общие черты, тенденции развития:

  •  доминирование ХТС-процессов, становится общепринятым тезис: «мы ушли от процессов сушки», причем он произносится в контексте «успешности» общего технологического решения, хотя во многих случаях «капсулизирующаяся» в процессе холодного твердения влага является причиной сетевидной пористости и газовых раковин, во многом именно этот фактор предопределяет острую потребность в покраске стержней полученных по ХТС-процессам;
  • ужесточение требований к системам регенерации смеси, жесткие регламенты ее проведения, например не допускается или настойчиво не рекомендуется, совместное регенерирование  смесей получаемых  по AlpHaset-процессу и жидкому стеклу;
  • предъявляются особые требования к наполнителю, при использовании отдельных связующих систем, причем не всегда это является оправданным. Например: «прочностные показатели не удовлетворительны из-за того что форма зерна наполнителя требуем «звездообразную форму».  На вопрос где взять такой наполнитель, звучит ответ: «покупайте у нас!».

В-третьих, традиционные показатели качества процессов смесеприготовления и формообразования, например прочности, во всем многообразии ее проявлений, влажности, газопроницаемости, текучести, формуемости, осыпаемости, податливости и т.п., обеспечиваются самим фактом наличия соответствующего оборудования, а потому как бы уходят на второй план, трансформируясь в некие внутренние параметры системы. Зачастую индикаторами качества выступают некие интегральные показатели, например такие как «уплотняемость»,  для амин-процесса.

В четвертых, развитие информационных технологий привело к возможности контроля работы оборудования из единого сервисного центра в онлайн режиме. Например,  завод находится в Таганроге, а контроль работы его оборудования происходит из офиса фирмы производителя в Москве. 

Из данного анализа следует ответ на второй вопрос: почему доминируют импортные связующие? Перевооружение литейных цехов,  произошедшее на рубеже веков и в «нулевые» годы, что обусловило привязку российских предприятий к импортным связующим материалам. Безусловно, объективно трудно, или почти  не возможно рекомендовать к внедрению,  что-то отечественное в работающий импортный  технологический комплекс. Ведь за него заплачены большие деньги, а использование чего-то отличного от рекомендуемого, приведет как минимум к «снятию с гарантии/обслуживания», а как максимум к неполадкам/сбоям  в работе, которые могут быть преодолены.

Это приводит к отторжению отечественного, и засилью импортного. При этом в угоду технологичности, приносится в жертву экономичность, безопасность и экологичность процессов производства, усугубляющаяся его зависимостью от наличия импорта.

Установлено, что  причины вытеснения отечественных связующих материалов  с рынка современных литейных связующих, состоят в объективной невозможности  их применения в импортных технологических комплексах, поскольку они  настроены непосредственно под обеспечение строго определенных процессов формообразования. С другой стороны, именно такая организация работы позволяет извлекать постоянные максимальные прибыли от продажи расходных материалов, к которым относятся литейные связующие.

В то же время, отечественная сырьевая база, имеет огромный потенциал роста, который, в сложившихся политико-экономических условиях может быть востребован. К ней, прежде всего, можно отнести жидкостекольные, лигносульфонатные, металлофосфатные связующие материалы. В контексте перспектив сокращения применения фенольных смол в странах ЕС, идет активный поиск альтернативных решений, анализ показывает, что они направлены на разработку жидкостекольных материалов обладающих облегченной выбиваемостью и регенерируемостью.

В тоже время,  недооцененным является лигниносодержащий класс материалов, объемы генерирования которого в нашей стране составляют порядка 3,5–4,0 млн. тонн в год. Рассмотрим пример возможности применения в качестве литейных связующих лигносульфонатных связующих материалов, на примере возможностей применения технических лигносульфонатов (ЛСТ). В многочисленных научных информационных источниках ЛСТ  характеризуются как: технологичные, экологически безопасные, не дорогие по стоимости, и что существенно, не склонные к удорожанию, не дефицитные связующие материалы. Сейчас, этот класс материалов на рынке связующих  представлен техническими лигносульфонатоами, которые производятся  в соответствии ТУ 13-0281036-29-94.  Их применение в качестве в литейном производстве,  сдерживается не удовлетворительностью,  показателей качества: низкая связующая способность, не стабильность свойств, высокая гигроскопичность стержней и форм,  изготовленных на их основе. 

Противоречие между комплексом перечисленных положительных характеристик и свойств ЛСТ, с одной стороны, и неудовлетворительностью технологических показателей прочности, с другой — определяет главную проблему их применения в технологических процессах литья.  

Выводы

Использование комплексных модификаторов, включающих в свой состав компоненты, действие которых, имеет строго определенную функциональную направленность позволяет существенным образом повысить связующую способность ЛСТ. Наиболее эффективными оказались модификаторы, включающие сочетания неионогенных поверхностно активных веществ (НПАВ) с некоторыми минеральными кислотами. В этих случаях наблюдалось возрастание связующей способности с 0,3–0,4 МПа до 3,0 МПа и выше, при этом отверждение композиции при комбинированном  использовании термической активации (380–400°С) сокращалось  с 12–15 мин, до 1–3 мин.

На этой основе разработан и  предложен к использованию новый связующий материал, который позволяет снизить в составе стержневой смеси содержание связующих (КО, УСК), являющихся источником вредных выбросов на этапах техпроцесса с 3,5–4,5 до уровня  0,5–0,8 %, т. е. в 5–7 раз.

Литература
  1. Жуковский С.С., Анисович Г.А., Давыдов Н.И. и др. Формовочные материалы и технология литейной формы: справочник. Москва, Машиностроение, 1993, 432 с.
  2. Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси. Чебоксары, Изд-во Чувашского ун-та, 1992, ч. 1, 223 с.
  3. Болдин А.Н., Яковлев А.И., Тепляков С.Д. Инженерная экология литейного производства. Москва, Машиностроение, 2010, 352 с.
  4. Жуковский С.С. Прочность литейной формы. Москва, Машиностроение, 1989, 288 с.
  5. Гуляев Б.Б., Корнюшкин О.А., Кузин А.В. Формовочные процессы. Ленинград, Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987, 264 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.