Сравнительный анализ кварцевых песков для фуран- и Cold-Box-Amin процессов

От качества применяемых кварцевых песков зависит расход связующих свойств смесей фуран-процесса и Cold-Box-Amin процесса и прочностные характеристики получаемых стержней. Проведение анализа литературных источников по применяемым кварцевым пескам и нахождение более подходящих марок представляется актуальным.

Цель исследований — провести сравнительный анализ кварцевых песков для фуран- и Cold-Box-Amin процессов.

Общие рекомендации по применяемому кварцевому песку для фуран-процесса [1]:

• содержание глины не более 0,2 %;
• содержание мелкодисперсных частиц размером 0–0,125 мм менее 1 %;
• средний размер зерен песка 0,25–0,35 мм;
• количество влаги в песке допускается до 0,25 %.

Провели исследования формовочной смеси следующего состава: 100 % кварцевого песка, 1,2 % карбамидофурановой смолы марки КФ65С по ТУ 6-00-5751766-4–88 с плотностью 1040 кг/м³ и 0,8 % отвердителя – ортофосфорной кислоты по ТУ 2143-002-002094550–96 с плотностью 1340 кг/м³. Исследования проводили на:

• прочность на разрыв для различных марок песка;
• влияние размера зерен песка марки 1К₁О₂02 на прочностные свойства образцов;
• влияние наличия примесей на прочность на разрыв образцов;
• влияние добавки пылевидного кварца на прочность;
• водородный показатель (рН), температура и др.

Результаты исследований рассматривались применительно к смесям на чисто фурановых смолах.

Требования к пескам для Cold-Box-Amin процесса приведены в [2, с. 112], [3, c. 287], а именно:

• содержание глины не более 0,6 %, иностранные производители рекомендуют не более 0,3 %;
• рН водной вытяжки из песка 6,5–7,0;
• средний размер зерен песка 0,2–0,3 мм;
• количество влаги не более 0,2 % иностранные производители рекомендуют не более 0,1 %;
• оптимальная температура песка 20–25°С, если выше 25°С — сокращается живучесть смеси, если ниже 10 °С — ухудшаются условия перемешивания, увеличивается живучесть, повышается расход катализатора, удлиняется цикл упрочнения; увеличение на 10 °С удваивает скорость реакции.

Исследования проводили на:

• влияние влажности песка на показатель прочности;
• влияние рН на показатель прочности;
• влияние температуры смеси на показатель прочности и др.

Автор [4] отмечает общие требования для песков фуран- и Cold-Box-Amin процессов, а именно:

• если средний размер зерна около 0,20–0,25 мм, то максимальное содержание фракции 0,125 мм и менее, не приводящее к весьма существенной деградации свойств смеси, ограничивается в районе 6 %, причем из них остаток в тазике не более 1 %;
• приемлемые значения потерь при прокаливании при 900 °С обычно составляют до 0,3 % для свежего песка;
• для механически регенерированного песка типично 2–3 %.

Проведенный анализ кварцевых песков определил общие характеристики, которые обеспечивают оптимальные технологические параметры и расход связующих для фуран- и Cold-Box-Amin процессов. Общие характеристики параметров песка приведены в таблице 1.

Таблица 1

Общая характеристика параметров песка для фуран-процесса и Cold-box-amin

В результате проведенного анализа наиболее  подходящими для для фуран- и Cold-Box-Amin процессов изготовления стержней являются кварцевые пески марки 2К₂О₂О2 по ГОСТ 2138–91, которые отвечающие следующим требованиям: массовая доля глинистой составляющей не более 0,5 %; массовая доля диоксида кремния не менее 98 %; коэффициент однородности 70÷80 %; средний размер зерна 0,19÷0,23 мм; содержание фракции ниже 0,063 не более 1%; потери при прокаливании менее 2 %.