Лейкоксеновый концентрат — перспективный наполнитель противопригарных красок для стального и чугунного литья

Язык труда и переводы:
УДК:
621.74.015
Дата публикации:
29 мая 2022, 18:32
Категория:
Литейное и сварочное производство
Авторы
Аннотация:
Представлены общие сведения о материале минерального происхождения Лейкоксеновом концентрате, который рассматривается в качестве возможной огнеупорной основы противопригарных покрытий. Приведены результаты гранулометрического анализа порошкового Лейкоксенового концентрата Ярегского месторождения. Показана принципиальная возможность использования Лейкоксеновго концентрата в качестве огнеупорного наполнителя противопригарных покрытий для стального и чугунного литья.
Ключевые слова:
стальное литье, чугунное литье, противопригарные покрытия, огнеупорный наполнитель, рутил
Основной текст труда

Лейкоксеновый концентрат Ярегского месторождения является побочным продуктом переработки нефтеносных песков, в которых помимо 6–9 % тяжелой нефти содержится примерно 10–12 % TiO2 и 80 % SiO2. Технологическая схема обогащения нефтетитанового сырья включает процесс помола сырья до крупности до фракции 0,3, флотационную сепарацию с целью разделения нефтетитанового концентрата и кварцевого песка. Следующим этапом следует процесс отделения нефти методом экстракции керосином, а полученный лейкоксеновый концентрат подается на обжиг при 1000 °С с целью удаления оставшейся органики [1]. Получаемый концентрат содержит 45–55 % TiO2 и 40–45 % SiO2 и выпускается в двух формах: в виде зернистого и порошкового концентрата.

В качестве перспективного наполнителя противопригарных красок был выбран порошковый концентрат. Для определения достаточной тонкости помола был проведен гранулометрический анализ концентрата методом лазерной дифракции и определена удельная поверхность методом газопроницаемости на приборе типа ПСХ. Истинная плотность материала определялась пикнометрическим методом. Теоретическая температура плавления определялась после анализа диаграмм состояния.

Результаты проведенных анализов приведены на рисунке 1 и в таблице 1.

 

Рисунок 1. Интегральная кривая и дифференциальная гистограмма распределения эквивалентных размеров частиц

Средний размер, мкм: 39,8 мкм;

Диаметр по интегральному, %: 10,0 % – 11,0 мкм; 50,0 % – 32,4 мкм; 90,0 % – 77,8 мкм.

Таблица 1. Физико-механические свойства ЛКП и распространенных огнеупорных наполнителей, применяемых в литейном производстве

Свойство

Огнеупорный наполнитель

ЛКП

Цирконовый концентрат (КЦП-63)

Дистен-силлиманитовый концентрат (КДСП)

Графит скрытокристаллический

(ГЛС-1)

Удельная поверхность, см2

4400-4600

3600-3800

4500-5500

5800-6100

Плотность, г/см3

2,8-4,2

4,5-4,7

3,2-3,5

2,1-2,3

Теоретическая температура плавления, оС

~1545

~2600

~1800

Начало выгорания ~400

Материал обладает низкой полидисперсностью, фракционный состав имеет распределение близкое к нормальному. Для сравнения основная доля частиц скрытокристаллического графита марки ГЛС-1 (далее ГЛС), являющегося традиционным огнеупорным наполнителем противопригарных покрытий для чугунного литья, находится в интервале размеров 40–80 мкм. Для цирконового концентрата марки КЦП-63 (Далее КЦП), традиционно применяющемся в качестве наполнителя противопригарных красок для стального литья, основная доля частиц находится в диапазоне 45–90 мкм. Исходя из результатов гранулометрического анализа и известных значений удельной поверхности видно, что рассматриваемый порошковый концентрат не нуждается в дополнительных операциях помола и прокалки, что является существенным достоинством.

Огнеупорные материалы на основе чистого рутила не получили широкого распространения в промышленности в силу дефицитности и дороговизны. Однако в ряде работ рутил рассматривается наряду с основными огнеупорными материалами в качестве наполнителя противопригарных красок. Так, в работе [3] приведены данные о физико-химических особенностях взаимодействия разных огнеупорных материалов с расплавом стали. В частности, рассматривается вопрос смачивания и интенсивности фильтрации в системе огнеупор–FeO. Наименьший равновесный угол смачивания, а также наименьшая интенсивность фильтрации расплава наблюдалась на образцах изготовленных из SiO2, TiO2 и ZrO2. Однако при производственных испытаниях краски с рассмотренными наполнителями показали наихудшие результаты.

Отличные данные о пригарообразовании на стальных отливках с применением рутила и циркона в качестве огнеупорного наполнителя приводится в работе [4]. В ней отмечается высокая химическая инертность противопригарного покрытия на основе рутила к расплаву стали. Так же по результатам исследования рутил был рекомендован как замена цирконовому концентрату при производстве крупного стального литья.

На базе НПО «ЦНИИТМАШ» были проведены опытное опробование красок на основе порошкового лейкоксенового концентрата с целью окончательной оценки возможности применения в качестве огнеупорного наполнителя. Отливки, полученные с применением краски на основе лейкоксенового концентрата, в сравнении с отливками, полученными с применением традиционных наполнителей приведены на рисунке 3.

 

Рисунок 2. Стержни, образующие внутреннюю полость отливки «изложница», покрашенные краской: а — самовысыхающей на основе скрытокристаллического графита; б — самовысыхающей на основе Лейкоксенового концентрата, а также сами отливки «Изложница» (масса отливки 25 кг, низколегированный чугун, tзал= 1320 °C), полученные в формах, окрашенных теми же красками

Как видно из примера выше, опытная краска с применением лейкоксенового концентрата показала хороший результат на чугунных отливках. Отличительной особенностью применяемого опытного состава является образование легкоотделяемого пригара, т. н. «шубы», имеющего низкую прочность сцепления с поверхностью отливки. Часть «шубы» отслаивается уже на этапе выбивки отливки из формы, оставшаяся часть отпадает при небольших механических усилиях (обработка металлической щеткой).

Таким образом можно говорить о возможности проведения дальнейших исследований, связанных с применением Лейкоксенового концентрата в качестве наполнителя противопригарных красок. Основными этапами будущих исследований являются разработка серии опытных составов противопригарных покрытий и исследование особенностей физико-химического взаимодействия в системе покрытие — отливка для чугуна и стали, а также проведение более детальных исследований самого наполнителя.

Литература
  1. Швейкин Г.П., Николаенко И.В. Переработка лейкоксенового концентрата и получение на его основе продуктов и материалов. Химическая технология, 2008, № 8, с. 394–401.
  2. Игнатьев В.Д., Бурцев И. Н. Лейкоксен Тимана: минералогия и проблемы технологии. Санкт-Петергург, Наука, 1997, 215 с.
  3. VI съезд литейщиков России: сб. тр. конф. Екатеринбург, Изд-во УГТУ–УПИ, 2003, т. 1, с. 108–113.
  4. Дорошенко С.П., Дробязко В.Н., Ващенко К.И. Получение отливок без пригара в песчаных формах. Москва, Машиностроение, 1978, 208 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.