Фурановый процесс

Современные фурановые смолы содержат около 0,1 % свободного формальдегида. Чем выше цена смолы, тем ниже содержание формальдегида (до 0 %). Содержание фурилового спирта в связующем может составлять от 55 до 100 %, при этом содержание азота в связующем находится в пределах от 8,6 до 0 %, а расход связующего - 0,7 -1,6 %. Такой диапазон варьирования позволяет использовать процесс при литье всех сплавов для любых типов отливок, на любом оборудовании.

Типовых дефектов отливок для данного способа не существует. Это связующее наи­более подходит для производства отливок из чугуна, легких цветных сплавов. Отливки из медных сплавов лучше получать в формах из смесей на фенольном связующем.

При работе с формовочными смесями на фенольной смоле с кислотным катализа­тором возникают определенные проблемы: прочностные характеристики отвержденной смеси ниже, что требует увеличенного расхода связующего. Фенольные смолы более вяз­ки, что несколько ухудшает текучесть смеси и, следовательно, возникает необходимость уделять больше внимания процессу уплотнения.

Горелая смесь со стержнями та фенольных и фурановых смолах хорошо регенерируется механически, регенерат полностью идет в работу. Низкое содержание сво­бодного формальдегида и низкое содержание свободного фенола в фенольных смолах по­зволяет иметь очень малые выделения (ниже от требований норм на 25 %), что в ряде слу­чаев освобождает от обязанностей проведения контрольных замеров.

После заливки крупных форм при деструкции связующего может произойти кратковременное образование бензола, количество которого около 5 ч/млн. Зажиганием факела на заливаемых формах эта проблема решается.

Процесс с использованием холоднотвердеющих смол, в частности фурановых, яв­ляется универсальным для производства отливок как в малосерийном и индивидуальном, так и в серийном производстве.

«α-set»-процесс (Alphaset, Альфасет)

Связующая система Alphaset состоит из двух компонентов - водорастворимого ще­лочного фенолформальдегидного олигомера и отвердителя - композиции на основе слож­ного эфира. Применяют отвердители нескольких типов, каждый из которых дает различ­ное соотношение параметров «живучесть/время до извлечения (ВИ)». На западе ВИ назы­вают Strip time (ST). Выбор отвердителя зависит от характеристик песка и типа основного связующего. Западные фирмы, в частности фирма Borden (Великобритания) - разработчик этого процесса, выпускают набор отвердителей для различных условий производства (тип А, тип В и др.).

Данные приведены для температуры 25°С. Обычно живучесть составляет 20...30% от ВИ. Смесь содержит 1,3.. 1,8 % связующего компонента (СК) и 20...30% (от содержания СК) отвердителя. Ниже приведены прочностные показатели (МПа) смеси (после выдерж­ки) состава, %: 1,3 смолы и 20 (от смолы) отвердителя при 18°С и относительной влажно­сти смеси 56%. Состав наполнителя (песок/регенерат), %: А, Б и В-10/90; 100/0и20/80, соответственно.

А Б В

30 мин........................ 1,0 1,2 1,0

60 мин........................ 1,4 1,6 1,5

2 ч............................. 2,2 2,4 2,2

4 ч............................. 2,4 2,8 2,4

24 ч............................. 3,6 3,8 3,7

Примечание. Соотношение живучести, мин, и времени до извлечения стержня (ВИ), мин, - 5/10.

При использовании смесителя периодического действия очередность ввода жидких компонентов не имеет большого значения. В быстроходных смесителях непрерывного действия прочность на разрыв получается выше, чем в периодических смесителях. Отвердитель вводят в камеру сразу после ввода песка, смолу через 20....30 см по ходу шнека. Ре­комендуемая влажность песка - до 3%. Можно увеличить расход отвердителя, чтобы уско­рить затвердевание; для замедления затвердевания и, соответственно, увеличения живуче­сти, не рекомендуется использовать <15% отвердителя, лучше использовать соответст­вующий медленный отвердитель.

Температура песка влияет на скорость реакции и ВИ меньше, чем многие органиче­ские связующие системы. Например, для Alphacure 905 ВИ составляет 12; 6 и 2 мин, соот­ветственно, при 4; 24 и 50°С. При очень больших колебаниях температуры применяют 2...3 типа отвердителей, приемлемых для определенных условий производства. Основные преимущества смеси, изготовленной Alphaset-процессом:

• слабый запах при смесеприготовлении;

• малая токсичность на всех стадиях техпроцесса;

• достаточная прочность стержней и форм;

• возможность применения песков различной химической природы;

• весьма низкая прилипаемость к оснастке;

• возможность очистки оснастки и смесителя водой.

Из опыта ф. «Униреп сервис» внедрения a-set процесса на предприятиях Ленин­градской области способ изготовления форм и стержней из смесей на основе смолы и

жидкого эфира сочетает положительные качества, присущие процессам изготовления стерж­ней из ХТС и жидкостекольных смесей (ЖС-смесей).

Стержни и формы, изготовленные «α-set»-процессом, практически используются при производстве отливок из различных видов сплавов.

Применяемая в отечественной практике в «α-set»-процессе смола ТРА-480 содер­жит до 0,9% свободного фенола, до 0,1% свободного формальдегида, до 0,5% азота, 52% твердого вещества (сера отсутствует). Плотность смолы - 1220 кг/м³, рН - 12,5; срок хра­нения (при 20°С) - до 6 мес. Используемые отвердители серии АСЕ (отечественное произ­водство) - это смеси эфиров, лактонов и карбонатов. Скорость отверждения смеси регули­руется составом отвердителей, а не их количеством. Отвердители имеют температуру вос­пламенения >100°С, плотность (зависит от номера АСЕ) 1100... 1190 кг/м³, температуру за­мерзания 40°С; срок хранения 1 год.

Время удаления модели из формы 6...75 мин (в зависимости от номера АСЕ). При работе с формовочными смесями, используемыми в «α-set»-процессе, меры предосторож­ности аналогичны мерам при работе с ЖС-смесями.

Состав смеси, %: - 100 песка,

- 20...25 отвердителя АСЕ (от количества смолы);

- 0,9...1,5 (сверх 100%) смолы (при изготовлении форм);

- 1,1...1,6 (сверх 100%) смолы (при изготовлении стержней).

Смесь с отвердителем АСЕ-1075 имеет живучесть 20...25 мин, прочность на сжатие через 2 часа - 1,0 МПа; через 24ч- 3,2 МПа, осыпаемость < 0,13%.

Ф. «Униреп-сервис» обеспечивает поставку смолы «И 1 -2» (продукт реакции дефенилпропана, фенола и формальдегида в щелочной среде, модифицированной силаном) и отвердители "Ац" и "В" (представляют смеси эфиров-ацетатов различных спиртов).

	Отвердитель тип Ац	Отвердитель тип Б
Состав смеси	смола - 2,0 %, отвердитель - 25 % от смолы
Живучесть, мин
Прочность на сжатие, МПа: Через 1 час Через 2 часа Через 24 часа	0,7 - 1,0 1,6 3,0	1,9 2,4 3,2

Формовочный песок должен содержать менее 1% пыли и глины, в противном слу­чае потребуются большие количества смолы и отвердителя. Зернистость песка 0,2...0,315 мм. Можно использовать другие наполнители (хромит, циркон, дистен-силлиманит). Температура песка (оптимальная 30°С) слабо влияет на свойства смеси, при соответст­вующем выборе отвердителя можно работать и при 0°С. Регенерированный песок должен иметь менее 1 % глинистой составляющей. Потери при прокаливании до 2%. В этом случае доля регенерата в смеси может достигать при изготовлении стержней до 60%, форм - до 100%. Смесь желательно готовить в смесителе непрерывного действия.

Текучесть свежеприготовленной смеси очень хорошая, поэтому уплотнение формы (стержня) осуществляется вручную. Для изготовления крупных форм и стержней и при безопочной формовке требуется небольшая вибрация. Извлечение моделей из полуформ и стержней из ящиков легкое. Стержни и формы можно окрашивать водными и спиртовыми, поджигаемыми противопригарными красками. При изготовлении отливок из чугуна, лег­ких и цветных сплавов стержни можно не окрашивать, но песок должен быть зернисто­стью 0,16... 0,25 мм, а формы можно уплотнять на вибростоле. Время хранения форм и стержней не ограничено.

При изготовлении самой смеси, форм и стержней газовыделения и запах практиче­ски отсутствуют. Во время заливки газы выделяются позднее, чем при ХТС-процессе, по­этому вероятность образования газовых дефектов в отливках минимальная. Так как смола содержит мало свободного формальдегида и фенола, то в процессе формовки они практи­чески не выделяются. Из-за низкого содержания в смеси смолы и отвердителя количество выделяемого в процессе заливки формальдегида и фенола ниже ПДК, также отсутствуют и сернистые выделения. Благодаря медленному терморазложению связующего концентра­ция образующегося угарного газа также ниже ПДК. Отвержденная смола не растворяется в воде, и поэтому свободный фенол из отходов песка не вымывается водой.

По зарубежным данным, «α-set»-процессом можно изготовить отливки из стали массой до 200 т, из чугуна до 50 т. При безопочной формовке наибольшие формы -20 т.

Pep-set (Пепсет)-процесс.

Связующая композиция состоит из трех компонентов: 1 - раствора модифициро­ванной фенолформальдегидной смолы, 2 - раствора полиизоцианата и 3 - амина. Как пра­вило, фирмы производят 3...4 типа катализаторов, что позволяет иметь ВИ (время до из­влечения модели или из стержневого ящика) от 1...2 до 15...20 мин.

Суммарное содержание в смеси компонентов 1 и 2 составляет 1,0... 1,4 %, их соот­ношение зависит от вида сплава; для чугуна рекомендуется 55/45, стали 60/40, А1-сплавов 50/50, в соответствии с требованиями к термостойкости смеси.

Каждый из типов катализатора имеет свой интервал регулирования живучести и ВИ изменением его содержания в смеси в интервале 1... 10% от массы компонента 1. Так, три типа катализаторов, выпускаемых фирмой Ashland, США, дают интервалы регулирования ВИ 1...5, 2...10 и 5...20 мин.

Уникальная особенность процесса - соотношение "живучесть/ВИ" близкое к 0,8...0,9, тогда как у традиционных ХТС оно составляет 0,2...0,3. Формирование прочно­сти стержня начинается практически сразу после потери живучести смеси и завершается на 70...80 % в течение 1...2 мин, что дает возможность применять процесс в различных ус­ловиях производства при заданных производительности и требованиях к обороту оснаст­ки.

Связующая композиция менее чувствительна к температуре и химсоставу песка, чем кислотоотверждаемые смолы, и хорошо сочетается с кварцевыми, алюмосиликатными, цирконовыми и хромитовыми песками.

Для предотвращения некоторых литейных дефектов в смесь вводят добавки черного (Fe₃O₄) или красного (Fe₂O₃) оксида железа, как это принято в технологии "горячих" ящи­ков.

Смеси приготовляют в смесителях непрерывного или периодического действия; при требуемых ВИ < 5...7 мин применение периодического смесителя неприемлемо.

Смесь Pep-set с весьма активным катализатором, обеспечивающим ВИ~1...2 мин, является основой так называемого ABC-процесса. В этом процессе СК перемешивают с песком в высокоскоростном смесителе, объем одного замеса автоматически устанавлива­ется равным объему стержня, далее смесь передается в пескострельный резервуар машины и осуществляется уплотнение. Автоматы для реализации этой технологии выпускает фир­ма Beardsley & Piper, США. Как и для других ХТС, можно применять водные и самовысы­хающие противопригарные покрытия с любыми известными наполнителями в соответст­вии с видом сплава, температурой заливки, конфигурацией отливки.

Преимущество по сравнению с традиционно применяемыми в России смесями ки­слотного отверждения (с карбамидными, фурановыми и другими смолами) - в отсутствии на стадии изготовления стержней выделений в окружающую среду токсичных компонен­тов: фенола, формальдегида, фурилового спирта и др. Валовые газовыделения как при изготовлении стержней и форм из Pep-set смесей, так и при заливке, охлаждении и выбивке отливок в 1,5...1,7 раза ниже, чем при использовании кислотоотверждаемых ХТС в связи с меньшим общим содержанием связующей композиции.

При переходе на новую технологию действующие системы очистки полностью обеспечивают выполнение установленных требований вентиляции и газоочистки. В связи со значительным снижением общего объема газовыделений снижаются и расходы на экс­плуатацию - системы газоочистки и оплату возможных санкций за превышение установ­ленных норм.

По сравнению с изготовлением стержней из традиционно применяемых в России смесей Pep-set процесс обладает значительными преимуществами:

-пригоден для изготовления стержней и пакетных форм при производстве

отли­вок из чугуна, стали и цветных сплавов. Применительно к конкретным видам сплавов производится соответствующая корректировка состава смеси;

-позволяет в широком диапазоне регулировать параметры процесса изготовления стержней;

-менее чувствителен к качеству песка, температуре и влажности воздуха;

-смеси обладают повышенной текучестью, вследствие чего обеспечивается высо­кая степень уплотнения стержней и форм при минимальных затратах энергии;

-позволяет использовать в качестве наполнителей не только кварцевый песок, но и хромит, циркон, дистенсиллиманит;

-смеси при затвердевании не выделяют побочных продуктов (влаги, токсичных ве­ществ), затвердевание идет одновременно по всему объему стержня или формы;

-смеси обладают высокой термостойкостью и антипригарными свойствами;

-вследствие низкого содержания связующей композиции в 1,5 - 2 раза снижается объем газовыделений токсичных продуктов при заливке, охлаждении, выбивке отливок, уменьшается вероятность образования газовых дефектов в отливках;

-по данным наших исследований и материалам западных фирм, процесс в эколо­гическом отношении существенно превосходит другие варианты применения ХТС.

Resol- CO₂(Carbophen).

Связующим для процесса «Resol - СО₂» является высокощелочная водорастворимая фенолоформальдегидная смола, содержащая незначительное количество свободного фенола и формальдегида.

Она обеспечивает высокий уровень технологических свойств, оптимальный уро­вень прочности, высокую скорость отверждения, отличную выбиваемость, хорошие эко­логические показатели. Связующее не содержит серы, фосфора, азота.

Отвердителем для процесса является углекислый газ.

Процесс отверждения проходит по следующей схеме: модифицированная фенольная смола (водный раствор) + СO₂ отвержденная смола + гидроокись калия + карбонат ка­лия.

Модифицированная смола содержит инициатор - гидроокись калия, которая при высоком значении рН инактивна. Углекислый газ в этом водном растворе создает кислую среду, вследствие чего проходит начальная стадия конденсации олигомера и формирова­ние прочности смеси, достаточной для извлечения стержня из ящика. Дополнительный рост прочности достигается при последующей выдержке на воздухе за счет остаточного СО₂ (значения прочности, МПа, после продувки в течение 30 и 60 секунд.

Полное отверждение можно ускорить подсушкой стержня в сушиле или микровол­новой печи, что обеспечивает значительное поверхностное упрочнение.

Сразу послеЧерез 24 ч*