Вспомним забытые технологии: еще раз об окрашивании сырых форм быстросохнущими противопригарными красками и их ускоренном высыхании при поджигании последних

Концепцию и подробную технологию окрашивания сырых форм быстросохнущими красками мы уже изложили ранее [1]. Но вопрос при интенсивной сушке и затвердевания красочного слоя нами в этой публикации не раскрыт в достаточной мере.

Во сполнению этого пробела авторы посвящают настоящую публикацию.

Окрашиванию быстросохнущими красками могут подвергаться:

- сырые песчано-глинистые формы;

- отвержденные теплом песчано-глинистые формы, хотя в данном случае более уместно окрашивание сырых форм водными красками, как правило, первый раз – до сушки, второй раз – после сушки;

- отвержденные углекислым газом формы и стержни из жидкостекольных смесей;

- отвержденные катализаторами песчано-смоляные формы и стержни (фурановые технологии, технологии на основе феноло-формальдегидных смол, в частности α-set-процесса, технологии β-set-процесса и др.).

Из вышеупомянутых технологий сырая неотвержденная форма и жидкостекольная форма СО2-процесса характеризуются сравнительно высоким содержанием влаги: 3,5 – 4,5-  в ПГС и         2,7 – 3,2% в жидкостекольных смесях СО2-процесса.

Применительно к этим двум технологиям срабатывает контакт растворенного в спирте поливинилбураля, в результате которого поливинилбутироль коагулирует. Поливинилбутирольный коагулянт связывает между собой песчаные зерна, обеспечивая в макромасштабе прочность пропитанного краской слоя. При этом огнеупорный наполнитель краски ограниченно проникает в подкрасочный слой смеси (до 1 мм), а спирто-поливинилбутиральная часть, отделяясь от огнеупорной части красочного слоя, проникает в подкрасочный слой на бóльшую глубину (в несколько миллиметров), чем огнеупорный наполнитель. Проникший в подкрасочный слой раствор поливинилбутираля, контактируя с влагой, выделяет коагулянт поливинилбутираля, который связывает в единый конгломерат песчаные зерна подкрасочного слоя.

В случае, если связующим является растворенная в спирте феноло-формальдегидная смола, коагуляция не происходит, но в результате испарения спирта феноло-формальдегидная пленка затвердевает, также сообщая подкрасочному слою механическую прочность. Механизм формирования этой прочности описан ниже.

Сушка окрашенной быстросохнущей краской формы в атмосфере цеха при +18…+20°С занимает 1 час. В условиях поточного производства такая длительность сушки не всегда приемлема.

Поэтому очень важным моментом окрашивания является поджигание формы с целью ускорения ее  высыхания.

Не всякая краска приемлема для ее сушки поджиганием. Для этой цели пригодна лишь спиртовая  краска на основе специального  связующего.

Такую краску мы испытали в ОАО «Славтяжмаш» (г.Славянск Донецкой обл.) на форме для отливки «поддон» из серого чугуна  для разливки ферросплавов.

Размеры формы в плане 2400 х 1200 мм, толщины литых тел до 100 мм.

Окрашивание спиртовой магнезитовой краской производилось дважды. Форма поджигалась газовой горелкой после каждого окрашивания и горела голубым пламенем 1,5 мин. По окончании горения форма становилась теплой (температура примерно 40°-50°С). Продолжительность окрашивания двумя красильщиками – 3 – 4 мин. Вспучивание краски не наблюдалось. Признаком некондиционности краски для поджигания является ее вспучивание и шелушение вспученного красочного слоя. Имело место слабое потемнение поверхности после завершения горения, которое не влияет на качество красочного слоя. Форму залили в штатном режиме. Поверхность получилась такой же гладкости, как и на импортной магнезитовой краске.

Предметом особой заботы при окрашивании форм и стержней должно быть следующее: непрерывное перемешивание краски в лопастной краскомешалке независимо от того, водная она или спиртовая. Из смежных областей науки и техники, где применяются процессы перемешивания жидких или вязко-пластичных тел, известно, что для доведения композиции до требуемого состояния требуется длительное перемешивание не только для усреднения состава, но и для придания им специфических свойств, например для приведения  в действие вандерваальсовых сил, которые существенно влияют на однородность и седиментационную устойчивость суспензий, каковыми являются противопригарные краски.

Потребителям наших красок мы предоставляем исходные данные для разработки эскизов малогабаритной краскомешалки, которую можно быстро изготовить и задействовать в технологии подготовки красок к работе.

Для эффективного применения противопригарной краски она должна непрерывно перемешиваться в лопастной краскомешалке, особенно в том случае, если краска в исходном состоянии является сухим или полусухим порошком. Абсолютно неприемлемо ручное приготовление краски в ведре или в аналогичной емкости. Обязательным является использование кондиционных кистей, по преимуществу плоских, с длиной шерсти не менее 100 мм.

В добрые старые времена для окрашивания использовалась волокнистая кисть (размочаленная веревка под названием «помочок») длиной 200 — 250 мм.

Окрашивание при помощи помочка производится путем протяжки смоченного краской помочка по подлежащей окрашиванию поверхности. Использование такой кисти особенно эффективно при окрашивании сырой формы водной краской.

Окрашивание должно производиться профессионально обученным красильщиком. Окрашивание ни в коем случае нельзя отдавать на откуп формовщику и стерженщику. Правильно окрашенная форма — важнейший элемент литейной технологии вообще.

Окрашивание форм и стержней – исключительно важный момент литейной технологии. К нему надо относиться ответственно. И  это отношение окупится сторицей в виде высокого качества отливки.

Из всех способов окрашивания стержней и форм мы отдаем абсолютное предпочтение окрашиванию кистью: медленнее, но надежнее и лучше. Это особенно должны помнить литейщики малых предприятий, еще не имеющие надлежащего производственно-технологического опыта.

Технология сушки быстросохнущей краски в течение многих лет применяется в литейном цехе ПО имени М.В.Фрунзе (г. Сумы). Ее высокая эффективность не вызывает у нас никаких сомнений.

Связующим невспучивающейся краски при ее поджигании является феноло-формальдегидная смола.

Поливинилбутиральная краска при ее подпитании вспучивается по следующим причинам:

- низкая термостойкость самого ПВБ (порядка 230°С), быстрый прогрев красочного слоя на основе ПВБ;

- склонность и свойство нагретого ПВБ к деформации под действием паров спирта (растворитель дляПВБ) и влаги, содержащейся в форме, давящих изнутри на ПВБ-пленку и вспучивающих ее. Нагретая пленка ПВБ очень эластична и это свойство обеспечивает ее вспучивание.

Феноло-формальдегидная пленка не вспучивается наподобие поливинилбутиральной по следующим причинам;

- более высокая, чем у ПВБ, температура коксования;

- нагретая и частично обугленная феноло-формальдегидная (бакелитовая) пленка является жесткой, плохо деформируемой или недеформируемой вовсе.

Отвержденные при нагревании бакелитовые пленки длительное время стабильны при нагревании до 200°С и в течение ограниченного времени способны противостоять действию более высоких температур (несколько суток при 200-250°С, несколько часов при 250-500°С, несколько минут при 500-1000°С, несколько секунд при 1000-1500°С). Разложение отвержденных пленок начинается при 300°С и сопровождается выделением продуктов пиролиза. Окислители, которыми отверждается бакелитовая пленка ускоряют этот процесс,. При более высоких температурах происходит обугливание с образованием механически прочного кокса [2], который очень хорошо противостоит деформации красочной пленки.

Поведение связующего противопригарного покрытия при высоких температурах (выше 200°С) – очень сложный и исключительно интересный вопрос.

Высокая температура, которой подвергаются противопригарные краски при заливке форм, в большинстве случаев негативно влияет на качество отливки, но избежать этого влияния невозможно.

Этому вопросу посвящены фундаментальные исследования украинского ученого литейщика Колотило Д.М. [3-6], а также наша публикация [7].

Еще раз напоминаем пользователям наших и не только наших противопригарных покрытий, что главными элементами технологии их применения являются непрерывное перемешивание красочных композиций и окрашивание стержней и форм профессионально обученными красильщиками. Соблюдение этих основополагающих требований будет важнейшей гарантией хорошего качества производимого литья.

Литература:

1. Белобров Е.А., Белобров К.Е., Белобров Л.Е., Карпенкова О.Л. Об окрашивании сырых форм быстросохнущими противопригарными красками. «Литье Украины», 2009, № 7.
2. Энциклопедия полимеров. Том 3, с. 719. Издательство «Советская энциклопедия», М., 1977.
3. Колотило Д.М. Применение и исследование углеродистых материалов для литейных форм. Институт проблем литья АН УССР. Киев – 1969.
4. Колотило Д.М. Инден-кумароновые связующие для противопригарно-упрочняющих покрытий литейных форм. «Технология и организация производства», Киев. 1966, № 5.
5. Колотило Д.М., Мисечена В.И. Определение термостойкости полимеров и углеродистых образований методом дифференциально-термического анализа. «Химическая промышленность», Киев, 1965, № 2.
6. Колотило Д.М. Исследование термодеструкции полимерных связующих и их влияние на взаимодействие отливки с формой. Сб. «Теория и практика процессов литья», Киев, 1967.
7. Белобров Е. А., Карпенкова О.Л., Белобров Л.Е. О термостойкости противопригарных красок. «Литье Украины», 2013, № 1.