Вспомним забытые технологии: упрочнение литейных форм инфракрасными и переносными электрическими сушилами

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основных назначений сушки литейной формы – два:

первое – удаление влаги. Влага – один из главных факторов, негативно влияющих на качество отливки. Достаточно сказать, что каждый кубический сантиметр воды при контакте формы с расплавленным металлом превращается в 539 см3 насыщенного либо перегретого водяного пара. Перегретый же водяной пар обладает такими же функциями и свойствами, как и газ. Из-за присутствия воды в форме отливка может поражаться рядом дефектов. Это прежде всего ужимины и газовые раковины;

второе – упрочнение формы. Упрочнение формы тесно связано с удалением влаги. Если сушке подвергается песчано-глинистая форма, то ее упрочнение происходит за счет обезвоживания водо-глинистой суспензии и перехода глины из пастообразного состояния в монолитное твердое тело, прочно связывающее песчаные зерна в единый, цельный конгломерат. Форма при сушке упрочняется также за счет связующих, каковыми могут быть водорастворимые лигносульфонат технический жидкий (далее ЛСТЖ), декстрин, растворенный в воде, патока, а также гидрофобные связующие.

Влага в форме выполняет временную технологическую функцию.

Если иметь в виду песчано-глинистую смесь (далее ПГС), то у нее,образно выражаясь два врага – глина и влага.

В технологии литейного формообразования особое место занимает ПГС для изготовления отливок в сырой форме. В этом случае литейщики стремятся к минимальному технологически необходимому содержанию глины в ПГС и как можно более низкой ее влажности – 3,2-3,6%.

Влажность ПГ-формы тепловой сушки, как правило, примерно в 2 раза выше, чем ПГС для изготовления отливок в сырой форме.

Основным связующим ПГ-формы тепловой сушки является глина и ее содержание в ПГС довольно высокое (10-11% от общей массы ПГС). Для перевода такого количества глины в эффективную связку требуется более высокая влажность ПГС, которая может достигать 7-9%.

Наименьшей влажностью характеризуются ХТС. Содержание влаги в них – в среднем 0,5-1,0%. И это не совсем влага, а большей часть содержащиеся в смоле и отвердителе растворители. Если отвердитель – водный, то с ним в ХТС вносится небольшое количество влаги.

Обычно формы и стержни из ХТС не сушат. Их могут подвергать сушке или кратковременной поверхностной сушке после окрашивания кистью, пульверизатором, обливом или окунанием. Окрашивание окунанием может касаться лишь очень мелких стержней, которые можно вручную окунать в емкость с противопригарной краской (далее ПК).

Средними по влажности являются стержни и формы из жидкостекольной ПСС (2,5-3,0%), жидкостекольной СО2-процесса и поверхностной подсушки (2,7-3,2%), песчано-глинистые для производства отливок в сырых формах.

Наиболее влажными являются ПГ-смеси для крупных стержней и форм тепловой сушки (7-9%).

СУШКА ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ ИНФРАКРАСНЫМИ СУШИЛАМИ

В ПО «Петрозаводскбуммаш» біла внедрена технология инфракрасной сушки окрашенных водной графитовой ПК полуформ. Водная ПК хорошо поглощает инфракрасное (далее ИК) излучения, чем интенсифицируется процесс сушки и отверждения ПК. В процессе сушки идет не просто процесс удаления влаги и красочного слоя (далее КС). При этом, по утверждению, авторов [1], возникают и играют важную роль химические реакции внутри КС. При обработке КС ИК-излучением с частотой, соответствующей частоте колебаний химической связи наиболее реакционноспособных функциональных грунт (в частности гидроксильной ОН и карбоксильной СООН, осуществляющих реакцию поликонденсации) энергия ИК-излучения воздействует непосредственно на химическую связь, вызывая резонанс и разрыв связи. Следовательно, ИК-излучение играет роль индикатора и интенсификатора процесса отверждения.

Для ИК-облучения поверхностей форм разработан специальный манипулятор, а в качестве источника ИК-облучения используются кварцевые галогенные лампы серии КГ, представляющие собой прямую трубку из кварцевого стекла, вдоль оси которой смонтирована моноспираль. Трубка заполнена аргоном с добавкой паров йода. Преимущества таких излучателей – в повышенной мощности и в большом сроке службы (до 10 тыс.ч.)

Дается описание манипулятора, при помощи которого осуществляется сушка. Преимущества манипулятора заключаются в том, что при его помощи просушиваются поверхности сложной конфигурации. Манипулятор надежен, благодаря малым габаритам легко встраивается в автоматические линии или конвейеры. Его ремонт сводится к замене перегоревших ламп.

В результате использования ИК-сушки в ПО «Петрозаводскбуммаш» улучшилось качество поверхностей отливок, ликвидирован брак по пригару и ужиминам, улучшились санитарно-гигиенические условия труда.

В порядке развития концепции предыдущей установки ИК-сушки полуформ, окрашенных водной ПК, в составе АФЛ вмонтирована установка интенсивного коротковолнового ИК-излучения [2]. Излучатель состоит из кварцевой галогенной лампы, установленной в фокусе алюминиевого параболоцилиндрического отражателя.

Суммарная мощность установки (с учетом мощности механизмов передвижения полуформ) составляет около 82 кВт. Мощность собственно Ик-лампы – 20 кВт. Одновременно облучаются две полуформы размерами в свету 600х900 мм.

Окрашивание полуформ производится в окрасочной камере вручную при помощи пневматического пистолета-распылителя.

Противопригарная краска приготовляется в краскомешалке и оттуда подается в пистолет-распылитель.

Мы приводим минимум информации об установке ИК-сушки. Заинтересованным литейщикам следует проработать этот источник более подробно.

Ик-сушка в составе АФЛ была внедрена на ряде тракторных заводов бывшего СССР и доказала свою высокую эффективность.

Разработчик предыдущей и настоящей установок ИК-сушки – отраслевой НИИ НПО «ВНИИТмаш».

Литейщикам следует проявлять определеннцю осторожность при использовании ИК-сушки форм из жидкостекольной смеси (далее ЖС), так как ЖС склонны к обгару [3]. Подоплека этой осторожности – техническая затрудненность обеспечить равноудаленное расположение ИК-нагревателя от рабочей поверхности полуформы. Участки форм, расположенные близко к ИК-нагревателю, могут быстро нагреваться до 450-500°С, что нежелательно. Вместо этого авторы [3] предлагают использовать интенсивные способы упрочнения ЖС фильтрующимся через смесь нагретым газом. Фильтрующийся нагретый газ будет быстро охлаждаться, интенсивно отдавая свое тепло поверхностным слоям формы. Поверхностная подсушка полуформ может быть особенно эффективна при использовании высокомодульного жидкого стекла.

На некоторых заводах, где площади не позволяют разместить стационарные газовые сушила, для сушки используют упрочненные сушильные устройства на основе газовых горелок инфракрасного излучения (далее ГГИИ). Эти горелки используются при подсушке средних и крупных форм. Однако эти горелки зачастую не обеспечивают необходимого качества подсушки [4].

Анализ результатов экспериментов по сушке форм из жидкостекольных ПСС позволяет констатировать следующее:

- в самых неблагоприятных условиях находятся вертикальные стенки формы и поднутрения, где температуры поверхностного слоя в конце 25-минутного цикла сушки не превышает 50°С, чего недостаточно для надлежащего отверждения поверхности формы;

- одна из причин малой эффективности прогрева форм – неблагоприятное распределение теплового фронта при работе ГГИИ в форме;

- максимальная интенсивность тепловых потоков горелок в 150-200 мм от верхнего слоя очень незначительна;

- из-за насыщения полости формы водяными парами проникающая способность инфракрасных лучей снижается более чем вдвое;

- для устранения вышеупомянутого недостатка рекомендовано в конструкцию сушки с инфракрасными горелками встроить маломощный вентилятор, что существенно улучшает эффективность тепловых потоков от горелок и ускоряет подсушку;

- исполненные усовершенствования сушильного устройства увеличивают глубину и равномерность просушенного слоя формы и сокращают цикл ее подсушки.

Бóльшая часть ИК-сушил предназначена для сушки форм. И лишь в одном источнике описано применение ИК-сушки для стержней [5]. Стержни сушатся за счет инфракрасного излучения радиационных панелей и тепла отходящих газов. ИК-нагрев значительно интенсифицирует процесс сушки, которая продолжается всего 25 мин. Сушило пропускает разнообразные по конфигурации стержни весом от 0,01 до 10 кг.

Столь различные по весу и форме стержни сушат совместно благодаря тому, что рациональные панели приближены к верхней полке этажерки и более крупные стержни высушиваются при более интенсивном излучении, чем меньшие. Температура сушки регулируется подсосом воздуха через окна с шиберными заслонками.

ПЕРЕНОСНЫЕ ЭЛЕКТРОВЕНТИЛЯТОРНЫЕ СУШИЛА

Другой тип электрических сушил представляет группа переносных электровентиляторных сушил (далее ПЭВС).

Переносное электровентиляторное 1 сушило состоит из следующих основных частей (см.рис.): корпуса, нагревательных элементов, регулирующей электроаппаратуры собственно вентилятора и опорной подставки.

Подаваемый вентилятором поток воздуха омывает нагревательные элементы, нагреваясь при этом. Горячий воздух через раструб вентилятора и прибыльную надставку 2 в форме подается в собранную под заливку форму, фильтруется через стержни 7 и стенки формы и отдает содержащееся в нем тепло форме и стержням.

Схема сушки собранной формы переносным электровентиляторным сушилом:

1-электровентиляторное сушило; 2-прибыльные наставки; 3-прокладки; 4-металлические заглушки; 5-грузы; 6-опоки; 7-стержни

Форма собирается таким образом, чтобы все отверстия в ней, кроме полости одной прибыли, были закупорены. Через прибыльную полость нагретый воздух поступает в форму и сушит ее.

Профильтровавшийся через стержни воздух через специальные каналы удаляется наружу.

Профильтровавшийся через стенки формы воздух удаляется через верхний, нижний лад и боковые вентиляционные отверстия в стенках опок. Вышедший через нижний лад формы воздух пронизывает песчаную подушку под формой и также удаляется в атмосферу цеха.

Достоинство такого варианта сушки формы состоит в том, что наиболее горячий воздух отдает тепло и тем самым нагревает поверхностные слои формы и стержней и тем самым обеспечивает максимальное удаление влаги и надлежащее отверждение связующего и смеси в целом.

Электрическая аппаратура ПЭВС обеспечивает выбор требуемого режима сушки, главными элементами которого являются температура и продолжительность.

Щит управления ПЭВС позволяет выбирать очень гибкий режим сушки, обеспечивая высокое качество хорошо подготовленной и тщательно высушенной собранной формы.

Проект вышеописанного сушила был разработан в свое время Краматорским НИИПТмашем для Харьковского турбинного завода.

ПЭВС предназначено для сушки крупных форм. Суммарная мощность трех секций нагревательного устройства составила 75 кВт. Мощность каждой секции составляла 25 кВт. Нагревательные екции в зависимости от требовавшегося режима сушки поочередно включались и отключались.

Сушка начиналась при включении одной секции и заканчивалась когда задействовались все три секции.

ИК-сушила и переносные электровентилятрные сушила модно использовать в тех литейных цехах, где отсутствует природный газ (далее ПГ). Отсутствие  ПГ может вынуждать литейщиков использовать для сушки форм электроэнергию, хотя и эта тенденция может иметь временный характер до вздутия цен на электроэнергию.

Принимая во внимание негативную роль влаги в формировании качества отливки, можно вполне здраво и обоснованно утверждать, что среди старых технологий формообразования высушенная теплом форма представляет собой единственный вариант наиболее высокоэффективной технологии литейного формообразования, который позволяет изготавливать отливку, особенно стальную, безукоризненного качества.

В литературе [6, 7] содержится подробное описание переносных газовых сушил и горелок, которые, так же как и электрические сушила, заслуживают внимания и могут быть эффективно использованы в реальной практике, но это уже будет предметом другой статьи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Юрина Л.В., Хутров Л.А. Инфракрасная сушка противопригарных покрытий литейных форм. «Литейное производство», 1987, № 8.
2. Юрина Л.В., Хутров Л.А., Дорошенко С.П. Установка для инфракрасной сушки противопригарных покрытий форм на АФЛ. «Литейное производство», 1989, № 3.
3. Ренжин И.П., Реньш А.А. Совершенствование технологии применения пластичных жидкостекольных смесей. «Литейное производство», 1984, № 10.
4. Асташова Р.В., Козлов Л.Н. Применение газовых горелок инфракрасного излучения при подсушке форм. «Литейное производство», 1980, № 10.
5. Кечек А.Г. Проходное радиационное сушило для стержней. «Литейное производство», 1966, № 10.
6. Грачев В.А. Переносное газовое сушило. «Литейное производство», 1966, № 7.
7. Парасюк П.Ф. Сушка крупных форм переносными горелками. «Литейное производство», 1977, № 12.

Авторы:

Канд.техн.наук, почетный литейщик Украины Белобров Е. А., инженеры Карпенкова О.Л., Белобров Л.Е., Белобров К.Е.,        Белобров Е. Л.

КНПП «Формовочные материалы Украины», г. Краматорск

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", стр 24-27,  №4 (224) 2019 г.