Кешман В.А. (ООО "ВАКСАН")
к.т.н. Белобров Е.А., Белобров К.Е. (КНПП "Формовочные материалы Украины")

В литейном производстве отливки единичной массой до 500 кг изготавливаются в сырых песчано-глинистых формах, которым свойственно при их заливке металлом разрушаться с образованием характерных дефектов: ужимин, засоров, песочных и газовых раковин.

Для повышения стойкости сырых песчано-глинистых форм против образования дефектов используются технологические добавки, в частности крахмалит, являющийся холоднонабухающим крахмалом.

Аналогом крахмалита является экструзионный крахмалореагент (далее ЭКР), который отличается от крахмалита по исходному сырью, из которого он производится. Назначение же крахмалита и ЭКР одно и то же. Все, что констатируется в настоящей статье относительно крахмалита, полно-стью остается в силе и для ЭКР.

Крахмалит получают из кукурузы на крахмалопаточных и спиртовых заводах Украины. При его добавлении в состав смеси крахмалит дает следующие эффекты:

• Происходит стабилизация влажности формовочной смеси во всем объеме, уменьшается зависимость физико-механических свойств смеси от колебаний влажности, увеличивается так называемая "мокрая" прочность формы в зоне конденсации паров воды на глубине 2-4 мм от поверхности металла, резко снижается вероятность образования ужимин, засоров, песочных и газовых раковин. Рабочие поверхности формы в меньшей мере размываются металлом. В связи с этим снижается брак по засорам, ужиминам, песочным и газовым раковинам.
• Повышается текучесть и формуемость формовочной смеси, уменьшается ее прочность на растяжение и срез, что очень важно при изготовлении форм с высокими "болванами". В частности, прочность смеси на сжатие в сыром состоянии достигает 1 кгс/см² и более.
• При применении ЭКР в составе жидкостекольной смеси значительно улучшается отпечаток и уменьшается прилипаемость смеси к модельной оснастке.

Общее содержание крахмалита в формовочной смеси должно быть: для чугунного литья - 0,3%, для стального литья - 0,4% от массы смеси.

Однако за один цикл вся масса крахмалита не выгорает. Его угар за один цикл составляет около 15-20% от общего содержания крахмалита в составе песчано-глинистой смеси (далее ПГС). Поэтому когда содержание крахмалита в составе формовочной смеси стабилизировалось на уровне 0,3% для чугунного и 0,4% для стального литья, добавление крахмалита в каждый замес смеси должно в среднем составлять: для чугунного литья - 0,06%; для стального литья - 0,08% от массы смеси.

Крахмалит - тонкодисперсный порошок. Он вводится в состав смеси вместе с другими сыпучими материалами (песок, глина).

Крахмалит и его аналог ЭКР применяют такие крупные предприятия России, как АВТОВАЗ, КАМАЗ, Горьковский автозавод, Московский Автозавод им. Лихачева, Саранский центролит, Ярославский моторный завод и другие.

При установившейся технологии, когда уже произошло насыщение формовочной смеси крахмалитом до указанных выше пределов, его расход при среднем расходе 5 т ПГС на 1 т литья составляет: для чугунного литья 3 кг, для стального 4 кг на одну тонну литья, что в денежном выражении составляет 8 грн. 58 коп. для чугунного и 11 грн. 44 коп. для стального литья. Известно, что потери от брака при использовании ПГС без крахмалита во много раз больше вышеприведенных затрат на крахмалит.

Прежде чем дать изложенные ниже рекомендации, авторы провели обстоятельные лабораторные проработки, в результате которых получены следующие результаты:

• Исходная отработанная ПГС при ее влажности 4,0% характеризовалась σсж в сыром состоянии 0,68 кгс/см, текучестью 47% и газопроницаемостью 102 ед.
• При добавлении к исходной ПГС 1% бентонита и 0,3% крахмалита при ее влажности 3,5% получены следующие результаты: σсж = 1,1 кгс/см²; текучесть - 86%; газопроницаемость - 119 ед.

Благодаря крахмалиту устраняется такой недостаток ПГС, как комкуемость. Смесь становится рыхлой, слегка сыпучей, что не мешает ей хорошо уплотняться и приобретать более высокую плотность.

Важнейшей технологической характеристикой формовочной смеси, через которую проявляется положительный эффект крахмалита, является твердость уплотненной формы, измеряемая твердомером.

Текучесть, в частности по Орлову, представляет собой выраженное в процентах отношение твердости в точке Т1 уплотненной смеси в нижней части цилиндрического образца (в месте контакта смеси с поддоном) на расстоянии 50 мм от уплотняющего бойка лабораторного копра к твердости в точке Т2 образца формовочной смеси на расстоянии 25 мм от поддона и на таком же расстоянии от уплотняющего бойка копра.

В связи с большим удалением точки Т1 от уплотняющего бойка копра, чем точки Т2, уплотнение в точке Т1 будет более затрудненным, чем в точке Т2, по причине внутреннего трения в смеси, возникающего при приложении уплотняющего усилия. При снижении внутреннего трения разница в твердости формы в точках Т1 и Т2 будет снижаться. В идеальном случае твердость в точке Т1 должна сравняться с твердостью в точке Т2.

Один из положительных эффектов крахмалита заключается именно в снижении внутреннего трения благодаря поглащению влаги крахмалитом. В результате между песчинками образуется желеобразная высокотекучая масса, состоящая из воды, набухшего при поглащении воды крахмалита и гидратированного бентонита. Эта масса облегчает перемешивание песчинок друг относительно друга. Макрорезультатом этого является повышение твердости и прочности формовочной смеси за счет ее лучшего уплотнения.

Эффективность применения крахмалита в ПГС зависит от многих факторов, к которым, в частности, относится содержание пылевидной фракции, состоящей из следующих компонентов:

• Обожженная (шамотизированная) глина - балластный и самый вредный для качества литья компонент. Она не участвует в формировании сырой прочности, забивает поры в ПГС, снижает её газопроницаемость, ухудшает противопригарные свойства и повышает её склонность к образованию засоров, ужимин и песочных раковин.
• Активная (т.е. необожженная) глина, которая участвует в формировании сырой прочности ПГС, придает ей пластичность, текучесть, формуемость.
• Тонкая фракция песка, образовавшаяся в результате растрескивания более крупных песчинок под действием расплавленного металла и трения.
• Графитистые материалы (от разделительного покрытия, присыпок, припылов).
• Коксик, образовавшийся в результате термодеструкции органических связующих, масел, керосина из разделительного покрытия и др.

Вышеперечисленные компоненты присутствуют в ПГС совокупно и во взаимно перемешанном состоянии.

Содержание пылевидной фракции в ПГС должно быть не более 11%, газопроницаемость - не ниже 100 ед., влажность - 4,0-4,5% без крахмалита и 3,2-3,6% при добавлении крахмалита.

Если ПГС соответствует вышеупомянутым требованиям по содержанию пылевидной фракции, то можно приступать к вводу крахмалита в неё.

Если же содержание пылевидной фракции значительно превышает 11%, то ПГС надо подвергнуть своего рода "лечению" (санации). Техника и технология санации является предметом "ноу-хау" и поэтому в настоящей статье не рассматривается.

После санации ПГС необходимо регулярно освежать, добавляя в неё 10-15 % кварцевого песка; 1-2% бентонита и 1% лигносульфоната технического жидкого. В результате состав ПГС будет следующим, %:

• Отработанной смеси - 85-90
• Кварцевого песка - 10-15
• Активированного бентонита - 1-2
• Крахмалита: для чугунного литья - 0,06; для стального литья - 0,08
• Лигносульфоната технического жидкого - 1,0

При этом физико-механические свойства ПГС будут такими:

• σсж - до 1,2 кгс/см²
• Газопроницаемость - не мене 100 ед.
• Влажность - 3,2-3,6%
• Текучесть - 75-85%

Очень важно не допускать более высокой влажности ПГС, так как это может привести к снижению σсж и образованию ужимин, засоров, песочных и газовых раковин в отливках.

В Украине крахмалит в составе ПГС успешно применяют: концерн "Азовмаш" (г. Мариуполь) на стальном литье, Марганецкий рудоремонтный завод, Харьковский тракторный завод, Мелитопольский литейный завод, Харьковский завод "Свет шахтера", ОАО "Первомайскдизельмаш", Керченский стрелочный завод и др.

В заключение констатируем, что важнейшее средство борьбы с ужиминами и засорами заключается в умеренной влажности, хорошей газопроницаемости ПГС (не менее 100 ед.) и её равномерном уплотнении.