Кафедра ливарного виробництва чорних та кольорових металів

Національний технічний університет України "КПІ ім. Ігоря Сікорського"

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

30. Мы столько можем, сколько знаем. Знание – сила. (Ф. Бекон)


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

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

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
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 тенденція 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 протипри-гарними матеріалами, що забезпечують формувальній суміші достатню міцність і пластичність, високу якість поверхні чавунних виливків.
З аналізу літературних даних можна зробити висновок, що вітчизняні виробники, маючи величезну сировинну базу формувальних матеріалів на території України, не можуть запропонува-ти 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 про-дуктів – компаундів, які б дозволили спростити технологічні процеси роботи з піщано-бентонітовими сумішами (ПБС) й забезпечити високу якість виливків. Отже вирішення цієї про-блеми є завданням досить актуальним.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у рамках те-ми № 166 сумісно з ФТІМС НАН України (№ 1.6.5.536) «Розробка теоретичних та технологічних ос-нов одержання виливків з керованими структурою і властивостями у ливарних формах з диференційо-ваними теплофізичними характеристиками», яка виконувалась в 2004…2005 рр. згідно з розпоряджен-ням Бюро ВФТПМ НАН України від 26.10.2004 р. (протокол № 17).
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розроблення рецептури і технологій виробниц-тва комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту, який має висо-ку термічну стійкість, забезпечує необхідний комплекс технологічних властивостей формувальної суміші внаслідок його фізико-механічної активації добавками глинистих і вуглецевмістних мате-ріалів, 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 проти-ужиминні властивості сумішей та шорсткість поверхні чавунних виливків.
3. Вивчити зв’язувальні властивості бентонітових глин при температурах до 600ºС (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 особли-востями 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 сумішоприго-тування.
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 випро-бовування.
Об’єкт дослідження: процес розроблення комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту з вуглецевмістними і технологічними добавками для виро-бництва 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 дослі-джень 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 їхньої кристалічної структури, що підтверджено результатами рентгено-структурного і диференційно-термічного аналізів: костянтинівський бентоніт, який має більш структурно упорядкований монт-морилоніт, має і більш високу термостійкість (0,8…0,9).
2. Експериментально доведено, що змішування бентонітів і глин різних родовищ, які відріз-няються від костянтинівського бентоніту за своєю кристаломорфологією, дозволяє одержувати більш високі технологічні показники (міцність, текучість, формувальність) сумішей з бентоніто-вим зв’язувальним компонентом внаслідок підвищення рівня його диспергованості у порівнянні з бентонітом одного родовища. При цьому зменшується час перемішування (вдвічі) для приготу-вання 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…0,115МПа за ГОСТ 28177-89 та 0,092…0,096МПа за мето-дикою Р-69) і скорочує час сумішоприготування (вдвічі).
4. Вперше розроблена методика визначення впливу кам'яновугільних порошків на техноло-гічні властивості бентоніту і сумішей під час спільного нагрівання до 600ºС. Розроблена методика дозволяє визначити оптимальний вид кам'яного вугілля і спрогнозувати зміну технологічних влас-тивостей оборотної суміші в міру накопичення в ній продуктів деструкції вугілля.
5. Встановлено, що спільний помел костянтинівського бентоніту з кам'яним вугіллям забез-печує приріст його міцності на 10...23% (0,115…0,127МПа) залежно від кількості вугілля (5…20%), скорочення часу перемішування суміші (на 15...25%) до досягнення максимальної міц-ності.
6. На підставі теоретичних розробок і проведених експериментальних досліджень розроб-лено рецептуру і технологію виробництва комплексного зв’язувального матеріалу - бентоніту ак-тивованого комплексного (БАК) на основі костянтинівського бентоніту з активуючими добавками дашуківських глин і вуглецевмістних матеріалів.
Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи впроваджені на ВАТ «За-вод обважнювачів» під час виробництва бентопорошків з підвищеними технологічними властиво-стями та виробництва комплексного зв’язувального матеріалу - БАК. Застосування БАК у ливар-них цехах дозволяє значно підвищити якість чавунних виливків, які виготовляються з використан-ням 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 дослідно-промислову апробацію на підпри-ємствах: ТОВ «Завод інженерних машин», м. Київ та КП «Київтрактородеталь», м. Київ.
Особистий внесок здобувача. Автору належать: обґрунтування мети, визначення комплексу фізико-механічних властивостей формувальних матеріалів і сумішей, оброблення результатів та їх аналіз, підготовка статей до друку, участь у виробництві дослідних зразків та їх виробничих ви-пробовуваннях.
Постановка задач та обговорення результатів досліджень виконані спільно з науковим кері-вником і, частково, з співавторами статей. Автор є розробником комплексного зв’язувального ма-теріалу БАК і технології його виробництва в умовах ВАТ «Завод обважнювачів».
Апробація роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на семінарах і науково-технічних конференціях:
Международный научно-технический конгресс «Литейное производство на рубеже столе-тий», Киев, ФТИМС НАН Украины, 2-6 июня 2003 г.
Научный семинар «Литье в песчаные формы», IV Международная выставка «Литейное де-ло-2004 (Исходные материалы, технологии, оборудование, готовая продукция)», Санкт-Петербург, ЗАО «УНИРЕП-СЕРВИС», 13-16 марта 2004 г.
International conference «Casting defects caused by moldings materials», Brno, Czekh, SAND TEAM, 17-20 November 2004 year.
Международный научно-технический конгресс «Литейное производство: высокока- чественные отливки на основе эффективных технологий», Киев, ФТИМС НАН Украины,        2-4 июня 2004 г.
Всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 90-летию со дня рождения выдающегося ученого-литейщика, профессора, доктора технических наук Бориса      Борисовича Гуляева «Литейное производство сегодня и завтра», Санкт-Петербург, СПбГПУ, 22-24 июня 2004 г.
    VIII Международная конференция «Пути повышения качества и экономичности литейных процессов», Одесса, ОГПУ, 10-12 сентября 2004 г.
Науково-технічна конференція, присвячена 60-річчю інженерно-фізичного факультету, Ки-їв, НТУУ «КПІ» ІФФ, 14-15 жовтня 2004 р.
Международная научно-практическая выставка-конференция «Литье. Металлообработка 2005», Запорожье, Запорожская торгово-промышленная палата, 16-18 марта 2005 г.
Международный научно-технический конгресс «Экономичный путь к высококачественному литью», Запорожье, ООО «НПО ЛИДЕР-К», ФТИМС НАН Украины, 4-6 июня   2005 г.
Міжнародна науково-технічна конференція «Важке машинобудування. Проблеми та перс-пективи розвитку», Краматорськ, ДДМА, 31 травня - 3 червня 2005р.
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, загаль-них висновків, переліку використаних джерел літератури із 132 найменувань, 6 додатків. Загаль-ний об'єм дисертації складає 213 сторінок, у тому числі 94 рисунки, 43 таблиць.        Основна час-тина дисертації складає 155 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі дослі-дження, наведені основні наукові результати роботи, відзначена їх новизна та практичне значення, а також зв’язок роботи з науковими темами, особистий внесок здобувача і апробація результатів роботи.
У першому розділі «Стан питання та постановка завдання досліджень» проаналізовано нау-кову літературу щодо сучасного стану технологій формування по-сирому, технологічних власти-востей піщано-бентонітових формувальних сумішей, компаундів на основі бентоніту. Наведені характеристики бентонітових глин, що добуваються в Україні, а також протипригарних вуглецев-містних матеріалів. Визначені вимоги, які пред’являються до вуглеце-вмістних матеріалів при за-стосуванні їх у складі формувальних сумішей для виготовлення якісних виливків із чавуну без пригару і поверхневих дефектів. Розглянуто теорію протипригарної дії вуглецевмістних матеріа-лів, яка базується на захисній дії піровуглецю.
Показано, що на сьогоднішній день відомо багато запатентованих складів сумішей і проти-пригарних добавок, але останні не забезпечують підвищення якості бентоніту: більшу частину та-ких комплексних добавок використовують у складі глинистих суспензій, в той же час використан-ня бентоніту у порошкоподібному стані є більш технологічним і економічно доцільним, у порів-нянні з бентонітовими суспензіями.
Показано, що в Європі при виробництві бентонітових зв’язувальних компонентів застосо-вують змішування глин різних родовищ, які відрізняються за своєю кристаломорфологією, що до-зволяє отримати бентопорошки з більш високими технологічними властивостями, але в Україні такі технології ще не використовують. Це визначає доцільність використання бентонітових глин українських родовищ для розроблення на їхній основі комплексних зв’язувальних матеріалів, які забезпечували б підвищення технологічних властивостей сумішей, високу якість виливків і, одно-часно, були б дешевшими від закордонних аналогів.
На підставі критичного аналізу науково-технічної літератури сформульована мета і основні напрямки досліджень для її досягнення.
У другому розділі «Методика досліджень» описані матеріали, устаткування і методи визна-чення властивостей формувальних матеріалів, вуглецевмістних добавок та формувальних сумі-шей.
Технологічні властивості бентонітів визначали згідно з ГОСТ 28177-89 і за методикою ні-мецького товариства ливарників, які відрізняються умовами приготування сумішей.
Технологічні властивості формувальних сумішей (ущільненість, формувальність, текучість, обсипальність, міцність) визначали за методикою, викладеною в ГОСТ 23409-78.
Поверхневі властивості кварцових пісків визначали так: водопоглинальну здатність - за до-помогою центрифуги ЦЛК-1, питому поверхню - з використанням поверхньоміру Т-3, мікроскопі-чні дослідження здійснювали за допомогою растрового електронного мікроскопу ZEISS DSM-960.
Для визначення властивостей бентонітів застосовували диференційно-термічний аналіз з використанням деріватографа Q-1500D та рентгеноструктурний аналіз.
Схильність формувальних сумішей до утворення ужимин визначали за допомогою техноло-гічної проби - плити розмірами 250 х 200 х 20мм.
Для визначення виходу піровуглецю та коксового залишку з вуглецевмістних матеріалів за-стосовували спеціальні кварцові трубку і реторту. Наважку матеріалу у реторті разом з приєдна-ною до неї трубкою, набитою кварцовою ватою, прожарювали у муфельній печі при 900±20°С з витримкою 30хв. Вихід піровуглецю визначали за збільшенням маси трубки з кварцовою ватою, на якій осів піровуглець.
Оцінку шорсткості поверхні чавунних виливків здійснювали за допомогою технологічної проби-виливка, яка має різні товщини стінок (5, 10, 15, 20, 30, 40мм). Внутрішню порожнину ви-ливка виконували стрижнем, виготовленим з дослідної суміші. Після заливання форми сірим ча-вуном при температурі 1400±20С, охолодження виливка у формі, вибивання й очищення, визна-чали шорсткість стінок з внутрішньої сторони виливка методом порівняння з еталонними поверх-нями (ГОСТ 2789-73).
Для визначення впливу кам’яновугільних порошків на технологічні властивості бентоніту під час нагрівання використовували розроблену методику спільного термооброблення суміші бен-тоніту з кам’яновугільним порошком у пропорції 5:2 при градієнті температур 250...600°С з пода-льшим приготуванням формувальної суміші з цим компонентом (7%) і визначенням її властивос-тей.
Для визначення впливу фізико-механічної активації костянтинівського бентоніту добавками глин, які відрізняються від нього своєю кристаломорфологією, здійснювали спільний помел у кульовому млині (час помелу 20 хв.) костянтинівського бентоніту з глинистими добавками у спів-відношенні (бентоніт/добавка), % - 95/5; 90/10; 85/15, після чого приготовляли формувальну суміш наступного складу: 5 % комплексного бентоніту (із добавками глин), 95 % старовіровського квар-цового піску 2К1О1025. Сухі компоненти суміші завантажували в змішувач і перемішували протя-гом 2 хв., потім суміш зволожували – 65 мл на 3 кг сухих матеріалів і здійснювали подальше пе-ремішування протягом 4 хв. в змішувачі із закритою кришкою, після чого, продовжуючи перемі-шування при знятій кришці змішувача, з інтервалом 3 хв. визначали міцність суміші на стиск.
У третьому розділі «Властивості формувальних матеріалів, вплив вуглецевмістних доба-вок на технологічні властивості суміші» викладені основні результати досліджень технологічних властивостей формувальних пісків і бентонітових глин, які добуваються в Україні, а також експе-риментальні дані щодо впливу вуглецевмістних добавок на механічні і протипригарні властивості піщано-бентонітових сумішей (ПБС).
Встановлено, що текучість, формувальність, ущільненість (при оптимальній вологості су-міші з костянтинівським бентонітом – 2,8…3,1%), міцність на стиск у вологому стані ПБС з різ-ними пісками при однаковому бентоніті практично не розрізняються. Проте, за інших рівних умов, міцність при розриванні у зоні конденсації вологи суміші на основі оріхівського піску з активова-ним бентонітом значно менша (0,0018...0,0020МПа), ніж сумішей на основі інших пісків (0,0030...0,0045МПа).
Технологічні проби на ужимини, виготовлені із застосуванням оріхівського кварцового піску, мали значну кількість цього дефекту, тоді як на технологічних пробах, виготовлених з інших кварцових пісків (старовірівського, вільногірського, дніпровського) ці дефекти були відсутні.
Це обумовлено різними поверхневими властивостями пісків. Так, визначення водопоглинальної здатності пісків за методикою центрифугування зволоженого піску показало, що для оріхівського піску водопоглинальна здатність становить 4,3%, тоді як для старовірівського, вільногірського, дніпровського пісків значення цього параметра знаходиться у межах 2,7...3,0%.
Дослідження пісків під растровим мікроскопом показало, що зерна оріхівського піску ма-ють більш пористу поверхню, ніж зерна пісків з інших родовищ. Питома поверхня оріхівського піску значно вища (5,1•103см2/г) у порівнянні з іншими пісками (3,6...3,9•103см2/г).
Таким чином встановлено, що імовірність утворення поверхневих дефектів на виливках, які виготовляють з використанням сирих піщано-бентонітових форм, крім інших факторів, залежить і від поверхневих властивостей пісків, застосовуваних у їхньому складі. Цю залежність можна кіль-кісно оцінити за водопоглинальною здатністю. З пісків українських родовищ найбільшу водопог-линальну здатність має оріхівський пісок. Тому для виробництва виливків, до яких пред'являють особливі вимоги щодо забезпечення якісної і бездефектної поверхні, цей пісок необхідно заміняти на старовірівський, вільногірський або дніпровський піски.
З українських бентонітів як зв’язувальні матеріали для ПБС можна застосовувати як дашу-ківський, так і костянтинівський, які забезпечують міцність суміші на рівні, необхідному для сучасних методів формоутворення (міцність на стиск у вологому стані 0,120...0,180МПа, міцність при розриванні в зоні конденсації вологи 0,0025...0,0030МПа) при порівняно невеликій витраті бентоніту (6...8%). Досліджені бентоніти можуть бути узяті за основу для розроблення комплексних зв’язувальних матеріалів, подібних до Antrapur.
Встановлено, що дашуківський бентоніт є більш вологовмістним, тому для забезпечення оптимальних технологічних властивостей формувальної суміші з цим бентонітом потрібна більша кількість води у порівнянні з костянтинівським. Так, для суміші з дашуківським бентонітом опти-мальним вологовмістом є 3,2...3,6%, для суміші з костянтинівським - 2,8...3,1%. Костянтинівський бентоніт потребує більшого часу для поглинання води (досягнення максимальної міцності) під час перемішування суміші, тому за умов однакової кількості води у суміші (2,8%) костянтинівський бентоніт забезпечує менші значення формувальності і текучості суміші.
З метою вибору оптимальних за властивостями вуглецевмістних матеріалів – утворювачів піровуглецю - досліджені закономірності їх впливу на механічні і протипригарні властивості ПБС: кам'яновугільного порошку марки «Г» з низьким вмістом сірки і золи та достатнім виходом летких речовин; кам'яновугільного пеку, графіту, технічного вуглецю і полістиролів.
Досліджені матеріали суттєво впливають на показники формувальності і текучості сумішей (рис. 1). Наявність у ПБС вуглецевмістних матеріалів знижує ущільненість і підвищує формуваль-ність і текучість. Це обумовлено тим, що застосовувані вуглецевмістні матеріали є порошками з більшою питомою поверхнею, у порівнянні з кварцовими пісками, а, отже, мають більшу водопог-линальну здатність. Такі добавки вносять певний дисбаланс води в потрійній системі пісок-бентоніт-вода. Чим менше в цій системі вільної (слабкозв'язаної) води, тим менша ущільненість суміші. Отже, такі важливі технологічні властивості ПБС як ущільненість, формувальність та те-кучість можна регулювати додаванням певної кількості тих або інших вуглецевмістних добавок.
Чим більша питома поверхня матеріалу, тим більшу кількість води він поглинає своєю по-верхнею, тим більший його вплив на пластичні властивості суміші.
Недоліком застосування твердих вуглецевмістних матеріалів у складі сирих ПБС є знижен-ня поверхневої міцності сумішей (обсипальність сумішей підвищується до 2...5% при необхідній (2…4%) для усунення пригару кількості вуглецевмістних матеріалів), що обмежує діапазон конце-нтрацій протипригарних речовин у сумішах або вимагає використання інших технологічних доба-вок.
Встановлено, що комплекс фізико-механічних властивостей суміші із павлоградським ка-м'яновугільним концентратом марки «Г» відповідає вимогам, які пред’являються до властивостей сумішей такого класу, за винятком обсипальності, а також забезпечує достатню якість поверхні чавунних виливків при вмісті вугільного порошку 4...6%: шорсткість поверхні - 3,2...6,3мкм для виливків з товщиною стінок 5...20мм і 6,3...12,5мкм з товщиною стінок 30...40мм.
Найбільший протипригарний ефект надає полістирол, який має максимальний вихід піро-вуглецю серед досліджених матеріалів (табл. 1). Наступним за ефективністю протипригарної дії є кам’яновугільний пек, який у кількості 2% забезпечує низьку шорсткість поверхні виливка: 3,2мкм (5...10мм); 3,2...6,3мкм (10...20мм); 6,3...12,5мкм (30...40мм).

Рис. 1. Формувальність (а) і текучість (б) ПБС залежно від вмісту в ній вуглецевмістних ма-теріалів: 1 - кам'яновугільний пек; 2 - графіт; 3 – полістирол ПСС; 4 – полістирол ПСВ-6;         5 - технічний вуглець

Досліджено вплив добавок ЕКР (екструзійних крохмаль-реагентів) на технологічні власти-вості ПБС. Показано, що ЕКР як вітчизняного, так і російського виробництва, в кількості 0,3...0,4% забезпечують: водостабілізувальний ефект внаслідок стабілізації ущільненості; підви-щення формувальності і текучості; зниження обсипальності; підвищення міцності на стиск у воло-гому стані і при розриванні в зоні конденсації вологи. З метою підвищення технологічних власти-востей ПБС найбільш доцільним є застосування уманського крохмаліту (0,3...0,4%), тому що ця добавка вигідно відрізняється від інших досліджених аналогів більшим ступенем здрібнювання, через що забезпечуються більш високі технологічні властивості суміші.


Таблиця 1 Визначення виходу піровуглецю і коксового залишку з вуглецевмістних ма-теріалів

Показана доцільність використання в складі ПБС добавок ПАР типу сульфонолу в кількості 0,05...0,10% (кількість ПАР обмежена можливістю утворення піни), який забезпечує покращання пластичних властивостей суміші – формувальності і текучості.
В четвертому розділі «Підвищення міцності костянтинівського бентоніту» визначені струк-турні і технологічні властивості костянтинівського і дашуківського бентонітів; проведені дослі-дження з метою підвищення міцності і, одночасно, скорочення часу перемішування формувальних сумішей з костянтинівським бентонітом, що повільно засвоює воду в процесі сумішоприготуван-ня, але має більшу термостійкість; розроблено склад комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту і добавок дашуківських глин, які структурно відрізняються від бентоніту.
Встановлено, що костянтинівський бентоніт має вищу термостійкість (0,80...0,90) у порів-нянні з дашуківським (0,70...0,75), що зумовлює його менші витрати на 15...20% як освіжаючої до-бавки в сумішах із значною кількістю оборотних формувальних сумішей.
З використанням диференціально-термічного аналізу встановлено (рис. 2), що костянтинів-ський бентоніт втрачає кристалогідратну воду при температурі 526ºС, а дашуківський -при 490ºС, що і обумовлює більш високу термостійкість костянтинівського бентоніту.
Визначення термостійкості бентонітів при різних температурах оброблення (рис. 3) пока-зує, що при температурі 400ºС термостійкість костянтинівського бентоніту вища на    0,05од. від дашуківського, при 500ºС ця різниця складає майже 0,20од., а при 600ºС - 0,30од.

Рис. 2. Диференціально-термічний аналіз бентонітів: 1 – дашуківський, 2 – костянтинівсь-кий
Рис. 3. Термостійкість бентонітів        залежно від температури нагрівання: 1 – кос-тянтинівський; 2 – дашуківський


На рентгенограмах бентонітів перший пік відповідає монтморилоніту (рис.4). Форма цього піку для різних бентонітів різна. Так, для дашуківського бентоніту (рис. 4, а) висота піку набагато менша, а основа більш розширена і розмита, що свідчить про меншу упорядкованість і більшу дефектність монтморилоніту дашуківського бентоніту. Для костянтинівського бентоніту (рис. 4, б) спостерігається вища чіткість основи піка монтморилоніту і його більша висота, що свідчить про наявність більш структурно упорядкованого монтморилоніту у його складі.


Рис. 4. Рентгено-структурний аналіз дашуківського (а) і костянтинівського (б) бентонітів

Показано, що ГОСТ 28177-89 не повною мірою характеризує властивості бентоніту, важли-ві для його використання на автоматичних формувальних лініях. Це відноситься в першу чергу до методики визначення його міцності на стиск у вологому стані і вимагає її перегляду з метою наближення результатів визначення властивостей до реальних умов роботи бентоніту. Більш близь-ким до реальних умов роботи бентоніту є порядок підготовки суміші, регламентований методикою німецького товариства ливарників VDG-Merkblatt P-69. Однак, костянтинівський бентоніт за ре-зультатами визначень згідно з методикою Р-69, яка            регламентує короткий час перемішуван-ня суміші (6 хв.), показує низькі значення міцності через особливості своєї структури, що обумов-лює низьку швидкість поглинання води.
Встановлено, що міцність ПБС з різними бентонітами при перших 6 хв. перемішування в змішувачі істотно розрізняється. Максимальну міцність (МПа) дає болгарський - 0,092 і німецький 0,090 бентоніти; трохи нижчу міцність - дашуківський і польський – 0,080; грецький – 0,077 і зака-рпатський – 0,075; мінімальну міцність дає костянтинівський бентоніт – 0,050. Після перших 6 хв. перемішування в змішувачі міцність суміші на стиск у вологому стані з костянтинівським бентоні-том на 40% менша, ніж з дашуківським.
Співставлення цих даних дозволяє зробити висновок, що час досягнення ПБС максимальної міцності залежить, в основному, від особливостей кристалічної структури монтморилоніту. Кос-тянтинівський бентоніт, який має, у порівнянні з дашуківським, більш упорядковану і менш дефе-ктну кристалічну ґратку, в процесі сумішоприготування повільно набирає міцність, а тому необ-хідний додатковий час для забезпечення необхідного рівня міцності суміші.
Визначено, що для костянтинівського бентоніту активація кальцинованою содою є додат-ковим чинником зниження швидкості набору міцності в процесі сумішоприготування, тому для хімічної активації бентоніту встановлена оптимальна кількість кальцинованої соди – не більш 4%.
Експериментально доведено, що змішуванням бентонітових глин і інших глинистих міне-ралів різних родовищ можна досягти більш високих технологічних показників бентонітового зв’язувального компонента, у порівнянні з виробництвом його із сировини одного родовища. При цьому підвищується міцність і одночасно зменшується час перемішування суміші до досягнення необхідної міцності.
Пояснити це можна тим, що глина являє собою породу, яка складається з дрібних криста-лів, морфологія яких різна для глин різних родовищ. При тонкому помелі суміші глин з різною кристаломорфологією відбувається більш ефективне диспергування костянтинівського бентоніту.
Встановлено, що найбільш позитивний вплив на стабілізацію міцності костянтинівського бентоніту забезпечують дашуківські бентоніт і палигорскіт (рис. 5). Розроблено оптимальний склад комплексного бентопорошку: 75% костянтинівського бентоніту П1Т1(А), 15% дашуківсько-го бентоніту П1Т1, 10% дашуківського палигорскіту, який забезпечує високу міцність суміші як за ГОСТ 28177-89, так і за методикою Р-69 (табл. 2) і який вимагає порівняно менших витрат часу на процес сумішоприготування.
Методами математичного моделювання визначені рівняння регресії, які дозволяють вста-новити зміну технологічних властивостей комплексного бентонітового зв’язувального матеріалу з добавками дашуківських глин залежно від їх кількості.
В умовах ВАТ «Завод обважнювачів» виготовлена дослідна партія комплексного бентопо-рошку розробленого складу. Встановлено, що формувальна суміш з розробленим комплексним бентопорошком із суміші глин різних родовищ має високий рівень технологічних властивостей: міцність на стиск у вологому стані за ГОСТ 28177-89 – 0,110...0,114МПа, за методикою Р-69 – 0,092...0,096МПа; формувальність – 58...67%; текучість 55...60%; термостійкість – 0,85.

Рис. 5. Залежність міцності на стиск у вологому стані суміші з костянтинівським бентоні-том у комбінації з дашуківським бентонітом (а) з дашуківським палигорскітом (б) від часу пере-мішування в змішувачі після добавок до бентоніту, %: 1 – без добавки; 2 – 5; 3 – 10; 4 – 15


Таблиця 2 Вплив глинистих добавок на властивості костянтинівського бентоніту

Запропонована рецептура комплексного бентопорошку прийнята за основу для розроблен-ня комплексного зв’язувального матеріалу з вуглецевмістними протипригарними добавками. Важ-ливою перевагою комплексного бентопорошку є відповідність його європейським стандартам бентонітових глин, що розширює можливості його використання.
В п’ятому розділі «Вплив кам'яновугільних порошків на технологічні властивості сумішей при нагріванні» вивчено вплив кам’яновугільних порошків (КП) на властивості сумішей.
До КП, які застосовують у ливарному виробництві як технологічні добавки, пред'являють наступні загальноприйняті вимоги: вихід піровуглецю (8...10%); вихід летких (30...45%); вміст зо-ли (<10%); вміст сірки (<1%). Але ці вимоги не враховують вплив КП на властивості ПБС після заливання металу у форму. У формувальній суміші в процесі багаторазового циклу обертання й освіження накопичуються як тверді, так і рідкі продукти             деструкції КП, які скондесувалися з газової фази і які справляють різний вплив на техно-логічні властивості сумішей: одні властиво-сті (формувальність, текучість) підвищуються, інші (поверхнева міцність, міцність на стиск та при розриванні в зоні конденсації вологи), навпаки, погіршуються.
Досліджені жирні, коксувальні, газові та довгополум’яні газові кам’яновугільні порошки виробництва збагачувальних фабрик: Кемеровської, Жильовської, Кураховської, Чумаківської, Павлоградської.
Розроблена методика визначення впливу кам'яновугільних порошків на пластичні власти-вості бентоніту і ПБС при їхньому спільному нагріванні до 600ºС. Дана методика дозволяє вибра-ти оптимальний вид кам'яного вугілля і спрогнозувати зміну технологічних властивостей оборот-ної суміші в міру накопичення в ній продуктів деструкції кам'яновугільних порошків.
Встановлено, що для використання як технологічної добавки в ПБС мо-жна застосовувати ті різновиди кам'яновугільних порошків, які забезпечують за результатами визначень з допомогою розробленої методики приріст текучос-ті суміші не менш 10%. У цьому випадку негативний вплив вугілля на інші властивості суміші (зниження міцності, підвищення обсипальності) буде незна-чним.
З досліджених видів кам'яновугільних порошків найбільш оптимальними є російські - кемеровський (жирний) і жильовський (суміш жирного і коксува-льного вугілля), які виявляють максимальний пластифікуючий ефект (приріст текучості складає: 17 і 12% відповідно). З українських кам'яновугільних поро-шків практичний інтерес представляє павлоградське газове вугілля (приріст текучості - 11%).
Оскільки з досліджених видів кам'яновугільних порошків кемеровське вугілля найбільш позитивно впливає на властивості ПБС - забезпечує макси-мальний пластифікуючий ефект після спільного термооброблення з бентоні-том, мінімальний дезактивуючий вплив на бентоніт при спільному нагріванні, має максимальний вихід блискучого вуглецю (9,5%), тому він рекомендований як протипригарна і протиужиминна добавка у складі комплексного зв’язувального матеріалу.
В шостому розділі «Розроблення комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівського бентоніту» розроблена рецептура комплексного зв’язувального матеріалу на основі термостійкого костянтинівського бентоніту – БАК (бенто-ніт активований комплексний). До складу БАК входять (табл. 3): активуючі глинисті добавки дашуківського родовища, які забезпечують механічну акти-вацію костянтинівського бентоніту в процесі спільного помелу, що дозволяє підвищити його міцність (до 0,110…0,115МПа за ГОСТ 28177-89 та 0,092…0,096МПа за методикою Р-69), кемеровське кам'яне вугілля, яке також забезпечує диспергуючу дію на бентоніт у процесі їхнього спільного помелу, а також протипригарні, протиужиминні і пластифікуючі властивості у складі формувальної суміші, кам'яновугільний пек – основне джерело блискучого ву-глецю, уманьский крохмаліт, що забезпечує підвищення технологічних власти-востей суміші внаслідок стабілізації її вологості.

Таблиця 3 Склад комплексного зв’язувального матеріалу на основі костянтинівсь-кого бентоніту

Обґрунтовано вибір способу виробництва БАК – спільний помел глинистої основи з кам'я-ним вугіллям, що забезпечує приріст питомої міцності костянтинівського бентоніту на 10...23% (0,115…0,127МПа) залежно від вмісту вугілля (5…20%), скорочення часу перемішування суміші до досягнення максимальної міцності, що пояснюється процесами механічної активації костянти-нівського бентоніту і підвищенням рівня його диспергованості в процесі спільного помелу з вугіл-лям (при тонкому помелі вугілля чинить розклинювальну дію на часточки бентоніту внаслідок чо-го він стає дисперснішим).
Розроблено технологію виробництва БАК в умовах підприємства-виробника –        ВАТ «Завод обважнювачів», яка полягає в спільному помелі всіх, попередньо підготовлених компонен-тів БАК у ролико-маятниковому млині, що забезпечує однорідне перемішування компонентів БАК і тонке їх диспергування.
Розроблено технологічні умови контролю властивостей БАК, які є обов'язковими для вико-нання як на виробництві в умовах ВАТ «Завод обважнювачів» - для контролю технологічного процесу виробництва БАК і його сертифікації як кінцевого продукту, так і в умовах лабораторій формувальних матеріалів – на ливарних підприємствах - споживачах БАК.      Розроблені технічні умови вхідного контролю властивостей компонентів БАК.
Відповідно до розробленої рецептури, технології виробництва, технологічних умов контро-лю властивостей на ВАТ «Завод обважнювачів» виготовлено дослідну партію БАК у кількості 60 т (табл. 4).
Здійснено виробничі випробовування дослідної партії БАК на ТОВ «Завод інженерних ма-шин» і КП «Київтрактордеталь». Результати успішних виробничих випробовувань БАК дозволя-ють констатувати, що даний продукт є гідною вітчизняною альтернативою німецькому комплекс-ному зв’язувальному матеріалу Antrapur.

Таблиця 4 Властивості дослідної партії комплексного зв’язувального матеріалу БАК
Економічний ефект після впровадження БАК у виробництво в умовах КП «Київтракторде-таль», замість Antrapur, складає 810 грн. за тонну матеріалу.

ВИСНОВКИ
1. Показано, що формування по-сирому з використанням бентонітів як зв’язувальних ком-понентів і вуглецевмістних протипригарних матеріалів дозволяє виготовляти якісні виливки із ча-вуну з товщинами стінок до 30мм без пригару і поверхневих дефектів. Бентонітові глини забезпе-чують формувальним сумішам високий рівень міцності і пластичності, завдяки чому вони при-ймають необхідну форму при різних способах формоутворення. Виробництво виливків з викорис-танням сирих форм, у порівнянні з іншими видами лиття, є універсальним і охоплює різні методи формоутворення (ручний, машинний, автоматичний), є економічно вигідним (оборотні суміші легко відновлюються при відносно низьких витратах енергії і з використанням нескладного устат-кування), а матеріали, які при цьому застосовують, є дешевими і недефіцитними.
2. Встановлено, що імовірність утворення поверхневих дефектів на виливках, які виготов-ляють у сирих піщано-бентонітових формах, кількісно можна оцінити через водопоглинальну зда-тність пісків: чим більша водопоглинальна здатність, тим менша міцність суміші у зоні конденса-ції вологи, тим більша імовірність утворення на виливках ужимин і інших дефектів.
3. Дослідженнями впливу вуглецевмістних і активуючих добавок на технологічні властиво-сті піщано-бентонітових сумішей установлені закономірності підвищення їх міцності і пластично-сті. Встановлені граничні межі концентрацій вуглецевмістних добавок, які забезпечують оптима-льний рівень механічних властивостей формувальних сумішей (формувальність і текучість на рів-ні 60…70%, міцність на стиск >0,10МПа, міцність в зоні конденсації вологи не менше 0,0025МПа при вологості суміші 2,9…3,3%) і виготовлення виливків без пригару і ужимин та з низькою шор-сткістю поверхні (3,2…12,5мкм залежно від товщини стінки литої деталі).
4. Методами рентгеноструктурного і диференціально-термічного аналізів встановлено вза-ємозв'язок термостійкості бентонітів з упорядкованістю їхньої структури і ступенем дефектності кристалічної ґратки: бентоніти, які мають структурно упорядкованіший монтморилоніт, мають ви-соку термостійкість. Встановлено, що з бентонітів, які виробляють в Україні, найбільш термостій-ким є костянтинівський (0,80...0,90 од.).
5. Встановлено, що костянтинівський бентоніт, як більш термостійкий внаслідок більшої структурної упорядкованості, повільніше поглинає вологу в процесі сумішоприготування, що по-требує збільшення тривалості перемішування суміші з таким бентонітом для одержання необхід-ної міцності.
6. Вперше експериментально доведено, що змішування бентонітових глин і інших глинис-тих мінералів різних родовищ, які відрізняються від костянтинівського бентоніту за своєю криста-лічною структурою, сприяє одержанню більш високих технологічних показників бентонітового зв’язувального матеріалу у порівнянні з його виробництвом із сировини одного родовища.
7. Встановлено, що найбільш позитивний вплив на підвищення міцності костянтинівського бентоніту справляють дашуківські бентонітова глина і палигорскіт. Розроблено оптимальний склад комплексного бентонітового зв’язувального матеріалу, який забезпечує високі показники міцності суміші (як підтверджено ГОСТ 28177-89 - 0,110…0,115МПа, так і методикою Р-69 - 0,092…0,096МПа) та менші витрати часу для сумішоприготування якісної суміші: 75% костянти-нівського бентоніту П1Т1(А), 15% дашуківського бентоніту П1Т1,        10% дашуківського палиго-рскіту.
8. Вперше розроблена методика визначення впливу кам'яновугільних порошків на техноло-гічні властивості бентоніту і сумішей, головним чином на текучість, при їхньому спільному нагрі-ванні до 600ºС. Розроблена методика дозволяє вибрати оптимальний вид кам'яновугільного поро-шку з урахуванням впливу продуктів його термодеструкції на властивості ПБС і спрогнозувати зміну технологічних властивостей оборотної суміші в міру накопичення в ній продуктів деструкції вугілля. Для застосування як протипригарної добавки в ПБС рекомендовані жирні, коксувальні і газові марки кам'яновугільних порошків, які забезпечують приріст текучості суміші не менше 10%.
9. Встановлено, що спільний помел бентоніту з кам'яним вугіллям забезпечує приріст міц-ності бентоніту на стиск у вологому стані на 10...23%, скорочення часу перемішування суміші (на 30...40%) до досягнення максимальної її міцності внаслідок підвищення рівня диспергованості бе-нтоніту в процесі спільного помелу з вугіллям. Цей варіант оброблення бентоніту кам’яним вугіл-лям закладений в основу способу виробництва комплексного зв’язувального  матеріалу на основі костянтинівського бентоніту з вуглецевмістними матеріалами.
10. На підставі теоретичних розробок і проведених експериментальних досліджень запро-поновані рецептура і технологія виробництва комплексного зв’язувального матеріалу – бентоніту активованого комплексного (БАК) на основі костянтинівського бентоніту з активуючими добав-ками дашуківських глин і вуглецевмістних матеріалів. Технологія виробництва полягає в спільно-му помелі всіх, попередньо підготовлених компонентів у ролико-маятниковому млині, який забез-печує однорідне перемішування вихідних компонентів БАК і тонке диспергування костянтинівсь-кого бентоніту. Розроблені технологічні умови контролю властивостей БАК і апробовані під час його виробництва в умовах ВАТ «Завод обважнювачів». Промислові випробування БАК на ТОВ «Завод інженерних машин», м. Київ і КП «Київтрактородеталь», м. Київ, підтвердили перспектив-ність використання у ливарних цехах нового зв’язувального матеріалу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В ТАКИХ ПРАЦЯХ

1. Макаревич А.П., Федоров Н.Н. Технологические свойства смесей для формовки по-сырому с украинскими бентонитами и песками // Процессы литья. - 2005. - № 1  – С. 68…74.
Здобувачем проведено дослідження технологічних властивостей формувальних сумішей з кварцовими пісками (оріхівським, старовііовським, вольногірським, дніпровським) і бенто-нітами (костянтинівським, дашуківським) українських родовищ.
2. Макаревич А.П., Кочешков А.С., Лютый Р.В., Федоров Н.Н. Применение  пиро-филлита в составах формовочных смесей // Металл и литье Украины. - 2004. - № 11  - С. 32…35.
Здобувачем проведені дослідження щодо заміни у сумішах кварцового піску на  пірофіліт. Встановлено підвищення протипригарних властивостей сумішей із пірофілітом.
3. Макаревич А.П., Федоров Н.Н. Бентонит активированный комплексный для формовки по-сырому // Литейное производство. - 2004. - № 9 - С. 23…25.
Здобувачем розроблена рецептура і технологія виробництва комплексного зв’язувального  матеріалу для формування по-сирому.
4. Макаревич А.П., Федоров Н.Н. Применение павлоградского каменного угля в сырых пес-чано-бентонитовых смесях // Металл и литье Украины. - 2005. - № 1-2 – С. 67...69.
Здобувачем досліджений вплив павлоградського кам’яновугільного порошку на механічні і протипригарні властивості піщано-бентонітових сумішей.
5. Федоров Н.Н., Дорошенко С.П., Снисарь В.П. Исследование термостойкости бентонитов украинских месторождений // Металл и литье Украины. - 2005. - № 5 - С. 45...48.
Здобувачем досліджено термостійкість українських бентонітів. Встановлено взаємозв'я-зок високої термостійкості бентонітів з упорядкованістю їхньої структури.
6. Макаревич А.П., Федоров Н.Н. Оценка склонности кварцевых песков к образованию по-верхностных дефектов на отливках при формовке по-сырому // Процессы литья. - 2005. - № 3 – С. 76...79.
Здобувачем досліджені поверхневі властивості кварцових формувальних пісків. Запропоно-вана методика визначення схильності кварцових пісків до утворення дефектів типу ужимин по їх водопоглинаючій здатності.
7. Федоров Н.Н., Дорошенко С.П., Короид В.Н. Физико-механическая активация бентони-товых глин // Литейное производство. - 2005. - № 10 - С. 17...19.
Здобувачем досліджена активація термостійкого бентоніту добавками глинистих матеріалів, що відрізняються від основи за своєю структурою з метою підвищення міцності формува-льної суміші при короткому циклі сумішопідготовки. Розроблено оптимальний склад комплексно-го бентонітового зв’язувального матеріалу, який забезпечує високі показники міцності суміші як за ГОСТ 28177-89, так і за методикою Р-69, вимагає порівняно менших витрат часу в процесі су-мішоприготування для одержання якісної суміші.
8. А.П. Макаревич, Н.Н. Федоров. Комплексный связующий материал для сырых песчано-бентонитовых смесей // Материалы международного научно-технического конгресса «Литейное производство: высококачественные отливки на основе эффективных технологий» - Киев, ФТИМС НАНУ. – 2004 – С. 99…101.
Здобувачем визначені теоретичні і практичні аспекти розробки комплексного    зв’язувального матеріалу  на основі костянтинівського бентоніту.
9. A.P. Makarevic, N.N. Fedorov. Snižení drsnosti povrchu litinových odlitků při formovaní na syrovo // Mezinarodni konference «Vady odlitku zpusobene formovacimi materialy» - Brno, Sand Team. – 2004 – S. 61…63.
Здобувачем досліджений вплив вуглецевмістних матеріалів на шорсткість поверхні вилив-ків з чавуну.
10. А.П. Макаревич, Н.Н. Федоров. Оценка технологических свойств формовочных песков по водопоглощающей способности // Материалы VIII международной конференции «Пути повы-шения качества и экономичности литейных процессов» - Одесса, ОНПУ. – 2004 – С. 53…54.
Здобувачем визначена залежність міцності при розриванні в зоні конденсації вологи від по-верхневих властивостей кварцових пісків.
11. Н.Н. Федоров, А.Н. Фесенко. Методические аспекты оценки влияния каменноугольных порошков на свойства сырых песчано-глинистых смесей при производстве чугунных отливок // Матеріали ІІІ міжнародної науково-технічної конфернеції «Важке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку» - Краматорськ, ДДМА. – 2005 - С. 105.
Здобувачем досліджений вплив різних марок кам’яновугільних порошків на зміну технологі-чних властивостей бентоніту при температурному нагріванні.


АНОТАЦІЯ
Федоров М.М. Формувальні суміші з комплексним зв’язувальним матеріалом на ос-нові бентоніту костянтинівського родовища. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступе-ня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.04. – Ливарне виробництво. – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 2005 р.
Досліджені технологічні властивості кварцових пісків і бентонітів, що добуваються в Укра-їні; визначено, що вищу термостійкість має костянтинівський бентоніт (0,8…0,9од.), який забезпе-чує порівняно менші його витрати у сумішах.
Костянтинівський бентоніт має високу термостійкість внаслідок своєї більшої структурної упорядкованості, але він повільно набуває міцності в процесі сумішоприготування, що обумовлює збільшення часу перемішування суміші з цим бентонітом.
Найбільший вплив на підвищення міцності костянтинівського бентоніту справляють дашу-ківські бентонітова глина (15%) і палигорскіт (10%).
Розроблена методика визначення впливу кам'яновугільних порошків на пластичні власти-вості бентоніту і сумішей при їхньому спільному нагріванні до 600ºС. Для застосування в суміші рекомендовані кам'яновугільні порошки, які забезпечують згідно з розробленою методикою при-ріст текучості суміші не менш 10%.
Встановлено, що спільний помел бентоніту з кам'яним вугіллям забезпечує приріст міцнос-ті костянтинівського бентоніту на 10...23%, скорочення часу перемішування суміші до досягнення максимальної міцності, у залежності від кількості вугілля, яким обробляється     бентоніт (5...20%).
Розроблено рецептуру і технологію виробництва комплексного зв’язувального матеріалу – БАК (Бентоніт активований комплексний) на основі костянтинівського бентоніту з активуючими добавками дашуківських глин, вуглецевмістних добавок. БАК пройшов апробацію у виробничих умовах, що показало перспективність використання цього матеріалу під час виробництва чавун-них виливків з високою якістю поверхні при використанні сирих форм.
Ключові слова: суміш, бентоніт, термостійкість, властивість, піровуглець, шорсткість.

АННОТАЦИЯ
Федоров Н.Н. Формовочные смеси с комплексным связующим материалом на основе бентонита константиновского месторождения. Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.04. – Литейное производство. – На-циональный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 2005 г.
Исследованы технологические свойства кварцевых песков и бентонитов, которые произво-дятся на Украине; установлено, что наиболее высокую термостойкость имеет константиновский бентонит марки П1Т1 (0,8…0,9ед.) в сравнении с дашуковским (0,70...0,75), что обеспечивает сравнительно меньший его расход в смесях (на 15...20%) в качестве освежающей добавки.
Установлена взаимосвязь более высокой термостойкости бентонитов с упорядоченностью их структуры и степенью дефектности кристаллической решетки, что подтверждается результата-ми рентгено-структурного и дифференциально-термического анализов: константиновский бенто-нит имеет высокую термостойкость в результате своей большей структурной упорядоченности, однако он медленно набирает прочность в процессе смесеприготовления, что обусловливает уве-личение времени перемешивания смеси.
Установлено, что смешивание бентонитовых глин разных месторождений позволяет полу-чать более высокие технологические показатели бентопорошков по сравнению с вариантом их производства из сырья одного месторождения. При этом повышается прочность и одновременно уменьшается время перемешивания для приготовления качественной смеси.
Наибольшее влияние на повышение прочности и сокращение продолжительности смешивания смеси с константиновским бентонитом оказывают дашуковский бентонит П1Т1 (15%) и да-шуковский палыгорскит (10%), добавляемые к константиновскому бентониту в процессе совмест-ного помола.
Разработана методика определения влияния каменноугольных порошков на пласти-ческие свойства бентонита и смеси при их совместном нагреве до 600ºС. Данная методика позволяет вы-брать оптимальный вид каменноугольного порошка с учетом влияния продуктов его термодест-рукции на свойства смеси и спрогнозировать изменение технологических свойств оборотной сме-си по мере накопления в ней продуктов деструкции углей.
Для применения в смесях рекомендованы жирные, коксующиеся и газовые марки углей, которые обеспечивают согласно разработанной методике прирост текучести смеси не менее 10%.
Установлено, что совместный помол бентонита с каменным углем обеспечивает прирост прочности константиновского бентонита на 10...23%, сокращения времени перемешивания смеси до достижения максимальной прочности, в зависимости от содержания угля (5…20%).
Разработана рецептура и технология производства комплексного связующего материала – БАК (Бентонит активированный комплексный) на основе константиновского бентонита с активи-рующими добавками черкасских глин и углеродсодержащих добавок. БАК прошел апробацию в производственных условиях, что показало перспективность использования этого материала при производстве чугунных отливок при формовке по-сырому с высоким качеством поверхности.
Ключевые слова: смесь, бентонит, монтмориллонит, палыгорскит, термостойкость, пиро-углерод, шероховатость, пригар, комплексное связующее.

ABSTRACT
Fedorov N.N. Forming mixtures with complex binding material on the basis of Konstanti-novskiy bentonite. Manuscript. Dissertation on competition of scientific degree of candidate of engineer-ing sciences on speciality 05.16.04. is Casting production. National technical university of Ukraine is the "Kiev polytechnic institute", Kiev, 2005.
Explored technological properties of quartz sands and bentonites, that is produced on Ukraine; it is fixed that a higher heat-resistance is had by Konstantinovskiy bentonite (0,8…0,9), that provides less it charges are comparative in mixtures.
Konstantinovskiy bentonite has a high heat-resistance as a result of the greater structural effi-ciency, but it slowly acquires durability in the process of mixing, that stipulates the increase of time of mixing of mixture with it bentonite.
Most influence on the increase of durability of Konstantinovskiy bentonite provide Cherkasskiy bentonite (15%) and Cherkasskiy paligorskit (10%).
It is set that the general grade of bentonite with an coal provides the increase of durability of Kon-stantinovskiy bentonite on 10...23% in dependence on maintenance of coal, reduction of time of mixing of mixture to achievement of maximal durability.
Compounding and technology of production of complex binding material on the basis of Konstan-tinovskiy bentonite with activating additions of Cherkasskiy clays, carbon materials and technological additions – BAC (bentonite activated complex) is developed. BAC passed approbation in production terms, that showed perspective of the use of this material at production of the cast-iron castings at green moulding with high quality of surface.
Keywords: mixture, bentonite, heat-resistance, property, pyrocarbon, roughness.

 

03056, м. Київ - 56, вул. Політехнічна 35, корпус 9, поверх 4. Тел.: +38(044)204-82-16. Кафедра ЛВЧКМ КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2010-2018©

Розробка: shevchuk.ua