О влиянии плотности и вязкости противопригарных красок на толщину и качество красочного слоя

В наших предыдущих публикациях [I-II] мы осветили ряд важнейших вопросов, связанных с использованием противопригарных красок (далее ПК) для окрашивания стержней и форм.

Противопригарная эффективность красок во многом зависит от толщины красочного слоя, образующегося при нанесении красок на стержни и формы, и прочности его сцепления с подкрасочным слоем (далее ПС).

Одним из первых ученых литейщиков, кто подошел к вопросу окрашивания стержней и форм с научной точки зрения, был ныне покойный А. Ф. Насанкин [13].

Из истории литейного производства Советского Союза полувековой давности известно [11], что наибольшая толщина красочного слоя (далее КС) составляла 4 мм. КС такой толщины получался при нанесении специальным пульверизатором полужидкой пасты на огнеупорной основе хромистого железняка. Паста состояла из порошка хромистого железняка, воды и в качестве связующих - патоки и декстрина. Паста наносилась на сырые песчано-глинистые стержни и формы, которые подвергались последующей отделке, без которой КС получался шершавым и рыхлым. Наносить хромитовую пасту на отвержденные стержни было невозможно по причине невозможности тщательной отделки. Отделка получалась удовлетворительной только в том случае, когда подкрасочный слой формы или стержня слегка деформировался под усилием, прилагаемым к гладилке.

В реальной практике литейщик, окрашивая стержень или форму, не задумывается о том, какой толщины КС получается. Чаще всего качество окрашивания оценивается по чисто наружным, зрительным признакам: чтобы не было неокрашенных или плохо окрашенных пятен (имеется в виду просвечивание отдельных песчинок), наплывов, шероховатости и др.

При одноразовом окрашивании толщина КС обычно получается 0,2-0,4, реже 0,5 мм. КС такой толщины бывает достаточным для предупреждения пригара на стальных отливках с преобладающими толщинами стенок до 50-70 мм.

При более ответственном литье требуется большая толщина КС. Самый простой и легкий путь увеличения толщины КС – двойное или тройное окрашивание. Однако если второй и третий КС наносятся на высушенный теплом первый или второй КС, сцепление второго КС с первым и третьего со вторым ухудшается, в результате чего при заливке металла в формы второй и третий красочные слои могут частично или полностью смываться. Происходит так называемая эрозия КС.

Поэтому очень важно получать КС, по возможности, наибольшей толщины при одноразовом окрашивании, а в случае необходимости увеличения толщины КС второе и третье окрашивание производить до полного высыхания КС предыдущих окрашиваний.

Для водных ПК рекомендуется промежуток времени между окрашиваниями должен быть 1,5-2 часа, для быстросохнущих – 30-40 мин.

Исходя из вышеизложенного, предметом настоящей публикации является изучение влияния ПК, проявляющегося через её плотность и вязкость, на толщину и качество КС. Факторами, характеризующими качество ПК, являются огнеупорные наполнители (дистенсиллиманит, циркон, угле - графитистые материалы, хромит и др.), связующие, технологические добавки, способ перемешивания (гомогенизации), седиментационная устойчивость и др. На толщину КС влияет также состояние окрашиваемой поверхности: если она шершавая и имеет высокую газопроницаемость, сцепление КС и ПС получается более прочным и надежным, КС в меньшей мере подвергается эрозии, а отливка не поражается пригаром.

Толщина полноценного КС играет исключительно важную роль в предупреждении пригара. КС можно считать полноценным, если он:

1. прочно сцеплен с ПК, если красочная масса проникла в поры ПС на какую-то глубину и если её прожилки связаны с основной частью КС по схеме [2];
2. равномерен по толщине во всех местах стержня и формы, подвергаемых окрашиванию, на нем отсутствуют наплывы.

МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Толщину мокрого КС можно замерять при помощи калиброванного шаблона великобританской фирмы FOSECO (wetfilmthicknessgauge), однако в связи с усадкой и обезвоживанием мокрого КС толщина сухого КС получается значительно меньше [5]. И если толщину мокрого слоя КС еще можно замерить на форме или стержне, то толщину сухого слоя КС непосредственно на форме или стержне замерить невозможно, для замера толщины сухого (затвердевшего) КС потребовалась иная методика, которая заключается в следующем.

Из смеси на основе гидрофобного связующего (олифа, крепители 4ГУ-П, УСК) и лигносульфоната технического (далее ЛСТ) изготавливаются стандартные образцы Ø 50х100 мм, которые высушиваются теплом при +220…+230⁰С в течение 1 ч и используются для нанесения на них КС окунанием или обливом с выдержкой в погруженном состоянии в течение 1 с.

После охлаждения образца замеряется его диаметр.

При любом из двух вышеупомянутых способов окрашивания окрашенный образец выдерживается в подвешенном состоянии до полного стекания излишков ПК.

Окрашенный образец провяливается на воздухе в течение 1 ч и подсушивается в лабораторном сушиле в течение 1 ч при +105…+110⁰С.

Образец охлаждается до комнатной температуры, после чего штангенциркулем определяется толщина КС с последующим делением разницы двух диаметров на два.

Вязкость измерялась при помощи вискозиметра ВЗ 246 по времени истечения ПК определенного объема в соответствии с паспортом и техническим описанием к вискозиметру.

Испытания проводились на двух водных красках ПК ДП2М1, ДП2М2А и на двух быстросохнущих ПК БПДС и БПЦ.

Огнеупорной основой водной ПК ДП2М1 и быстросохнущей БПДС был дистенсиллиманит КДСП; водной ДП2М2А – дистенсиллиманит КДСП и циркон КЦП; быстросохнущей БПЦ- циркон КЦП.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ КС ПРИ ОКРАШИВАНИИ ВОДНЫМИ ПРОТИВОПРИГАРНЫМИ КРАСКАМИ

Плотность и условная вязкости (далее просто вязкость) ПК определенным образом связаны между собой. Пример такой взаимосвязи приведен на рисунке. Эти зависимости однотипны практически для всех разновидностей ПК и не только. Такого типа зависимости вообще характерны для суспензий, эмульсий и жидкостей вообще, в частности для жидкого стекла [15].

В соответствии с вышеописанной методикой была проведена серия экспериментов по окрашиванию образцов красками ДП2М1 и ДП2М2А. В этих экспериментах использовалась смесь на основе кварцевого песка с индексом зернистости 02 при ее газопроницаемости 150 ед.

Результаты приведены в табл. 1, 2.

Таблица 1. Толщина красочного слоя в зависимости от плотности и вязкости ПК ДП2М2А

Таблица 2. Толщина КС при различных плотностях и вязкостях ПК ДП2М2А

Анализ данных табл. 1 позволяет констатировать следующее:

-        толщина КС после первого окрашивания всегда больше, чем после второго независимо от способа второго окрашивания (окунание или кисть);

-        толщина КС после первого окрашивания снижается по мере снижения плотности и вязкости краски. Причина этого факта заключается в пористости ПС. При этом происходит быстрое обезвоживание прилегающего к ПС слоя краски, который теряет свою подвижность из-за повышения его плотности и вязкости и не может стекать с окрашенной поверхности. Причина существенного уменьшения толщины КС после второго окрашивания – в гораздо меньшей пористости и газопроницаемости КС (минимум в 10 раз) по сравнению с пористостью и газопроницаемостью ПС [15], когда вышеупомянутое явление отсутствует и излишняя краска в гораздо большем количестве стекает с окрашиваемой поверхности;

-        толщина КС после второго окрашивания кистью лишена какой –либо закономерности ввиду присутствия субъективного человеческого фактора в отличие от окрашивания окунанием, которое в гораздо меньшей степени подвержено человече6скому фактору;

-        суммарная толщина КС после двух окрашиваний независимо от способа второго окрашивания также постепенно снижается по мере снижения плотности и вязкости краски. Поэтому в реальной практике следует стремиться к одноразовому как наиболее эффективному окрашиванию форм и стержней, используя длинные «помочки» (широко укоренившееся в литейном производстве название) из распущенных конопляных веревок. КС одноразового окрашивания в меньшей степени подвержен эрозии потоком расплавленного металла. При этом улучшается чистота и гладкость поверхностей отливок, уменьшается интенсивность образования засоров.

Определенный интерес представляло влияние зернового состава песка на толщину КС. Ответ на этот вопрос содержится в табл. 3.

Таблица 3. Влияние плотности ПК на толщину КС при индексе зернистости 0315

Газопроницаемость смеси составила 440 ед.

Глубина проникания ПК в ПС сохранилась на уровне, характерном для смеси на кварцевом песке с индексом зернистости 02 и газопроницаемостью 150 ед. В остальном при окрашивании как окунанием, так и кистью толщина КС уменьшается с уменьшением плотности ПК, причем эта закономерность характерна как для водных, так и для быстросохнущих ПК.

Существенной разницы в глубине проникновения ПК в ПС и толщины КС при использовании песков с индексом зернистости 02 и 0315 не выявлено.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ С БЫСТРОСОХНУЩИМИ ПРОТИВОПРИГАРНЫМИ КРАСКАМИ

При испытаниях быстросохнущих ПК получены следующие результаты по толщинам КС (все образцы окрашивались окунанием):

При плотности ПК 1,5 и 1,45 г/см³ КС получается плотным, гладким, отдельные песчинки не просматриваются. При плотности ПК 1,35 г/см³ сплошного КС не получается, сквозь КС просматриваются отдельные песчинки.

Состояние КС при окрашивании окунанием образцов краской БПЦ различной плотности таково:

ü  при плотности 2,08 г/см³ и вязкости 56 с КС сплошной, гладкий, толщина 0,47 мм, глубина проникновения краски в ПС – примерно 0,5 мм;

ü  при плотности 1,92 г/см³ и вязкости 24 с КС сплошной, гладкий, песчинки еще не просматриваются, толщина 0,09 мм, глубина проникновения краски в ПС – примерно 0,5 мм;

ü  при плотности 1,72 г/см³ и вязкости 17 с КС сплошной, гладкий, песчинки не просматриваются, его толщина - 0,075 мм, глубина проникновения краски -1 мм;

ü  при плотности 1,64 г/см³ и вязкости 16 с КС сплошной, песчинки не просматриваются, толщина КС-0,05 мм, глубина проникновения – 1,2 мм.

При окрашивании стержней окунанием надо было ответить на вопрос влияния длительности выдержки стержня в погруженном состоянии на толщину КС и глубину проникновения красочной массы в поры. Испытывалась ПК БПЦ плотностью 1,50  г/см³. Окрашивались окунанием образцы Ø50х50 мм с их выдержкой в погруженном состоянии 1; 5; 10 и 15 секунд. Во всех случаях толщина КС была 0,1 мм (табл. 4), а глубина проникновения красочной массы в поры смеси составила примерно 0,5-1,0 мм. Это благоприятное обстоятельство (независимость толщины КС от длительности выдержки образцов в погруженном состоянии), повышающее стабильность технологии изготовления стержней, форм и отливок в целом.

Таблица 4. Влияние длительности выдержки образцов в погруженном состоянии на глубину проникания ПК в ПС

Из приведенных данных видно, что:

-        время выдержки образцов в погруженном состоянии не влияет на толщину КС;

-        глубина проникновения ПК в ПС незначительна и от времени выдержки образца в погруженном в краску состоянии мало зависит;

-        можем достаточно достоверно предположить, что ПК можно гораздо глубже «загнать» в ПС, используя жесткую кисть при пониженной плотности ПК. Для ПК БПЦ такой плотностью может быть 1,50 г/см³ (её рабочая плотность 1,95-2,0 г/см³) для ДП2М1, ДП2М2А и БПДС – 1,35 г/см³ (их рабочие плотности 1,50-1,55 г/см³).

Толщина КС и качество окрашивания стержней и форм в значительной мере зависят от субъективных факторов, комплекс которых выражается понятием «человеческий фактор». И поскольку этот фактор у разных людей разный, очень важно, чтобы окрашивание стержней и форм не отдавалось на откуп стерженщикам и формовщикам, а выполнялось хорошо обученными профессиональными красильщиками. В этом – залог стабильности технологии и тесно связанным с нею качеством литья.

Авторы ещё раз напоминают читателям, что одним из важнейших требований к технологии окрашивания стержней и форм является непрерывное перемешивание ПК в лопастных краскомешалках.

Авторы выражают надежду и уверенность в том, что приведенные в настоящей публикации материалы и рекомендации помогут литейщикам Украины более грамотно и квалифицировано подходить к технологии окрашивания стержней и форм и тем самым обеспечить её хорошую стабильность и высокую эффективность.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е. А. Белобров, О. Л. Карпенкова Об особенностях окрашивания стержней и форм, изготавливаемых различными способами формообразования. «Литейное производство», 2014, № 12.
2. Е. А. Белобров, О. Л. Карпенкова, Л. Е. Белобров, Е. Л. Белобров. О способах окрашивание стержней и форм противопригарными красками. «Литейное производство», 2012, № 9.
3. Е. А. Белобров, О. Л. Карпенкова, В. Я. Волокита, В. Г. Восковец. О проблемных вопросах применения фурановых технологий при производстве стального литья. «Литейное производство», 2013, № 2..
4. Е. А. Белобров, О. Л. Карпенкова, Л. Е. Белобров. Быстросохнущие противопригарные покрытия для окрашивания сырых форм. «Литейное производство», 2013, № 4.
5. Е. А. Белобров, Л. Е. Белобров, О. Л. Карпенкова. О вязкости, усадке и укрывистости противопригарных красок. «Литейное производство», 2014, № 7.
6. Е. А. Белобров, К. Е. Белобров, Л. Е. Белобров, О. Л. Карпенкова. Окрашивание стержней и форм хромомагнезитовыми покрытиями. «Литье Украины», 2010, № 4.
7. Е. А. Белобров, О. Л. Карпенкова. О термостойкости противопригарных красок. «Литейное производство», 2013, № 10.
8. Е. А. Белобров, К. Е. Белобров, Л. Е. Белобров, О. Л. Карпенкова. Об окрашивании сырых форм быстросохнущими противопригарными красками. «Литье Украины», 2009, № 7.
9. Е. А. Белобров, О. Л. Карпенкова, К. Е. Белобров, Л. Е. Белобров. Об определении газопроницаемости противопригарных красок для ЛГМ. «Литье Украины», 2011, № 12.
10. Е. А. Белобров, О. Л. Карпенкова, К. Е. Белобров, Л. Е. Белобров. О газопроницаемости противопригарных покрытий для производства отливок по газифицируемым моделям. «Литье Украины», 2010, № 2
11. В. Н. Перцовский, К. М. Зверев, А. И. Ломаева. Паста из хромистого железняка для облицовки форм и стержней. Всесоюзный проектно-технологический институт ВПТИ. Отдел научно-технической информации. М., 1956.
12. А. Ф. Насанкин. Исследование некоторых свойств защитных покрытий литейных форм в связи с образованием пригара. Авторский реферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1966.
13. Ю. А. Нехендзи. Стальное литье. Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. М., 1948.
14. Е. А. Белобров. Исследование некоторых вопросов изменения прочности жидкостекольных формовочных смесей. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1967.