Doświadczenia z użyciem węgli procesowych w bentonicie

Transkrypt

1 ARCH IVES of FOUNDRY ENGINEERING Published quarterly as the organ of the Foundry Commission of the Polish Academy of Sciences ISSN ( ) Volume 8 Special Issue 2/ /2 Doświadczenia z użyciem węgli procesowych w bentonicie C. Grefhorst, R. Kutschera S & B Industrial Minerals (Niemcy) Otrzymano ; zaakceptowano do druku Wprowadzenie Bentonit służy w masie formierskiej jako spoiwo dla piasku kwarcowego. Jest to spoiwo nieorganiczne, ekologiczne, a po zalaniu ciekłym metalem formy zostaje 95% materiału do ponownego użycia. Bentonit jest naturalnym minerałem o szczególnych właściwościach, które poprzez selektywne wydobycie i specjalne przygotowanie jak mielenie i aktywacja, możemy optymalizować. W firmie S & B Industrial Minerals bentonity obrabiane są z węglem procesowym, aby polepszyć właściwości materiału formierskiego. Węgiel procesowy to makrokrystaliczny grafit, który przy użyciu wysokich nacisków wprasowywany jest w bentonit jako kolejna faza procesu przygotowania bentonitu, stąd nazwa węgiel procesowy. Powstaje szary bentonit, któremu nadano nazwą produktu QUICKBOND. Laboratoryjne badania i praktyka pokazują, że użycie QUICKBOND prowadzi do ważnych zmian właściwości masy formierskiej. Węgiel procesowy w bentonicie polepsza płynność masy formierskiej, a to prowadzi do bardziej równomiernego zagęszczenia formy. W ostatnich latach jednak inne aspekty wysuwają się na pierwszy planu. Przez optymalne zagęszczenie formy zredukowano penetrację płynnego metal do powierzchni formy. Dotychczas osiągano to normalnie przez stosowanie nośnika węgla błyszczącego, natomiast w nowej sytuacji można zredukować ilość nośnika węgla błyszczącego. Mniejsza ilość stosowanego nośnika redukuje emisję powstałą w fazie gazowej. Masy ze spoiwem QUICKBOND (IKO BOND D z węglem procesowym) próby przemysłowe Badania wykonane w 1995 roku wykazały, że wprowadzenie do bentonitu węgla procesowego spowodowało wzrost właściwości wytrzymałościowych masy formierskiej (rys. 1) (tabela 1). Wyniki badań zostały opublikowane przez J. Baier [1]. W późniejszych badaniach stwierdzono, że przez zastosowanie węgla procesowego w bentonicie uzyskuje się gładsze powierzchnie odlewu, jednak chropowatość jest wyższa, niż przy zastosowaniu dodatku pyłu węglowego. Na bazie tych doświadczeń powstała idea zastąpienia nośnika węgla poprzez węgiel procesowy. Ten nowy bentonit o nazwie QUICKBOND, został wprowadzany do produkcji po raz pierwszy przez odlewnie Componenta. Z uzyskanych wyników badania masy formierskiej można stwierdzić, że właściwości zmieniły się bardzo istotnie. Wzrosły właściwości wytrzymałościowe, jak również stopień zagęszczenia masy formierskiej, co przedstawiają dane zawarte na rys. 2 i rys. 3. Podczas gdy bentonit jest materiałem bardzo hydrofilowy, węgiel procesowy reaguje jak materiał hydrofobowy. Kombinacja tych przeciwnych właściwości prowadzi do tego, że masa formierska staje się hydrofobowa, ale poprzez lepsze zagęszczenie forma uzyskuje optymalne właściwości. Przy zastosowaniu węgla procesowego w bentonicie zmniejsza się zapotrzebowanie na wodę o ok. 0,2-0,3%, przy zawartości wody w masie formierskiej na poziomie 3,5% (rys. 4). ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 8, Special Issue 2/2008,

2 Rys. 1. Wprowadzenie węgla procesowego w IKO BOND D i wytworzenie QUICKBOND prowadzi do bardziej efektywnego przygotowania masy formierskiej w mieszarce Fig. 1. An implementation of carbon process in IKO BOND D and developing of QUICKBOND resulted in more effective preparing sand mixture in sand mixer. Tabela 1. Liczba obiegów masy do uzyskania 90% maksymalnych właściwości wytrzymałościowych przy zastosowaniu QUICKBOND (IKO BOND D z węglem procesowym) Table 1. Number of sand circulation cycles necessary for gain 90% of the strength properties regarding application of QUICKBOND (IKO B s zb-max s zb-90% UZ - s zb-90% Ca-Bent. 3,35 3,015 5,2 IKO BOND D >3,45 3,105 4,4 Quickbond D >3,45 3,105 2,7 bayr. Bent. 3,15 2,835 3,0 Max wytrzymałość na rozciaganie na wigotn s NB-max s NB-90% UZ - s NB-90% Ca-Bent. 0,16 0,144 5,1 IKO BOND D 0,55 0,495 4,7 Quickbond D 0,56 0,504 3,0 bayr. Bent. 0,46 0,414 4,5 Max wytrzymałość w strefie przewilżenia s db-max s db-90% UZ - s db-90% Ca-Bent. 16,3 14,67 4,0 IKO BOND D 18,5 16,65 4,1 Quickbond D 18,2 16,38 2,8 bayr. Bent. 16,7 15,03 2,2 Max wytrzymałość na ściskanie na wilgotno 32 ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 8, Sp ecial I ssue 2/2008, 31-35

3 Mniejsza ilość wody w materiale formy zmniejsza zagrożenie powstania braków związanych z penetracją eksplozyjną i jednocześnie zmniejsza się zapotrzebowanie na nośnik węgla. Masy ze spoiwem ENVIBOND Odlewnie zmuszone są do produkowania odlewów przy jak najmniejszym negatywnym oddziaływaniu na środowisko. Dlatego też stosowano dodatek węgla procesowego do produktu firmowego o nazwie ENVIBOND. W tym wypadku chodzi o gotową mieszankę bentonitu z węglem procesowym, która w czasie zalewania nie wydziela szkodliwych gazów (tabela 2). Produkt został opracowany w ramach projektu EU GO-APIC, a następnie w projektach z udziałem Akademii Górniczej we Freibergu (Niemcy), Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie i Wydziału Odlewnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie został zoptymalizowany. CASE STUDY, Pomiary w odlewni Glina aktywna (MB) % Wytrzymałość na ściskanie na wilgotno Rys. 2: Wpływ wprowadzenia bentonitu z węglem procesowym na wybrane parametry masy (glina aktywna i wytrzymałość na ściskanie) -wyniki pomiarów w odlewni Fig. 2. The Influence of introduction the bentonite with carbon process on chosen sand-mixture properties industrial tests. ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 8, Special Issue 2/2008,

4 Rys. 3: Wpływ wprowadzenia bentonitu z węglem procesowym na wybrane parametry masy (wytrzymałość na rozszczepianie, masa próbki) -wyniki pomiarów w odlewni Fig. 3. The Influence of introduction the bentonite with carbon process on chosen sand-mixture properties (splitting test, sample weight) industrial tests. Rys. 4. Przy tym samym wskaźniku zagęszczalności zapotrzebowanie na wodę w masie z węglem procesowym jest mniejsze o około 42%. Fig 4. At the same compactibility factor the amount of needed water in the sand with carbon process could be reduced about 42%. 34 ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 8, Sp ecial I ssue 2/2008, 31-35

5 Tabela 2: Skład i właściwości mieszanki ENVIBOND QB-D (bentonit i węgiel procesowy) Table 2. Composition and properties of ENVINBOND QB-D (mixture of bentonite and carbon process) Produkt ENVIBOND QB - D Składniki Bentonit, węgiel procesowy materiał porowaty i ekspandujący. Właściwości Zawartość wody 10%, wielkość ziarna 90% < 0,095 mm, brak emisji LZO. Jakość bentonitu (na podstawie normy VDG) Klasyfikacja zagrożenia dla środowiska Montmorillonit > 85%, wytrzymałość na ściskanie na wilgotno > 8 N/cm 2, wytrzymałości na rozciąganie na wilgotno > 0,25 N/cm 2, wytrzymałość na ściskanie po wygrzaniu w 550 C/2h > 5 N/cm 2 Materiał nie stanowi zagrożenia Podsumowanie Węgiel procesowy oferowany przez S & B Industrial Minerals odgrywa w fazie rozwojowej produktu bardzo ważną rolę. Materiały formierskie z węglem procesowym pozwalają na bardziej efektywne przygotowanie masy formierskiej, uzyskują lepsze właściwości wytrzymałościowe i mają mniejsze zapotrzebowanie na wodę. Poprzez lepsze zagęszczenie formy zmniejsza się penetracja metalu. Właściwości te w gotowej mieszance ENVIBOND, bez klasycznego nośnika węgla błyszczącego, a tym samym nieszkodliwej dla środowiska są w maksymalny sposób wykorzystane. Literatura [1] J. Baier: Zur Umlaufverhalten bentonitgebundene Formstoffe unter Berücksichtigung von Bentonit Grafit Systemen. Giesserei 82 Heft 4 S Experiences with carbon process in bentonite sands Abstract ENVIBOND is bentonite-based, patented system of moulding sand binders without organic compounds. ENVIBOND is composed of QUICKBOND-Bentonite and inorganic additives; the QUICKBOND part in ENVIBOND guarantees uniform compression together with improved shake-out of the moulding sand. Duo to its special composition ENVIBOND acts in the moulding sand in such a way that the addition of lustrous carbon formers can be drastically reduced, without deteriorating the end casting quality. This has following benefits: less pollutant emissions, less pollution burden of the moulding sand, less odour emissions and immissions, significantly lower consumption of moulding sand binders and lustrous carbon formers. The additives in ENVIBOND enable an excellent compression of the casting form, and quarantee a lower wettability of the mould surface, and therefore a good casting surface. A RCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING Volume 8, Special Issue 2/2008,