автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Противопригарные покрытия на основе отходов абразивного и металлургического производств для изготовления стальных и чугунных отливок

На правах рукописи

Антошкина Елизавета Григорьевна

ПРОТИВОПРИГАРНЫЕ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ АБРАЗИВНОГО И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ И ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК

Специальность 05 16 04 - «Литейное производство»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□3444715

Челябинск — 2008

003444715

Работа выполнена на кафедре «Общая химия» ГОУ ВПО ЮжноУральского государственного университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Смолко Виталий Анатольевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Кулаков Борис Алексеевич,

кандидат технических наук Московенко Анатолий Михайлович

Ведущая организация - ОАО «ЧТЗ-Уралтрак» (г Челябинск)

Защита состоится 27 мая 2008 г, в 11-00 часов, в аудитории 201 главного корпуса на заседании диссертационного совета Д 212 298 06 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» по адресу 454080, г Челябинск, пр им В И Ленина, 76

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета

Автореферат разослан апреля 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета / ^ / У^Р^-А Щуров И А

Актуальность работы. Главной задачей литейного производства, как основной заготовительной базы машиностроения, остается снижение трудовых, материальных и энергетических затрат и получение качественных отливок с чистой от пригара поверхностью Затраты на исправление дефектов поверхности отливок, получаемых в разовых песчаных формах, составляют 40 - 60% от общего объема трудоемкости их изготовления, что обусловлено недостаточным качеством литейных форм и стержней Для борьбы с пригаром самым распространенным и действенным способом является нанесение противопригарных покрытий на поверхность литейных форм и стержней

Традиционно в составах противопригарных покрытий в качестве наполнителей для мелких отливок используется молотый кварцевый песок (маршалит), а для крупных - высокоогнеупорные и химически инертные к металлическому расплаву материалы (цирконовый концентрат, дистен-силлиманит, электрокорунд и др), которые при высокой стоимости узко ориентированы в основном на профилактику конкретного вида пригара (термический, химический, механический), что не всегда эффективно Однако, несмотря на тенденцию к применению эффективных противопригарных покрытий повышенного качества из дорогостоящих материалов, изыскание новых, дешевых, недефицитных огнеупорных материалов в России остается важной задачей повышения качества поверхности отливок В этом случае грамотный выбор материала может обеспечить не только комплексное предотвращение пригара, но и способствовать решению таких насущных проблем современного производства, как рециклинг и утилизация отходов, расширение сырьевой базы и экологические проблемы

Цель работы. Целью работы является разработка новых противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств, обеспечивающих получение качественных стальных и чугунных отливок

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи

- с целью прогнозирования формирования адгезионно-когезионной связи противопригарного покрытия с формовочной и стержневой смесью исследовать структуру, морфологические особенности строения поверхности формовочных кварцевых песков различных месторождений России Провести микрохиманализ аутигенных пленок и поверхности зерен естественных, обогащенных и регенерированных песков, определить концентрацию активных (кислотно-основных) центров и установить их распределение на поверхности зерен кварца

- теоретически и экспериментально обосновать возможность применения отходов абразивного и металлургического производств в качестве огнеупорных наполнителей в составе противопригарных покрытий

- с целью управления физико-механическими свойствами при изготовлении противопригарных красок изучить структуру и особенности строения наиболее употребляемых и перспективных месторождений бентонитовых и каолиновых глин России и стран Запада, их микрохиманализ, полиморфные превращения, на-бухаемость, температуры дегидратации и деструкции

- исследовать физико-химические процессы на границе металла с формой и металла с противопригарным покрытием с целью выявления термодинамических

параметров и условий, приводящих к образованию пригара

- разработать составы противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств, установить реологические свойства противопригарных красок и провести их электронно-микроскопический, термогравиметрический, рентгенофазовый анализы в исходном и отвержденном состоянии

- провести опытно-промышленные испытания разработанных составов противопригарных покрытий при изготовлении стальных и чугунных отливок и установить анализом состав новообразований, формирующихся на границе раздела фаз при взаимодействии металла отливки с противопригарным покрытием

Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена совокупность научных положений по разработке и созданию противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств с заданными физико-механическими свойствами при изготовлении стальных и чугунных отливок

В том числе

1 Выявлены структурные и морфологические особенности строения поверхности кварцевых песков различных месторождений России, используемых для изготовления литейных форм, стержней и противопригарных покрытий Установлен химический состав аутигенных пленок и поверхности зерен естественных, обогащенных и регенерированных песков

2 Определена количественная концентрация активных (кислотно-основных) центров Льюиса и Бренстеда и установлено их распределение на поверхности зерен естественных и обогащенных кварцевых песков

3 Электронно-микроскопическим, петрографическим, термогравиметрическим, рентгенофазовым анализом определена структура, минералогический, химический состав отходов абразивного и металлургического производств, выявлены их термические превращения Установлена возможность применения отходов абразивного и металлургического производств в качестве огнеупорных наполнителей в составе противопригарных покрытий

4 Выявлены структурные и морфологические особенности строения поверхности формовочных глин России и зарубежных бентонитов, применяемых в качестве связующих формовочных, стержневых смесей и в противопригарных покрытиях

5 Разработана методика исследования и определена набухаемость глин различного месторождения

6 Проведен термодинамический анализ, показывающий вероятность протекания физико-химических процессов на границе металла с литейной формой и металла с разработанным противопригарным покрытием

7 Электронно-микроскопическим, рентгенофазовым анализом определен состав новообразований на границе металла отливки с покрытием и его влияние на процессы пригарообразования

Практическая ценность работы. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать составы противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств для стальных и чугунных отливок Противопригарные покрытия с применением в качестве

наполнителя регенерированного продукта абразивного производства прошли опытно-промышленные испытания в фасонно-литейном цехе ОАО «Челябинский металлургический комбинат», которые показали положительные результаты и рекомендованы к внедрению в производство стальных и чугунных отливок массой до 200 кг

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечена использованием современного оборудования, сертифицированных средств измерения, положительными опытно-промышленными испытаниями разработанных составов противопригарных покрытий В исследованиях использовался комплекс физико-химических методов фотоколориметрия, дифференциально-термический, петрографический, рентгенофазовый, ИК-спектроскопический, рентгеноструктурный, микрохиманализ, при этом противоречия известным физическим и физико-химическим представлениям не установлены

Публикации и апробация работы. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 статьях, из них - 2 в журналах, рекомендованных ВАК Материалы диссертации доложены и обсуждены на международной научно-практической конференции «Снежинск и наука - 2006 Трансфер технологий, инноваций, современные проблемы атомной отрасли», г Снежинск (2006 г), на VII съезде литейщиков (г Новосибирск, 2005 г), в ходе работы XXVI Российской школы по проблемам науки и технологии, г Миасс (2006 г) Результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников Южно-Уральского государственного университета (2004 - 2008 гг)

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 160 наименований Работа содержит 191 страницу машинописного текста, в том числе 102 рисунка и 50 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, определены задачи исследований, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов

В первой главе рассмотрены условия возникновения пригара и показано, что самым распространенным и действенным способом борьбы с пригаром на средних и крупных отливках является нанесение противопригарных покрытий на поверхность форм и стержней Проанализирована известная классификация противопригарных покрытий, рекомендации по выбору исходных материалов и технологии их приготовления, основные характеристики покрытий, составы традиционно применяемых покрытий для стального и чугунного литья Исходя из этого, сформулирована цель и определены задачи исследования

Во второй главе представлены результаты исследования поверхности и микрохиманализ формовочных кварцевых песков, являющихся основным ингредиентом разовых песчаных форм, широко используемых в настоящее время для производства отливок

Исследованиями установлено, что решающую роль в образовании химических связей, адгезионно-когезионных контактов при формировании прочности формовочных, стержневых смесей и противопригарных покрытий оказывают не только

минералогический состав, содержание глинистой составляющей и других примесей, но и морфологические особенности поверхности зерен песка, их поверхностная энергия, состав аутигенных пленок, наличие активных центров, трещин, блоков, вакансий, дефектов кристаллической решетки

Для исследования состояния поверхности зерен кварцевого песка, определения на ней количества адсорбционных слоев молекул воды, групп ОН", активных центров Льюиса и Бренстеда, распределения химических элементов в аутигенных пленках были использованы электронные микроскопы РЭМ-200, РЭМ-100У с рентгеновским микроанализатором, растровый электронный микроскоп «ЛЮЬ» 1БМ-6460 ЬУ, ИК-спектрофотометр «Бресогс!» ИК-75, а также спектрофотометр СФ-26

С помощью электронно-микроскопических исследований был установлен химический состав аутигенных пленок и поверхности кварцевых зерен естественных, обогащенных и регенерированных песков Для исследования были выбраны кварцевые пески наиболее используемых месторождений России Люберецкого, Басьяновского, Балашейского, Кичигинского, Нижне-Увельского, Игирминского, Нижне-Ингашского и др (табл 1)

Таблица 1

Микрохиманализ поверхности кварцевых песков различных месторождений России

Месторождение песка Содержание элементов, мае %

О 81 А1 К Иа мё Са Т1 Бе Ъх

Люберецкое 63,166,2 32,534,7 0,71,2 0,110,16 - 0,080,12 0,050,10 0,020,04 0,30,6 -

Балашейское 64,367,8 30,132,5 1.1— 1,8 0,150,28 - 0,250,31 - - 0,60,8 -

Игирминское 61,067,2 27,529,6 3,24,8 0,140,74 0,210,26 0,270,58 0,130,18 - 1,11,6 0,301,25

Нижне-У вельское 62,867,3 28,430,2 2,24,1 0,220,43 - 0,230,31 0,280,39 - 1,4— 1,8 -

Басьяновское 63,468,1 28,131,4 1,92,7 0,460,59 - 0,130,17 0,180,23 - 1,11,5 -

Кичигинское 59,163,1 30,833,3 4,25,1 0,240,33 - 0,240,27 - 0,220,27 1,2— 1,6 -

Нижне-Ингашское 61,469,8 23,226,5 3,34,3 0,590,72 0,110,37 0,310,49 0,110,25 0,100,23 0,81,5 1,624,28

Применяя спектральный микрохиманализ поверхности зерен кварцевых песков и аутигенных пленок на их поверхности, было обнаружено более десяти химических элементов, включающих А1, Ре, Ыа, К, Са, Т1, Ъх При этом установлено, что А1, Бе, К, Мщ относятся к числу постоянно присутствующих в кварце примесей, независимо от генезиса месторождений Элементы Са, Ъ, Ъх\, Ъх не являются постоянными примесями, а их наличие зависит от условий формирования месторождения

Из полученных результатов спектрального микрохиманализа видно, что минимальное количество постоянных примесей обнаружено на зернах кварцевого песка Люберецкого месторождения, а наибольшее на зернах кварцевых песков Кичигинского, Нижне-Увельского, Нижне-Ингашского месторождений

Электронно-микроскопические исследования обогащенных кварцевых песков показали, что после обогащения на поверхности кварцевых зерен не только сокращается количество аутогенных пленок (рис. 1), но и уменьшается содержание А1, Бе, 'П, К, Са. На поверхности зерен обогащенного песка Басьяновского месторождения марки 2К20г02 содержание химических элементов составило, в среднем: М^ до 0,1%, Са - до 0,1%, К - 0,21 ...0,27%, Ре - 0,5...0,8%, А1 -0,9... 1,3%, 81 - 38,8...40,2%, остальное кислород.

Рис. 1. Поверхность природного и обогащенного песка Кичигинского месторождения марки 2К3О2ОЗ

После обогащения на поверхности зерен природного песка Кичигинского месторождения марки 2К3СЮЗ было обнаружено, в среднем: до 0,1%, К - до 0,2%, П -0,11.. .0,16%, Бе - 0,6.. .0,8%, А1 - 2,2.. .2,8%, Б1 - 40,6.. .42,4%, остальное кислород.

Ввиду истощения ряда крупных месторождений песков групп 02 и 03, актуальным, а иногда и основным способом получения смесей с высокими технологическими и служебными свойствами при изготовлении качественных отливок является регенерация отработанных песков.

Проведены электронно-микроскопические исследования отработанных формовочных песков Кичигинского месторождения марки 2К30203, подвергнутых механической и термомеханической регенерации.

формовочного песка в исходном состоянии и после механической регенерации Установлено, что после механической регенерации отработанного формовочного песка Кичигинского месторождения на его поверхности значительно уменьшилось содержание Б, количество увеличилось в среднем с 16,8 до 23,5%, содержа-

ние углерода в среднем снизилось с 15,0 до 9,1%, снизилось также количество примесей (А1, Ре, Са, М§, Иа, К, Тл), существенно влияющих на качество поверхности отливок, что свидетельствует об уменьшении глинистой составляющей (рис. 2).

В результате термомеханической регенерации отработанного формовочного песка Кичигинского месторождения содержание 81 в среднем увеличилось с 16,8 до 31,6%, а содержание углерода в среднем снизилось с 15,0 до 3,2% по сравнению с исходным песком, снижается также содержание элементов глинистой составляющей (рис. 3).

□ Отработанный песок формовочной смеси

□ Отработанный песок формовочной смеси после термомеханической регенерации

32

о

ё 24

в 20

'1 16

Ё 12

X а

4

0

о~ о"

С А1 Ре № Мщ Са К

Рис. 3. Сравнительный микрохиманализ поверхности отработанного формовочного песка в исходном состоянии и после термомеханической регенерации

Из полученных результатов следует, что после термомеханической обработки полученный регенерат по качеству соответствует свежему песку Кичигинского месторождения марки 2К3О2ОЗ, что позволяет использовать его при производстве форм и стержней из песчано-глинистой смеси или применять для освежения смесей.

Анализ ИК-спектров исследуемых кварцевых песков показал, что на поверхности кварца доминирующими являются пять типов группировок: первая - изолированные группы ОРТ (V _ = 3750см~'), которые составляют примерно

ОН

20 - 25% гидроксилов поверхности; вторая - парные группы ОЬГ, принадлежащие либо одному и тому же, либо соседним атомам в! (примерно 25 — 30%); третья -группы ОРТ, состоящие из трех и более соединенных гидроксилов =3660 см4) примерно 40 - 45%; четвертая - прочно связанные молекулы

воды (у^ =3550см~' и = 1620 -1630см-1); пятая - слабо связанные водородной связью молекулы воды (У|<; =3400 -3450см-1).

Термогравиметрические исследования на дериватографе системы Паулик-Эрден показали, что в первую очередь с поверхности удаляются группы молекул воды пятого типа, температура дегидратации Тд = 350^100 К, затем четвертого Тд = 500-600 К. При температуре Тд > 500 К на поверхности остаются в основном гидроксильные группы ОРГ. Наиболее термоустойчивыми являются одиночные гидроксилы ОН" первого типа, концентрация которых не меняется до Тд = 700 К.

Спектрофотометрическим методом адсорбции 20 индикаторов была определена количественная концентрация активных (кислотно-основных) центров Льюиса

и Бренстеда и установлено их распределение на поверхности зерен естественных и обогащенных кварцевых песков При обогащении естественного кварцевого песка Кичигин-ского месторождения марки 2К30203 наблюдается удаление аутигенных пленок с его поверхности, что приводит к изменению энергетического состояния поверхности кварца, которое выражается в перераспределении кислотно-основных центров и увеличении их концентрации (рис 4) Это объясняется тем, что при обогащении происходит обнажение активных поверхностных центров кристаллических поверхностей, обладающих адсорбционными, химическими, электрическими и каталитическими свойствами

Увеличение концентрации кислотно-основных центров на поверхности обогащенных кварцевых песков приводит к повышению адгезионной прочности связующего с кварцевым наполнителем и обеспечивает образование более прочных адгезионно-когезионных связей при нанесении противопригарных покрытий на поверхность литейных форм и стержней, а также при структурировании и формировании технологических физико-механических свойств формовочных и стержневых смесей

Проведенные исследования позволили установить, что поверхность зерен кварцевых песков неоднородна по химическому составу и распределению кислотно-основных центров, аутогенные пленки прочно связаны с поликристаллическими зернами песков и, в зависимости от их генезиса, имеют различный количественный и качественный состав Наличие и состав аутигенных пленок на поверхности зерен кварцевого песка оказывают влияние на формирование прочности формовочных смесей и на прочность сцепления противопригарного покрытия с формовочной и стержневой смесью

В третьей главе приведены результаты исследования состава, структуры и свойств отходов абразивного и металлургического производств и возможность их применения в качестве огнеупорных наполнителей в противопригарных покрытиях

Электронно-микроскопическим, петрографическим, термогравиметрическим, рентгенофазовым анализами были исследованы регенерированный продукт абразивного производства (г Кыштым, ОАО «Кыштымской абразивный завод», ОСТ 2МТ-79-3/88, марка 12АРК), высокоглиноземистый шлак алюмотермическо-го производства хромовых соединений (г Новотроицк, «Новотроицкий завод хромовых соединений»), шлак от производства лигатур для титана и его сплавов (г Верхняя Пышма, Свердловская обл , ОАО «Уралредмет») с целью прогнозирования их свойств в качестве огнеупорных наполнителей в составе противопригар-

Рис 4 Распределение кислотно-основных центров на поверхности природного (а) и обогащенного (б) кварцевого песка Кичигинского месторождения марки 2К3О2ОЗ

ных покрытий Химический состав исследуемых огнеупорных наполнителей противопригарных покрытий приведен в табл 2

Таблица 2

Химический состав огнеупорных наполнителей противопригарных покрытий

Составляющие | Содержание, мае % | Составляющие | Содержание, мае %

Регенерированный продукт абразивного производства

А12ОЗ 63,0-68,0 MgO 0,6-0,8

Si02 18,0-20,0 СаО 0,5 - 0,9

Fe203 3,0-6,0 Cr203 0,08-0,16

Ti02 1,4-1,7 п п п Остальное

Шлак алюмотермического производства хромовых соединений

А1203 74,0 - 88,0 Na20 0,5-1,5

СаО 4,7-10 Si02 0,37-0,55

Сг20, 6,0-9,0 MgO 0,1-0,2

Fe203 0,8-2,0 п п п Остальное

Шлак от производства лигатур для титана и его сплавов

А1203 78,0 - 86,0 Сг203 0,05 - 0,23

СаО 6,5-11,0 п п п Остальное

Fe203 0,7-1,5

Результатами электронно-микроскопических исследований были выявлены структурные особенности кристаллохимического состояния поверхности исследуемых наполнителей Спектральным микрохиманализом поверхности регенерированного продукта абразивного производства установлено наличие следующих химических элементов (в среднем, мас%) С - 9,3 13,2, Si - 9,6 11,4, А1 -27,2 31,5, Mg-0,11 0,19, Са-0,18 0,27,Сг-0,08 0,10, Ti-0,42 0,48, Fe-1,5 2,0, остальное кислород Гранулометрический состав регенерированного продукта абразивного производства < 6 мкм до 15%, от 6 40 мкм - 75%, от 40 63 мкм - 10% Минералогический состав был изучен с помощью микроскопов МБС-9, МИМ-9, NU-2 и подтвержден рентгено-фазовым анализом на рентгеновском дифракто-метре D8 ADVANCE Исследованиями установлено, что регенерированный продукт абразивного производства в качестве основных компонентов содержит электрокорунд А1203, карбид кремния SiC и цементит БезС (рис 5) абразивного производства А -корунд А120з,

Для определения измене- К - карбид кремния SiC, Ж - карбид железа Fe3C ний, происходящих с огнеупорными наполнителями в процессе термического воздействия расплавленным металлом, были проведены термогравиметрические исследования на деривато-графе системы Паулик-Эрден Установлено, что для исследуемого огнеупорного наполнителя характерные эндотермические эффекты происходят при 293^453 К

к ж;

t А

К

Ж I

28,град

Рис 5 Дифрактограмма регенерированного продукта

(удаление адсорбированной воды), 453-553 К (удаление гидратной воды) Наблюдаемый при 573-773 К экзотермический эффект связан с выгоранием органической составляющей В интервале температур 1093-1273 К экзотермические эффекты обусловлены процессами, происходящими с графитом, карбидом кремния Б1С и цементитом Ре3С Экзотермический эффект в интервале температур 1373-1573 К связан с образованием муллита ЗА1203 2!м02

Спектральным микрохиманализом поверхности шлака алюмотермического производства хромовых соединений установлено наличие следующих химических элементов (в среднем, мае %) С - 4,0 4,6, - 0,47 0,50, А1 - 31,5 33,6, Ыа -0,60 0,65, М§- 0,35 0,55, Са-4,78 5,27, Сг-2,54 4,26, Тт- 0,37 0,41, Бе-0,71 0,78, остальное кислород Рентгенофазовым анализом в шлаке были обнаружены следующие фазы электрокорунд хромистый, гексаалюминат кальция СаО 6А120з, известково-щелочной (3-глинозем №20 11—12А1203 СаО 6А1203 Для шлака алюмотермического производства эндотермические эффекты, связанные с удалением свободной и гидратной воды происходят в интервале температур 293-593 К Наблюдаемый при 1053-1173 К экзотермический эффект связан с перекристаллизацией шлака, а также с выделением и горением газообразных продуктов

Спектральным микрохиманализом на поверхности шлака от производства лигатур для титана и его сплавов установлено наличие следующих химических элементов (в среднем, мас%) С - 4,8 5,6, - 0,35 0,55, А1 - 32,3 33,4, - 0,45 0,62, Са-4,35 6,10, Сг-0,03 0,10, Т1-0,51 0,67, Ре-0,46 0,65, остальное кислород Минералого-петрографическими и рентгенофазовыми исследованиями установлено, что основная масса титанистых шлаков образована моноалюминатом кальция СаО А1203 двухалюминатом кальция СаО 2А1203 и гексаа-люминатом кальция СаО 6А1203 Результаты дериватографических исследований показали, что для исследуемого шлака эндотермические эффекты, связанные с удалением свободной и гидратной воды происходят при 353-623 К Экзотермический эффект, наблюдаемый в интервале температур 943-1068 К обусловлен процессами перекристаллизации титанистых шлаков

Электронно-микроскопическим, петрографическим, термогравиметрическим, рентгенофазовым анализом установлена возможность применения отходов абразивного и металлургического производств в качестве огнеупорных наполнителей в составе противопригарных покрытий

В четвертой главе представлены результаты исследования состава, структуры и свойств бентонитовых и каолиновых глин различного минералогического состава, используемых в качестве связующих в разрабатываемых противопригарных покрытиях, а также в составе формовочных и стержневых смесей

Для приготовления разрабатываемых противопригарных красок, а также для управления физико-механическими свойствами песчано-глинистых формовочных и стержневых смесей, необходимо знать структуру и особенности строения наиболее употребляемых и перспективных месторождений бентонитовых и каолиновых глин, их микрохиманализ, полиморфные превращения, температуры дегидратации и деструкции, а также другие физико-химические и технологические свойства

Проведены электронно-микроскопические исследования бентонитовых и каолиновых глин различных месторождений России и Запада (рис. 6).

Были исследованы: нижне-увельская глина (Челябинская обл.), кыштымская глина (Челябинская обл.), латненская глина (Воронежская обл.), вайомингский бентонит (США), греческий бентонит, хакасский бентонит (Россия) и зырянов-ский бентонит (Курганская обл.).

а б в

Рис. 6. Поверхность и микрорельеф частиц бентонитовых глин: а - вайомингский бентонит; б - греческий бентонит; в - хакасский бентонит

Таблица 3

Микрохиманализ поверхности каолиновых и бентонитовых глин различных месторождений России и Запада

Наименование глины Содержание элементов, мас.%

О А1 К N3 М(? Са И Ре Мп

Нижне-увельская 57,559,3 24,124,7 12,713,4 0,520,58 - 0,300,39 0,200,23 0,770,91 2,12,3 -

Кыштымская 57,861,3 21,923,8 12,113,0 0,780,90 - 0,500,54 0,150,23 0,640,79 2,62,9 -

Латненская 60,263,9 19,020,8 14,716,3 0,220,30 - 0,250,30 0,360,43 0,830,91 0,69 0,79 -

Вайомингский бентонит 56,460,1 28,430,2 6,57,4 0,190,26 1,391,45 0,971,26 0,450,56 - 2,02,5 -

Греческий бентонит 54,859,2 23,225,1 6,56.9 0,630,73 2,322,37 1,842,07 2,583,79 0,400,52 3,33,7 -

Хакасский бентонит 56,159,4 24,425,6 7,77,9 0,740,83 1,662,10 1,611,79 1,982,47 0,350,49 2,22,7 —

Зыряновский бентонит 54,257,4 24,225,3 9,29,5 0,860.89 0,290,53 1,11.3 0,740,82 0,510,62 5,35,6 0,41,2

Результаты спектрального микрохиманализа показали (табл. 3), что среди исследуемых каолиновых глин минимальное количество К, М§, Са, Ре, 'П, вызванных присутствием глинистых минералов (гидрослюды, бейделлита, биотита) обнаружено на поверхности нижне-увельской глины, а среди бентонитовых - на поверхности вайомингского бентонита.

Методом инфракрасной спектроскопии были обнаружены различные виды связанной и свободной (лабильной) воды в глинистых минералах, а также изучен характер химической связи воды со структурными составляющими глинистых связующих.

Разработана методика и проведены исследования кинетики набухаемости природных глин. Установлено, что макроскопическое набухание глин вызвано микроструктурными изменениями, происходящими в их структуре при возрастании расклинивающего действия гидратных пленок на контактах частиц. При этом на-

бухание каолиновых глин протекает достаточно быстро и практически заканчивается через 4 - 4,5 часа, для бентонитовых глин набухание заканчивается через 2-3 суток и более, продолжительность этого процесса возрастает с увеличением количества монтмориллонита в составе глин

Экспериментально был определен коэффициент набухаемости К и влажность XV исследуемых бентонитовых и каолиновых глин В результате проведенных исследований получены аналитические зависимости влажности и коэффициента набухаемости глин (1 - вайомингский бентонит, 2 - хакасский бентонит, 3 - зыря-новский бентонит, 4 - нижне-увельская глина, 5 - бакальская глина) от времени

= 197,55 1п(0-57,45 1п(1)2 + 6,38 1п(0\ К, =6,40 1п(1)-1,40 1п(1)2 + 0,16 1п(1)\ \У2 = 129,08 1п(0-36,69 1п(1)2+ 4,34 1п(03, К2 = 5,53 1п0) - 1,77 1п(02 + 0,23 1п(0\ АУ3= 117,78 1п(1)-33,28 1п(1)2 + 3,98 1п(03, К3 = 4,93 1п(1)-1,48 1п(1)2+0,17 1п(1)3, \У4 = 72,28 1п(г) — 15,49 1п(г)2 + 1,06 1п(03, ВС, = 3,75 1п(0 - 0,98 1п(02 + 0,08 1п(03, \У5 = 48,66 1п(0- 10,51 1п(02 + 0,72 1п(г)3 К5 = 2,70 1п(0-0,64 1п(02 + 0,05 1п(03

Дериватографическим анализом определены температурные интервалы дегидратации связанной и свободной влаги при нагреве для различных видов бентонитовых и каолиновых глин

Проведенные исследования показали, что из всех рассматриваемых бентонитов высоким качеством обладают вайомингский и греческий бентонит Бентониты России относятся к магниево-кальциевому типу (хакасские бентонитовые глины Черногорского месторождения, зыряновский бентонит) и требуют использования различных способов активации и модифицирования структуры с целью увеличения их дисперсности и связующей способности

На основании проведенных исследований при разработке новых составов противопригарных покрытий для стальных и чугунных отливок на основе отходов абразивного и металлургического производств использовались каолиновые глины местных месторождений

В пятой главе был проведен термодинамический анализ физико-химических процессов на границе металла с литейной формой и металла с противопригарным покрытием Была рассмотрена термодинамическая возможность применения противопригарных покрытий с использованием в качестве огнеупорных наполнителей отходов абразивного и металлургического производств Вероятность протекания процессов на границе металла с противопригарным покрытием проверялась

термодинамическими расчетами энергии Гиббса АО 7 в интервале температур 1100-1800 К и была впоследствии подтверждена рентгенофазовым анализом

Термодинамическим анализом установлено, что при использовании в качестве огнеупорного наполнителя регенерированного продукта абразивного производства, содержащего в качестве основного компонента А1203, снижение пригара достигается наличием в составе наполнителя высокоогнеупорных оксидов А1203, БЮг и тугоплавких, химически инертных оксидов Сг203, Т1О2, а также образованием высокоогнеупорных соединений муллита 3 А1203 28Ю2 и силлиманита А1203 8Ю2

Противопригарное действие шлака алюмотермического производства хромовых соединений, содержащего в качестве основных компонентов А1203, Сг203, СаО в составе электрокорунда хромистого, гексаалюмината кальция СаО 6А1203, известково-

щелочного р-глинозема Ыа20 11—12А120з СаО 6А120з обусловлено высокими температурами плавления СаО 6А1203 (2123 К) и электрокорунда хромистого (2273 К)

Установлено, что противопригарное действие шлака от производства лигатур для титана и его сплавов, содержащего в качестве основных компонентов А1203 и СаО в составе двухалюмината кальция СаО 2А1203 и гексаалюмината кальция СаО 6А1203, объясняется его химической инертностью по отношению к оксидам жидкого металла, благодаря высоким температурам плавления СаО 2А1203 (1993 К) и СаО 6А1203, что не способствует образованию жидких силикатов, взаимодействующих с металлом отливки

Термодинамическим анализом физико-химических процессов на границе металла с противопригарным покрытием установлена возможность и целесообразность применения отходов абразивного и металлургического производств в качестве огнеупорных наполнителей противопригарных красок

Шестая глава посвящена разработке составов противопригарных покрытий, исследованию их свойств и опытно-промышленным испытаниям разработанных составов покрытий для стального и чугунного литья

Были разработаны составы противопригарных покрытий для стального и чугунного литья с заменой цирконового концентрата отходами абразивного и металлургического производств При разработке составов противопригарных покрытий проводилась оценка их свойств Экспериментально определялись плотность, вязкость, седиментационная устойчивость, кроющая способность, глубина проникновения противопригарной краски, поверхностная прочность (осыпаемость окрашенных образцов), относительная смачиваемость суспензией частиц наполнителя

Результаты реологических исследований разработанных составов противопригарных покрытий были подтверждены электронно-микроскопическими и термогравиметрическими испытаниями

Электронно-микроскопическими исследованиями установлено содержание элементов в поверхностном слое отвержденных противопригарных покрытий, участвующих в процессах взаимодействия с металлом отливки В результате мик-рохиманализа в поверхностном слое отвержденного противопригарного покрытия с использованием регенерированного продукта абразивного производства установлено содержание следующих элементов (в среднем, мас%) С - 12,8 15,6, Б-0,26 0,30, Б1- 13,5 14,6, А1-23,7 24,8,0,16 0,21, Са-0,15 0,22, Сг - 0,12 0,15, Т1 - 0,38 0,43, Ре - 1,6 2,1, остальное кислород, с использованием шлака алюмотермического производства хромовых соединений (в среднем, мае %) С - 9,4 10,2, Б - 0,26 0,30, Б1 - 2,7 3,2, А1 - 24,7 25,4, № -0,86 0,88, 0,45 0,53, Са-4,11 4,15, Сг - 3,15 3,21, Ъ - 0,45 0,48, Ре - 0,71 0,75, остальное кислород, с использованием шлака от производства лигатур (в среднем, мас%) С - 5,2 6,3, Б - 0,24 0,31, Б1 - 1,3 2,2, А1 -26,3 29,8, Мв- 0,55 0,66, Са-3,38 5,15, Сг-0,11 0,14, Т1-0,53 0,65, Ре -0,47 0,58, остальное кислород

Дериватографическим анализом определены температурные интервалы термических превращений для противопригарных покрытий на основе исследуемых огнеупорных наполнителей

! На основании реологических, электронно-микроскопических, термогравиметрических исследований разработанных составов противопригарных покрытий для опытно-промышленных испытаний было рекомендовано покрытие с использованием регенерированного продукта абразивного производства в качестве огнеупорного наполнителя. При изготовлении крупных стальных отливок был выбран следующий состав противопригарного покрытия (мае. %): регенерированный продукт абразивного производства - 80,0.. .87,0; нижне-увельская глина (НУ-2) -5,0...6,0; технический лигносульфонат (ЛСТ) - 6,0...7,0; вода техническая - до плотности 1,60... 1,65 t/cmj.

Производственные испытания разработанных составов противопригарных покрытий были проведены в фасонно-литейном цехе ОАО «Челябинский металлурги-¡ ческий комбинат» при изготовлении форм и стержней для серии отливок «Втулка» из стали 35Л и поддон изложниц СК-10 из чугуна СЧ 25 массой до 200 кг (рис. 7).

Рис. 7. Оливка «Втулка» с использованием заводского противопригарного покрытия (а) и разработанного (б)

Опытно-промышленные испытания разработанных составов противопригарного покрытия показали, что качество поверхности опытных стальных и чугунных отливок соответствует требованиям технических условий и регламенту на данные отливки. Испытания подтвердили возможность и целесообразность применения регенерированного продукта абразивного производства ОАО «Кыштымский абразивный завод» в качестве наполнителя противопригарных красок, что позволяет полностью заменить дорогостоящий и дефицитный цирконовый концентрат.

С целью изучения процессов формирования пригара, был проведен анализ пригарных корок, полученных с поверхности стальных и чугунных отливок. Склонность отливок к пригару во многом определяется строением, составом и структурой пригарных корок, поэтому они были подвергнуты электронно-микроскопическому и рентгенофазовому анализу.

Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что образующаяся на поверхности стальных отливок пригарная корка представляет собой спекшуюся песчаную массу, пропитанную железисто-силикатным расплавом, на поверхности которой были обнаружены фрагменты противопригарного покрытия и новообразований, являющиеся результатом взаимодействия металла отливки с противопригарным покрытием (рис. 8).

а б

Рис. 8. Поверхность пригарной корки на стальных отливках со стороны формы (а) и со стороны стержня (б) с применением разработанного состава противопригарного покрытия

Спектральным микрохиманализом был установлен химический состав новообразований (в среднем, мас.%): А1 - 14,1...17,5; Бе - 20,6...24,3; -35,1 ...38,6; _ Мп-3,6...4,7; Л-0,71...0,93; Иа- 0,67...0,83; Са, Мв-до0,3, остальное - кисло- ~ род. Исследование химического состава контактной зоны металл - противопригарное покрытие позволило установить, что в пригарных корках содержание кремния в 2-3 раза превышает его содержание в отвержденном противопригарном покрытии.

Рентгенофазовым анализом в пригарных корках со стороны формы и стержня с использованием разработанного состава противопригарного покрытия были обнаружены следующие фазы: 8Ю2 - кварц; БЮг - а-кристобалит; 8Ю2 -(3-кристобалит; ЗА1203-28Ю2- муллит; Ре0-А1203 - герцинит; 2РеО-8Ю2 - фаялит; Ре203; Ре304. Выявлено, что пригарная корка со стороны стержня содержит больше новообразований, чем со стороны формы, что подтверждается результатами спектрального микрохиманализа (в среднем, мас.%); А! - 16,8... 18,6; Ре - I 27,6...29,8; 81 - 32,4...35,7; Мп - 3,9...4,8; П - 0,58...0,73; Ыа - 0,46...0,59; Са, М§ - до 0,3, остальное - кислород.

Опытно-промышленные испытания разработанных составов противопригарного покрытия, подтвержденные электронно-микроскопическими, петрографическими, рентгенофазовыми, термогравиметрическими, термодинамическими исследованиями, показали технологическую возможность и экономическую целесообразность замены дорогостоящего цирконового концентрата в литейных красках | на недефицитный и более дешевый регенерированный продукт абразивного производства ОАО «КАЗ» (заявка на патент РФ № 2007106638/02 (007201) от 21.02.2007 г.). Экономический эффект при замене цирконового концентрата на ' регенерированный продукт абразивного производства составляет 450 - 550 руб. на 1 т литья (в ценах 2006 года).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Электронно-микроскопическими, ДТА и ИК-спектроскопическими исследованиями выявлены структурные и морфологические особенности поверхности зерен формовочных кварцевых песков, наличие трещин, блоков, вакансий, дефектов кристаллической решетки, адсорбционных слоев влаги, гидроксильных групп ОН", их количество и распределение.

2 Спектральным микрохиманализом установлено наличие более десяти химических элементов в составе аутигенных пленок и на поверхности кварцевых зерен естественных, обогащенных и регенерированных песков различных месторождений России Выявлено, что после обогащения на поверхности кварцевых песков Кичигинского и Басьяновского месторождений, содержание кремния увеличивается в 1,2 1,5 раза, содержание А1, Ре, Т1, К, Са уменьшается в 1,8 2,0 раза Спектрофотометрическим методом показано, что на поверхности обогащенных кварцевых песков увеличивается концентрация активных (кислотно-основных) центров Льюиса и Бренстеда, так на поверхности обогащенного кварцевого песка Басьяновского месторождения содержание активных центров возрастает в 2,8 3,2 раза, а на поверхности обогащенного кварцевого песка Кичигинского месторождения в 1,8 2,2 раза

3 Установлено, что после механической регенерации отработанного формовочного песка Кичигинского месторождения содержание кремния увеличивается в 1,3 1,5 раза, содержание углерода и элементов глинистой составляющей уменьшается в 1,4 1,7 раза После термомеханической регенерации содержание кремния увеличивается в 1,8 2,0 раза, содержание углерода и элементов глинистой составляющей уменьшается в 4,7 4,9 и 1,9 2,2 раза соответственно, что дает возможность повторно использовать регенерированные пески в качестве основного наполнителя формовочных смесей

4 Установлена возможность применения отходов абразивного производства регенерированного продукта, основными компонентами которого являются А1203 (63 68%) и БЮг (18 20%), и металлургического шлака алюмотермического производства хромовых соединений, содержащего А1203 (74 88%) и СаО (4,7 10%), и шлака от производства лигатур для титана и его сплавов, содержащего в качестве основных компонентов А1203 (78 86%) и СаО (6,5 11 %), в качестве огнеупорных наполнителей в составах противопригарных покрытий

5 Электронно-микроскопическим, рентгенофазовым, петрографическим, термогравиметрическим анализом выявлено, что шлак алюмотермического производства хромовых соединений, содержащий в своем составе хромистый электрокорунд (10 15%>), известково-щелочной Р-глинозем (50 55%) и гексаалюминат кальция СаО 6А1203 (30 40%), а также шлак от производства лигатуры, содержащий моноалюминат кальция Са0А1203 (10 15%), двухалюминат кальция СаО 2А1203 (55 70%) и гексаалюминат кальция СаО 6А1203 (20 30%) обеспечивают хорошую термостойкость разработанных противопригарных покрытий

6 ИК-спектроскопическими, электронно-микроскопическими и термогравиметрическими исследованиями выявлены текстурно-структурные особенности наиболее крупных и перспективных месторождений глин России и Запада и установлено их влияние на формирование адгезионно-когезионных связей разрабатываемых противопригарных покрытий с формовочной и стержневой песчано-глинистой смесью

7 Разработана методика исследования кинетики набухаемости глин Экспериментально определен коэффициент набухаемости К и влажность XV бентонитовых и каолиновых глин Например, для вайомингского бентонита и нижне-увельской

глины коэффициент набухаемости К равен 18,6 и 4,8, а влажность 820 и 120% соответственно Получены аналитические зависимости влажности и коэффициента набухаемости исследуемых глин от времени, позволяющие прогнозировать физико-механические свойства разрабатываемых противопригарных покрытий

8 Проведен термодинамический анализ физико-химических процессов в системе «металл отливки - противопригарное покрытие» На его основе выявлены термодинамические параметры и условия, приводящие к образованию пригара и возможных новообразований, влияющих на качество поверхности отливок

9 Разработаны составы противопригарных покрытий, включающие 80 87% отходов абразивного и металлургического производств для стального и 65 70% для чугунного литья По результатам реологических, электронно-микроскопических, термогравиметрических исследований разработанных составов противопригарных покрытий для опытно-промышленных испытаний рекомендовано покрытие с использованием регенерированного продукта абразивного производства в качестве огнеупорного наполнителя

10 Установлен химический состав пригарных корок со стальных и чугунных отливок, полученных с применением разработанного противопригарного покрытия Определен состав новообразований, формирующихся на границе раздела фаз при взаимодействии металла отливки с противопригарным покрытием, обеспечивающих получение чистых от пригара отливок

11 Опытно-промышленными испытаниями разработанных составов противопригарных покрытий подтверждена целесообразность применения в качестве огнеупорного наполнителя красок для стального и чугунного литья недефицитного и доступного материала - регенерированного продукта абразивного производства, позволяющего получать качественные, бездефектные поверхности отливок массой до 200 кг Экономический эффект составляет 450 - 550 руб на 1 т литья (в ценах 2006 года)

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Антошкина, Е Г Противопригарные покрытия для литейных форм и стержней на основе регенерированных продуктов абразивного производства / Е Г Антошкина, В А Смолко//Литейщик России -2008 -№3 -С 40-41

2 Антошкина, Е Г Влияние кривизны поверхности дисперсных формовочных материалов на смачиваемость и формирование прочности смесей / Е Г Антошкина, В А Смолко В И Крайнов // Снежинск и наука - 2006 Трансфер технологий, инноваций, современные проблемы атомной отрасли сб науч тр Международной научно-практической конференции - Снежинск Изд-во СГФТА, 2006 -С 246-248

3 Антошкина, Е Г Разработка противопригарных покрытий литейных форм и стержней на основе регенерированных продуктов абразивного производства / Е Г Антошкина, В А Смолко // Вестник ЮУрГУ Серия «Металлургия» Выпуск 10 -2008 -№9(109) - С 41-43

4 Антошкина, Е Г Определение кислотно-основных центров на поверхности зерен кварцевых песков некоторых месторождений России / ЕГ Антошкина,

В А Смолко//Вестник ЮУрГУ Серия «Математика, физика, химия» Выпуск 10 -2008 -№7(107) - С 65-68

5 Антошкина, ЕГ Формирование капиллярно-пористой структуры форм и стержней из синтетических смесей под действием внешнего избыточного давления / Е Г Антошкина, В А Смолко // Литейные процессы Межрегиональный сб науч тр -Магнитогорск Изд-воГОУ ВПО «МГТУ», 2006 -Вып 6 - С 111-116

6 Антошкина, Е Г К вопросу о пористости синтетических песчано-глинистых смесей при формообразовании / Е Г Антошкина, В А Смолко // XXVI Российская школа по проблемам науки и технологий - Миасс Изд-во МСНТ, 2006 - С 72

7 Антошкина, Е Г Электронно-микроскопические исследования огнеупорных глин, применяемых в литейном производстве / Е Г Антошкина, В А Смолко, Б Ш Дыскина // Вестник ЮУрГУ Серия «Металлургия» Выпуск 8 - 2007 -№ 13(85) - С 43-45

8 Антошкина, Е Г Термодинамика формирования многокомпонентных противопригарных покрытий на литейных формах и стержнях / ЕГ Антошкина, В А Смолко // Вестник ЮУрГУ Серия «Металлургия» Выпуск 9 - 2007 -№21(93) - С 50-51

9 Антошкина, Е Г Микрохиманализ бентонитовых и каолиновых глин, применяемых в литейном производстве / Е Г Антошкина, В А Смолко // Теория и технология литейного производства Межрегиональный сб науч тр - Магнитогорск Изд-во ГОУ ВПО «МГТУ», 2007 - Вып 7 - С 107- 112

Издательство Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 08 04 2008 Формат 60x84 1/16 Печать трафаретная Уел печ л 0,93 Уч-изд л 1 Тираж 100 экз Заказ 94/171

Отпечатано в типографии Издательства ЮУрГУ 454080, г Челябинск, пр им В И Ленина, 76

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Природа и свойства наполнителя противопригарных красок.

1.2. Связующие материалы и дисперсионная среда.

1.3. Стабилизирующие добавки.

1.4. Свойства противопригарных покрытий.

1.5. Противопригарные покрытия для стального и чугунного литья.

1.6. Применение в составах противопригарных покрытий техногенных материалов - отходов различных производств.

1.7. Цель и задачи работы.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ И МИКРОХИМ АНАЛИЗ ПОВЕРХНОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ КВАРЦЕВЫХ ПЕСКОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМ, СТЕРЖНЕЙ И ПРОТИВОПРИГАРНЫХ ПОКРЫТИЙ.

2.1. Физико-химические свойства формовочных кварцевых песков.

2.1.1. Химическая связь, строение и структурные превращения кварца.

2.1.2. ИК-спектроскопические исследования формовочных песков.

2.1.3. Состояние поверхности зерен кварцевых песков, их поверхностная энергия и химическая активностью.

2.1.4. Микрохиманализ поверхности зерен кварцевых песков различных месторождений.

Выводы по главе.

3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОТХОДОВ АБРАЗИВНОГО И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВ.

3.1. Физико-химические исследования огнеупорных наполнителей разрабатываемых противопригарных покрытий.

3.1.1. Химический состав.

3.1.2. Влажность.

3.1.3. Изменение массы при прокаливании.

3.1.4. Плотность (истинная плотность).

3.2. Электронно-микроскопические исследования отходов абразивного и металлургического производства.

3.3. Минералогический и рентгенофазовый анализ.

3.3.1. Минералого-петрографическое исследование отходов абразивного и металлургического производств.

3.3.2. Рентгенофазовый анализ.

3.4. Термогравиметрический анализ.

Выводы по главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА, СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ БЕНТОНИТОВЫХ ФОРМОВОЧНЫХ И КАОЛИНОВЫХ ГЛИН.

4.1. Структурные особенности бентонитовых и огнеупорных глин, используемых в литейном производстве для противопригарных покрытий и песчано-глинистых смесей.

4.2. Микрохиманализ поверхности глинистых минералов различных месторождений, применяемых в литейном производстве.

4.3. ИК-спектроскопические исследования глин.

4.4. Исследование процесса набухания формовочных глин.

4.4.1. Набухание формовочных глин и состояние воды в глинистых минералах.

4.4.2. Механизм и структурная модель набухания формовочных глин.

4.5. Термогравиметрический анализ глин.

Выводы по главе.

5. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛА ФАЗ МЕТАЛЛ-ФОРМА И МЕТАЛЛ - ПРОТИВОПРИГАРНОЕ ПОКРЫТИЕ.

5.1. Термодинамический анализ химических реакций в песчано-глинистых формах на границе с металлом отливки.

5.2. Термодинамический анализ химических реакций, протекающих на границе металл - противопригарное покрытие.

Выводы по главе.

6. РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОТИВОПРИГАРНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ АБРАЗИВНОГО И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВ

6.1. Формирование структуры противопригарных покрытий.

6.2. Разработка составов противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств.

6.2.1. Приготовление противопригарных красок для стального литья.

6.2.2. Приготовление противопригарных красок для чугунного литья.

6.3. Исследование технологических свойств противопригарных покрытий

6.3.1. Определение плотности.

6.3.2. Определение вязкости.

6.3.3. Определение седиментационной устойчивости.

6.3.4. Определение толщины покрытия и глубины проникновения противопригарных красок.

6.3.5. Оценка кроющей способности.

6.3.6. Определение поверхностной прочности противопригарных покрытий.

6.3.7. Определение прочности на истирание.

6.4. Электронно-микроскопические исследования противопригарных покрытий.

6.5. Термогравиметрические исследования противопригарных покрытий.

6.6. Опытно-промышленные испытания разработанных составов противопригарных покрытий на ОАО «ЧМК».

6.7. Микрохиманализ пригарных корок на стальных и чугунных отливках, изготовленных в песчано-глинистых формах с использованием противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств.

6.8. Рентгенофазовый анализ пригарных корок со стальных и чугунных отливок, изготовленных в песчано-глинистых формах с применением опытных огнеупорных наполнителей.

Выводы по главе.

Главной задачей литейного производства, как основной заготовительной базы машиностроения, остается снижение трудовых, материальных и энергетических затрат и получение качественных отливок с чистой от пригара поверхностью. Затраты на исправление дефектов поверхности отливок, получаемых в разовых песчаных формах, составляют 40 — 60% от общего объема трудоемкости их изготовления, что обусловлено недостаточным качеством литейных форм и стержней. Для борьбы с пригаром самым распространенным и действенным способом является нанесение противопригарных покрытий на поверхность форм и стержней.

Традиционно в составах противопригарных покрытий в качестве наполнителей для мелких отливок используется молотый кварцевый песок (маршалит), а для крупных - высокоогнеупорные и химически инертные к металлическому расплаву материалы (цирконовый концентрат, дистен-силлиманит, электрокорунд и др.), которые при высокой стоимости узко ориентированы в основном на профилактику конкретного вида пригара (термический, химический, механический), что не всегда эффективно.

Однако, несмотря на тенденцию к применению эффективных противопригарных покрытий повышенного качества из дорогостоящих материалов, изыскание новых, дешевых, недефицитных огнеупорных материалов в России остается важной задачей повышения качества поверхности отливок. В этом случае грамотный выбор материала может обеспечить не только комплексное предотвращение пригара, но и способствовать решению таких насущных проблем современного производства, как рециклинг и утилизация отходов, расширение сырьевой базы и экологические проблемы.

В последнее время в нашей стране и во всем мире прослеживается тенденция к переработке и утилизации отходов, образующихся в результате прохождения производственных циклов в различных отраслях промышленного производства. Применение промышленных отходов позволит снизить расходы на их хранение, уменьшить штрафные санкции со стороны контролирующих органов, оздоровить экологическую и санитарно-гигиеническую обстановку.

Тенденция к переработке и утилизации отходов различных производств, дающая решение проблем экологии, расширения сырьевой базы для литейно-металлургического производства, а также экономии за счет отказа от дорогих исходных материалов в совокупности с проблемой пригара на стальном и чугунном литье требует разработки и применения эффективных противопригарных покрытий на основе недорогих и доступных материалов.

Целью работы является создание новых противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств, обеспечивающих получение качественных стальных и чугунных отливок.

Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена совокупность научных положений по разработке и созданию противопригарных покрытий на основе отходов абразивного и металлургического производств с заданными физико-механическими свойствами при изготовлении стальных и чугунных отливок.

В том числе:

1. Выявлены структурные и морфологические особенности строения поверхности кварцевых песков различных месторождений России, используемых для изготовления литейных форм, стержней и противопригарных покрытий. Установлен химический состав аутигенных пленок и поверхности зерен естественных, обогащенных и регенерированных песков.

2. Определена количественная концентрация активных (кислотно-основных)~центров Льюиса и Бренстеда и установлено их распределение на поверхности зерен естественных и обогащенных кварцевых песков.

3. Электронно-микроскопическим, петрографическим, термогравиметрическим, рентгенофазовым анализом определена структура, минералогический, химический состав отходов абразивного и металлургического производств, выявлены их термические превращения. Установлена возможность применения отходов абразивного и металлургического производств в качестве огнеупорных наполнителей в составе противопригарных покрытий.

4. Выявлены структурные и морфологические особенности строения поверхности формовочных глин России и зарубежных бентонитов, применяемых в качестве связующих формовочных, стержневых смесей и в противопригарных покрытиях.

5. Разработана методика исследования и определена набухаемость глин различного месторождения.

6. Проведен термодинамический анализ, показывающий вероятность протекания физико-химических процессов на границе металла с литейной формой и металла с разработанным противопригарным покрытием.

7. Электронно-микроскопическим, рентгенофазовым анализом определен состав новообразований на границе металла отливки с покрытием и его влияние на процессы пригарообразования.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Электронно-микроскопическими; ДТА и ИК-спектроскопическими исследованиями выявлены структурные и морфологические особенности поверхности зерен формовочных кварцевых песков, наличие трещин, блоков, вакансий, дефектов кристаллической решетки, адсорбционных слоев влаги, гидроксиль-ных групп ОН", их количество и распределение.

2. Спектральным микрохиманализом установлено наличие более десяти химических элементов в составе аутигенных пленок и на поверхности кварцевых зерен естественных, обогащенных и регенерированных песков различных месторождений России. Выявлено, что после обогащения на поверхности кварцевых песков Кичигинского и Басьяновского месторождений, содержание кремния увеличивается в 1,2.1,5 раза, содержание Al, Fe, Ti, К, Mg, Са уменьшается в 1,8.2,0 раза. Спектрофотометрическим методом показано, что на поверхности обогащенных кварцевых песков увеличивается концентрация активных (кислотно-основных) центров Льюиса и Бренстеда, так на поверхности обогащенного кварцевого песка Басьяновского месторождения содержание активных центров возрастает в 2,8.3,2 раза, а на поверхности обогащенного кварцевого песка Кичигинского месторождения в 1,8. .2,2 раза.

3. Установлено, что после механической регенерации отработанного формовочного песка Кичигинского месторождения содержание кремния увеличивается в 1,3. 1,5 раза, содержание углерода и элементов глинистой составляющей уменьшается в 1,4.1,7 раза. После термомеханической регенерации содержание кремния увеличивается в 1,8.2,0 раза, содержание углерода и элементов глинистой составляющей уменьшается в 4,7.4,9 и 1,9.2,2 раза соответственно, что дает возможность повторно использовать регенерированные пески в качестве основного наполнителя формовочных смесей.

4. Установлена возможность применения отходов абразивного производства: регенерированного продукта, основными компонентами которого являются АЬ03 (63.68%) и Si02 (18.20%), и металлургического: шлака алюмотер-мического производства хромовых соединений, содержащего А1203 (74.88%) и СаО (4,7. 10%), и шлака от производства лигатур для титана и его сплавов, содержащего в качестве основных компонентов А1203 (78.86%) и СаО (6,5.11%), в качестве огнеупорных наполнителей в составах противопригарных покрытий.

5. Электронно-микроскопическим, рентгенофазовым, петрографическим, термогравиметрическим анализом выявлено, что шлак алюмотермического производства хромовых соединений, содержащий в своем составе хромистый электрокорунд (10.15%), известково-щелочной (3-глинозем (50.55%) и гек-саалюминат кальция Са06А1203 (30.40%), а также шлак от производства лигатуры, содержащий моноалюминат кальция СаОА1203 (10.15%), двухалю-минат кальция Са02А1203 (55.70%) и гексаалюминат кальция Са06А1203 (20.30%) обеспечивают хорошую термостойкость разработанных противопригарных покрытий.

6. ИК-спектроскопическими, электронно-микроскопическими и термогравиметрическими исследованиями выявлены текстурно-структурные особенности наиболее крупных и перспективных месторождений глин России и Запада и установлено их влияние на формирование адгезионно-когезионных связей разрабатываемых противопригарных покрытий с формовочной и стержневой песчано-глинистой смесью.

7. Разработана методика исследования кинетики набухаемости глин. Экспериментально определен коэффициент набухаемости К и влажность XV бентонитовых и каолиновых глин. Например, для вайомингского бентонита и нижне-увельской глины коэффициент набухаемости К равен 18,6 и 4,8, а влажность 820 и 120% соответственно. Получены аналитические зависимости влажности и коэффициента набухаемости исследуемых глин от времени, позволяющие прогнозировать физико-механические свойства разрабатываемых противопригарных покрытий.

8. Проведен термодинамический анализ физико-химических процессов в системе «металл отливки — противопригарное покрытие». На его основе выявлены термодинамические параметры и условия, приводящие к образованию пригара и возможных новообразований, влияющих на качество поверхности отливок.

9. Разработаны составы противопригарных покрытий, включающие 80.87% отходов абразивного и металлургического производств для стального и 65.70% для чугунного литья. По результатам реологических, электронно-микроскопи-ческих, термогравиметрических исследований разработанных составов противопригарных покрытий для опытно-промышленных испытаний рекомендовано покрытие с использованием регенерированного продукта абразивного производства в качестве огнеупорного наполнителя.

10. Установлен химический состав пригарных корок со стальных и чугунных отливок, полученных с применением разработанного противопригарного покрытия. Определен состав новообразований, формирующихся на границе раздела фаз при взаимодействии металла отливки с противопригарным покрытием, обеспечивающих получение чистых от пригара отливок.

11. Опытно-промышленными испытаниями разработанных составов противопригарных покрытий подтверждена целесообразность применения в качестве огнеупорного наполнителя красок для стального и чугунного литья недефицитного и доступного материала - регенерированного продукта абразивного производства, позволяющего получать качественные, бездефектные поверхности отливок массой до 200 кг. Экономический эффект составляет 450 - 550 руб. на 1 т литья (в ценах 2006 года).

192

1. Авгуль, H.H. Адсорбция газов и паров на однородных поверхностях / H.H. Авгуль, A.B. Киселев, Д.П. Пошкус. -М.: Химия, 1975. 148 с.

2. Айлер, Р. Химия кремнезема / Р. Айлер. М.: Мир, 1982. - 4.1. - 416 е.; 4.2.-712 с.

3. Андрианов, Б.С. Проникающие формовочные краски / Б.С. Адрианов // Повышение технологического уровня и эффективности литейного производства. — Харьков, 1973. С. 20 - 22.

4. Андриянов, B.C. Исследование процесса и разработка метода снижения деформации литейных форм из жидких самотвердеющих смесей. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. -М.: ЦНИИТМАШ, 1970. 192 с.

5. Бабушкин, В.А. Термодинамика силикатов / В.А. Бабушкин, Т.М. Матвеев, О.П. Мчедлов-Петросян. М.: Изд-во литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1962. - 266 с.

6. Баландин, Г.Ф. Физико-химические основы литейного производства / Г.Ф. Баландин, В.А. Васильев. М.: Машиностроение, 1971. — 223 с.

7. Баранов Е.П., Михайлов Г.М., Глинчикова В.В., Лобанова H.H., Анисифоров В.Н., Роокс И.Х. Противопригарная краска для литейных форм и стержней. SU 1107949 А, 1984.

8. Басин, В.Е. Адгезионная прочность / В.Е. Басин. М.: Химия, 1984. - 204 с.

9. Берг, П.П. Качество литейной формы / П.П. Берг. М.: Машиностроение, 1971.-285 с.

10. Ю.Берг, П.П. Формовочные материалы / П.П. Берг. М.: Машиностроение, 1963.-408 с.

11. Берри, JI. Минералогия / JL Берри, Б. Мейсон, Р. Дитрих. -М.: Мир, 1987. 592 с.

12. Бойкова, А.И. О взаимосвязи между составом, кристаллохимическими особенностями и свойствами цементных минералов / А.И. Бойкова // Успехи физики и химии силикатов. JL: Недра, 1978. - С. 216 — 218.

13. Бойчинова, Е.С. Инфракрасная спектроскопия / Е.С. Бойчинова, Е.Д. Брын-зова. Л.: ЛТИ, 1975.- 186 с.

14. Болдырев, А.И. Инфракрасные спектры минералов / А.И. Болдырев. М.: Высшая школа, 1976. - 178 с.

15. Большаков JT.A., Сосновцев М.Н., Филиппов Ю.В., Варава H.H., Диден-ко Д.Н., Рогаткин A.A. Противопригарный материал для литейного производства. SU 1066718 А, 1984.

16. Бондаренко, Н.Ф. Физика движения подземных вод / Н.Ф. Бондаренко. JL: Гидрометеоиздат, 1973. - 267 с.

17. Бречко, A.A. Формовочные и стержневые смеси с заданными свойствами /

18. A.A. Бречко, Г.Ф. Великанов. Л.: Машиностроение, 1982. - 216 с.

19. Булыптейн, Р.И. Противопригарная краска для чугунных отливок / Р.И. Булыптейн, В.Н. Городчиков, Е.А. Белобров // Литейное производство. -1989.-№9.-С. 26.

20. Валисовский, И.В. Пригар на отливках / И.В. Валисовский. — М.: Машиностроение, 1982. -102 с.

21. Васильев, В.А. Физико-химические основы литейного производства /

22. B.А. Васильев. -М.: ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ, 2001. 336 с.

23. Васин Ю.П., Кичанов В.А., Бибикин П.С., Будняк В.В., Пашин М.И. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1212685 А, 1986.

24. Васин Ю.П., Кичанов В.А., Лонзингер В.А., Евсеева Т.М. Состав для противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1323206 AI, 1987.

25. Васин, Ю.П. Важный резерв повышения качества отливки / Ю.П. Васин // Новые формовочные материалы в литейном производстве. — Челябинск: ЮжноУральское книжное издательство, 1989. — 92 с.

26. Васин, Ю.П. Исследование физико-химических процессов образования пригара на стальных отливках в песчаных формах. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. / Ю.П. Васин. Челябинск, 1963. - 456 с.

27. Васин, Ю.П. Окислители новые противопригарные материалы / Ю.П. Васин, А .Я. Расулов. - Южно-Уральское книжное изд-во, 1969. - 92 с.

28. Васин, Ю.П. Окислительные смеси в конвейерном производстве стального литья / Ю.П. Васин, 3-Я. Иткис. Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство, 1973. - 112 с.

29. Васин, Ю.П. Противопригарные материалы в литейном производстве / Ю.П. Васин. — Челябинск: Южно-Уральское книжное изд-во, 1996. 136 с.

30. Васин, Ю.П. Реакционная способность графитовых красок / Ю.П. Васин // Литейное производство. 1974. - №4. - С. 27 - 28.

31. Ващенко, К.И. Легкоотделимый пригар / К.И. Ващенко, С.П. Дорошенко // Получение отливок с чистой поверхностью. Киев: ИТИ, 1963. — С. 63 - 75.

32. Ващенко, К.И. Улучшение технологических свойств противопригарных красок для стального литья / К.И. Ващенко, Дорошенко С.П., Здоровецкая Т.А. // Формирование качества поверхности отливок. М.: Наука, 1969. - С. 67 - 73.

33. Взаимодействие литейной формы с отливкой / под ред. Б.Б. Гуляева. — М.: АН СССР, 1962.-22 с.

34. Абразивные материалы и инструменты. М.: Наука, 1976. - 385 с.

35. Владимиров, Л.П. Термодинамические расчеты равновесия металлургических реакций / Л.П. Владимиров. М.: Металлургия, 1970. - 528 с.

36. Вода в дисперсных системах / под ред. Б.В. Дерягина, Ф.Д. Овчаренко, Н.В. Чураева. -М.: Химия, 1989. 286 с.

37. Гейсин, Б.М. Противопригарные шамотные и хромомагнезитовые краски для стержней стальных отливок / Б.М. Гейсин // Литейное производство. — 1964.-№ 5.-С. 38.

38. Гейсин, О.М. Изучение образования пригара по технологической пробе / О.М. Гейсин // Литейное производство. 1964. - № 6. - С. 37 — 38.

39. Гольдберг, В.М. Проницаемость и фильтрация в глинах / В.М. Гольдберг -М.: Недра, 1968.-235 с.

40. Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / С. Грег, К. Синг. -М.: Мир, 1970.-407 с.

41. Гриднев Ю.Г., Занина JI.B., Аракелян A.B., Кондратьев A.M. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней. SU 1565567 AI, 1990.

42. Грохальский, Р. Формовочные материалы. М.-Л.: Машгиз, 1960. - 200 с.

43. Гуляев, Б.Б. Литейные процессы / Б.Б. Гуляев. М. - Л.: Машгиз, 1960. -230 с.

44. Гуляева, Т.Б. Противопригарные покрытия со специальными свойствами / Т.Б. Гуляева // Энергомашиностроение. 1987. - №1. - С. 29 - 31.

45. Давыдов Н.И. Новые противопригарные материалы для литейного производства / Н.И. Давыдов, Т.В. Сократова // Повышение технического уровня и эффективности литейного производства. Харьков, 1973. - С. 115 — 116.

46. Давыдов Н.И., Анпилогов Р.И., Романенко В.Л., Ильин В.В., Ребельский М.Б., Степанников С.В., Братко Т.Ф., Прикота B.C. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1398977 AI, 1988.

47. Давыдов Н.И., Анпилогов Р.И., Романенко В.Л., Ильин В.В., Ребельский М.Б., Степанников С.В., Никифоров П.В. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях при производстве стальных отливок. SU 1440598 AI, 1988.

48. Давыдов, Н.И. Новые противопригарные материалы для литейного производства / Н.И. Давыдов, Т.В. Сократова // Повышение технического уровня и эффективности литейного производства. Харьков 1973 - С. 115-116.

49. Давыдов, Н.И. Противопригарные покрытия для форм и стержней / Н.И. Давыдов, Г.П. Симонова. -М.: НИИинформтяжмаш, 1976. 65 с.

50. Денисов, В.А. Противопригарные пасты для стального углеродистого литья / В.А. Денисов // Труды ЦНИИТМАШ. 1960. - Вып. 6. - С. 26.

51. Дерягин, Б.В. Новые свойства жидкостей / Б.В. Дерягин, Н.В. Чураев. — М.: Наука, 1972.-321 с.

52. Дерягин, Б.В. Поверхностные силы / Б.В. Дерягин, Н.В. Чураев, В.М. Мел-лер. М.: Наука, 1987. - 399 с.

53. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. / под ред. Торопова H.A. Л.: Наука, 1972. - 448 с.

54. Дорошенко, С.П. Основные направления улучшения технологических свойств противопригарных красок / С.П. Дорошенко, В.Н. Дробязко // Получение отливок с чистой поверхностью: сб. науч. тр. Киев: РДЭНТП, 1976. -С. 18-19.

55. Дорошенко, С.П. Получение крупных стальных отливок с чистой поверхностью / С.П. Дорошенко, Н.Е. Тетерин, В.Н. Дробязко // Получение отливок с чистой поверхностью: сб. науч. тр. Киев: РДЭНТП, 1976. - С. 12-13.

56. Дорошенко, С.П. Получение отливок без пригара в песчаных формах / С.П. Дорошенко, В.Н. Дробязко, К.И. Ващенко. -М.: Машиностроение, 1978.-208 с.

57. Дорошенко, С.П. Предотвращение пригара на отливках. Теория и практика / С.П. Дорошенко, В.Н. Дробязко, А.И. Шейко // Литейное производство. -1996.-№2.-С. 20-21.

58. Дорошенко, С.П. Способы получения отливок без пригара / С.П. Дорошенко. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1975. - 28 с.

59. Жельнис М.В., Кукуй Д.М., Петухов М.М., Землявичус П.В. Состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней. SU 1407652 AI, 1988

60. Жидро О.М. Исследование термомеханических свойств формовочных красок для крупного стального литья. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. — М.: ЦНИИТМАШ, 1979. 196 с.

61. Жморицук В.И., Лиманова A.A., Мотыль В.Л., Сычев И.С. Состав для противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1646663 AI, 1991

62. Жуковский, С.С. Прочность литейной формы / С.С. Жуковский. — М.: Машиностроение, 1989. — 288 с.

63. Зимон, А.Д. Что такое адгезия? / А.Д. Зимон. -М.: Наука, 1983. 176 с. бЗ.Злочевская, Р.И. Исследование свойств связанной воды и двойного электрического слоя системы «глина — раствор» / Р.И. Злочевская, P.C. Зиангиров,«

64. Е.М. Сергеев // Связанная вода в дисперсных системах. — М.: Изд-во Московского университета, 1970. Вып. 1. — С. 102-138.

65. Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения — М.: Мир, 1972. 352 с.

66. Ипатов A.A. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1202686 А, 1986.

67. Иткис, З.Я. Аналитическое решение задачи проникновения жидкого металла в поры формы / З.Я. Иткис, Ю.П. Васин //Прогрессивные методы изготовления литейных форм. Челябинск: ЧПИ, 1968.

68. Иетс, Д. Катализ. Новые физические методы исследования / Д. Йетс. — М.: Мир, 1964.-253 с.'

69. Казачков, Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов / Е.А. Казачков. М.: Металлургия, 1968. - 288 с.

70. Кайнарский, И.С. Динас / И.С. Кайнарский. М.: Изд-во литературы по черной и цветной металлургии, 1961. - 470 с.

71. Калашникова, А.Я. Формовочные материалы и смеси для прогрессивных технологических процессов изготовления форм и стержней / А.Я. Калашникова, Г.П. Галкин. -М.: НИИмаш, 1976. 50 с.

72. Карлов, К.Н. Формовочные материалы / К.Н. Карлов. Л.: ОНТИ НКТП СССР, 1937.-296 с.

73. Качалкин, Г.С. Противопригарная краска для стержней и форм стальных отливок / Г.С. Качалкин // Литейное производство. 1979. - № 3. - С. 34

74. Кипнис, А.Я. Кластеры в химии / А.Я. Кипнис. М.: Знание, 1981. - 64 с.

75. Кириченко Д.В., Свистунов И.А., Крупа H.A., Рыбинская С.С., Комля-ков В.И., Шумович В.Д. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах. SU 1289582 AI, 1987.

76. КириченкоД.В., Воронина В.А., Рыбинская С.С., Чесноков С.В., Комляков В.И., Бурцев И.И. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах. SU 1222394 А, 1986.

77. Киселев В.Ф. Адсорбционные процессы на поверхности полупроводников и диэлектриков / В.Ф. Киселев, О.В. Крылов. М.: Наука, 1978. - 256 с.

78. Киселев, A.B. Межмолекулярные взаимодействия в адсорбции и хроматографии / A.B. Киселев. М.: Высшая школа, 1986. - 360 с.

79. Киселев, В.Ф. Поверхностные явления в полупроводниках и диэлектриках /

80. B.Ф. Киселев. -М.: Наука, 1970. 121 с.

81. Козлов JI.H., Черников В.И., Раскопин И.М., Тонкие Ю.С., Контев Г.К. Наполнитель и связующее для противопригарных покрытий. SU 1357116 AI, 1987

82. Колодий Г.А., Волков В.Д., Анисифоров В.Н., Егоров A.A., Свердлин В.А., Образцов B.C., Шебанов A.M. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней. RU 2042469 С1, 1995.

83. Красавин Б.С., Терентьев JI.JI., Скирдов А.Н., Туманова Л.П., Полгур М.Я., Свинцов В.Д., Соколов В.М., Фадеев В.Ф. Состав для получения противопригарного покрытия литейных форм и стержней. SU 1340883 AI, 1987.

84. Кривошеев, В.Н. Уменьшение пригара на стальных отливках / В.Н. Криво-шеев // Литейное производство. 1964. — № 3. - С. 35.

85. Критский, В.В. Краткий курс минералогии и петрографии с начальными сведениями по кристаллографии /В.В. Критский, С.Д. Четвериков. М.: Угле-техиздат, 1953.-276 с.

86. Круглицкий, H.H. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов / H.H. Круглицкий. Киев: Наукова Думка, 1968. - 320 с.

87. Кубашевский, О. Термохимия в металлургии / О. Кубашевский, Э. Эванс. — М.: Металлургия, 1954. 125 с.

88. Кузьмин, H.H. О критериях оценки формовочных красок / H.H. Кузьмин, И.В. Валисовский, A.M. Лясс // Литейное производство. 1973. - №3.1. C. 27-29.

89. Кузьмин, H.H. Повышение устойчивости формовочных красок / H.H. Кузьмин, И.В. Валисовский // Литейное производство. 1973. - № 5. - С. 15.

90. Кузьмин, H.H. Проникающая способность формовочных красок / H.H. Кузьмин // Литейное производство. 1980. - № 7. - С. 12.

91. Куманин, Б. Литейное производство / Б. Куманин, В.В. Бауман, Б.Н. Благов. -М.: Машиностроение, 1971. -319 с.

92. Куропатенко, В.Ф. Модель многокомпонентной среды / В.Ф. Куропатенко // Доклады АН, 2005. №6. - С. 761 - 763.

93. Либау, Ф. Структурная химия силикатов / Ф. Либау. -М.<: Мир, 1988. 198 с.

94. Ляпилогов Р.И. Электрокорундовые противопригарные покрытия / Р.И. Ляпилогов, Н.И. Давыдов, О.П. Москаленко, Л.Г. Лещенко // Литейное производство. 1988. - №2. - С. 9 - 10.

95. Лясс, A.M. О конструкционных свойствах формовочных смесей и расчете прочности форм и стержней / А.М.Лясс, П.И. Побежимов // Литейное производство. 1964. - №4. - С. 13 - 14.

96. Макаренко Н.Ф., Камалов Г.В:, Дедюхин Ю.И., Кичанов В.А. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней. SU 1101315 А, 1984.

97. Маленков, Г.Г. Физическая химия. Современные проблемы / Г.Г. Маленков. -М.: Химия, 1984.-С. 71-76.

98. Малина М.Л., Саначева Г.С., Денисов В.А., Лукьянов Е.Л. Состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней. SU 1694307 AI, 1991.

99. Матвеенко, И.В. Адгезионная прочность противопригарных красок для прецизионного способа окраски стержней / И.В. Матвеенко, A.A. Ипатов // Литейное производство. — 1981. № 11. — С. 15-16.

100. Методика разведки и оценки месторождений формовочных материалов / под ред. A.A. Вейхера. М.: Изд-во литературы по геологии и охране недр, 1963. -197 с.

101. Методическое руководство по петрографо-минералогическому изучению глин / под ред. М.Ф. Викуловой. — М.: Изд-во литературы по геологии и охране недр, 1957.-448 с.

102. Миддлтон, Д. Формовочные краски, применяемые в литейных цехах / Д. Миддлтон, П. Макинрой // 27-й междунар. конгресс литейщиков. М., 1961. -С. 249 - 265.

103. Милаенко, И.Э. Гранулированное противопригарное покрытие / И.Э. Ми-лаенко, Р.И. Булыптейн, Е.А. Белобров // Литейное производство. 1994. - №4. -С. 19.

104. Морачевский А.Г. Термодинамические расчеты в металлургии / А.Г. Мо-рачевский, И.Б. Сладков. М.: Металлургия, 1993. - 304 с.

105. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела / С. Морри-сон. М.: Мир, 1980. - 488 с.

106. Насанкин, А.Ф. Противопригарные средства для получения чистых поверхностей стального литья / А.Ф. Насанкин // Получение отливок с чистой поверхностью. Киев, 1963. - С. 34 - 44.

107. Носалевич, М.И. Оценка технологических свойств связующих методами термического анализа / М.И. Носалевич // Литейное производство. — 1973. — №4.-С. 31 -32.

108. Оболенцев, Ф.Д. Качество литых поверхностей / Ф.Д. Оболенцев. МЛ.: Машгиз, 1961.-184 с.

109. Овчаренко, Ф.Д. Мир опознанных величин / Ф.Д. Овчаренко. М.: Знание, 1979.-64 с.

110. Осипова H.A., Симонов С.Л., Кидалов H.A., Плетнев Г.В., Заньков-ская К.П. Противопригарная краска для литейных форм и стержней. SU 1118474 А, 1984.

111. Осипова H.A., Ущенко В.П., Кидалов H.A., Рубцова О.М. Состав для получения противопригарного покрытия для литейных форм и стержней. SU 1276423 AI, 1986.

112. Парди-Ллойд, К. Технология микрокластерных минералов / К. Парди-Ллойд, П. Фланаган. М.: Корал Клаб, 2002. - 52 с.

113. Пащенко, A.A. Вяжущие материалы / A.A. Пащенко, В.П. Сербии, Е.А. Старчевская. Киев: Вища школа, 1975. - 433 с.

114. Петухов М.М., Кукуй Д.М., Кузнецов С.В., Жельнис М.В. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней. SU 1395414 AI, 1988.

115. Петухов М.М., Кукуй Д.М., Кузнецов С.В., Савицкий С.А. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней. SU 1395415 AI, 1988.

116. Плаченов, Т.Г., С Порометрия / Т.Г. Плаченов, Д. Колосенцев. Л.: Химия, 1988.

117. Плюдеман, Э. Поверхность раздела в полимерных композитах / Э. Плю-деман. М.: Мир, 1978. - 92 с.

118. Плюснина, И.И. Инфракрасные спектры минералов / И.И. Плюснина. — М.: Изд-во Московского университета, 1972. 278 с.

119. Поверхностные пленки воды в дисперсных структурах. / под ред. Е.Д. Щукина. -М.: Изд-во Московского университета, 1988. — 279 с.

120. Поляков Ю.Г., Кабиров В.Г., Колупаев Н.Г., Юдкевич Ю.Д., Савельева Р.И., Зинин Ю.Н., Кипрянов А.И. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1296274 AI, 1987.

121. Попов, А.Д. Чистота поверхности отливок / А.Д. Попов // Литейное производство. 1960. -№ 1. — С. 36-37.

122. Пчелин, В.А. Гидрофобные взаимодействия в дисперсных системах / В.А. Пчелин. -М.: Знание, 1976. 18 с.

123. Разумова, М.С. Формовочные материалы и смеси / М.С. Разумова. М — Л.: Машгиз, 1962. - 48 с.

124. Райтбург, В.М. Кристаллохимия поверхности глинистых минералов и микроструктуры глины / В.М. Райтбург, М.В. Слонимская // Физические и химические процессы и фракции. — М.: Наука, 1968. С. 42—50.

125. Ратуш, И.Г. Противопригарные быстровысыхающие покрытия в литейном производстве / И.Г. Ратуш, JI.H. Васильева. М.: ТОПУЭинформэнергомаш, 1982. - 36 с.

126. Ребиндер, П.А. Вязкость дисперсных систем и структурообразование / П.А. Ребиндер // Исследование физикохимии технических суспензий. М. —Л., 1939.-С. 3-8.

127. Рубенчик Ю.И., Осипова H.A., Гребенников Н.П., Симонов С.Л., Кида-лов H.A., Цибизов В.Ф., Драчнев A.A., Конин Н.И., Рубцова О.М. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1217552 А, 1986.

128. Сандалов A.B., Вихлянцев A.A., Опихайленко Б.И., Воронин Ю.Ф. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1463376 AI, 1989.

129. Сварика, A.A. Покрытия литейных форм / A.A. Сварика. М.: Машиностроение, 1977.-215 с.

130. Сергеев, Е.М. Грунтоведение / Е.М. Сергеев. М.: Изд-во МГУ, 1971. - 214 с.

131. Скловский, М.И. Самовысыхающие противопригарные краски / М.И. Скловский, Н.Т. Смоленцева, И.В. Валисовский, В.Н. Ромашкин // Литейное производство. 2001. - №3. - С. 23 - 24.

132. Соболев, В.А. Исследование связанной воды на поверхности аэросила методом количественной ИК-спектроскопии / В.А. Соболев, A.A. Чуйко, В.А. Тертых, В.М. Мищенко // Связанная вода в дисперсных системах. — 1974. -Вып. 3. С. 62-74.

133. Соболев, В.А. Связанная вода в дисперсных системах / В.А. Соболев, A.A. Чуйко. — М.: Изд-во Московского университета, 1968. — Вып. 3. 68 с.

134. Соколов, А.Е. Противопригарные покрытия для форм и стержней, изготовленных из самотвердеющих смесей / А.Е. Соколов, А.Л. Садомский, Е.М. Носова. М.: ЦНИИТЭ-строймаш, 1970. - 20 с.

135. Сосненко, М.Н. Приготовление формовочных и стержневых смесей / М.Н. Сосненко. М.: Высшая школа, 1972. - 256 с.

136. Степанов, A.A. Качество и пути-повышения эффективности применения формовочных кварцевых песков / А.А.Степанов. Л.: Знание, 1970. - 30 с.

137. Степанов, Ю.А. Формовочные материалы / Ю.А. Степанов, B.C. Семенов. -М.: Машиностроение, 1969. 157 с.

138. Сырьевая база бентонитов СССР и их использование в народном хозяйстве / под ред. В.П. Петрова. М.: Недра, 1972. - 288 с.

139. Танабе К. Твердые кислоты и основания / К. Танабе. М.: Мир, 1973 .-183 с.

140. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание / под ред. В.П. Глушко. — М.: Наука. Т. 1,1978; т. 2,1979; т. 3, 1981; т. 4, 1983.

141. Титов, Н.Д. Технология литейного производства / Н.Д. Титов, Ю.А. Степанов. -М.: Машиностроение, 1985.-400 с.

142. Ткаченко, K.M. Противопригарные покрытия для форм стержней / K.M. Ткаченко, Л.Ф. Кемлер, Н.И. Давыдов, Г.С. Балясникова. М.: Машиностроение, 1968. - 96 с.

143. Тодоров, Р. Дефекты в отливках их черных сплавов / Р. Тодоров, П. Пе-шев. -М.: Машиностроение, 1984. 184 с.

144. Толстая, С.Н. Структурирование наполненных полимерных систем / С.Н. Толстая, В.Н. Бородкина // Физ.-хим. механика дисперсных структур. — М.: Наука, 1966.-С. 45-48.

145. Туманов Л.П., Полнур М.Я., Зверев A.M., Соколов В.М., Шишкин И.М. Состав для получения противопригарного покрытия. SU 1468641 AI, 1989

146. Туманова, Л.П. Поверхностное упрочнение форм / Л.П. Туманова // Литейное производство. 1981. - № 11. - С. 14.

147. Туманский, А.Л. Формовочные глины / А.Л. Туманский. — М.: Машиностроение, 1957.-214 с.

148. Туманский, А.Л. Формовочные пески / А.Л. Туманский. — М.-Л.: Машгиз, 956.-236 с.

149. Турбовский, М.М. Облицовочная графитовая смесь для стального литья / М.М. Турбовский, В.А. Фуклеев // Литейное производство. 1953. -№ 6. - С. 8 - 9

150. Физическая химия силикатов / под ред. A.A. Пащенко. М.: Высшая школа, 1986. — 386 с.

151. Фролов, Ю.Г. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1982. - 400 с.

152. Хромов, В.Д. Противопригарные покрытия на основе шламов электрокорунда / В.Д. Хромов, Н.И. Фомкин, А.П. Ненароков // Литейное производство. -1987.-№4.-С. 34.

153. Черногоров, П.В. Получение отливок с чистой поверхностью / П.В. Чер-ногоров, Ю.П. Васин. М.-Л.: Машгиз, 1961. - 144 с.

154. Чиминов, В.В. Причина образования и методы устранения пригара на чугунном литье при использовании смесей с жидким стеклом / В.В. Чиминов // Труды ЦНИИТМАШ. 1960. - Вып. 6. - С. 47 - 55.

155. Шацкий, М.И. Применение противопригарных красок, как средства получения чистых поверхностей на стальных отливках / М.И. Шацкий // Новое в теории и практике литейного производства. -М.-Л., 1956.-С.215-219.

156. Шацких, М.И. Формовочные и стержневые смеси / М.И. Шацких. Л.: Машиностроение, 1969. - 94 с.

157. Шевченко, В.А. Объемные эффекты новых материалов литейных форм / В.А. Шевченко // Новые материалы противопригарных, термостойких, теплоизоляционных и специальных покрытий литейных форм. — Киев, 1963. С. 49 — 58.

158. Шуголь Б.М., Петров В.И., Арбузов В.А., Ботов А.П., Левинсон В.А., Гальперин С.И. Состав для получения противопригарного покрытия на литейных формах и стержнях. SU 1382578 AI, 1988.

159. Эктова В.Н., Эктов В.В., Щенятский В.А., Зуев A.B. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней. SU 1752481 AI, 1992.

160. Юхневич, Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды / Г.В. Юхневич. М.: Наука, 1973. - 243 с.1. МЕЧЕЛ

161. Челябинский металлургический комбинат

162. Исследовательско-технологический центр

163. ВЕРЖДАЮ ный инженер А.Л. Подкорытов ^J 2006г1. АКТопытно-промышленных испытаний противопригарной.краски на основе вторичных продуктов абразивного производства ОАО «КАЗ»

164. Настоящий акт составлен по результатам опытно-промышленных испытаний противопригарного покрытия (краски) для стального литья, разработанного совместно с Южно-Уральским государственным университетом и проведенных в фасонно-литейном цехе ОАО «ЧМК».

165. Противопригарная краска имела следующий компонентный состав, масс. %: -глина нижнеувельская (НУ-2) 6;-вторичный продукт абразивного производства 87; -лигносульфонат технический (ЛОТ) - 7;-вода свыше 100 (до плотности 1,7 г/см3).

166. Противопригарная краска была испытана при отливке втулок (чертеж №12009. 01.22-1) массой около 200кг из стали 35Л с температурой заливаемого металла 1550°С.

167. Разработанный состав противопригарной краски может быть рекомендован к внедрению на отливках из стали до 200 кг.

168. При замене цирконового концентрата стоимостью 30 тыс. руб./т на вторичный продукт абразивного производства стоимостью 2 тыс. руб./т экономический эффект на 1 т литья составит 450-550 руб. (в ценах 2006 г.).

169. Начальник отдела исследовательско-технологического центра, к.т.н. Начальник лаборатории исследовательско-технологического центра, к.т.н. Ст. преподаватель Южно-Уральского государственного университета1. A.Г.Бабкин

170. B.И.Хяккинен Е.Г.Антошкина

171. Россия, 454047, Челябинск Тел. : (3512) 28-30-00 E-mail : vantonov@mechel.ruул. 2-я Павелецкая, 14 Факс : (3512) 24-29-02 Телекс: 124272 ФОРЕЛЬ