Кафедра ливарного виробництва чорних та кольорових металів

Національний технічний університет України "КПІ ім. Ігоря Сікорського"

Українська (UA)Русский (RU)English (UK)Deutsch (DE)
FacebookTwitterGoogle+

158. Жалеть о сказанном мне приходилось, о несказанном – никогда. (Ксенократ)


Знайшли помилку в тексті? Виділіть текст, натисніть Shift+Enter і відправте нам повідомлення.

Федоров Микола Миколайович Формувальні суміші з комплексним зв’язувальним матеріалом на основі бентоніту костянтинівського родовища

Федоров Микола Миколайович Формувальні суміші з комплексним зв’язувальним матеріалом на основі бентоніту костянтинівського родовища. Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Робота виконана в Національному технічному університеті України «Київський політехнічний  інститут» на кафедрі ливарного виробництва чорних і кольорових металів.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Дорошенко Степан Пантелійович. Професор кафедри ливарного виробництва чорних і кольорових металів, Національний технічний університет України «КПІ».

Офіційні опоненти: - чл.-кор. НАН України, доктор технічних наук, професор Борисов Георгій Павлович. Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАНУ. Завідувач відділу механіки рідких і тверднучих сплавів.

кандидат технічних наук Андерсон Валерій Августович. ВАТ «КАМЕТ-ТАС». Завідувач відділу ливарного виробництва.

Провідна установа - Національна металургійна академія України, кафедра ливарного виробництва.

Актуальність теми. На сьогоднішній день одним з ефективних і поширених способів виробництва чавунних виливків є лиття в сирі піщано-бентонітові форми.
Останнім часом на українському ринку формувальних матеріалів намітилася тенден-ція до використання досить якісних, але і порівняно дорогих імпортних матеріалів типу компаундів для сирих піщано-бентонітових сумішей: Antrapur, Priocarbon, Policarbon (Німеччина) – компаунди на основі європейських Na-бентонітів з високою питомою міцністю і вуглецевмістними протипригарними матеріалами, що забезпечують формувальній суміші достатню міцність і пластичність, високу якість поверхні чавунних виливків.
З аналізу літературних даних можна зробити висновок, що вітчизняні виробники, ма-ючи величезну сировинну базу формувальних матеріалів на території України, не можуть запропонувати більш конкурентноздатних матеріалів. Тому на сьогоднішній день гостро постає проблема ефективного використання і підвищення якості українських бентонітових глин, які б не поступалися за своїми властивостями закордонним аналогам, розроблення на їхній основі спеціалізованих продуктів – компаундів, які б дозволили спростити технологічні процеси роботи з піщано-бентонітовими сумішами (ПБС) й забезпечити високу якість вили-вків. Отже вирішення цієї проблеми є завданням досить актуальним.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у рам-ках теми № 166 сумісно з ФТІМС НАН України (№ 1.6.5.536) «Розробка теоретичних та техно-логічних основ одержання виливків з керованими структурою і властивостями у ливарних формах з диференційованими теплофізичними характеристиками», яка виконувалась в 2004…2005 рр. згідно з розпорядженням Бюро ВФТПМ НАН України від 26.10.2004 р. (протокол № 17).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розроблення рецептури і технологій ви-робництва комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту, який має високу термічну стійкість, забезпечує необхідний комплекс технологічних властивостей формувальної суміші внаслідок його фізико-механічної активації добавками глинистих і вуглецевмістних матеріалів, виготовлення якісних виливків із чавуну без поверхневих дефектів.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

1. Визначити характеристики формувальних матеріалів (кварцових пісків і бентонітів), що добувають в Україні, з метою вибору найбільш технологічних за властивостями.
2. Дослідити вплив вуглецевмістних матеріалів на механічні, протипригарні і протиужиминні властивості сумішей та шорсткість поверхні чавунних виливків.
3. Вивчити зв’язувальні властивості бентонітових глин при температурах до 600 ºС (до температур втрати бентонітами зв’язувальної здатності) та встановити зв’язок термічної стійкості бентонітів з упорядкуванням їхньої кристалічної структури.
4. Дослідити зміну властивостей бентонітів під час сумішоприготування, встановити зв’язок швидкості підвищення міцності сумішей з термостійкістю й структурними особливостями бентонітів.
5. Дослідити вплив на підвищення міцності костянтинівського бентоніту в процесі сумішоприготування наступних факторів: хімічної активації Na2CO3; глинистих добавок, що відрізняються від костянтинівського бентоніту за своєю кристаломорфологією і додаються під час сумісного помелу з бентонітом.
6. Провести дослідження впливу продуктів термодеструкції різних марок кам’яновугільних порошків на властивості бентоніту та формувальної суміші.
7. Розробити оптимальний склад комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту, активованого глинистими добавками, який би мав високу термостійкість і достатньо високі показники міцності після короткого циклу сумішоприготування.
8. Розробити рецептуру, технологію виробництва, технологічні умови контролю вла-стивостей комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту; здійснити виготовлення дослідної партії зв’язувального матеріалу та його виробничі випробовування.

Об’єкт дослідження: процес розроблення комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту з вуглецевмістними і технологічними добавками для виробництва чавунних виливків з використанням сирих форм.

Предмет дослідження: фізико-механічні, хімічні та технологічні властивості бентонітових глин, вуглецевмістних матеріалів, технологічних добавок та піщано-бентонітових формувальних сумішей з ними.

Методи досліджень: Мета і поставлені в роботі задачі обумовили проведення наукових досліджень з використанням сучасних методів: рентгено-структурного, диференціально-термічного аналізів, растрової електронної мікроскопії та устаткування для визначення механічних і технологічних властивостей формувальних матеріалів та сумішей.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Вперше встановлено взаємозв'язок термостійкості бентонітів з упорядкованістю їх-ньої кристалічної структури, що підтверджено результатами рентгено-структурного і диференційно-термічного аналізів: костянтинівський бентоніт, який має більш структурно упоря-дкований монтморилоніт, має і більш високу термостійкість (0,8…0,9).
2. Експериментально доведено, що змішування бентонітів і глин різних родовищ, які відрізняються від костянтинівського бентоніту за своєю кристаломорфологією, дозволяє одержувати більш високі технологічні показники (міцність, текучість, формувальність) сумішей з бентонітовим зв’язувальним компонентом внаслідок підвищення рівня його диспер-гованості у порівнянні з бентонітом одного родовища. При цьому зменшується час перемі-шування (вдвічі) для приготування суміші з високими технологічними властивостями.
3. Встановлено, що найбільш позитивний вплив на підвищення міцності костянтинівського бентоніту П1Т1 справляють дашуківські бентоніт П1Т1 (15%) та палигорскіт (10%). Розроблено оптимальний склад комплексного бентонітового зв’язувального матеріалу, який забезпечує високі показники міцності суміші (до 0,110…0,115 МПа за ГОСТ 28177-89 та 0,092…0,096 МПа за методикою Р-69) і скорочує час сумішоприготування (вдвічі).
4. Вперше розроблена методика визначення впливу кам'яновугільних порошків на технологічні властивості бентоніту і сумішей під час спільного нагрівання до 600ºС. Розроб-лена методика дозволяє визначити оптимальний вид кам'яного вугілля і спрогнозувати зміну технологічних властивостей оборотної суміші в міру накопичення в ній продуктів деструкції вугілля.
5. Встановлено, що спільний помел костянтинівського бентоніту з кам'яним вугіллям забезпечує приріст його міцності на 10...23% (0,115…0,127 МПа) залежно від кількості вугіл-ля (5…20%), скорочення часу перемішування суміші (на 15...25%) до досягнення максимальної міцності.
6. На підставі теоретичних розробок і проведених експериментальних досліджень роз-роблено рецептуру і технологію виробництва комплексного зв’язувального матеріалу - бентоніту активованого комплексного (БАК) на основі костянтинівського бентоніту з активуючими добавками дашуківських глин і вуглецевмістних матеріалів.

Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи впроваджені на ВАТ «Завод обважнювачів» під час виробництва бентопорошків з підвищеними технологічними властивостями та виробництва комплексного зв’язувального матеріалу - БАК. Застосування БАК у ливарних цехах дозволяє значно підвищити якість чавунних виливків, які виготовляються з використанням різних способів формоутворення по-сирому, замінити більш дорогі (на 70...90%) закордонні комплексні зв’язувальні матеріали. Розроблені технологічні умови контролю властивостей БАК. Теоретичні положення та результати роботи пройшли дослід-но-промислову апробацію на підприємствах: ТОВ «Завод інженерних машин», м. Київ та КП «Київтрактородеталь», м. Київ.

Особистий внесок здобувача. Автору належать: обґрунтування мети, визначення ком-плексу фізико-механічних властивостей формувальних матеріалів і сумішей, оброблення результатів та їх аналіз, підготовка статей до друку, участь у виробництві дослідних зразків та їх виробничих випробовуваннях.
Постановка задач та обговорення результатів досліджень виконані спільно з науковим керівником і, частково, з співавторами статей. Автор є розробником комплексного зв’язувального матеріалу БАК і технології його виробництва в умовах ВАТ «Завод обваж-нювачів».

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 11 друкованих робіт, з яких 7 статей у наукових журналах, що входять до переліку ВАК України і тези 4 доповідей на науково-технічних конференціях.


Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, шести розділів, загальних висновків, переліку використаних джерел літератури із 132 найменувань, 6 додатків. Загальний об'єм дисертації складає 213 сторінок, у тому числі 94 рисунки, 43 таблиць. Основна частина дисертації складає 155 сторінок.

Автореферат дисертації

 

03056, м. Київ - 56, вул. Політехнічна 35, корпус 9, поверх 4. Тел.: +38(044)204-82-16. Кафедра ЛВЧКМ КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2010-2017©

Розробка: shevchuk.ua