Составы модифицирующих добавок

№ стадии	Тип добавки	Состав и содержание добавок, %
		1	2	3
1	Na2CO3 (ГОСТ 5100–85)	1	-	0,8
	NaОН (ГОСТ 4328–77)	-	1,8	0,6
2	Na4Р2О7 ·10Н2О (ГОСТ 342–77)	-	4	-
	Na5Р3О10 (ГОСТ 3493–86)	4	-	3,6

Максимальная коллоидальность бентонита (100 %), активированного в АГО–2, достигается при использовании комплекса добавок 3.

Зависимость предела прочности бентонитовой смеси (ПГС) в зоне конденсации влаги от типа активатора и типа комплекса добавок представлена на рис.6. Предел прочности при разрыве в зоне конденсации влаги ПГС, активированной в АГО–2, в 1,5–2 раза больше, чем предел прочности ПГС, перемешанной в бегунах. Это также можно объяснить тем, что в процессе активации в АГО–2 достигается большая дисперсность, общая активность частиц бентонита, чем при перемешивании в бегунах.

а		б
Рис. 6. Зависимость свойств бентонита от типа активатора и комплекса добавок (Б–бегуны, А–АГО–2): а – коллоидальность; б – предел прочности в зоне конденсации влаги

Полученные в результате исследований данные свидетельствуют о том, что наиболее рациональным является использование комплекса 3 при активации бентонита по «Изакт–процесс» в АГО–2.

В пятой главе представлены результаты исследования свойств песчано – глинистых смесей с активированными глинами на песках различных марок: Нижне–Ингашский марки 1Т₁О₁016 и Игирминский марки 1К₁О₁03. Выбор песков данных месторождений обусловлен широким применением их на заводах Сибири, а также большим различием их свойств.

Активация каолиновых глин Кампановского и Кантатского месторождений осуществлялась в планетарно-центробежной мельнице АГО–2.

За основу была выбрана песчано-глинистая смесь состава, %: каолиновая глина – 6; вода – 4; песок – до 100.

Так, увеличение содержания глины с 6 до 10 % способствует увеличению прочности в сухом состоянии в 1,5–2 раза для обеих глин исходных марок и 2– 3 раза для активированных при рациональном времени (60–90 с) глин:

– прочность Кампановской глины в сухом состоянии увеличивается с 2 до 10·10⁵ Па;

– прочность Кантатской глины в сухом состоянии увеличивается с 1,5 до 8·10⁵ Па. Улучшение свойств смесей с активированными глинами имеет одинаковую зависимость при влажности – 4–6 %, (рис. 7).

Вода – 4 %
Рис. 7. Прочность в сухом состоянии ПГС с каолиновыми глинами (КС3, КМ3)

При формовке по-сырому имеют значение три взаимосвязанных показателя качества песчано-бентонитовых формовочных смесей: прочность при сжатии во влажном состоянии, газопроницаемость и влажность. При выборе состава смеси необходимо стремиться к получению заданной прочности смеси при минимальном количестве бентонитовой глины, что обеспечивает достаточно высокую газопроницаемость. Для решения поставленной задачи было исследовано влияние времени активации природного и фабричного бентонита Черногорского месторождения на основные свойства песчано–бентонитовой смеси следующего состава, %: бентонит – 7; вода – 3,5; кварцевый песок – до 100.

Механоактивацию бентонита проводили в планетарно-центробежной мельнице АГО–2 в течение 30–180 с и механохимическим способом в мельнице-активаторе АГО–2 в течение 90–120 с с использованием модифицирующих натрийсодержащих соединений. Результаты исследований представлены на рис.8.

Так, увеличение содержания природного бентонита с 5 до 9 % способствует повышению прочности в 2 раза. При замене природного бентонита на механоактивированный прочность смеси повышается в 1,1–1,3 раза. Повышение содержания активированного бентонита с 5 до 9 % приводит к увеличению прочности во влажном состоянии в 1,2–1,6 раз (рис. 8).

Полученные зависимости хорошо согласуются с экспериментальными и расчетными данными, полученными при исследовании геометрических и энергетических параметров природного и фабричного бентонита: после активации в планетарно-центробежной мельнице АГО–2 в течение 90–120 с частицы природного и фабричного бентонита достигают максимальной активности.

Использование натрийсодержащих соединений в качестве модифицирующих добавок при активации бентонита в планетарно-центробежной мельнице АГО–2 позволяет повысить в 1,5–2 раза его технологические свойства. Поэтому было исследовано влияние влажности смеси и количества активированного с различными добавками бентонита на прочность смеси во влажном состоянии. Полученные результаты показали, что использование в составе смесей глин, активированных с добавками Nа₅P₃O₁₀; Nа₂SO₄ ·10 H₂O; Nа₂CO₃, позволяет регулировать прочность формовочной смеси во влажном состоянии (рис.9).

Вода – 3 %
Рис. 8. Прочность ПГС во влажном состоянии с бентонитом (БМ2Т2, БП1Т1)

При использовании в смесях Игирминского песка при влажности 3, 4 и 5 % прочность увеличивается в среднем в 1,3–1,5 раз, а у смесей с Нижне–Ингашским песком в 1,5–2,5 раза, так как Нижне–Ингашский песок более мелкий. При использовании активированного бентонита двойной электрический слой между кварцевым зерном и глинистыми мицеллами увеличивается за счет увеличения общего дипольного момента и для более мелкого Нижне–Ингашского песка этот эффект проявляется значительнее.

1 3 2	1 3 2
Вода – 3 %
а б
Рис. 9. Зависимость прочности ПГС на сжатие от типа модифицирующей добавки, марки песка и влажности смеси: а – Игирминский песок; б – Нижне–Ингашский песок; (1–Nа5P3O10; 2–Nа2SO4 ·10 H2O; 3–Nа2CO3)

Таким образом, установлено что бентонит, активированный с модифицирующими натрийсодержащими добавками в планетарно-центробежной мельнице АГО–2 в течение 90–120 с, позволяет регулировать прочность смеси и выбирать наиболее оптимальные значения прочности смеси во влажном состоянии: при влажности 3 % прочность смеси возрастает в среднем в 1,5 раза; при влажности 4 % в 1,5–2 раза; при влажности 5 % в 2–3 раза.

В настоящее время для чугунного литья, наряду с другими, широко используют и водные графито–бентонитовые противопригарные покрытия для форм и стержней. Для разработки составов водного покрытия использовали исходный бентонит марок БП1Т₁, БМ2Т₂ и активированный марок БП1Т₁(МА120) и БМ2Т₂(МА120).

В результате проведенных исследований установлено, что использование активированного бентонита различных марок способствует увеличению расхода воды на 20 % и повышению вязкости покрытия с 8 до 12 с. Это можно объяснить тем, что бентонитовые частицы становятся более активными и притягивают к себе больше молекул воды, в результате чего увеличивается структурная вязкость суспензии. Повышение структурной вязкости влечет за собой улучшение качества покрытия по важным технологическим свойствам:

– седиментационной устойчивости и приведенной прочности (рис.10).

а	б
Рис. 10. Зависимость свойств противопригарного водного покрытия от свойств бентонита: а – приведенная прочность; б – седиментационная устойчивость (24 часа)

Установлено, что при использовании активированных каолина и бентонита в составах сухих и сырых форм ПГС прочность смесей увеличивается на 15– 20 %; качество отливок улучшается за счет снижения шероховатости и пригара.

Покрытия с активированным бентонитом марок БП1Т₁(МА120) и БМ2Т₂(МА120) имеют седиментационную устойчивость 99–100 %. Приведенная прочность покрытий увеличивается более чем в 2 раза (с 1,9 до 4 кг/мм). Это связано с тем, что уменьшение размера частиц бентонита и повышение их активности способствует более прочному сцеплению частиц между собой, а также с графитом и связующим.

Опытно–промышленные испытания проведены в литейном цехе ОАО «АОМЗ» города Абакана. Механоактивированые бентонит и каолин были опробованы в составах песчано-глинистых смесей и покрытий для чугунного и стального литья. Объем литых изделий, полученных в формах с активированными глинами, представлен в табл.3.

Графито–бентонитовые покрытия с активированным бентонитом различных марок имеют прочность в 2 раза больше по сравнению с аналогом, седиментационную устойчивость выше на 5–10 %, термостойкость на 20–30 % при снижении расхода сухих компонентов на 15–20 %.

Таблица 3