Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Режимы сушки форм и стержней

05.11.2018

Качество форм и стержней существенно зависит от режима сушки. Для форм и стержней, изготовленных из различных смесей, устанавливают оптимальные режимы сушки, которые проверяются с помощью методов технологического контроля высушенных форм и стержней.

Влияние сушки на качество форм и стержней. Основными факторами для установления режима сушки форм и стержней по скорости нагрева и температуре сушки являются природа связующего материала и сложность изделия.

Смеси на основе глины без добавки других связующих материалов термостойки и выдерживают высокотемпературные режимы сушки. Формы и стержни из этих смесей сушатся при высоких температурах - до 500 °С.

Смеси на жидком стекле при тепловой сушке в отличие от смесей на других связующих приобретают прочность при относительно высокой остаточной влажности. Известно, что при нагреве до 100 °C жидкое стекло теряет до 65 % влаги, при 200 °C испаряется около 93 % влаги. Полностью влага удаляется из жидкого стекла при 400 °С.

Уже при нагреве до 100 °C жидкостекольные смеси приобретают высокие прочностные свойства. Упрочнение смесей с жидким стеклом тепловой сушкой объясняется образованием высокопрочных силикатных пленок вокруг песчаного каркаса. Однако наряду с процессами упрочнения смесей под действием высоких температур из силикатных пленок начинает удаляться химически связанная вода, что сопровождается растрескиванием пленки связующего.

На рис. 7.90 показано изменение предела прочности на разрыв у смесей в зависимости от температуры нагрева. Следует отметить, что температура прогрева смеси даже в поверхностном слое формы и стержня может быть заметно меньше температуры сушильного агента, особенно в начальный период сушки.

Максимум прочности у жидкостекольных смесей разного состава на природном и обогащенном песках достигается при температуре до 150 °С, дальнейший нагрев снижает прочностные свойства смеси. Для повышения прочностных свойств смеси в ней увеличивают содержание жидкого стекла или применяют обогащенные кварцевые пески, содержащие меньше окислов железа и глинистой составляющей, подвергая термической обработке в диапазоне 100-200 °С. Увеличение температуры нагрева смеси до 250 °C и более не только существенно снижает ее прочностные свойства, но и практически обесценивает использование обогащенных песков и повышение процента содержания жидкого стекла в смеси. Уровень прочностных характеристик смесей 1-3 (см. рис. 7.90) при нагреве более 300 °C становится практически одинаковым.

Сушка жидкостекольных смесей, упрочненных химическими методами, - более сложный технологический процесс. При обработке жидкого стекла углекислым газом образуются гель кремниевой кислоты и карбонаты натрия. Прочность смеси начинает возрастать до того, как весь Na2O будет связан с CO2, поэтому в упрочненной смеси в зависимости от продолжительности контакта с CO2 остается часть неразложившегося жидкого стекла. Этим объясняются изменения прочности смеси, предварительно обработанной CO2, при последующей тепловой сушке (рис. 7.91). Чем меньше продолжительность контакта смеси с CO2, тем больше в ней остается свободного жидкого стекла и тем выше прочность смеси после дальнейшей тепловой сушки. Тепловая сушка после обработки CO2 более 15 мин снижает прочностные свойства смеси. При обработке форм углекислым газом трудно обеспечить требуемую толщину упрочненного слоя за оптимальную продолжительность контакта с CO2, поэтому во избежание потерь прочности форм и стержней, обработанных CO2, тепловую сушку проводят редко или ограничиваются кратковременной подсушкой противопригарных покрытий при 200-240 °С.

Смеси с жидким стеклом, содержащие двухкальциевый силикат, в том числе и жидкие самотвердеющие смеси, в процессе сушки даже при оптимальной температуре 220-250 °C теряют 20-30 % первоначальной прочности, что объясняется разрушением затвердевших пленок в результате удаления влаги. Повышение температуры сушки более 250 °C сопровождается снижением прочностных свойств во всем температурном диапазоне от 250 до 500 °С, поэтому стержни и формы из ЖСС сушатся при температуре не более 250 °C в течение 2-3 ч. Как отмечалось ранее, смеси с жидким стеклом, обработанные тепловым способом, в сравнении со смесями, обработанными химическими методами, имеют прочностные свойства в 7-8 раз выше. При сушке форм и стержней из жидкостекольных смесей, предварительно обработанных химическими методами, эта разница в прочностных свойствах становится 10-12-кратной.

В литейных цехах с целью сокращения цикла изготовления отливок проводят сушку при повышенных температурах (350-400 °С). При таких параметрах сушки формы и стержни имеют достаточно высокий уровень общей прочности в высушенном слое, но поверхностный слой, прогревающийся до температур, близких к температуре сушки, разупрочняется; появляется повышенная осыпаемость, приводящая к возникновению засоров в отливках. С повышением температуры сушки форм и стержней не только снижаются прочностные свойства, но и увеличиваются термические напряжения, что приводит к появлению на стержнях и формах трещин, сколов, а в ряде случаев наблюдаются отслоения высушенного слоя смеси. Жидкостекольные смеси, не упрочненные химическими способами, выдерживают высокие скорости нагрева и сушки. В настоящее время созданы установки для сушки форм в горячем газовом потоке, фильтрующемся через смесь, в которых процесс сушки форм из жидкостекольных смесей осуществляется за 2-10 мин, т. е. в сравнении с сушкой в омываемом потоке скорость сушки увеличена в 10-60 раз без снижения прочностных свойств высушенной смеси.

Оптимальные режимы сушки. Параметры процесса сушки зависят не только от технологии изготовления форм и стержней, сложности и массы отливок, но и от производственных условий, так как в цикле изготовления отливок операции сушки и охлаждения исходных формовочных материалов, форм и стержней составляют значительную долю. С целью ускорения процесса сушка форм и стержней часто проводится при температурах, превышающих оптимальные для связующих материалов, применяемых при изготовлении смесей. Помимо этого, толщина высушенного слоя смеси часто бывает на 20-30 % меньше требуемой.

В табл. 7.4 приведены оптимальные режимы сушки форм и стержней с различными связующими материалами и для сравнения указаны температурные режимы и продолжительность сушки в литейном производстве ПАО «Уралмашзавод». Видно, что максимальная температура сушки на 100—150 °C выше значений, оптимальных для получения у смесей максимальных прочностных свойств. Следует отметить, что приведенные режимы сушки отработаны применительно к конкретной номенклатуре отливок, составу смесей и способам формообразования. В других производственных условиях они могут изменяться. Однако для повышения качества отливок целесообразно максимально приближать режимы сушки к оптимальным.


Интенсификация процесса сушки форм и стержней. Как уже отмечалось, интенсивность сушки повышается с увеличением скорости и угла набегания потока сушильного агента. Например, замена продольного обтекания на перпендикулярное увеличивает теплообмен примерно вдвое. Однако повышение скорости движения всего газа требует увеличения расхода энергии. Отсюда становится очевидной целесообразность локальной подачи сушильного агента через специальные сопла или щели.

Второй путь интенсификации теплообмена - увеличение температуры сушильного агента tс. Обычно считают, что повышение температуры сушильного агента до 300-600 °C не влечет за собой резкого увеличения температуры поверхности материала tп в первый период сушки. В результате в этом периоде создается значительный перепад температур между средой и поверхностью, что обеспечивает интенсивную сушку. Однако это не всегда оправдывается, так как температура поверхности материала близка к температуре мокрого термометра только в случае сушки влажных материалов. Чрезмерно большая стартовая интенсивность подвода теплоты приводит к изменению температуры поверхности материала с самого начала процесса сушки. При этом возникает значительный перепад температур внутри материала. С увеличением интенсивности сушки перепад температур возрастает больше, чем интенсивность сушки. Этот перепад температур препятствует движению влаги к поверхности тела и одновременно снижает интенсивность теплообмена вследствие уменьшения разности температур среды и поверхности tс - tп.

Следовательно, режим сушки не должен быть постоянным на протяжении всего процесса сушки, а должен изменяться в соответствии с закономерностями переноса теплоты и влаги в данном материале. Осуществить переменный режим можно различными способами: подавать в отдельные зоны сушки теплоносители определенных параметров, применять комбинированные методы подвода теплоты (например, сочетать конвективный нагрев с инфракрасным или высокочастотным, конвективный с созданием разрежения и т. д.).

Использование продуктов сгорания топлива позволяет получить хорошие теплоэнергетические показатели. Однако не надо забывать, что сушка - это технологический процесс, в котором качество сушильного материала является основным показателем. Продукты сгорания топлива надо применять для сушки материалов, которые допускают высокие начальные перепады температуры.

Интенсификация процесса сушки связана и с применением автоматики, которая может быть надежно использована на сушильных установках периодического и непрерывного действия с изменяющимся режимом сушки.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: