WPŁYW DODATKU PYŁU KRZEMIONKOWEGO NA WŁAŚCIWOŚCI KLASYCZNYCH MAS FORMIERSKICH

Transkrypt

1 26/9 Archives of Foundry, Year 23, Volume 3, 9 Archium Odlenicta, Rok 23, Rocznik 3, Nr 9 PAN Katoice PL ISSN WPŁYW DODATKU PYŁU KRZEMIONKOWEGO NA WŁAŚCIWOŚCI KLASYCZNYCH MAS FORMIERSKICH M. HOLTZER 1, T. RYGULSKI 2, A. WYROBEK 3, D. DROŻYŃSKI 4 Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Odlenicta, Zakład Torzy Formierskich i Ochrony Środoiska, 3-59 Krakó, ul. Reymonta 23 Huta Łaziska S.A., Łaziska, ul. Cieszyńska 23 STRESZCZENIE W artykule przedstaiono yniki badań płyu dodatku krzemionkoego, postającego przy produkcji żelazostopó, do klasycznych mas formierskich na ich łaściości technologiczne. Badania te stanoią element szerszych badań dotyczących możliości ykorzystania krzemionkoego odlenictie. Przeproadzono próby z dodatkiem 2,5 i 5%. Jako masę yjścioą zastosoano masę z bentonitem na osnoie piasku karcoego. Ogólnie dodatek krzemionkoego pooduje przesuniecie uzyskiania maksymalnych artości przepuszczalności i ytrzymałoś ci masy na rozciąganie i ściskanie kierunku iększych zaartości ody masie. Wproadzenie krzemionkoego ma korzystny pły na osiągane artości ytrzymałości masy, złaszcza przypadku ytrzymałości na rozciąganie. Jako optymalny dodatek do masy klasycznej uznano 5%. Key ords: silica poder, green sand, tensile strength, compression strength, friability, permeability 1. WPROWADZENIE Pył krzemionkoy postaje jako produkt uboczny przy produkcji żelazokrzemu. Ma on postać o mikrosferycznych ziarnach bezpostacioej krzemionki. Charakteryzuje się bardzo dużą zaartością czystej krzemionki o średniej ielkości 1 prof. dr hab., holtzer@uci.agh.edu.pl 2 mgr inż. 3 mgr inż. 4 dr inż., dd@uci.agh.edu.pl

2 198 cząstek,1-,2 mm. Dodaany jest do cementu lub betonu jako zamiennik cementu. Jego rola betonie polega na uszczelnieniu struktury zaczynu cementoego zaróno bezpośrednio, jak i przez iązanie pucolanoe z odorotlenkiem apnia. Umożliia to uzyskianie betonó o dużej i bardzo dużej ytrzymałości oraz trałości, przy niskim stosunku oda : cement, ale o dużej zaartości cementu. W betonach o dużym lub średnim stosunku oda : cement mikrokrzemionka jest nieefektyna. Betony z dodatkiem krzemionkoego posiadają zmniejszoną nasiąkliość, yższą odoszczelność i mrozoodporność [1,2,3]. Wytarzany Hucie Łaziska S.A. pył krzemionkoy ykorzystyany jest przy: produkcji betonu, produkcji cementu, materiałó łóknisto-cementoych, suchych zapra, materiałó ceramicznych, materiałó ocieplających i ochronnych dla hutnicta, yrobó gumoych, przemyśle farb i lakieró oraz przemyśle zapałczanym.. Obecnie 75% sprzedaanego trafia do zakładó branży budolanej, tym znacznym stopniu na eksport. Jednak ziązku z przeidyanym zrostem ilości ytarzanego krzemionkoego oraz by pełni zabezpieczyć zbyt przyszłości i nie być uzależnionym od jednej branży odbiorcó, podjęto poszukiania noych możliości ykorzystania tego innych dziedzinach. Wydaje się, że taką dziedziną przemysłu rokującą duże szanse jest odlenicto. Pył krzemionkoy może być ykorzystyany m.in. jako dodatek do niektórych mas formierskich. Ma to szczególne ażne znaczenie: z jednej strony daje oszczędność surocó naturalnym, jakim są piaski karcoe, a z drugiej strony jako krzemionka bezpostacioa jest mniej szkodliy dla zdroia, niż krystaliczny pył karcoy [4, 5]. 2. MATERIAŁY STOSOWANE DO BADAŃ Badaniom poddano masy na osnoie piasku karcoego z kopalni Szczakoej (piasek formierski średni; 1K;,26/,32/,16; jednorodny J85; temperatura spiekania 1823 K). Materiałem iążącym badanych mas był bentonit specjal EXTRA U. Do mas proadzano dodatek krzemionkoego tz. zagęszczonego o następującym składzie chemicznym: Fe 2 O 3 2.2%; SiO %; MnO.11%; MgO.21%; CaO.29%; Al 2 O 3.48%; P.22%; Cr 2 O 3.4%; TiO 2.2%; C 3.53%. Właściości fizykochemiczne : ilgotność.6%; str. praż. 3.5%; odsie na sicie.45mm.7%; ciężar nasypoy.53 ton/m METODYKA BADAŃ Dla określenia przydatności krzemionkoego jako dodatku do syntetycznych mas bentonitoych przeproadzono szerokie badania łaściości tych mas, z których część została zamieszczona niniejszej publikacji. Badaniom poddano masy o następującym składzie: 1 cz. ag. piasku karcoego 8 cz. ag. bentonitu oraz 2,5 lub 5, cz. ag. krzemionkoego. Dla porónania przeproadzono rónież badania dla mas bez dodatku krzemionkoego.

3 Przepuszczalność, m 2 /Pa s WYNIKI BADAŃ I ICH OMÓWIENIE Wybrane yniki badań płyu dodatku krzemionkoego na podstaoe łaściości klasycznych mas formierskich przedstaiono na rysunkach 1-4. Na rys. 1 zilustroano pły dodatku krzemionkoego na zmianę przepuszczalności masy o różnej ilgotności. Dla szystkich badanych mas obseruje się podobny przebieg zmian przepuszczalności; zrost zaartości ody masie pooduje zrost przepuszczalności, osiągnięcie maksimum, a następnie jej spadek. Jednak dodatek krzemionkoego (zaróno ilości 2,5 jak i 5%) przesua maksimum przepuszczalności masy z około 2% do około 2,8% ilgotności masy. Dodatek 2,5 cz. ag. nie płya na artość przepuszczalności masy. Natomiast podojenie zaartości masie z 2,5 do 5, cz. ag. pooduje dukrotny zrost artości przepuszczalności masy (z ok. 3 m 2 /Pa s do ok. 6 m 2 /Pa s) , cz. ag. 2,5 cz. ag Rys.1. Wpły dodatku krzemionkoego na przepuszczalność masy Fig. 1. Effect of silica poder addition on permeability of moulding sand Na rys. 2 i 3 przedstaiono zmianę ytrzymałości na ściskanie R c oraz ytrzymałości na rozciąganie R m raz ze zrostem ilgotności masy i dodatku krzemionkoego. Możemy zaobseroać, że dodatek krzemionkoego nie płya na charakter zmian obydu badanych parametró ( R c i R m ). Wzrost zaartości ody masie pooduje zrost jej ytrzymałości, osiągnięcie maksimum a następnie jej spadek.

4 Wytrzymałość na rozciąganie R m, MPa Wytrzymałość na ściskanie R c, MPa 2,25,2, cz. ag. 2,5 cz. ag. 5, cz. ag.,15,1,5 Rys.2. Wpły dodatku krzemionkoego na ytrzymałość na ściskanie Fig. 2. Effect of silica poder addition on compression strength of moulding sand R c R c,4,35,3,25, cz. ag. 2,5 cz. ag. 5, cz. ag.,2,15,1,5 Rys.3. Wpły dodatku krzemionkoego na ytrzymałość na rozciąganie R m Fig. 3. Effect of silica poder addition on tensile strength of moulding sand R m

5 Osypliość S, % 21 Podobnie, jak przypadku przepuszczalności, maksimum ytrzymałości mas zaierających dodatek krzemionkoego przesua się kierunku iększej zaartości ody masie. Przy czym tym przypadku zrost dodatku pooduje zrost zapotrzeboania na odę dla osiągnięcia maksimum ytrzymałości. I tak masa u bez dodatku osiąga maksimum ytrzymałości na zginanie R c przy ilgotności około 1,9%, z dodatkiem 2,5 cz. ag. przy około 2,1%, a z dodatkiem 5, cz. ag. przy około 2,6%. Podobne zmiany ystępują dla ytrzymałości na zginanie R g ; masa bez dodatku osiąga maksimum dla ilgotności około 2,1%, z dodatkiem 2,5 cz. ag. przy 2,5%, a z dodatkiem 5, cz. ag. przy 2,8%. Wproadzenie krzemionkoego ma korzystny pły na osiągane artości ytrzymałości masy, złaszcza przypadku ytrzymałości na rozciąganie. Na rys. 4 przedstaiono yniki badań płyu dodatku krzemionkoego na osypliość masy. Przebieg zmian osypliości skazuje na niekorzystny pły dodatku na tę łaściość. Wproadzenie do masy pooduje zrost zapotrzeboania na odę dla osiągnięcia osypliości porónyalnej z osypliością masy bez dodatku. Różnica ilgotności mas (z pyłem i bez ) dla osiągnięcia zbliżonych artości osypliości ynosi około 1%. Różnice artości osypliości zakresie ilgotności roboczej dla mas bez i z jego dodatkiem zakresie do 5, cz. ag. nie przekraczają 1%. Przebieg zmian osypliości raz ze zrostem ilgotności masy obseroany na rysunku 4 skazuje, że ilość proadzanego ( badanym zakresie) nie ma płyu na artość osypliości masy , cz. ag. 2,5 cz. ag. 5, cz. ag Rys.4. Wpły dodatku krzemionkoego na osypliość masy Fig. 4. Effect of silica poder addition on friability of moulding sand

6 22 5. WNIOSKI Przeproadzone badania, których yniki zostały opisane niniejszym artykule pozoliły stierdzić, że pył krzemionkoy może być zastosoany odlenictie jako dodatek do mas formierskich. Jednak przy proadzaniu dodatku do mas arunkach przemysłoych należy każdorazoo przeproadzić badania technologiczne na odleni, które pozolą stierdzić, jak zachouje się dana masa podczas zaleania ciekłym stopem odleniczym oraz pły na jakość uzyskianych odleó. LITERATURA [1] Mąkosa J.: Noa technologia ykonyania betonó na bazie mikrokrzemionki. Materiały Budolane nr 1, 1992, 4-6. [2] Szaboski J: Dodatki do betonu rodzaje, rola,. Stosoanie, efekty. Materiały Budolane nr 2, 1998, 51. [3] Wolska Kotańska Cz.: Kierunki ykorzystania pyłó krzemionkoych budonictie śiatoym. Przegląd Budolany nr 2, 16, 1995, [4] Holtzer M., Dańko R., Karguleicz I.: Aktualne sposoby minimalizacji odpadó zużytej masy formierskiej. Krzepnięcie Metali i Stopó PAN, nr 44, 2, [5] Mosher G.: Quartz in Environment: Health, Safety and Legal Aspects in Foundries. CIATF International Conference on Environmental Protection May 2 Leipzig/Germany, Ref. No 18. Praca zrealizoana ramach projektu celoego KBN nr 1 T /5447. EFFECT OF SILICA POWDER ADDITION ON PROPERTIES OF GREEN SAND SUMMARY This papers deals ith laboratory tests carried out to determine influence of silica poder contents on selected properties of green sand. The additions of silica poder ere 2,5% and 5% as a sand replacement. The advantageous influence of silica poder on green sand compression and tensile strength and permeability as found. The optimum addition of silica poder as 5%. Recenzoał Prof. Józef Garoński