ALPHASET - процесс и связующее ALPHASET ТРА нового поколения

  Нюберг К-Ю. (OY LUX AВ, Финляндия)

Изобретатель процесса

Специалисты английской компании Borden Chemical UK на стыке 1970-х – 1980-х годов изобрели щелочную фенол-формальдегидную смолу, которую назвали ALPHASET. Первая ALPHASET – смола компании Borden вышла на рынок в 1982 году.

В начале 90-х компания вошла в состав концерна Hexion Specialty Chemicals, который совсем недавно переименован в Momentive Specialty Chemicals. Являясь разработчиком альфасет- процесса, производитель постоянно совершенствует свои связующие, с целью увеличения прочности и регенерируемости смеси. Состав связующих оптимизирован для улучшения условий труда и экологичности в зонах формовки, заливки и выбивки.

В настоящее время ALPHASET-процесс получил широкое применение при литье стали, чугуна и цветных металлов во всём мире, что позволило концерну Momentive Specialty Chemicals существенно расширить производство своих связующих во многих странах мира. На территории Европы и Америки только связующие компании Momentive Specialty Chemicals или компании, получившие лицензию на изготовление от Momentive Specialty Chemicals, имеют право использовать при маркетинге своей продукции слово ALPHASET.

Обычно ALPHASET-метод связывают с хорошим качеством поверхности отливки, её хорошим металлургическим качеством, а также высокой эффективностью процесса изготовления форм и стержней, более экологичным воздействием при формовке, заливке и выбивке. За последние 30 лет ALPHASET-связующие компании Momentive претерпели большие изменения. Связующие ALPHASET TPA первого поколения, выпускавшиеся в 1980 годах, были главным образом предназначены для работы на свежих кварцевых и хромитовых песках. Затем появились связующие ТРА, подходящие для работы с регенератом, но прочностные характеристики были недостаточными, особенно на 100% регенерате. Такая ситуация до сих пор продолжается на многих конкурирующих связующих. Однако последние разработки связующих ALPHASET TPA 135 и ALPHASET TPA 150 с отвердителями ALPHASET ACE внесли положительные перемены. При работе на свежем кварцевом и хромитовом песках прочностные характеристики сохраняются хорошими, но и на 100 % регенерате прочностные характеристики лучше, чем были при работе на ALPHASET TPA связующих раннего поколения. Связующее ALPHASET TPA 150 в этом отношении показывает себя ещё лучше, чем ALPHASET TPA 135.

Новейшая разработка связующего ALPHASET TPA 150

Особенностью ALPHASET TPA 150 является её реактивность, т. е. более быстрое достижение формой максимальной конечной прочности сразу же по истечении времени живучести. Уже через 1-2 часа прочность формы вдвое выше, в сравнении с ранее используемыми ТРА-смолами при работе с отвердителем средней скорости. Здесь важно отметить, что и конечная прочность формы на ALPHASET TPA 150 (при расходе отвердителя 25% от расхода смолы) значительно выше, в сравнении с другими модификациями смол.

При работе на регенерате потребность в добавке свежего песка с использованием ALPHASET TPA 150 снижается и составляет от 0 до 20 %, в зависимости от ситуации на конкретном предприятии. В качестве отверждающего компонента используются отвердители серии ALPHASET ACE в количестве 20-25 % от количества смолы.

Расход связующего ALPHASET TPA 150 составляет:

• при производстве форм - 1,1-1,5%;

• при производстве стержней - 1,2-1,6%.

Прочность на изгиб на хорошем свежем песке составляет 150-300 Н/см², а на регенерате - 120-250 Н/см².

Альфасет и фуран-процессы

Фуран-процесс часто применяют при производстве тяжёлого, в основном, чугунного литья, где необходимы высокие прочностные параметры, большой расход песка и желание минимизировать расход свежего песка. Фуран-процесс работает наилучшим образом при условии использования песка, прошедшего специальную обработку для этих целей, а также поддержании температуры песка и температуры в помещении литейного цеха даже зимой выше 15 градусов. При более низких температурах отверждение происходит медленно и плохо.

Рис. 1 Схема сравнения прочности на изгиб трёх различных модификаций ТРА-связующих с использованием свежего кварцевого песка (1,4 % ТРА, 25 % АСЕ 1535)

В странах Евросоюза в конце 2011 года изменилось законодательство по охране труда. Фурановые смолы, содержание фурфурилового спирта (FA) которых превышает 30%, классифицируются как ядовитые при вдыхании в лёгкие, а также могут вызывать раковые заболевания. Эти изменения в законадательстве принудили производителей фурановых смол к разработке новых связующих с содержанием FA менее 30 %. Однако показатели прочности на таких смолах гораздо ниже, чем на смолах с содержанием фурфурилового спирта более 30 %. Таким образом, прочностные характеристики на новых фурановых смолах близки к прочностным характеристикам, получаемым на Альфасет-связующих нового поколения ALPHASET TPA 135 и ALPHASET TPA 150 производства компании Momentive. В связи с этим Альфасет-процесс стал равноценной альтернативой фуран-процессу даже при производстве тяжёлого чугунного и стального литья, что стало заметно в последнее время, когда конструкцию смесителей меняют для работы на Альфасете.

Рис. 2: Схема сравнения прочности на изгиб трёх различных модификаций ТРА-связующих с использованием 15% свежего кварцевого песка и 85 % регенерата (1,4 % ТРА, 25 % АСЕ 1535)

Альфасет-метод имеет множество преимуществ перед фуран-процессом. Альфасет-связующие не содержат серу, что значительно снижает пригар, значительно снижается потребность в хромитовом песке при производстве стального литья, улучшается структура поверхности при производстве высокопрочного чугуна, а также в зоне заливки не выделяется, вредный для дыхательных путей работающих, диоксид серы.

Кислота, применяемая в качестве отвердителя при фуран-процессе разъедает краску для моделей, чего не происходит при Альфасет-процессе. Термический распад Альфасет-связующих происходит намного медленнее, чем фурановых, поэтому при меньшей газопроницаемости Альфасет-смеси, по сравнению с фурановой, не появляются газовые раковины на поверхности отливки. Кварцевые пески, применяемые в Украине и России, часто содержащие снижающие газопроницаемость мелкие частицы (0,09-0,125 мм) хорошо подходят для Альфасет-процесса, но не всегда для фуран-процесса. Так называемые газовые дефекты на Альфасете являются редкими.

При производстве формовочных работ Альфасет имеет значительные преимущества, по сравнению с фураном. Обычно при производстве стального, чугунного и цветного литья, покрытие на полуформы и стержни наносится сразу после их протяжки. При выемке краном полуформу или стержень поднимают, обдувают сжатым воздухом и транспортируют к месту нанесения покрытия, а затем опускают на пол или конвейер в место поджигания покрытия, сборки для дальнейшей транспортировки или заливки. Всё это происходит за один подъём крана. Таким образом, минимизируется количество подъёмов во время формовки. При фуран-процессе рекомендуется после отделения полуформы от модели или выемки стержня из стержневого ящика, дать ещё столько же времени для отверждения на воздухе, и только после этого начинать нанесение покрытия. В холодных условиях это время выдержки ещё больше.

Поверхность отливок, изготовленных Альфасет-методом, отличается своим хорошим качеством. Это заметно, особенно при производстве стали, снижает необходимый объём очистки и сварки отливок.

Кварцевый песок, подходящий для ALPHASET-процесса

Чаще всего кварцевые пески украинских и российских месторождений свободны от примесей. При их рассмотрении под микроскопом даже фракции +0,063 мм и -0,063 мм, классифицирующиеся как пыль, обычно состоят из чистого кварцита без примесей, ухудшающих огнеупорные свойства. Однако, несмотря на этот факт, наличие пыли в свежем кварцевом песке наносит существенный вред процессу формовки. Содержание пыли (класс <0,09 мм) в свежем формовочном песке должно быть минимально возможным, лучше всего <0,2%.

Не менее вредны очень мелкие фракции песка (+0,09 - 0,125 мм). Удаляются они намного сложнее, чем фракции пыли, так как это требует от поставщика песка не сухой, а влажной промывки. Содержание очень мелкой фракции в свежем формовочном песке не должно превышать 2,0%.

Обычно при Альфасет-формовке используют обеспыленный кварцевый песок со средним размером зерна 0,22-0,34 мм, и содержанием очень мелкой фракции, менее 2,0%. Содержание очень мелкой фракции, существенно превышающее 2,0%, ведёт к увеличению удельной площади песка, что в свою очередь влечёт за собой увеличение расхода связующих.

Применение песка со средним размером зерна, приближающегося к 0,4 мм и превышающего 0,4 мм, также приводит к ухудшению прочностных характеристик, несмотря на то, что количество пыли в таких песках меньше. Количество точек контакта между песчинками уменьшается, в результате чего уменьшается прочность формы.

Потери при прокаливании регенерата не должны превышать 2,0%. Поэтому добавка свежего песка необходима в такой пропорции, чтобы потери в этом процессе перед добавкой свежего песка не превышали 2,0%. Использование дополнительного оборудования вторичной механической оттирки, даёт возможность достижения требуемого (2%) снижения потерь при прокаливании, ограничиваясь довольно малой добавкой свежего песка. Есть примеры сталелитейных предприятий, где добавка свежего песка в регенерат составляет 10-20%.

Форма песчинок свежего кварцевого песка также оказывает определённое влияние на прочностные характеристики. Наилучшие результаты при Альфасет-формовке достигаются на песках с круглой и овальной поверхностью частиц. Песок с остроугольной формой песчинок имеет большую удельную площадь, что приводит к снижению прочности форм.

Заключение

Альфасет-метод зарекомендовал себя как эффективный, выгодный, подходящий для украинских и российских условий, улучшающий условия труда метод стержне- и формоприго- товления, дающий возможность получения хорошего качества поверхности при производстве стального, чугунного и цветного литья с минимальными затратами на очистку. В течение последних 30 лет доля Альфасет-процесса при формовке равномерно увеличивалась, это направление будет сохраняться и в будущем. Всё время ужесточающиеся нормы охраны труда, особенно на территории ЕС, будут затруднять использование конкурирующих с Альфасет-методом систем формовки.

Поставку в Украину описанных в статье материалов осуществляет ООО "ЛУКС-УКРАИНА": Украина, 51922, Днепропетровская обл., г. Днепродзержинск, ул. Костромская 11; телефон/факс: +38 (05692) 2-94-00, 2-74-90 (приемная); телефон (моб.): +38 (067) 622-98-33 (менеджеры); е-mail: lux_ukraine@mail.ru.

Сведения об авторе:

• К-Ю. Нюберг - главный технолог компании OY LUX AВ, т.: +358 9 6220 550; ф.: +358 9 6220 551; е-mail: CJ.Nybergh@lux.fi;www.lux.fi.

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №4 (140) 2012 г.