автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка концепции интегрального механизма формирования свойств, состава песчано-глинистых смесей (ПГС) и смесеприготовительного оборудования



На правах рукописи

МАРКОВ Василий Алексеевич

РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ИНТЕГРАЛЬНОГО МЕХАНИЗМА ФОРМИРОВАНИЯ СВОЙСТВ, СОСТАВА ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫХ СМЕСЕЙ (ПГС) И СМЕСЕПРИГОТОВИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность - 05.16.04. - литейное производство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ -1997

Работа выполнена на кафедре "Нажины и технология литейно! производства" Алтайского государственного технического универ( тета им. И.И.Ползунова

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор fi.fi.БРЕЧКО,

доктор технических наук, профессор М.А.ИОФФЕ,

доктор технических наук, академик Международной и Российской инженерной академии В.П.КУЗНЕЦОВ

Ведущая организация: АО "НИИТЙВТОПРОМ"

Защита состоится "££."-j^i^L___199? года в часо

на заседании диссертационного совета Д 063.38.08. по присужден ученых степеней Санкт-Петербургского государственного техническ го университета по адресу: 195251, г.Санкт-Петербург, Политехни ческая ул., 29 (химический корпус, ауд.51).

Вам отзыв на автореферат диссертации в двух экземплярах, з веренных печатью организации, просим выслать по указанному адре на имя Ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГТУ.

йвтореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор Г.С.КАЗАКЕВИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Получение отливок в разовые формы из песчано-глинистых смесей (ПГС) является наиболее распространенным технологическим процессом и в обозримом будущем останется доминирующим. Для получения отливок в литейных цехах России ежегодно перерабатывается более 140 млн. тонн смесей, что требует значительного количества свежих материалов и энергетических затрат.

При этом ПГС, выполняя в производственном процессе три самостоятельные и взаимосвязанные функции: материала формы; материала, перерабатываемого при формообразовании; материала, получаемого в процессе смесеприготовления, должны удовлетворять сложному комплексу свойств, требования к допустимым пределам изменения которых постоянно ужесточаются.

Отсутствие обоснованных представлений о механизме формирования комплекса свойств единых ПГС создало условия нерационального выбора и зачастую неэффективного использования потенциальных возможностей исходных компонентов смеси и смесеприготовительного оборудования.

Противоречивое понимание процесса приготовления ПГС и функционального назначения смесителя с позиции механизма взаимодействия рабочих органов с компонентами смеси создало предпосылки для применения широкого спектра смесителей, отличающихся не только принципом действия или конструкцией рабочих органов (катковые, ленточные, лопастные, вибрационные, вихревые, роторные, струйные, центробежно-планетарные и т.д.), но самое главное, различающихся до 15-20 раз удельными энергозатратами на приготовление одной тонны смеси.

В связи с этим разработка и внедрение составов ПГС, обеспечивающих снижение расхода формовочных материалов, повышающих ка- 1 чество отливки и улучшающих экологическую обстановку, а также усовершенствование действующего и создание нового смесеприготовительного оборудования, обеспечивающего эффективное приготовление ПГС при снижении энергозатрат, направлены на теоретическое обоснование и решение крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель работы. Разработка концепции интегрального (обобщенного) механизма формирования свойств единых песчано-глинистых смесей.

Концептуальное понимание механизма формирования свойств единых ПГС и факторов, его определяющих, позволит сформулировать принципы и возможные направления оптимизации рецептурного состава смесей в целях повышения качества отливок, стабилизации свойств смеси, рационального выбора формовочных материалов и специальных добавок, а также улучшения экологических условий в литейных цехах.

Кроме того, концептуальное понимание механизма формирования свойств смеси в процессе смесеприготовления позволит сформулировать функциональное назначение смесителя и его возможные технические решения, а именно:

- принцип и механизм взаимодействия рабочих органов с компонентами смеси:

- форму рабочего пространства и характер движения в нем организованного потока смеси;

- тип, форму и количество рабочих органов;

- режим работы (периодический или непрерывный).

Все вместе взятое позволит определить направления модернизации традиционных смесителей, а также разработать концептуальные ренения новых конструкций смесителей, обеспечивающих эффективное смесеприготовление при минимизации удельных энергозатрат.

Поставленная в работе цель позволила сформулировать следующие основные задачи диссертации:

1.На основе уточнения и систематизации известных представлений о функциях смеси в производственном цикле и свойствах формовочных материалов разработать концепцию интегрального механизма формирования свойств единых ПГС в процессе смесеприготовления с учетом изменения зернового состава и трансформации состояния компонентов, вносимых оборотной смесью.

2. Теоретически и экспериментально обосновать основные положения концепции механизма формирования свойств ПГС с позиции образования на поверхности зерновой основы активной адгезивной оболочки - определяющего фактора всего комплекса свойств смеси.

3. На основе концепции интегрального механизма определить управляющие рецептурно-технологические и физико-механические воздействия на компоненты смеси в процессе ее приготовления в целях стабилизации свойств смеси, оптимизации рецептуры существующих и разработки новых составов единых ПГС, а также для определения принципов модернизации действующих и создания новых эффективных смесителей.

4. Разработать концепцию рецептурно-технологической оптимизации составов единых ПГС для чугунного литья на основе механизма формирования антипригарной адгезивной оболочки на поверхности зерновой основы смеси.

5. Теоретически и экспериментально обосновать принципиальную возможность применения готового пироуглерода в формовочных смесях,. разработать и внедрить в производство единые формовочные ПГС с добавками пироуглерода для чугунного литья, обеспечивающие повышение чистоты-поверхности отливок.

6.На основе концепции интегрального механизма формирования свойств ПГС и принципов создания оптимальных физико-механических воздействий на компоненты смеси при ее приготовлении разработать

и внедрить в производство конструкции барабанных смесителей, обеспечивающих интенсификацию процесса смесеприготовления и минимизацию удельных энергозатрат.

7. Разработать математическую модель рабочего процесса и создать инженерные методы расчета с использованием САПР типоразмер-ного ряда промышленных барабанных смесителей.

8. На основе интегрального механизма формирования свойств ПГС, адгезивной оболочки и трансформации зернового состава,оборотных смесей предложить, теоретически и экспериментально обосновать концепцию селективного перемешивания, основанную на избирательном дезагрегирующем и механоактивирующем воздействии рабочих органов смесителя на компоненты смеси при переводе потока частиц во взвешенное состояние.

9.Разработать математическую модель рабочего процесса и конструкцию бескаткового центробежного смесителя селективного перемешивания смесей.

10.Разработать инженерные методы расчета с использованием САПР области оптимальных конструктивных и режимных параметров для модернизации традиционных центробежных и создания типоразмерного ряда бескатковых центробежных смесителей.

Выполненные автором исследования, разработки и внедрения являлись составной частью комплексной научно-исследовательской работы по решению научной проблемы 2.25.1.5 (Процессы литья. Координационный план АН СССР на 1986-1990 г.) и Федеральной программы "Ресурсосберегающие технологии машиностроения" (Отв. исполнитель МГААТМ, план 1992-1995 г.).

Научная новизна работы. Теоретически и экспериментально обоснованы основные положения концепции механизма формирования свойств единых ПГС в процессе смесеприготовления с позиции образования на поверхности зерновой основы смеси активной адгезивной оболочки, состоящей из пространственно ориентированных (текстури-рованных) частиц глинистого связующего, сложных силикатов, угле-родосодержащих материалов (УСМ) и аморфизированного водорастворимого кремнезема - адгезивного субстрата. При этом интегрирующим фактором, инициирующим развитие сложного комплекса процессов на всех иерархических уровнях смесеприготовления, является создание в слоях и микрообъемах смеси деформаций сдвига и фрикционного движения частиц компонентов в режиме "нагружение-отдых".

Установлено, что единые ПГС, на 90-98% состоящие из оборотной смеси, представляют собой новое качественное состояние формовочного материала. Механизм формирования комплекса свойств единых ПГС при смесеприготовлении определяется не столько процессом смешения освежающих добавок исходных компонентов, но главным образом - восстановлением вяжущей способности активной адгезивной оболочки и адгезивного субстрата, вносимых оборотной смесью.

На основе концепции интегрального механизма определены управляющие рецептурно-технологические и физико-механические воздействия на компоненты смеси в целях интенсификации процесса образования активной адгезивной оболочки, позволяющие оптимизировать рецептуры существующих и разработать новые составы единых

пгс.

На основе концептуального понимания процесса образования пи-роуглерода в слоях литейной формы и его влияния на состояние адгезивной оболочки впервые предложена, теоретически и экспериментально обоснована принципиальная возможность применения в качество специальной антипригарной и дезагрегирующей добавки в единые ПГС готового пироуглерода, получаемого за пределами литейной формы и вводимого в смесь на стадии ее приготовления. Применение готового пироуглерода и введение его в смесь на стадии приготовления позволяет принципиально изменить механизм формирования свойств ПГС и создать управляемый процесс образования адгезивной антипригарной оболочки на поверхности зерна.

На основе теории предельно-напряженного состояния связно-сыпучей среды определены функции рабочих органов смесителя и оптимальный механизм их воздействия на компоненты смеси при минимальных энергозатратах для создания интенсивных деформаций сдвига в слоях смеси и развития относительного фрикционного движения частиц ПГС в процессе смесеприготовления.

На основе концепции интегрального механизма формирования свойств ПГС и принципов создания оптимальных физико-механических воздействий на компоненты смеси при ее приготовлении разработаны и внедрены в производство конструкции барабанных смесителей, обеспечивающих интенсификацию процесса смесеприготовления и минимизацию удельных энергозатрат.

Разработана математическая модель рабочего процесса барабанного смесителя и с применением критерия кинематического' подобия -числа Фруда (Рг) - созданы инженерные методы расчета типоразмер-ного ряда промышленных смесителей с использованием разработанной САПР "Барабанный смеситель".

На основе анализа зернового состава оборотных смесей и механизма формирования адгезивной оболочки впервые предложена, теоретически и экспериментально обоснована концепция селективного перемешивания компонентов единых ПГС при переводе организованного потока частиц смеси во взвешенное состояние для достижения требуемого зернового состава смеси, интенсификации процесса смесеприготовления и снижения энергозатрат.

Разработаны математическая модель рабочего процесса и конструкция бескаткового центробежного смесителя селективного перемешивания единых смесей, а также инженерные методы расчета с применением САПР "Бескатковый центробежный смеситель" конструктивных и

режимных параметров для модернизации традиционных центробежных и создания типоразмерного ряда новых бескатковых смесителей.

Практическая значимость результатов работы. На основе концепции интегрального механизма формирования свойств единых Г^С разработаны составы смесей, в которых применен готовый пироуг..з-род, получаемый за пределами литейной формы и вводимый в смесь на стадии ее приготовления, что позволило создать управляемый процесс формирования свойств за счет образования термостойкой антипригарной пироуглеродо-глинистой адгезивной оболочки на поверхности зерна смеси.

Применение готового пироуглерода позволяет: устранить накопление в смеси гидрофобизирующих и агрегатирующих продуктов термического разложения УСМ; улучшить технологические и физико-механические свойства ПГС за счет дезагрегирующего действия ультрадисперсных частиц пироуглерода; снизить расход глинистого связующего на 25-ЗОЖ за счет более полного использования его потенциальных адгезивных способностей; в 75 раз сократить расход УСМ; "снизить газотворность смеси и выделение экологически вредных соединений в окружающую среду; уменьшить вероятность образования пригара и повысить чистоту поверхности отливок.

Разработанные составы ПГС с добавками пироуглерода прошли производственные испытания и внедрены с 1992 года в чугунолитейном цехе СЛЗ "Центролит" (г. Саранск) на автоматических формовочных линиях "Дизаматик" и "Кинкель-Вагнер" с годовым экономическим эффектом 30-40 млн.рублей (цены на апрель 1993 г.) или 0,9-1,1% от заводской стоимости одной тонны отливок. Экологическая безопасность применения пироуглерода в составе ПГС подтверждена санитарно-гигиеническим паспортом на технологический процесс (НИИ охраны труда, г.Екатеринбург).

Разработаны менее энергоемкие и высокоэффективные смесите.-м, которые могут быть выполнены в широком диапазоне производите, ъ-ности от 0,5 до 400 м3/ч.

Промышленные образцы барабанных смесителей прошли стендовые испытания на Волковыском заводе литейного оборудования (г. Волко-выск, Беларусь), подтвердили повышение эффективности приготовления ПГС при одновременном снижении удельных энергозатрат и находятся в стадии производственного освоения в литейном цехе ПЮ "Уралвагонзавод" (г.Н-Тагил).

Разработанное математическое и программное обеспечение САПР "Бескатковый центробежный смеситель" позволяет определить область оптимальной скорости вращения ротора и формировать исходные данные на модернизацию эксплуатируемых в литейных цехах центробежных смесителей для повышения их эффективности и снижения энергозатрат.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены и обсуждены на ряде научно-технических конференций, симпозиумов и съездов литейщиков: в г.Минске (1987.1993г.), г.Москве (1988,1993г.). г.Омске (1989г.), г.Алма-Ата (1987г.), г.Челябинске (1987г. ), г.Караганде (1989г.). г.Одессе (1990г.), г.С-Петер-бурге (1989,1991,1997г.), г.Рыбинске (1992г.), г.Рубцовске (1994,1995г.), г.Н-Тагиле (1992г.), г.Бийске (1995г.), г.Ульяновске (1995г. ) и г. Барнауле (1984,1988,1990,1994,1995,1996 г. ).

Предметом защиты являются следующие положения:

- концепция интегрального механизма формирования свойств единых ПГС в процессе смесеприготовления, основанная на дезагрегации и механоактивации адгезивной оболочки и зернового состава компонентов, вносимых оборотной смесью, за счет создания в слоях и микрообъемах смеси интенсивных деформаций сдвига и фрикционного движения частиц;

- концепция рецептурно - технологического управления механизмом формирования свойств единых ПГС, основанная на применении в составе адгезивной оболочки ультрадисперсных частиц готового пироуглерода, получаемого за пределами литейной формы и вводимого в смесь на стадии ее приготовления;

-, концепция механизма силового взаимодействия рабочих органов смесителя с компонентами единой ПГС в процессе смесеприготовления;

- концепция интенсификации процесса смесеприготовления единых ПГС в барабанных смесителях;

- концепция селективного процесса смесеприготовления единых ПГС в центробежных смесителях при переводе организованного потока частиц смеси во взвешенное состояние.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 60 работ, из них 15 авторских свидетельств и патентов Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 376 стр. состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 316 наименований и приложения 28 стр. Она изложена на 319 стр. машинописного текста, содержит в том числе 69 рисунков и 22 таблицы.

Личный вклад автора. В настоящей работе представлены результаты, полученные автором самостоятельно, а также совместно с аспирантами и сотрудниками Алтайского государственного технического университета. При этом автору принадлежит постановка общей проблемы "Теория и практика приготовления песчано-глинистых смесей и смесеприготовительного оборудования" и решение частных задач: по разработке концепции интегрального механизма формирования свойств единых ПГС; по разработке концепции рецептурно-технологической оптимизации составов ПГС добавками готового пироуглерода; по созданию теории механизма силового взаимодействия рабочего органа с

компонентами единых ПГС; по разработке конструкций и математических моделей рабочих процессов барабанного и бескаткового центробежного смесителей, а также участие в разработке САПР смесеприго-товительного оборудования. Проводил исследования в лабораторных условиях, участвовал в промышленных испытаниях и внедрении результатов разработок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБ01Н

Во введении обоснована актуальность проблемы и определены цели и задачи работы. В первой главе проведен анализ существующих представлений о комплексе свойств ПГС, механизме их формирования и возможных направлениях управления механизмом формирования.

Несмотря на внешнюю простоту процесса приготовления ПГС и его многолетнее применение в практике литейного производства, он не получил достаточного научного обоснования. Существующие взгляды на процесс смесеприготовления и на механизм формирования свойств ПГС не дают исчерпывающего ответа по многим вопросам.

Все многообразие исследований по изучению, совершенствованию и оптимизации свойств ПГС и процесса смесеприготовления можно разделить на ряд направлений:

1. Математические модели и формализованное описание процесса смесеприготовления и механизма формирования свойств ПГС.

2. Совершенствование действующего и создание нового смесепри-готовительного оборудования.

3. Рецептурно - технологические методы воздействия на механизм формирования свойств ПГС.

Для формализованного описания процессов смесеприготовления в различных областях промышленности предложено более десяти разнообразных моделей. Большая часть моделей разработана для смесителей периодического действия, но ряд моделей могут быть использованы для смесителей периодического и непрерывного действия.

Известные математические модели смесеприготовления можно объединить в пять основных групп: диффузионные модели; стохастические (вероятностные) модели; кибернетические модели; модели кинетики процесса смесеприготовления; статистические модели.

Существующие методы формализованного описания и математические модели процесса смесеприготовления не раскрывают механизма формирования свойств смеси и не определяют принципов построения смесителей, тем более не определяют характер взаимодействия рабочих органов смесителя с компонентами смеси, т.к. не учитывается возможная трансформация состояния и свойств исходных компонентов в процессе смесеприготовления, тем более в процессе многократного оборота смеси в производственном цикле. Практически во всех математических моделях закладываются компоненты с детерминированными

свойствами, не изменяющимися в процессе переработки, что явно не соответствует реальности.

Сравнительный анализ ряда типов и модификаций известных смесителей по разработанным обобщенным показателям: Н^Ы/О - отношение установленной мощности (Н - кВт) к часовой производительности (0 - т/ч или м3/ч), характеризующий удельные энергозатраты на приготовление единицы массы или объема смеси (кВт*ч/т или кВт*ч/м3); Кг=0/М - отношение часовой производительности к массе мeíaллoкoнcтpyкции смесителя, характеризующий эффективность использования металлоконструкции смесителя (т/ч/т или м3/ч/т), показал достаточно широкий интервал значений И^ и К^, что свидетельствует о необоснованности конструктивных решений некоторых смесителей или неэффективности их использования.

Анализ вариантов рецептурно-технологического управления механизмом формирования свойств ПГС путем предварительной обработки освежающих добавок показал, что они имеют ограниченные возможности, т. к. единые ПГС на 90-98% состоят из оборотной смеси, многократно прошедшей производственный цикл по всем переделам (смесе-приготовление, формообразование, нагревание залитым металлом, охлаждение и т.д.), в результате чего исходные компоненты претерпевают существенную трансформацию состояния и свойств. Кроме того, установлено, что зерна оборотной смеси после многократных производственных циклов покрыты оболочкой сложного и неконтролируемого состава ("оолитной" оболочкой), в результате чего контакт зерновой основы смеси с жидким металлом осуществляется непосредственно через эту оболочку, определяющую механизм формирования качества поверхности отливок и многие свойства смеси.

Анализ составов производственных единых ПГС показал, что освежающие добавки глинистого связующего составляют от 0,3% до 0,8% по сухому бентониту или от 1,2% до 3% по бентонито-угольной суспензии, а содержание активного глинистого связующего в готовой формовочной смеси составляет от 6% до 11%. Из этого следует, что освежающие добавки составляют всего лишь 5-15% от содержания активного глинистого связующего в готовой смеси, а основная масса активного глинистого связующего вносится оборотной смесью, которая является основным компонентом ПГС. Освежающие добавки в таком количестве не могут оказывать определяющего влияния на формирование свойств готовой смеси. Следовательно, оболочка, покрывающая зерновую основу оборотной смеси, вносит в готовую ПГС основную массу активного глинистого связующего (85-95%), которое требует восстановления своих вяжущих свойств в процессе смесеприготовле-ния для придания готовой ПГС требуемой технологической готовности.

Для концептуального понимания процесса смесеприготовления введено понятие самого термина, определяющего сущность процесса.

- и -

В технической и научной литературе нет четко обозначенного понятия процесса, что позволяет применять разные термины: "смешение", "смешивание", "перемешивание" и т.п.

В этой связи проведено разграничение процессов смесеприго-товления по конечной цели:

1. Процесс смешения (смешивания) - процесс физико-мвханичес-кого взаимодействия рабочих органов смесителя с компонентами смеси, в результате которого достигается усреднение состава смеси в объеме замеса, количественно оцениваемое коэффициентами вариации распределения концентрации компонентов.

2. Процесс перемешивания - процесс физико-механического взаимодействия рабочих органов смесителя с компонентами смеси, в результате которого достигается требуемая технологическая готовность смеси, количественно оцениваемая комплексом свойств ПГС.

Следовательно, процесс приготовления единых ПГС и достижение ими требуемых технологических и физико-механических свойств определяется процессом перемешивания, длительность и характер протекания которого в значительной степени определяется механизмом взаимодействия рабочих органов смесителя с компонентами смеси, их состоянием и свойствами.

КОНЦЕПЦИЯ МЕХАНИЗМА ФОРМИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ЕДИНЫХ ПГС В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

На основе обобщения известных представлений о механизме формирования свойств ПГС, а также выполненных собственных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что реальная единая ПГС является сложной многокомпонентной физико-механической системой, основной составляющей которой является оборотная смесь (90-98%), прошедшая много производственных циклов, в результате чего состояние и свойства исходных компонентов претерпели существенные изменения, и оборотная смесь представляет собой новое качественное состояние формовочного материала, характеризующееся новым гранулометрическим составом и трансформированным исходным зерном, которое уже покрыто адгезивной оболочкой, содержащей активные компоненты.

Дезагрегация зерен крупных фракций, .восстановление и развитие вяжущей способности адгезивной оболочки зерновой основы, вносимой оборотной смесью, является основной задачей процесса сме-сеприготовления единых ПГС.

Концепция интегрального механизма формирования свойств ПГС в процессе смесеприготовления определяется следующими положениям!::

1. Механизм формирования свойств ПГС при перемешивании дел-жен одновременно охватывать все иерархические уровни процессов, начиная от макро- и сантиуровней, включающих рабочее пространство

смесителя и взаимодействие рабочих органов с компонентами смеси, обеспечивая движение организованного потока и конвективное перемешивание, и до нано-, пикоуровней, определяющих образование активных центров и разорванных электронных связей, способствующих протеканию химических реакций и формированию адгезивного субстрата.

2. Для одновременного развития всех процессов механизма формирования свойств ПГС, связанных с образованием адгезивной оболочки и адгезивного субстрата, необходимо создание в слоях смеси деформаций сдвига и пластического течения, обеспечивающих фрикционное движение относительно друг друга, частиц и зерен компонентов смеси в циклическом режиме "нагружение-отдых". При этом чем больше будет происходить одновременно единичных актов в объеме замеса, тем выше эффективность процесса смесеприготовления.

3. Зерна кварцевого песка при деформациях сдвига фрикционно перемещаются друг относительно друга, происходит механоактивация поверхностных слоев частиц и зерен песка с образованием высокоактивного аморфизированного слоя кремнезема и мозаичная электризация поверхности зерна как результат пьезо-. трибо- и пироэффектов кварца.

При относительном фрикционном движении частиц и зерен кварцевого песка происходит вскрытие новых поверхностей с разрывом химических связей и образованием парамагнитных центров (ПМЦ).

Возможные варианты образования ПМЦ можно представить следующим образом:

- О \ + - / 0 -

- О - - и - 0 - Б! - 0 -

- О / \ 0 -

а) б)

Неспаренный электрон ПМЦ у атома кремния занимает Бр - гибридную орбиту (положительный заряд) (а) и одновременно происходит образование и другой частицы со связью, несущей отрицательный заряд (б), характерный для гомолитического разрыва одной, двух связей с образованием соответствующего количества открытых валентностей, способных взаимодействовать между собой или с открытыми валентностями (функциональными группами) других компонентов смеси.

Происходящая при сдвиге аморфизация поверхностных слоев кварцевого песка и других силикатных частиц существенно ускоряет процессы их твердофазного и гетерофазного взаимодействия с другими веществами, в частности, увеличивает растворимость аморфного кремнезема в воде и приводит к появлению у активированного кварцевого зерна в суспензии вяжущих свойств. Деформации сдвига поверхностных слоев кварцевого зерна приводят к нарушению дальнего порядка в расположении тетраэдров и деформации силоксановой свя-

зи, в то время кремнекислородный тетраэдр как структурная единица кристалла сохраняется, за исключением самых наружных атомов, где происходит разрыв связей, что и позволяет получить прочно скрепляющий адгезивный субстрат, в основе которого находится аморфный водорастворимый кремнезем, способный к полимеризации. При повторном воздействии сдвиговых деформаций "старые" поверхности также интенсивно генерируют ПМЦ, причем намного быстрее, чем образуются активные центры на новых поверхностях твердых частиц.

4. Частицы глинистого связующего, располагаясь между зернами песка и под их действием как рабочих тел, подвергаются измельчению и механоактивации. Разрушение (дезагрегация) частиц происходит по направлениям, совпадающим с плоскостями спайности сложных силикатов и разрывом слабых связей, локализованных в этих областях, что приводит к образованию разорванных связей и увеличению заряда на поверхности вновь образованных мелких частиц. Плоскости спайности являются базальными поверхностями частиц, следовательно, наибольшее количество открытых связей образуется на базальных поверхностях. Мелкие частицы из-за своей анизометричности и электрического заряда поверхности зерен песка получают пространственную ориентацию и образуют слоистую текстуру на поверхности зерен песка. При дезагрегации частиц глинистого связующего под действием сдвиговых деформаций также происходит аморфизация поверхностных слоев частиц с уменьшением степени их окристаплизо-ванности.

5. Мелкие осколки (обломки) кварцевых зерен, а также мелкие частицы кварцевых примесей и других силикатов, вносимых глинистым связующим, механоактивируются с образованием в поверхностных слоях частиц высокоактивного аморфного кремнезема и формируют частицы адгезивного субстрата - коллоидную фазу, заполняющую пространство между частицами глинистого связующего в слоистой текстуре адгезивной оболочки.

6. Вода при взаимодействии с высокоактивным аморфным кремнеземом образует в поверхностных слоях каждой частицы твердой фазы тончайший слой золя поликремневых кислот - адгезивный субстрат. При этом мелкие частицы твердой фазы с размером менее 1 мкм при наличии достаточного (в несколько монослоев) количества воды и поликремневых кислот образуют сложную коагуляционно-тиксотропную структуру.

7. Устойчивость коагуляционно-тиксотропной структуры геля поликремневых кислот в поверхностных слоях твёрдых частиц, а также в адгезивном субстрате определяется рН системы, в формировании которой особую роль выполняют ионы На :

- ионы натрия, создавая эффект отрицательной гидратации, нарушают дальний порядок полимолекулярной воды с образованием свобод-

ных гидроксильных групп ОН", ионов водорода Н+ и гидроксония (гидрония) Н30+ - гидроактивированного иона водорода, существующего в водных растворах;

- вода, перейдя в мономолекулярное и ионизированное состояние, за счет своей полярности - эффективнее взаимодействует с высокореакционным аморфным кремнеземом и повышает выход поликремневой кислоты, эффективнее участвует в реакциях гидратации частиц и усиливает пептизацию частиц глинистого связующего;

- ион натрия также взаимодействует с кремневым ангидридом с образованием сложных неустойчивых силикатов типа жидкое стекло;

- наличие ионов'натрия й вышеперечисленных эффектов (образование Н+;0Н";Н30+) приводит к изменению рН среды и протеканию ряда химических реакций с образованием силикагеля.

8. В результате изложенных процессов на поверхности зерна формируется текстурйрованная адгезивная оболочка из пространственно ориентированных базальными поверхностями частиц глинистого связующего, представляющая собой мелкие частицы глинистого связующего с аморфизированными рыхлыми поверхностями и покрытые гелем поликремневых кислот, пространство между которыми заполнено коллоидными частицами адгезивного субстрата. Причем поверхность зерна также покрыта тонким слоем (3-5 нм) адгезивного субстрата, ноющего общую природу с частицами адгезивной оболочки - гель поликремневых кислот. Наличие свободной воды определяет состояние структуры геля и состояние адгезивной оболочки, т. е. степень подвижности коллоидных частиц, образующих адгезивный субстрат и оболочку в целом. Уменьшение содержания свободной воды в адгезивной оболочке независимо от воздействия (механическое выдавливание, испарение или нагрев) приводит к ее структурированию и наращиванию прочностных свойств ПГС.

9. В составы ПГС в качестве специальных добавок входят угле-родосодержащие материалы (УСМ). При использовании твердых УСМ- их частицы также покрываются адгезивной оболочкой глинистого связующего, однако из-за отсутствия на поверхности частиц УСМ активных центров взаимодействия с частицами адгезивной оболочки не происходит и, соответственно, прочность смеси ниже. Если УСМ содержит активные центры, свободные связи или функциональные группы, то возможно образование соединений с частицами адгезивной оболочки и прочность ПГС повышается.

В случае применения жидких УСМ возможно несколько вариантов взаимодействия:

- жидкость не содержит фракций или соединений, имеющих открытые связи, тогда она чисто механически распределяется по гидрофильной поверхности твердой фазы, естественно, участки, покрытые УСМ, становятся гидрофобными и не покрываются гидрофильной адгезивной оболочкой или адгезивным субстратом;

- жидкий УСМ содержит соединения с открытыми связями, то возможно их взаимодействие с участками поверхности частиц твердой фазы и в зависимости от степени гидрофобности такого типа УСМ могут улучшаться либо ухудшаться прочностные свойства смеси.

10. В процессе формообразования даже при относительно небольших нагрузках (ручная формовка) в микрообъемах смеси на точечных контактах частиц ультрадисперсной фракции адгезивной оболочки возникают колоссальные давления (1500-1800 кг/смг или 150-180 МПа), зерна сближаются, адгезивная оболочка деформируется, в результате чего частицы глинистого связующего сближаются, выдавливая лишнюю свободную воду в межзерновое пространство и образуя "сухой" контакт зерен и частиц через адгезивный субстрат. При "сухом" контакте и высоких точечных давлениях термодинамически возможно образование химических связей между основными компонентами, а именно, взаимодействие открытых силоксановых связей, т.к. слои поверхности кварцевого песка и поверхностные.слои частиц глинистого связующего имеют одну физическую и химическую природу, а именно, общее структурное звено - тетраэдр диоксида кремния, способного к пространственной сшивке. Таким образом созд^зт-ся прочностные свойства смеси в уплотненном состоянии.

11. В процессе заливки формы металлом слои ПГС подвергаются тепловому воздействию, в результате которого происходят следующие процессы:

- полиморфные превращения в зернах кварцевого песка, сопровождающиеся изменением их объема, накоплением внутренних напряжений или образованием трещин;

- поэтапная, в зависимости от температуры нагрева (Т), дегидратация глинистого связующего и адгезивного субстрата: Т=100-105°С - происходит удаление свободной воды и частицы адгезивной оболочки сближаются с образованием контактов через мономолекулярный слой воды; Т=130-190^С - происходит удаление рыхлосвязанной воды из адгезивного субстрата (обезвоживание геля) и дальнейшее сближение частиц адгезивной оболочки; Т=300-400°С - происходит удаление гидратированной воды, способствующей, с одной стороны, к сближению пакетов и частиц глинистого связующего (усадка глинистого связующего) с образованием достаточно прочных контактов, а с другой стороны, усадка и относительно быстрое удаление воды вызывает растрескивание укрупняющихся частиц глинистого связующего в адгезивной оболочке; Т=500-700°С - удаление кристаллизационной и конституционной воды, перестройка решетки минерала глинистого связующего с образованием новых силикатных и апюмосиликатных соединений в микрообъемах, входящих в общую систему адгезивной оболочки, расположенной частично на поверхности зерен, но большей частью в межзерновом пространстве.

12. В результате теплового воздействия металла происходит

изменение состояния УСМ, находящегося в слоях формы:

- под действием высоких температур (выше 800°С) в слоях смеси, близко прилегающих к отливке (5-20мм) происходит термоокислительное разложение УСМ с образованием пироуглерода (8-12Ж), газовой фазы, коксового остатка и побочных продуктов;

- в отдаленных слоях формы происходит термическое разложение УСМ с образованием газообразных продуктов в соответствии с температурой слоя формы, их последующей фильтрацией в глубинные слои формы и конденсацией на поверхности твердой фазы (подобно механизму образования известной зоны влагоконденсации);

- часть продуктов разложения УСМ, имеющих низкую температуру газообразования, удаляются за пределы литейной формы (газовая фаза, содержащая СО и Н2, а также низкокипящие газы гомологического ряда: метан, этан, пропан, бутан), где при избытке кислорода могут сгорать;

- основная масса продуктов термического разложения УСМ конденсируется в соответствии с их температурой кипения и температурой слоев формы на поверхности твердых частиц адгезивной оболочки;

- тяжелые полиароматические углеводороды (парафины, антрацены, фенатрены. битумы) с высокой температурой плавления и кипения (200- 450 С), попадая в слои формы, прогретые выше Т=100-105°С, конденсируются на обезвоженных поверхностях частиц адгезивного субстрата, проникая в поры, трещины или между частицами, прочно скрепляя их между собой плотной гидрофобной углеродосодержащей пленкой.

13. В процессе выбивки и последующей подготовки оборотной смеси происходит адгезионно-когезионное разрушение адгезивной оболочки. В оборотной смеси зерна уже покрыты адгезивной оболочкой, содержащей активное, частично дегидратированное глинистое связующее, адгезивный субстрат, продукты термического разложения УСМ и пироуглерод. При этом сами зерна оборотной смеси представляют новые качественные состояния формовочного материала.

Установлено, что в результате многократного оборота происходит укрупнение зернового состава оборотной смеси по сравнению с гранулометрическим составом песка освежения. Если песок освежения содержит преимущественно фракцию 0,2, то в оборотной смеси, в зависимости от технологических параметров процесса и системы сме-сеприготовления, могут преобладать фракции: 0,4;0,63 и более крупные, что негативно влияет на формирование качества поверхности отливки.

Исследования гранулометрии и зернового состава показали, что оборотная смесь содержит:

- монозерно - кварцевые зерна, покрытые адгезивной оболочкой толщиной 10-30 мкм ;

- блочное зерно - новообразованное зерно из осколков и мелкой

фракции кварцевых зерен, частиц шамотизированного глинистого связующего и других силикатов, прочно скрепленных между собой и по общей поверхности покрытые адгезивной оболочкой и формирующие фракции: 0,4-0,6 мм;

- агрегатированное зерно - состоящее из исходных кварцевых и новообразованных зерен, скрепленных между ссбой адгезивным субстратом, и формирующее фракции: 0,6-1,0 мм;

- конгломераты зерен - представляющие собой фракции: 1.Б-2.5 мм и более крупные, состоящие из относительно непрочных зерен оборотной смеси (блочных и агрегатированных) и прочных зерен, образованных остатками стержней и скрепленных термодеструктировавшим связующим.

Кроме того, в оборотной смеси присутствует все многообразие сложных силикатов, имеющих термодинамическую возможность образовываться в слоях литейной формы.

На основе разработанного механизма формирования свойств ПГС в процессе смесеприготовления выдвинуты рабочие гипотезы по оптимизации составов и свойств ПГС, а также по усовершенствованию действующих и созданию новых смесителей:

1. В целях эффективного использования потенциальных возможностей глинистого связующего в формировании адгезивной оболочки и субстрата необходимо уменьшить или устранить отложение на поверхности твердых частиц смеси гидрофобизирующих продуктов термического разложения УСМ, способствующих процессу агрегатирования зерна. Решение этой проблемы возможно за счет применения УСМ с высоким выходом пироуглерода или использования в качестве антипригарной добавки в ПГС готового пироуглерода, получаемого за пределами литейной формы.

2. В целях повышения эффективности механоактивации поверхностных слоев компонентов смеси, дезагрегации крупных фракций оборотной смеси и снижения энергозатрат необходимо использовать смесители, в которых рабочие органы циклически в режиме "нагруже-ние-отдых" создают в элементарных объемах смеси деформации сдвига. обеспечивающие фрикционное относительное движение частиц смеси.

3. В целях сокращения накопления в оборотной смеси крупных фракций новообразованных, агрегатированных зерен или их конгломератов целесообразно использовать селективное смесеприготовле.-. ,з с применением специальных смесителей, которые бы позволили избирательно дезагрегировать крупные фракции до требуемого размера зерна.

КОНЦЕПЦИЯ РЕЦЕПТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СВОЙСТВ ЕДИНЫХ ПГС ДОБАВКАМИ ПИРОУГЛЕРОДА

На основе анализа механизма антипригарного действия углеро-

досодержащих материалов (УСМ) установлено следующее:

1. УСМ обеспечивают антипригарное действие за счет образования в процессе термодеструкции пироуглерода. При этом газообразные продукты термодеструкции могут создавать противодавление в капиллярах формы и влиять на окислительно-восстановительные свойства газовой среды полости литейной формы, но не являются определяющими факторами антипригарного действия УСМ.

2: Для повышения качества отливок целесообразно, чтобы пиро-углерод начал образовываться и покрывать зерновую основу материала формы до начала момента контакта с расплавленным металлом.

3. Традиционные УСМ при термодеструкции в слоях литейной формы образуют не только пироуглерод (8-12%), но и побочные продукты: зола, сернистые соединения, кокс и широкий спектр углеводородов, которые конденсируются на поверхности частиц адгезивной обглочки.

Отложение продуктов термического разложения УСМ в смеси способствует не только агрегатированию частиц и зерен, но и накоплению в оборотной смеси экологически вредных углеводородов (бензол, толуол, ксилол, ксиленол, фенол, крезол и ряд полициклических ароматических соединений с высокой температурой плавления и кипения). Кроме того, продукты разложения УСМ, образуя гидрофобную пленку, экранируют силикатную поверхность частиц, в результате чего при повторном использовании не развиваются процессы регидра-тации, не Восстанавливаются вяжущие свойства адгезивного субстрата и адгезивной оболочки.

В целях устранения негативного влияния традиционных УСМ и создания условий управляемого процесса формирования антипригарных и других свойств'смеси выдвинута и'реализована концепция рецеп-турно-технологической. оптимизации свойств единых ПГС добавками готового пироуглерода,' получаемого, за пределами литейной формы и вводимого в формовочную смесь непосредственно на стадии ее приготовления. При этом в процессе перемешивания компонентов смеси частицы глинистого связующего в адгезивной оболочке и зерна песка уже будут покрыты частицами готового пироуглерода, т. е. адгезивная оболочка будет содержать необходимое количество пироуглерода. При использовании в составе ПГС антипригарной добавки с заранее известными и стабильными свойствами - создается главное условие управления механизмом формирования свойств ПГС на стадии ее приготовления, т.е. на стадии образования активной адгезивной оболочки и адгезивного субстрата.

На основе комплексных исследований в качестве антипригарной добавки в единые ПГС принят высокотемпературный (1470-1600°С), среднеструктурный и высокодисперсный (размер частиц 36-42 нм) пироуглерод марки П 324 (ГОСТ 7885-86).

Частицы пироуглерода представляют собой беспорядочный набор

отдельных кристаллитов, состоящих обычно из 3-5 параллельных . е-шеток атомов углерода. В каждом слое кристаллита.атомы углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников. Плоские решетки в кристаллите смещены относительно друг друга, что увеличивает неупорядоченность структуры частицы пироуглерода и повышает его активность. Морфологическая структура кристаллита пироуглерода подобна структуре частиц графита, но со смещенными гексагональными решетками, менее упорядоченными, чем в графите. Атомы углерода. находящиеся на краях плоскостей оснований кристаллических решеток, имеют свободные валентности, что определяет его высокую адсорбционную способность и возможность соединяться с кислородом, водородом, серой и другими соединениями, имеющими открытые связи. В состав пироуглерода входят: 89-99% (масс.) углерода, 0,9-1,0% водорода, 3,5-4,0% кислорода, 0,1-1,1% серы и до 0,5% (масс.) минеральных примесей (зола).

В этой связи предлагаемая концепция рецептурно-технологичес-кой оптимизации свойств смеси добавками готового пироуглерода, получаемого за пределами литейной формы, носит принципиально отличный от ранее известных приемов использования УСМ и даже графита. Пироуглерод не имеет такой степени упорядоченности структуры, как графит, что предопределяет содержание на поверхности его частиц большого количества свободных валентностей (открытых связей), способных к взаимодействию с другими соединениями, имеющими реак-ционноспособные функциональные группы, свободные валентности или радикалы. Высокая активная поверхность ультрадисперсных частиц пироуглерода (5уд =10-110 ы /г) и высокая поверхностная платность открытых связей позволяет не только обеспечить антипригарное свойства адгезивной оболочке, но и повысить эффективность вяжущих свойств адгезивного субстрата.

Введение в состав формовочной смеси ультрадисперсных частиц пироуглерода приводит к изменению механизма формирования слоистой текстуры частиц глинистого связующего в адгезивной оболочке. Частицы пироуглерода, имеющие на 2-3 порядка меньшие размеры, покрывают поверхность частиц глинистого связующего, разделяют их между собой, исключая их агрегатирование за счет сил аутогезии и обеспечивают более свободное проникновение молекул воды к их базаль-ным поверхностям для гидратации. В результате этого ускоряется процесс формирования прочности смеси и сокращается время на приготовление смеси.

Частицы глинистого связующего, , покрытые частицами пироуглерода, в процессе перемешивания за счет деформаций сдвига и фрикционного движения формируют слоистую текстуру адгезивной оболочки типа "сэндвич", когда отдельные частицы глинистого связующего, ориентированные друг относительно друга, разделены между собой не только слоем свободной воды, но и частицами пироуглерода. В про-

цессе перемешивания непрерывно происходит процесс формирования текстуры, измельчение и механоактивация частиц глинистого связующего, Вновь образованные ювенильные поверхности частиц глинистого связующего интенсивно адсорбируют частицы пироуглерода, так как и те и другие частицы имеют открытые связи. В результате указанных процессов: интенсивного диспергирования частиц глинистого связующего и снижения процесса их агрегатирования за счет экранирующего действия частиц пироуглерода происходит повышение вяжущих свойств глинистого связующего и прочностных свойств формовочной смеси.

В процессе заполнения формы металлом и прогреве смеси частицы глинистого связующего, покрытые частицами пироуглерода, также отдают воду, проходя все этапы дегидратации, сближаются до критического расстояния, но при этом они не могут образовывать прочные агрегаты, т. к. они разделены между собой частицами пироуглерода, которые выполняют роль точечных экранов или разделителя между частицами глинистого связующего и адгезивного субстрата. Экранирующий эффект частиц пироуглерода является принципиально важным моментом в понимании роли текстуры адгезивной оболочки типа "сэндвич" и ее влияния на процесс дезагрегации зерновой основы и адгезивной оболочки при повторном использовании смеси. Частицы высокотемпературного пироуглерода оденовременно способствуют снижению степени агрегатирования частиц адгезивной оболочки и повышению их термостойкости.

Исследование методом дифференциально-термогравиметрического анализа (ДТГА) бентонита и смеси бентонита с пироуглеродом при соотношении 5:1 показывает, что происходит существенное изменение характера кривой потери веса. Для бентонита потеря веса начинается практически с Т=100°С, а смесь бентонита с пироуглеродом начинает интенсивно терять вес (дегидратация) при температуре более Т=4?0°С, что свидетельствует о повышении термостойкости адгезивной оболочки.

Разработанные составы единых ПГС с добавками пироуглерода вместо молотого угля прошли производственные испытания и внедрены на автоматических формовочных линиях "Дизаматик" и "Юонкель-Ваг-нер" чугунолитейного цеха Саранского литейного завода (СЛЗ "Цент-ролит").

При замене в составе ПГС молотого угля на пироуглерод (табл.1) получено снижение содержания активного углерода в смеси с 3,2-4,0% до 0,6% при одновременном сокращении расхода бентонита освежения на 25-30%.

Отливки, полученные на автоматических линиях, имели достаточно высокую чистоту поверхности, что позволило заводу "Центро-лит" осуществлять поставку их на экспорт. Метрологическое обследование шероховатости поверхности образцов показало, что высота микронеровностей йа находится в пределах 30-50 мкм.

Повышение чистоты поверхности отливок связано с дезагрегирующим и антипригарным действием ультрадисперсных частиц пироугле-рода. Сопоставление зерновых составов смесей АФЛ "Дизаматик" и "Кюнкель-Вагнер" с молотым углем и после внедрения пироуглерода показывает, что произошло снижение содержания фракции 0,63 с 15% до 8% при одновременном увеличении фракции: 0,2; 0,16 и 0,1.

Таблица 1

Свойства формовочной смеси с молотым углем, для АФЛ "Дизаматик." СЛЗ "Центролит"

Содерж актив. С % Влажн. смеси % Прочность на сжатие МПа*10 Прочн. на растяжен. МПа*10 Насып, масса т/м Газопро ницае-мость Уплот- мость % Осып- мость %

3,2-4,0 3,0-3,5 1,15-1,50 0.17-0,30 0.7-0,9 > 230 48-30 < 45

Свойства формовочной смеси с пироуглеродом (П-324), АФЛ "Дизаматик" СЛЗ "Центролит"

2.82 3,8 0,92 0,15 0,60 275 57 45

2.05 3.2 1,20 0,18 0,68 265 48 42

1,55 3,3 1,40 0.23 0,83 255 40 40

1.05 3,0 1,50 0,26 0,83 242 35 42

0.87 3,0 1,35 0,22 0,87 241 41 43

0.6 3,2 1,15 0,17 0,85 240 43 44

В процессе работы на новых составах ПГС установлено, что дезагрегирующее действие пироуглерода на зерновой состав и адгезивную оболочку проявилось в снижении чувствительности смеси к изменению качества бентонита. При работе с пироуглеродом изменение коллоидальности бентонита освежения практически не отражается на свойствах готовой смеси. Данный факт является важным практическим подтверждением основного положения концепции интегрального механизма формирования свойств единых ПГС в том, что зерновой состав оборотной смеси и состояние адгезивной оболочки определяют комплекс свойств готовой смеси. Устранение из смеси побочных продуктов термического разложения молотого угля способствует более полному использованию потенциальных вяжущих способностей адгезивного субстрата и адгезивной оболочки.

В процессе производственных испытаний формовочных смесей с добавками пироуглерода была проведена экологическая экспертиза в НИИ охраны труда (г. Екатеринбург). Результаты исследований показали, что пироуглерод может быть использован в составе формовочных смесей. Составлен санитарно-гигиенический паспорт на техноло-

гический процесс получения отливок в формах с применением добавок пироуглерода.

В результате исследований установлено, что при использовании смеси с углем в воздух может выделяться широкая гамма токсичных веществ, включающая в себя бензол, толуол, крезолы, оксид углерода и др. Для смесей с пироуглеродом эта гамма значительно уже и не содержит: бензола, толуола, метанола, ксилола, крезола, нафталина, ксиленола и ряда других соединений. Кроме того, количество токсичных веществ, как правило, значительно ниже, чем для формовочных смесей с углем, т.к. расход пироуглерода в 75 раз меньше, чем молотого угля. Замена угля в составе ПГС пироуглеродом способствует существенному улучшению условий труда при изготовлении отливок.

КОНЦЕПЦИЯ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЕДИНЫХ ПГС В БАРАБАННЫХ СМЕСИТЕЛЯХ (БС)

Основным,положением разработанной концепции процесса перемешивания ПГС является то, что каждый элемент смесителя (катки, плужки, рыхлители и фрагменты рабочей поверхности корпуса), участвующий в смесеприготовлении, должен при воздействии на организованный поток смеси в каждом его элементарном объеме создавать условия предельно-напряженного состояния с интенсивным развитием деформаций сдвига до перехода элементарного объема в состояние пластического течения с последующим разрушением. В результате деформаций сдвига в режиме "нагружение-отдых" в элементарном объеме смеси происходит относительное фрикционное движение элементарных слоев смеси и ее отдельных частиц, что обеспечивает механоактива-цию поверхностных слоев зерна и дезагрегацию зерновой основы и определяет в целом формирование связующей способности компонентов адгезивной оболочки на поверхности зерен готовой ПГС.

При этом совмещение или сближение направления вектора наибольших касательных напряжений деформации сдвига в каждой точке элементарного объема с направлением вектора скорости организованного потока смеси в тех же точках обеспечивают минимизацию сопротивления смеси перемещающемуся рабочему органу и снижение энергозатрат на смесеприготовление.

Для минимизации энергозатрат и эффективного осуществления механизма силового воздействия для формирования деформации сдвига разработана конструктивная схема барабанного смесителя (БС), в котором организованный поток смеси движется в вертикальной плоскости и сила веса смеси становится активной силой процесса сме-сеприготовления. При этом основные операции процесса смесеприго-товления: гомогенизация, перемешивание и аэрация (разрыхление) осуществляются в непрерывном режиме, в одном агрегате при поршне-

вом характере движения организованного потока смеси в рабочем пространстве смесителя (рис.1). . ,

а) б) 1

Рис.1. Схема движения организованного потока смеси в барабанном смесителе: а) в поперечном сечении; б) в продольном сечении для

смесителя непрерывного действия

Рис.2. Схемы конструктивных решений рабочих органов по устранению "мертвой" зоны в барабанных смесителях: 1 - без рабочих органов; 2 - нефиксированные "стержни-катки"; 3 - фиксированные "стержни-катки"; 4 - фиксированные "стержни-катки" и плужки; 5 -смещенные катки 00: 6 - смещенные катки I) и I; 7 - "катки-плужки" с кинематической связью и раздельными осями крепления; 8 -"катки-плужки" с кинематической связью и единой осью крепления

Разработанное математическое описание и математическая модель процесса движения организованного потока частиц смеси в рабочем пространстве БС, а также экспериментальные исследования позволили установить возможные варианты движения потока смеси в зависимости от скорости вращения корпуса БС. Определены три варианта движения потока смеси, установлен механизм формирования

застойной зоны смеси "М" и определены пути ее устранения за счет применения рабочих органов (рис.2).

Таблица 2

ПАРАМЕТРЫ СМЕСИТЕЛЯ БАРАБАННЫЕ СМЕСИТЕЛИ

Лаборат. модель Алт.ГТУ г.Барнаул Опытно-промышл. Алт.ГТУ г.Барнаул Опытно-промышл. ВЗЛО г.Волковыск Промышл. ГПО УВЗ г.Н-Тагил

Производительность, т/ч 0.7-1.5 3-9 9-11 24-30

Скорость вращения кор пуса, об/мин 38-40 30-32 29-31 17-18

Мощность привода, кВт 0.25 1.8 2,8 24

Внутренний диаметр корпуса, м 0,360 0.590 0.600 1,650

Длина корпуса, м 0,58 1.0 1.1 4,5

Диаметр рабочих органов, м 0.035 0.045 0.045 0,08

Количество рабочих органов, шт. 5-25 10-20 10-20 15

Скорость осевого двих потока смеси, м/с 0,019 0,022 0,025 0.03

Среднее время нахожд. смеси в смесителе, с 30 45 45 150

Коэффициент = N/0, кВт*ч/т 0.28-0.62 0,2-0.22 0,25-0.30 0.801,00

Оптимальные значения числа Фруда, Рг 0.2890,321 0,2980,337 0,2810,321 0.2980,312

Среднее значение числа Фруда, Рг 0.305 0,316 0,301 0,305

На основе разработанной математической модели рабочего процесса БС с применением критерия кинематического подобия - числа

Фруда (Рг) получена формула инженерного расчета оптимальной скорости вращения Ц,р) корпуса БС требуемого диаметра Фвн):

Согласно уравнению (1), при вращении корпуса барабана со скоростью п < ппр элементарные объемы смеси будут находиться в состоянии покоя относительно внутренней поверхности корпуса, т.е. перемещаться вместе с корпусом без проскальзывания и фрикционного движения. При скорости вращения п > пвр элементарные объемы переходят в режим движения с зоной свободного полета, что снижает эффективность смесеприготовления.

Для эффективного перемешивания в БС необходимо обеспечить показатель кинематического режима (Ргвр) между минимальным и максимальным значениями Ргт1п < Ргпр < Ргпах, характеризующими три режима движения потока смеси в поперечном сечении корпуса БС.

Лабораторные исследования и производственные испытания промышленного образца смесителя подтвердили основную концепцию приготовления смесей в БС с рабочими органами "стержни-катки". Установившийся режим смесителя обеспечивается в области оптимальной скорости вращения корпуса, соответствующей значениям Ргпр=0,28-0,32.

Производственные и стендовые испытания физических моделей и промышленных образцов БС (табл.2) показали, что БС, отли'-г.ясь простотой конструкции и отсутствием быстроизнашивающихся рас:,чих органов или других элементов, обеспечивают эффективное приготовление качественных формовочных смесей при снижении удельных энергозатрат на смесеприготовление (^< 1) по сравнению с известными смесителями, у которых коэффициент »1.

Непрерывный режим работ и прямоточный характер движения смеси в рабочем пространстве смесителя (рис.1,6) предопределяют возможность широкой автоматизации смесеприготовительных комплексов на основе БС с помощью известных систем САРФС (системы автоматического регулирования формуемости смеси).

КОНЦЕПЦИЯ ПРОЦЕССА СЕЛЕКТИВНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЕДИНЫХ ПГС В БЕСКАТКОВЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СМЕСИТЕЛЯХ (БЦС)

В основу разработки концепции положен принцип разделения дисперсных частиц за счет сил веса и центробежных сил, которые обеспечивают разделение частиц смеси по фракциям с их переводом во взвешенное состояние и перемешиванием псевдоожиженного организованного потока компонентов смеси в рабочем пространстве смесителя.

я

30

Концепцию процесса селективного перемешивания предлагается осуществлять в БЦС (рис.3), принцип работы которого основан на явлении парения частиц смеси, выбрасываемых рабочими органами со скоростью, вертикальная составляющая которой определяется

по формуле 0.А.Спиваковского:

V /28,4- V- <*к/*в

( 2 )

где скорость парения (витания) частиц, Ук и Ув - соответственно удельные веса материала частицы смеси и воздуха, йк-диаметр частицы смеси.

При вращении ротора .2 с угловой скоростью о>, плужок 3 выбрасывает поток смеси. Частицы смеси в зависимости от размера получают разные траектории движения. Частицы с размером с^ и меньше, имея У„ переходят во взвешенное состояние и попадают в зону действия рассекателей 4, а частицы с размером больше после фрикционного движения по борту чаши 1 опускаются вниз и попадают в зону действия плужка. Крупные частицы смеси при многократном движении по плужку и борту чаши дезагрегируются, а их поверхности механоактивируются. После дезагрегации частиц до требуемого с^, они переходят во взвешенное состояние и перемешиваются в зоне действия рассекателей 4.

Рис.3. Принципиальная схема бескаткового центробежного смесителя для селективного перемешивания компонентов ПГС: 1 - неподвижная чаша; 2 -ротор с нижним приводом; 3 -плужок; 4 - стойка с рассекателями; 5 - дроссельная заслонка вытяжной вентиляции.

Для вывода математических зависимостей и построения математической модели процесса селективного перемешивания общая задача была разделена на две части.

В первой части рассмотрена система, включающая движение слоя частиц смеси по плужку и их выход в рабочее пространство смесителя, а во второй части рассмотрена система, включающая движение частиц смеси, сошедших с плужка и движущихся в рабочем пространстве смесителя.

Решение первой системы позволило разработать математические зависимости для расчета оптимальной скорости вращения ротора (п)

смесителя с радиусом чаши (Ю в зависимости от оптимального угла атаки плужка (р) и требуемых свойств смеси, определяемых удельным весом частиц смеси размером среднего зерна С^) и углом

внешнего трения (ф) - показателем собственных свойств смеси. Оптимальная скорость вращения ротора определяется по формуле:

п

30 у28, 4- aK/íR ' eos <Р Jí-R'Sin P'cos f ч> + p )

( 3

Решение второй системы позволило на основе математического описания траектории движения частиц смеси, сошедших с плужка оптимизировать основные режимные и конструктивные параметры БЦС селективного перемешивания и реализовать функции разработанной системы САПР БЦС в качестве входных данных для модернизации традиционных центробежных смесителей или на проектирование новых БЦС:

- определение оптимального угла атаки плужка (в) в зависимости от требуемых свойств смеси;

- определение оптимальной скорости вращения ротора (п) смесителя селективного перемешивания компонентов смеси для получения необходимого зернового состава (¿^);

- определение координат траектории абсолютного и относительного движения организованного потока частиц смеси в рабочем пространстве смесителя (X;У);

- определение времени нахождения частиц компонентов смеси во

взвешенном состоянии Ш. ь

Ь = -

áa

2-f

gcos"a /---tn

gR

соз а

* tg a

+ С

( i )

g•eos a

2f

üa

ln

соз а

* tg a

* С

( 5 )

У = -

gcoszc(

tg a-da

í1 ¡Fk

■tn

соя а

* tg a

* с

( б )

Численное решение интегралов (4), (5) и (6) выполнено по формуле Симпсона с пределами интегрирования: а = л/2 ; Ь = - л/4.

Экспериментально по снижению энергозатрат подтверждено качественное изменение характера движения потока смеси при его переходе во взвешенное состояние . Причем при оптимальном значении угла атаки р=41° имеет место снижение энергозатрат как для больших р=45°, так и для и меньших р=38° значений угла атаки плужка. Качественная тенденция снижения энергозатрат в интервале оптимальных скоростей п= 265-275 об/нин ПРИ (для экспериментального БЦС) наблюдается во всем диапазоне изменения других параметров: влажности и массы смеси в смесителе.

Сравнение динамики процесса дезагрегации компонентов оборотной смеси в БЦС и лабораторном катковом смесителе позволило установить два качественно разных механизма процесса дезагрегации.

Первый механизм процесса дезагрегации наблюдается, когда в катковом смесителе происходит постепенное снижение крупных фракций и медленное нарастание базовой фракций 0,2, практически без увеличения фракций 0,1 и 0,16. Аналогично, но с большей скоростью это происходит в БЦС, когда поток не переведен во взвешенное состояние.

Механизм второго процесса дезагрегации в режиме селективного перемешивания можно представить как разрушение конгломератов и агрегатированных зерен до размеров монозерна или блочного зерна с последующим их фрикционным движением в зоне действия рассекателей, в результате чего адгезивная оболочка механоактивируется и остается на поверхности зерна.

Различия в характере процессов дезагрегации зерновой основы оказывают влияние на механизм формирования комплекса свойств готовой смеси. При селективном перемешивании в БЦС. формируется явно выраженный монодисперсный зерновой состав смеси (одна фракция 0,2 составляет более 50%), в катковом смесителе или в бескатковом без селективного перемешивания формируется полидисперсный зерновой состав (фракция 0,2 составляет 35-40%) с большим количеством пылевидной фракции.

При селективном перемешивании адгезивная оболочка остается на поверхности зерна, механоактивируется и быстрее формирует комплекс свойств смеси. В катковом смесителе адгезивная оболочка послойно снимается с поверхности зерен и образует самостоятельную пылевидную фракцию, которая может быть удалена из смеси при продувке воздухом.

Исследования процесса смесеприготовления в двух типах смесителей показали, что БЦС в режиме селективного перемешивания ипИ50с) позволяет получить формовочную смесь с прочностью на сжатие 0,082 МПа, а в лабораторных бегунах при перемешивании (¿п=180с) получена прочность лишь 0,032 МПа, т.е. практически в

2, 5 раза ниже. Только длительное перемешивание ((;п =900с) смеси в лабораторном смесителе позволило достичь прочности 0,074 МПа, причем на Ш% меньше, чем в БЦС за (;Г1=150с, т.е. в 6 раз медленнее.

Сравнительные исследования двух типов смесителей показали, что в катковых смесителях за счет низкой эффективности процессов дезагрегации и механоактивации компонентов смеси не полностью используются потенциальные возможности глинистого связующего, формирующего адгезивную оболочку.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основе теоретических и экспериментальных исследований, а также результатов производственных испытаний и промышленного внедрения, изложенных в материалах диссертации по разработке концепции интегрального механизма формирования свойств, состава пес-чано-глинистых смесей и смесеприготовительного оборудования, можно сделать следующие выводы:

1. На основе уточнения и систематизации известных представлений о состоянии и свойствах исходных формовочных материалов, а также возможной их трансформации в процессе смесеприготовления и оборота смеси в производственном цикле впервые сформулироггдна концепция механизма формирования свойств песчано-глинистых че-сей в процессе смесеприготовления, согласно которой конечные свойства готовой формовочной смеси определяются образованием на поверхности зерновой основы активной адгезивной оболоччи, состоящей из текстурированных частиц глинистого связующего и адгезивного субстрата. При этом интегрирующим фактором, инициирующим развитие сложного комплекса процессов на всех иерархических уровнях смесеприготовления, является создание рабочими органами смесителя циклических деформаций сдвига и фрикционного движения частиц и зерен в микрообъемах смеси в режиме "нагружение-отдых", в результате которых в поверхностных слоях зерен кварцевого песка и частиц глинистого связующего образуется аморфизированный кремнезем с активными парамагнитными центрами (ЛИЦ), открытыми силановыми и силоксанозыми связями, который при взаимодействии с водой образует силикагель - адгезивный субстрат - основную вяжущую субстанцию, определяющую комплекс свойств смеси.

2. На основе исследований зернового состава единых ПГС установлено, что единые смеси, на 90-98% состоящие из оборотной смеси, представляют собой новое качественное состояние формовочного материала. При обороте смеси в производственном цикле наряду с процессом измельчения зерна исходного кварцевого песка происходит формирование новых блочных и агрегатированных зерен фракций: 0,41,0 и их конгломератов - фракций: 1,6-2,5, в результате чего наблюдается укрупнение зернового состава.

По мере накопления в смеси содержания фракции 0.63 более 10-15% происходит снижение физико-механических свойств ПГС и качества поверхности отливок. В этой связи механизм формирования комплекса свойств единых ПГС в процессе смесеприготовления определяется не столько процессом смешения освежающих добавок глинистого связующего и исходных компонентов, но главным образом - дезагрегацией крупных фракций зерновой основы смеси, механоактива-цией и восстановлением вяжущей способности активной адгезивной оболочки и адгезивного субстрата, вносимого оборотной смесью.

3. Исследования процесса механоактивации и дезагрегации компонентов смеси, а также механизма образования пироуглерода в слоях литейной формы позволили установить, что в процессе термического разложения углеродосодержащих материалов (УСМ) наряду с пи-роуглеродом образуются побочные и промежуточные продукты, которые способствуют гидрофобизации и агрегатированию адгезивной оболочки и зерновой основы смеси, что приводит к снижению потенциальной вяжущей способности частиц глинистого связующего. В целях устранения агрегатирующего и гидрофобизирующего действия побочных продуктов термического разложения УСМ в слоях литейной формы, а также создания условий управляемого механизма формирования комплекса свойств смеси впервые предложена, теоретически и экспериментально обоснована концепция рецептурно-технологической оптимизации свойств смеси за счет добавок готового пироуглерода, получаемого за пределами литейной формы и вводимого в смесь на стадии ее приготовления.

4. На основе разработанного механизма формирования адгезивной оболочки с добавками прироуглерода в процессе смесеприготовления и трансформации состояния и свойств компонентов смеси в процессе ее оборота установлено дезагрегирующее действие ультрадисперсных частиц пироуглерода, которые, располагаясь на поверхности частиц глинистого связующего, совместно с коллоидными частицами адгезивного субстрата, формируют слоистую текстуру адгезивной оболочки типа "сэндвич" и при дегидратации снижают возможность сближения частиц глинистого связующего до критического расстояния и агрегатирования, обеспечивая тем самым единой ПГС долговечность, термостойкость и антипригарные свойства.

5. Результаты исследования трансформации состояния и свойств смеси в процессе термоциклирования позволили разработать рецептуры единых ПГС с добавками высокотемпературного пироуглерода в количестве 0,6-1,0% и впервые внедрить их в производство на автоматических формовочных линиях "Дизаматик" и "Кинкель-Вагнер" Саранского литейного завода "ЦенТролит" с годовым экономическим эффектом 30-40 млн.рублей (цены на апрель 1993 г.), что составляет 0,3-1.1% от заводской стоимости литья. Применение готового пироуглерода в' составе единых ПГС вместо молотого угля за счет его высокой, термостойкости и дезагрегирующего действия позволило:

- в 75 раз сократить расход углеродосодержащего материала и снизить газотворность смеси;

- улучшить комплекс технологических и физико-механических свойств смеси при одновременном сокращении на 25-30% расхода бентонита освежения;

- повысить чистоту поверхности отливок и снизить вероятность образования пригара;

- устранить накопление в оборотной смеси гидрофобизирующих углеродосодержащих материалов;

- сократить выделение в окружающую среду экологически вредных соединений.

6. Для осуществления эффективного приготовления смеси, определяемого процессами дезагрегации крупных фракций зерновой основы и механоактивацией адгезивной оболочки, на основе теории предельно-напряженного состояния сыпучей и связно-сыпучей среды-разработан механизм силового взаимодействия рабочих органов смесителя с компонентами смеси в процессе перемешивания, согласно которому рабочие органы должны создавать в элементарных объемах смеси циклические деформации сдвига, пластического течения и последующего разрушения элементарных объемов, что обеспечит фрикционное движение зерен и частиц в режиме "нагружение-отдых", при этом за счет величины и направления результирующей силы, создаваемой рабочим органом в элементарном объеме смеси, должно быть обеспечено компланарное совмещение вектора наибольших касательных напряжений деформаций сдвига с направлением вектора скорости организованного потока смеси, что создаст условия минимизации энергозатрат на смесеприготовление, т. к. разрушение элементарного объема смеси происходит по поверхностям сдвига.

7. Анализ силового взаимодействия вертикально-вращающихся катков со слоем смеси в традиционных чашечных смесителях показал, что они имеют низкую степень реализации основных положений концепции Интегрального механизма формирования свойств ПГС, а именно низкую степень формирования деформаций сдвига и фрикционного движения частиц и зерен в слое смеси. В этой связи разработана новая конструкция каткового смесителя, повышающая эффективность перемешивания ПГС за счет создания крутящего момента непосредственно на катках, т. е. выполнение их ведущими, и обеспечивающая интенсивные сдвиговые деформации в слоях смеси под катками. Тем не менее в чашечных смесителях, даже при выполнении катков ведущими, организованный поток смеси перемещается рабочими органами в горизонтальной плоскости, при этом сила веса смеси остается пассивной и на ее преодоление при движении рабочих органов требуются значительные энергозатраты. Для минимизации энергозатрат и эффективного осуществления интегрального механизма формирования свойств ПГС на основе анализа схем рабочих органов разработана конструктивная

схема барабанного смесителя, в котором организованный поток смеси движется в вертикальной плоскости и сила веса смеси становится активной силой процесса смесеприготовления. При этом основные операции процесса смесеприготовления: гомогенизация, перемешивание и аэрация (разрыхление) осуществляется в непрерывном режиме, в одном агрегате при поршневом характере движения организованного потока смеси в рабочем пространстве смесителя.

8. На основе разработанной математической модели процесса движения организованного потока и частиц смеси в рабочем пространстве смесителя установлены оптимальные режимные и конструктивные параметры смесителя, обеспечивающие наиболее эффективный процесс смесеприготовления. Определены три варианта движения потока смеси в рабочем пространстве смесителя, установлены возможные пути устранения "мертвой" зоны за счет применения рабочих органов. Разработана принципиально новая конструктивная схема барабанного смесителя модульного типа с возможностью установки семи вариантов рабочих органов в зависимости от требуемой технологической готовности смеси.

9. Математическое моделирование рабочего процесса и экспериментальные исследования позволили определить область оптимальных значений скорости вращения корпуса смесителя и соответствующие ей значения критерия геометрического и кинематического подобия -числа Фруда №=0,28-0,32), при которых обеспечивается стабильный режим движения потока смеси и рабочих органов типа "стержни-катки". Экспериментально подтверждено, что барабанные смесители в области оптимальных значений скорости вращения корпуса обеспечивают в 5-6 раз более эффективное и менее энергоемкое смесеприго-товление, чем традиционные катковые смесители.

Разработанная математическая модель рабочего процесса барабанного смесителя с использованием критерия подобия (Рг) позволила создать методику инженерного расчета и программное обеспечение САПР "Барабанный смеситель" для разработки технического задания на проектирование типоразмерного ряда барабанных смесителей с диаметром корпуса от 530 до 2520 мм. и широким диапазоном производительности.

10. Разработанные образцы промышленных барабанных смесителей прошли стендовые (Волковыский завод литейного оборудования, г. Волковыск, Беларусь) и производственные испытания (Алтайский завод агрегатов, г.Барнаул; ГП0 "Уралвагонзавод", г.Н-Тагил) и подтвердили свою эффективность по качественному приготовлению ПГС и минимизации энергозатрат. Промышленные барабанные смесители производительностью 24-30 т/ч с рабочими органами типа "стержни-катки" находятся в стадии производственного освоения в литейном цехе ГПО "Уралвагонзавод".

11. В целя интенсификации процесса приготовления единых ПГС,

минимизации энергозатрат и реализации основных положений концепции интегрального механизма формирования их свойств впервые предложена, теоретически и экспериментально обоснована концепция селективного перемешивания, основанная на избирательном дезагрегирующем и механоактивирующем воздействии рабочих органов смесителя на компоненты смеси при переводе их организованного потока в рабочем пространстве смесителя во взвешенное состояние.

12. Разработаны принципиальная схема бескаткового центробежного смесителя и математическая модель процесса селективного перемешивания, позволяющая аналитически определить область оптимальных скоростей вращения ротора и угла атаки плужков для перевода организованного потока частиц смеси во взвешенное состояние в зависимости от требуемого размера зерна смеси.

13. На основе математического моделирования рабочего процесса бескаткового центробежного смесителя и экспериментальных исследований установлена принципиальня возможность перевода потока смеси во взвешенное состояние при оптимальных углах атаки плужков и скорости вращения ротора. Впервые доказано, что при оптимальных скоростях вращения ротора снижается потребляемая мощность электродвигателем привода смесителя за счет уменьшения сопротивления смеси движущимся рабочим органам при переводе потока смеси во взвешенное состояние.

Экспериментально доказано,что процесс селективного перемешивания формовочной смеси в бескатковом центробежном смесителе за счет избирательного дезагрегирующего действия рабочих органов в 4-6 раз эффективнее процесса смесеприготовления, чем в традиционном катковом смесителе, при этом не требуется аэрация смеси. Математическая модель рабочего процесса бескаткового центробежного смесителя, реализованная в программном обеспечении САПР "Бескат-ковьай центробежный смеситель", позволяет аналитически определить оптимальные скорости вращения ротора в традиционных смесителях или формировать исходные данные на ускоренную модернизацию эксплуатируемых в литейных цехах центробежных смесителей с диаметром чаши от 530 до 2520 мм.

Основные научные и практические результаты, включенные в диссертацию изложены, в следующих работах:

1. Марков В. А. Совершенствование смесеприготовительного оборудования//Новая техника и пути повышения коэффициента использования металла в литейном производстве.: Сб.тез. регион.НТК.-Барнаул, 1984.-с. 131-132.

2. Марков В.А. Анализ механизма процесса перемешивания формовочных и стержневых смесей // Новая техника и пути повышения коэффициента использования металла в литейном производстве.: Сб. тез. регион. НТК. -Барнаул, 1984. -с. 116-117.

3. Марков В. А., Мустафин Г. А. Применение ЭВМ для технологических расчетов // Новая техника и пути повышения коэффициента использования металла в литейном производстве.: Сб.тез. регион. НТК. -Барнаул, 1984. -с. 11-12.

4. Марков В.А., Дьячина М.В. Применение высокомолекулярных водорастворимых полимеров для стабилизации свойств формовочных смесей // Прогрессивная технология изготовления форм и стержней для производства отливок из черных и цветных сплавов. Охрана труда. : Сб. тез. 2 респ. НПК литейщиков./под ред. И.Е.Илларионова. Чебоксары, 1986.- с.129-130.

5. Марков В. А. Состояние и перспективы развития процессов получения отливок из чугуна. -Барнаул.: АЦНТИ., 1986. -32с.

6. Марков В.А. К вопросу оценки эффективности смесепригото-вительного оборудования // Повышение производительности труда, экономия материальных и энергетических ресурсов в литейном производстве. : Сб. тез. 2 регион. НТК. - Барнаул, 1986.-с. 15-16.

7. Марков В.А. Перспективы совершенствования смесеприготови-тельного оборудования // Прогрессивные технологии и применение ЭВМ в литейном производстве.: Сб. тез. респ. НТК. ч. 1. -Алма-Ата, -Москва, 1987.-с.-81-82.

8. Марков В.А. Анализ механизма обволакивания песчинок глинистым связующим при приготовлении формовочных смесей // Прогрессивные процессы изготовления качественных отливок в песчаных формах. : Сб. тез. регион. НТК. -Челябинск.: Уральский ДНТП, 1987. -с. 48-50.

9. Марков В. А. Анализ эффективности смесеприготовительного оборудования // Прогрессивные формовочные смеси и технологические процессы их приготовления и использования в литейном производстве. : Сб. тез. респ. НТК. - Минск, 1987. -с. 61-62.

Ю.Марков В.А. Процесс перемешивания формовочных и стержневых смесей // Прогрессивные формовочные смеси и технологические процессы их приготовления и использования в литейном производстве. : Сб. тез. респ. НТК.-Минск, 1987.-е. 62-63.

И.Марков В.А. Оптимизация перемешивания формовочных смесей //Совершенствование технологических процессов литейно-металлурги-ческого производства.: Сб. трудов КарПИ.-Караганда, 1988.-с. 73-77.

12. Марков В.А. К вопросу моделирования процесса перемешивания формовочных смесей // Интенсификация технологических процессов в литейном производстве.: Сб.тез.регион.НТК. ч. 1. / под ред. В. А. Маркова, - Барнаул, 1988. - с. 18-20.

13. Марков В.А. Особенности процессов приготовления формовочных и стержневых смесей // Интенсификация технологических процессов в литейном производстве.: Сб. тез. регион. НТК. ч. 2. / под ред. В. А. Маркова, - Барнаул, 1988. - с. 19-20.

14. Марков В.А. Механизм силового взаимодействия вертикаль-

но-вращающегося катка смесителя с формовочной смесью // Повышение эффективности литейного производства.: Сб.тез.НТК.- Омск, 1989. -с.54.

15. Марков В. А. Механоактивация глинистого связующего в процессе приготовления формовочных смесей // Совершенствование технологических процессов в литейном производстве.: Сб. тез.4 регион. НТК. / под ред. В. А. Левинсона. - Караганда, 1989.-с. 37-38.

16. Марков В. А. Концепция приготовления формовочных песчано -глинистых смесей // Повышение эффективности литейного производства.: Сб. тез. НТК. - Омск, 1989.-с. 55.

17. Марков В. А. Концепция силового взаимодействия рабочего органа смесителя с формовочной смесью // Экономия металла при конструировании и производстве отливок.: Межвуз. сб. тр.ППИ.-Пенза,

1990.-с. 60-65.

18. Марков В. А. Аналитический метод расчета освежения формовочных смесей // Интенсификация технологических процессов в литейном производстве.: Сб.тез. 2 регион.НТК. ч.2. / под ред. В.А.

Маркова. - Барнаул, 1990.-с. 40.

19. Марков В. А., Товпышка Ю. В. Электрофизический метод контроля активного бентонита формовочных смесей // Интенсификация технологических процессов в литейном производстве.: Сб.тез. 2 регион. НТК. ч.2. / под ред. В.А.Маркова. - Барнаул, 1990. - с. 43.

20.Марков В.А. Дегидратация глинистого связующего в формовочных смесях // Интенсификация технологических процессов в литейном производстве.: Сб. тез. 2 регион. НТК. ч.2. / под ред. В. А. Маркова. -Барнаул, 1990. - с. 41-42.

21. Марков В. А. Механоактивация компонентов формовочной смеси при перемешивании // Интенсификация технологических процессов в литейном производстве.: Сб. тез. 2 регион. НТК. ч.2. / под ред. В. А. Маркова. - Барнаул, 1990. - с. 35-37.

22. Марков В. А. Концепция приготовления формовочных смесей // Пути повышения качества и экономичности литейных процессов.: Сб. тез. 2 респ. НТК.-Одесса, 1990.-с. 68-69.

23. Марков В. А. Формирование свойств песчано-глинистой смеси // Современные литейные материалы и технология получения отливок: : Материалы НТК. / под ред. Г. А. Косникова. -Ленинград.: ЛДНТП,

1991. -с. 65-67.

24.Марков В.А. Глинистое связующее в процессе приготовления единых формовочных смесей // Теплофизика технологических процессов. : Тез. докл. 8 конф. / под. ред. В.Ф. Безъязычного. - Рыбинск.: РАТИ, 1992.-с. 241, .. ,

25. Марков В. А. Смеситель непрерывного действия для приготовления формовочных и стержневых смесей // Информ.листок N274-92.-Барнаул.: АЦНТИ, 1992.-4 с.

26. Марков В.АГ. Котликов Б. А. Смеситель для приготовления

формовочных смесей // Информ. листок N131 -92. -Барнаул.: АЦНТИ, 1992. -Зс.

27.Экология углеродистых антипригарных добавок для формовочных смесей / В.А.Марков, Ю.В.Товпышка, А.А.Котик и др. // Литейное производство и экология.: Сб. тез. межд. семин/ под ред. Д. М. Кукуя. -Минск, 1993. -с. 16-17.

28.Марков В.А. К вопросу применения углеродосодержащих материалов в формовочных смесях // Ресурсосберегающая технология машиностроения. : Сб. тез. междун. НПК. МГААТМ. -Москва, 1993. - с. 10-12.

29. Марков В. А. Пиролитический углерод в песчано-глинистых формовочных смесях // Ресурсосберегающая технология машиностроения. : Сб. тез. междун. НПК. МГААТМ. -Москва, 1993. - с. 13-15.

30.Марков В. А. Новая антипригарная добавка в формовочные смеси для чугунного литья // Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении.: Сб. тез. междун. НТК.-Рубцовск, 1994. - с. 187-189..

31.Марков В.А. Приготовление единых песчано-глинистых формовочных смесей // Проблемы автоматизации и технологии в машиностроении. : Сб. тез. междун. НТК.-Рубцовск, 1994.- с. 184-187.

32.Марков В.А. Проблемы экологии формовочных смесей в литейном производстве // Экономика и экология: антагонизм или сотрудничество: Сб. тез. докл. межд. НК.-Барнаул: АЛГТУ, 1994. -с. 108-110.

33. Марков В. А. Механоактивация компонентов формовочной смеси в процессе ее приготовления // Научно-техническое творчество аспирантов и профессорско-преподавательского состава.: Сб.тез. докл. 3-й юбил. НПК ч. 2. -Бийск, 1995. - с. 100-102.

34. Марков В. А., Товпышка Ю. В., Суровенков Н. Г. Методы контроля механоактивации компонентов формовочной смеси // Научно-техническое творчество аспирантов и профессорско-преподавательского состава.: Сб. тез. докл. 3-й юбил. НПК ч. 2. -Бийск, 1995. - с. 99-100.

35.Марков В.А., Товпышка Ю.В. К вопросу снижения энергозатрат смесителей в литейном производстве // Научно-техническое творчество аспирантов и профессорско-преподавательского состава.: Сб. тез. докл. 3-й юбил. НПК ч.2.-Бийск, 1995,- с. 57-60.

36.Марков В. А. Эффективная антипригарная добавка для формовочных песчано-глинистых смесей // Научно-техническое творчество аспирантов и профессорско-преподавательского состава.: Сб.тез. докл. 3-й юбил. НПК ч. 2. -Бийск, 1995. - с. 60-62.

37.Марков В. А. Углеродосодержащие материалы в песчано-глинистых смесях // Литейное производство. -1995. -N6 - с. 17-18.

38.Новая антипригарная добавка в формовочные смеси / В. А. Марков, Ю.В.Товпышка, А.А.Котик, П.И.Михалев, Н.С.Родин // Литейное производство. -1995. -N4-5. -с. 42.

39.Марков В.А. Совершенствование смесителей для приготовления формовочной смеси // Литейное производство.-1995.-N4-5.-с.59.

40.Марков В.А. Образование пироуглерода в песчано-глинистой

литейной форме // Прогрессивные технологии в машиностроении. : Сб. матер, симпоз. - Рубцовск, 1995. -с. 84-86.

41. Марков S.A., Бутыгин В. Б. Бескатковый центробежный смеситель для приготовления формовочных смесей // Прогрессивные технологии в машиностроении.: Сб. матер, симпоз. - Рубцовск, 1995.-с. 89-91.

42.Марков В.А., Бутыгин В.Б. Барабанный смеситель непрерывного действия для приготовления формовочных смесей// Прогрессивные технологии в машиностроении.: Сб. матер, симпоз. - Рубцовск, 1995.

-С. 86-88.

43.Марков В. А. К вопросу приготовления песчано-глинистых формовочных смесей // Сб. трудов АлтГТУ N5, Машиностроение.-Барнаул, 1995. -с. 136-143.

44. Марков В. А., Товпышка Ю. В. Углеродистые антипригарные добавки в формовочных смесях // Сб. трудов АлтГТУ N5, Машиностроение. - Барнаул, 1995.-с. 133-136.

45. Марков В. А. Особенности приготовления формовочных песча-на-глинистых смесей в бескатковых смесителях // Сб.трудов АлтГТУ N5, Машиностроение. - Барнаул, 1995. - с. 92-95.

46. Марков В. А., Капустин В. И., Мустафин Г. А. и др. Смеситель непрерывного действия для приготовления формовочных и стержневых смесей // A.C. N1069850, СССР кл. B01F 9/03; В22С 5/04 от 05.07.82.

47. Марков В. А., Капустин В. И., Цемахович Б. Д. и др. Барабанный смеситель // A.C. N1252016,СССР кл. В22С 5/04 от 6.07.84.

48. Марков В. А., Мустафин Г. А., Артеменко Г. В. и др. Барабанный смеситель для непрерывного приготовления формовочных смесей// A.C. N1411091,СССР кл. В22С 5/04 от 10,.06.86.

49.Марков В.А., Мустафин Г.А., Цемахович Б.Д. и др. Катковый смеситель для приготовления формовочных и стержневых смесей // A.C. N1437129, СССР кл. В22с 5/04 от 20.02.86.

50. Марков В. А.. Мустафин Г. А., Котликов В. А. и др. Смеситель для приготовления формовочных и стержневых смесей // A.C. N1577908, СССР кл. В22с 5/04 от 10.12.87.

51. Марков В. А., Егоров В. Е., Михайлюк Н.И. и др. Бункер-усреднитель// A.C. N3629336, СССР кл. B22G 5/14 от 26.04.86.

52. Марков В. А., Гоштейн М. В., Наумов Е. И. и др. Смеситель для приготовления формовочных смесей // А. С. N1632610, СССР В22С 5/04 от 14.12.88.

53. Марков В. А., Котликов В. А., Богатырев Е. А. и др. Смеситель для приготовления формовочных смесей // A.C.N1650324. СССР кл. В22С 5/04 от 25.12.87.

54.Марков В.А., Котликов В.А., Богатырев Е.А. и др. Барабанный смеситель непрерывного действия для приготовления формовочных смесей// А.С. N1653886, СССР кл. В22С 5/04 от 30.03.8В.

55.Марков В.А., Дроздов П.А., Наумов Е.И. и др. Барабанный

смеситель непрерывного действия для приготовления формовочных смесей // А. С. N1637935, СССР кл. В22С 5/04 от 06.07.88.

56.Марков В.А., Бухтояров А.Ф., Богатырев Е.А. и др. Барабанный смеситель // А. С. N1670867, СССР кл. В22С 5/04 от 9.06.89.

57. Марков В. А., Котик А. А., Михалев П. И. и др. Формовочная смесь для изготовления разовых литейных форм // Патент N1804386, СССР, кл. В22С 1/02, 1/16 от 27.11.89.

58. Марков В. А., Кожевников В. Е., Цемахович Б. Д. и др. Барабанный смеситель периодического действия // А.С.N1834058, СССР кл. B01F 9/00 от 29.09.89.

59. Марков В. А., Котик A.A., Михалев П. И. и др. Барабанный смеситель // А. С.N1838988, СССР кл. В22С 5/00 от 29.12.89.

60.Цемахович Б.Д., Марков В.А., Еремеенков О.Л. Установка для смешивания порошков // А.С.N1836235, СССР кл. B01F 9/02 15/02 от 05.03.93.